石油开采基础知识汇编.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除石油开采基础知识汇编目录0 概述 . 11 井的基础知识 . 31.1 井身结构 .31.2 完井方法 .51.3 完井井口装置 .102 修井设备和井下工具 . 122.1 修井机 .122.2 其他修井设备 .152.3 封隔器 .192.4 井下工具 .283 试油工艺 . 433.1 油、气井分类 .433.2 试油、气目的与任务 .443.2 试油主要工序 .453.3 求油、气层产能 .513.4 试油油气层保护 .534 油井防蜡与清蜡 . 584.1 油井的结蜡过程 .584.2 影响油井结蜡的因素 .584.3 油井防蜡原则与方法 .604.4 油井清蜡 .615 防砂与冲砂 . 645.1 出砂机理 .645.2 油井出砂的具体原因 .665.3 机械防砂 .675.4 化学防砂 .725.5 冲砂 .736 检泵 . 776.1 抽油井常见的井下故障 .776.2 检泵的原因 .776.3 一般检泵 .786.4 大泵检泵作业 .796.5 不压井检泵作业 .827 增产措施 . 867.1 油层水力压裂改造 .867.2 油层酸化工艺技术 .1007.3 增产措施新工艺 .1078 堵水与封窜 . 1168.1 油井所产水的来源 . 1168.2 油井出水的危害及防水的措施 . 117I精品文档8.3 油井出水层位的确定 . 1188.4 油井堵水 .1218.5 注水井调剖技术 .1258.6 油水井窜通的原因及危害 .1278.7 找窜的方法 .1288.8 封窜的方法 .1319 打捞与解卡 . 1349.1 概述 .1349.2 打捞作业 .1359.3 解卡 .14010 套管损坏原因及维修技术 . 14710.1 套管损坏的原因 .14710.2 套管损坏的类型 .15410.3 套管损坏的判断 .15710.4 套管整形工艺 .15810.5 套管补贴工艺 .16010.6 取换套管工艺 .16611 侧钻技术 . 16911.1 概述 .16911.2 侧钻工具 .17111.3 侧钻施工步骤 .17612 膨胀管技术 . 18212.1 膨胀管技术简介 .18212.2 膨胀管的主要用途 .18312.3 膨胀管结构及膨胀机理 .18412.4 膨胀管技术的研究现状 .18712.5 膨胀管技术典型应用 .18913 连续油管技术 . 19513.1 连续油管技术简介 .19513.2 连续油管系统结构 .19513.3 连续油管的主要用途 .20013.4 连续油管技术作业技术 .201II0 概述在石油与天然气勘探开发的各项施工中，修井作业是一个重要环节。油气井在自喷、 抽油或注水注气过程中，随时会发生故障，造成油井减产甚至停产。例如：油井下砂堵、 井筒内严重结蜡、结盐、油层堵塞、渗透率降低、油气水层互相串通、生产油层枯竭等 油井本身的故障；油管断裂、油管连接脱扣、套管挤扁、断裂和渗漏等油井结构损坏； 抽油杆弯曲、断裂或脱扣、抽油泵工作不正常等井下采油设备故障。出现故障后，只有 通过井下作业来排除故障，更换井下设备，调整油井参数，恢复油井的正常生产。修井包括井下作业和油水井大修，井下作业是为维持和改善油、气、水井正常生产 能力，所采取的各种井下技术措施的统称。