第1章 鉆井工藝技術(shù)簡(jiǎn)介

第一部分鉆井機(jī)械設(shè)備第一章鉆井工藝技術(shù)

第二章石油鉆機(jī)概論

第三章我國(guó)常用鉆機(jī)

第四章旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)系統(tǒng)

第五章起升系統(tǒng)工作原理與設(shè)備

第六章循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備第一章鉆井工藝技術(shù)鉆井方法及設(shè)備鉆井工藝過(guò)程井身結(jié)構(gòu)鉆井事故及處理第一節(jié)鉆井方法及設(shè)備鉆井工藝任務(wù)破碎巖層取出巖屑形成油流通道鉆井方法頓鉆旋轉(zhuǎn)鉆井轉(zhuǎn)盤鉆井頂部驅(qū)動(dòng)鉆井井下動(dòng)力鉆具其它鉆井方法沖蝕（射流）熔化氣化（激光鉆井）化學(xué)反應(yīng)（酸化）空氣鉆井一、頓鉆鉆井法過(guò)程破巖——用頓鉆鉆頭，上下沖擊。排屑——用撈砂筒。特點(diǎn)：破巖和排屑交替進(jìn)行，鉆進(jìn)過(guò)程不連續(xù)，效率低，速度慢，設(shè)備簡(jiǎn)單，適于淺井，農(nóng)用水井。二、旋轉(zhuǎn)鉆井法形式:地面動(dòng)力：鉆具旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，破碎巖石井下動(dòng)力：鉆具不旋轉(zhuǎn)，井下馬達(dá)帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，破碎巖石過(guò)程：破巖—用旋轉(zhuǎn)鉆頭排屑—用循環(huán)鉆井液三、鉆井設(shè)備概述鉆機(jī)起升系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)鉆機(jī)底座輔助系統(tǒng)鉆具方鉆桿鉆桿鉆桿接頭鉆鋌鉆頭井口工具吊卡卡瓦貓頭液壓大鉗鐵鉆工第二節(jié)鉆井工藝過(guò)程1．鉆前準(zhǔn)備定井位平井場(chǎng)打基礎(chǔ)備器材塔形井架，在搬遷鉆井設(shè)備之前由專業(yè)安裝隊(duì)完成安裝：打擺基礎(chǔ)、安裝底座、主體和附件A型井架和前開(kāi)口井架，與鉆井設(shè)備一同運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，由鉆井隊(duì)安裝：安裝底座、絞車就位、對(duì)接井架主體和天車、安裝附件、照明電路和燈具、穿大繩、起井架2、鉆井作業(yè)全井鉆進(jìn)過(guò)程

