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1、第一章 石油工程基本知识第二节 常规钻井工艺过程第1页/共51页发现了油藏之后我们该干什么发现了油藏之后我们该干什么?第2页/共51页我们钻一口井进去我们钻一口井进去!第3页/共51页我们用什么钻井我们用什么钻井?第4页/共51页钻井设备钻井设备!以下是一些不同种类的钻井设备:陆上钻井架用于陆上钻井钻井船钻井船和半潜式钻井平台用于水深100 ft到5000+ft情况的钻井半潜式钻井平台自升式钻井平台用于水深15ft 到+/-350ft情况的钻井内陆驳船钻井架用于水深8ft 到30ft情况的钻井第5页/共51页钻井钻井设备设备是什么是什么?第6页/共51页钻机:一套可以使我们钻入地层的特殊设备。
2、一套钻机由以下部分组成:井架，绞车，转盘，钻井泵，柴油机，发电机，方钻杆，钻杆，水龙头，钻井液罐，固控设备，还有很多其他部件组成。可以说钻机是用来进行石油与天然气勘探、开发的成套钻井设备,石油钻机是由多种机器设备组成的一套大功率重型联合工作机组。钻机的综合功能：钻机的综合功能：钻机的综合功能：钻机的综合功能：完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、完井和处理井下事故等作业。井、完井和处理井下事故等作业。Prepared by Tom Sheeran 第7页/共51页第8页/共51页第9页/共51页第10页/共51页第11页/共51页第12
3、页/共51页第13页/共51页学习目标掌握：钻井工艺过程1、井深结构；2、钻井全过程；3、钻进作业、固井、完井。了解：1、常规钻井方法及工作原理；第14页/共51页引入课题石油钻井是一项系统工程，涉及到地质、油田化学、岩石力学、钻井机械与工具的现代设计技术、电子技术、计算机技术与人工智能等在钻井测量及自动化、智能化钻井方面的应用。第15页/共51页钻孔工序：破碎岩石、排出岩屑石油钻井方法 （1）顿钻钻井法 （2）旋转钻井法问题导学1 11、常规钻井（通常指钻直井）的钻井方法？第16页/共51页一、钻井方法一、钻井方法从从地地面面钻钻一一孔孔道道直直达达油油气气层层，即即钻钻井井。井井的的示示意
4、意图图如如图图1-10所所示示，图图中中分分别别标标明明了了井井口口、井井身身、井井壁壁、井井底底及及井井径、井段和井深。径、井段和井深。钻钻井井的的实实质质就就是是要要设设法法解解决决破破碎碎岩岩石石和和取取出出岩岩屑屑、保保护护井井壁壁、继继续续加加深深钻钻进进方面的问题方面的问题。随随着着生生产产力力的的发发展展和和科科学学技技术术的的进进步步，钻钻井井方方法法和和相相应应的的钻钻井井设设备备也也日日趋趋现现代代化化。由由最最初初的的顿顿钻钻钻钻井井发发展展到到旋旋转转钻井。钻井。第17页/共51页（1）顿钻钻井法 顿钻钻井(冲击钻井)：周期性地将钻头提到一定高度向下冲击井底，破碎岩石。
5、缺点是：破碎岩石，取出岩屑作业都是不连续的，钻头功率小、效率低、速度慢。设备简单，成本低。不适应石油钻井对优质快速打井的要求。第18页/共51页驱动方法：转盘驱动 顶部驱动 井下动力钻具驱动：螺杆钻具、涡轮钻具 旋转钻井法：旋转钻井法：通过钻杆柱给钻头加压，连续旋转破碎岩石，钻井液通过空心钻杆-井底-携泥砂通过钻柱与井筒环空返回地面。（1）、转盘旋转钻井法：地面转盘带动钻盘中方钻杆旋转。（2）旋转钻井法第19页/共51页旋转钻井法：旋转钻井法：（2）顶驱旋转钻井法：钻井马达水龙头总成，顶驱系统挂在原钻机游车上。（2）旋转钻井法第20页/共51页 （3）井下动力钻具旋转钻井法:(1)涡轮钻具(2