大修是利用一定的工具，采用一定的措施处 理油水井事故，恢复油水井正常生产的作业过程。修井工艺的发展是伴随着油田开发时间的延长，采油工艺的发展而发展的。修井工艺技术是采油工艺技术的一部分，由于工艺的需要，修井时有时要改变原井身结构，例 如钻、磨、固等工序，又吸取了部分钻井工艺技术及参数，实际上，从发展的观点来看， 修井工艺技术将在钻井工艺和采油工艺的基础上，发展为一门独立的工艺技术。修井的目的是解除井下事故、维护井身和改善油井出油条件（注水井注水条件），从而恢复单井出油（注水）能力，提高油井利用率，保持油井稳产，最终提高油田的采 收率。使油田开发获得最大经济效益。修井的工作原则是，在修井作业中，严格执行技术标准及操作规程，只能解除井下 事故，不能增加井下事故；只能保护和改善油层，不能破坏和伤害油层；只能保护井身， 不能损坏井身。这是修井作业设计、施工及检验的基本依据，也是修井工作的最基本原 则。油水井出现故障的原因很多，但归纳可分为潜在因素和后天因素两类。潜在因素有地质和钻井两种原因；后天因素有油井工作制度及作业不当造成的。由于地层构造、内部胶结、孔隙中流体等因素可以造成油井出砂、出水、结蜡、结 钙、套管变形，甚至穿孔、错断等后果；由于钻井井身结构的设计不合理、固井质量不 合格、完井套管质量差等因素，会造成套管破漏、断裂，造成不同层位之间相互窜通等 后果；由于油井工作制度不合理，造成采油强度或注水强度过大，引起压力激动，注采 结构不合理，造成油井出水、出砂、套管变形损坏卡钻后果；作业不当是由于设计方案1有误，入井流体与地层配伍性差、腐蚀性强，各类作业时违反技术标准或操作规程，造成掉、落、卡或对井身的伤害。无论任何井下故障，都将影响油井产量，严重时可造成停产，还可能影响其他油井生产。修井作业的主要内容可归纳为以下三个方面：（1）起下作业，如对发生故障或损坏的油管、抽油杆、抽油泵等井下设备和工具提出、修理更换、再下入井内，以及抽吸、捞砂、机械清蜡等。（2）井内的循环作业，如冲砂、热洗、循环泥浆及挤水泥等。（3）旋转作业，如钻砂堵、钻水泥塞、扩孔、重钻、侧钻及修补套管等。 大修与小修同属于井下作业，但从工作内容上既有联系，又有区别。 小修工作内容：冲砂、清蜡、检泵、换结构、简单打捞（下两次工具以内）、注水泥等。大修工作内容：井下故障诊断、复杂打捞（下打捞工具 3 次以上）、查封窜、找堵 漏、找堵水、防砂、回采、修套管、过引鞋加深钻井、套管内侧钻、挤封油水层、油水 井报废等工作。图 0-1 修井工程与其他课程的关系21 井的基础知识1.1 井身结构所谓井身结构，是在已钻成的裸眼井内下入直径不同，长短不等的几层套管，然后 注入水泥浆封固环形空间，最终形成轴心线重合的一组套管与水泥环的组合，如下图所 示。图 1-1 井身结构图一口井的井身结构包括以下几方面的内容：全井下入套管的层次，各层套管的直径 及下如深度、各次开钻相应钻头直径和井深、各次固井水泥返高和各层套管鞋处地层的 层次等等。合理的井身结构，应该是既能够满足钻井和采油工艺的要求，又要符合节约 钢材、水泥、降低钻井成本的原则。井身结构中，确定套管的下入深度和层次是比较困难的，那么，在一口井内，应该下几层套管及每层套管应该下多深，主要取决于要钻穿的地下岩层情况。