钻井工程各工艺流程详细介绍.ppt

钻井知识及钻井技术讲座钻井知识及钻井技术讲座主主 要要 内内 容容l前前前前 言言言言l第一章第一章第一章第一章 油气井钻井方法及工艺油气井钻井方法及工艺油气井钻井方法及工艺油气井钻井方法及工艺l第二章第二章第二章第二章 现代钻井技术发展概况现代钻井技术发展概况现代钻井技术发展概况现代钻井技术发展概况第一章第一章 油气钻井方法及工艺油气钻井方法及工艺利用一定的工具和技术在地层中利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大孔眼的过程。钻出一个较大孔眼的过程。第一节第一节 钻井方法钻井方法为了在地下岩层中钻出所要求为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。的孔眼而采用的钻孔方法。钻井钻井钻井方法钻井方法人工掘井人工掘井人力冲击钻井法人力冲击钻井法顿钻钻井法顿钻钻井法旋转钻井法旋转钻井法连续管钻井法连续管钻井法目前普遍使用目前普遍使用钻钻井井方方法法分分类类第一节第一节 钻井方法钻井方法旋旋 转转 钻钻 井井 法法图12 转盘旋转钻井法 分分类类转盘旋转钻井法转盘旋转钻井法井底动力钻具旋转井底动力钻具旋转钻井法钻井法旋转钻井示意图旋转钻井示意图转转 盘盘 旋旋 转转 钻钻 井井 法法图14 转盘旋转钻井法 钻头钻头吃入地层吃入地层破碎岩石破碎岩石清洗井底清洗井底循环洗井液循环洗井液转盘旋转转盘旋转钻柱加压钻柱加压设计井深设计井深转转 盘盘 旋旋 转转 钻钻 井井 法法图15 转盘旋转钻井法 特点特点目前这种方法在世界各国被广泛使用。目前这种方法在世界各国被广泛使用。钻杆完成起下钻具、传递扭矩、钻杆完成起下钻具、传递扭矩、为钻头施加钻压、提供洗井液的为钻头施加钻压、提供洗井液的入井渠道等任务；入井渠道等任务；钻头在一定的钻压作用下旋转钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破岩效率；破岩，提高了破岩效率；在破岩的同时，井底岩屑被清在破岩的同时，井底岩屑被清除出来；除出来；提高了钻井速度和效益。提高了钻井速度和效益。井底动力钻具旋转钻井法井底动力钻具旋转钻井法钻头钻头吃入地层吃入地层破碎岩石破碎岩石清洗井底清洗井底循环洗井液循环洗井液动力钻具旋转动力钻具旋转钻柱加压钻柱加压设计井深设计井深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。第二节第二节 钻井设备钻井设备钻机：钻机：石油钻井的地面配套石油钻井的地面配套设备，由多种机器设备组成设备，由多种机器设备组成的一套大功率重型联合工作的一套大功率重型联合工作机组，可以满足完成钻进、机组，可以满足完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、完井及特殊下套管、固井、完井及特殊作业和处理井下事故等要求。作业和处理井下事故等要求。图110 大庆I130型钻机钻机的分类钻机的分类（钻井深度钻井深度）大型钻机大型钻机目前我油田有目前我油田有70DB70DB、50DB50DB、40DB40DB、30DB30DB钻机钻机钻机的分类钻机的分类（钻井深度钻井深度）大型钻机大型钻机此外有此外有ZJ50ZJ50、ZJ40ZJ40、ZJ32ZJ32钻机钻机钻机的分类钻机的分类（钻井深度钻井深度）中型钻机中型钻机 目前我油田有目前我油田有20D20D、ZJ15DZJ15D、2020车载钻机车载钻机钻机的分类钻机的分类（钻井深度钻井深度）轻型钻机轻型钻机目前我油田有目前我油田有XJ550XJ550、XJ350XJ350、K61K61钻机钻机钻机的分类钻机的分类（动力设备动力设备）柴油机驱动钻机柴油机驱动钻机直流电驱动钻机直流电驱动钻机交流电驱动钻机交流电驱动钻机以柴油机为动力，通过机以柴油机为动力，通过机械传动或液力传动的钻机械传动或液力传动的钻机工作机用直流电动机驱动。