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1、,第五章油气钻井方法与钻进工艺技术,第一节 钻井方法,利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大孔眼的过程。,为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。,钻井,钻井方法,人工掘井,人力冲击钻井法,顿钻钻井法,旋转钻井法,连续管钻井法,目前普遍使用,钻井方法分类,第一节 钻井方法（顿钻钻井法）,图61 顿钻钻井示意图,钢丝绳提升钻头,冲击井底，击碎岩石,岩屑、泥土混合成泥水浆,提出钻头,捞出井内的泥水浆,暴露新井底,设计井深,第一节 钻井方法（顿钻钻井法）,起、下钻费时少，设备简单,(1)破碎岩石，取出岩屑的作业都是不连续的；,优点：,缺点：,(2)钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢；,(
2、3)不能进行井内压力控制；,(4)只适用于钻直井。,第一节 钻井方法（旋转钻井法）,第一节 钻井方法（旋转钻井法）,图62 转盘旋转钻井法,分类,第一节 钻井方法（旋转钻井法）,转 盘 旋 转 钻 井 法,钻头,吃入地层,破碎岩石,清洗井底,设计井深,图62 转盘旋转钻井法,第一节 钻井方法（旋转钻井法）,转 盘 旋 转 钻 井 法,特点,钻杆完成起下钻具、传递扭矩、为钻头施加钻压、提供洗井液的入井渠道等任务；,钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破岩效率；,在破岩的同时，井底岩屑被清除出来；,提高了钻井速度和效益。,第一节 钻井方法（旋转钻井法）,井底动力钻具旋转钻井法,钻头,吃入地层,破
3、碎岩石,清洗井底,设计井深,第一节 钻井方法（旋转钻井法）,井底动力钻具旋转钻井法,第一节 钻井方法（旋转钻井法）,井底动力钻具旋转钻井法,特点,转动钻头的动力由地面移到井下，直接接在钻头之上；,钻柱的功能只是给钻头施加一定的钻压、形成洗井液通路和承受井下动力钻具外壳的反扭矩；,井底动力钻具的动力是由电源或地面泥浆泵提供的、通过钻柱内孔传递到井下的具有一定动能和压力的洗井液流体或交流电。,第一节 钻井方法（旋转钻井法）,连续管钻井法(柔杆钻井法),钻头、加压装置、动力机,下放至井底,循环洗井液,延伸井眼,钻头旋转，破碎岩石,为动力机提供动力,清洗井底,图63 连续管钻井示意图,第一节 钻井方法
4、（旋转钻井法）,连续管钻井法(柔杆钻井法),特点：,(1)连续管钻井实现了起、下钻的连续机械化，节省了时间和劳动量；,(2)在起下钻时仍能保持洗井液的正常循环；,(3)由洗井液直接提供破岩钻进的能量，大大提高了能量的有效利用率；,(4)为全自动化控制提供了很好的条件；,(5)具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。,第二节 钻井类型,井的类型：由于钻井的目的、要求不同而产生的,通过钻井而达到探明地质情况，获取地下地层油气资源分布及相应性质等方面资料的井,以开发为目的，为了给已探明的地下油气提供通道，或为了采用各种措施使油气被开采出来所钻的井。,第二节 钻井类型,探 井,第二节 钻井类型,开
5、发 井,第三节 钻井设备,钻机：石油钻井的地面配套设备，由多种机器设备组成的一套大功率重型联合工作机组，可以满足完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、完井及特殊作业和处理井下事故等要求。,图64 大庆I130型钻机,第三节 钻井设备,钻机的分类,钻井深度,动力设备,使用地区,第三节 钻井设备,钻井深度,动力设备,使用地区,钻机的分类,第三节 钻井设备,钻井深度,动力设备,使用地区,钻机的分类,第三节 钻井设备,钻机的组成及功能,1.起升系统,2.旋转系统,3.循环系统,4.驱动与传动系统,5.气控系统,6.井控系统,第三节 钻井设备,钻机的组成及功能,1.起升系统,(1)组成,(2
