6钻井方法及工艺

第六章油气钻井方法及工艺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。第一节钻井方法为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。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钻井方法钻井方法分类一、顿钻钻井法1.工艺过程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下放下捞砂筒向井内注水积累到一定量设计井深图6－1顿钻钻井示意图2.特点起、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；(3)不能进行井内压力控制；(4)只适用于钻直井。二、旋转钻井法转盘旋转钻井法井底动力钻具旋转钻井法1.转盘旋转钻井法(1)工艺过程钻头吃入地层破碎岩石清洗井底循环洗井液转盘旋转钻柱加压设计井深图6－2转盘旋转钻井法(2)特点目前这种方法在世界各国被广泛使用。①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；②钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破岩效率；③在破岩的同时，井底岩屑被清除出来；④提高了钻井速度和效益。钻头吃入地层破碎岩石清洗井底循环洗井液动力钻具旋转钻柱加压设计井深2.井底动力钻具旋转钻井法(1)工艺过程(2)分类涡轮钻具螺杆钻具电动钻具①转动钻头的动力由地面移到井下，直接接在钻头之上；②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；③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。(3)特点三、连续管钻井法(柔杆钻井法)1.工艺过程钻头、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连续管图6－3连续管钻井示意图2.特点(5)具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。(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；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（1）探井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地质浅井地质探井预探井详探井资料井为配合地面地质和地球物理工作，以了解区域地质构造，地层剖面和局部构造为目的的浅井以了解地层的时代、岩性、厚度、生储盖层组合，并为地球物理解释提供各种参数为目的而钻的井在地震详查和地质综合研究所确定的有利构造上以发现油气藏为目的所钻的探井在已发现油气的构造上，以探明含油气的面积和储量，了解油气层结构变化和产能为目的所钻的井为编制油气田开发方案，或在开发过程中为某些专题研究取得第一手资料数据而钻的井1、把钻井的目的分：（2）开发井以开发为目的，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油气井注入井观察井为开发油气田，用大中型钻机所钻的采油、采气井，也叫生产井。为合理开发油气田，提高采收率及开发速度，用以对油气田进行注气、注水以补充和合理利用地层能量所钻的井。在已开发的油气田内，为了研究开发过程中地下情况的变化所钻的井。3．把钻井按井深不同分类：浅井H2500m，中深井2500H4500，深井4500H6000，超深井H6000m。2．把钻井按井斜角不同分类直井：设计的井眼轴线为一铅垂线的井定向井：设计的目标点与井口不在一铅垂线上的井。。水平井：井眼进入目的层时井斜角接近、等于或大于90并在目的层中延伸一定长度的定向井。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。一、钻机的分类1.钻井深度大型钻机超重型钻机重型钻机中型钻机H5000m，W2500kNH＝1000～2500mW＝800～1600kNH＝3000～5000mW＝2000～2500kN轻便钻机H5000m，W800kN，89～140mm钻杆，井径160mm，深井H3000m，W300kN，42～89mm钻杆，井径150mm，勘探井、水井2.动力设备柴油机驱动钻机直流电驱动钻机交流电驱动钻机以柴油机为动力，通过机械传动或液力传动的钻机工作机用直流电动机驱动。通常用于海上钻井工作机用交流电动机驱动3.使用地区陆地钻机海洋钻机陆地（包括沙漠、沼泽等）使用的钻机自升式钻井平台、半潜式钻井平台、钻井船和钻井固定平台上的各种类型的钻机二、钻机的组成及功能•起升系统•循环系统•旋转系统•驱动及传动系统•气控系统•井控系统§6-3钻井设备①提升系统-绞车、井架、天车、游车和钢丝绳天车游车绞车②循环系统-泥浆泵、泥浆池、立管、水龙带、钻柱、分离装置废水池泥浆池钻屑下滑泥浆振动筛加重装置泥浆泵排出管线立管水龙带水龙头方钻杆钻柱环空钻铤井眼钻头取芯钻头PDC钻头三牙轮钻头钻杆与钻挺④动力系统与传动系统-柴油机、发电机机械传输电力传输传动系统-电力传输与机械传输⑤气控系统–组成：控制面板、传输管线及阀门、执行机构和压气机。