石油工程導(dǎo)論2-1

1、石油工程導(dǎo)論石油工程導(dǎo)論第二部分：鉆井工程第二部分：鉆井工程第一講第一講 鉆井在石油工程中的作用鉆井在石油工程中的作用 鉆井的作用鉆井的作用 鉆井隊(duì)鉆井隊(duì) 旋轉(zhuǎn)鉆井設(shè)備旋轉(zhuǎn)鉆井設(shè)備 鉆井分類鉆井分類 海上鉆井海上鉆井 鉆井經(jīng)濟(jì)鉆井經(jīng)濟(jì)1.1 鉆井的作用鉆井的作用地震地震Seismic鉆井鉆井Drilling油藏油藏Reservior采油采油Production鉆井鉆井Drilling作業(yè)作業(yè)Workover增產(chǎn)增產(chǎn)Stimulation提高采收率提高采收率EOR廢棄廢棄Abandonment地質(zhì)地質(zhì)Geology測井測井Logging勘探階段勘探階段開發(fā)階段開發(fā)階段測井測井Logging 石油

2、工程石油工程Exploration Appraisal Development Maintenance AbandonmentThe life of an oil or gas field can be sub-divided into the following phasees:The length of the exploration phase will depend on the success or otherwise of the exploration wells. There may be a single exploration well or many exploratio

3、n wells drilled on a prospect. If an economically attractive discovery is made on the prospect then the company enters the Appraisal phase of the life of the field. During this phase more seismic lines may be shot and more wells will be drilled to estimate the lateral and vertical extent of (to deli

4、neate) the reservoir. These appraisal wells will yield further information, on the basis of which future plans will be based. The information provided by the appraisal wells will be combined with all of the previously collected data and engineers will investigate the most cost effective manner in wh

5、ich to develop the field. If the prospect is deemed to be economically attractive a Field Development Plan will be submitted for approval to the secretary of the State for Energy. It must be noted that the oil company is only a licencee and that the oilfield is the property of the state. The state m

6、ust therefore approve any plans for development of the field. If approval for the development is received then the company will commence drilling Development wells and constructing the production facilities according to the Development Plan. Once the filed is on-stream the companies commitment conti

7、nues in the form of maintenance of both the wells and all of the production facilities.After many years of production it may be found that the field is yielding more or possibly less hydrocarbons than initially anticipated at the Development Planning stage and the company may undertake further appra

8、isal and subsequence drilling in the field.At some point in the life of the field the costs of production will exceed the revenue from the field and the field will be abandoned. All of the wells will be plugged and surface facilities will have to be removed in a safe and environmentally acceptable f

9、ashion.1.2 鉆井隊(duì)鉆井隊(duì) 鉆一口井需要多種技術(shù)，由多個(gè)公司合作完成。鉆一口井需要多種技術(shù)，由多個(gè)公司合作完成。 作業(yè)者作業(yè)者Operator ：管理鉆井和采油操作的油公司。管理鉆井和采油操作的油公司。 多家公司共同投資的勘探區(qū)塊，通常選一個(gè)公司為作業(yè)多家公司共同投資的勘探區(qū)塊，通常選一個(gè)公司為作業(yè)者。者。 油公司雇用鉆井承包商（油公司雇用鉆井承包商（ Drilling contractor ）鉆井。）鉆井。日費(fèi)制（日費(fèi)制（Day-rate contract） 最主要的承包形式；最主要的承包形式； 作業(yè)者準(zhǔn)備了詳細(xì)的鉆井設(shè)計(jì)（作業(yè)者準(zhǔn)備了詳細(xì)的鉆井設(shè)計(jì)（well design）和鉆井施

10、）和鉆井施工程序；工程序； 鉆井承包商只簡單提供鉆機(jī)（鉆井承包商只簡單提供鉆機(jī)（drilling rig）和井隊(duì)人員；）和井隊(duì)人員； 井隊(duì)只獲取日費(fèi)；井隊(duì)只獲取日費(fèi)； 所有消費(fèi)所有消費(fèi) (如如drilling bits, cement)、運(yùn)輸、運(yùn)輸 transport和和 支持服務(wù)由作業(yè)者承擔(dān)。支持服務(wù)由作業(yè)者承擔(dān)。承包形式承包形式 Contracting strategies 大包大包 (Turnkey contract) 鉆井承包商負(fù)責(zé)出設(shè)計(jì)、承包運(yùn)輸、技術(shù)支持，負(fù)責(zé)買所有耗材。作業(yè)者支付給鉆井承包商總費(fèi)用。 作業(yè)者的職責(zé)是對整口井指定鉆井靶點(diǎn)（drilling targets）,進(jìn)行過程

