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1、第七章 钻进工艺技术,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,第一节 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、
2、设计,一、钻 压,图71 钻压与钻速的关系曲线,二、转 速,在钻压一定时，如果增加转速，牙齿和轴承的磨损速度也将加快，它反过来又会影响到机械钻速和钻头寿命等。,三、水 力 因 素,洗井液(射流)的作用：,清洁、净化井底，避免重复切削；,保持和扩大预破碎带裂缝；,直接水力破岩。,最主要的作用,保持井底清洁要经过三个过程：,首先是使破碎的岩屑离开岩石母体；,然后是岩屑在井底被移动；,最后由上返的洗井液将其从环空举升到地面。,压持效应：由于井内洗井液柱所形成的静液压力大于地层压力，使得岩屑被压持在井底不易脱离的现象。,三、水 力 因 素,钻头水功率,克服压持效应依靠射流的冲击压力和漫流的横向推力。,
3、三、水 力 因 素,钻速与水力参数的关系曲线,四、洗井液性能,洗井液密度、粘度、固相含量及其分散性等性能指标对钻速都有明显的影响。,(1)洗井液密度对钻速的影响,洗井液密度， 压持效应， 钻头的破碎效率， 钻速。,四、洗井液性能,(2)洗井液粘度对钻速的影响,洗井液粘度， 循环系统的压耗， 钻头喷嘴的压降， 射流对井底的冲击作用， 改善清岩效果，钻进速度。,四、洗井液性能,(3)洗井液固相含量及其分散性对钻速的影响,固相含量增加会降低钻进速度和钻头、泥浆泵寿命；小于lm的胶体颗粒越多，对钻速的影响越大。,为了提高钻速，应尽可能采用低固相不分散体系洗井液。,第二节 钻进参数选择,钻进是钻压、钻速
4、、水力参数、洗井液性能等共同作用的过程。,要达到高效率、低成本钻井的目的，必须合理确定出钻进施工中的各参数值及其相互的配合关系，采用先进技术，提高钻进效益。,一、平衡压力钻井技术,基本原理,在井内洗井液压力与地层压力相平衡的条件下进行钻进，以便有效地保护油、气层不受洗井液的侵污，保证油气井的生产能力，同时保证较高的钻进速度，缩短建井周期，降低钻井成本。,一、平衡压力钻井技术,科学依据,式中，pp、Gp分别为地层压力和压力梯度，MPa和kPa/m； H地层埋藏的深度，m; m洗井液密度，g/m3;,根据地层的压力来确定所用洗井液的密度。,二、高压喷射钻井技术,喷射钻井的实质,在一定的机泵条件和井
5、身结构、钻具结构等条件下，按照不同的钻井理论和工作方式，按井段优选排量和喷嘴直径，使钻井的水力作用在井底产生最好的效果。,二、高压喷射钻井技术,喷射钻井的实现,使用新型喷射式钻头，改善井底流场，提高水力清岩效率，并使水力作用与机械破岩相结合，以提高钻进速度与进尺。,二、高压喷射钻井技术,喷射钻井的基本标准,二、高压喷射钻井技术,喷射钻井的理论依据,强大的水力能量不仅可以使井底保持清洁，而且还可以与钻头牙齿的机械破岩作用相结合，促进岩石的破碎，也可以直接进行水力破岩，提高钻进速度。,二、高压喷射钻井技术,循环系统压降和水力功率的损耗：,水流动压耗与排量的二次方成正比，损耗水功率与排量的三次方成正