工作机用直流电动机驱动。海上钻井普遍采用海上钻井普遍采用工作机用交流电动机驱动工作机用交流电动机驱动钻机的组成及功能钻机的组成及功能1 1、起升系统、起升系统2 2、旋转系统、旋转系统3 3、循环系统、循环系统4 4、驱动与传动系统、驱动与传动系统5 5、气控系统、气控系统6 6、井控系统、井控系统钻机的组成及功能钻机的组成及功能1 1、起升系统、起升系统(1)(1)组成组成(2)(2)功能功能起下钻、接单根和钻进时的钻起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。压控制。下放、悬吊或起升钻柱、套管下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼；柱和其它井下设备进、出井眼；井架、天车、游动滑车、大绳、井架、天车、游动滑车、大绳、大钩及绞车大钩及绞车图111 大庆I130型钻机钻机的组成及功能钻机的组成及功能水龙头、转盘水龙头、转盘2 2、旋转系统、旋转系统(1)(1)组成组成带动整个带动整个钻柱及钻钻柱及钻头旋转头旋转保证在洗井保证在洗井液循环时钻液循环时钻柱能够旋转柱能够旋转钻机的组成及功能钻机的组成及功能2 2、旋转系统、旋转系统(2)(2)功能功能 保证在洗井液高压循环的保证在洗井液高压循环的情况下给井下钻具提供足够情况下给井下钻具提供足够的旋转扭矩和动力，以满足的旋转扭矩和动力，以满足破岩钻进和井下其它要求。破岩钻进和井下其它要求。钻机的组成及功能钻机的组成及功能泥泥浆浆泵泵、泥泥浆浆净净化化装装置置(固固相相控控制制设设备备)和泥浆槽、罐等和泥浆槽、罐等3 3、循环系统、循环系统(1)(1)组成组成(2)(2)功能功能从井底清除岩屑；从井底清除岩屑；冷却钻头和润滑钻具。冷却钻头和润滑钻具。钻机的组成及功能钻机的组成及功能3 3、循环示意图、循环示意图高架槽泥浆泵泥浆泵节流管汇井 口振动筛循环罐钻机的组成及功能钻机的组成及功能(1)(1)泥浆泵泥浆泵3 3、循环系统设备、循环系统设备(2)(2)固控设备固控设备钻机的组成及功能钻机的组成及功能3 3、循环系统、循环系统洗井洗井:清洗井底、运移岩屑出井的工艺过程。清洗井底、运移岩屑出井的工艺过程。洗井液功能及类型洗井液功能及类型:洗井液：洗井液：在钻井过程中，能够完成洗井循环而达在钻井过程中，能够完成洗井循环而达到清洗井眼目的的流体。包括到清洗井眼目的的流体。包括泥浆泥浆、清水清水、空气空气和和天然气天然气。类型类型:水基体系水基体系、油基体系油基体系和和空气一天然气体系空气一天然气体系用的最多用的最多用的最少用的最少固相颗粒悬浮在固相颗粒悬浮在水或油中所形成水或油中所形成的一种分散体系的一种分散体系钻机的组成及功能钻机的组成及功能3 3、循环系统、循环系统(1)(1)清洗井底携带岩屑清洗井底携带岩屑(2)(2)悬浮岩屑悬浮岩屑(3)(3)阻止地层中油、气、水流入井内阻止地层中油、气、水流入井内(4)(4)保护井壁，防止井壁坍塌保护井壁，防止井壁坍塌(5)(5)冷却、润滑钻头和钻柱冷却、润滑钻头和钻柱(6)(6)向井底传递水功率向井底传递水功率(7)(7)了解地层了解地层(8)(8)减轻钻柱或套管拄的悬重减轻钻柱或套管拄的悬重洗洗井井液液功功能能钻机的组成及功能钻机的组成及功能动力机、传动部分动力机、传动部分4 4、驱动与传动系统、驱动与传动系统(1)(1)组成组成(2)(2)功能功能 产生动力，并把动力传递产生动力，并把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘。给泥浆泵、绞车和转盘。柴油机或柴油机或电动机电动机联轴器、离合器、联轴器、离合器、变速箱、皮带传动变速箱、皮带传动及链条传动等装置及链条传动等装置钻机的组成及功能钻机的组成及功能5 5、气控系统、气控系统 控制面板控制面板(控制机构控制机构)、传输、传输管线和阀门、执行机构以及压管线和阀门、执行机构以及压气机等。气机等。(1)(1)组成：组成：(2)(2)功能：功能：确保对整个钻机各个工作机确保对整个钻机各个工作机构及其部件的准确、迅速控制，构及其部件的准确、迅速控制，使整机协调一致的工作。使整机协调一致的工作。图115 大庆I130型钻机钻机的组成及功能钻机的组成及功能6 6、井控系统、井控系统(1)(1)组成：组成：防喷器组、钻井四通、节流防喷器组、钻井四通、节流管汇、压井管线以及液、气压管汇、压井管线以及液、气压控制机构组成。控制机构组成。(2)(2)功能：功能：控制井内的压力，防止地层控制井内的压力，防止地层流体无控制地流入井中。流体无控制地流入井中。图64 大庆I130型钻机钻机的组成及功能钻机的组成及功能钻机的组成及功能钻机的组成及功能钻机的组成及功能钻机的组成及功能钻机的组成及功能钻机的组成及功能井架井架天车天车游动滑车游动滑车大钩大钩水龙头水龙头转盘转盘绞车绞车泥浆泵泥浆泵柴油机柴油机传动装置传动装置钻井现场钻井现场“十大件十大件”第三节 钻井工具井下钻具井下钻具井口工具井口工具一、井下钻具一、井下钻具 水龙头以下至钻头的管柱和工具的总称。水龙头以下至钻头的管柱和工具的总称。主要包括主要包括钻头钻头和和钻柱钻柱。1 1、钻头钻头直接破碎岩石形成井眼的工具。直接破碎岩石形成井眼的工具。影响钻井速度最直接的因素之一影响钻井速度最直接的因素之一衡量衡量钻头钻头破岩效率破岩效率高低的主要指标高低的主要指标 用用钻钻头头的的进进尺尺除除以以纯纯钻钻进进时时间间，即即单单位位纯纯钻钻进进时时间间的的钻钻头头进进尺尺，表表示示钻钻头头破破碎碎岩岩石石的的能能力力和和效效率率，单单位为位为m mh h。钻头寿命：钻头寿命：在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间(包括划眼包括划眼在已钻出的井眼内旋转送钻、修整井在已钻出的井眼内旋转送钻、修整井壁的过程壁的过程)，单位为，单位为h h；钻头进尺：钻头进尺：在钻头寿命内，其钻进的井段长度，单位为在钻头寿命内，其钻进的井段长度，单位为m m；机械钻速：机械钻速：钻头的分类钻头的分类按照钻切岩石面积及形状的不同：按照钻切岩石面积及形状的不同：全面钻进钻头全面钻进钻头取芯钻头取芯钻头特种钻头特种钻头按照结构特点和破岩机理的不同：按照结构特点和破岩机理的不同：刮刀钻头刮刀钻头牙轮钻头牙轮钻头金刚石钻头金刚石钻头钻头的分类钻头的分类(刮刀钻头刮刀钻头)(1)(1)刮刀钻头刮刀钻头图图6 66 6 刮刀钻头刮刀钻头切削型钻头切削型钻头适用地层：适用地层：松软地层松软地层工作原理：工作原理：工作时其刀翼在钻压作用下吃入岩石，工作时其刀翼在钻压作用下吃入岩石，并在扭矩作用下剪切破碎岩石。并在扭矩作用下剪切破碎岩石。