11、評價(jià)和質(zhì)量控制。 油公司通常派一名代表住在井隊(duì)，稱為鉆井監(jiān)督油公司通常派一名代表住在井隊(duì)，稱為鉆井監(jiān)督“company man”，負(fù)責(zé)鉆井按設(shè)計(jì)進(jìn)行，并對影響鉆井，負(fù)責(zé)鉆井按設(shè)計(jì)進(jìn)行，并對影響鉆井進(jìn)程的事項(xiàng)做決定，并整天與平臺經(jīng)理進(jìn)程的事項(xiàng)做決定，并整天與平臺經(jīng)理superintendent打交道。打交道。 有時(shí)也有油公司的鉆井技術(shù)人員和地質(zhì)家在井場。有時(shí)也有油公司的鉆井技術(shù)人員和地質(zhì)家在井場。 鉆井公司（鉆井公司（The drilling contractor）會指定一名平臺經(jīng)）會指定一名平臺經(jīng)理（理（ superintendent）負(fù)責(zé)井隊(duì)的全部工作。他對鉆臺負(fù)責(zé)井隊(duì)的全部工作。他對鉆臺上

12、的所有工作負(fù)責(zé)，并保持與鉆井監(jiān)督的聯(lián)系，使其對鉆上的所有工作負(fù)責(zé)，并保持與鉆井監(jiān)督的聯(lián)系，使其對鉆井過程滿意。井過程滿意。 鉆井操作由井隊(duì)成員完成。鉆井操作由井隊(duì)成員完成。 由于鉆井要每天由于鉆井要每天24小時(shí)連續(xù)工作，因此要小時(shí)連續(xù)工作，因此要2班倒，每班由班倒，每班由司鉆司鉆 driller負(fù)責(zé)。負(fù)責(zé)。鉆井工作鉆井工作 Drilling activity 井隊(duì)成員包括一名井架工井隊(duì)成員包括一名井架工 （ derrickman ），），3名鉆工名鉆工（roughnecks ），），1名機(jī)修工名機(jī)修工 （mechanic），），1名電工名電工（an electrician）, 1名名crane

13、 operator 和多名雜工和多名雜工 （roustabouts ）。）。 必要時(shí)，還需要服務(wù)公司人員，必要時(shí)，還需要服務(wù)公司人員，(e.g. mud engineer or directional drilling engineer).Personnel in Drilling a Well 井位由油公司的地質(zhì)家或油藏工程師確定，并提井位由油公司的地質(zhì)家或油藏工程師確定，并提供井的地質(zhì)信息（供井的地質(zhì)信息（drilling proposal）。）。 Drilling proposal: 鉆井目的鉆井目的Objective of the well 目標(biāo)點(diǎn)井深和位置目標(biāo)點(diǎn)井深和位置Depth

14、and location (longitude and Latitude) of target 地質(zhì)分層剖面地質(zhì)分層剖面Geological cross section 地層三壓力剖面地層三壓力剖面Pore pressure profile prediction 鉆機(jī)類型鉆機(jī)類型 Drilling rig to be used for the well井位井位 Proposed location for the drilling rig井眼尺寸及深度井眼尺寸及深度 Holes sizes and depths套管尺寸及下深套管尺寸及下深 Casing sizes and depths鉆井液鉆井

15、液 Drilling fluid specification定向井信息定向井信息 Directional drilling information井控裝備與過程井控裝備與過程 Well control equipment and procedures鉆頭和鉆井水力學(xué)鉆頭和鉆井水力學(xué) Bits and hydraulics program鉆井設(shè)計(jì)內(nèi)容鉆井設(shè)計(jì)內(nèi)容 Drilling program:1.3 旋轉(zhuǎn)鉆井設(shè)備旋轉(zhuǎn)鉆井設(shè)備 鉆機(jī)及其分類 鉆機(jī)的組成和功能 鉆井工具1.3.1.1 1.3.1.1 鉆機(jī)鉆機(jī)石油鉆井的地面配套設(shè)備稱之為鉆機(jī)，它是由多種機(jī)械設(shè)備組成的一套大功率重型聯(lián)合工作機(jī)組。1

