鉆井方法及工藝課件

第六章油氣鉆井方法及工藝利用一定的工具和技術在地層中鉆出一個較大孔眼的過程。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。人工掘井人力沖擊鉆井法頓鉆鉆井法旋轉鉆井法連續(xù)管鉆井法目前普遍使用鉆井鉆井方法鉆井方法分類第六章油氣鉆井方法及工藝利用一定的工具和技術在地層中鉆出1一、頓鉆鉆井法1.工藝過程鋼絲繩提升鉆頭沖擊井底，擊碎巖石巖屑、泥土混合成泥水漿提出鉆頭撈出井內的泥水漿暴露新井底下放下撈砂筒向井內注水積累到一定量設計井深圖6－1頓鉆鉆井示意圖一、頓鉆鉆井法1.工藝過程鋼絲繩提升鉆頭沖擊井底，擊碎巖石巖22.特點起、下鉆費時少，設備簡單(1)破碎巖石，取出巖屑的作業(yè)都是不連續(xù)的；優(yōu)點：缺點：(2)鉆頭功率小，破巖效率低，鉆井速度慢；(3)不能進行井內壓力控制；(4)只適用于鉆直井。2.特點起、下鉆費時少，設備簡單(1)破碎巖石，取出巖屑的作3二、旋轉鉆井法轉盤旋轉鉆井法井底動力鉆具旋轉鉆井法1.轉盤旋轉鉆井法(1)工藝過程鉆頭吃入地層破碎巖石清洗井底循環(huán)洗井液轉盤旋轉鉆柱加壓設計井深圖6－2轉盤旋轉鉆井法二、旋轉鉆井法轉盤旋轉鉆井法井底動力鉆具旋轉鉆井法1.轉盤旋4(2)特點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；②鉆頭在一定的鉆壓作用下旋轉破巖，提高了破巖效率；③在破巖的同時，井底巖屑被清除出來；④提高了鉆井速度和效益。(2)特點目前這種方法在世界各國被廣泛使用。①鉆桿完成起下5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鉆柱加壓設計井深2.井底動力鉆具旋轉鉆井法(1)工藝過程(2)分類渦輪鉆具螺桿鉆具電動鉆具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鉆柱加壓設6①轉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。(3)特點①轉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7三、連續(xù)管鉆井法(柔桿鉆井法)1.工藝過程鉆頭、加壓裝置、動力機下放至井底循環(huán)洗井液延伸井眼鉆頭旋轉，破碎巖石為動力機提供動力清洗井底連續(xù)管圖6－3連續(xù)管鉆井示意圖三、連續(xù)管鉆井法(柔桿鉆井法)1.工藝過程鉆頭、加壓裝置、動82.特點(5)具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，目前正在發(fā)展、完善中。(1)連續(xù)管鉆井實現了起、下鉆的連續(xù)機械化，節(jié)省了時間和勞動量；(2)在起下鉆時仍能保持洗井液的正常循環(huán)；(3)由洗井液直接提供破巖鉆進的能量，大大提高了能量的有效利用率；(4)為全自動化控制提供了很好的條件；2.特點(5)具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，目前正在發(fā)展、完善中。(19第二節(jié)鉆井類型井的類型：由于鉆井的目的、要求不同而產生的1.探井通過鉆井而達到探明地質情況，獲取地下地層油氣資源分布及相應性質等方面資料的井地質淺井地質探井預探井詳探井資料井為配合地面地質和地球物理工作，以了解區(qū)域地質構造，地層剖面和局部構造為目的的淺井以了解地層的時代、巖性、厚度、生儲蓋層組合，并為地球物理解釋提供各種參數為目的而鉆的井在地震詳查和地質綜合研究所確定的有利構造上以發(fā)現油氣藏為目的所鉆的探井在已發(fā)現油氣的構造上，以探明含油氣的面積和儲量，了解油氣層結構變化和產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據而鉆的井第二節(jié)鉆井類型井的類型：由于鉆井的目的、要求不同而產生的102.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，或為了采用各種措施使油氣被開采出來所鉆的井油氣井注入井觀察井為開發(fā)油氣田，用大中型鉆機所鉆的采油、采氣井，也叫生產井。