第2章 钻井概述.pptx

第2章钻井工程概述,2.1基本概念2.2钻井过程,2.1基本概念,一、钻井的概念,直井,水平井,钻井：利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大孔眼（井眼）的过程。井眼直径：626为探测及开采石油和天然气,2.1基本概念,二、钻井的分类(一)按钻井目的钻井目的：地质勘探(找油气)和开发油气藏(采油气)。分为：探井和开发井。探井：为探明地下地质情况、获取地下油气资源分布及相应性质等方面资料而钻的井。开发井：以开发为目的，为了给已探明的地下油气提供通道所钻的井，或为了采用各种措施使油气被开采出来所钻的井。,2.1基本概念,1.探井：目的是探明地质情况、油气分布及性质等。1)地层探井(参数井)：目的是了解地层年代、岩性、厚度、生储盖组合等，为地球物理解释提供各种参数；2)预探井：区域勘探阶段以发现油气藏为目的；3)详探井(评价井)：在发现油气构造上，研究油气藏特点(面积、储量、产能等)为目的。,2.1基本概念,2.开发井：为开发油气所钻的井。1)生产井：为生产油气所钻的井；2)注入井(注水井、注汽井)：为增产所钻的井；3)检查、资料井：在已开发的油气田内为研究开发过程中地下情况的变化所钻的井；,2.1基本概念,（二）按井深分类1.浅井：6000m井深记录：前苏联：12260m（克拉sg-3井）(1970-1992.7)中国：8408m(塔深1井，塔里木盆地)(中石化2005.4-2006.7)7500m(莫深1井，准格尔盆地)(中石油2006.8-2008.7),克深7井：塔里木油田一口重点预探井。2008年12月开钻，2011年1月钻至8023米完钻，创中国石油山前复杂地层超深井最大钻井深度记录.,（三）按水陆分类陆上井(陆地钻井）、海上井(海洋钻井）海洋深水钻井分类：常规水深：1500m,2.1基本概念,(四)按井眼轴线方向分类1.垂直井：井眼轴线垂直2.定向井：有一定斜度和方位的井眼；丛式井：一个井位打多口定向井。多分支井：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。大位移井：位移与井的垂深之比等于或大于2的定向井3.水平井：进入目的层的井眼为水平或接近水平。,2.1基本概念,盐丘,各型井在勘探、开发中的功用,多目标勘探与开发,控制断层钻探,海上或陆地丛式井,大位移定向井,地面条件限制,水平井进行开发,侧钻分支井,工程救险井,因事故复杂进行侧钻,2.1基本概念,2.1基本概念,采用多分支井开采煤层气(美国cdx公司),多分支水平井投影图,2.1基本概念,（四）按温度、压力的高低分类：,1.高温高压井：按国际通用概念，地温超过150度称为高温，地层压力当量密度超过1.8g/cm3或用超过70mpa井口装置时称高压，两者同时具备的井称为高温高压井。2.超高温高压井：井底温度超过220度，井底压力超过105mpa的井。,2.1基本概念,三、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。,人工钻井法,机械顿钻钻井法(冲击钻),旋转钻井法,连续管钻井法,2.1基本概念,(一)人工钻井法1835年之前，是靠人力、捞砂筒、特殊钻头、悬绳、游梁等来完成的。实际上是利用了杠杆原理及自由落体的下落冲击作用来钻井的。特点：1）破岩与清岩相间进行。2）冲击力小，破碎效率低。3）设备简单，起下钻方便。,公元二百多年前，在我国自贡开始用人力绳索式“顿钻”法钻盐井和天然气井。号称我国的“第五大发明”。,人工钻井法,2.1基本概念,工艺过程,钢丝绳提升钻头到一定高度,冲击井底，击碎岩石,岩屑、泥土混合成泥水浆,提出钻头,捞出井内的泥水浆,暴露新井底,设计井深,(二)机械顿钻钻井法,顿钻钻井,2.1基本概念,起、下钻费时少，设备简单,(1)破碎岩石，取出岩屑的作业都是不连续的；,优点：,缺点：,(2)钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢；,(3)不能进行井内压力控制；,(4)只适用于钻直井。,2.1基本概念,(三)旋转钻井法,旋转钻井靠动力带动钻头旋转，在旋转的过程中对井底岩石进行破碎，同时循环钻井液以清洁井底的钻井方法。旋转钻井又分为转盘钻井、井下动力钻具钻井、顶部驱动钻井。特点1）破岩与清岩相接进行。2）旋转动力大，转速高，破碎效率高。3）设备复杂，起下钻繁琐。,2.1基本概念,(1)概念时期（19011920年）：这个时期内开始将钻井和洗井结合在一起，并使用了牙轮钻头和注水泥固套管技术。(2)发展时期（19201948年）：这个时期牙轮钻头、固井工艺、钻井液等得到进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。(3)科学化钻井时期（19481968年）：这个时期钻井技术有了迅速发展。采用了喷射钻井，镶齿、滑动密封轴承钻头，低固相、无固相不分散体系钻井液及固相控制技术，总结出了影响机械钻速的有关因素，采用了地层压力检测、井控技术及平衡压力钻井技术。(4)自动化钻井时期（1968现在）：发展了钻井参数自动检测、综合录井、随钻测量技术等计算机技术在钻井工程中的应用；发展了优化钻井、井口机械化自动化工具、自动化钻机、井眼轨迹遥控及自动闭环控制技术等新技术、新工艺及新设备。