31.1.1 套管的层次和下入深度众所周知，地表层一般多为松软易塌的地层，为了防止井口的坍塌下陷和装井口防 喷器的需要，每口井通常都要下表层套管，管外还必须用水泥封固。深度一般由几十米 到几百米。这是由地表松软层和需要封固的浅水、气层的深度而决定的。在生产井内，为了防止油、气、水层的互相串通、相互干扰，或者是油、气中途流失，必须下入油层套管，固水泥，将油、气、水层封固隔开，以保证油井的正常生产。 下入深度是根据生产层位的深度和完井的方法决定的。有的下到生产层的顶部，有的则 下过生产层以下几十米。管外水泥返高，一般要高于应封隔的油、气、水层 50100m。介于表层套管和油层套管之间，是否还要下技术套管，要看地层的情况复杂与否和钻井工人克服复杂情况钻进的技术水平。一般情况下，应尽量采取调整钻井液性能的办 法对付复杂地层的钻进，而不下或少下技术套管。近年来，随着人们对地质情况的深入 了解和钻井技术水平的提高，井身结构中套管层次正在逐步减少。钻井实践证明，井下复杂情况主要和油层压力有关，如果在一口井内，上、下岩层的孔隙和压力差别都很大，难以用同一密度的压井液加以平衡时，必须要下技术套管将 高、低压地层隔开，否则会引起喷、漏、坍塌、卡钻等事故出现，给钻井工作造成很大 的困难，甚至中途把井报废。因此，决不能单纯的为了节省钢材和水泥而盲目地精简技 术套管。技术套管的下入深度，以封住应该封的层段为原则。1.1.2 套管、井眼（钻头）直径套管层次和各层套管的下入深度确定了之后，便可以根据开采的要求和套管的系列 确定各层套管及其下入井段所需之井眼（钻头）的直径大小了。在确定各层套管和井眼 直径时，首先应根据油井生产和井下作业等的要求，确定油层套管的直径，然后确定保 证使油层套管能够顺利下入的井眼（钻头）直径。依次类推地从下而上逐次确定各层套 管及其下入井段的井眼（钻头）直径。套管直径按系列和规范不同有大有小，各油田用的油层套管也不完全一致，同一口 井，下的套管也不止一层。为了保证套管的顺利下入，要求井眼和套管要有一定的直径 差。因管子直径越大刚度越大，下井就越困难，所以，使用的套管直径越大，套管和井 眼的直径差也应该越大些。41.2 完井方法完井通常是针对油气层与井眼间的连通状况及其结构特点而言的。在实际的钻井完 井工作中，在不同的油田、不同的区块对不同的油气层、不同类型的井所采取的完井方 法是不同的。但是不论采用哪种完井方法，从采油的观点来看，都需要满足以下几方面 的要求。1）能有效地连通油气层与井眼，油、气流入井的阻力要小；2）能有效地封隔油、气、水层，防止相互窜扰，对同井开采不同性质的多油、气 层能满足分层开采和分层管理的要求；3）能控制油、气层井壁坍塌和出砂的影响，保证油、气井长期稳定生产；4）能满足以后增产措施、修井以及改进采油工艺的要求；5）采用的完井方法要工艺简单，完井速度快、质量好、成本低。完井方法通常依据所钻开的油、气层和下生产套管的先后顺序分成两大类，即先下 油层套管，后钻开油、气层，称为先期完成法；先钻开油、气层，后下油层套管称为后 期完成法。在这两种完井方法中又根据油、气井完成后其井底结构特点分为油、气层裸 露式和非裸露式两种类型。1.2.1 先期完成法采用先期完成法的井，必须钻井至油、气层顶部，然后下入生产套管，固井完成后， 更换较小尺寸钻头再在生产套管内加深钻穿油、气层，完井后油气层部位直接与井眼连 通。（1） 先期裸眼完成法先期裸眼完井法是先下套管然后钻开油层；后期裸眼完井法是先钻开油层，再将要管下至油层顶部。