6、比，并均与洗井液性能有关。,喷射钻井强调使用小排量、小喷嘴和优质洗井液，以提高钻头的压力降和水功率，从而提高作用在井底的水功率。,二、高压喷射钻井技术,高压水射流钻井的工作方式：,最大水功率理论及其工作方式,最大冲击力理论及其工作方式,最大喷射速度理论,优选排量和喷嘴直径 ，保证钻头获得的压力降和水功率达到泵许用压力及输出功率的2/3。,优选排量和喷嘴直径 ，保证钻头喷嘴的压力降和水功率达到泵许用压力及输出功率的1/2以上。,三、优选参数钻井技术,使用最广泛,2钻头牙齿磨损速度模式,3钻头轴承磨损速度模式,三、优选参数钻井技术,4钻进成本模式,第三节 井斜及控制,井斜：井眼轴线和铅垂线之间的偏
7、离。,第三节 井斜及控制,井斜角：,井眼轴线的切线与铅垂线之间的夹角。,井身轴线的垂直投影和水平投影图,方位角：,井眼轴线在水平面上投影的切线与正北方向的夹角(顺时针方向)。,井底水平位移S：,指井眼轨道上某点至井口的距离在水平面上的投影。,井斜变化率：,指单位井眼长度井斜角变化值。,指单位井眼长度方位角变化值。,指单位井眼长度内井眼全角的变化值，通常也叫狗腿度。,方位变化率：,井眼曲率：,第三节 井斜及控制,井斜的危害:,井深会被歪曲，地质资料不真实，甚至会漏掉油、气层；,由于实际钻开点和设计点偏离较远，可能会打乱油、气田的开发方案，降低原油采收率。,起下钻困难，钻柱工作条件恶化，还会造成粘
8、附卡钻、键槽卡钻等复杂情况。,固井时，下套管遇阻，套管不能居中，固井质量难以保证。,会对以后的采油、修井等作业带来困难。,井斜的标准:,表71 胜利油田生产井的井斜标准,我国已规定了井斜变化率要小于3100米的标准。,第三节 井斜及控制,井斜的原因:,1地质条件对井斜的影响,沉积岩大都是非均质的，具有典型的各向异性。,平行于层理方向的岩石强度大，破碎比较困难。,由于岩性的变化、软硬交错而引起井斜。,2下部钻柱弯曲对井斜的影响,3 钻井设备安装不合适，钻具本体弯曲，丝扣歪曲等也会引起井斜,第三节 井斜及控制,井斜的控制:,井斜出现后采取相应的纠斜钻具和措施进行纠斜。,通过使用防斜钻具和措施防止井
9、斜的出现；,1防斜钻具及原理,防斜原理：使钻头上面的一段钻铤具有尽可能大的刚度和大的直径，与井眼保持较小的间隙，以便在钻进过程中受钻压作用时不易弯曲，并保持钻柱始终居于井眼中心，使钻头轴线与井眼轴线基本一致，迫使钻头沿着原来的井眼方向钻进。,防斜钻具：一般是采用刚性强的大尺寸钻具，常用的有扶正器组合刚性满眼钻具、塔式防斜钻具、方钻铤防斜钻具等。,第三节 井斜及控制,第三节 井斜及控制,2纠斜钻具及原理,(1)钟摆钻具纠斜,利用斜井内切点以下钻铤重量所产生的横向力将钻头推向井眼下侧，以达到减小井斜的目的。,钟摆力,第三节 井斜及控制,(2)偏重钻铤纠斜,偏重钻铤即是沿普通钻铤的一根母线钻一排均匀
10、分布的孔，从而使钻铤一边重，一边轻。钻具在旋转时，产生一个朝向重边的离心力，且转速越高，离心力越大。这样就对斜井眼的下侧井壁产生一个较大的冲击力，而使井斜减小。,(3)涡轮钻具纠斜,涡轮钻具与造斜工具相结合，向原井斜的反方向造斜，以达纠斜之目的。,第四节 洗井与洗井液,洗井: 清洗井底、运移岩屑出井的工艺过程。,洗井的循环流程：,洗井循环流程,洗井液功能及类型:,洗井液：在钻井过程中，能够完成洗井循环而达到清洗井眼目的的流体。包括泥浆、清水、空气和天然气。,第四节 洗井与洗井液,类型:,水基体系、油基体系和空气一天然气体系,用的最多,用的最少,固相颗粒悬浮在水或油中所形成的一种分散体系,第四节
