钻井工程介绍概况.ppt

钻井工程简介 目录一 钻井概念二 钻井工艺三 钻井事故及复杂四 钻井液五 钻井资料六 完井交付七 成本构成 一 钻井概念1 使用专用的钻井工具 钻头 钻具 将地层的岩石破碎形成井眼 直达目的层 这就是钻井 一般地 井深1500米以内为浅井 1500 2800米为中深井 2800 4000米为深井 4000米以上为超深井 2 钻井有许多种井型 各有用途 常见的有 一般生产井 直井 钻出的井眼是垂直的 叫做直井 由于理想垂直的井是不存在的 所以油田制定出钻井工程质量标准 符合下列条件的 可认定为井身质量合格的直井 说明 全角变化率以电测井斜 方位为计算依据 每25米计算一点 如有连续三段 四个计算点 超过表中数值 为不合格井 定向井 水平井沿着预先设计的井眼轴线钻达目的层的方法 称为定向钻井 定向井的使用原则一般有三个方面 地面限制 当油层埋藏在高山 湖泊 农田 建筑物等地下 钻机无法就位或受到限制 地质条件要求 油层少 渗透性差的条件下 为充分地开发油气层 增加产量 斜井比直井油层裸露的多 特别是水平井 可以沿着油层横向贯穿 开采效率高 钻井技术需要 当井下事故无法处理 可以采用定向技术离开原井眼或井喷救援等 资料井 取心井 探井 岩心是认识油气田和地层的直观资料 如 油层厚度 岩性 孔隙度 渗透率 含油饱合度等 利用专用的取心钻井工具将地层的岩石取出来的钻井方法叫取心井 取心井一般有常规取心 密闭取心和保压取心 主要指标是取心收获率和密闭率 3 钻井方法 主要有三个基本参数 钻进三要素 钻压 施加给钻头上的压力 由钻具的重量提供 钻压的大小要根据钻头的承压能力 钻具所能提供的重量 井身质量要求的限制及较高的机械钻速来选择 转速 钻头的旋转速度 由转盘动力或水功率作用于螺杆钻具来提供 一般地 钻头的旋转速度与钻速成正比 但是 转速不能任意增大 它受到洗井条件 钻柱强度以及岩石性质等影响 因此 要根据不同的条件选择合适的转速 排量 将破碎的钻屑冲洗至地面 由泥浆泵提供 上述三个参数决定钻进速度 缺一不可 如何配置好合理 经济的参数 一直是钻井工程师们不断研究的课题 目前已研究成型的有 喷射钻井 泵压达到20MPa以上 喷射速度超过100米 秒 可获得较高的机械钻速 优化钻井 以钻速较高 成本最低的优化钻井技术取代了靠经验钻井的历史 常用名词解释 1 方钻杆 方钻杆位于钻柱的最上端 其主要作用是传递扭矩 2 钻杆 钻柱中最长的一段是钻杆 其主要作用是传递扭矩和输送钻井液 每一根钻杆都包括钻杆管体及钻杆接头两部分 利用钻杆接头的特殊螺纹连接起来 3 钻铤 是钻柱中主要组成部分之一 其作用是给钻头提供钻压 同时使下部钻柱组合具有较大的刚度 从而使钻头工作稳定 并有利于克服井斜问题 常用名词解释 4 钻柱 方钻杆 钻杆 钻铤及其它井下工具组成的管串 5 稳定器 在钻铤柱中适当位置安放一定数量的稳定器组成各种型式的下部钻具组合 可以满足钻直井时防止井斜的要求 钻定向井时也可以起控制井眼轨迹的作用 此外 稳定器的使用还可以提高钻头工作的稳定性 从而延长使用寿命 这对金刚石钻头尤为重要 常用名词解释 6 井下马达 涡轮钻具和螺杆钻具时最主要的以钻井液动力的井下马达 7 井斜全角变化率 俗称狗腿严重度 是指一定长度井段内 一般25m或100ft 包括井斜角和方位角的空间井斜的变化量 井斜全角变化率按下式计算 平均角法 Gab 测量点a和b间的井段井斜全角变化率 度 25m Lab 测量点a和b间的井段长度 m a 测量点a处的井斜角 度 b 测量点b处的井斜角 度 ab 测量点a和b间的方位变化量 度 8 导管 是在钻表层井眼时将钻井液从地表引导到钻井装置平面上来 常用名词解释 9 表层套管 一般下入深度在30 1500m 通常水泥浆返至地表 