先期裸眼完井法比后期裸眼完井法具有以下几个优点：排除了上部地层的干扰，为选用合适的泥浆钻开生产层创造了条件；缩短了泥浆对油气层的浸泡时间，减少了泥浆对油气层的损害；钻开生产层后，如遇复杂情况，可以将钻具提到套管内处理，避免了处理过程中对地层的损害和事故的进一步复杂化；5消除了高压油气层对固井工作的影响，为提高固井质量创造了条件；成本低，而且还可转化为其它完井方法。 然而先期裸眼完井法在下套管和固井队还未能完全掌握该生产层的真实资料，造成以后生产的被动性。（2） 衬管完成法图 1-2 先期裸眼完成法与井身结构示意图衬管完成法与先期棵眼完成法一样，在钻遇油、气层之前下套管固井，然后钻穿油、气层，再下衬管完井。衬管是将套管割成缝眼，缝宽一般不超过 5mm，纵向缝长一般不超过 100mm，横 向缝长一般不超过 50mm。衬管可以直接坐承于井底，也可用卡瓦封隔器悬挂在油层套 管上，能将油层套管与衬管的环空堵塞。直接坐承的衬管完成法适用于油、气层较薄，衬管较短的井层。卡瓦封隔器悬挂的衬管完成法适用于油、气层厚度较大，需要衬管较长的井层。衬管完成法井身结构形式见图 1-3 所示。6（3） 砾石衬管完成法图 1-3 衬管完成法井身结构示意图砾石衬管完成法需在钻开油、气层后，采用偏心钻头扩眼，然后下入衬管，再用循环法在环空充填砾石。也可在地面预先做成砾石衬管(即双层衬管之间充填砾石)下入井内。砾石衬管完成法的井身结构形式如图 1-4 所示。对于油、气层部位出砂较严重，井壁较疏松、隔层水较多的层段不宜采用砾石衬管完成法。砾石衬管完成法施工较复杂，应慎用。图 1-4 砾石衬管完成法井身结构示意图衬管完成法和砾石衬管完成法适用于井壁疏松、出砂严重的油井。71.2.2 后期完成法后期完成法必须在钻开油、气层后，再下入油层套管，固井完成。此法钻井液浸泡 油、气层时间较长，对油、气层伤害较严重，钻井时应注意对油、气层的保护，同时还 应压住油、气层，防止井喷，保证油、气层段固井质量。后期完成法根据井底结构不同可采用射孔完成法、尾管射孔完成法、后期裸眼完成法、贯眼完成法等四种完井方法。（1） 射孔完成法射孔完成法钻穿油气层直至设计井深，然后下油层套管至油层底部注水泥固井，最 后射开油气层，建立地层流体通道。射孔完成法能够有效地分隔油、气、水层，防止相 互窜扰，有利于分层开采、分层改造、分层注水。图 1-5 射孔完成法井身结构示意图（2） 尾管射孔完成法尾管射孔完成是钻井钻至油、气层顶部，下入表层（技术）套管固井，然后换小尺 寸钻头钻穿，再在油气层段下入尾管固井，然后射孔。尾管射孔完井除了具有射孔完成 法的优点外，还可以节省大量套管、水泥，但悬挂复杂。8图 1-6 尾管射孔完成法井身结构示意图（3） 后期裸眼完成法后期裸眼完成法是用同一尺寸的钻头钻穿油、气层后，再将套管下至油、气层顶部 固井，油、气层裸露与井筒连通。图 1-7 后期裸眼完成法井身结构示意图后期裸眼完成法可以确保套管下到油、气层顶部，但在钻开油、气层后才能下套管，对保证固井质量和安全快速钻进不利。钻井液浸泡油、气层时间较长，较多的情况是在9对地质情况了解掌握不太清楚的探区采用，其它区块应少用或不用。（4） 贯眼完成法贯眼完成法也是用同一尺寸的钻头钻穿油、气层，下套管固井。其特点是对着油、 气层部位的套管是带眼的（一般为圆孔、也可做成割缝形）。