石油鉆井安全技術(shù)（一）鉆井工程簡介

第頁石油鉆井安全技術(shù)（一）鉆井工程簡介為了尋找油氣儲(chǔ)藏，除了采納地球物理勘探方法進(jìn)行勘探外，還必須鉆各種探井，為制定開發(fā)方案提供具體的資料。為了開采石油和天然氣，要按照油氣田的開發(fā)方案鉆一批生產(chǎn)井和注水井。在油田的生產(chǎn)過程中，還要鉆一些觀察井和加密井。鉆井工程是指在初步探明油、氣、水儲(chǔ)藏狀況后，通過鉆具(鉆頭、鉆桿、鉆鋌等)對地層鉆孔，然后用套管聯(lián)接并向下延伸到油、氣、水層的過程。鉆井按照施工目的的不同，分為探井和開發(fā)井。探井包括地質(zhì)井、參數(shù)井、預(yù)探井、評價(jià)井等；開發(fā)井包括采油井、采氣井、注水(氣)井以及調(diào)整井、檢查研究井、擴(kuò)邊井等。

最古老的鉆井方法是沖擊鉆井法，簡稱頓鉆。由于這種鉆井方法的效率極低，現(xiàn)在已經(jīng)被旋轉(zhuǎn)鉆井所代替。旋轉(zhuǎn)鉆井法是用金屬鉆桿帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)來破碎巖石的一種鉆井方法。它通常使用轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)，由轉(zhuǎn)盤通過方鉆桿來帶動(dòng)鉆桿和鉆頭旋轉(zhuǎn)。目前世界上絕大部分鉆井工作量是由旋轉(zhuǎn)鉆井法完成的?，F(xiàn)在，也有部分鉆機(jī)已經(jīng)開始使用井底動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)(主要有渦輪鉆具和螺桿鉆具兩種)，又稱井底動(dòng)力機(jī)鉆井法。另外，世界上還有井底發(fā)動(dòng)機(jī)與柔性鉆桿配合鉆井法，但使用極少。

我國石油鉆井從1949年建國開始到現(xiàn)在50多年間，經(jīng)歷了組建(1949～1957年)、發(fā)展(1958～1977年)和提升(1978年到現(xiàn)在，也叫做鉆井提升時(shí)期)三個(gè)時(shí)期。目前，已經(jīng)具備了較高的鉆井技術(shù)水平。21世紀(jì)世界鉆井發(fā)展的趨勢是向自動(dòng)化、智能化鉆井發(fā)展，我國將重點(diǎn)發(fā)展旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)、超深井鉆井技術(shù)、大位移鉆井技術(shù)、提升老油田產(chǎn)量的各類型鉆井技術(shù)和強(qiáng)化鉆井基礎(chǔ)理論研究，強(qiáng)化鉆井裝備的更新改造技術(shù)，并在推廣和應(yīng)用先進(jìn)的企業(yè)管理方法方面做出努力。

一、鉆井制定與井場布置

(一)鉆井制定

所有的井都要進(jìn)行鉆井制定。鉆井制定的基本內(nèi)容包括地質(zhì)制定、工程制定、進(jìn)度制定和費(fèi)用預(yù)算四個(gè)部分。

鉆井制定要本著“科學(xué)、安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保〞的原則來進(jìn)行。地質(zhì)制定應(yīng)提供鉆探目的和要求、地層孔隙壓力、破裂壓力、巖性特征、地層剖面、故障提示等資料，并提供鄰井的油、氣、水顯示和復(fù)雜狀況資料，注明含硫化氫地層深度和估計(jì)含量。工程制定以此為依據(jù)，包括編制合理的井身結(jié)構(gòu)和套管程序，確定鉆井液的類型和指標(biāo)要求等。進(jìn)度制定和費(fèi)用預(yù)算要建立在本地區(qū)切實(shí)可靠的定額基礎(chǔ)上來進(jìn)行。在進(jìn)行鉆井制定時(shí)，要正確處理好安全、質(zhì)量、速度、效益以及對社會(huì)、公眾、環(huán)境的影響的關(guān)系，保證安全、環(huán)境與健康費(fèi)用的投入，避免出現(xiàn)片面追求效益、危及安全、損害環(huán)境與職工健康的狀況。鉆井地質(zhì)制定和工程制定要嚴(yán)格執(zhí)行審批手續(xù)。在生產(chǎn)過程中，甲乙都要雙方執(zhí)行制定。如果發(fā)現(xiàn)新的狀況必須要更改制定時(shí)，也要嚴(yán)格按照相應(yīng)的審批程序和制度來執(zhí)行。