用来防护浅水层污染 封隔浅层流砂 砾石层及浅层气 同时用来安装井口防喷器以便继续钻进 它也是井口设备的唯一支撑件 以及悬挂依次下入的各层套管 包括采油管柱 载荷 10 技术套管 用来隔离坍塌地层及高压水层 防止井径扩大 减少阻卡及键槽的发生 以便继续钻进 技术套管还用来分隔不同的压力层系 以便建立正常的钻井液循环 它也为井控设备的安装 防喷 防漏及悬挂尾管提供了条件 对油层套管还具有保护作用 常用名词解释 11 生产套管 采油或采气套管 主要作用是将储集层中的油气从套管中采出来 并用来保护井壁 隔开各层的流体 达到油气井分层测试 分层采油 分层改造的目的 通常水泥返止产层顶部200m以上 12 尾管 是不延伸到井口的套管柱 分为钻井尾管和采油尾管 13 导向钻具复合钻井是随着定向井技术发展而形成的一项实用新技术 对中深定向井 大位移井和水平井而言 复合钻井技术具有很大优势 该技术主要包括三部分 定向造斜 复合钻进 轨迹导向 14 防碰绕障技术利用定向井多功能软件及电子单多点 有线随钻测量系统和无线随钻测量系统等先进测量仪器 进行丛式井轨迹跟踪 监测 较好地达到了防碰绕障的目的 防止了两井相碰事故的发生 15 分支井就是从一个主井筒中侧钻出两个或两个以上的分支井筒的井 目前定义认为应为 从单一水平井或近水平井筒中钻出多个水平分支井的钻井 16 大位移井一般是指井的位移与垂深之比等于或大于2的定向井 也有指侧深与垂深之比的 17 水平井是最大井斜角保持在900左右 并在目的层中维持一定长度的水平段的特殊井 18 取心井就是需要从该井地层中将岩心部分取出或全部取出的井 取心井发展 砂卡式单筒取心 双筒取心 油基钻井液取心 密闭取心 保压密闭取心 斜直井取心 水平井取心 19 R系列复合片全面钻进PDC钻头R235特点 胎体抗冲蚀性强采用 13 44mm标准复合片聚晶金刚石保径中锥形冠部轮廓 4翼刮刀式结构 较深的排屑槽利于快速排屑 避免泥包低密度布齿 适用于较软地层的快速钻进深刀翼在软地层中可得到较高的钻速 另外可进行有效地清洗和冷却切削齿 R系列复合片全面钻进PDC钻头 20 常规井井眼剖面图 钻井工艺流程 钻前钻进完井 一 井位的测量及确定 二 井架的就位安装 完成土方 三 配制钻井液 冲出鼠洞 四 打表层 一开 五 下表层 固表层 六 安装封井器 试压 七 钻开水泥塞 洗井 起钻 一 组合接好所需的钻具 下钻至井底 开始打钻 二 打至油层上部 调整钻井液性能 加重晶石粉使钻井液比重达到要求 三 继续打钻至井底 大排量洗井 四 起出钻具至钻头落地 一 电测 井径 井斜微电极 等 二 通井 洗井 下套管 三 固井 四 测声幅 前磁等 五 交井 二 钻井工艺 直井 1 钻前工程2 钻前准备3 表层施工 一开 4 二开钻进5 三开钻进6 起下钻7 电测8 下套管 固井9 声幅 变密度 10 搬迁 1 钻前工程 钻机就位前要做的工作 a 钻机基础铺设 一般用木方 规格为300mm 300mm 6000mm方木 三道五根 木方 下船 井口 b 井场 面积 90 9 m 抗压能力0 2MPa c 土方工程 泥浆池80方 沉砂池40方 储备池100方 2号泵 上水罐 1号泵 石粉 储备池100m3 2号沉砂池 泥浆池80m3 1号沉砂池 2 钻前准备 钻机就位以后 开钻前的准备工作 井口准备 打导管 520 2m人工填水泥固定或打隔水管 339 7套管 20m砸入 井口人工填水泥固定 目的是巩固地表及安装井口装置 起井架 安装各种辅助设备 泥浆泵 泥浆罐 配电房 压风机房 值班房 水源 水池 锅炉等 冲鼠洞 共有两个鼠洞 一个用于放置方钻杆叫大鼠洞 一个用于接单根叫小鼠洞 钻具 钻井工具及钻井材料准备 钻铤 钻杆 钻头 井口工具 扶正器 棕绳 钢丝绳 钻机易损件等材料 钻具结构 