第一章-钻井工艺技术简介课件.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,*,*,*,第一部分 钻井机械设备,第一章 钻井工艺技术第二章 石油钻机概论第三章 我国常用钻机第四章 旋转系统系统第五章 起升系统工作原理与设备第六章 循环系统设备,第一章 钻井工艺技术,钻井方法及设备,钻井工艺过程,井身结构,钻井事故及处理,钻井方法,顿钻,旋转钻井,转盘钻井,顶部驱动钻井,井下动力钻具,其它钻井方法,冲蚀（射流）,熔化气化（激光钻井）,化学反应（酸化）,空气钻井,一、顿钻钻井法,过程,破岩,用顿钻钻头，上下冲击。,排屑,用捞砂筒。,特点：破岩和排屑交替进行，钻进过程不连续，效率低，速度慢设备简单，适于浅井，农用水井。,二、,旋转钻井法,形式,:,地面动力,转盘钻（常规）：钻头旋转，连续破碎岩层，用钻井液循环带出岩屑，钻井效率高。,顶部驱动（前景好）：水龙头转盘，以立根钻井。,井下动力：用于斜井、水平井用，钻井液经钻杆柱内腔泵入钻具中，驱动转子，带动钻头旋转，实现破岩钻进。,螺杆钻具,涡轮钻具。,过程：,破岩,用旋转钻头,排屑,用循环钻井液,第二节,钻井工艺过程,1,钻前准备,定井位,平井场,打基础,备器材,塔形井架，在搬迁钻井设备之前由专业安装队完成安装：打摆基础、安装底座、主体和附件,A,型井架和前开口井架，与钻井设备一同运到现场，由钻井队安装：安装底座、绞车就位、对接井架主体和天车、安装附件、照明电路和灯具、穿大绳、起井架,操作流程,准备：,班前会，全面检查,首次钻进：,方钻杆接钻头，提大方瓦，下放；放回大方瓦、方补心；开泵；启动转盘；,同时,吊钻铤入小鼠洞；钻完方钻杆，上提接近转盘，提出大方瓦，卸钻头，接钻铤接钻头；继续钻进,正常钻进,又称纯钻进。,开泵循环泥浆：冲洗，携岩，保护井壁，冷却钻具,启动转盘（或井底动力钻具）通过钻柱带动钻头旋转,借助手刹车，给钻头施加适当的钻压以破碎岩石,循环工作：下钻正常钻进接单根（立根）起钻换钻头下钻,接单根：每次接入一根钻杆，称为接单根。不断钻进，加长钻柱。顶驱时，每次接入一立根（由23根单根组成）。,操作：距井底23米开泵；启动转盘；下放，小钻压修井底；正常参数钻进；提钻杆放至小鼠洞；钻完方钻杆，上提，停泵，坐卡瓦；卸方钻杆，联钻杆并与井口钻杆对接；开泵、下放、启动转盘钻进,起钻：换钻头时，取出钻柱，称起钻作业。以立根为单位起卸。具体操作：循环钻井液一周，停泵；提出方钻杆坐卡；卸扣并与水龙头放入大鼠洞；与大钩脱开；挂吊卡；上提，坐卡、卸扣、排立根；摘吊卡，下放卸下空吊卡；吊环挂井口负荷吊卡，上提，新循环。,下钻：将钻具（由钻头、钻铤、方钻杆组成的钻具）下入井底，准备钻进。操作：挂吊卡；上提至二层台；立根扣吊卡；钻工送至井口，安钻头或钻具；提起下放,换钻头：起钻结束，卸下旧钻头，换上新钻头。,钻杆放入小鼠洞,起钻,录像,液压大钳,吊钳,卡瓦,拉钳绳,下钻作业,（用吊钳紧扣）,下表层套管，固井：,完钻后清理钻台；换套管钳；检查套管吊卡；小绞车提套管至坡道；安装吊卡；提至钻台；安装套管鞋等下部结构；提出转盘方瓦下套管；提第二根套管与第一根联接直至井深；接顶节、水泥头、管汇；注钻井液，替入水泥浆,下套管,固井现场,井身结构,套管下部结构,注水泥设备材料,注水泥设备：水泥车、车装高压泵（需几部）、灰罐车、混合漏斗。,水泥：固井用水泥为,硅酸盐水泥,，用石灰石、粘土、页岩、铁矿石按比例混合，在,1400,1600,下烧成熟料，冷后磨细。,凝速快，有较高早期强度。,耐地下腐蚀，射孔时不开裂。,路线,：水泥混合水泥泵,套管内,环空（几分钟到十几分钟完成（快凝水泥）。,注水泥工艺流程,（,a,）循环钻井液 （,b,）注隔离液和水泥浆 （,c,）替浆 （,d,）替浆 （,e,）碰压,1,压力表,2,上胶塞,3,下胶塞,4,钻井液,5,浮箍,6,引鞋,7,水泥浆,8,隔离液,9,钻井液,注水泥流程,下套管,循环钻井液，清洗井壁；,注隔离液,下放下胶塞，注水泥；,注完水泥，下放上胶塞，钻井液替水泥浆；,替浆到上、下胶塞相碰结束。