钻井基础知识-文档资料

1、1,吉林油田钻井工艺研究院 二0一0年十二月,钻井工程技术基础讲座,讲 座 提 纲,一、钻井基础概论 二、钻井工程主体设备及工具 三、钻井工程工艺基础知识及施工流程 四、国内外钻井技术现状及发展方向 五、钻井现场安全注意事项,3,一、钻井基础概论,钻井定义 利用机械设备，将地层钻成具有一定深度的园柱形孔眼的工程。 钻井目的 确切地了解地下地质情况，正确判断储油构造，为油田开发方案提供第一手资料。钻井过程中，可以通过岩屑录井、取心、电测得到地层分层、岩性、岩石的物理化学性质、含油气情况。 开采油气，提高油气采收率 形成油气到地面通道。 油田开采后期钻注水或注气井,4,一、钻井基础概论,钻井是石油

2、工业的龙头。钻井工程作为油气勘探开发的主要手段，具有资金、技术密集，高投资、高风险的特点。 钻井占勘探开发投资的50%以上，钻井水平的高低对于油气勘探开发效益具有十分重大的影响。合理的钻井工艺、适用的钻井技术和完井方法是提高油气勘探成功率、发现油气田、提高产量、降低成本，推动并实现油气田勘探开发经济目标的重要保证,5,中国是世界上最早应用钻井技术的国家，中国古代的钻井技术在世界上占有举足轻重的地位。 中国古代钻井：公元前1840年，创造了辉煌历史（绳索顿钻） 中国近代钻井：1841年1948年，由领先沦为落后（旋转钻） 中国现代钻井：1949年至今，奋起直追，逐步缩小差距，期望再次走向辉煌,公

3、元前69年中国出现了天然气井 1041-1053年形成了竹筒井 1206-1368年产生了油井 1835年在四川自贡钻成了世界上第一口千米井,顿钻钻井,一、钻井基础概论,6,6,1950-1959年：初创阶段 1960-1978年：发展阶段 1979年-现在：提高阶段,石油钻井初具规模，到1959年钻井数达到2089口，旋转钻井技术得到初步发展,19年共钻井38168口，钻井规模居美国、前苏联之后的世界第三,2008年仅中国石油年钻井数达到19229口，进尺3545万米，井数居美国、加拿大之后，进尺已经超过加拿大，居世界第二位,一、钻井基础概论,7,近年来中国的钻井规模已经超过加拿大，居世界第

4、二位,一、钻井基础概论,8,人工掘井,人力冲击钻井法,顿钻钻井法,旋转钻井法,连续管钻井法,目前普遍使用,钻 井 方 法 分 类,钻 井 方 法,一、钻井基础概论,9,顿 钻 钻 井 法,顿钻钻井示意图,钢丝绳提升钻头,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,一、钻井基础概论,10,顿 钻 钻 井 法,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,一、钻井基础概论,11,旋 转 钻 井 法,图62 转盘旋转钻井法,分类,一

5、、钻井基础概论,12,转 盘 旋 转 钻 井 法,图62 转盘旋转钻井法,钻头,吃入地层,破碎岩石,清洗井底,设计井深,一、钻井基础概论,13,转 盘 旋 转 钻 井 法,图62 转盘旋转钻井法,特点,目前这种方法在世界各国被广泛使用,钻杆完成起下钻具、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,一、钻井基础概论,14,井底动力钻具旋转钻井法,钻头,吃入地层,破碎岩石,清洗井底,设计井深,一、钻井基础概论,15,井底动力钻具旋转钻井法,一、钻井基础概论,16,井底动力钻具旋转钻井法

6、,特点,转动钻头的动力由地面移到井下，直接接在钻头之上,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地面泥浆泵提供的、通过钻柱内孔传递到井下的具有一定动能和压力的洗井液流体或交流电,一、钻井基础概论,17,连续管钻井法(柔杆钻井法,钻头、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,图63 连续管钻井示意图,一、钻井基础概论,18,连续管钻井法(柔杆钻井法,特点,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,2)在起下钻时仍能保持洗井液的正常循环,3)由洗井液

7、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,5)具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中,一、钻井基础概论,19,钻 井 类 型,井的类型：由于钻井的目的、要求不同而产生的分类,通过钻井而达到探明地质情况，获取地下地层油气资源分布及相应性质等方面资料的井,以开发为目的，为了给已探明的地下油气提供通道，或为了采用各种措施使油气被开采出来所钻的井,一、钻井基础概论,20,探 井,一、钻井基础概论,21,开 发 井,一、钻井基础概论,讲 座 提 纲,一、钻井基础概论 二、钻井工程主体设备及工具 三、钻井工程工艺基础知识及施工流程 四、国内外钻井技术现状及发

8、展方向 五、钻井现场安全注意事项,23,图64 大庆I130型钻机,定义：钻井中所需各种机械设备的总称。 包括： 提升系统 旋转系统 循环系统 控制系统 柴油机 辅助设备,二、钻井工程主体设备及工具,24,钻机：石油钻井的地面配套设备，由多种机器设备组成的一套大功率重型联合工作机组，可以满足完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、完井及特殊作业和处理井下事故等要求,图64 大庆I130型钻机,二、钻井工程主体设备及工具,25,钻机的分类（钻井深度,二、钻井工程主体设备及工具,26,钻机的分类（动力设备,二、钻井工程主体设备及工具,27,钻机的分类（使用地区,二、钻井工程主体设备及工具

