油气钻井工程

1,1钻井方法及原理2基本钻井工艺过程3定向钻井工艺技术,油气钻井工程,钻井是利用专门的设备和工具在地下钻出具有一定深度的圆柱形井眼，以达到勘探和开发地下油气资源之目的。,2,一、人工挖井二、顿钻钻井三、旋转钻井四、钻井液五、钻井类型,第一节钻井方法及原理,3,一、人工挖井,图6-1井田制示意图,4,主要特征和工艺过程,二、顿钻钻井,缺点：靠冲击作用破岩，钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢；破岩和清岩相间进行。,优点：设备简单；起下钻方便。,5,二、顿钻钻井,6,1、古代钻井技术,钻井系统,修井纠斜技术,钻井工具,二、顿钻钻井,7,8,三、旋转钻井,优点：靠旋转吃入岩石的钻头破岩，效率高，速度快；破岩和清岩同时进行；缺点：设备复杂，运转费用高；起下钻繁琐。,9,石油钻井的地面配套设备称之为钻机，它是由多种机械设备组成的一套大功率重型联合工作机组。每一设备和机构，都是针对性地满足钻井过程中某一工艺需要而设置,(一)旋转钻井主要设备,三、旋转钻井,10,钻机的分类,11,动力系统起升系统旋转系统循环系统气控系统井控系统,(一)旋转钻井主要设备,12,5)气控系统组成：控制面板、传输管线及阀门、执行机构和压气机。功能：确保对整个钻机和各个工作机构及其部件的准确、迅速控制，使整机协调一致。,13,1、钻头2、钻柱3、井口工具,(二)、钻井工具,14,钻头类型及指标钻头的分类,1、钻头,15,钻头的技术、经济指标钻头进尺：指一只钻头在整个使用过程中所钻进的井段长度，单位m。钻头寿命：在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间，单位h。机械钻速：单位纯钻进时间的钻头进尺，单位m/h。,钻头进尺和机械钻速是反映钻头好坏的主要指标。,钻头类型及指标,1、钻头,16,A.刮刀钻头刮刀钻头的组成：钻头体、刀翼和水眼,17,塑脆性岩石：碰撞挤压、小剪切大剪切,刮刀钻头破碎岩石的过程,A.刮刀钻头,刮刀钻头的破岩形式塑性岩石：刃前岩石发生塑性流动，形成切削破碎。,18,B.牙轮钻头牙轮钻头的组成：钻头体、牙轮、巴掌、水眼和轴承。,19,牙轮钻头的分类：,B.牙轮钻头,20,牙轮钻头的破岩作用（1）冲击、压碎作用纵向振动产生的冲击力和静压力（钻压）一起使牙齿对地层产生冲击、压碎作用，形成体积破碎坑。（2）滑动剪切作用牙轮牙齿的径向滑动和切向滑动对井底地层产生剪切作用，破碎齿间岩石。（3）射流的冲蚀作用由喷嘴喷出的高速射流对井底岩石产生冲蚀作用，辅助破碎岩石。,B.牙轮钻头,单、双齿交替接触井底引起纵向振动,21,C.金刚石钻头金刚石钻头的组成：钻头体、切削齿、水眼与水槽。,钻头体,水眼与水槽,切削齿,22,金刚石钻头的分类,C.金刚石钻头,23,金刚石钻头的破岩形式:研磨、铣削岩石,C.金刚石钻头,24,-钻柱的组成,钻柱由方钻杆、钻杆段和下部钻具组合三大部分组成。钻杆段（drillstems)包括钻杆和接头，有时也装有扩眼器。下部钻具组合(BHA)主要是钻挺，也可能安装稳定器、减震器(ShockAbsorber)、震击器(JarBumber)与扩眼器(reamer)及其它特殊工具。,2、钻柱,25,-钻柱的作用(1)提供钻井液流动通道；(2)给钻头提供钻压；(3)传递扭距；(4)起下钻头；(5)计量井深。(6)观察和了解井下情况（钻头工作情况、井眼状况、地层情况）；(7)进行其它特殊作业（取芯、挤水泥、打捞等）。,2、钻柱,26,(1)方钻杆主要作用：传递扭矩；承受钻柱全部重量主要特点：中空、断面外形为四边形和六边形；上端反扣（左旋扣）、下端正扣（右旋扣）；长1316m，比单根钻杆长2m以上；壁厚比钻杆大3倍。,水龙头,钻杆,方钻杆,转盘面,方钻杆保护接头,2、钻柱,27,(2)钻杆主要作用：传递扭矩；输送钻井液。主要特点：两端有接头形成的台肩，便于接单根、起下钻；壁薄，911mm。,2、钻柱,28,(3)钻铤主要作用：给钻头施加钻压。主要特点：壁厚且粗大，单位长度重量大，为同尺寸钻杆的46倍。两端无接头。,2、钻柱,29,起下钻、接单根、下套管过程中在井口所用的各种工具。包括：1、吊钳（大钳）、液压大钳2、吊卡、吊环3、卡瓦和安全卡瓦,3、井口工具,油田现场：“三吊一卡”,30,(1)吊钳液压大钳上、卸钻杆、钻铤和套管丝扣。