6、)螺杆钻具(3)电动钻具（2）旋转钻井法第21页/共51页井底动力钻具旋转钻井法井底动力钻具旋转钻井法分分类类涡轮钻具涡轮钻具螺杆钻具螺杆钻具电动钻具电动钻具上轴承上轴承定子和转子定子和转子中心轴中心轴下轴承下轴承涡轮钻具涡轮钻具旁通阀旁通阀钻头钻头转子转子主轴主轴外壳外壳方向轴方向轴定子定子螺杆钻具螺杆钻具第22页/共51页井底动力钻具旋转钻井法井底动力钻具旋转钻井法第23页/共51页 （2）旋转钻井法第24页/共51页（2）旋转钻井法 井下动力钻具组合第25页/共51页井底动力钻具旋转钻井法井底动力钻具旋转钻井法特点特点转动钻头的动力由地面移到井转动钻头的动力由地面移到井下，直接接在钻头之
7、上；下，直接接在钻头之上；钻柱的功能只是给钻头施加一钻柱的功能只是给钻头施加一定的钻压、形成洗井液通路和承定的钻压、形成洗井液通路和承受井下动力钻具外壳的反扭矩；受井下动力钻具外壳的反扭矩；井底动力钻具的动力是由电源井底动力钻具的动力是由电源或地面泥浆泵提供的、通过钻柱或地面泥浆泵提供的、通过钻柱内孔传递到井下的具有一定动能内孔传递到井下的具有一定动能和压力的洗井液流体或交流电。和压力的洗井液流体或交流电。第26页/共51页一、井身结构：下入井中套管层数、尺寸、规格和长度以及各层套管相应的钻头直径。井中的管柱：导管 表层套管 技术套管（n层）油层套管问题导学2 22、钻井工艺过程？工序：（1）
8、破碎岩石 （2）取出岩屑并保护井壁 （3）固井和完井。第27页/共51页钻井工艺过程 1一导管；一导管；2一表层套管；一表层套管；3一表层套管水泥环；一表层套管水泥环；4一技术套管；一技术套管；5一技术套管水泥环；一技术套管水泥环；6一高压气层；一高压气层；7一高压水层；一高压水层；8一易塌地一易塌地层；层；9一井眼；一井眼；10一油层套管；一油层套管；11一主油层；一主油层；12一油层套管水一油层套管水泥环。泥环。第28页/共51页钻井工艺过程一口井的井身结构是根据已掌握的地质情况和要求的钻井深度在开钻前拟定的。一口井的井身结构是根据已掌握的地质情况和要求的钻井深度在开钻前拟定的。导管防止地
9、表土层垮塌，引导钻头入井，并导引上返的钻井液流人净化系统。导管通导管防止地表土层垮塌，引导钻头入井，并导引上返的钻井液流人净化系统。导管通常下入的深度为常下入的深度为3050 m。表层套管下入表层套管的目的在于加固上部疏松岩层的井壁，封住淡水砂层、砾石层表层套管下入表层套管的目的在于加固上部疏松岩层的井壁，封住淡水砂层、砾石层或浅气层；安装井控设备并支撑后下入的技术套管重量。一般深度为或浅气层；安装井控设备并支撑后下入的技术套管重量。一般深度为100 m，最深可，最深可达达300-400m。第29页/共51页钻井工艺过程技术套管位于表层套管以内的套管。下技术套管是为了隔技术套管位于表层套管以内
10、的套管。下技术套管是为了隔绝上部的高压油、气、水层或漏失层及坍塌层。深井、超绝上部的高压油、气、水层或漏失层及坍塌层。深井、超深井及地质情况复杂时，需下若干层技术套管。深井及地质情况复杂时，需下若干层技术套管。油层套管下入井内的最后一层套管，形成坚固的井筒，使油层套管下入井内的最后一层套管，形成坚固的井筒，使生产层的油或气由井底沿这层套管流至井口。生产层的油或气由井底沿这层套管流至井口。在各层套管与井壁的环形空间，都应注入水泥加固（固井）在各层套管与井壁的环形空间，都应注入水泥加固（固井）。为节省钢材，降低钻井成本，在满足钻井工艺要求的前。为节省钢材，降低钻井成本，在满足钻井工艺要求的前提下，
11、应少下或不下技术套管；有的井在技术套管下部下提下，应少下或不下技术套管；有的井在技术套管下部下入尾管即衬管。入尾管即衬管。第30页/共51页图图3-1 井场全景井场全景第31页/共51页三、钻前准备 开钻前准备：定井口位置；修路，平井场；打好水泥基础；备足各种钻井器材，如钻杆、钻铤、钻头及钻井泵配件等。四、钻进（1）全井钻井过程 第一次开钻（一开），下表层套管。第一次钻进对井眼一般要求要直。钻进开始要控制钻压。在钻进过程中，要执行定深测斜制度，对易斜地层应采取满眼钻具或钟摆钻具组合等控制井斜措施。可使用减振器以减轻跳钻的危害，提高钻头和钻具的使用寿命。钻达下表层套管深度后，及时下入表层套管、固