為合理開發(fā)油氣田，提高采收率及開發(fā)速度，用以對油氣田進行注氣、注水以補充和合理利用地層能量所鉆的井。在已開發(fā)的油氣田內，為了研究開發(fā)過程中地下情況的變化所鉆的井。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，或為11第三節(jié)鉆井設備鉆機：石油鉆井的地面配套設備，由多種機器設備組成的一套大功率重型聯合工作機組，可以滿足完成鉆進、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6－4大慶I－130型鉆機第三節(jié)鉆井設備鉆機：石油鉆井的地面配套設備，由多種機器設備12一、鉆機的分類1.鉆井深度大型鉆機超重型鉆機重型鉆機中型鉆機H>5000m，W>2500kNH＝1000～2500mW＝800～1600kNH＝3000～5000mW＝2000～2500kN輕便鉆機H>5000m，W>800kN，89～140mm鉆桿，井徑>160mm，深井H<3000m，W<300kN，42～89mm鉆桿，井徑<150mm，勘探井、水井一、鉆機的分類1.鉆井深度大型鉆機超重型鉆機重型鉆機中型鉆機132.動力設備柴油機驅動鉆機直流電驅動鉆機交流電驅動鉆機以柴油機為動力，通過機械傳動或液力傳動的鉆機工作機用直流電動機驅動。通常用于海上鉆井工作機用交流電動機驅動3.使用地區(qū)陸地鉆機海洋鉆機陸地（包括沙漠、沼澤等）使用的鉆機自升式鉆井平臺、半潛式鉆井平臺、鉆井船和鉆井固定平臺上的各種類型的鉆機2.動力設備柴油機驅動鉆機直流電驅動鉆機交流電驅動鉆機以柴油14二、鉆機的組成及功能1、起升系統(tǒng)(1)組成(2)功能②起下鉆、接單根和鉆進時的鉆壓控制。①下放、懸吊或起升鉆柱、套管柱和其它井下設備進、出井眼；井架、天車、游動滑車、大繩、大鉤及絞車水龍頭、轉盤2、旋轉系統(tǒng)(1)組成(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扭矩和動力，以滿足破巖鉆進和井下其它要求保證在洗井液循環(huán)時鉆柱能夠旋轉帶動整個鉆柱及鉆頭旋轉的設備二、鉆機的組成及功能1、起升系統(tǒng)(1)組成(2)功能②起下鉆15泥漿泵、泥漿凈化裝置(固相控制設備)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。圖6－5洗井液循環(huán)系統(tǒng)示意圖動力機、傳動部分4、驅動與傳動系統(tǒng)(1)組成(2)功能產生動力，并把動力傳遞給泥漿泵、絞車和轉盤。柴油機或電動機聯軸器、離合器、變速箱、皮帶傳動及鏈條傳動等裝置泥漿泵、泥漿凈化裝置(固相控制設備)和泥漿槽、罐等3、循環(huán)系165、氣控系統(tǒng)控制面板(控制機構)、傳輸管線和閥門、執(zhí)行機構以及壓氣機等。(1)組成：(2)功能：確保對整個鉆機各個工作機構及其部件的準確、迅速控制，使整機協(xié)調一致的工作。6、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、氣壓控制機構組成。(2)功能：控制井內的壓力，防止地層流體無控制地流入井中。鉆井現場井架十大件天車游動滑車大鉤水龍頭轉盤絞車泥漿泵柴油機傳動裝置5、氣控系統(tǒng)控制面板(控制機構)、傳輸管線和閥門、執(zhí)行機構以17第四節(jié)鉆井工具井下鉆具井口工具一、井下工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第四節(jié)鉆井工具井下鉆具井口工具一、井下工具水龍頭以下至鉆頭18用鉆頭的進尺除以純鉆進時間，即單位純鉆進時間的鉆頭進尺，表示鉆頭破碎巖石的能力和效率，單位為m／h。衡量鉆頭破巖效率高低的主要指標有鉆頭進尺和機械鉆速。