在油、气层顶部的套管外 装有水泥伞，以阻止环空水泥浆下流堵塞油、气层。图 1-8 贯眼完成法井身结构示意图1.3 完井井口装置在钻井完井后，地面井口装置是非常重要的采油设备，井口装置的重要作用是控制 井的油、气流，完成测试、试油以及投产后的油、气正常生产。完井井口装置主要由套 管头、套管短节、四通、油管挂、采油树等部件组成。1.3.1 套管短节与套管头套管短节与套管头是连接安装在完井套管的最顶部，固井完成后，在地面安装套管头，长度一般为 300500mm 不等，之上连接专用法兰，合称套管头。10图 1-9 套管头结构示意图套管短节规格与完井套管一致，法兰有螺纹式与焊接式两种。套管头的主要作用是下与完井套管连接，上与地面四通、采油树连接，是重要的过渡部件。1.3.2 四通与油管挂四通是井口装置中重要组成部件，上接采油树，下连套管头，采油、试油等工艺管 柱连挂坐在四通内的油管挂上，修井等作业时四通又与作业井口连接，因此它是重要的 部件。四通常与油管挂合装，一般通称油管头。图 1-10 四通与油管挂结构示意图112 修井设备和井下工具修井设备一般指吊升起重设备、井口旋转设备、循环冲洗设备等。修井设施一般指锅炉、工作液池、地面管汇等；专用工具一般指卡盘、吊钳、方钻杆、钻杆、钻铤等。2.1 修井机修井机是修井施工中最基本、最主要的动力来源，按其运行结构分为履带式和轮胎 式两种形式。履带式修井机一般不配带井架，其动力越野性能好、适用于低洼、泥泞地 带施工。缺点是行走速度慢，横穿公路需保护地面不被轧坏，有所限制。轮胎式修井机 一般配带自背式井架、行走速度快，施工效率高，适合快速转搬的需要，其缺点是低洼、 泥泞地带、雨季翻浆季节行走和进入井场相对受限制。图 2-1 修井机2.1.1 修井机的组成（1） 动力驱动设备动力驱动设备包括动力机与辅助装置，主要有柴油机、供油设备（油箱）、启动装 置（汽油机、交直流电动机、供电与保护设备）。（2） 传动系统设备传动系统设备是一套协调的传动部件，它包括减速箱、行车机构、倒车机构与变速12机构等。它的传动方式主要有机械传动、液力传动（滑轮传动）和液压传动。（3） 行走系统设备行走系统设备由一套运行部件组成，它包括底盘、驱动机与驱动轮等。（4） 地面旋转设备地面旋转设备包括转盘、水龙头、大钩等，其作用是进行冲、钻、磨铣、套铣、打 捞造扣等。（5） 提升系统设备提升系统设备包括提升设备（绞车、天车、井架、游车、钢丝绳）与井口起下操作 机具（吊卡、液压卡瓦、气动卡瓦、机械手动卡瓦、液压式机械油管上扣器、油管运移 机构）。它的作用是起下井下管柱、钻具、更换采油树等。（6） 循环冲洗系统设备全套循环冲洗系统设备包括泥浆泵、地面管线、水龙带、循环池、清水罐、其作用 是完成井下作业，如冲砂、清蜡、洗井、压井、验吊、找漏、加深钻进等。（7） 控制系统设备控制系统设备包括机械控制设备（手柄、踏板以及杠杆机构等）、气动控制设备（各 种开关、调压阀、工作缸等）、液动控制设备（同于气动）、电控制设备（各种电控开关、 变阻器、启动器、电动机）、集中控制器、驾驶室、观察记录表（水温表、机油压力表、 柴油压力表、气压表、指重表等）。它的作用是协调各机组的工作。（8） 辅助设备成套修井机还包括值班房、照明设备、消防设备、配合井下作业的井口工具（防预 安全卡瓦、防喷器、各类连接接头）等辅助设备。