石油钻采设备及工艺-李振林-§1-3-钻井工艺过程.

§1-3钻井工艺过程一、井身结构与钻具组合二、钻前工程三、钻进返回附：本节复习题四、固井与完井一口井从开钻到完钻，实质上是要做好如下三件事：一是破碎岩石；二是取出岩屑，保护井壁；三是固井和完井，形成油流通道。一、井身结构与钻具组合1.井身结构井身结构指的是下入井中套管层数、尺寸、规格和长度以及各层套管相应的钻头直径。一口井的井身结构是根据已掌握的地质情况和要求的钻井深度在开钻前拟定的。图例：1、导管；2、表层套管；3、表层套管水泥环；4、技术套管；5、技术套管水泥环；6、高压气层；7、高压水层；8、易塌地层；9、井眼；10、油层套管；11、主油层；12、油层套管水泥环。导管：防止地表土层垮塌，引导钻头入井，并导引上返的钻井液流入钻井液池。导管下入的深度通常为20～40m。表层套管：下入表层套管的目的在于加固上部疏松岩层的井壁和安装防喷器，为下一步钻井提供良好条件，一般深度为30～100m，最深可达300～400m。技术套管：位于表层套管以内的套管。下技术套管是为了隔绝上部的高压油、气、水层或漏失层及坍塌层。（1）深井、超深井及地质情况复杂时，需下多层技术套管。（2）在满足钻井工艺要求的前提下，为节省钢材，应少下或不下技术套管。油层套管：下入井内的最后一层套管，形成坚固的井筒，使生产层的油或气由井底沿这层套流至井口。在各层套管与井壁的环形空间，都应注入水泥加固〈固井〉。2.钻具组合钻具组合，或叫钻具配合：指根据地质条件与井身结构、钻具来源等，决定钻井时用什么样的钻头、钻铤、钻杆和方钻杆配合连接起来组成钻柱。合理的钻具配合是确保优质快速钻井的重要条件。•入井钻具应尽量简单。能满足要求时，尽量只用一种尺寸钻杆，以简化钻井器材的准备，便于起下作业和处理井下事故。•深井时，由于钻柱自重很大，钻杆强度不够，便采用复合钻杆；两种钻杆尺寸可相差一级，大尺寸者在上部。•一口井的井身结构和钻具配合可以在钻井过程中根据具体情况作适当调整。选择钻机时，必须保证该钻机的起重能力能满足提升最重钻杆柱和下最重套管柱的要求。制定钻机标准系列时，应依据系列井深L相应的标准井身结构与钻具组合，以确定钻机有关的基本参数。二、钻前工程开钻以前准备工作是很重要的。除应做好充分思想、组织准备外，尚应做好各项物质准备工作。1.平井场，打水泥基础。2.钻井设备的搬迁和安装。设备的就位和安装找正均应严格地依照设备使用说明书的要求进行，否则将会严重损害设备的使用寿命。3.井口准备工作：下导管和钻鼠洞。4.备足钻井所需各种器材，如钻杆、钻铤、钻头及钻井泵必要的配件等。在井口中央掘一圆形井，下入导管，并用石子、水泥浆固结。在离井口中心不远处的钻台前侧，钻一17～18m的浅洞，下入一根钢管叫做鼠洞，用来在钻井过程中存放方钻杆。有的钻机附设有专用的钻鼠洞设备，但大多数情况下是用清水直接刺出来的。在转盘外侧离其中心一米多处钻一浅孔，下入一根钢管，称为小鼠洞，用来在钻进过程中接单根时存放单根。三、钻进钻进是进行钻井生产取得进尺的唯一手段。目标：优质、快速打井，缩短建井周期，降低成本。1.全井钻进过程•第一次开钻，下表层套管。•第二次开钻，从表层套管内用小一些的钻头往下钻进。如地层情况不复杂，可直接钻到预定井深完井；若遇到了复杂地层，用泥浆难以控制时，便要起钻下技术套管〈中间套管〉。•第三次开钻，从技术套管内用再小一些的钻头往下继续钻进。