6、)功能,起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。,下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼；,井架、天车、游动滑车、大绳、大钩及绞车,图64 大庆I130型钻机,第三节 钻井设备,钻机的组成及功能,图64 大庆I130型钻机,转盘、水龙头,2.旋转系统,(1)组成,(2)功能,保证在洗井液高压循环的情况下给井下钻具提供足够的旋转扭矩和动力，以满足破岩钻进和井下其它要求。,第三节 钻井设备,钻机的组成及功能,图64 大庆I130型钻机,泥浆泵、泥浆净化装置(固相控制设备)和泥浆槽、罐等,3.循环系统,(1)组成,(2)功能,在钻进中通过循环洗井液从井底清除岩屑、冷却钻头和润滑钻头。,第三节
7、 钻井设备,钻机的组成及功能,3.循环系统,洗井循环流程,第三节 钻井设备,钻机的组成及功能,洗井与洗井液,洗井: 清洗井底、运移岩屑出井的工艺过程。,洗井液类型:,第三节 钻井设备,钻机的组成及功能,洗井与洗井液,洗井液功能:,第三节 钻井设备,钻机的组成及功能,洗井与洗井液,洗井液性能:,第三节 钻井设备,钻机的组成及功能,图64 大庆I130型钻机,4.驱动与传动系统,(1)组成,动力机、传动部分,(2)功能,产生动力，并把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘。,柴油机电动机,联轴器、离合器、变速箱、皮带传动及链条传动等装置,第三节 钻井设备,钻机的组成及功能,图64 大庆I130型钻机,5.气
8、控系统,控制面板(控制机构)、传输管线和阀门、执行机构以及压气机等。,(1)组成,(2)功能,确保对整个钻机各个工作机构及其部件的准确、迅速控制，使整机协调一致的工作。,第三节 钻井设备,钻机的组成及功能,图64 大庆I130型钻机,6、井控系统,(1)组成,防喷器组、钻井四通、节流管汇、压井管线以及液、气压控制机构组成。,(2)功能,控制井内的压力，防止地层流体无控制地流入井中。,第四节 钻井工具,一、井下钻具,水龙头以下至钻头的管柱和工具的总称。主要包括钻头和钻柱。,1.钻头,影响钻井速度最直接的因素之一,衡量钻头破岩效率高低的主要指标,用钻头的进尺除以纯钻进时间，即单位纯钻进时间的钻头进
9、尺，表示钻头破碎岩石的能力和效率，单位为m/h。,钻头寿命：,在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间(包括划眼在已钻出的井眼内旋转送钻、修整井壁的过程)，单位为h；,钻头进尺：,在钻头寿命内钻进的井段长度，单位为m；,机械钻速：,第四节 钻井工具,第四节 钻井工具,钻头的分类,按照钻切岩石面积及形状的不同：,全面钻进钻头,取芯钻头,特种钻头,按照结构特点和破岩机理的不同：,刮刀钻头,牙轮钻头,金刚石钻头,第四节 钻井工具,钻头的分类,矛形钻头：在换小钻头之前用它打导眼，起找中和领眼作用。,菱形钻头它的侧边和底部都具有刀刃，工作时都加焊硬质合金。 主要用途是下套管前或钻进过程中遇泥饼太厚时进行
10、划眼钻进。,偏心钻头用于扩大井下部分井段的直径或用来拨井底落物使其居中，便于打捞。,梯形钻头是当井眼直径由大变小时,用来找中的专门工具,第四节 钻井工具,(1)刮刀钻头,图66 刮刀钻头,切削型钻头,适用地层：松软地层,工作原理：工作时其刀翼在钻压作用下吃入岩石，并在扭矩作用下剪切破碎岩石。,破岩方式：以刮削、挤压和剪切为主的方式,第四节 钻井工具,刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命,(1)刮刀钻头,切削型钻头,第四节 钻井工具,(2)牙轮钻头,破岩形式：,具有冲击、压碎和剪切等多种形式。,适用地层：,从软到坚硬的各种地层。,工作原理：牙轮钻头在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿压碎并吃入岩石，同时产生
11、一定的滑动而剪切岩石。当牙轮在井底滚动时，牙轮上的牙齿依次冲击、压入地层，这个作用可以将井底岩石压碎一部分，同时靠牙轮滑动带来的剪切作用削掉牙齿间残留的另一部分岩石，使井底岩石全面破碎，井眼得以延伸。,组成：钻头体、水眼、巴掌、轴承和牙轮等。,第四节 钻井工具,(2)牙轮钻头,牙齿与井底接触面积小、比压高、工作扭矩小等,特点,多牙轮钻头,牙轮数目,分类,单牙轮钻头,双牙轮钻头,三牙轮钻头,最常用,第四节 钻井工具,(3)金刚石钻头,磨铣型钻头,破岩形式：破磨和铣削。,适用地层：坚硬地层。,第四节 钻井工具,(3)金刚石钻头,磨铣型钻头,第四节 钻井工具,2.钻柱,方钻杆,第四节 钻井工具,2.
