钻井工程各工艺流程详细介绍(课堂PPT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,钻井知识及钻井技术讲座,1,主 要 内 容,前 言,第一章 油气井钻井方法及工艺,第二章 现代钻井技术发展概况,2,第一章 油气钻井方法及工艺,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。,第一节 钻井方法,为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。,钻井,钻井方法,3,人工掘井,人力冲击钻井法,顿钻钻井法,旋转钻井法,连续管钻井法,目前普遍使用,钻,井,方,法,分,类,第一节 钻井方法,4,旋 转 钻 井 法,图,1,2,转盘旋转钻井法,分类,转盘旋转钻井法,井底动力钻具旋转钻井法,5,旋转钻井示意图,6,转 盘 旋 转 钻 井 法,图,1,4,转盘旋转钻井法,钻头,吃入地层,破碎岩石,清洗井底,循环洗井液,转盘旋转,钻柱加压,设计井深,7,转 盘 旋 转 钻 井 法,图,1,5,转盘旋转钻井法,特点,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、为钻头施加钻压、提供洗井液的入井渠道等任务；,钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破岩效率；,在破岩的同时，井底岩屑被清除出来；,提高了钻井速度和效益。,8,井底动力钻具旋转钻井法,钻头,吃入地层,破碎岩石,清洗井底,循环洗井液,动力钻具旋转,钻柱加压,设计井深,9,井底动力钻具旋转钻井法,分类,涡轮钻具,螺杆钻具,电动钻具,上轴承,定子和转子,中心轴,下轴承,涡轮钻具,旁通阀,钻头,转子,主轴,外壳,方向轴,定子,螺杆钻具,10,井底动力钻具旋转钻井法,特点,转动钻头的动力由地面移到井下，直接接在钻头之上；,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和压力的洗井液流体或交流电。,11,第二节 钻井设备,钻机：,石油钻井的地面配套设备，由多种机器设备组成的一套大功率重型联合工作机组，可以满足完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、完井及特殊作业和处理井下事故等要求。,图,1,10,大庆,I,130,型钻机,12,钻机的分类,（,钻井深度,）,大型钻机,目前我油田有,70DB,、,50DB,、,40DB,、,30DB,钻机,13,钻机的分类,（,钻井深度,）,大型钻机,此外有,ZJ50,、,ZJ40,、,ZJ32,钻机,14,钻机的分类,（,钻井深度,）,中型钻机,目前我油田有,20D,、,ZJ15D,、,20,车载钻机,15,钻机的分类,（,钻井深度,）,轻型钻机,目前我油田有,XJ550,、,XJ350,、,K61,钻机,16,钻机的分类,（,动力设备,）,柴油机驱动钻机,直流电驱动钻机,交流电驱动钻机,以柴油机为动力，通过机械传动或液力传动的钻机,工作机用直流电动机驱动。海上钻井普遍采用,工作机用交流电动机驱动,17,钻机的组成及功能,1,、起升系统,2,、旋转系统,3,、循环系统,4,、驱动与传动系统,5,、气控系统,6,、井控系统,18,钻机的组成及功能,1,、起升系统,(1),组成,(2),功能,起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。,下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼；,井架、天车、游动滑车、大绳、大钩及绞车,图,1,11,大庆,I,130,型钻机,19,钻机的组成及功能,水龙头、转盘,2,、旋转系统,(1),组成,带动整个钻柱及钻头旋转,保证在洗井液循环时钻柱能够旋转,20,钻机的组成及功能,2,、旋转系统,(2),功能,保证在洗井液高压循环的情况下给井下钻具提供足够的旋转扭矩和动力，以满足破岩钻进和井下其它要求。,21,钻机的组成及功能,泥浆泵、泥浆净化装置,(,固相控制设备,),和泥浆槽、罐等,3,、循环系统,(1),组成,(2),功能,从井底清除岩屑；,冷却钻头和润滑钻具。,22,钻机的组成及功能,3,、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,23,钻机的组成及功能,(1),泥浆泵,3,、循环系统设备,(2),固控设备,24,钻机的组成及功能,3,、循环系统,洗井,:,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：,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,泥浆,、,清水,、,空气,和,天然气,。,类型,:,水基体系,、,油基体系,和,空气一天然气体系,用的最多,用的最少,固相颗粒悬浮在水或油中所形成的一种分散体系,25,钻机的组成及功能,3,、循环系统,(1),清洗井底携带岩屑,(2),悬浮岩屑,(3),阻止地层中油、气、水流入井内,(4),保护井壁，防止井壁坍塌,(5),冷却、润滑钻头和钻柱,(6),向井底传递水功率,(7),了解地层,(8),减轻钻柱或套管拄的悬重,洗,井,液,功,能,26,钻机的组成及功能,动力机、传动部分,4,、驱动与传动系统,(1),组成,(2),功能,产生动力，并把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘。,柴油机或,电动机,联轴器、离合器、,变速箱、皮带传动,及链条传动等装置,27,钻机的组成及功能,5,、气控系统,控制面板,(,控制机构,),、传输管线和阀门、执行机构以及压气机等。,(1),组成：,(2),功能：,确保对整个钻机各个工作机构及其部件的准确、迅速控制，使整机协调一致的工作。,图,1,15,大庆,I,130,型钻机,28,钻机的组成及功能,6,、井控系统,(1),组成：,防喷器组、钻井四通、节流管汇、压井管线以及液、气压控制机构组成。,(2),功能：,控制井内的压力，防止地层流体无控制地流入井中。