–功能：确保对整个钻机和各个工作机构及其部件的准确、迅速控制，使整机协调一致。§6-3钻井设备⑥井控系统-防喷器、节流管汇、压井管汇、远控台第四节钻井工具井下钻具井口工具一、井下工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、钻头直接破碎岩石形成井眼的工具。影响钻井速度最直接的因素之一1.钻头类型及指标–钻头的分类一、钻头§6-4钻井工具刮刀钻头牙轮钻头金刚石钻头取心钻头特种钻头按结构特点和破岩机理分：按钻切岩石面积及形状分：–钻头的技术、经济指标•钻头进尺：指一只钻头在整个使用过程中所钻进的井段长度，单位m。•钻头寿命：在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间，单位h。•机械钻速：单位纯钻进时间的钻头进尺，单位m/h。一、钻头§6-4钻井工具THvm★钻头进尺和机械钻速是反映钻头好坏的主要指标。2.刮刀钻头–刮刀钻头的组成：钻头体、刀翼和水眼一、钻头§6-4钻井工具钻头体刀翼水眼刀翼数刀翼底刃的形状两翼(鱼尾式)刮刀钻头三翼刮刀钻头四翼刮刀钻头阶梯式刮刀钻头平底式刮刀钻头最常用分类优点：缺点：机械钻速较高扭矩较大，控制不当易造成井斜刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命3.牙轮钻头–牙轮钻头的组成：钻头体、牙轮、巴掌、水眼和轴承。钻头体巴掌水眼压轮§6-4钻井工具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牙轮钻头的破岩形式冲击-压碎、剪切•牙轮在井底滚动，冲击压碎井底岩石，形成一个个破碎坑；•而破碎坑之间的岩石并没有破碎，靠牙轮的滑动作用来剪切岩石，形成全面破碎；•为了增加滑动作用，结构上增加了：超顶、移轴、复锥。牙轮钻头的使用特点牙轮钻头适用于从软到坚硬的各种地层；牙轮钻头的寿命取决于牙齿和轴承的磨损情况。4.金刚石钻头–金刚石钻头的组成：钻头体、切削齿、水眼与水槽。钻头体水眼与水槽切削齿§6-4钻井工具金刚石钻头磨铣型钻头金刚石作切削刃的钻头破岩形式：破磨和铣削。适用地层：坚硬地层。钻头体、切削齿、水眼、水槽等。组成：分类：金刚石的来源天然金刚石钻头人造金刚石钻头钻头的结构形状金刚石钻头金刚石刮刀钻头聚晶金刚石复合片钻头(PDC钻头)金刚石镶装特点表镶金刚石钻头孕镶金刚石钻头钻柱是用各种接头将方钻杆、钻杆和钻铤等部件连接起来组成的入井管柱，通常指钻头以上的钻具。1.钻柱的主要功用•传递扭矩•施加钻压•输送洗井液•计量井深•起下钻头二、钻柱§6-4钻井工具2.方钻杆•主要作用：–传递扭矩；–承受钻柱全部重量•主要特点：–中空、断面外形为四边形和六边形；–上端反扣（左旋扣）、下端正扣（右旋扣）；–长13～16m，比单根钻杆长2m以上；–壁厚比钻杆大3倍。二、钻柱水龙头钻杆方钻杆转盘面方钻杆保护接头§6-4钻井工具3.钻杆•主要作用：–传递扭矩；–输送钻井液。•主要特点：–两端有接头形成的台肩，便于接单根、起下钻；–壁薄，9～11mm。二、钻柱§6-4钻井工具4.钻铤•主要作用：–给钻头施加压力。•主要特点：–壁厚且粗大，单位长度重量大，为同尺寸钻杆的4～6倍。–两端无接头。二、钻柱§6-4钻井工具起下钻、接单根、下套管过程中在井口所用的各种工具。包括：1、吊钳（大钳）、液压大钳2、吊卡、吊环3、卡瓦和安全卡瓦4、提升短节三、井口工具§6-4钻井工具油田现场：“三吊一卡”1(a)吊钳上、卸钻杆、钻铤和套管丝扣。三、井口工具§6-4钻井工具三、井口工具1(b)液压大钳（钻杆动力钳）–集扭矩钳和旋扣钳于一体，上卸扣替代猫头、吊钳和旋绳。§6-4钻井工具三、井口工具2、吊卡和吊环–作用：起升、悬持和下放钻具。§6-4钻井工具3、卡瓦和安全卡瓦–作用：在井口悬持无台肩钻具，如钻铤等。§6-4钻井工具4、提升短节–作用：用来提升外壁无台肩的钻铤和其它井下管串。三、井口工具4、提升短节–作用：用来提升外壁无台肩的钻铤和其它井下管串。§6-4钻井工具实施油气井钻探的基本过程物探与地质--油气构造位置的确定钻前--为钻井创造基本条件（道路、井场、设备安装）钻井--形成油气通道完井--确定油气产能（试油、储层改造）开发--油气变现（钱）§6-5一口井钻井基本工艺过程一、钻前工程简介铺设通往井场的道路修建、平整井场修建排污池及蓄水池用木板固定的方井⑦安装钻井设备组装泥浆罐安全护栏安置井架底座组装支架零部件升起支架安装钻井设备①上提单根并放入鼠洞②上提方钻杆，将水龙头推至鼠洞单根的上方③连接水龙头和单根，再把单根与井筒内钻柱相连④用连接好单根并加长的钻柱继续钻进1234接单根二、钻进•定义：在已打好的井眼中下入套管，并在井壁和套管间注入水泥浆，将套管和地层固结成一体的工艺过程。•固井工作包括下套管和注水泥两个环节。三、固井与完井§6-5一口井的基本工艺过程1、固井2、完井作业-下入生产套管、射孔、安装采油树射孔枪下至油层射孔弹射穿生产套管地层油气流入生产套管内射孔过程示意图3、测井作业