鉆頭壽命：在整個使用過程中，鉆頭在井下的純鉆進時間(包括劃眼——在已鉆出的井眼內旋轉送鉆、修整井壁的過程)，單位為h；鉆頭進尺：在鉆頭壽命內，其鉆進的井段長度，單位為m；機械鉆速：用鉆頭的進尺除以純鉆進時間，即單位純鉆進時間的鉆頭進尺，表示19按照鉆切巖石面積及形狀的不同：鉆頭的分類全面鉆進鉆頭取芯鉆頭特種鉆頭按照結構特點和破巖機理的不同：刮刀鉆頭牙輪鉆頭金剛石鉆頭(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按照鉆切巖石面積及形狀的不同：鉆頭的分類全面鉆進鉆頭取芯鉆頭20刀翼數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分類優(yōu)點：缺點：機械鉆速較高扭矩較大，控制不當易造成井斜刮刀鉆頭的壽命取決于刀翼的壽命刀翼數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21(2)牙輪鉆頭圖6－7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：從軟到堅硬的各種地層。組成：鉆頭體、水眼、巴掌、軸承和牙輪等。工作原理：牙輪鉆頭在鉆壓和鉆柱旋轉的作用下，牙齒壓碎并吃入巖石，同時產生一定的滑動而剪切巖石。當牙輪在井底滾動時，牙輪上的牙齒依次沖擊、壓入地層，這個作用可以將井底巖石壓碎一部分，同時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。(2)牙輪鉆頭圖6－7牙輪鉆頭破巖形式：具有沖擊、壓碎和22牙齒與井底接觸面積小、比壓高、工作扭矩小等特點多牙輪鉆頭牙輪數目分類單牙輪鉆頭雙牙輪鉆頭三牙輪鉆頭最常用牙齒與井底接觸面積小、比壓高、工作扭矩小等特點多牙輪鉆頭牙輪23(3)金剛石鉆頭圖6－9金剛石鉆頭圖6－10PDC鉆頭磨銑型鉆頭金剛石作切削刃的鉆頭破巖形式：破磨和銑削。適用地層：堅硬地層。鉆頭體、切削齒、水眼、水槽等。組成：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構形狀金剛石鉆頭金剛石刮刀鉆頭聚晶金剛石復合片鉆頭(PDC鉆頭)金剛石鑲裝特點表鑲金剛石鉆頭孕鑲金剛石鉆頭(3)金剛石鉆頭圖6－9金剛石鉆頭圖6－10PD24如用鉆柱擠注水泥、中途測試、處理事故等。2．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傳遞扭矩通過鉆柱將地面動力機的能量傳給鉆頭，使鉆頭旋轉破碎井底巖石，加深井眼。②施加鉆壓依靠鉆柱中鉆鋌部分在洗井液中的自重對鉆頭施加鉆壓，使鉆頭工作刃不斷吃入地層，破碎巖石。③輸送洗井液通過鉆柱的中心孔腔將洗井液輸送到鉆頭，由水眼噴射出，沖擊到井底，攜帶巖屑后由環(huán)空返回地面。④延伸井眼在鉆進中通過不斷地增加鉆柱長度(接單根)以達到延伸井眼的目的。通常井眼的深度用下入井內的鉆柱長度測量。⑤起下鉆頭鉆頭在井下工作是靠鉆柱連接并傳遞扭矩和壓力的。起出已磨損的鉆頭和下入新鉆頭都必須由鉆柱完成。另外，針對不同的目的，還可以起下其它井下工具。⑥特殊作業(yè)如用鉆柱擠注水泥、中途測試、處理事故等。2．鉆柱(1)定義鉆25(3)組成①方鉆桿位于鉆柱的最上端，其上部與水龍頭相接，下部與鉆桿連接。傳遞扭矩和承受鉆柱的全部重量。作用：斷面為中空的正方形或六邊形，壁厚比一般鉆桿大三倍左右，而且由強度較大的優(yōu)質合金鋼制成。一般長度為13～16米，比一般鉆桿長2米以上。性能：具有較高的抗拉強度和抗扭強度形狀：圖6－11國產方鉆桿(3)組成①方鉆桿位于鉆柱的最上端，其上部與水龍頭相接，下部26壁厚而粗大，一般是38～53mm，單位長度重量大，相當于同尺寸鉆桿的4～6倍。以滿足給鉆頭施加鉆壓、增強剛度的要求，在加壓時可以減小彎曲，防止井斜和鉆具折斷。②鉆桿與鉆桿接頭位于方鉆桿與鉆鋌之間，是組成鉆柱的基本部分，無縫圓鋼管制成的。作用：傳遞扭矩與輸送洗井液形狀：壁厚比方鉆桿和鉆鋌薄，壁厚一般為9～11mm，內徑大，兩端分別接上帶粗扣的鉆桿接頭各一只(合稱一副)，稱為鉆桿單根。一般將三根鉆桿連接在一起做為一個單元，稱之為立根(或立柱)。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，相當于同尺27二、井口工具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)吊鉗指用手動卡緊機構來上、卸鉆桿、鉆鋌絲扣和套管絲扣的專用工具。(2)吊卡和吊環(huán)吊卡用來卡住鉆桿接頭，提升鉆柱或懸吊鉆柱。吊環(huán)是懸掛在大鉤上，用以