,图,6,4,大庆,I,130,型钻机,29,钻机的组成及功能,30,钻机的组成及功能,31,钻机的组成及功能,32,钻机的组成及功能,井架,天车,游动滑车,大钩,水龙头,转盘,绞车,泥浆泵,柴油机,传动装置,钻井现场,“,十大件,”,33,第三节 钻井工具,井下钻具,井口工具,一、井下钻具,水龙头以下至钻头的管柱和工具的总称。主要包括,钻头,和,钻柱,。,1,、,钻头,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一,34,衡量,钻头,破岩效率,高低的主要指标,用钻头的进尺除以纯钻进时间，即单位纯钻进时间的钻头进尺，表示钻头破碎岩石的能力和效率，单位为,m,h,。,钻头寿命：,在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间,(,包括划眼,在已钻出的井眼内旋转送钻、修整井壁的过程,),，单位为,h,；,钻头进尺：,在钻头寿命内，其钻进的井段长度，单位为,m,；,机械钻速：,35,钻头的分类,按照钻切岩石面积及形状的不同：,全面钻进钻头,取芯钻头,特种钻头,按照结构特点和破岩机理的不同：,刮刀钻头,牙轮钻头,金刚石钻头,36,钻头的分类,(,刮刀钻头,),(1),刮刀钻头,图,6,6,刮刀钻头,切削型钻头,适用地层：,松软地层,工作原理：,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。,破岩方式：,以,刮削,、,挤压,和,剪切,为主的方式,37,钻头的分类,(,刮刀钻头,),刀翼数,刀冀底刃的形状,两翼,(,鱼尾式,),刮刀钻头,三翼刮刀钻头,四翼刮刀钻头,阶梯式刮刀钻头,平底式刮刀钻头,分类,优点：,缺点：,机械钻速较高,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,图,6,6,刮刀钻头,38,钻头的分类,(,牙轮钻头,),(2),牙轮钻头,组成：,钻头体、水眼、巴掌、轴承和牙轮等,。,图,1,7,牙轮钻头,39,钻头的分类,(,牙轮钻头,),(2),牙轮钻头,破岩形式：,具有,冲击,、,压碎,和,剪切,等多种形式。,适用地层：,从,软到坚硬,的各种地层。,工作原理：,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。,40,钻头的分类,(,牙轮钻头,),牙齿与井底接触面积小、比压高、工作扭矩小等,特点,多牙轮钻头,牙轮数目,分类,单牙轮钻头,双牙轮钻头,三牙轮钻头,最常用,41,钻头的分类,(,金刚石钻头,),(3),金刚石钻头,磨铣型钻头,破岩形式：,破磨,和,铣削,。,适用地层：,坚硬,地层。,钻头体、切削齿,、,水眼,、,水槽等,。,组成：,PDC,钻头,42,钻头的分类,(,金刚石钻头,),金刚石的来源,天然金刚石钻头,人造金刚石钻头,钻头的结构形状,金刚石钻头,金刚石刮刀钻头,聚晶金刚石复合片钻头,(PDC,钻头,),金刚石镶装特点,表镶金刚石钻头,孕镶金刚石钻头,43,钻头的分类,(,取芯钻头,),钻杆,取芯钻头,岩心,岩心筒,砂子,44,钻头的分类,(,特种钻头,),矛形钻头,：,在换小钻头之前用它打导眼，起找中和领眼作用。,菱形钻头,它的侧边和底部都具有刀刃，工作时都加焊硬质合金。主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。,偏心钻头,用于扩大井下部分井段的直径或用来拨井底落物使其居中，便于打捞。,梯形钻头,是当井眼直径由大变小时,用来找中的专门工具,45,钻 柱,(1),定义,钻柱是用各种接头将,方钻杆,、,钻杆,和,钻铤,等部件连接起来组成的入井管柱，通常指钻头以上的钻具。,(2),功能,传递扭矩,施加钻压,输送洗井液,延伸井眼,起下钻头,特殊作业,46,钻 柱,(,方钻杆,),方钻杆,传递扭矩和承受钻柱的全部重量。,作用：,性能：,具有较高的抗拉强度和抗扭强度,图,1,17,国产方钻杆,形状：,断面：中空的正方形或六边形,壁厚：比一般钻杆大三倍左右,材料：强度较大的优质合金钢,长度：一般为,13,16,米,47,钻 柱,(,钻杆与钻杆接头,),钻杆,与,钻杆接头,48,钻 柱,(,钻杆与钻杆接头,),钻杆,与,钻杆接头,作用：,传递扭矩与输送洗井液,形状：,材料：无缝圆钢管制成的；,壁厚：一般为,9,11mm,；,钻杆单根：,立根,(,或,立柱,),：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,钻杆接头,各一只,(,合称一副,),；,49,钻 柱,(,钻铤,),钻铤,作用：,给钻头施加压力并保持自身处于不弯曲状态以防止井斜。,形状：,壁厚而粗大，一般是,38,53mm,单位长度重量大，相当于同尺寸钻杆的,4,6,倍。,50,井 口 工 具,指在起下钻过程中井口所用的工具。主要有,吊钳,、,吊卡,、,吊环,、,卡瓦,、,安全卡瓦,、,提升短节,等。,(1),吊钳,1-18,液,压,大,钳,和,吊,钳,51,井 口 工 具,(2),吊卡,(3),吊环,52,井 口 工 具,(3),安全卡瓦,(4),钻铤提升短节,53,第四节 钻井类型,井的类型,：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，获取地下地层油气资源分布及相应性质等方面资料的井,1.,探井,2.,开发井,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的井。,54,探 井,地质浅井,地质探井,预探井,详探井,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，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研究取得第一手资料数据而钻的井,55,开 发 井,油气井,注入井,观察井,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。,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，为了研究开发过程中地下情况的变化所钻的井。,56,第五节 基本钻井工艺过程,1,钻前准备,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）、备足钻井所需要的各种工具、器材等。