9、,28,钻机的组成及功能,1、起升系统,2、旋转系统,3、循环系统,4、驱动与传动系统,5、气控系统,6、井控系统,二、钻井工程主体设备及工具,29,钻机的组成及功能,1、起升系统,1)组成,2)功能,起下钻、接单根和钻进时的钻压控制,下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼,井架、天车、游动滑车、大绳、大钩及绞车,图64 大庆I130型钻机,二、钻井工程主体设备及工具,30,钻机的组成及功能,水龙头、转盘,2、旋转系统,1)组成,2)功能,保证在洗井液高压循环的情况下给井下钻具提供足够的旋转扭矩和动力，以满足破岩钻进和井下其它要求,保证在洗井液循环时钻柱能够旋转,带动整个钻柱及钻

10、头旋转,图64 大庆I130型钻机,二、钻井工程主体设备及工具,31,钻机的组成及功能,泥浆泵、泥浆净化装置(固相控制设备)和泥浆槽、罐等,3、循环系统,1)组成,2)功能,从井底清除岩屑,冷却钻头和润滑钻具,图65 洗井液循环系统示意图,二、钻井工程主体设备及工具,32,钻机的组成及功能,3、循环系统,洗井: 清洗井底、运移岩屑出井的工艺过程,洗井液功能及类型,洗井液：在钻井过程中，能够完成洗井循环而达到清洗井眼目的的流体。包括泥浆、清水、空气和天然气,类型,水基体系、油基体系和空气一天然气体系,二、钻井工程主体设备及工具,33,钻机的组成及功能,3、循环系统,洗 井 液 功 能,二、钻井工

11、程主体设备及工具,34,钻机的组成及功能,动力机、传动部分,4、驱动与传动系统,1)组成,2)功能,产生动力，并把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘,柴油机或 电动机,联轴器、离合器、 变速箱、皮带传动 及链条传动等装置,图64 大庆I130型钻机,二、钻井工程主体设备及工具,35,钻机的组成及功能,5、气控系统,控制面板(控制机构)、传输管线和阀门、执行机构以及压气机等,1)组成,2)功能,确保对整个钻机各个工作机构及其部件的准确、迅速控制，使整机协调一致的工作,图64 大庆I130型钻机,二、钻井工程主体设备及工具,36,钻机的组成及功能,6、井控系统,1)组成,防喷器组、钻井四通、节流管汇、压

12、井管线以及液、气压控制机构组成,2)功能,控制井内的压力，防止地层流体无控制地流入井中,图64 大庆I130型钻机,二、钻井工程主体设备及工具,37,二、钻井工程主体设备及工具,38,钻机的组成及功能,二、钻井工程主体设备及工具,39,钻机的组成及功能,钻井现场“十大件,钻机八大件是指：井架、天车、游动滑车、大钩、水龙头、绞车、转盘、泥浆泵,二、钻井工程主体设备及工具,40,15D,30DB,二、钻井工程主体设备及工具,41,二、钻井工程主体设备及工具,42,50,60,70,二、钻井工程主体设备及工具,43,70,二、钻井工程主体设备及工具,44,二、钻井工程主体设备及工具,45,二、钻井工

13、程主体设备及工具,46,二、钻井工程主体设备及工具,47,二、钻井工程主体设备及工具,48,二、钻井工程主体设备及工具,49,二、钻井工程主体设备及工具,50,二、钻井工程主体设备及工具,51,二、钻井工程主体设备及工具,52,二、钻井工程主体设备及工具,53,二、钻井工程主体设备及工具,54,二、钻井工程主体设备及工具,55,钻 井 工 具,一、井下钻具,水龙头以下至钻头的管柱和工具的总称。主要包括钻头和钻柱,1、钻头,影响钻井速度最直接的因素之一,二、钻井工程主体设备及工具,56,钻头的分类,按照钻切岩石面积及形状的不同,全面钻进钻头,取芯钻头,特种钻头,按照结构特点和破岩机理的不同,刮刀

14、钻头,牙轮钻头,金刚石钻头,二、钻井工程主体设备及工具,57,钻头的分类(刮刀钻头,1)刮刀钻头,图66 刮刀钻头,切削型钻头,适用地层：松软地层,工作原理：工作时其刀翼在钻压作用下吃入岩石，并在扭矩作用下剪切破碎岩石,破岩方式：以刮削、挤压和剪切为主的方式,二、钻井工程主体设备及工具,58,钻头的分类(刮刀钻头,刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命,二、钻井工程主体设备及工具,59,钻头的分类(牙轮钻头,2)牙轮钻头,组成：钻头体、水眼、巴掌、轴承和牙轮等,图67 牙轮钻头,二、钻井工程主体设备及工具,60,钻头的分类(牙轮钻头,2)牙轮钻头,破岩形式,具有冲击、压碎和剪切等多种形式,适用地层,从

15、软到坚硬的各种地层,工作原理：牙轮钻头在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿压碎并吃入岩石，同时产生一定的滑动而剪切岩石。当牙轮在井底滚动时，牙轮上的牙齿依次冲击、压入地层，这个作用可以将井底岩石压碎一部分，同时靠牙轮滑动带来的剪切作用削掉牙齿间残留的另一部分岩石，使井底岩石全面破碎，井眼得以延伸,二、钻井工程主体设备及工具,61,钻头的分类(牙轮钻头,牙齿与井底接触面积小、比压高、工作扭矩小等,特点,多牙轮钻头,牙轮数目,分类,单牙轮钻头,双牙轮钻头,三牙轮钻头,二、钻井工程主体设备及工具,62,钻头的分类(金刚石钻头,3)金刚石钻头,磨铣型钻头,破岩形式：破磨和铣削,适用地层：坚硬地层,二、钻井工程主体设备及工具,63,钻头的分类(金刚石钻头,二、钻井工程主体设备及工具,64,钻头的分类(取