破岩方式：破岩方式：以以刮削刮削、挤压挤压和和剪切剪切为主的方式为主的方式钻头的分类钻头的分类(刮刀钻头刮刀钻头)刀翼数刀翼数刀冀底刃的形状刀冀底刃的形状两翼两翼(鱼尾式鱼尾式)刮刀钻头刮刀钻头三翼刮刀钻头三翼刮刀钻头四翼刮刀钻头四翼刮刀钻头阶梯式刮刀钻头阶梯式刮刀钻头平底式刮刀钻头平底式刮刀钻头分类分类优点：优点：缺点：缺点：机械钻速较高机械钻速较高扭矩较大，控制不当易造成井斜扭矩较大，控制不当易造成井斜刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命图图6 66 6 刮刀钻头刮刀钻头钻头的分类钻头的分类(牙轮钻头牙轮钻头)(2)(2)牙轮钻头牙轮钻头组成：组成：钻头体、水眼、巴掌、轴承和牙轮等钻头体、水眼、巴掌、轴承和牙轮等。图图1 17 7 牙轮钻头牙轮钻头钻头的分类钻头的分类(牙轮钻头牙轮钻头)(2)(2)牙轮钻头牙轮钻头破岩形式：破岩形式：具有具有冲击冲击、压碎压碎和和剪切剪切等多种形式。等多种形式。适用地层：适用地层：从从软到坚硬软到坚硬的各种地层。的各种地层。工作原理：工作原理：牙轮钻头在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿牙轮钻头在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿压碎并吃入岩石，同时产生一定的滑动而剪切岩石。当压碎并吃入岩石，同时产生一定的滑动而剪切岩石。当牙轮在井底滚动时，牙轮上的牙齿依次冲击、压入地层，牙轮在井底滚动时，牙轮上的牙齿依次冲击、压入地层，这个作用可以将井底岩石压碎一部分，同时靠牙轮滑动这个作用可以将井底岩石压碎一部分，同时靠牙轮滑动带来的剪切作用削掉牙齿间残留的另一部分岩石，使井带来的剪切作用削掉牙齿间残留的另一部分岩石，使井底岩石全面破碎，井眼得以延伸。底岩石全面破碎，井眼得以延伸。钻头的分类钻头的分类(牙轮钻头牙轮钻头)牙齿与井底接触面积小、比压高、牙齿与井底接触面积小、比压高、工作扭矩小等工作扭矩小等特点特点多牙轮钻头多牙轮钻头牙轮数目牙轮数目分类分类单牙轮钻头单牙轮钻头双牙轮钻头双牙轮钻头三牙轮钻头三牙轮钻头最常用最常用钻头的分类钻头的分类(金刚石钻头金刚石钻头)(3)(3)金刚石钻头金刚石钻头磨铣型钻头磨铣型钻头破岩形式：破岩形式：破磨破磨和和铣削铣削。适用地层：适用地层：坚硬坚硬地层。地层。钻头体、切削齿钻头体、切削齿、水眼水眼、水槽等水槽等。组成：组成：PDC钻头钻头钻头的分类钻头的分类(金刚石钻头金刚石钻头)金刚石的来源金刚石的来源天然金刚石钻头天然金刚石钻头人造金刚石钻头人造金刚石钻头钻头的结构形状钻头的结构形状金刚石钻头金刚石钻头金刚石刮刀钻头金刚石刮刀钻头聚晶金刚石复合片钻头聚晶金刚石复合片钻头(PDC(PDC钻头钻头)金刚石镶装特点金刚石镶装特点表镶金刚石钻头表镶金刚石钻头孕镶金刚石钻头孕镶金刚石钻头钻头的分类钻头的分类(取芯钻头取芯钻头)钻杆钻杆取芯钻头取芯钻头岩心岩心岩心筒岩心筒砂子砂子钻头的分类钻头的分类(特种钻头特种钻头)矛形钻头矛形钻头：在换小钻头之在换小钻头之前用它打导眼，起找中和前用它打导眼，起找中和领眼作用。领眼作用。菱形钻头菱形钻头它的侧边和底部都具有刀它的侧边和底部都具有刀刃，工作时都加焊硬质合金。刃，工作时都加焊硬质合金。主主要用途是下套管前或钻进过程中遇要用途是下套管前或钻进过程中遇泥饼太厚时进行划眼钻进。泥饼太厚时进行划眼钻进。偏心钻头偏心钻头用于扩大井下部分用于扩大井下部分井段的直径或用来拨井底落井段的直径或用来拨井底落物使其居中，便于打捞。物使其居中，便于打捞。梯形钻头梯形钻头是当井眼直径由是当井眼直径由大变小时大变小时,用来找中的专用来找中的专门工具门工具钻钻 柱柱(1)(1)定义定义 钻柱是用各种接头将钻柱是用各种接头将方钻杆方钻杆、钻钻杆杆和和钻铤钻铤等部件连接起来组成的入井等部件连接起来组成的入井管柱，通常指钻头以上的钻具。管柱，通常指钻头以上的钻具。