,下胶塞：中间为空，上部有一层隔膜，外层为橡胶。注水泥时，先（在套管内）放入下胶塞，再注水泥，下塞与水泥一起下行。下塞遇承托环不动，压力升高使薄膜破裂，使水泥形成通道。,上胶塞：实心，注足水泥后，放入上胶塞，上塞上方注泥浆，上塞下部是注入的水泥。上塞与水泥一起下行，上塞使水泥和泥浆分开。上塞遇到下塞，将循环通路堵塞，泵压升高，称,碰压,，提醒操作人员：注水泥完成。,注完水泥后，套管内留,10,20m,水泥塞，如果不是油层套管要钻开。,录像,4,完井,完井：又叫井底完成，油层与油井连通起来的方法。,钻井的最后一道工序。,过程：从钻开油层开始，到下油层套管注水泥固井、射孔、下生产管柱、排液，直至投产,。,完井要求,最佳的连通条件，油层所受的损害小,尽可能大的渗流面积，油气流入井筒阻力最小,有效地封隔油、气、水层，防止气窜或水窜，防止层间的相互干扰,能有效地防止油层出砂，防止井壁坍塌，确保油井长期生产,便于人工举升和井下作业等条件,工艺过程简便、先进、安全可靠，成本低。,完井方法,裸眼完井,射孔完井,衬管完井,砾石填充完井,第三节井身结构,概念：下不同层次的套管固结井壁就构成了井身结构。,一、井身结构组成,1.,导管：,防止,表土,坍塌,，,引入钻头,。,一口井中,最大尺寸,的套管（深,2040m,）。,2.,表层套管：,加固,上部,疏松岩层,的井壁；,封隔,浅层水,；,安装防喷器、套管头、采油树（,30-100m,）。,3.,技术套管：,封隔,上部,油、水、气层,；漏失层；坍塌层。,根据地质情况，下,n,层技术套管。,4.,油层套管（生产套管）：,最后一层套管，形成井筒，使油气入内。内放油管。,只有油层套管是满井身长度,。,二、套管概述,套管是加固井壁、形成井筒所用的,钢管,。,1,、套管材料：,高强度合金钢（,含,C,，,Mn,，,Mo,，,Cr,，,Ni,，,Cu,，,P,，,S,，,Si,）,2,、制造方法：,热轧：,无缝钢管,套管，上海宝钢,焊接：钢板卷筒直焊缝，宝鸡钢管厂,3,、套管尺寸规格：均用,外径,表示：,4,1,/,2,、,5,、,5,1,/,2,、,6,5,/,8,、,7,、,7,5,/,8,、,7,3,/,4,、,8,5,/,8,、,9,5,/,8,、,10,3,/,4,、,11,3,/,4,、,13,3,/,8,、,16,、,18,5,/,8,、,20,。,石油套管,生产直径,400mm,以上的中大口径无缝管坯,无缝管：,先穿孔。穿孔是靠外径布置的轧辊和心塞头的作用来实现的。,直焊缝套管,（用钢板卷成管子，接缝焊接。）,4,、钢级,API,标准套管（,API 5CT,美国石油学会标准）按,强度高低,分为,10,级：,H40,，,J55,，,K55,，,M65,，,C75,，,N80,，,L80,，,C90,，,C95,，,T95,，,P105,，,P110,，,C125,，,Q125,等。其中最常用的为红字表示的,4,级。（,HJKN,，,CLMT,，,P,，,Q,）,字母,：含不同,化学成份,的分类,代号,数字,管材的最小,屈服极限,，,kpsi,（千磅,/,英寸,2,）。,1 psi,（磅,/,英寸,2,）,=6.89kPa=0.00689MPa,例：,N80,，最小屈服极限,550MPa,5.,套管螺纹,功能：联接,或紧固,，传递载荷，密封,种类：,圆螺纹：,牙形为三角形,偏梯形螺纹：牙形为偏梯形,密封螺纹：用于密封连接，主要是管用螺纹、锥螺纹与锥管螺纹,圆螺纹,承载面：齿侧角,30,斜面，产生较大径向分力。,连接强度：只有管体强度的,6075%,。,密封方式：齿间干涉及丝扣油的堵塞实现密封，密封性差。,偏梯形螺纹,承载面：,3,斜面，导向面：,10,斜面，增强了齿形，减少了径向力。