大庆油田常用的钻具结构有填满钻具和钟摆钻具 两种钻具结构及特点分别为 填满钻具结构及特点 钻头直径与方接头直径相差很小 形成填满状态 在较大钻压下可保证打直井 要确保井口开直 否则就要一直斜下去 易发生卡钻事故 因此 只适宜于开发井 调整井由于钻井液密度高 很少采用 钟摆钻具结构及特点 以方接头为支点 形成对钻头的钟摆力 一旦出现井斜 就产生降斜的钟摆力 方接头距钻头的距离与钻具刚度成正比 钻压确定后 计算出钻具发生一次弯曲点 则该点即为方接头的安放位置 要严格按照设计的钻压钻进 平稳操作 该钻具在大庆油田定性为标准钻具 普遍采用 3 表层施工 一开 井深一般为100 150米 用 445钻头 下 339 7套管 然后固井 主要作用的是 保护地下水不受污染 安装井控装置 包括防喷器 防喷器控制系统 节流 压井管汇 钻具内防喷工具 液面监测系统 放喷管线等 井控系统的安装有专门的安装标准 要严格执行 关系到该井设备 人身及井的安全保障 绝不可马虎 由于地表面岩性疏松 防止钻进中井口塌垮 动摇钻机基础 4 二开钻进 油层前 是指打开油气层之前的井段 主要工作是 配制防塌钻井液 巩固井壁 尽快形成坚实的泥饼 有浅气层的井注意防喷 可以快速钻进的井段 地层软 钻井液密度低 特殊井下技术套管 5 三开钻进 打开油层 大庆油田的调整井 在打开油层前的萨零组以上20米要停钻加重钻井液 因此 此段的主要工作是 将钻井液密度加到地质设计要求上限 钻进时钻井液密度不得低于地质设计下限 否则容易发生溢流 大庆有句传统的话是叫 压而不死 活而不喷 6 起下钻每口井都有起下钻的工序 如更换钻头 检查钻具以及完钻等 起下钻要注意 操作平稳 密切观察指重表 防止卡钻 在油气层起钻要改用低速 以防抽吸发生井喷 注意井口操作安全 防钻具及井口工具掉井 7 电测电测工作是配合测井的工序 主要以提供的井眼条件能使测井顺利完成 测井的目的是录取该井的地质技术资料 常规测井项目有 微电极 井径 井斜 方位 侧向 声速 密度 微球等 8 下套管 固井根据油田开发和钻井工程的需要 井内要下入各层套管 表层 技术 油层套管 在套管与井眼之间充填水泥浆的过程叫固井 固井的目的 固定下入井内的套管 封隔不同压力层系 防止油气水互窜 安装井口设备 控制井喷 封固质量关系到一口井的成败和油田合理开发 固井工作量 下套管前要通井 划眼 保证井眼畅通 顺利下入套管 高压油气井必须保证在压稳的条件下才能下套管 有漏失的井先进行堵漏 处理正常后方可下套管 要下井的套管首先经过试压 通径 清洗丝扣 连接可靠 套管串要按照设计安装一些套管附件 包括浮鞋浮箍 扶正器 封隔器 控制水泥面工具等 固井注水泥作业是一次性工作 在有限的时间内连续施工 没有重复性和可逆性 施工过程要严密组织 确保一次成功 固井前要计算好水泥量 替钻井液量 用水量 保证水泥浆密度及较好的流变性 该项工作主要由固井施工队伍完成 钻井队除配合外还担负监督施工的责任 9 声波变密度测井声波变密度测井工作主要检验该井的固井质量 根据质量标准 分为优质井 合格井 不合格井 10 搬迁声波变密度测井结束后 该井施工全部结束 从钻机就位至拆搬是一口井的全部周期 叫做建井周期 另外从钻机就位 开钻为钻前周期 从开钻 完钻为钻进周期 从完钻 声幅为完井周期 这几个周期之和是建井周期 建井周期是钻井的一个循环周 三 钻井事故及复杂1 卡钻事故 种类 原因与预防 处理方法2 井喷事故 原因与预防 处理方法3 钻具事故 原因与预防 处理方法4 井下落物 原因与预防 处理方法 1 卡钻 就是钻头或钻具在井眼内被卡住而不能起下的现象 卡钻是钻井工程恶性事故之一 卡钻一般有以下几种 压差卡钻 缩经卡钻 沉砂卡钻 垮塌卡钻 键槽卡钻 小井眼卡钻 落物卡钻 其他卡钻等 造成卡钻的原因一般有 