钻井工程绪论

钻井工程主讲人：李子丰燕山大学教学课件234课程的性质、目的与任务本课程是石油工程专业的主干课程，通过本课程的学习，应使学生掌握钻井工程领域中广泛应用的工艺技术及其基本原理，从而为学生学习后续专业课程及未来从事钻井工程的设计计算、应用研究及工程管理提供必备的专业知识。5先行课程机械制图工程力学机械设计基础地质石油地质物理化学流体力学油层物理渗流力学预习学习复习学习方法6培养目标1.掌握油气井的概念、用途、分类，钻井设备和钻井工具等基本内容；2.掌握岩石力学的基本性质、常用钻头结构及其破岩原理，能够根据地层岩性正确选择钻头；3.掌握钻井技术参数的优选方法及井身剖面设计与控制方法，能正确进行井身剖面设计及钻井参数优选；4.掌握井控原理及技术；5.掌握提高固井质量、完井效果的方法，能正确选择固井完井技术。主要内容1.绪论2.钻井的工程地质条件3.钻进工具4.钻井液5.钻进参数优选6.井眼轨道设计及轨迹控制7.油气井压力控制8.固井与完井9.其它钻井技术及作业10.非常规化石能源开发78教材和参考书教材陈庭根、管志川主编《钻井工程理论与技术》，中国石油大学出版社，2006年。参考书1.陈涛平、胡靖邦主编，石油工程，石油工业出版社，2000.2.刘希圣主编，钻井工艺原理（上、下），石油工业出版社，1981.3.刘希圣主编，钻井工艺原理（上、中、下），石油工业出版社，1988.4.鄢捷年主编，钻井液工艺学，石油大学出版社，2001.910刘希圣李鹤林苏义脑韩大匡沈忠厚罗平亚11顾心怿周守为刘广志王德民管志川高德利刘清友陈勉李根生邓金根12考试方式总成绩=平时成绩（40分）+结业闭卷考试成绩（100分）×60%。（1）结业闭卷考试，60%，60分。（2）平时成绩,40%，40分。（3）奖励与惩罚。发现老师讲课错误，依问题的重要性奖励给2-5分/次。若将正确的指为错误的，扣1-2分/次。学术报告前5名的小组的组长依次最高可获得10分、8分、6分、4分和2分的奖励。（4）免修者可以现在申请，考试60分以上可以免修。否则，按要求听课。平时成绩（40分）结业闭卷考试成绩（100分）×60%钻井工程总成绩13平时成绩计算办法项数内容分数规则（1）教材5购买一本新的合适的本科教材。此项最低为0分。（2）出勤10无故缺课扣5分/2学时，事假扣2分/2学时，病假扣1分/2学时。1次无故旷课扣5分；2次无故旷课扣10分，黄牌警告；3次无故旷课扣15分，红牌罚下，不允许参加考试。此项最低可为负分。（3）随堂考10此项最低为0分。（4）学术报告10在开课的第一周，由学生自由组合成学科前沿问题调研小组，每组5人，选出小组长一名。在课程进行到一半时，各小组确定出调研题目，报任课教师备案，如出现重复或过分相近，则需协调。主讲教师做完学术报告后，各小组做学术报告，时间为5-8分钟。学术报告的满分为10分，最高成绩：9-10分占20%，8-9分占40%，7-8分占30%，小于7分占10%。前5名的小组的组长依次最高可获得10分、8分、6分、4分和2分的奖励。此项最低为0分。（5）实验5实验指导老师提供。此项最低为0分。14绪论Introductionofdrillingengineering钻井的重要性油气田开发方案与布井钻井设备钻井工具钻井液完井钻井与完井过程123456715第一节钻井的重要性Section1Importanceofdrilling一、钻井的概念(Conceptofdrilling)1.油气井(oilwell)：以勘探开发石油天然气为目的，在地层中钻出的具有一定深度的圆柱型孔眼。2.钻井(drilling)：使用一定的破岩工具、不断地破碎井底岩石、加深井眼的过程。绪论Introductionofdrillingengineering第一节钻井的重要性16二、钻井的用途（usesofdrilling)1.勘探石油天然气需要钻井2.开发石油天然气需要钻井3.储存石油天然气需要钻井4.开采煤层气需要钻井5.开采天然气水合物需要钻井6.开采金属铀需要钻井7.开采地热需要钻井8.大陆地质钻探需要钻井9.固体矿勘探与开采需要钻井10.开采地下水需要钻井11.开采盐需要钻井12.特殊工程需要钻井绪论Introductionofdrillingengineering第一节钻井的重要性17三、油井的类别（typeofoilwell)油井的类别依不同的方面，有不同的划分方法。1.按钻井目的分为探井和开发井（1）探井（exploratorywell)：以了解地层的时代、岩性、厚度、生储盖组合和区域地质构造、地质剖面局部构造为目的；或在确定的有利圈闭上和已发现油气的圈闭上，以发现油气藏、进一步探明含油气边界和储量以及了解油气层结构为目的所钻的各种井，包括地层探井、预探井、详探井和地质浅井。部署在青藏高原上首口探井绪论Introductionofdrillingengineering第一节钻井的重要性18（2）开发井（developmentwell):指为开发油气田所钻的各种采油采气井、注水注气井，或在已经开发的油田内，为保持一定的产量并研究开发过程中地下情况的变化所钻的调整井、补充井、扩边井、检查资料井等。2.按完钻后的井深分为浅井（2500m）、中深井（2500-4500m）、深井（4500-6000m）和超深井（6000m）。按完钻后的井深分类浅井（2500m）中深井（2500-4500）深井（4500-6000m）超深井（6000m）绪论Introductionofdrillingengineering第一节钻井的重要性193.按井眼轨道形状可以分为直井、定向井、水平井等。（1）直井（verticalwell）：设计井眼轴线为一铅垂线，实钻井眼轴线大体沿铅垂方向，其井斜角、井底水平位移和全角变化率均在限定范围内的井/设计井眼轴线为一铅垂线的井。