①一次開(kāi)鉆，下表層套管。

②二次開(kāi)鉆，從表層套管內(nèi)鉆進(jìn)。

③三次開(kāi)鉆，從技術(shù)套管內(nèi)鉆進(jìn)。操作流程準(zhǔn)備：班前會(huì)，全面檢查首次鉆進(jìn)：方鉆桿接鉆頭，提大方瓦，下放；放回大方瓦、方補(bǔ)心；開(kāi)泵；啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤；同時(shí)吊鉆鋌入小鼠洞；鉆完方鉆桿，上提接近轉(zhuǎn)盤，提出大方瓦，卸鉆頭，接鉆鋌接鉆頭；繼續(xù)鉆進(jìn)正常鉆進(jìn)—又稱純鉆進(jìn)。開(kāi)泵循環(huán)泥漿：沖洗，攜巖，保護(hù)井壁，冷卻鉆具啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤（或井底動(dòng)力鉆具）通過(guò)鉆柱帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)借助手剎車，給鉆頭施加適當(dāng)?shù)你@壓以破碎巖石循環(huán)工作：下鉆→正常鉆進(jìn)→接單根（立根）→起鉆→換鉆頭→下鉆接單根從小鼠洞接單根錄像起鉆錄像液壓大鉗吊鉗卡瓦拉鉗繩下鉆作業(yè)（用吊鉗緊扣）液壓大鉗上扣錄像接單根：每次接入一根鉆桿，稱為接單根。不斷鉆進(jìn)，加長(zhǎng)鉆柱。頂驅(qū)時(shí)，每次接入一立根（由2～3根單根組成）。操作：距井底2～3米開(kāi)泵；啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤；下放，小鉆壓修井底；正常參數(shù)鉆進(jìn)；提鉆桿放至小鼠洞；鉆完方鉆桿，上提，停泵，坐卡瓦；卸方鉆桿，聯(lián)鉆桿并與井口鉆桿對(duì)接；開(kāi)泵、下放、啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)起鉆：換鉆頭時(shí)，取出鉆柱，稱起鉆作業(yè)。以立根為單位起卸。具體操作：循環(huán)鉆井液一周，停泵；提出方鉆桿坐卡；卸扣并與水龍頭放入大鼠洞；與大鉤脫開(kāi)；掛吊卡；上提，坐卡、卸扣、排立根；摘吊卡，下放卸下空吊卡；吊環(huán)掛井口負(fù)荷吊卡，上提，新循環(huán)。下鉆：將鉆具（由鉆頭、鉆鋌、方鉆桿組成的鉆具）下入井底，準(zhǔn)備鉆進(jìn)。操作：掛吊卡；上提至二層臺(tái)；立根扣吊卡；鉆工送至井口，安鉆頭或鉆具；提起下放換鉆頭：起鉆結(jié)束，卸下舊鉆頭，換上新鉆頭。下表層套管，固井：完鉆后清理鉆臺(tái)；換套管鉗；檢查套管吊卡；小絞車提套管至坡道；安裝吊卡；提至鉆臺(tái)；安裝套管鞋等下部結(jié)構(gòu)；提出轉(zhuǎn)盤方瓦下套管；提第二根套管與第一根聯(lián)接直至井深；接頂節(jié)、水泥頭、管匯；注鉆井液，替入水泥漿下套管3．固井套管與井壁的環(huán)空注入水泥漿封固，稱為固井。操作：下套管、注水泥普通井油層套管加固到油層100~200米以上熱采井加固到井口，以防止熱應(yīng)力膨脹舉升井口固井現(xiàn)場(chǎng)套管下部結(jié)構(gòu)套管柱下部結(jié)構(gòu)引鞋：在管柱最下端，錐形。防止套管下端插入井壁。采用易鉆材料。套管鞋：在引鞋上部，一厚壁短節(jié)。內(nèi)下部有錐面，起鉆時(shí)，減輕鉆頭、鉆桿接頭與套管底部碰撞回壓閥：套管引鞋之上，防止水泥漿回流井內(nèi)。阻流環(huán)（承托環(huán)）：承托下膠塞（或木制塞）和回壓閥中膠木球。扶正器：彈簧鋼片做成，防止套管偏斜。泥餅刷：刮去井壁泥餅，提高水泥膠結(jié)強(qiáng)度。注水泥設(shè)備材料注水泥設(shè)備：水泥車、車裝高壓泵（需幾部）、灰罐車、混合漏斗。水泥：固井用水泥為硅酸鹽水泥，用石灰石、粘土、頁(yè)巖、鐵礦石按比例混合，在1400～1600℃下燒成熟料，冷后磨細(xì)。凝速快，有較高早期強(qiáng)度。耐地下腐蝕，射孔時(shí)不開(kāi)裂。路線：水泥混合—水泥泵—套管內(nèi)—環(huán)空（幾分鐘到十幾分鐘完成（快凝水泥）。井身結(jié)構(gòu)注水泥