在生產(chǎn)施行中，鉆井工程制定一般包括以下主要內(nèi)容。

〔1〕井位的選擇。

〔2〕的選擇和井身結(jié)構(gòu)確實(shí)定。

〔3〕鉆頭尺寸類型的選擇與數(shù)量確實(shí)定。

〔4〕鉆柱制定與下部鉆具組合。

〔5〕鉆井參數(shù)與水力參數(shù)制定。

〔6〕鉆井洲制定，包括防腐要求。

〔7〕固井制定，包括套管柱制定、套管強(qiáng)度制定、注水泥制定及固井施工技術(shù)措施。

〔8〕油氣井井控設(shè)備及工藝技術(shù)要求。

〔9〕油氣井固控設(shè)備要求。

〔10〕地層孔隙壓力檢測。

〔11〕地層漏失試驗(yàn)要求〔新控區(qū)第一井必須進(jìn)行地層試驗(yàn)〕。

〔12〕防止油氣層損害的措施與井身質(zhì)量要求。

〔13〕環(huán)境保護(hù)要求。

〔14〕安全生產(chǎn)要求，重點(diǎn)防止井噴失控。

〔15〕鉆井施工進(jìn)度計(jì)劃。

〔16〕全井成本計(jì)劃。

(二)井場布置

井場定位必須符合鉆井制定的要求，并充分合計(jì)水源、道路、鉆井液池井場施工條件等因素。井場大小應(yīng)能容納所有的鉆井設(shè)備和房屋、庫房、工房等。井場布置應(yīng)以井架為中心，對鉆井設(shè)備、設(shè)施和輔助設(shè)施按照施工的要求，進(jìn)行合理的布局。井場布置以有利于鉆井施工，有利于設(shè)備、設(shè)施和輔助設(shè)施的安裝運(yùn)行，有利于節(jié)約土地，有利于服務(wù)車輛的通行，有利于搶險(xiǎn)，有利于防洪、排澇、防凍等為原則。鉆井各設(shè)備之間的空間，應(yīng)符合作業(yè)區(qū)和鉆機(jī)危險(xiǎn)區(qū)現(xiàn)有的有關(guān)規(guī)定。井場布局要合計(jì)風(fēng)頻、風(fēng)向，使井架大門方向盡量朝南或朝東。井場邊緣距離鐵路、高壓線及其他永久性設(shè)施不應(yīng)少于50m。井距離民房應(yīng)大于1m。在草原、葦塘、林區(qū)鉆井時(shí)，井場四周應(yīng)有防火隔離墻或者隔離帶。

二、設(shè)備安裝

(一)設(shè)備安裝的基本條件

鉆機(jī)應(yīng)有制造廠或者修理廠的出廠質(zhì)量合格證等技術(shù)文件，并符合鉆井工程制定對鉆井主要設(shè)備選用的要求。安裝鉆機(jī)的井場和基礎(chǔ)應(yīng)符合按照規(guī)定程序批準(zhǔn)的圖樣及技術(shù)文件的要求。安裝所使用的各類工具或設(shè)備應(yīng)齊備并有優(yōu)良的使用性能。在用計(jì)量器具應(yīng)檢定合格。

井場的有效面積應(yīng)符合鉆井施工制定所選定類型鉆機(jī)的占地面積必須要。井至邊緣要有一定的坡度，方井底部應(yīng)有排水設(shè)施，使井場具備優(yōu)良的排水條件。鉆機(jī)主要設(shè)備的基坑應(yīng)設(shè)在挖方上，如設(shè)置在填方上時(shí)，要進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)處理，使基坑的強(qiáng)度達(dá)到要求。安裝鉆井泵的基礎(chǔ)應(yīng)符合抗振技術(shù)要求?；A(chǔ)混凝土要按照制定要求配制?；A(chǔ)要有合格的平面度，四周用混凝土封閉。

(二)搬遷

鉆機(jī)搬遷有分組搬運(yùn)和整體拖運(yùn)兩種方式。組織搬遷時(shí)，假設(shè)運(yùn)載、吊裝能力同意，一般盡可能采納整體拖遷的方式。分組搬運(yùn)時(shí)，要有一個(gè)具體的鉆機(jī)搬遷計(jì)劃，其中要有人員、設(shè)備、運(yùn)輸?shù)呢?zé)任規(guī)定和偶發(fā)事件的應(yīng)急計(jì)劃。在鉆機(jī)搬遷過程中，新、老井場都要指定一名最高負(fù)責(zé)人員來組織設(shè)備的裝卸。在運(yùn)輸過程中，要服從交通管制。通過人稠密的地區(qū)時(shí)，要遵守當(dāng)?shù)氐姆ㄒ?guī)條例的規(guī)定。

