鉆井工程各工藝流程詳細(xì)介紹-課件

鉆井工程各工藝流程詳細(xì)介紹主要內(nèi)容

前言第一章油氣井鉆井方法及工藝第二章現(xiàn)代鉆井技術(shù)發(fā)展概況第一章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)較大孔眼的過程。第一節(jié)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。鉆井鉆井方法3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方法分類4旋轉(zhuǎn)鉆井法圖1－2轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法分類轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法井底動力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆井法5旋轉(zhuǎn)鉆井示意圖6轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法圖1－4轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法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7轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法圖1－5轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法特點(diǎn)目前這種方法在世界各國被廣泛使用。①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)；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；④提高了鉆井速度和效益。8大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅(jiān)持繼續(xù)保持安靜9井底動力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆井法鉆頭吃入地層破碎巖石清洗井底循環(huán)洗井液動力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆柱加壓設(shè)計(jì)井深10井底動力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆井法分類渦輪鉆具螺桿鉆具電動鉆具上軸承定子和轉(zhuǎn)子中心軸下軸承渦輪鉆具旁通閥鉆頭轉(zhuǎn)子主軸外殼方向軸定子螺桿鉆具11井底動力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆井法特點(diǎn)①轉(zhuǎn)動鉆頭的動力由地面移到井下，直接接在鉆頭之上；②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力鉆具外殼的反扭矩；③井底動力鉆具的動力是由電源或地面泥漿泵提供的、通過鉆柱內(nèi)孔傳遞到井下的具有一定動能和壓力的洗井液流體或交流電。12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、下套管、固井、完井及特殊作業(yè)和處理井下事故等要求。圖1－10大慶I－130型鉆機(jī)13鉆機(jī)的分類（鉆井深度）大型鉆機(jī)目前我油田有70DB、50DB、40DB、30DB鉆機(jī)14鉆機(jī)的分類（鉆井深度）大型鉆機(jī)此外有ZJ50、ZJ40、ZJ32鉆機(jī)15鉆機(jī)的分類（鉆井深度）中型鉆機(jī)目前我油田有20D、ZJ15D、20車載鉆機(jī)16鉆機(jī)的分類（鉆井深度）輕型鉆機(jī)目前我油田有XJ550、XJ350、K61鉆機(jī)17鉆機(jī)的分類（動力設(shè)備）柴油機(jī)驅(qū)動鉆機(jī)直流電驅(qū)動鉆機(jī)交流電驅(qū)動鉆機(jī)以柴油機(jī)為動力，通過機(jī)械傳動或液力傳動的鉆機(jī)工作機(jī)用直流電動機(jī)驅(qū)動。海上鉆井普遍采用工作機(jī)用交流電動機(jī)驅(qū)動181、起升系統(tǒng)2、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)3、循環(huán)系統(tǒng)4、驅(qū)動與傳動系統(tǒng)5、氣控系統(tǒng)6、井控系統(tǒng)191、起升系統(tǒng)(1)組成(2)功能②起下鉆、接單根和鉆進(jìn)時(shí)的鉆壓控制。①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、游動滑車、大繩、大鉤及絞車圖1－11大慶I－130型鉆機(jī)20水龍頭、轉(zhuǎn)盤2、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)(1)組成帶動整個(gè)鉆柱及鉆頭旋轉(zhuǎn)保證在洗井液循環(huán)時(shí)鉆柱能夠旋轉(zhuǎn)212、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)(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)扭矩和動力，以滿足破巖鉆進(jìn)和井下其它要求。22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①從井底清除巖屑；②冷卻鉆頭和潤滑鉆具。233、循環(huán)示意圖①②③⑥高架槽泥漿泵泥漿泵節(jié)流管匯井口振動篩循環(huán)罐24(1)泥漿泵3、循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備(2)固控設(shè)備253、循環(huán)系統(tǒng)洗井:清洗井底、運(yùn)移巖屑出井的工藝過程。洗井液功能及類型:洗井液：在鉆井過程中，能夠完成洗井循環(huán)而達(dá)到清洗井眼目的的流體。包括泥漿、清水、空氣和天然氣。類型:水基體系、油基體系和空氣一天然氣體系用的最多用的最少固相顆粒懸浮在水或油中所形成的一種分散體系263、循環(huán)系統(tǒng)(1)清洗井底攜帶巖屑(2)懸浮巖屑(3)阻止地層中油、氣、水流入井內(nèi)(4)保護(hù)井壁，防止井壁坍塌(5)冷卻、潤滑鉆頭和鉆柱(6)向井底傳遞水功率(7)了解地層(8)減輕鉆柱或套管拄的懸重洗井液功能27動力機(jī)、傳動部分4、驅(qū)動與傳動系統(tǒng)(1)組成(2)功能