工藝流程（a）循環(huán)鉆井液（b）注隔離液和水泥漿（c）替漿（d）替漿（e）碰壓1—壓力表2—上膠塞3—下膠塞4—鉆井液5—浮箍6—引鞋7—水泥漿8—隔離液9—鉆井液注水泥流程下套管循環(huán)鉆井液，清洗井壁；注隔離液下放下膠塞，注水泥；注完水泥，下放上膠塞，鉆井液替水泥漿；替漿到上、下膠塞相碰結(jié)束。下膠塞：中間為空，上部有一層隔膜，外層為橡膠。注水泥時(shí)，先（在套管內(nèi)）放入下膠塞，再注水泥，下塞與水泥一起下行。下塞遇承托環(huán)不動(dòng)，壓力升高使薄膜破裂，使水泥形成通道。上膠塞：實(shí)心，注足水泥后，放入上膠塞，上塞上方注泥漿，上塞下部是注入的水泥。上塞與水泥一起下行，上塞使水泥和泥漿分開(kāi)。上塞遇到下塞，將循環(huán)通路堵塞，泵壓升高，稱碰壓，提醒操作人員：注水泥完成。注完水泥后，套管內(nèi)留10～20m水泥塞，如果不是油層套管要鉆開(kāi)。錄像4．完井完井：又叫井底完成，油層與油井連通起來(lái)的方法。鉆井的最后一道工序。過(guò)程：從鉆開(kāi)油層開(kāi)始，到下油層套管注水泥固井、射孔、下生產(chǎn)管柱、排液，直至投產(chǎn)。完井要求最佳的連通條件，油層所受的損害小盡可能大的滲流面積，油氣流入井筒阻力最小有效地封隔油、氣、水層，防止氣竄或水竄，防止層間的相互干擾能有效地防止油層出砂，防止井壁坍塌，確保油井長(zhǎng)期生產(chǎn)便于人工舉升和井下作業(yè)等條件工藝過(guò)程簡(jiǎn)便、先進(jìn)、安全可靠，成本低。完井方法裸眼完井射孔完井襯管完井礫石填充完井第三節(jié)

井身結(jié)構(gòu)概念：下不同層次的套管固結(jié)井壁就構(gòu)成了井身結(jié)構(gòu)。一、井身結(jié)構(gòu)組成1.導(dǎo)管：防止表土坍塌，引入鉆頭。一口井中最大尺寸的套管（深20~40m）。2.表層套管：加固上部疏松巖層的井壁；封隔淺層水；安裝防噴器、套管頭、采油樹(shù)（30-100m）。3.技術(shù)套管：封隔上部油、水、氣層；漏失層；坍塌層。根據(jù)地質(zhì)情況，下n層技術(shù)套管。4.油層套管（生產(chǎn)套管）：最后一層套管，形成井筒，使油氣入內(nèi)。內(nèi)放油管。只有油層套管是滿井身長(zhǎng)度。二、套管概述套管是加固井壁、形成井筒所用的鋼管。1、套管材料：高強(qiáng)度合金鋼（含C，Mn，Mo，Cr，Ni，Cu，P，S，Si）2、制造方法：熱軋：無(wú)縫鋼管套管，上海寶鋼焊接：鋼板卷筒直焊縫，寶雞鋼管廠3、套管尺寸規(guī)格：均用外徑表示：41/2、5、51/2、65/8、7、75/8、73/4

、85/8、95/8

、103/4

、113/4

、133/8、16、185/8、20。石油套管生產(chǎn)直徑400mm以上的中大口徑無(wú)縫管坯

無(wú)縫管：先穿孔。穿孔是靠外徑布置的軋輥和心塞頭的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。直焊縫套管（用鋼板卷成管子，接縫焊接。）4、鋼級(jí)API標(biāo)準(zhǔn)套管（API5CT美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)）按強(qiáng)度高低分為10級(jí)：H40，J55，K55，M65，C75，N80，L80，C90，C95，T95，P105，P110，C125，Q125等。其中最常用的為紅字表示的4級(jí)。（HJKN，CLMT，P，Q）字母：含不同化學(xué)成份的分類代號(hào)數(shù)字：管材的最小屈服極限，kpsi（千磅/英寸2）。