水上鉆機(jī)搬遷時(shí)，要制定搬遷計(jì)劃和應(yīng)急計(jì)劃，明確各個(gè)協(xié)作方的責(zé)任和義務(wù)，清楚的掌握天氣預(yù)報(bào)狀況，做好水下地面狀況的勘察，明確勘察方法、新鉆機(jī)的定位、錨定方法、測試張緊力、鏈環(huán)的連接、通訊責(zé)任和起拋錨拖船的選擇等事宜。

(三)安裝

1．塔型井架鉆機(jī)主要設(shè)備的安裝順序

塔型井架鉆機(jī)主要設(shè)備之間的安裝順序有兩種，現(xiàn)用方框圖(圖2—1)表示：

2．整體起升井架鉆機(jī)主要設(shè)備的安裝順序

整體起升井架鉆機(jī)主要設(shè)備之間的安裝順序也有兩種，其順序方框圖(圖2—2)為：

圖2—2

3．輔助設(shè)備和設(shè)施的安裝

在場地同意、確保安全的狀況下，對鉆機(jī)主要設(shè)備之間的安裝順序方框圖以外的輔助設(shè)備和設(shè)施進(jìn)行交叉安裝。

(四)安裝質(zhì)量驗(yàn)收

一井的設(shè)備安裝完畢并經(jīng)整機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)合格后，由質(zhì)量檢驗(yàn)部門和安全監(jiān)督部門組織人員，按照安裝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備說明書和安全檢查驗(yàn)收規(guī)定，進(jìn)行嚴(yán)細(xì)認(rèn)真的檢查檢驗(yàn)。鉆機(jī)安裝質(zhì)量和安全使用條件經(jīng)檢查驗(yàn)收合格后，方可準(zhǔn)許開鉆。

三、鉆進(jìn)施工

(一)首次鉆進(jìn)

鉆進(jìn)是破巖和加深井眼的過程。首次鉆進(jìn)是指埋設(shè)導(dǎo)管后(導(dǎo)管在首次開鉆時(shí)起引導(dǎo)鉆頭下鉆和作為鉆井液出作用)、下表層套管前的第一次鉆進(jìn)。

首次鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)使鼠洞的位置、鼠洞管的斜度與露出鉆臺(tái)的高度應(yīng)有利于方鉆桿的起放和摘掛水龍頭操作方便；要按制定選擇好人井鉆具；使鉆井液性能及其使用管理應(yīng)符合鉆井制定要求。

第一次鉆進(jìn)對井眼一般要求要直。鉆進(jìn)開始要控制鉆壓。在鉆進(jìn)過程中，要執(zhí)行定深測斜制度，對易斜地層應(yīng)采用滿眼鉆具或鐘擺鉆具組合等控制井斜措施?？墒褂脺p振器以減輕跳鉆的危害，提升鉆頭和鉆具的使用壽命。

鉆達(dá)下表層套管深度后，及時(shí)進(jìn)行下人表層套管、固井和高壓試運(yùn)轉(zhuǎn)等作業(yè)。

(二)再次鉆進(jìn)

再次鉆進(jìn)指封表層套管固井后的各次鉆進(jìn)。

再次鉆進(jìn)前，必須先安裝好井裝置，并找正天車、轉(zhuǎn)盤和井中心，固定牢靠。鉆完固井水泥塞后，再次恢復(fù)鉆進(jìn)。除非是定向井、水平井等特別工藝井施工，鉆具組合應(yīng)滿足噴射鉆井和防斜打直井技術(shù)要求。在施工過程中，要選擇和使用優(yōu)質(zhì)鉆井液，并及時(shí)進(jìn)行鉆井液的性能調(diào)整和凈化處理，使之符合鉆井制定要求和有關(guān)規(guī)定。鉆進(jìn)中，應(yīng)依據(jù)井內(nèi)狀況變化(鉆速、鉆井液性能、鉆屑性能、鉆井液體積和進(jìn)出流量等)和地面設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)、儀表信息變化，推斷分析異常狀況，及時(shí)采用相應(yīng)處理措施。鉆開油氣層前，要按照鉆井制定要求、井控規(guī)定和防火防爆的有關(guān)要求逐項(xiàng)檢查合格。

安全鉆達(dá)下技術(shù)套管(或油層套管)深度后，應(yīng)依據(jù)鉆井制定要求，及時(shí)進(jìn)行測井、下人技術(shù)套管(或油層套管)、固井等其他作業(yè)。

(三)地質(zhì)錄井

在鉆進(jìn)過程中，同時(shí)伴有地質(zhì)錄井作業(yè)。地質(zhì)錄井的任務(wù)主要是取全取準(zhǔn)各項(xiàng)地質(zhì)資料及其有關(guān)的鉆井施工資料。鉆進(jìn)過程中的地質(zhì)錄井工作包括鉆時(shí)錄井、氣測錄井、鉆井液錄井、巖屑錄井、巖心錄井、壓力錄井。