2.1.2 修井机的发展趋势（1） 钩载和功率储备系数显著提高修井机钩载和功率储备系数的提高，可以提高修井机解卡和下管柱能力，可节约解 卡时间 22%。（2） 修井机移运性不断提高中小型修井机仍然选用专业汽车厂提供的二类越野底盘；大型修井机选用 12*8、10*8、8*8 常驱动拼装底盘，前后桥间有桥间差速箱，行驶性和越野性好。13（3） 盘式刹车得到广泛应用借鉴火车气动风冷式盘式刹车技术，应用在大型修井机上。（4） 采用顶部驱动系统图 2-2 顶部驱动系统（5） 完善侧钻用修井机 完善侧钻用钻井机，重点强化转盘传动系统，开发侧钻用循环系统，满足东部油田侧钻工艺要求。（6） 完善特种修井机制造技术海洋修井机图 2-3 海洋修井机14沙漠修井机图 2-4 沙漠修井机（7） 大力发展变频电驱动方式行走动力仍采用柴油机，作业动力为交流变频驱动。图 2-5 变频驱动方式修井机2.2 其他修井设备2.2.1 水龙头水龙头的主要作用是悬吊管柱（钻具、钻柱等）连接循环冲洗管线中固定部分和旋 转部分，进行旋转管柱（钻、磨等），完成冲洗、打捞、钻磨等工艺要求。15图 2-6 水龙头示意图2.2.2 转盘转盘是修井施工中的重要设备，是主要的钻具旋转来源。修井时用修井机发动机为 主动力，带动转盘转动，转盘则驱动钻具转动，用来进行钻、磨、铣、套等的钻水泥塞、 侧钻、磨铣鱼顶、鱼头以及倒扣、套铣、切割管柱等作业。16图 2-7 转盘示意图2.2.3 泥浆泵大修过程中，泥浆泵主要是用于循环工作液、冲洗井底、鱼顶等。一般有条件的井场可配备电驱动泥浆泵，无电源情况下，配备柴油机驱动泥浆泵。图 2-8 泥浆车与泥浆泵172.2.4 吊环吊环是起下修井工艺管柱时连接大钩与吊卡用的专用提升用具，一般用不低于 45号优质碳素钢经锻造后正火处理而成。图 2-9 吊环结构示意图2.2.5 吊卡吊卡是用来卡住并吊起油管、钻杆、套管等的专用工具，在起下管柱时，用双吊环将吊卡悬吊在游车大钩上，吊卡再将油管、钻杆、套管等卡住，便可进行起下作业。图 2-10 吊卡182.2.6 钻柱（1）方钻杆在修井作业中，方钻杆位于钻柱的最上端，其上部与水龙头相接，下部与钻杆连接， 方钻杆的主要作用是传递转盘扭矩，承载钻柱的全部悬重。方钻杆由于所处工作条件非 常繁重，应具有较高的抗拉、抗扭强度，因此方钻杆一般厚度比钻杆大 3 倍左右，用高 强度优质合金钢组成。（2）钻杆钻杆是钻柱组成的基本单元，是传递转盘扭矩、游车提升、加压给钻具（钻头等） 的直接承载部分，是完成修井工艺过程的基本配套专用管材。钻杆通常用优质碳素无缝 钢管制成，在修井工作时，钻杆常位于方钻杆与钻铤之间，有时也单独使用钻杆。与工 具组成钻杆柱，钻杆柱的重要作用是传递扭矩，输送工作液，完成修井工作要求。（3）钻铤钻铤在修井施工中的主要作用是专用工具、施加压力、增加钻柱在套管井眼的刚性， 因此钻铤一般壁厚较厚，单位长度质量较大，壁厚相当同尺寸钻杆的 46 倍，单位长度 质量比同尺寸的钻杆大 45 倍。图 2-11 钻梃示意图2.3 封隔器随着采油工艺技术的发展，人们对油层的认识不断深化。由于油层是非均质性的， 各油层的产量、压力和吸水能力往往差异很大，因而给油田开采带来了不少困难。如何 合理开发多油层油田、提高采收率、确保长期稳产高产，是一个很重要的问题。对油层 采取分层注水、分层采油、分层改造、分层测