（2）定向井(directionalwell)：沿着预先设计的井眼轨道,按既定的方向偏离井口垂线一定距离,钻达目标的井/设计的目标点与井口不在同一铅垂线上的井。（3）水平井(horizontalwell)：在一个井场内仅有一口最大井斜角大于或等于86°,并保持这种角度钻完一定长度的水平段的定向井/井眼进入目的层时接近、等于或大于90°并在目的层中延伸一定长度的定向井。绪论Introductionofdrillingengineering第一节钻井的重要性20世界上最深的直井12260米，原苏联在科拉半岛的G3井；德国正在施工一口设计14000ｍ的井。世界最深的水平井Cliffs油气公司1991.11在BagouJack油田钻成一口水平井，造斜点井深：4446ｍ、垂深4672ｍ，测深5212ｍ创世界水平井最深纪录。世界水平段最长纪录Maersk油气公司1991.11在北海、丹麦海域TvraWestBravo油田钻成一口水平井、测深4768ｍ、垂深2266ｍ、水平段长2501ｍ创当时世界水平段最长纪录。水平位移最大的大位移井Statoil公司在施达福油田钻成一口水平井、测深7028ｍ，垂深2681ｍ、水平位移6086ｍ创世界纪录；英国WitchFarm油田，水平位移已经超过10,000m。四、当前钻井水平（Recordofoilwell)绪论Introductionofdrillingengineering第一节钻井的重要性21五、钻井技术的发展（Developmentofdrilling)概念时期（1900-1920）钻井和钻井液配套牙轮钻头使用下套管用水泥封固发展时期（1920-1948）以上概念进一步发展，开始使用大功率钻机。科学化钻井时期（1948-1968）喷射钻井技术（水射流理论）镶齿、滑动密封轴承钻头的使用低固相、无固相不分散钻井液体系和固控技术地层压力检测技术、井控技术、平衡压力钻井技术绪论Introductionofdrillingengineering第一节钻井的重要性22自动化钻井时期（1968－目前）自动化钻机井口自动化工具钻井参数自动测量计算机在钻井工程中应用最优化钻井技术井下闭环钻井系统随钻地震地质导航钻井系统绪论Introductionofdrillingengineering第一节钻井的重要性23绪论Introductionofdrillingengineering第一节钻井的重要性24第二节油气田勘探开发方案与布井Section2explorationanddevelopmentprogramandwell绪论Introductionofdrillingengineering上节我们介绍了油气井是根据勘探和开发石油和天然气的需要而进行的。那么是根据什么来确定井的位置和形状呢？一、勘探阶段布井1.寻找油气经过初步的地质勘查、重力和磁力勘测之后，对具有发现油藏可能性的区域进行地震勘探工作，寻找可能储存石油和天然气的圈闭和构造。在构造顶部布井进行钻探，这类井的目的有二：一是寻找石油和天然气，二是研究地层分布和性质。2.圈定油气在已经发现油气的井周围，布置新的井，以确定油藏的空间几何形状、确定储量。第二节油气田勘探开发方案与布井25绪论Introductionofdrillingengineering第二节油气田勘探开发方案与布井26二、开发阶段布井一个含油构造经过初探，发现工业油气流以后，紧接着就要进行详探并逐步投入开发。所谓油田开发，就是依据详探成果和必要的生产试验资料，在综合研究的基础上对具有工业价值的油田，按石油市场的需求，从油田的实际情况和生产规律出发，以提高最终采收率为目的，制定合理的开发方案，并对油田进行建设和投产，使油田按方案规划的生产能力和经济效益进行生产，直至油田开发结束的全过程。油田开发必须依据一定的技术方针来进行，在制订油田开发技术方针时要考虑采油速度(即年产油量占油藏可采储量的百分比)、油田地下能量的利用和补充、采收率的大小、稳产年限、经济效益及工艺技术等因素。一个油田在明确的开发技术方针指导下，要想进入正规的开发，必须编制好油田开发方案，即依据油田开发的基础知识，对油田的开发程序、开发方式、层系划分、注水方式、井网密度、布井方式及经济指标等各因素进行充分的论证、细致的分析对比，最后制订出符合实际、技术上先进、经济上优越的方案。绪论Introductionofdrillingengineering第二节油气田勘探开发方案与布井27绪论Introductionofdrillingengineering第二节油气田勘探开发方案与布井28绪论Introductionofdrillingengineering第二节油气田勘探开发方案与布井29第三节钻井设备Section3DrillingEquipment绪论Introductionofdrillingengineering钻机的类型钻机的组成第三节钻井设备30一、钻机的类型常规陆地钻机沙漠钻机车装钻机斜井钻机海上钻井平台钻井船绪论Introductionofdrillingengineering第三节钻井设备31常规陆地钻机绪论Introductionofdrillingengineering第三节钻井设备32沙漠钻机绪论Introductionofdrillingengineering第三节钻井设备33车装钻机绪论Introductionofdrillingengineering第三节钻井设备34斜井钻机绪论Introductionofdrillingengineering第三节钻井设备35连续油管作业机绪论Introductionofdrillingengineering第三节钻井设备36海上钻井平台绪论Introductionofdrillingengineering第三节钻井设备3737绪论Introductionofdrillingengineering第三节钻井设备3838绪论Introductionofdrillingenginee