(2)(2)功能功能传递扭矩传递扭矩施加钻压施加钻压输送洗井液输送洗井液延伸井眼延伸井眼起下钻头起下钻头特殊作业特殊作业钻钻 柱柱 (方钻杆方钻杆)方钻杆方钻杆传递扭矩和承受钻柱的全部重量。传递扭矩和承受钻柱的全部重量。作用：作用：性能：性能：具有较高的抗拉强度和抗扭强度具有较高的抗拉强度和抗扭强度图图1 117 17 国产方钻杆国产方钻杆形状：形状：断面：中空的正方形或六边形断面：中空的正方形或六边形壁厚：比一般钻杆大三倍左右壁厚：比一般钻杆大三倍左右材料：强度较大的优质合金钢材料：强度较大的优质合金钢长度：一般为长度：一般为13131616米米钻钻 柱柱 (钻杆与钻杆接头钻杆与钻杆接头)钻杆钻杆与与钻杆接头钻杆接头钻钻 柱柱 (钻杆与钻杆接头钻杆与钻杆接头)钻杆钻杆与与钻杆接头钻杆接头作用：作用：传递扭矩与输送洗井液传递扭矩与输送洗井液形状：形状：材料：无缝圆钢管制成的；材料：无缝圆钢管制成的；壁厚：一般为壁厚：一般为9 911mm11mm；钻杆单根：钻杆单根：立根立根(或或立柱立柱)：三根钻杆连接在一起做为一个单元；：三根钻杆连接在一起做为一个单元；两端分别接上带粗扣的两端分别接上带粗扣的钻杆接头钻杆接头各一只各一只(合合称一副称一副)；钻钻 柱柱 (钻铤钻铤)钻铤钻铤作用：作用：给钻头施加压力并保持自身处于不给钻头施加压力并保持自身处于不弯曲状态以防止井斜。弯曲状态以防止井斜。形状：形状：壁厚而粗大，一般是壁厚而粗大，一般是383853mm53mm单位长度重量大，相当于同尺寸钻杆的单位长度重量大，相当于同尺寸钻杆的4 46 6倍。倍。井井 口口 工工 具具 指在起下钻过程中井口所用的工具。主指在起下钻过程中井口所用的工具。主要有要有吊钳吊钳、吊卡吊卡、吊环吊环、卡瓦卡瓦、安全卡瓦安全卡瓦、提升短节提升短节等。等。(1)(1)吊钳吊钳1-18液液压压大大钳钳和和吊吊钳钳井井 口口 工工 具具(2)(2)吊卡吊卡 (3)(3)吊环吊环 井井 口口 工工 具具(3)(3)安全卡瓦安全卡瓦(4)(4)钻铤提升短节钻铤提升短节第四节第四节 钻井类型钻井类型井的类型井的类型：由于钻井的目的、要求不同而产生的：由于钻井的目的、要求不同而产生的 通过钻井而达到探明地质情况，获取地下地层通过钻井而达到探明地质情况，获取地下地层油气资源分布及相应性质等方面资料的井油气资源分布及相应性质等方面资料的井1.1.探井探井2.2.开发井开发井 以开发为目的，为了给已探明的地下油气提供以开发为目的，为了给已探明的地下油气提供通道，或为了采用各种措施使油气被开采出来所钻通道，或为了采用各种措施使油气被开采出来所钻的井。的井。探探 井井地质浅井地质浅井地质探井地质探井预探井预探井详探井详探井资料井资料井为配合地面地质和地球物理工作，以了解区域地质构为配合地面地质和地球物理工作，以了解区域地质构造，地层剖面和局部构造为目的的浅井造，地层剖面和局部构造为目的的浅井以了解地层的时代、岩性、厚度、生储盖层组合，并以了解地层的时代、岩性、厚度、生储盖层组合，并为地球物理解释提供各种参数为目的而钻的井为地球物理解释提供各种参数为目的而钻的井在地震详查和地质综合研究所确定的有利构造上以发在地震详查和地质综合研究所确定的有利构造上以发现油气藏为目的所钻的探井现油气藏为目的所钻的探井在已发现油气的构造上，以探明含油气的面积和储量，在已发现油气的构造上，以探明含油气的面积和储量，了解油气层结构变化和产能为目的所钻的井了解油气层结构变化和产能为目的所钻的井为编制油气田开发方案，或在开发过程中为某些专题为编制油气田开发方案，或在开发过程中为某些专题研究取得第一手资料数据而钻的井研究取得第一手资料数据而钻的井开开 发发 井井油气井油气井注入井注入井观察井观察井为开发油气田，用大中小型钻机所钻的为开发油气田，用大中小型钻机所钻的采油、采气井，也叫生产井。