鉆井方法及工藝

1、第六章第六章 油氣鉆井方法及工藝油氣鉆井方法及工藝?yán)靡欢ǖ墓ぞ吆图夹g(shù)在地層中鉆出一個(gè)較大孔眼的過(guò)程。第一節(jié)第一節(jié) 鉆井方法鉆井方法為了在地下巖層中鉆出所要求的孔眼而采用的鉆孔方法。人工掘井人力沖擊鉆井法頓鉆鉆井法旋轉(zhuǎn)鉆井法連續(xù)管鉆井法目前普遍使用鉆井鉆井鉆井方法鉆井方法鉆井方法鉆井方法分分 類類一、頓鉆鉆井法頓鉆鉆井法1.工藝過(guò)程鋼絲繩提升鉆頭沖擊井底，擊碎巖石巖屑、泥土混合成泥水漿提出鉆頭撈出井內(nèi)的泥水漿暴露新井底下放下?lián)粕巴蚕蚓畠?nèi)注水積累到一定量設(shè)計(jì)井深圖61 頓鉆鉆井示意圖2.特點(diǎn)起、下鉆費(fèi)時(shí)少，設(shè)備簡(jiǎn)單(1)破碎巖石，取出巖屑的作業(yè)都是不連續(xù)的；優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：(2)鉆頭功率小，破巖效率

2、低，鉆井速度慢；(3)不能進(jìn)行井內(nèi)壓力控制；(4)只適用于鉆直井。二、旋轉(zhuǎn)鉆井法旋轉(zhuǎn)鉆井法轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法井底動(dòng)力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆井法1.轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法(1)工藝過(guò)程鉆頭吃入地層破碎巖石清洗井底循環(huán)洗井液轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆柱加壓設(shè)計(jì)井深圖62 轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法 (2) 特點(diǎn)目前這種方法在世界各國(guó)被廣泛使用。鉆桿完成起下鉆具、傳遞扭矩、為鉆頭施加鉆壓、提供洗井液的入井渠道等任務(wù)；鉆頭在一定的鉆壓作用下旋轉(zhuǎn)破巖，提高了破巖效率；在破巖的同時(shí)，井底巖屑被清除出來(lái)；提高了鉆井速度和效益。鉆頭吃入地層破碎巖石清洗井底循環(huán)洗井液動(dòng)力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆柱加壓設(shè)計(jì)井深2. 井底動(dòng)力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆井法(1)工藝過(guò)程(2)分類渦輪鉆具螺桿鉆具

3、電動(dòng)鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭的動(dòng)力由地面移到井下，直接接在鉆頭之上；鉆柱的功能只是給鉆頭施加一定的鉆壓、形成洗井液通路和承受井下動(dòng)力鉆具外殼的反扭矩；井底動(dòng)力鉆具的動(dòng)力是由電源或地面泥漿泵提供的、通過(guò)鉆柱內(nèi)孔傳遞到井下的具有一定動(dòng)能和壓力的洗井液流體或交流電。(3) 特點(diǎn)三、連續(xù)管鉆井法連續(xù)管鉆井法( (柔桿鉆井法柔桿鉆井法) )1.工藝過(guò)程鉆頭、加壓裝置、動(dòng)力機(jī)下放至井底循環(huán)洗井液延伸井眼鉆頭旋轉(zhuǎn)，破碎巖石為動(dòng)力機(jī)提供動(dòng)力清洗井底連續(xù)管圖63 連續(xù)管鉆井示意圖2.特點(diǎn)(5)具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，目前正在發(fā)展、完善中。(1)連續(xù)管鉆井實(shí)現(xiàn)了起、下鉆的連續(xù)機(jī)械化，節(jié)省了時(shí)間和勞動(dòng)量；(2)在起下鉆時(shí)仍能保持洗

4、井液的正常循環(huán)；(3)由洗井液直接提供破巖鉆進(jìn)的能量，大大提高了能量的有效利用率；(4)為全自動(dòng)化控制提供了很好的條件；第二節(jié)第二節(jié) 鉆井類型鉆井類型井的類型：由于鉆井的目的、要求不同而產(chǎn)生的1.探井 通過(guò)鉆井而達(dá)到探明地質(zhì)情況，獲取地下地層油氣資源分布及相應(yīng)性質(zhì)等方面資料的井地質(zhì)淺井地質(zhì)探井預(yù)探井詳探井資料井為配合地面地質(zhì)和地球物理工作，以了解區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，地層剖面和局部構(gòu)造為目的的淺井以了解地層的時(shí)代、巖性、厚度、生儲(chǔ)蓋層組合，并為地球物理解釋提供各種參數(shù)為目的而鉆的井在地震詳查和地質(zhì)綜合研究所確定的有利構(gòu)造上以發(fā)現(xiàn)油氣藏為目的所鉆的探井在已發(fā)現(xiàn)油氣的構(gòu)造上，以探明含油氣的面積和儲(chǔ)量，了解