16、.3.1 鉆機(jī)及其分類1.3.1 鉆機(jī)及其分類1.3.1.2 1.3.1.2 鉆機(jī)的分類鉆機(jī)的分類海洋鉆機(jī)陸地鉆機(jī)按使用地區(qū)分類交流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)按動(dòng)力設(shè)備分類輕便鉆機(jī)大型鉆機(jī)按鉆井深度分類1.3.2 鉆機(jī)的組成及功能 起升系統(tǒng)起升系統(tǒng) 循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng) 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)系統(tǒng) 氣控系統(tǒng)氣控系統(tǒng) 井控系統(tǒng)井控系統(tǒng)氣控系統(tǒng)氣控系統(tǒng)組成：組成：控制面板、傳輸管線及閥門、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制面板、傳輸管線及閥門、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和壓氣機(jī)。壓氣機(jī)。功能：功能：確保對整個(gè)鉆機(jī)和各個(gè)工作機(jī)構(gòu)及其部件確保對整個(gè)鉆機(jī)和各個(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。的準(zhǔn)

17、確、迅速控制，使整機(jī)協(xié)調(diào)一致。1.3.3.1 鉆頭1.3.3 鉆井工具刮刀鉆頭刮刀鉆頭牙輪鉆頭牙輪鉆頭金剛石鉆頭金剛石鉆頭取心鉆頭取心鉆頭特種鉆頭特種鉆頭按結(jié)構(gòu)特按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和破巖點(diǎn)和破巖機(jī)理分：機(jī)理分：按鉆切巖按鉆切巖石面積及石面積及形狀分：形狀分：1.3.3.1 鉆頭刮刀鉆頭刮刀鉆頭的組成：鉆頭體、刀翼和水眼鉆頭體刀翼水眼1.3.3 鉆井工具鉆井工具1.3.3.1 鉆頭刮刀鉆頭 刮刀鉆頭的分類刀翼數(shù)刀冀底刃的形狀兩翼(魚尾式)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1.3.3 鉆井工具鉆井工具1.3.3.1 鉆頭刮刀鉆頭 刮刀鉆頭的使用特點(diǎn)適用于松軟地層，機(jī)械鉆速高

18、；易井斜；刮刀鉆頭壽命取決于刀翼，通常在刀翼上鑲硬質(zhì)合金塊以延長其使用壽命。1.3.3 鉆井工具鉆井工具1.3.3.1 1.3.3.1 鉆頭鉆頭牙輪鉆頭牙輪鉆頭 牙輪鉆頭的組成：鉆頭體、牙輪、巴掌、水眼和軸承。鉆頭體巴掌水眼壓輪1.3.3 鉆井工具鉆井工具1.3.3.1 1.3.3.1 鉆頭鉆頭牙輪鉆頭牙輪鉆頭 牙輪鉆頭的分類四牙輪鉆頭牙輪數(shù)目單牙輪鉆頭雙牙輪鉆頭三牙輪鉆頭最常用1.3.3 鉆井工具鉆井工具1.3.3.1 1.3.3.1 鉆頭鉆頭牙輪鉆頭牙輪鉆頭 牙輪鉆頭的使用特點(diǎn)牙輪鉆頭適用于從軟到堅(jiān)硬的各種地層；牙輪鉆頭的壽命取決于牙齒和軸承的磨損情況。1.3.3 鉆井工具鉆井工具1.3.

19、3.1 1.3.3.1 鉆頭鉆頭金剛石鉆頭金剛石鉆頭 金剛石鉆頭的組成：鉆頭體、切削齒、水眼與水槽。鉆頭體水眼與水槽切削齒1.3.3 鉆井工具鉆井工具1.3.3.1 鉆頭金剛石鉆頭 金剛石鉆頭的分類金剛石的來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PDC鉆頭金剛石鑲裝特點(diǎn)表鑲金剛石鉆頭孕鑲金剛石鉆頭1.3.3 鉆井工具鉆井工具1.3.3.1 1.3.3.1 鉆頭鉆頭金剛石鉆頭金剛石鉆頭 金剛石鉆頭的使用特點(diǎn)主要適用于堅(jiān)硬地層，PDC鉆頭適用于軟到中硬地層；損壞主要為金剛石切削齒的熱損壞、胎體被沖蝕、切削齒受沖擊而產(chǎn)生的碎裂。1.3.3 鉆井工具鉆井工具鉆柱是用各種接頭將方鉆桿、鉆

20、桿和鉆鋌等部件連接起來組成的入井管柱，通常指鉆頭以上的鉆具。 鉆柱的主要功用傳遞扭矩施加鉆壓輸送洗井液計(jì)量井深起下鉆頭1.3.3 鉆井工具鉆井工具1.3.3.2 鉆柱鉆柱方鉆桿主要作用：傳遞扭矩；承受鉆柱全部重量主要特點(diǎn)：中空、斷面外形為四邊形和六邊形；上端反扣（左旋扣）、下端正扣（右旋扣） ；長1316m，比單根鉆桿長2m以上；壁厚比鉆桿大3倍。水龍頭鉆桿方鉆桿轉(zhuǎn)盤面方鉆桿保護(hù)接頭1.3.3 鉆井工具鉆井工具1.3.3.2 鉆柱鉆柱鉆桿主要作用：傳遞扭矩；輸送鉆井液。主要特點(diǎn)：兩端有接頭形成的臺肩，便于接單根、起下鉆；壁薄， 911mm 。1.3.3.2 鉆柱鉆柱1.3.3 鉆井工具鉆井工具