采油、采气井，也叫生产井。为合理开发油气田，提高采收率及开发为合理开发油气田，提高采收率及开发速度，用以对油气田进行注气、注水以速度，用以对油气田进行注气、注水以补充和合理利用地层能量所钻的井。补充和合理利用地层能量所钻的井。在已开发的油气田内，为了研究开发过在已开发的油气田内，为了研究开发过程中地下情况的变化所钻的井。程中地下情况的变化所钻的井。第五节第五节 基本钻井工艺过程基本钻井工艺过程1 1钻前准备钻前准备 修公路、平井场及打水泥基础、钻井设备修公路、平井场及打水泥基础、钻井设备的搬运和安排、井口准备（打导管和钻鼠洞）、的搬运和安排、井口准备（打导管和钻鼠洞）、备足钻井所需要的各种工具、器材等。备足钻井所需要的各种工具、器材等。三个阶段：三个阶段：钻前淮备钻前淮备钻进钻进固井与完井固井与完井第五节第五节 基本钻井工艺过程基本钻井工艺过程第五节第五节 基本钻井工艺过程基本钻井工艺过程第五节第五节 基本钻井工艺过程基本钻井工艺过程2 2钻进钻进：进行钻井生产取得进尺的唯一过程。进行钻井生产取得进尺的唯一过程。生产套管生产套管技术套管技术套管表层套管表层套管导导 管管井身结构：井身结构：指井内所下套指井内所下套管层数、尺寸、管层数、尺寸、深度、水泥返深度、水泥返高等。高等。第五节第五节 基本钻井工艺过程基本钻井工艺过程2 2钻进钻进：进行钻井生产取得进尺的唯一过程。进行钻井生产取得进尺的唯一过程。基本工艺过程：基本工艺过程：第一次开钻第一次开钻(一开一开)：下表层套管：下表层套管第二次开钻第二次开钻(二开二开)：下技术套管：下技术套管第三次开钻第三次开钻(三开三开)：设计井深，下油层套管，进行固井、完井作业设计井深，下油层套管，进行固井、完井作业每改变一次钻头尺寸，每改变一次钻头尺寸，开始钻一新的井段的开始钻一新的井段的工艺叫工艺叫开钻开钻第五节第五节 基本钻井工艺过程基本钻井工艺过程3 3、固井固井 固井固井即是在已钻成的井眼即是在已钻成的井眼内下入套管，而后在套管与内下入套管，而后在套管与井眼间的环形空间内注入水井眼间的环形空间内注入水泥浆，将套管和地层固结成泥浆，将套管和地层固结成一体的工艺过程。一体的工艺过程。图图615 固井后井眼固井后井眼状况示意图状况示意图第五节第五节 基本钻井工艺过程基本钻井工艺过程安装井口装置：控制钻进过程中遇到的高压安装井口装置：控制钻进过程中遇到的高压油气水层；油气水层；巩固疏松井段，隔离复杂地层；巩固疏松井段，隔离复杂地层；封隔地下油气水层，防止上下串通；封隔地下油气水层，防止上下串通；封隔暂不开采的油气层；封隔暂不开采的油气层；钻井或作业中出现井喷时，不会因压井而压钻井或作业中出现井喷时，不会因压井而压裂地层；裂地层；为油气生产建立长期稳定的通道。为油气生产建立长期稳定的通道。（1 1）固井的目的）固井的目的第五节第五节 基本钻井工艺过程基本钻井工艺过程（2 2）下套管）下套管定义：定义：将按强度要求设计好的套管及其附件组成将按强度要求设计好的套管及其附件组成的套管柱下入井眼内的工艺的套管柱下入井眼内的工艺套管性质：套管性质：无缝钢管，长度一般为无缝钢管，长度一般为10m10m左右，有足左右，有足够的强度。够的强度。套管抗拉强度套管抗拉强度套管抗挤强度套管抗挤强度套管抗内压强度套管抗内压强度套管柱设计：套管柱设计：尺寸设计、强度和密封性设计尺寸设计、强度和密封性设计第五节第五节 基本钻井工艺过程基本钻井工艺过程一般要求水泥环在最上部油层一般要求水泥环在最上部油层5050100m100m以上。以上。