5、油氣層結(jié)構(gòu)變化和產(chǎn)能為目的所鉆的井為編制油氣田開(kāi)發(fā)方案，或在開(kāi)發(fā)過(guò)程中為某些專題研究取得第一手資料數(shù)據(jù)而鉆的井2.開(kāi)發(fā)井以開(kāi)發(fā)為目的，為了給已探明的地下油氣提供通道，或?yàn)榱瞬捎酶鞣N措施使油氣被開(kāi)采出來(lái)所鉆的井油氣井注入井觀察井為開(kāi)發(fā)油氣田，用大中型鉆機(jī)所鉆的采油、采氣井，也叫生產(chǎn)井。為合理開(kāi)發(fā)油氣田，提高采收率及開(kāi)發(fā)速度，用以對(duì)油氣田進(jìn)行注氣、注水以補(bǔ)充和合理利用地層能量所鉆的井。在已開(kāi)發(fā)的油氣田內(nèi)，為了研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中地下情況的變化所鉆的井。第三節(jié)第三節(jié) 鉆井設(shè)備鉆井設(shè)備鉆機(jī)：石油鉆井的地面配套設(shè)備，由多種機(jī)器設(shè)備組成的一套大功率重型聯(lián)合工作機(jī)組，可以滿足完成鉆進(jìn)、接單根、起下鉆、循環(huán)洗井、下

6、套管、固井、完井及特殊作業(yè)和處理井下事故等要求。圖64 大慶I130型鉆機(jī)一、鉆機(jī)的分類鉆機(jī)的分類1.鉆井深度大型鉆機(jī)超重型鉆機(jī)重型鉆機(jī)中型鉆機(jī)H5000m，W2500kNH10002500mW8001600kNH30005000mW20002500kN輕便鉆機(jī)H5000m，W800kN， 89 140mm鉆桿，井徑 160mm，深井H3000m，W300kN， 42 89mm鉆桿，井徑 150mm，勘探井、水井2.動(dòng)力設(shè)備柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)交流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)以柴油機(jī)為動(dòng)力，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)或液力傳動(dòng)的鉆機(jī)工作機(jī)用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。通常用于海上鉆井工作機(jī)用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)3.使用地區(qū)陸地鉆機(jī)海洋

7、鉆機(jī)陸地（包括沙漠、沼澤等）使用的鉆機(jī)自升式鉆井平臺(tái)、半潛式鉆井平臺(tái)、鉆井船和鉆井固定平臺(tái)上的各種類型的鉆機(jī)二、鉆機(jī)的組成及功能鉆機(jī)的組成及功能1、起升系統(tǒng)(1)組成(2)功能起下鉆、接單根和鉆進(jìn)時(shí)的鉆壓控制。下放、懸吊或起升鉆柱、套管柱和其它井下設(shè)備進(jìn)、出井眼；井架、天車、游動(dòng)滑車、大繩、大鉤及絞車水龍頭、轉(zhuǎn)盤2、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)(1)組成(2)功能保證在洗井液高壓循環(huán)的情況下給井下鉆具提供足夠的旋轉(zhuǎn)扭矩和動(dòng)力，以滿足破巖鉆進(jìn)和井下其它要求保證在洗井液循環(huán)時(shí)鉆柱能夠旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)整個(gè)鉆柱及鉆頭旋轉(zhuǎn)的設(shè)備泥漿泵、泥漿凈化裝置(固相控制設(shè)備)和泥漿槽、罐等3、循環(huán)系統(tǒng)(1)組成(2)功能從井底清除巖屑；冷卻鉆