12、钻柱,钻杆与钻杆接头,第四节 钻井工具,2.钻柱,钻铤,第四节 钻井工具,指在起下钻过程中井口所用的工具。主要有吊钳、吊卡、吊环、卡瓦、安全卡瓦、提升短节等。,二、井口工具,第五节 基本钻井工艺过程,三个阶段：,钻前淮备,钻进,固井与完井,第五节 基本钻井工艺过程,2钻进：进行钻井生产取得进尺的唯一过程。,基本工艺过程：,第一次开钻(一开)：下表层套管,第二次开钻(二开)：下技术套管,第三次开钻(三开)：设计井深，下油层套管，进行固井、完井作业,每改变一次钻头尺寸，开始钻一新的井段的工艺叫开钻,第五节 基本钻井工艺过程,速度快慢、质量和成本的高低的影响因素：,钻进是通过选择和使用合适的工具，根
13、据所钻地层的特点，选择合理的工艺技术，使钻头在地层中沿预定的轨道前进的过程，是一口井建井过程的最主要的环节。,任务：破碎岩石,（1）地层的物理机械性能,（2）钻进设备、工具的性能,（3）钻进工艺技术,第五节 基本钻井工艺过程,影响钻进的主要因素,已经客观存在、无法改变的因素，如所要钻进地层的岩石物理机械性质、地质构造、地下压力分布及地层中的流体性质等。,不可变因素,可变因素,可以人为选择和改变的因素，如钻井方法、钻头、钻具和钻压、转速、水力参数、洗井液性能及洗井技术等。,利用其有利方面，并调节可变因素适应之,优选、设计,第五节 基本钻井工艺过程,3、固井与完井,固井即是在已钻成的井眼内下入套管
14、，而后在套管与井眼间的环形空间内注入水泥浆，将套管和地层固结成一体的工艺过程。,第五节 基本钻井工艺过程,（1）下套管,套管柱设计：尺寸设计、强度和密封性设计,第五节 基本钻井工艺过程,一般要求水泥环在最上部油层50100m以上。,水泥浆是由干水泥和水配制而成，用一套专用设备（水泥车、混合漏斗、灰罐车）将水泥浆按设计用量注入井内，使其返至套管外设计的位置。,水泥返高指固井时套管与井壁之间水泥环上升的高度，常指水泥环上端到井口方补心的距离。,（2）注水泥,第五节 基本钻井工艺过程,生产套管,技术套管,表层套管,导 管,井身结构：指井内所下套管层数、尺寸、深度、水泥返高等。,第五节 基本钻井工艺过
15、程,完井方式：,油层与井筒的连通方式。,完井方式要求：,(1)保持最佳的连通条件，油层所受的损害最小；,(2)应具有尽可能大的渗流面积，入井的阻力最小；,(3)有效地封隔油、气、水层，防止窜槽及层间干扰；,(4)有效防止油层出砂和井壁坍塌，确保油井长期生产；,(5)应具备便于人工举升和井下作业等条件；,(6)施工工艺简便，成本低。,完 井 方 式,第五节 基本钻井工艺过程,完 井 方 式,完井方式分类：,割缝衬管完井,套管或尾管射孔完井,裸眼完井,裸眼或套管内砾石充填完井,第五节 基本钻井工艺过程,完 井 方 式,(一)裸眼完井方式,先期裸眼完井方式,复合型完井方式,后期裸眼完井方式,第五节
16、基本钻井工艺过程,完 井 方 式,优点：,油层完全裸露，不会产生附加渗流阻力，产能较高，完善程度高。,缺点：,不能克服井壁坍塌和油层出砂对油井生产的影响；,不能克服生产层范围内不同压力的油、气、水层的相互干扰；,无法进行选择性酸化或压裂等。,裸眼完井方式的主要特点：,(一)裸眼完井方式,第五节 基本钻井工艺过程,完 井 方 式,(二) 割缝衬管完井方式,割缝衬管完井方式,改进后的割缝衬管完井方式,第五节 基本钻井工艺过程,完 井 方 式,(三)射孔完井方式,套管射孔完井方式,尾管射孔完井方式,优点：可选择性地射开油层，避免层间干扰；具备实施分层注采和选择性压裂或酸化等分层作业的条件。,缺点：出油面积小、完善程度较差，对井深和射孔深度要求严格，固井质量要求高，水泥浆可能损害油气层。,射 孔,主要考虑的问题：,参数组合的产能比 套管损害情况 孔眼的力学稳定性,