（3 3）注水泥）注水泥 水泥浆是由干水泥和水配制而成，用一套专用水泥浆是由干水泥和水配制而成，用一套专用设备（水泥车、混合漏斗、灰罐车）将水泥浆按设设备（水泥车、混合漏斗、灰罐车）将水泥浆按设计用量注入井内，使其返至套管外设计的位置。计用量注入井内，使其返至套管外设计的位置。水泥返高水泥返高指固井时套管与井壁之间水泥环上升的指固井时套管与井壁之间水泥环上升的高度，常指水泥环上端到井口方补心的距离。高度，常指水泥环上端到井口方补心的距离。第二章第二章 现代钻井技术发展概况现代钻井技术发展概况第一节、钻井发展简史及科学化钻井第一节、钻井发展简史及科学化钻井（一）（一）钻井发展简史（以旋转钻井为例）钻井发展简史（以旋转钻井为例）（1）概念阶段）概念阶段（1901-1920）开始把钻井和洗井两个过程联系在一起，开始把钻井和洗井两个过程联系在一起，并使用了牙轮钻头和注水泥封固套管的工艺。并使用了牙轮钻头和注水泥封固套管的工艺。（2）发展阶段）发展阶段（1920-1948）这个时期的钻井工艺、固井工艺、牙轮钻这个时期的钻井工艺、固井工艺、牙轮钻头、钻井液等得到进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。头、钻井液等得到进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。（3）科学化钻井阶段）科学化钻井阶段（1948-1968）这个阶段开展了大量的科学研究，这个阶段开展了大量的科学研究，使钻井技术得以迅速发展。突出的技术成就有：使钻井技术得以迅速发展。突出的技术成就有：高压喷射钻井高压喷射钻井 高效牙轮钻头高效牙轮钻头（镶齿、滑动密封轴承钻头）（镶齿、滑动密封轴承钻头）优质钻井液（低固相、无固相不分散体系钻井液）优质钻井液（低固相、无固相不分散体系钻井液）优选参数钻井（优选钻压、转速和水力参数）优选参数钻井（优选钻压、转速和水力参数）以上技术使钻井速度产生了大的飞跃。以上技术使钻井速度产生了大的飞跃。地层压力检测技术、油气井压力控制技术、钻井液固相控制技术地层压力检测技术、油气井压力控制技术、钻井液固相控制技术 平衡压力钻井技术。平衡压力钻井技术。以上技术使钻井速度又一次产生了大的飞跃。以上技术使钻井速度又一次产生了大的飞跃。（4）自动化钻井阶段）自动化钻井阶段（1968至今）这个时期主要体现电子仪表、自动测至今）这个时期主要体现电子仪表、自动测量和计算机在钻井工程中的应用。例如：钻井参数的自动测量、综合录井仪、量和计算机在钻井工程中的应用。例如：钻井参数的自动测量、综合录井仪、随钻测量技术等随钻测量技术等。由于以上技术的应用，才得以实现最优化钻井、自动化钻由于以上技术的应用，才得以实现最优化钻井、自动化钻井。井。第二节第二节第二节第二节 影响钻井技术发展的因素影响钻井技术发展的因素影响钻井技术发展的因素影响钻井技术发展的因素 1、油气勘探和开发的要求、油气勘探和开发的要求 油气勘探和开发的目标油气勘探和开发的目标 增加储量，增加产量，提高效益，降低成本。增加储量，增加产量，提高效益，降低成本。增加储量增加储量 扩大勘探领域：海洋、沙漠、戈壁、扩大勘探领域：海洋、沙漠、戈壁、深部地层深部地层。各种钻井新技术正是在这种形势的要求下而相继产生。各种钻井新技术正是在这种形势的要求下而相继产生。典型的钻井新技术有典型的钻井新技术有：水平井、大位移井、欠平衡压力钻：水平井、大位移井、欠平衡压力钻井、小井眼井、超深井、分支井、多底井、导向钻井等。井、小井眼井、超深井、分支井、多底井、导向钻井等。2、科学技术发展的影响、科学技术发展的影响 电子信息技术、计算机技术的迅猛发展拖动了钻井技术的电子信息技术、计算机技术的迅猛发展拖动了钻井技术的发展，电子计算机技术在钻井工程中的应用使钻井工程走向智发展，电子计算机技术在钻井工程中的应用使钻井工程走向智能化有了可能。