1psi（磅/英寸2

）=6.89kPa=0.00689MPa例：N80，最小屈服極限550MPa

5.套管螺紋功能：聯(lián)接或緊固，傳遞載荷，密封種類：圓螺紋：牙形為三角形偏梯形螺紋：牙形為偏梯形密封螺紋：用于密封連接，主要是管用螺紋、錐螺紋與錐管螺紋圓螺紋承載面：齒側(cè)角30°斜面，產(chǎn)生較大徑向分力。連接強(qiáng)度：只有管體強(qiáng)度的60~75%。密封方式：齒間干涉及絲扣油的堵塞實(shí)現(xiàn)密封，密封性差。偏梯形螺紋承載面：3°斜面，導(dǎo)向面：10°斜面，增強(qiáng)了齒形，減少了徑向力。連接強(qiáng)度：達(dá)到管體強(qiáng)度的85%。密封方式：靠齒間干涉和絲扣油堵塞實(shí)現(xiàn)密封，密封性差。密封螺紋VAM及VAM扣基礎(chǔ)上發(fā)展NEWVAM，VAM-top螺紋：瓦魯瑞克和曼內(nèi)斯曼公司開(kāi)發(fā)，應(yīng)用廣NS-CC螺紋：日本新日鐵開(kāi)發(fā)的Fox螺紋：日本川崎制鐵和英國(guó)Hunting公司共同開(kāi)發(fā)TM螺紋：日本住友金屬SEC螺紋：阿根廷Siderca公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)TP-CQ螺紋：天鋼開(kāi)發(fā)BGT螺紋：寶鋼WSP螺紋：無(wú)錫西姆萊斯HSM螺紋：衡鋼套管接頭螺紋受力分布規(guī)律近似于開(kāi)口向上的拋物線，接頭螺紋兩端扣牙受力大，中間部位大多數(shù)扣牙受力很小。三、套管在井下的承載情況套管在下井、固井、完井（射孔）過(guò)程中，承受復(fù)雜載荷。外擠壓力內(nèi)壓力拉力載荷擊震載荷熱應(yīng)力腐蝕應(yīng)力1.