,3、井口工具,31,(2)吊卡和吊环作用：起升、悬持和下放钻具。,3、井口工具,32,(3)卡瓦和安全卡瓦作用：在井口悬持无台肩钻具，如钻铤等。,3、井口工具,33,四、钻井液,1.定义：钻井时用来清洗井底并把岩屑携带到地面、维持钻井作业正常进行的流体称为钻井液或洗井液。2.钻井液的功用(1)清洗井底、携带岩屑(2)冷却和润滑钻头及钻柱(3)造壁，维持井壁稳定(4)控制地层压力(5)悬浮钻屑和加重材料，防止下沉(6)获得地层和油气资料、传递信息(7)传递水功率,34,3.钻井液的组成（1）液相：液相是钻井液的连续相，水或油。（2）固相：活性固相，包括人为加入的商业膨润土、有机膨润土(油基钻井液用)和地层进入的造浆粘土。惰性固相,惰性固相是钻屑和加重材料。（3）处理剂:增粘、稀释、降失水、PH值、防塌等。,四、钻井液,35,(1)水基钻井液（最常用）以水为分散介质，粘土为分散相，加其它化学处理剂控制和维护其性能的洗井液。包括：淡水洗井液、盐水洗井液、钙处理洗井液、低固相聚合物洗井液和混油洗井液。(2)油基钻井液（次常用）以油为分散介质，有机土般土等其它物质为分散相的洗井液。包括：油包水乳化洗井液和油基洗井液(3)空气-天然气基钻井液（使用受严格限制）包括：空气或天然气、雾化洗井液、泡沫洗井液等。,4.钻井液的类型,36,探井：为探明地质情况、获取地下油气资源分布及相应性质等方面资料而钻的井。地质浅井地层探井预探井详探井资料井开发井：以开发为目的，为了给地下油气开采提供通道，或为了采用各种措施使油气被开采出来所钻的井。油气井注入井检查、观察井,1、把钻井的目的分：,五、钻井类型,37,3把钻井按井深不同分类：浅井H6000m。,2把钻井按井斜角不同分类,直井：设计的井眼轴线为一铅垂线的井定向井：设计的目标点与井口不在一铅垂线上的井。水平井：井眼进入目的层时井斜角接近、等于或大于90并在目的层中延伸一定长度的定向井。,五、钻井类型,38,一、人工挖井二、顿钻钻井三、旋转钻井四、钻井液五、钻井类型,小结,第一节钻井方法及原理,39,一、钻前准备二、钻进三、固井四、完井,第二节基本钻井工艺过程,40,上提单根并放入鼠洞上提方钻杆，将水龙头推至鼠洞单根的上方连接水龙头和单根，再把单根与井筒内钻柱相连用连接好单根并加长的钻柱继续钻进,1,2,3,4,接单根,二、钻进,41,定义：在已打好的井眼中下入套管，并在井壁和套管间注入水泥浆，将套管和地层固结成一体的工艺过程。固井工作包括下套管和注水泥两个环节。,三、固井,42,井身结构示意图,保护井口附近的表土地层，防止被经常流出的洗井液体冲垮.,巩固上部比较疏松易塌的不稳定岩层；安装防喷器等井口设备，控制钻开高压层时可能发生的井喷现象.,封隔某些难以控制的复杂地层，以便能顺利地钻达预定的生产目的层,封隔油、气、水层，保证油井的正常生产.,技术套管Intermediatecasing,表层套管Surfacecasing,导管Conductor,生产套管Productioncasing,43,1、下套管,将设计好的套管及附件组成的套管柱下入到已钻出的井眼内的工艺叫下套管。,44,就是在地面用专门设备将水泥浆（水泥和水的混合物）通过管柱注入井壁与套管柱形成的环空中，使套管柱与地层岩石固结的作业过程。,2、注水泥,45,(1)油井水泥,对油井水泥的基本要求：良好的流动性。良好稳定性；在规定的时间内凝固并达到一定的强度；形成的水泥石应有低渗透性。,46,(1)油井水泥,油井水泥主要成分,水泥中各种成分的含量对水泥的性能具有较大影响，所以可以通过调节水泥中各种成分的比例来得到不同类型的水泥。油井水泥的类型，按API标准，根据其性能和适用井深可以分为ABCDEFGH共八种级别。随级别的增加，所适用的井深范围越深。水泥的选择主要是根据井深温度及地层特性来确定，现场最为常用的水泥是G级和H级。,硅酸三钙3CaOSiO2(比例：40%65%)；硅酸二钙2CaOSiO2(24%30%)；铝酸三钙3CaOAl2O3(3%15%)；铁铝酸四钙4CaO2Al2O3Fe2O3(8%12%)。,油井水泥是波特兰水泥（也即硅酸盐水泥）的一种，它是将石灰与粘土矿物或其它含氧化硅、氧化铝及氧化铁的物质均匀混合，在一定温度下锻烧，然后磨粉制得的产品。