•依上述同样道理，或可一直钻达预定井深，或再下第二层套管，再进行第四次、第五次开钻。•最后，钻完全井深，下油层套管，进行固井完井作业。2.钻进作业钻进，概括起来可包括如下几道工序：•下钻——将由钻头、钻挺、方钻杆组成的钻杆柱下入井中，使钻头接触井底，准备钻进。•正常钻进•接单根•起钻•换钻头钻进作业的各道工序中，仅纯钻进取得钻井进尺，其余都是辅助操作。下钻包括下述操作：挂吊卡，以高速档提升空吊卡至一立根高度；二层台处扣吊卡，将立根稍提移至井眼中心，对扣；拉猫头旋绳上扣〈或用旋绳器〉；用猫头和大钳紧扣；稍提钻柱，移出吊卡〈或提出卡瓦〉；用机械刹车和水刹车〈或其它辅助刹车〉控制下放速度，将钻柱下放一立根距离；借助吊卡〈或用卡瓦〉将钻柱轻座在转盘上，从吊卡上脱开吊环。再去挂吊卡，重复上述操作，直至下完全部立根，接上方钻杆准备钻进。正常钻进又称纯钻进：启动转盘〈或井底动力钻具〉，通过钻杆柱带动井底钻头旋转；借助手刹车，给钻头施加适当的压力〈钻压〉，以破碎岩石；与此同时，开动泥浆泵循环泥浆，冲洗井底，携出岩屑，保护井壁，冷却钻具。只要根据不同的地层情况、钻进深度、钻头类型等，使转速〈n，转/分〉、钻压〈P，吨〉、排量〈Q，升/分〉和泥浆性能各自都处于最佳参数值，就能获得最快的钻进速度接单根随着正常钻进的继续进行，井眼不断加深，需不断地接长钻杆柱，每次接入一根钻杆，此作业称为接单根。接单根包括以下操作：•上提钻柱全露方钻杆，并将钻柱座在转盘上〈用吊卡或卡瓦〉；•卸开并微提方钻杆移至小鼠洞上方与小鼠洞中的单根对扣；•拉猫头旋绳上扣〈或用旋绳器〉；•从小鼠洞中提出单根移至井中钻柱上方，对扣；•用猫头和旋绳旋上接头丝扣；•用猫头、大钳紧扣；•稍提钻柱，移开吊卡〈提出卡瓦〉，放钻柱至井底，继续钻进。起钻需要更换新钻头时，便将井中全部钻柱取出，此称起钻作业。起钻包括以下操作：•上提钻具全露方钻杆，让钻柱座在转盘上；•旋下方钻杆，将方钻杆一水龙头置大鼠洞中；•提升钻柱至一立根高度〈一般由2～3单根组成一立根〉，并让钻柱座在转盘上〈用吊卡或卡瓦〉；•用大钳和猫头〈或松扣气缸〉松扣；•上钳卡住接头，转盘正转卸扣；•移立根入钻杆盒和二层台指梁中，摘开吊卡；•下放空吊卡至井口。•起下一立根时要重复上述操作步骤。每一立根构成一起钻操作循环。换钻头起钻末了，将钻头提出井口，用专用工具卸下旧钻头，换上新钻头。换完钻头，便又开始下钻，重复上述作业。下钻→正常钻进→接单根→起钻→换钻头-下钻，构成正常钻进作业的大循环，重复不己，直至钻达预定井深。四、固井与完井当钻穿油、气层达到预定井深时，钻进阶段即告结束。下一步就要进行油井的加固和完成，即所谓的固井与完井。1.固井•在钻成的井眼内下入一串轴心线重合的套管柱，并在套管柱与井壁的环形空间里注入水泥进行封固，即称固井。•依井身结构不同，钻井过程中一般需要进行多次固井工作。•整个固井工作包括套管柱设计，下套管和注水泥。2.完井固井后，油层被水泥和套管封固着，必须设法使油〈气〉层和井筒沟通。合理的井底结构应保证油层具有最大的渗滤面，与油井有最好的连通性，要能防止油、气、水互窜；对多层油井，要能保证各油层问互不串通，以便进行分层开采。套管层次示意图下套管固井以分隔油、气、水层的原理图下套管工序类似下钻，但在井口要使用一些专用工具，在套管柱上要一些附加装置，如引鞋、套管鞋、回压阀、阻流环、扶正器等。