四、測井

測井是熟悉油氣層和評價(jià)油氣層的重要手段。測井在鉆達(dá)預(yù)定井深或鉆過油氣層后進(jìn)行。鉆井隊(duì)要為測井施工做好準(zhǔn)備并配合好工作。具體內(nèi)容見第三章。

五、地層測試與原鉆機(jī)試油

(一)地層測試

在鉆井過程中鉆開油氣層或完井以后，為了及時(shí)了解有關(guān)生產(chǎn)層性能及其中所含油、氣、水等具體狀況，并取得有關(guān)資料，利用鉆桿或油管柱將地層測試器和取樣器下至待測試層段，進(jìn)行不穩(wěn)定試井，取得該地層的產(chǎn)量、溫度、壓力以及井底開關(guān)井時(shí)間與壓力關(guān)系曲線等多項(xiàng)數(shù)據(jù)，并取得流體樣品。通過分析解釋，獲得在動(dòng)態(tài)條件下地層和流體的各項(xiàng)特性參數(shù)，及時(shí)評價(jià)油、氣、水層，為勘探、開發(fā)決策提供可靠的依據(jù)。

地層測試的現(xiàn)場施工一般經(jīng)過井眼準(zhǔn)備、現(xiàn)場設(shè)備與測試工具準(zhǔn)備、組織協(xié)調(diào)施工隊(duì)伍或人員落實(shí)、下鉆、封隔器座封和開關(guān)井、解封封隔器、反循環(huán)、起鉆等幾個(gè)過程。

(二)原鉆機(jī)試油

原鉆機(jī)試油就是由原鉆井隊(duì)人員用其原有設(shè)備，在有關(guān)單位的指導(dǎo)下，按試油施工制定進(jìn)行試油作業(yè)。其一般程序?yàn)椋喊惭b井及地面裝置；下油管探底及調(diào)整鉆井液；射孔；引導(dǎo)油氣流。

區(qū)域探井、重點(diǎn)預(yù)探井、超深井等鉆達(dá)油氣層(完井)后一般應(yīng)安排原鉆機(jī)試油。

六、完井作業(yè)

〔一〕下套管

下套管作業(yè)的主要環(huán)節(jié)有：

〔1〕對套管在下井以前進(jìn)行無損檢查。無損檢查一般采納半自動(dòng)化無損檢

測儀來進(jìn)行。

〔2〕正確使用套管螺紋密封脂，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的上扣扭矩和合格的耐壓密封。

〔3〕使套管準(zhǔn)確對扣并上扣至合格扭矩。

〔4〕連續(xù)進(jìn)行下套管。

〔5〕套管下至制定深度后，將套管載荷通過聯(lián)項(xiàng)節(jié)及吊卡交付給轉(zhuǎn)盤〔或通過套管瞳盤坐在轉(zhuǎn)在盤上〕。

(二)固井

下套管完畢，向套管四周注入水泥漿，使套管串與井壁牢固的連成一體，封隔疏松、易漏、易塌等復(fù)雜地層和油、氣、水層，防止油氣互竄。這項(xiàng)作業(yè)稱為固井。固井是整個(gè)鉆井工程的一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，固井質(zhì)量的好壞，直接影響著這井能否順利的進(jìn)行生產(chǎn)。固井的過程一般為：

1．進(jìn)行固井制定并按規(guī)定程序進(jìn)行審批。

2．進(jìn)行固井準(zhǔn)備，包括召開固井協(xié)作會(huì)，做好水泥及添加劑準(zhǔn)備、固井施工裝備準(zhǔn)備、供水系統(tǒng)準(zhǔn)備等。

3．進(jìn)行注水泥施工：通過套管將配制好的水泥漿注入井內(nèi)，并上返至一定高度。

4．注水泥漿碰壓后，執(zhí)行敞壓候凝，使水泥膠結(jié)。

(三)井裝定

固井后，對固井質(zhì)量進(jìn)行檢查(試壓和測井)。檢查合格后，將懸掛在轉(zhuǎn)盤上的套管載荷移交到井(指最上一層套管)上進(jìn)行井裝定。井裝定一般通過套管頭懸掛器卡瓦來固定。關(guān)于經(jīng)檢查固井質(zhì)量不合格的井，應(yīng)采用擠水泥、注水泥和鉆水泥塞等補(bǔ)救措施。

(四)拆卸設(shè)備

一井施工完畢后拆卸設(shè)備，轉(zhuǎn)入下一井的施工。

七、水上鉆井

在