12、井和高压试运转等作业。钻井工艺过程第32页/共51页第33页/共51页四、钻进 第二次开钻（二开），从表层套管内用小一些的钻头往下钻进。下技术套管（中间套管），固井。再次钻进前，必须先安装好井口装置，并找正天车、转盘和井口中心，固定牢靠。钻完固井水泥塞后，再次恢复钻进。除非是定向井、水平井等特殊工艺井施工，钻具组合应满足喷射钻井和防斜打直井技术要求。在施工过程中，要选择和使用优质钻井液，并及时进行钻井液的性能调整和净化处理，使之符合钻井设计要求和有关规定。钻开油气层前，要按照钻井设计要求、井控规定和防火防爆的有关要求逐项检查合格。钻井工艺过程第34页/共51页四、钻进 第三次开钻（三开），从技
13、术套管内用再小一些的钻头往下钻进。若需要再进行第四次、第五次开钻，直至钻完井深，下油层套管，固井。安全钻达下技术套管（或油层套管）深度后，应根据钻井设计要求，及时进行测井、下入技术套管（或油层套管）、固井等其他作业。钻井工艺过程第35页/共51页地质录井地质录井 在在钻钻进进过过程程中中，同同时时伴伴有有地地质质录录井井作作业业地地质质录录井井的的任任务务主主要要是是取取全全取取准准各各项项地地质质资资料料及及其其有有关关的的钻钻井井施施工工资资料料钻钻进进过过程程中中的的地地质质录录井井工工作作包包括括钻钻时时录录井井、气气测测录录井井、钻井液录井、岩屑录井、岩心录井、压力录井。钻井液录井、
14、岩屑录井、岩心录井、压力录井。测井测井测测井井是是认认识识油油气气层层和和评评价价油油气气层层的的重重要要手手段段。测测井井在在钻钻达达预预定定井井深深或或钻钻过过油油气气层层后后进进行行。钻钻井井队队要要为为测测井井施施工工做做好准备并配合好工作。具体内容见后边章节。好准备并配合好工作。具体内容见后边章节。钻井工艺过程第36页/共51页他们通过对目标区域进行测井知道是否有油气。测井是用电缆将设备下到井下，记录岩石的物理属性，如电阻，孔隙度，密度，放射性，孔隙压力等等。地质学家如何辨别地层中是否含有油气？第37页/共51页砂页岩粉砂岩页岩粉砂岩白云石页岩这是一个测井记录图的例子。地质学家通过观
15、察测井记录，来决定应该继续把井进行完井如果地层有油的话，或者把井封堵抛弃如果地层没有油的话。伽马射线2005003000电阻抗孔隙度看似是很好的砂岩高阻抗，可能是油气低阻抗，可能是水低孔隙度高孔隙度低阻抗，可能是水高孔隙度低孔隙度高孔隙度第38页/共51页你能说出地质专家应该在哪一段进行完井吗？这里!根据显示，这里是很干净的砂岩，具有很好的孔隙度和阻抗。好孔隙度好孔隙度好孔隙度伽马射线2005003000电阻抗孔隙度看似是很好的砂岩高阻抗，可能是油气低阻抗，可能是水低孔隙度高孔隙度低阻抗，可能是水低孔隙度低孔隙度第39页/共51页地层测试与原钻机试油地层测试与原钻机试油1）地层侧试）地层侧试在
16、在钻钻井井过过程程中中钻钻开开油油气气层层或或完完井井以以后后，为为了了及及时时了了解解有有关关生生产产层层性性能能及及其其中中所所含含油油、气气、水水等等具具体体情情况况，并并取取得得有有关关资资料料，利利用用钻钻杆杆或或油油管管柱柱将将地地层层测测试试器器和和取取样样器器下下至至待待测测试试层层段段，进进行行不不稳稳定定试试井井，取取得得该该地地层层的的产产量量、温温度度、压压力力以以及及井井底底开开关关井井时时间间与与压压力力关关系系曲曲线线等等多多项项数数据据，并并取取得得流流体体样样品品。通通过过分分析析解解释释，获获得得在在动动态态条条件件下下地地层层和和流流体体的的各各项项特特性
17、性参参数数，及及时时评评价价油油、气气、水水层层，为为勘勘探探、开发决策提供可靠的依据。开发决策提供可靠的依据。地地层层测测试试的的现现场场施施工工一一般般经经过过井井眼眼准准备备、现现场场设设备备与与测测试试工工具具准准备备、组组织织协协调调施施工工队队伍伍或或人人员员落落实实、下下钻钻、封封隔隔器器座座封封和和开开关关井井、解解封封封隔器、反循环、起钻等几个过程。封隔器、反循环、起钻等几个过程。钻井工艺过程第40页/共51页地层测试与原钻机试油地层测试与原钻机试油2）原钻机试油）原钻机试油 原原钻钻机机试试油油就就是是由由原原钻钻井井队队人人员员用用其其原原有有设设备备，在在有有关关单单位