,47,(2)水泥外加剂,对于不同的井眼类型、地层条件和注水泥工艺，仅靠调节水泥的化学成分不能完全满足固井质量和保护油气层要求，这时需要加入外加剂来调节水泥浆性能。水泥外加剂主要包括：加重剂、减轻剂、缓凝剂、促凝剂、减阻剂、降滤失剂、消泡剂等。因为水泥浆性能主要受压力和温度的影响较大，所以外加剂的选择与用量主要也是依据井眼条件和注水泥要求来确定。,48,a、循环钻井液b、注隔离液和水泥浆c、压塞d、替浆e、碰压,(3)注水泥工艺一般分为常规注水泥和非常规注水泥，常规注水泥包括一次注水泥、分级注水泥；非常规注水泥反循环注水泥等。,49,完井,钻开油气层,确定完井方法,安装井口装置,完井是钻井工作的最后一个环节。,四、完井,射孔,试油气,50,1、钻开油气层,油气层的两个突出特点：储集有一定压力的油气水；地层孔隙和裂缝比较发育，具有较好的原始渗透率。,对钻开储集层的技术要求：保护油气层，防止钻井液污染；控制油气层，防止不必要的井喷，安全钻开储集层。,51,钻开后储集层洗井液对油气层的伤害泥侵：钻井液中固相物质侵入储层的现象。水侵：钻井液中的自由水侵入储层的现象。,(1)泥侵对油气层的损害泥侵机理：泥饼形成以前，固相颗粒进入孔隙通道，堵塞孔隙通道或减小孔隙通道的有效直径。影响因素：压差的大小：压差泥侵生产层的性质：油层渗透率K泥侵,外泥饼,内泥饼,稠泥浆,沉淀的固体颗粒,泥侵,洗井液固相含量：固相含量越多，颗粒越细堵塞越严重。,52,（2）水侵对油气层的损害水侵机理：油气层中泥质成分吸水膨胀，使油气流通道截面积减小；泥浆滤液与地层中可溶性盐类反应产生化学沉淀堵塞孔隙通道；破坏油气流的连续性，产生水锁效应。,水锁效应示意图,影响因素：压差的大小：压差水侵生产层的性质：油层渗透率K水侵失水量的大小：失水量水侵,53,保护油气层的措施采用合理的钻井液体系：-配伍性；-提高矿化度；-采用无固相或低固相完井液；-在完井液中加入桥堵剂；-使用表面活性剂处理采用合理的钻井液密度：-使用平衡压力或近平衡压力钻井技术采用合理的井身结构和完井方法其他生产环节中的防止污染。,54,2.完井方法,55,(1)射孔完井方式,优点可选择性地射开油层，避免层间干扰；具备实施分层注采和选择性压裂或酸化等分层作业的条件。,缺点出油面积小、完善程度较差，对井深和射孔深度要求严格，固井质量要求高，水泥浆可能损害油气层。,射孔完井方法,钻开油气后，下油层套管至生产层底部固井，然后下入射孔器射孔，穿透套管和水泥环进入地层，使油气层通过孔道与井底连通，从而为油气流入井形成通道。,56,(2)裸眼完井方式,先期裸眼完井方法,后期裸眼完井方法,用同一尺寸的钻头钻开油气层，再下套管至油气层顶部固井.,用先下套管至油气层顶部固井，再换小钻头钻开油气层.,57,优点：,油层完全裸露，不会产生附加渗流阻力，产能较高。,缺点：,不能克服井壁坍塌和油层出砂对油井生产的影响；,不能克服生产层范围内不同压力的油、气、水层的相互干扰；,无法进行选择性酸化或压裂等。,裸眼完井方式的主要特点：,58,(3)筛管完井方式,筛管完井方法,59,(4)砾石充填完井方式,砾石充填完井法,优点：-充填的砾石和筛管可起双层阻砂作用，防砂能力强；-砾石可以防止井壁坍塌；-油气层裸露面积大。缺点：-有夹层水时不宜采用；-施工较复杂。,60,采油树,3.安装井口装置,作用：在地面用以悬吊、安放井下管柱和井口控制闸门等部件。组成：油管头和采油树。,61,第三节定向钻井工艺技术,一、概述,二、井眼轨迹的基本参数,三、定向井井身剖面,四、定向井造斜方法,62,轨道与轨迹的概念轨道设计的井眼轴线轨迹实钻的井眼轴线,一、概述,63,1.地面环境条件限制钻直井高山、湖泊、沼泽、河流、沟壑、海洋、农田或重要的建筑物等。2.地下地质条件要求断层遮挡油藏、薄油层、倾角较大的地层钻进等。3.处理井下事故井下落物侧钻、打救援井等。4.提高油藏采收率钻穿多套油气层、老井侧钻等。,定向井用途：,一、概述,直井：轨道为一条铅垂线的井。,定向井：设计目标点与井口不在一条铅垂线的井。,64,处理井下事故,65,水平井技术提高采收率,66,二、井眼轨迹的基本参数,三个基本参数：井深、井斜角、井斜方位角,1.井深（或称为斜深、测深）井口(以转盘面为基准)至井眼轨迹上某点（测点）的井眼长度。井深以字母Dm表示，单位为米(m)。,2.井斜角井眼轨迹上某点的切线向井