常规钻井工艺ppt课件

,钻井方法及工艺,钻井方法及工艺,第一节钻井概述第二节钻井方法第三节基本钻井工艺工程,第一节钻井概述,钻井的概念钻井的种类,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：626,1、概念,直井,水平井,一、什么是钻井？,2、钻井工程的地位与作用,人类四大壮举：上天入地下海登极,钻井用途：油气资源、固体矿藏、地热资源、水资源、城市非开挖铺管、地基处理（基础桩）、边坡支护、科学钻探,油气井：油气井是人类勘探与开发地下油气资源必不可少的信息和物质通道。油气井工程，是围绕油气井设计、建设、测量、使用与维护而实施的资金和技术密集型工程。在石油勘探和油田开发的各项任务中，钻井起着十分重要的作用。,（1）寻找油气层和证实油气构造（2）获得工业油流（3）探明已证实油气构造的含油面积和储量（4）取得有关油田的地质资料和开发数据（5）将原油从地下取到地面上来。,油气钻井：,按钻井目的、几何形状、井深、温度压力的高低等进行分类。,1.按钻井目的分类：主要分为探井和开发井两大类。,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。,二、钻井的种类,(1)区域探井为了解地层年代、地层时序、岩性、厚度、生储盖组合，并为物探解释提供参数而钻的探井。(2)预探井在确定含油气有利构造的基础上，以发现油气藏为目的而钻的探井。(3)详探井在已发现油气构造上，为探明含油气的面积和储量，了解油气层产能为目的而钻的探井。,探井,(1)生产井为完成产能任务和生产油、气所钻的井。(2)注入井为提高油、气井生产能力所钻的井。目的是改变地层油气驱动能力，提高产能，提高采收率。用于注水所钻的井为注水井，用于注气所钻的井为注气井，用于注聚合物所钻的井为注聚井。,开发井,2.按几何形状不同分类：,直井：井口与井底在同一条铅垂线上；定向井：井口与井底不在同一条铅垂线上；,根据井眼的几何形状不同，所钻的井可分为：直井和定向井。,定向井,直井,定向井的种类,定向井,普通定向井大斜度井水平井大位移井丛式井多底井（分支井）,井斜角:井身轴线的切线与铅垂线的夹角。垂直井深（垂深）:井口至井眼某点的垂直距离。水平位移：井口至井眼某点的水平距离。测量井深（测深）：井口至井眼某点的轨迹长度。,定向井的有关概念,(1)普通定向井：一个井场内仅钻1口最大井斜角小于60的定向井。(2)大斜度井：最大井斜角在6080范围内的定向井。(3)水平井：最大井斜角大于或等于86，并保持这种井斜角钻完一定长度井段的井。根据从垂直井段向水平井段转弯时的曲率半径大小进行分类。,定向井的分类,分为普通定向井、大斜度井、水平井、大位移井、丛式井、多底井（分支井）等。,各类水平井的剖面对比,(4)大位移井：定义一：水平位移/垂深=2的定向井或水平井；定义二：测深/垂深=2的定向井或水平井。,流花11-1油田生产平台上的丛式井,可高效开发海洋边际油田；可实现“海油陆采”；可开发湖泊上的油气田。用大位移井技术维护国家海洋权益。,大位移井主要用途,西江24-3-A14（水深100米，测深9450米）创造了全井水平位移8062.7米，裸眼井段5032米，MWD/LWD实时传输接收讯号深度9106米三项世界记录(1997年)。标志着我国大位移井钻井技术已经进入世界先进行列。（与Phlips公司合作）,中国第一口世界记录大位移井,(5)丛式井：在一个井场（海洋平台）上有计划地钻出两口或两口以上的定向井组，其中可含1口直井。(井架底座移动，最多有40多口),(6)多底井（分支井）：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。,国外分支井加拿大稠油油藏开发,DNP02井实钻井身剖面结构图,中国第一口煤层水平多分支井，位于山西沁水盆地，煤层中水平井眼总长度7687m，共13个分支，由奥瑞安国际能源公司于2004年11月完成。煤层气稳定产量达到2万m3/日。,中国第一口煤层水平多分支井,中国第二口煤层水平多分支井，位于山西宁武盆地，总进尺7993m，共10个分支，由中石油于2005年10月建成。,垂直井的目的：排水、向分支井环空注蒸汽形成欠平衡钻井。,3.按井深不同分类：浅井H6000m,深水钻井：超过500m水深的海洋钻井。大于1500m水深称为超深水。荔湾21-1-1井，水深2461米，正在设计论证。目前深水钻井的世界记录为水深3052米，是2003年11月，Transocan公司在墨西哥湾钻井时创造的。,国内外钻井水平,世界上最深的直井12260米，原苏联在科拉半岛的井。,中国垂深最深的井：塔深1井，8408m，中石化,钻井队：中国石化集团华北石油局西部工程公司90152HB钻井队。钻机：E-3000型9000m钻机开钻时间：2005年4月18日完钻时间：2006年7月12日凌晨2:30时三大难题：钻遇中上奥陶系碳酸盐岩缝洞发育区放空漏失；目的层高温高压对钻井液和水泥浆提出的高要求；国内首次将273.1mm无接箍套管下深达5481m。,深水钻井技术发展较快,目前，钻井水深已超过3000m，基本上形成了一套完整的深水钻井技术。