18、位的的指指导导下下，按按试试油油施施工工设设计计进进行行试试油油作作业业。其其一一般般程程序序为为：安安装装井井口口及及地地面面装装置置；下下油油管管探探底底及及调调整整钻钻井液；射孔；引导油气流。井液；射孔；引导油气流。区域探井、重点预探井、超深井等钻达油气层（完井）后一般应安排原钻机试油。区域探井、重点预探井、超深井等钻达油气层（完井）后一般应安排原钻机试油。钻井工艺过程第41页/共51页（2）钻井作业工序：下钻：将钻具组合下入井中，使钻头接触井底，准备钻进。钻进：钻进是进行钻井生产取得进尺的唯一手段。接单根：随着正常钻进的继续进行，井眼不断加深，需不断地接长钻杆柱；每次接入一根钻杆，此作
19、业称为接单根。起钻：需要更换新钻头时，便将井中全部钻柱取出。换钻头：起钻结束，将钻头提出井口，用专用工具卸下旧钻头，换上新钻头。重复，形成正常钻井作业的大循环，直至钻达预定井深。钻井工艺过程第42页/共51页五、固井 在井眼内下入一层套管，并在套管与井壁的环形空间里灌注水泥浆进行封固，称为固井。固井是整个钻井工程中一个十分重要的环节，固井质量的好坏，直接影响着这口井能否顺利的进行生产。固井的过程一般为：1进行固井设计并按规定程序进行审批。2进行固井准备，包括召开固井协作会，做好水泥及添加剂准备、固井施工装备准备、供水系统准备等。3进行注水泥施工：通过套管将配制好的水泥浆注入井内，并上返至一定高
20、度。4注水泥浆碰压后，实行敞压候凝，使水泥胶结。最终形成一串轴心线重合的套管柱，如图1-16所示。因此，一口井从开始到完成，有时需要进行数次固井作业。钻井工艺过程图1-16 套管层次示意图第43页/共51页六、完井 固井后，油层为水泥和套管封固，必须设法使油层与井筒沟通，普遍采用 射孔完井法。对于岩石比较坚硬和稳 定的油（气）层也可采用不将油（气）层用水泥封固的完井方法，如裸眼完井 法、贯眼完井法、衬管完井法等。钻井工艺过程第44页/共51页完井方法射孔完井法射孔完井法裸眼完井法裸眼完井法衬管完井法衬管完井法第45页/共51页一、钻具及起下工艺一、钻具及起下工艺1、钻具 石油钻具特点：中空，两
21、端螺纹（1）方钻杆：外断面为（六）方形（2）钻杆：中部较细，两端较粗（3）钻铤：壁厚，等直径（4）钻头单根：每根钻杆为一单根（约9m)立根：2-3根钻杆为一单根知识拓展知识拓展1 1第46页/共51页2、接单根（正常钻进时）：随钻进进行，井深增加，需接单根接长钻柱：上提钻柱露出方钻杆，用吊卡将钻柱座在转盘上；卸方钻杆与钻杆丝扣，微提方钻杆到小鼠洞与洞中钻杆对扣；上扣；从小鼠洞提出单根至井中钻柱上方，对扣；上扣；微提钻柱，移开吊卡，下放钻柱继续钻进。知识拓展知识拓展1 1第47页/共51页课后作业如果是你，你会这么做吗？第48页/共51页达标测评一、填空题：1、钻井的主要工序是（）、（）及（）。
22、2、有工业实用价值的钻井方法主要是两种（）和（）。3、井身结构主要包括（）、（）、（）和（）。4、钻具组合包括（）、（）、（）和（）。5、固井是在井眼内下入一层套管，并在套管与井壁的环形空间里灌注（）进行封固的过程。6、完井方法主要有（）、（）、（）、（）等。第49页/共51页达标测评二、问答题：1、简述顿钻钻井法的工作过程？它是如何取出岩屑的？2、简述旋转钻井法的工作过程和排出岩屑的过程？3、简述转盘驱动和顶部驱动的共同点和不同点？4、简述钻前准备工作主要包括哪些？5、简述全井钻进的工艺过程？6、简述钻井作业的五道工序？7、简述射孔完井、裸眼完井、贯眼完井和衬管完井四种完井方法的工作原理？第50页/共51页感谢您的观看！第51页/共51页