整个套管柱的下部结构如图引鞋：为避免下套管时管柱下端插入井壁，装有锥形引鞋。引鞋用易钻的材料做成，如生铁、水泥、硬木和塑料。套管鞋：它是接在引鞋上部的一厚壁短节，内侧车有锥面，用以防止钻头或钻杆接头在起下钻时被套管下部挂住。回压阀：在离引鞋一定距离上装有回压阀，以防止泥浆倒流入套管内。阻流环：又叫承托环，与回压阀装成一体，它是用来阻挡木塞的，以保证在套管内留有一段水泥，使套管脚封固良好。扶正器：为防止很长的套管柱偏向井壁一侧，在套管柱上装有若干套管扶正器，它由数片富有弹性的钢片装成，状如灯笼，外径略大于井径。注水泥用水泥车和气动下灰车。水泥头套管液体水泥浆木塞阻流环流程当水泥浆全部注入井中后，向套管内放入一个木塞或胶塞。水泥车再把泥浆或清水〈注意不是水泥浆〉打入套管，压着木塞，驱赶在其下方的水泥浆下行，使水泥浆不断地被挤入环形空间。当木塞和阻流环〈承托环〉相碰时，水泥泵上的泵压便突然升高〈碰压〉，而环形空间中的水泥浆也正好上返至设计高度。停泵，固井工作即可结束。水源→计量水箱→水泵＋下灰车→水泥混合漏斗→（水泥浆）水泥混合池→（水泥浆）水泥泵→井口水泥头→套管内→套管外环形空间。注水泥时流程如下：〈1〉射孔完成法〈2〉裸眼完成法〈3〉贯眼完成法〈4〉衬管完成法〈5〉堵塞器完成法2.油井完成的方法一、裸眼完成法；二、贯眼完成法；三、衬管完成法；四、堵塞器完成法1、油层；2、套管；3、水泥环4、带孔筛管；5、衬管；6、封隔器完井后还必须进行诱导油流的工作。当完成了诱导油流的工作后，一口井的钻井工作才告结束，人员和设备即可转移至新井位，开始新井的钻井工作。射孔完成法示意图1、套管；2、水泥环；3、油层；4、射孔弹；5、电缆。钻开整个油层后，下套管注水泥。再下射孔枪，发射子弹射穿套管、水泥环和油层，使油层与油井通过这些弹孔道相连通。优点是：能分隔油、气、水层；可任意选择出油层位；能有效地防止井璧坍塌。对于岩石比较坚硬和稳定的油气层，在没有油、气、水互相干扰的情况下，可采用不把油气层用水泥封固的完井方法。〈2〉裸眼完成法此法完井渗滤面积大，油流阻力小；但井底易坍塌。钻开油层，在油层部位下入带眼的筛管；只用水泥将油层以上的套管封固起来:〈水泥伞可防止筛管处进水泥〉。此法油流阻力小，但不能防止油层坍塌，不能任意选择出油层位。〈3〉贯眼完成法〈4〉衬管完成法油层套管下到油层顶部，固井；再钻开油层下入带孔眼的衬管。衬管长度可根据油层厚度来决定。衬管上部装有一个堵塞器和悬挂器，前者用以隔开油层和井眼上部，后者将衬管挂于套管尾部。此法完井优缺点类似于贯眼完成法。〈5〉堵塞器完成法只将带有堵塞器〈胶皮，封隔器等〉的油管下到油层顶部的“台肩”处。复习题1.一口井从开钻到完钻，实质上是要做好哪几件事？2.简述井身结构的概念。3.简述钻井过程中下入导管、表层套管、技术套管和油层套管的目的或作用。4.简述钻具组合的概念。5.钻前工程中井口准备工作都有哪些内容？鼠洞和小鼠洞的主要用途各是什么？6.简述全井钻进过程的主要工序。7.简述钻进作业的主要工序。8.简述下钻的主要操作步骤。9.简述正常钻进（纯钻进）的主要操作。复习题10.何谓接单根？接单根作业包括哪些操作？11.何谓起钻作业？起钻包括哪些操作？12.按顺序简述正常钻进作业大循环的主要操作。13.何谓固井？固井工作包括哪些内容？14.何谓完井？常用的完井方法有哪些？15.简述注水泥的主要操作和注水泥时的流程。