典型的技术有：数据的实时采集（地面的综合能化有了可能。典型的技术有：数据的实时采集（地面的综合录井仪、井下录井仪、井下MWD、LWD、FEWD）、）、数据的远程传输、导数据的远程传输、导向钻井等。向钻井等。深井超深井钻井技术是为勘探和开发地层深处的油气资源深井超深井钻井技术是为勘探和开发地层深处的油气资源而发展起来的。从我国的的情况来看，陆上石油资源储量为而发展起来的。从我国的的情况来看，陆上石油资源储量为694亿吨亿吨，目前探明目前探明172.8亿吨亿吨，探明率为探明率为25%；陆上天然气资源量陆上天然气资源量 为为30万亿立方米万亿立方米，目前探明目前探明1.2万亿立方米万亿立方米，探明率仅为探明率仅为4%。西部地区西部地区（包括塔里木、准葛尔、土哈和才达木四个盆地）（包括塔里木、准葛尔、土哈和才达木四个盆地）的石油资源量占全国总资源量的的石油资源量占全国总资源量的38%，探明率仅为探明率仅为9%，是我国是我国石油产量的主要接替地区。西部地区的石油资源量的石油产量的主要接替地区。西部地区的石油资源量的 73%埋藏埋藏在深部地层，所以要靠深井和超深井进行勘探开发。在深部地层，所以要靠深井和超深井进行勘探开发。东部地区东部地区包括吉林油田是我国石油的主力产区，浅层和中包括吉林油田是我国石油的主力产区，浅层和中深层的勘探程度较高，深层较低，且探明的主要在浅层和中深深层的勘探程度较高，深层较低，且探明的主要在浅层和中深层，深部地层尚有层，深部地层尚有53亿吨的石油储量可供勘探。亿吨的石油储量可供勘探。中部地区中部地区（包括陕甘宁、四川两大盆地）是天然气的集中（包括陕甘宁、四川两大盆地）是天然气的集中区，但探明率极低，有区，但探明率极低，有52%的天然气资源量在深部地层，所以的天然气资源量在深部地层，所以中部地区深井超深井的钻井工作量将大幅度增加。中部地区深井超深井的钻井工作量将大幅度增加。深井超深井钻井技术在我国有广阔的前景。深井超深井钻井技术在我国有广阔的前景。第三节第三节 钻井技术发展的趋势钻井技术发展的趋势 1、井眼轨迹的多样化（特殊工艺井）、井眼轨迹的多样化（特殊工艺井）2、提高机械钻速（特别是深井超深井）、提高机械钻速（特别是深井超深井）（1）欠平衡压力钻井）欠平衡压力钻井(包括空气钻井包括空气钻井)（2）动力钻）动力钻+旋转钻旋转钻+PDC钻头（或其它特种钻头）钻头（或其它特种钻头）（3）超高压钻井）超高压钻井 3、自动导向钻井、自动导向钻井 井眼轨迹的自动控制井眼轨迹的自动控制 4、自动化钻井、自动化钻井 数据采集数据采集 地面（综合录井仪、工程参数仪）地面（综合录井仪、工程参数仪）地下地下 MWD、LWD、FEWD 数据传输数据传输 （存储（存储 分析处理分析处理 决策）反馈到井场执行决策）反馈到井场执行 机构，形成优化钻井的闭环系统。机构，形成优化钻井的闭环系统。现代钻井技术是各项新技术的综合集成，是领域的拓现代钻井技术是各项新技术的综合集成，是领域的拓宽，是学科的交叉与复合。宽，是学科的交叉与复合。钻井技术现状及发展趋势钻井技术现状及发展趋势评价的标准评价的标准1 1、钻井装备与工具、钻井装备与工具、钻井装备与工具、钻井装备与工具 装备装备装备装备 电动钻机电动钻机 顶部驱动系统顶部驱动系统 连续软管钻机连续软管钻机 工具工具工具工具 钻头钻头 各种井下工具等各种井下工具等 2 2、智能化水平、智能化水平、智能化水平、智能化水平 测量测量 传输传输 控制控制 MWD/LWD/FEWD3 3、特殊工艺井技术特殊工艺井技术特殊工艺井技术特殊工艺井技术4 4、管理水平、管理水平、管理水平、管理水平