,旋转钻井技术的发展,2.1基本概念,1.转盘驱动,转盘带动方补心，方补心带动钻杆旋转,旋转钻井转盘,2.1基本概念,2.井下动力钻具驱动,动力钻具接在钻头之上，钻铤之下；动力钻具以上的钻柱不旋转,3顶部驱动钻井系统,1、顶驱思路：转盘+水龙头动力水龙头2、由三大部分组成：水龙头-马达总成、导向滑车总成、钻杆上卸扣总成等。3、顶驱发展第一台顶驱由美国vacro公司研制（1982年）后来，法国、挪威、加拿大、中国相继研制了顶驱。,2.1基本概念,4顶部驱动钻井系统,顶部驱动钻井系统的优点：节省接单根时间倒划眼防止卡钻减少接单根次数2/3，降低事故发生率，减少人员工作危险程度等,2003年年底，拥有中国石油自主知识产权的第一台顶驱在北石厂下线；2005年第一台国产9000米钻机配套的dq90bsc顶驱装置，被评为“2005年中国石油科技十大进展之一”。,2.1基本概念,2.1基本概念,1.转盘旋转钻井法,(1)工艺过程,钻头,吃入地层,破碎岩石,清洗井底,设计井深,转盘旋转钻井法,2.1基本概念,(2)特点,目前这种方法在世界各国被广泛使用。,钻杆取代了顿钻中的钢丝绳，能够完成起下钻具、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。,2.1基本概念,钻头,吃入地层,破碎岩石,清洗井底,设计井深,2.井底动力钻具旋转钻井法,(1)工艺过程,(2)分类,1.涡轮钻具,2.螺杆钻具,3.电动钻具,2.1基本概念,转动钻头的动力由地面移到井下，直接作用在钻头上，减少了功率损失；,钻柱不旋转，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井内钻井液流体提供的。,(3)特点,2.1基本概念,涡轮钻具定转子,行星减速机构,减速涡轮钻具结构示意图,2.1基本概念,(四)连续管钻井法(柔杆钻井法),工艺过程,钻头、井下加压装置、动力机,下放至井底,循环洗井液,延伸井眼,钻头旋转，破碎岩石,为动力机提供动力,清洗井底,连续管钻井示意图,钻井液由滚筒上的导流头进入连续管连续管不转，井下动力机带动钻头旋转,2.1基本概念,(2)特点,具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。,连续管钻井实现了起、下钻的连续机械化，节省了时间和劳动量（避免了钻柱上、卸扣）；,在起下钻时仍能保持洗井液的正常循环；,由洗井液直接提供破岩钻进的能量，大大提高了能量的有效利用率；,为全自动化控制提供了很好的条件；,2.2钻井过程,转盘旋转钻井是最普遍的方法，以后主要讨论这种方法。包含四个基本过程：钻前工程钻进工程固井作业完井作业每一个基本过程又分为许多具体的过程。,2.2钻井过程,一、钻前工程,修公路、平井场、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。,大鼠洞：放方钻杆和水龙头小鼠洞：接单根时存放钻杆,导管鼠洞,2.2钻井过程,70d钻机井架整体搬迁图,2.2钻井过程,推荐的井场面积,二、钻进工程包括：钻进作业、洗井作业、起钻和下钻作业1.钻进作业(几个概念)：钻头钻压：作用到钻头上的力叫钻压。钻柱悬重：钻柱在洗井液中的重量。钻重：钻进时大钩的负荷；钻压悬重钻重。机械钻速：单位时间内钻头钻进深度(米/小时)。钻时：钻进单位深度所需时间。钻头进尺：一只钻头钻的深度。,2.2钻井过程,2.2钻井过程,接单根（单根长约9.5m）井身结构：自上而下井眼的几何结构，包括：下几层套管、各层套管下深、水泥返高、套管与钻头的配合。(图1-9)开钻：每改变一次钻头尺寸，开始钻一新井段的过程叫开钻。一开(第1次开钻)：从地面钻出一个大井眼，下第一层套管（表层套管）。二开(第2次开钻)：从表层套管内下小一点钻头钻进；下第二层套管（技术套管）。三开(第3次开钻)：用小一点钻头继续钻进。钻至设计井深，下油层套管。,oilzone,井身结构(casingprogram),171/2”133/8”121/4”95/8”81/2”7”,表层套管,技术套管（中间套管）,油层套管（生产套管）,2.2钻井过程,2.洗井作业循环钻井液清除并携带岩屑过程：泥浆池泥浆泵地面管汇立管软管水笼头钻柱内钻头(喷嘴)井底（清岩）环空井口振动筛（固液分离）泥浆池(岩屑存放地点)。,2.2钻井过程,几个概念：岩屑：井底破碎的岩石碎屑。洗井液（钻井液、泥浆）：粘土水处理剂形成的悬浮液洗井：清除并携带岩屑的过程。固相控制：除砂器、除泥器。两种洗井情况：与钻进过程同时进行。停钻起钻前将井内的岩屑循环出来。,2.2钻井过程,3.起下钻作业因换钻头、处理井下事故、测井等，需将钻柱起出，此过程为起钻；完成后需将钻头重新下入井内，为下钻过程。几个概念：立柱：起下钻时拆装钻柱的最小单位，三根钻杆（约27m）抽吸压力：起钻过程中井下减少的压力。激动压力：下钻过程中井下增加的压力。,2.2钻井过程,三、固井与完井,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。,只有通过下套管、固井，才能防止井眼的坍塌，形成永久的油气通道，并防止地下各层流体的互窜，达到开采油气的目的。,固井的关键技术：下套管工艺水泥浆的配方设计注水泥工艺（浆柱结构、注水泥排量、注水泥过程中的压力控制