8、頭和潤(rùn)滑鉆具。圖65 洗井液循環(huán)系統(tǒng)示意圖動(dòng)力機(jī)、傳動(dòng)部分4、驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)(1)組成(2)功能產(chǎn)生動(dòng)力，并把動(dòng)力傳遞給泥漿泵、絞車和轉(zhuǎn)盤。柴油機(jī)或電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器、離合器、變速箱、皮帶傳動(dòng)及鏈條傳動(dòng)等裝置5、氣控系統(tǒng)控制面板(控制機(jī)構(gòu))、傳輸管線和閥門、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及壓氣機(jī)等。(1)組成：(2)功能：確保對(duì)整個(gè)鉆機(jī)各個(gè)工作機(jī)構(gòu)及其部件的準(zhǔn)確、迅速控制，使整機(jī)協(xié)調(diào)一致的工作。6、井控系統(tǒng)(1)組成： 防噴器組、鉆井四通、節(jié)流管匯、壓井管線以及液、氣壓控制機(jī)構(gòu)組成。(2)功能：控制井內(nèi)的壓力，防止地層流體無(wú)控制地流入井中。鉆井現(xiàn)場(chǎng)井架十大件天車游動(dòng)滑車大鉤水龍頭轉(zhuǎn)盤絞車泥漿泵柴油機(jī)傳動(dòng)裝置第四節(jié) 鉆井

9、工具井下鉆具井口工具一、井下工具一、井下工具水龍頭以下至鉆頭的管柱和工具的總稱。主要包括鉆頭和鉆柱。1、鉆頭直接破碎巖石形成井眼的工具。影響鉆井速度最直接的因素之一用鉆頭的進(jìn)尺除以純鉆進(jìn)時(shí)間，即單位純鉆進(jìn)時(shí)間的鉆頭進(jìn)尺，表示鉆頭破碎巖石的能力和效率，單位為mh。衡量鉆頭破巖效率高低的主要指標(biāo)有鉆頭進(jìn)尺和機(jī)械鉆速。鉆頭壽命： 在整個(gè)使用過(guò)程中，鉆頭在井下的純鉆進(jìn)時(shí)間(包括劃眼在已鉆出的井眼內(nèi)旋轉(zhuǎn)送鉆、修整井壁的過(guò)程)，單位為h；鉆頭進(jìn)尺： 在鉆頭壽命內(nèi)，其鉆進(jìn)的井段長(zhǎng)度，單位為m；機(jī)械鉆速：按照鉆切巖石面積及形狀的不同：鉆頭的分類全面鉆進(jìn)鉆頭取芯鉆頭特種鉆頭按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和破巖機(jī)理的不同：刮刀鉆頭

10、牙輪鉆頭金剛石鉆頭(1)刮刀鉆頭圖66 刮刀鉆頭切削型鉆頭適用地層：松軟地層工作原理：工作時(shí)其刀翼在鉆壓作用下吃入巖石，并在扭矩作用下剪切破碎巖石。破巖方式：以刮削、擠壓和剪切為主的方式刀翼數(shù)刀冀底刃的形狀兩翼(魚(yú)尾式)刮刀鉆頭三翼刮刀鉆頭四翼刮刀鉆頭階梯式刮刀鉆頭平底式刮刀鉆頭最常用分類優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：機(jī)械鉆速較高扭矩較大，控制不當(dāng)易造成井斜刮刀鉆頭的壽命取決于刀翼的壽命(2)牙輪鉆頭圖67 牙輪鉆頭破巖形式：具有沖擊、壓碎和剪切等多種形式。適用地層：從軟到堅(jiān)硬的各種地層。組成：鉆頭體、水眼、巴掌、軸承和牙輪等。工作原理：牙輪鉆頭在鉆壓和鉆柱旋轉(zhuǎn)的作用下，牙齒壓碎并吃入巖石，同時(shí)產(chǎn)生一定的滑動(dòng)而

11、剪切巖石。當(dāng)牙輪在井底滾動(dòng)時(shí)，牙輪上的牙齒依次沖擊、壓入地層，這個(gè)作用可以將井底巖石壓碎一部分，同時(shí)靠牙輪滑動(dòng)帶來(lái)的剪切作用削掉牙齒間殘留的另一部分巖石，使井底巖石全面破碎，井眼得以延伸。牙齒與井底接觸面積小、比壓高、工作扭矩小等特點(diǎn)多牙輪鉆頭牙輪數(shù)目分類單牙輪鉆頭雙牙輪鉆頭三牙輪鉆頭最常用(3)金剛石鉆頭圖69 金剛石鉆頭圖610 PDC鉆頭磨銑型鉆頭金剛石作切削刃的鉆頭破巖形式：破磨和銑削。適用地層：堅(jiān)硬地層。鉆頭體、切削齒、水眼、水槽等。組成：分類：金剛石的來(lái)源天然金剛石鉆頭人造金剛石鉆頭鉆頭的結(jié)構(gòu)形狀金剛石鉆頭金剛石刮刀鉆頭聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭(PDC鉆頭)金剛石鑲裝特點(diǎn)表鑲金剛石鉆頭