,4.按温度、压力的高低分类：,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。超高温高压井：井底温度超过220度，井底压力超过105MPa的井。,高温高压气井钻井风险很大,异常高温超压天然气可谓“气老虎”，对开发工程造成极大威胁。这类气藏开发难、风险高、周期长、费用高。南海崖城21-1构造：1990-1991年相继报废崖城21-1-1井和崖城21-1-2井（设计深度4580），造成1.6亿元的直接损失；两年后又钻崖城21-1-3井，钻至井深4680完钻（钻井液密度2.33g/cm3,井底温度206），但钻井时间长达268天，钻井费用1.3亿元（不包括完井测试费）。柯深1井：实钻井深6481米，钻井周期1002天，花费超亿元，但在测试时又因HTHP效应使管柱失效而报废(1996上半年)。塔里木迪那2井：2001年4月30日钻至4800米遭遇高压（压力系数2.13）而失控,发生严重的井喷着火事故,造成1人死,3人伤,钻井设备化为灰烬,损失惨重,处理事故2个月。,第二节钻井方法,为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。,人工掘井,人力冲击钻井法,机械顿钻钻井法(冲击钻),旋转钻井法,连续管钻井法,目前普遍使用,钻井方法,钻井方法分类,依据：如何破碎岩石、怎样取出岩屑、净化井眼,人工掘井：1521年之前。人力冲击钻：15211835年，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。,支架,游梁,悬绳,井壁,钻头,井底,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”。,我国古代钻井系统,古代钻井工具,现代钻井工具,钻井技术发展简史,机械顿钻钻井法：18591901年,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,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。,机械顿钻钻井法：18591901年,旋转钻井法,旋转钻井：是自1901年发展起来的。旋转钻井是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。特点是：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。,（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,旋转钻井法：,转盘带动方补心，方补心带动钻杆旋转,顶部驱动钻井,旋转钻井法,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)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。,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,涡轮钻具,螺杆钻具,电动钻具,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,减速涡轮钻具结构示意图,涡轮钻具定转子,行星减速机构,连续管钻井法(柔杆钻井法),1.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.特点,(5)具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。,(1)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）；,(2)在起下钻时仍能保持洗井液的正常循环；,(3)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；,(4)为全自动化控制提供了很好的条件；,连续管钻井法(柔杆钻井法),第三节基本钻井工艺过程,三个阶段：即钻前淮备、钻进以及固井与完井,1钻前准备,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,70D钻机井架整体搬迁图,第三节基本钻井工艺过程,2钻进,钻进是进行钻井生产取得进尺的唯一过程。,其基本工艺过程有：,第一次开钻(一开),第二次开钻(二开),第三次开钻(三开),从地面钻出一个大井眼，然后下表层套管。,用较小一些的钻头继续钻进，若遇到复杂地层，用钻井液难以控制时，便要下技术套管(中间套管)。,再用小一些的钻头往下钻进，直到设计井深，下油层套管，进行固井、完井作业。,oilzone,井身结构(CasingProgram),技术套管（中间套管）,表层套管,油层套管（生产套管）,171/2”133/8”121/4”95/8”81/2”7”,3、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