第2章鉆井概述

第2章鉆井工程概述2.1基本概念2.2鉆井過(guò)程2.1基本概念一、鉆井的概念直井水平井鉆井：利用一定的工具和技術(shù)在地層中鉆出一個(gè)較大孔眼（井眼）的過(guò)程。井眼直徑：6〞~26〞為探測(cè)及開采石油和天然氣2.1基本概念二、鉆井的分類(一)按鉆井目的鉆井目的：地質(zhì)勘探(找油氣)和開發(fā)油氣藏(采油氣)。分為：探井和開發(fā)井。探井：為探明地下地質(zhì)情況、獲取地下油氣資源分布及相應(yīng)性質(zhì)等方面資料而鉆的井。開發(fā)井：以開發(fā)為目的，為了給已探明的地下油氣提供通道所鉆的井，或?yàn)榱瞬捎酶鞣N措施使油氣被開采出來(lái)所鉆的井。2.1基本概念1.探井：目的是探明地質(zhì)情況、油氣分布及性質(zhì)等。

1)地層探井(參數(shù)井)：目的是了解地層年代、巖性、厚度、生儲(chǔ)蓋組合等，為地球物理解釋提供各種參數(shù)；

2)預(yù)探井：區(qū)域勘探階段以發(fā)現(xiàn)油氣藏為目的；

3)詳探井(評(píng)價(jià)井)：在發(fā)現(xiàn)油氣構(gòu)造上，研究油氣藏特點(diǎn)(面積、儲(chǔ)量、產(chǎn)能等)為目的。2.1基本概念

2.開發(fā)井：為開發(fā)油氣所鉆的井。1)

生產(chǎn)井：為生產(chǎn)油氣所鉆的井；2)

注入井(注水井、注汽井)：為增產(chǎn)所鉆的井；3)檢查、資料井：在已開發(fā)的油氣田內(nèi)為研究開發(fā)過(guò)程中地下情況的變化所鉆的井；2.1基本概念

（二）按井深分類1.淺井：<2500m

2.中深井：2500～4500m

3.深井：4500～6000m

4.超深井：>6000m井深記錄：

前蘇聯(lián)：12260m（克拉SG-3井）

(1970-1992.7)

中國(guó)：8408m(塔深1井，塔里木盆地)(中石化2005.4-2006.7)7500m(莫深1井，準(zhǔn)格爾盆地)(中石油2006.8-2008.7)克深7井：塔里木油田一口重點(diǎn)預(yù)探井。2008年12月開鉆，2011年1月鉆至8023米完鉆，創(chuàng)中國(guó)石油山前復(fù)雜地層超深井最大鉆井深度記錄.（三）按水陸分類陸上井(陸地鉆井）、海上井(海洋鉆井）海洋深水鉆井分類：常規(guī)水深：<500m深水：500~1500m超深水：>1500m2.1基本概念

(四)按井眼軸線方向分類

1.垂直井：井眼軸線垂直

2.定向井：有一定斜度和方位的井眼；

叢式井：一個(gè)井位打多口定向井。多分支井：一個(gè)井口下面有兩個(gè)或兩個(gè)以上井底的定向井。大位移井：位移與井的垂深之比等于或大于2的定向井3.水平井：進(jìn)入目的層的井眼為水平或接近水平。2.1基本概念鹽丘各型井在勘探、開發(fā)中的功用多目標(biāo)勘探與開發(fā)控制斷層鉆探海上或陸地叢式井大位移定向井地面條件限制水平井進(jìn)行開發(fā)側(cè)鉆分支井工程救險(xiǎn)井因事故復(fù)雜進(jìn)行側(cè)鉆2.1基本概念2.1基本概念采用多分支井開采煤層氣(美國(guó)CDX公司)