,连接强度：达到管体强度的,85%,。,密封方式：靠齿间干涉和丝扣油堵塞实现密封，密封性差。,密封螺纹,VAM,及,VAM,扣基础上发展,NEW VAM,，,VAM-top,螺纹：瓦鲁瑞克和曼内斯曼公司开发，应用广,NS-CC,螺纹：日本新日铁开发的,Fox,螺纹：日本川崎制铁和英国,Hunting,公司共同开发,TM,螺纹：日本住友金属,SEC,螺纹：阿根廷,Siderca,公司设计生产,TP-CQ,螺纹：天钢开发,BGT,螺纹：宝钢,WSP,螺纹：无锡西姆莱斯,HSM,螺纹：衡钢,套管接头螺纹受力分布规律,近似于开口向上的抛物线，接头螺纹两端扣牙受力大，中间部位大多数扣牙受力很小。,三、套管在井下的承载情况,套管在下井、固井、完井（射孔）过程中，承受复杂载荷。,外挤压力,内压力,拉力载荷,击震载荷,热应力,腐蚀应力,1.,外挤压力,来源,地层对套管施加的,静水压力,（,均匀外压,）。,管外泥浆和水泥浆,液柱压力；,地层中的,油、气、水压力,；,地层,侧压力,（不均匀侧压）,。,设计,套管外挤压力时，认为管内掏空，管外按泥浆柱计算外挤压力。,对于,高塑性地层,（如膨胀性页岩）和,岩盐层,，外挤压力以上部岩层压力为计算依据。,2.,内压力,内压力的产生,正常钻井，泥浆压力,井喷和压裂时，受内压。,注水和注热蒸汽时，受内压（从套管内注入）。,内压力的计算,井口开时，等于管内液柱或气柱压力,;,井口关时，等于井口压力与管内液柱或气柱压力之和。,3.,拉力载荷,主要由套管,自重,引起。,影响因素,泥浆,浮力,注水泥流动阻力；,下套遇卡阻力；,下套遇卡,提力,；,下套刹车,动载,等。,4.,击震载荷,完井时，射孔,固井后射孔使油流入井筒,5.,热应力、腐蚀应力,井筒温度分布不均,硫化氢氢脆,电化学腐蚀,环氧霉菌腐蚀,四、套管设计,设计内容,决定下套管层数。（根据地质情况）,确定套管尺寸,确定完井最小井眼，各层套管尺寸；,选不同钢级、不同壁厚的套管组成管柱。,设计原则和方法,安全系数：,具有的强度能力,/,实际承担载荷,管柱载荷：,顶部,受,拉力最大,，,下部受内、外压最 大,，应合理设计管柱。,设计原则,抗拉,安全系数：,n,安,=1.62,2.0,抗挤,安全系数：,n,安,=1.0,1.25,抗内压,安全系数：,n,安,=1.0,1.33,设计方法：,等安全系数法。即当管柱由数段不同强度套管组成时，要求各段的安全系数相同,。,（,1,）抗外挤强度计算,原则：,低抗挤能力的管放在管柱上段,各段底端安全系数近似相等,理论上，分段越多从抗挤强度的合理利用来说越合理。,举例,假设：,3,种管材，抗挤强度,c1,c2,地层压力时，使泥浆进入地层。应加堵漏物封堵。,井塌：井壁坍塌，应加重泥浆。,井喷：地层压力,泥浆柱压力，井口都装防喷器。要求打井必须安防喷器。,卡钻：转不动、起下钻遇阻，由沉砂、落石造成。,井漏和井塌,卡钻,解除井下卡钻事故,a),活动,(,大力上提,),解卡,时，应先详细检查设备离合器、刹车、井架、天车、游动滑车、钢丝绳等，绷绳加固，指重表灵敏，各点有专人观察，防止发生重大事故。,b),憋压反循环解卡,时，压力应由小到大逐渐增加，不可一下憋到最大，可多放空几次，同时上下活动管柱进行解卡。,c),冲管解卡,时，要选择合适冲管，下带笔尖，注意停泵时间不宜过长，防止沉砂卡钻。,d),千斤顶解卡,时，一定要垫好方木并加固牢靠，防止千斤顶滑出伤人。,e),倒扣套铣解卡,时，尽可能大排量循环套铣。倒扣时，提准中和点负荷，挂转盘，先慢转，待灵敏表有下降显示，加快转速,(,一般为,15,20,转分,),一次倒开。再慢提，悬重接近中和点负荷可起钻，起钻前再回探鱼顶，上提钻具，证实是否倒开。,f),处理落物卡钻，切忌大力上提，防止卡死造成事故复杂化。可轻提慢转，使井下管柱解卡；若无效，必须用壁钩扶正鱼顶，再打捞。,铅印,捞矛,可退式接箍捞矛,可退式捞筒,公锥、母锥,割刀,套铣头,磨鞋,