12、孕鑲金剛石鉆頭如用鉆柱擠注水泥、中途測(cè)試、處理事故等。2鉆柱(1)定義鉆柱是用各種接頭將方鉆桿、鉆桿和鉆鋌等部件連接起來(lái)組成的入井管柱，通常指鉆頭以上的鉆具。(2)功能傳遞扭矩通過(guò)鉆柱將地面動(dòng)力機(jī)的能量傳給鉆頭，使鉆頭旋轉(zhuǎn)破碎井底巖石，加深井眼。施加鉆壓依靠鉆柱中鉆鋌部分在洗井液中的自重對(duì)鉆頭施加鉆壓，使鉆頭工作刃不斷吃入地層，破碎巖石。輸送洗井液通過(guò)鉆柱的中心孔腔將洗井液輸送到鉆頭，由水眼噴射出，沖擊到井底，攜帶巖屑后由環(huán)空返回地面。延伸井眼在鉆進(jìn)中通過(guò)不斷地增加鉆柱長(zhǎng)度(接單根)以達(dá)到延伸井眼的目的。通常井眼的深度用下入井內(nèi)的鉆柱長(zhǎng)度測(cè)量。起下鉆頭鉆頭在井下工作是靠鉆柱連接并傳遞扭矩和壓力

13、的。起出已磨損的鉆頭和下入新鉆頭都必須由鉆柱完成。另外，針對(duì)不同的目的，還可以起下其它井下工具。特殊作業(yè)(3)組成方鉆桿 位于鉆柱的最上端，其上部與水龍頭相接，下部與鉆桿連接。傳遞扭矩和承受鉆柱的全部重量。作用：斷面為中空的正方形或六邊形，壁厚比一般鉆桿大三倍左右，而且由強(qiáng)度較大的優(yōu)質(zhì)合金鋼制成。一般長(zhǎng)度為1316米，比一般鉆桿長(zhǎng)2米以上。性能： 具有較高的抗拉強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度形狀：圖611 國(guó)產(chǎn)方鉆桿壁厚而粗大，一般是3853mm，單位長(zhǎng)度重量大，相當(dāng)于同尺寸鉆桿的46倍。以滿足給鉆頭施加鉆壓、增強(qiáng)剛度的要求，在加壓時(shí)可以減小彎曲，防止井斜和鉆具折斷。鉆桿與鉆桿接頭位于方鉆桿與鉆鋌之間，是組成

14、鉆柱的基本部分，無(wú)縫圓鋼管制成的。作用： 傳遞扭矩與輸送洗井液形狀：壁厚比方鉆桿和鉆鋌薄，壁厚一般為911mm，內(nèi)徑大，兩端分別接上帶粗扣的鉆桿接頭各一只(合稱一副)，稱為鉆桿單根。一般將三根鉆桿連接在一起做為一個(gè)單元，稱之為立根(或立柱)。鉆鋌作用： 給鉆頭施加壓力并保持自身處于不彎曲狀態(tài)以防止井斜。形狀：二、井口工具二、井口工具指在起下鉆過(guò)程中井口所用的工具。主要有吊鉗、吊卡、吊環(huán)、卡瓦、安全卡瓦、提升短節(jié)等。(1)吊鉗指用手動(dòng)卡緊機(jī)構(gòu)來(lái)上、卸鉆桿、鉆鋌絲扣和套管絲扣的專用工具。(2)吊卡和吊環(huán)吊卡用來(lái)卡住鉆桿接頭，提升鉆柱或懸吊鉆柱。吊環(huán)是懸掛在大鉤上，用以懸掛吊卡的專用工具。第五節(jié) 基本鉆井工藝過(guò)程三個(gè)階段：即鉆前淮備、鉆進(jìn)以及固井與完井1鉆前準(zhǔn)備修公路、平井場(chǎng)及打水泥基礎(chǔ)、鉆井設(shè)備的搬運(yùn)和安排、井口準(zhǔn)備（打?qū)Ч芎豌@鼠洞）、備足鉆井所需要的各種工具、器材等。2鉆進(jìn)鉆進(jìn)是進(jìn)行鉆井生產(chǎn)取得進(jìn)尺的唯一過(guò)程。其基本工藝過(guò)程有：第一次開(kāi)鉆(一開(kāi))第二次開(kāi)鉆(二開(kāi))第三次開(kāi)鉆(三開(kāi))從地面鉆出一個(gè)大井眼，然后下表層套管。用較小一些的鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)，若遇到復(fù)雜地層，用洗井液難以控制時(shí)，便要下技術(shù)套管(中間套管)。再用小一些的鉆頭往下鉆進(jìn)