21、鉆鋌主要作用： 給鉆頭施加壓力。主要特點(diǎn)： 壁厚且粗大，單位長度重量大，為同尺寸鉆桿的46倍。 兩端無接頭 。1.3.3.2 鉆柱鉆柱1.3.3 鉆井工具鉆井工具 起下鉆、接單根、下套管過程中在井口所用的各種工具。包括：1、吊鉗（大鉗）、液壓大鉗2、吊卡、吊環(huán)3、卡瓦和安全卡瓦4、提升短節(jié)油田現(xiàn)場：“三吊一卡”1.3.3 鉆井工具鉆井工具1.3.3.3 井口工具井口工具 吊鉗吊鉗上、卸鉆桿、鉆鋌和套管絲扣。1.3.3 鉆井工具鉆井工具1.3.3.3 井口工具井口工具液壓大鉗（鉆桿動(dòng)液壓大鉗（鉆桿動(dòng)力鉗）力鉗）集扭矩鉗和旋扣鉗于一體，上卸扣替代貓頭、吊鉗和旋繩。1.3.3 鉆井工具鉆井工具1.3

22、.3.3 井口工具井口工具 吊卡和吊環(huán)吊卡和吊環(huán)作用：起升、懸持和下放鉆具。1.3.3 鉆井工具鉆井工具1.3.3.3 井口工具井口工具卡瓦和安全卡瓦卡瓦和安全卡瓦作用：在井口懸持無臺肩鉆具，如鉆鋌等。1.3.3 鉆井工具鉆井工具1.3.3.3 井口工具井口工具提升短節(jié)提升短節(jié)作用：用來提升外壁無臺肩的鉆鋌和其它井下管串。1.3.3 鉆井工具鉆井工具1.3.3.3 井口工具井口工具1.4 鉆井分類鉆井分類 按鉆井目的分類按鉆井目的分類 按井斜角分類按井斜角分類 按井深分類按井深分類 探井：探井：為探明地質(zhì)情況、獲取地下油氣資源分布及相應(yīng)性為探明地質(zhì)情況、獲取地下油氣資源分布及相應(yīng)性質(zhì)等方面資料

23、而鉆的井。質(zhì)等方面資料而鉆的井。地質(zhì)淺井地質(zhì)淺井地層探井地層探井預(yù)探井預(yù)探井詳探井詳探井資料井資料井 開發(fā)井：開發(fā)井：以開發(fā)為目的，為了給地下油氣開采提供通道，以開發(fā)為目的，為了給地下油氣開采提供通道，或?yàn)榱瞬捎酶鞣N措施使油氣被開采出來所鉆的井?；?yàn)榱瞬捎酶鞣N措施使油氣被開采出來所鉆的井。油氣井油氣井注入井注入井檢查、觀察井檢查、觀察井1.按鉆井目的分類3 3按井深分類按井深分類 淺井淺井 H2500m 中深井中深井 2500H4500 深井深井 4500H6000m2按井斜角分類直井：直井：設(shè)計(jì)的井眼軸線為一鉛垂線的井設(shè)計(jì)的井眼軸線為一鉛垂線的井定向井：定向井：設(shè)計(jì)的目標(biāo)點(diǎn)與井口不在一鉛垂線

24、上的井。設(shè)計(jì)的目標(biāo)點(diǎn)與井口不在一鉛垂線上的井。 。水平井水平井：井眼進(jìn)入目的層時(shí)井斜角接近、等于或大于井眼進(jìn)入目的層時(shí)井斜角接近、等于或大于90 并在目的層中延伸一定長度的定向井。并在目的層中延伸一定長度的定向井。1.5 海上鉆井（海上鉆井（Offshore Drilling）油氣來自海洋offshore fieldIn the north Sea, exploration wells are drilled from a jack-up or a semi-submersible drilling rig. A jack-up(自升式鉆井船) has retractable legs whi

25、ch can be lowered down to the seabed. The legs support the drilling rig and keep the rig in position. Such rigs are generally designed for water depth up to 350 ft water depth.A semi-submersible rig (半潛式鉆井船)is not bottom supported but is designed to float. Semi-submersibles can operate in water depths of up to 3500ft. In very deep w