11、 洗井与洗井液,洗 井 液 功 能,第四节 洗井与洗井液,洗 井 液 性 能,一、取芯钻井,取芯工具组成,取出岩芯,取芯过程三个环节：,钻出岩芯,保护岩芯,取芯工具：,取芯钻头、岩芯筒及悬挂装置、岩芯爪等,第五节 特殊钻井工艺技术,取芯工艺：,做好准备工作,开泵循环,缓慢下放到井底,取芯钻进,割芯操作,起钻到地面,取出岩芯,测量、记录,第五节 特殊钻井工艺技术,第五节 特殊钻井工艺技术,二、定向钻井,定义：使井身沿着预先设计的方向和轨迹钻达目的层的钻井工艺方法。,第五节 特殊钻井工艺技术,1定向井井身剖面,第五节 特殊钻井工艺技术,(2)井身剖面类型,定向井剖面的基本类型,类型I,造斜深度较浅
12、，在达到所要求的井斜角后，保持这个角度钻达目的层。,适用于不需要下中间套管和具有单一油层的中深井中，或水平位移较大的深井中。,第五节 特殊钻井工艺技术,类型,在接近下表层套管的井深开始造斜，造斜完后下表层套管，然后稳斜钻进到预定的水平位移后，降斜钻进，最后使井眼垂直进入目的层。,适用于多油气层，有盐水层等复杂情况的，需要下中间套管的深井。,定向井剖面的基本类型,第五节 特殊钻井工艺技术,图77 定向井剖面的基本类型,类型,具有较长的垂直井段，便于在上部实行快速钻进。,适用于地层倾角较大，要求闭合距不太大的多油气层深井。,所有的井身剖面都是垂直段、增斜段、稳斜段、降斜段的组合。,第五节 特殊钻井
13、工艺技术,2定向井造斜方法及原理,(1)转盘钻造斜,槽式斜向器,水力喷射造斜钻头,扶正器造斜钻具,第五节 特殊钻井工艺技术,2定向井造斜方法及原理,(2)井下动力钻具造斜,常用的井下动力钻具主要是涡轮钻具和螺杆钻具。,常用的造斜工具有弯钻杆和弯钻铤。,第五节 特殊钻井工艺技术,2定向井造斜方法及原理,(2)井下动力钻具造斜,第五节 特殊钻井工艺技术,3定向井的方位控制,通常用来纠正井眼方位的方法是：调整造斜工具在井底的作用方位。,第五节 特殊钻井工艺技术,三、水平钻井,水平钻井：指在地下某一深度的地层中沿水平方向钻出一段水平井眼的工艺过程。,第五节 特殊钻井工艺技术,三、水平钻井,1水平井剖面
14、类型,表71 水平井分类及特点,第五节 特殊钻井工艺技术,2水平井钻井系统,水平钻井系统：能够完成水平井钻井工艺过程的配套设备和工具。,(1)超短曲率半径水平钻井系统,靠作用在射流喷嘴内腔的静液压力自动送钻。,特点：,用高压水射流破岩钻进而不用钻头机械钻进；,钻柱不旋转；,第五节 特殊钻井工艺技术,第五节 特殊钻井工艺技术,(2)短曲率半径水平钻井系统,第五节 特殊钻井工艺技术,(3)中曲率半径钻井系统,第五节 特殊钻井工艺技术,第五节 特殊钻井工艺技术,(4) 长曲率半径钻井系统,第五节 特殊钻井工艺技术,第五节 特殊钻井工艺技术,第五节 特殊钻井工艺技术,四、大位移井钻井技术,大位移井是指水平位移与垂直深度之比大于等于2的井。,第五节 特殊钻井工艺技术,五、欠平衡压力钻井技术,欠平衡压力钻井是指钻井液作用于井底的压力小于地层孔隙压力的钻井。,