多分支水平井投影圖2.1基本概念（四）按溫度、壓力的高低分類：1.高溫高壓井：按國(guó)際通用概念，地溫超過(guò)150度稱為高溫，地層壓力當(dāng)量密度超過(guò)1.8g/cm3或用超過(guò)70MPa井口裝置時(shí)稱高壓，兩者同時(shí)具備的井稱為高溫高壓井。2.超高溫高壓井：井底溫度超過(guò)220度，井底壓力超過(guò)105MPa的井。2.1基本概念三、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。人工鉆井法機(jī)械頓鉆鉆井法(沖擊鉆)旋轉(zhuǎn)鉆井法連續(xù)管鉆井法鉆井方法分類依據(jù)：如何破碎巖石？怎樣取出巖屑、凈化井眼？2.1基本概念(一)人工鉆井法1835年之前，是靠人力、撈砂筒、特殊鉆頭、懸繩、游梁等來(lái)完成的。實(shí)際上是利用了杠桿原理及自由落體的下落沖擊作用來(lái)鉆井的。特點(diǎn)：1）破巖與清巖相間進(jìn)行。2）沖擊力小，破碎效率低。3）設(shè)備簡(jiǎn)單，起下鉆方便。公元二百多年前，在我國(guó)自貢開始用人力繩索式“頓鉆”法鉆鹽井和天然氣井。號(hào)稱我國(guó)的“第五大發(fā)明”。人工鉆井法2.1基本概念工藝過(guò)程鋼絲繩提升鉆頭到一定高度沖擊井底，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(二)機(jī)械頓鉆鉆井法頓鉆鉆井2.1基本概念起、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。2.1基本概念(三)旋轉(zhuǎn)鉆井法旋轉(zhuǎn)鉆井靠動(dòng)力帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中對(duì)井底巖石進(jìn)行破碎，同時(shí)循環(huán)鉆井液以清潔井底的鉆井方法。旋轉(zhuǎn)鉆井又分為轉(zhuǎn)盤鉆井、井下動(dòng)力鉆具鉆井、頂部驅(qū)動(dòng)鉆井。特點(diǎn)1）破巖與清巖相接進(jìn)行。2）旋轉(zhuǎn)動(dòng)力大，轉(zhuǎn)速高，破碎效率高。3）設(shè)備復(fù)雜，起下鉆繁瑣。2.1基本概念(1)概念時(shí)期（1901～1920年）：這個(gè)時(shí)期內(nèi)開始將鉆井和洗井結(jié)合在一起，并使用了牙輪鉆頭和注水泥固套管技術(shù)。(2)發(fā)展時(shí)期（1920～1948年）：這個(gè)時(shí)期牙輪鉆頭、固井工藝、鉆井液等得到進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)出現(xiàn)了大功率鉆井設(shè)備。(3)科學(xué)化鉆井時(shí)期（1948～1968年）：這個(gè)時(shí)期鉆井技術(shù)有了迅速發(fā)展。采用了噴射鉆井，鑲齒、滑動(dòng)密封軸承鉆頭，低固相、無(wú)固相不分散體系鉆井液及固相控制技術(shù)，總結(jié)出了影響機(jī)械鉆速的有關(guān)因素，采用了地層壓力檢測(cè)、井控技術(shù)及平衡壓力鉆井技術(shù)。(4)自動(dòng)化鉆井時(shí)期（1968～現(xiàn)在）：發(fā)展了鉆井參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、綜合錄井、隨鉆測(cè)量技術(shù)等計(jì)算機(jī)技術(shù)在鉆井工程中的應(yīng)用；發(fā)展了優(yōu)化鉆井、井口機(jī)械化自動(dòng)化工具、自動(dòng)化鉆機(jī)、井眼軌跡遙控及自動(dòng)閉環(huán)控制技術(shù)等新技術(shù)、新工藝及新設(shè)備。旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的發(fā)展2.1基本概念1.轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)方補(bǔ)心，方補(bǔ)心帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)鉆井轉(zhuǎn)盤2.1基本概念2.井下動(dòng)力鉆具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力鉆具接在鉆頭之上，鉆鋌之下；動(dòng)力鉆具以上的鉆柱不旋轉(zhuǎn)3頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)1、頂驅(qū)思路：轉(zhuǎn)盤+水龍頭動(dòng)力水龍頭2、由三大部分組成：水龍頭-馬達(dá)總成、導(dǎo)向滑車總成、鉆桿上卸扣總成等。3、頂驅(qū)發(fā)展第一臺(tái)頂驅(qū)由美國(guó)Vacro公司研制（1982年）后來(lái)，法國(guó)、挪威、加拿大、中國(guó)相繼研制了頂驅(qū)。2.1基本概念4頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省接單根時(shí)間倒劃眼防止卡鉆減少接單根次數(shù)2/3，降低事故發(fā)生率，減少人員工作危險(xiǎn)程度等2003年年底，擁有中國(guó)石油自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第一臺(tái)頂驅(qū)在北石廠下線；2005年第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)9000米鉆機(jī)配套的DQ90BSC頂驅(qū)裝置，被評(píng)為“2005年中國(guó)石油科技十大進(jìn)展之一”。2.1基本概念2.1基本概念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

轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法2.1基本概念(2)特點(diǎn)目前這種方法在世界各國(guó)被廣泛使用。①鉆桿取代了頓鉆中的鋼絲繩，能夠完成起下鉆具、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)；②鉆頭在一定的鉆壓作用下旋轉(zhuǎn)破巖，提高了破巖效率；③在破巖的同時(shí)，井底巖屑被清除出來(lái)；④提高了鉆井速度和效益。2.1基本概念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1.渦輪鉆具2.螺桿鉆具3.電動(dòng)鉆具2.1基本概念①轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭的動(dòng)力由地面移到井下，直接作用在鉆頭上，減少了功率損失；②鉆柱不旋轉(zhuǎn)，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；③井底動(dòng)力鉆具的動(dòng)力是由電源或井內(nèi)鉆井液流體提供的。(3)特點(diǎn)2.1基本概念渦輪鉆具定轉(zhuǎn)子行星減速機(jī)構(gòu)減速渦輪鉆具結(jié)構(gòu)示意圖2.1基本概念(四)連續(xù)管鉆井法(柔桿鉆井法)工藝過(guò)程鉆頭、井下加壓裝置、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)管連續(xù)管鉆井示意圖鉆井液由滾筒上的導(dǎo)流頭進(jìn)入連續(xù)管連續(xù)管不轉(zhuǎn)，井下動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)2.1基本概念(2)特點(diǎn)具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，目前正在發(fā)展、完善中。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（避免了鉆柱上、卸扣）；在起下鉆時(shí)仍能保持洗井液的正常循環(huán)；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；為全自動(dòng)化控制提供了很好的條件；2.2鉆井過(guò)程

轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井是最普遍的方法，以后主要討論這種方法。包含四個(gè)基本過(guò)程：鉆前工程鉆進(jìn)工程固井作業(yè)

完井作業(yè)每一個(gè)基本過(guò)程又分為許多具體的過(guò)程。

2.2鉆井過(guò)程一、鉆前工程修公路、平井場(chǎng)、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。大鼠洞：放方鉆桿和水龍頭小鼠洞：接單根時(shí)存放鉆桿導(dǎo)管鼠洞2.2鉆井過(guò)程70D鉆機(jī)井架整體搬遷圖2.2鉆井過(guò)程推薦的井場(chǎng)面積鉆機(jī)鉆深能力（km）3.24.55.06.07.0井場(chǎng)面積65×3575×3580×4095×45100×50二、鉆進(jìn)工程包括：鉆進(jìn)作業(yè)、洗井作業(yè)、起鉆和下鉆作業(yè)1.鉆進(jìn)作業(yè)(幾個(gè)概念)：鉆頭鉆壓：作用到鉆頭上的力叫鉆壓。鉆柱懸重：鉆柱在洗井液中的重量。鉆重：鉆進(jìn)時(shí)大鉤的負(fù)荷；鉆壓＝懸重－鉆重。機(jī)械鉆速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)鉆頭鉆進(jìn)深度(米/小時(shí))。鉆時(shí)：鉆進(jìn)單位深度所需時(shí)間。鉆頭進(jìn)尺：一只鉆頭鉆的深度。2.2鉆井過(guò)程2.2鉆井過(guò)程接單根（單根長(zhǎng)約9.5m）井身結(jié)構(gòu)：自上而下井眼的幾何結(jié)構(gòu)，包括：下幾層套管、各層套管下深、水泥返高、套管與鉆頭的配合。(圖1-9)開鉆：每改變一次鉆頭尺寸，開始鉆一新井段的過(guò)程叫開鉆。

一開(第1次開鉆)：從地面鉆出一個(gè)大井眼，下第一層套管（表層套管）。

二開(第2次開鉆)：從表層套管內(nèi)下小一點(diǎn)鉆頭鉆進(jìn)；下第二層套管（技術(shù)套管）。

三開(第3次開鉆)：用小一點(diǎn)鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)。鉆至設(shè)計(jì)井深，下油層套管。oilzone井身結(jié)構(gòu)(CasingProgram)171/2”－133/8”121/4”－95/8”81/2”－7”表層套管技術(shù)套管（中間套管）油層套管（生產(chǎn)套管）2.2鉆井過(guò)程2.洗井作業(yè)循環(huán)鉆井液清除并攜帶巖屑過(guò)程：泥漿池→泥漿泵→地面管匯→立管→軟管→水籠頭→鉆柱內(nèi)→鉆頭(噴嘴)→井底（清巖）→環(huán)空→井口→振動(dòng)篩（固液分離）→泥漿池→(巖屑存放地點(diǎn))。2.2鉆井過(guò)程幾個(gè)概念：巖屑：井底破碎的巖石碎屑。洗井液（鉆井液、泥漿）

：粘土＋水＋處理劑形成的懸浮液洗井：清除并攜帶巖屑的過(guò)程。固相控制：除砂器、除泥器。兩種洗井情況：與鉆進(jìn)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。停鉆起鉆前將井內(nèi)的巖屑循環(huán)出來(lái)。2.2鉆井過(guò)程3.起下鉆作業(yè)因換鉆頭、處理井下事故、測(cè)井等，需將鉆柱起出，此過(guò)程為起鉆；完成后需將鉆頭重新下入井內(nèi)，為下鉆過(guò)程。幾個(gè)概念：立柱：起下鉆時(shí)拆裝鉆柱的最小單位，三根鉆桿（約27m）抽吸壓力：起鉆過(guò)程中井下減少的壓力。激動(dòng)壓力：下鉆過(guò)程中井下增加的壓力。2.2鉆井過(guò)程三、固井與完井固井即是在已鉆成的井眼內(nèi)下入套管，而后在套管與井眼間的環(huán)形空間內(nèi)注入水泥漿，將套管和地層固結(jié)成一體的工藝過(guò)程。只有通過(guò)下套管、固井，才能防止井眼的坍塌，形成永久的油氣通道，并防止地下各層流體的互竄，達(dá)到開采油氣的目的。固井的關(guān)鍵技術(shù)：下套管工藝水泥漿的配方設(shè)計(jì)注水泥工藝（漿柱結(jié)構(gòu)、注水泥排量、注水泥過(guò)程中的壓力控制）固井質(zhì)量檢測(cè)2.2