,三个阶段：,钻前淮备,钻进,固井与完井,57,第五节 基本钻井工艺过程,58,第五节 基本钻井工艺过程,第五节 基本钻井工艺过程,2,钻进,：,进行钻井生产取得进尺的唯一过程。,生产套管,技术套管,表层套管,导 管,井身结构：,指井内所下套管层数、尺寸、深度、水泥返高等。,59,第五节 基本钻井工艺过程,2,钻进,：,进行钻井生产取得进尺的唯一过程。,基本工艺过程：,第一次开钻,(,一开,),：下表层套管,第二次开钻,(,二开,),：下技术套管,第三次开钻,(,三开,),：,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，开始钻一新的井段的工艺叫,开钻,60,第五节 基本钻井工艺过程,3,、,固井,固井,即是在已钻成的井眼内下入套管，而后在套管与井眼间的环形空间内注入水泥浆，将套管和地层固结成一体的工艺过程。,图,6,15,固井后井眼状况示意图,61,第五节 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油气水层；,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，不会因压井而压裂地层；,为油气生产建立长期稳定的通道。,（,1,）固井的目的,62,第五节 基本钻井工艺过程,（,2,）下套管,定义：,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,套管性质：,无缝钢管，长度一般为,10m,左右，有足够的强度。,套管抗拉强度,套管抗挤强度,套管抗内压强度,套管柱设计：,尺寸设计、强度和密封性设计,63,第五节 基本钻井工艺过程,一般要求水泥环在最上部油层,50,100m,以上。,（,3,）注水泥,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）将水泥浆按设计用量注入井内，使其返至套管外设计的位置。,水泥返高,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。,64,第二章 现代钻井技术发展概况,65,第一节、钻井发展简史及科学化钻井,（一）钻井发展简史（以旋转钻井为例）,66,（,1,）概念阶段,（,1901-1920,）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。,（,2,）发展阶段,（,1920-1948,）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。,（,3,）科学化钻井阶段,（,1948-1968,）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：,高压喷射钻井,高效牙轮钻头（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。,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。,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,（,1968,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、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、自动化钻井。,67,第二节 影响钻井技术发展的因素,1,、油气勘探和开发的要求,油气勘探和开发的目标,增加储量，增加产量，提高效益，降低成本。,增加储量 扩大勘探领域：海洋、沙漠、戈壁、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。,典型的钻井新技术有,：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。,2,、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（地面的综合录井仪、井下,MWD,、,LWD,、,FEWD,）、数据的远程传输、导向钻井等。,68,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,694,亿吨,，,目前探明,172.8,亿吨,，,探明率为,25%,；,陆上天然气资源量,为,30,万亿立方米,，,目前探明,1.2,万亿立方米,，,探明率仅为,4%,。,69,西部地区,（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,38%,，,探明率仅为,9%,，,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,73%,埋藏在深部地层，所以要靠深井和超深井进行勘探开发。,东部地区,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层，深部地层尚有,53,亿吨的石油储量可供勘探。,中部地区,（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,52%,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。,深井超深井钻井技术在我国有广阔的前景。,70,第三节 钻井技术发展的趋势,1,、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）,（,1,）欠平衡压力钻井,(,包括空气钻井,),（,2,）动力钻,+,旋转钻,+PDC,钻头（或其它特种钻头）,（,3,）超高压钻井,3,、自动导向钻井,井眼轨迹的自动控制,4,、自动化钻井,数据采集 地面（综合录井仪、工程参数仪）,地下,MWD,、,LWD,、,FEWD,数据传输 （存储 分析处理 决策）反馈到井场执行,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，是领域的拓宽，是学科的交叉与复合。,71,钻井技术现状及发展趋势,评价的标准,1,、钻井装备与工具,装备,电动钻机 顶部驱动系统 连续软管钻机,工具,钻头 各种井下工具等,2,、智能化水平,测量 传输 控制,MWD/LWD/FEWD,3,、特殊工艺井技术,4,、管理水平,72,