產(chǎn)生動力，并把動力傳遞給泥漿泵、絞車和轉(zhuǎn)盤。柴油機(jī)或電動機(jī)聯(lián)軸器、離合器、變速箱、皮帶傳動及鏈條傳動等裝置285、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。圖1－15大慶I－130型鉆機(jī)296、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，防止地層流體無控制地流入井中。圖6－4大慶I－130型鉆機(jī)30313233井架天車游動滑車大鉤水龍頭轉(zhuǎn)盤絞車泥漿泵柴油機(jī)傳動裝置鉆井現(xiàn)場“十大件”34第三節(jié)鉆井工具井下鉆具井口工具一、井下鉆具

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一35衡量鉆頭破巖效率高低的主要指標(biāo)

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m／h。鉆頭壽命：

在整個(gè)使用過程中，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)的井段長度，單位為m；機(jī)械鉆速：36鉆頭的分類按照鉆切巖石面積及形狀的不同：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：刮刀鉆頭牙輪鉆頭金剛石鉆頭37鉆頭的分類(刮刀鉆頭)(1)刮刀鉆頭圖6－6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38鉆頭的分類(刮刀鉆頭)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圖6－6刮刀鉆頭39鉆頭的分類(牙輪鉆頭)(2)牙輪鉆頭組成：鉆頭體、水眼、巴掌、軸承和牙輪等。圖1－7牙輪鉆頭40鉆頭的分類(牙輪鉆頭)(2)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。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)生一定的滑動而剪切巖石。當(dāng)牙輪在井底滾動時(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)靠牙輪滑動帶來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。41鉆頭的分類(牙輪鉆頭)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42鉆頭的分類(金剛石鉆頭)(3)金剛石鉆頭磨銑型鉆頭破巖形式：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：PDC鉆頭43鉆頭的分類(金剛石鉆頭)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)表鑲金剛石鉆頭孕鑲金剛石鉆頭44鉆頭的分類(取芯鉆頭)鉆桿取芯鉆頭巖心巖心筒砂子45鉆頭的分類(特種鉆頭)矛形鉆頭：在換小鉆頭之前用它打?qū)а?，起找中和領(lǐng)眼作用。菱形鉆頭它的側(cè)邊和底部都具有刀刃，工作時(shí)都加焊硬質(zhì)合金。主要用途是下套管前或鉆進(jìn)過程中遇泥餅太厚時(shí)進(jìn)行劃眼鉆進(jìn)。偏心鉆頭用于擴(kuò)大井下部分井段的直徑或用來撥井底落物使其居中，便于打撈。梯形鉆頭是當(dāng)井眼直徑由大變小時(shí),用來找中的專門工具46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組成的入井管柱，通常指鉆頭以上的鉆具。(2)功能①傳遞扭矩②施加鉆壓③輸送洗井液④延伸井眼⑤起下鉆頭⑥特殊作業(yè)47鉆柱(方鉆桿)①方鉆桿傳遞扭矩和承受鉆柱的全部重量。作用：性能：具有較高的抗拉強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度圖1－17國產(chǎn)方鉆桿形狀：斷面：中空的正方形或六邊形壁厚：比一般鉆桿大三倍左右材料：強(qiáng)度較大的優(yōu)質(zhì)合金鋼長度：一般為13～16米48鉆柱(鉆桿與鉆桿接頭)②鉆桿與鉆桿接頭49鉆柱(鉆桿與鉆桿接頭)②鉆桿與鉆桿接頭作用：傳遞扭矩與輸送洗井液形狀：材料：無縫圓鋼管制成的；壁厚：一般為9～11mm；鉆桿單根：立根(或立柱)：三根鉆桿連接在一起做為一個(gè)單元；兩端分別接上帶粗扣的鉆桿接頭各一只(合稱一副)；50鉆柱(鉆鋌)③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：壁厚而粗大，一般是38～53mm單位長度重量大，相當(dāng)于同尺寸鉆桿的4～6倍。51