钻井液性能不良 地层复杂 技术措施不当 操作失误等 均可造成卡钻事故 造成卡钻事故往往不是单一的 而是由多种因素作用的结果 因此在钻井中应时刻预防 一旦发生事故后 应根据现场具体情况 尽快采取相应的措施 解除事故 任何情况下 一旦发生卡钻事故 要尽力保证钻具水眼畅通 能构成钻井液循环 及时分析卡钻原因 确定卡点深度 处理方法一般有 上下活动 震击解卡 泡解卡剂 套铣倒扣 爆炸松扣 侧钻等 2 井喷 钻井中 一旦发生井喷或井喷失控 不但会使井下复杂化 无法进行正常的钻井作业 甚至报废井眼 毁坏油气资源 因此 井喷是重大事故 井喷失控是钻井工程的恶性事故 井喷的原因 打开油气层后 如果液柱压力小于地层压力 地层流体将进入井内 即发生溢流 如果处理不及时 就会发生井喷 如果井控设施失灵 就会发生井喷失控 具体原因有以下几方面 地层压力预告不准 设计钻井液密度低 地层流体侵入井内后 使得钻井液液柱压力降低 起钻时 井内未及时补灌钻井液 液柱高度降低压力下降 井漏造成液柱压力下降 起钻时井筒内产生抽吸作用 液柱压力降低 井控装置未装或出现故障 井喷处理 方法就是压井 压井分为常规压井方法和非常规压井方法两类 常规压井方法分两种 即司钻法压井和工程师法压井 司钻法压井 首先关井 然后根据关井立管压力 计算所需压井钻井液密度 用节流阀控制循环 先排除侵入井内的流体 然后再打入重钻井液直到地面返出 工程师法压井 直接打入重钻井液直到地面返出为止 非常规法压井是指井内无钻具或钻具很少的条件下 在地面强行挤入重钻井液 3 钻具事故钻具事故是钻井中常见的事故 特别是转盘钻井 钻具在井内的受力复杂 常发生断裂 刺漏 脱滑扣等现象 钻具受拉 压 扭等复杂力的作用 产生疲劳破坏 钻具被腐蚀 磨损 刺坏 处理方法 用公锥 母锥 卡瓦打捞筒或打捞矛等工具进行打捞 4 井下落物在起下钻过程中 由于使用的钻头及工具质量等问题或操作失误 常会出现物件掉井 称为落物事故 钻头事故 包括掉牙轮 断刀片等 测井仪器及电缆掉井 井口落物 掉入井内的金属物件 处理方法 使用强磁打捞器 反循环打捞篮或磨铣等 落物的打捞 需根据落物的形状及井内条件选择打捞方法 必要时还得自制合适的工具 四 钻井钻井液1 钻井液概念2 钻井液在钻井中的作用3 钻井液处理剂4 钻井液体系 1 钻井液概念钻井液被称为钻井的血液 是钻井中不可缺少的 钻井液停止了循环 钻进工作就不能继续 钻井液主要由水 粘土 化学处理剂及加重材料组成 2 钻井液在钻井中的作用 携带和悬浮钻屑 这是钻井液一个基本功用 将钻头破碎的岩屑从井底带出地面 保持井内干净 当停止循环时 又能把井内的钻屑悬浮住 不致很快下沉 稳定井壁 是钻井液措施 性能的立足点 钻井液的性能要达到对泥页岩的水化膨胀和分散具有较强的控制作用 有利于在井壁上尽快形成薄而韧 摩擦系数又小的坚实泥饼 冷却 润滑钻头 钻具 钻进中 钻头与井底 钻具与井壁间都会因摩擦而发热 如果没有钻井液循环的冷却与润滑 会很快烧坏钻头或磨损钻具 平衡地层压力 依靠钻井液的液柱压力来实现井内压力平衡 防止井喷 在井底动力钻井中 利用钻井液来传递作用于钻头的动力 录井 通过钻井液带出来的岩屑 钻井液中的油气 钻井液性能的变化等方面来了解钻过地层的岩性 3 钻井液处理剂钻井中要求钻井液具有一定的性能 因此 就需要在钻井液中使用各种处理剂 药品 大庆油田常用的钻井液处理剂有 配浆材料 加重材料 絮凝剂 降失水剂 稀释剂 防塌剂 防卡 润滑 剂 消泡剂等 4 钻井液体系不同的井型需要不同体系的钻井液 一般有水基钻井液 油基钻井液 盐水钻井液 低固相钻井液及聚合物钻井液等 目前大庆钻井常用的是聚合物钻井液 它的特点就是以高分子聚合物为主要处理剂 使用该钻井液的主要好处是 利用其较强的絮凝作用 除掉钻井液中的劣质土