外擠壓力來(lái)源地層對(duì)套管施加的靜水壓力（均勻外壓）。管外泥漿和水泥漿液柱壓力；地層中的油、氣、水壓力；地層側(cè)壓力（不均勻側(cè)壓）。設(shè)計(jì)套管外擠壓力時(shí)，認(rèn)為管內(nèi)掏空，管外按泥漿柱計(jì)算外擠壓力。對(duì)于高塑性地層（如膨脹性頁(yè)巖）和巖鹽層，外擠壓力以上部巖層壓力為計(jì)算依據(jù)。2.內(nèi)壓力內(nèi)壓力的產(chǎn)生正常鉆井，泥漿壓力井噴和壓裂時(shí)，受內(nèi)壓。注水和注熱蒸汽時(shí)，受內(nèi)壓（從套管內(nèi)注入）。內(nèi)壓力的計(jì)算井口開(kāi)時(shí)，等于管內(nèi)液柱或氣柱壓力;井口關(guān)時(shí)，等于井口壓力與管內(nèi)液柱或氣柱壓力之和。3.拉力載荷主要由套管自重引起。影響因素泥漿浮力注水泥流動(dòng)阻力；下套遇卡阻力；下套遇卡提力；下套剎車動(dòng)載等。4.擊震載荷完井時(shí)，射孔固井后射孔后使油流入井筒5.熱應(yīng)力、腐蝕應(yīng)力井筒溫度分布不均硫化氫氫脆電化學(xué)腐蝕環(huán)氧霉菌腐蝕四、套管設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容決定下套管層數(shù)。（根據(jù)地質(zhì)情況）確定套管尺寸確定完井最小井眼，各層套管尺寸；選不同鋼級(jí)、不同壁厚的套管組成管柱。設(shè)計(jì)原則和方法安全系數(shù)：具有的強(qiáng)度能力/實(shí)際承擔(dān)載荷管柱載荷：頂部受拉力最大，下部受內(nèi)、外壓最大，應(yīng)合理設(shè)計(jì)管柱。設(shè)計(jì)原則抗拉安全系數(shù)：n安=1.62～2.0抗擠安全系數(shù)：n安=1.0～1.25抗內(nèi)壓安全系數(shù)：n安=1.0～1.33設(shè)計(jì)方法：等安全系數(shù)法。即當(dāng)管柱由數(shù)段不同強(qiáng)度套管組成時(shí)，要求各段的安全系數(shù)相同。（1）抗外擠強(qiáng)度計(jì)算原則：低抗擠能力的管放在管柱上段各段底端安全系數(shù)近似相等理論上，分段越多從抗擠強(qiáng)度的合理利用來(lái)說(shuō)越合理。舉例假設(shè)：3種管材，抗擠強(qiáng)度c1<c2<c3按照抗擠強(qiáng)度c1套管可下到Hc1c2套管可下到Hc2c3套管可下到Hc3實(shí)際方案：c1的套管下0～Hc1深；c2的套管下Hc1～Hc2深；c3的套管下Hc2～Hc3深。結(jié)果：三段套管抗擠強(qiáng)度不同，安全系數(shù)相同（2）抗拉強(qiáng)度計(jì)算原則：低抗拉強(qiáng)度套管放在管柱下段各段頂端安全系數(shù)近似相等理論上，分段越多，從抗擠強(qiáng)度的合理利用來(lái)說(shuō)越合理。懸掛長(zhǎng)度具有Ti抗拉強(qiáng)度的套管，可懸掛長(zhǎng)度LTi式中Ai—某段上部危險(xiǎn)斷面

qi—套管在泥漿中線密度

LTi—該段長(zhǎng)度

Ti—許用抗拉強(qiáng)度

n—安全系數(shù)T1套管斷面A1，可懸掛長(zhǎng)度LT1，承擔(dān)管柱重q1LT1；T2套管斷面A2，可懸掛長(zhǎng)度LT2，承擔(dān)管柱重q2LT2；T3套管斷面A3，可懸掛長(zhǎng)度LT3，承擔(dān)管柱重q3LT3。用同一管柱下井，不合理，需分段。實(shí)際分段后，原來(lái)單一的套管柱由多段串接而成高強(qiáng)度大尺寸套管在上，低強(qiáng)度小尺寸在下各段上部抗拉強(qiáng)度近似相等（3）校核計(jì)算抗擠強(qiáng)度：逐段計(jì)算，每段下部應(yīng)力最大。計(jì)算抗拉強(qiáng)度：逐段計(jì)算，每段上部應(yīng)力最大。目前用法：先用抗擠計(jì)算設(shè)計(jì)各段，再用抗拉強(qiáng)度校核。分段：不同強(qiáng)度段，越多越經(jīng)濟(jì)受套管品種限制，目前一般分4～5段為宜。套管設(shè)計(jì)樣例例，井深3000m，打井泥漿密度，設(shè)計(jì)外徑127mm（5”）油層套管柱，水泥返高500m（略）?？箶D安全系數(shù)1.125，抗拉安全系數(shù)2。庫(kù)存套管J-55，N-80參數(shù)如下：設(shè)計(jì)3種套管組合，滿足強(qiáng)度要求，避免修井工具下放遇阻。外徑鋼級(jí)壁厚mm線密度

kg/m抗擠強(qiáng)度MPa抗拉強(qiáng)度kN

127mmJ-556.4319.3428.5809.67.5222.3238.3992N-807.5222.3250.013849.1926.7872.31760第四節(jié)鉆井事故及處理井下復(fù)雜情況和事故包括：井涌、砂橋、泥包、縮徑、地層蠕變