指在起下鉆過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1-18液壓大鉗和吊鉗52(2)吊卡(3)吊環(huán)53(3)安全卡瓦(4)鉆鋌提升短節(jié)54井的類型：由于鉆井的目的、要求不同而產(chǎn)生的

通過鉆井而達(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1.探井2.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，或?yàn)榱瞬捎酶鞣N措施使油氣被開采出來所鉆的井。55探井地質(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量，了解油氣層結(jié)構(gòu)變化和產(chǎn)能為目的所鉆的井為編制油氣田開發(fā)方案，或在開發(fā)過程中為某些專題研究取得第一手資料數(shù)據(jù)而鉆的井56開發(fā)井油氣井注入井觀察井為開發(fā)油氣田，用大中小型鉆機(jī)所鉆的采油、采氣井，也叫生產(chǎn)井。為合理開發(fā)油氣田，提高采收率及開發(fā)速度，用以對油氣田進(jìn)行注氣、注水以補(bǔ)充和合理利用地層能量所鉆的井。在已開發(fā)的油氣田內(nèi)，為了研究開發(fā)過程中地下情況的變化所鉆的井。57第五節(jié)基本鉆井工藝過程1．鉆前準(zhǔn)備

修公路、平井場及打水泥基礎(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。三個(gè)階段：鉆前淮備鉆進(jìn)固井與完井58第五節(jié)基本鉆井工藝過程59第五節(jié)基本鉆井工藝過程第五節(jié)基本鉆井工藝過程2．鉆進(jìn)：進(jìn)行鉆井生產(chǎn)取得進(jìn)尺的唯一過程。生產(chǎn)套管技術(shù)套管表層套管導(dǎo)管井身結(jié)構(gòu)：指井內(nèi)所下套管層數(shù)、尺寸、深度、水泥返高等。60第五節(jié)基本鉆井工藝過程2．鉆進(jìn)：進(jìn)行鉆井生產(chǎn)取得進(jìn)尺的唯一過程?；竟に囘^程：①第一次開鉆(一開)：下表層套管②第二次開鉆(二開)：下技術(shù)套管③第三次開鉆(三開)：設(shè)計(jì)井深，下油層套管，進(jìn)行固井、完井作業(yè)每改變一次鉆頭尺寸，開始鉆一新的井段的工藝叫開鉆61第五節(jié)基本鉆井工藝過程3、固井

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)成一體的工藝過程。圖6－15固井后井眼狀況示意圖62第五節(jié)基本鉆井工藝過程①安裝井口裝置：控制鉆進(jìn)過程中遇到的高壓油氣水層；②鞏固疏松井段，隔離復(fù)雜地層；③封隔地下油氣水層，防止上下串通；④封隔暫不開采的油氣層；⑤鉆井或作業(yè)中出現(xiàn)井噴時(shí)，不會因壓井而壓裂地層；⑥為油氣生產(chǎn)建立長期穩(wěn)定的通道。（1）固井的目的63第五節(jié)基本鉆井工藝過程（2）下套管①定義：將按強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)好的套管及其附件組成的套管柱下入井眼內(nèi)的工藝②套管性質(zhì)：無縫鋼管，長度一般為10m左右，有足夠的強(qiáng)度。⑴套管抗拉強(qiáng)度⑵套管抗擠強(qiáng)度⑶套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度③套管柱設(shè)計(jì)：尺寸設(shè)計(jì)、強(qiáng)度和密封性設(shè)計(jì)64第五節(jié)基本鉆井工藝過程一般要求水泥環(huán)在最上部油層50～100m以上。（3）注水泥

水泥漿是由干水泥和水配制而成，用一套專用設(shè)備（水泥車、混合漏斗、灰罐車）將水泥漿按設(shè)計(jì)用量注入井內(nèi)，使其返至套管外設(shè)計(jì)的位置。水泥返高指固井時(shí)套管與井壁之間水泥環(huán)上升的高度，常指水泥環(huán)上端到井口方補(bǔ)心的距離。65

第二章現(xiàn)代鉆井技術(shù)發(fā)展概況66第一節(jié)、鉆井發(fā)展簡史及科學(xué)化鉆井（一）鉆井發(fā)展簡史（以旋轉(zhuǎn)鉆井為例）67

（1）概念階段（1901--1920）開始把鉆井和洗井兩個(gè)過程聯(lián)系在一起，并使用了牙輪鉆頭和注水泥封固套管的工藝。（2）發(fā)展階段（1920--1948）這個(gè)時(shí)期的鉆井工藝、固井工藝、牙輪鉆頭、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)化鉆井階段（1948--1968）這個(gè)階段開展了大量的科學(xué)研究，使鉆井技術(shù)得以迅速發(fā)展。突出的技術(shù)成就有：高壓噴射鉆井高效牙輪鉆頭（鑲齒、滑動密封軸承鉆頭）優(yōu)質(zhì)鉆井液（低固相、無固相不分散體系鉆井液）優(yōu)選參數(shù)鉆井（優(yōu)選鉆壓、轉(zhuǎn)速和水力參數(shù)）以上技術(shù)使鉆井速度產(chǎn)生了大的飛躍。地層壓力檢測技術(shù)、油氣井壓力控制技術(shù)、鉆井液固相控制技術(shù)平衡壓力鉆井技術(shù)。以上技術(shù)使鉆井速度又一次產(chǎn)生了大的飛躍。（4）自動化鉆井階段（1968至今）這個(gè)時(shí)期主要體現(xiàn)電子儀表、自動測量和計(jì)算機(jī)在鉆井工程中的應(yīng)用。例如：鉆井參數(shù)的自動測量、綜合錄井儀、隨鉆測量技術(shù)等。由于以上技術(shù)的應(yīng)用，才得以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化鉆井、自動化鉆井。68

第二節(jié)影響鉆井技術(shù)發(fā)展的因素

1、油氣勘探和開發(fā)的要求油氣勘探和開發(fā)的目標(biāo)增加儲量，增加產(chǎn)量，提高效益，降低成本。增加儲量擴(kuò)大勘探領(lǐng)域：海洋、沙漠、戈壁、深部地層。各種鉆井新技術(shù)正是在這種形勢的要求下而相繼產(chǎn)生。典型的鉆井新技術(shù)有：水平井、大位移井、欠平衡壓力鉆井、小井眼井、超深井、分支井、多底井、導(dǎo)向鉆井等。

2、科學(xué)技術(shù)發(fā)展的影響電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展拖動了鉆井技術(shù)的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)在鉆井工程中的應(yīng)用使鉆井工程走向智能化有了可能。典型的技術(shù)有：數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集（地面的綜合錄井儀、井下MWD、LWD、FEWD）、數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸、導(dǎo)向鉆井等。69

深井超深井鉆井技術(shù)是為勘探和開發(fā)地層深處的油氣資源而發(fā)展起來的。從我國的的情況來看，陸上石油資源儲量為694億噸，目前探明172.8億噸，探明率為25%；陸上天然氣資源量為30萬億立方米，目前探明1.2