钻井工艺流程-文档资料

1、1,任课教师：徐建功 单位：石油工程教研室,2,第二章 钻井施工工序,目 录,第三章 钻井地质基础,第一章 石油钻井概论,第四章 井口工具,第五章 钻头,第六章 下井钻具,第八章 钻井工艺技术,第九章 固井与完井,第十章 钻井仪器仪表,第十一章 井下复杂情况及事故处理,第七章 钻 井 液,第十二章 岗位巡回检查路线,第一章 石油钻井概论,3,第一章 石油钻井概论,第一节 石油勘探过程及技术,一、石油勘探的目的和方法 所谓石油勘探，就是为了寻找和查明油气资源，而利用各种勘探手段了解地下的地质状况，认识生油、储油、油气运移、聚集、保存等条件，综合评价含油气远景，确定油气聚集的有利地区，找到储油气的

2、圈闭，并探明油气田面积，搞清油气层情况和产出能力的过程。 随着现代科学技术水平的不断提高，勘探方法与技术的日趋成熟。要高水平、高效率的发现和寻找油气田必须充分利用各种勘探手段，采用各种先进技术和综合配套的勘探方法。 目前采用的工作方法有地质法、地球物理勘探法、地球化学勘探法和钻井法,4,地质法： 是传统的最基本、最主要的工作方法，其研究内容十分广泛，泛指地面地质调查、井下地质研究、各种地质资料的收集、实验（包括模拟）和地质综合分析，以及地球物理、地球化学等地质资料的解释。 地球物理方法： 是利用物理原理和技术获取某些地质参数、特征及变化规律，从而对地质问题作出实际的解释。它是油气勘探不可缺少的

3、重要勘探那手段。该方法包括地球物理和地球物理测井两种方法，是研究区域构造和局部构造的有效方法,5,地球化学勘探方法： 是应用地球化学的分支学科，它借助于现代分析测试仪器和技术手段在不同介质中鉴别石油和天然气化学成分、油气运移迹象及其在地表的衍生物，查明和评价区域含油气盆地远景，在是发展最快、周期短、见效快的一中方法。 钻井法： 就是打井找油气。在地质法、地球物理法和遥感法已初步查明的储油气构造上钻井，以确切探明地下是否有油、气及油、气、水的分布。是油气勘探中的重要手段，从勘探到开发油气藏都要钻井，但各个阶段的目的任务不同,6,地球物理勘探（简称物探）是油田勘探开发整个生产过程中的一个要环节。在

4、石油工业系统中，物探素有“油田先驱”、“勘探尖兵” 的称号。 物探法和其他勘探方法相比，具有轻便、快速、成本低的特点，而且几乎不受自然条件（山脉、平原、沙漠、海滩、海洋等）的限制； 物探法按照其物性依据不同，又可分为重力勘探、磁法勘探、电法勘探和地震勘探等。 地震勘探是地球物理勘探中一种最重要的的方法。所谓地震勘探，就是通过人工方法激发地震波，研究地震波在地层中的传播情况，以查明地下地质构造，为寻找油气田或其他勘探服务的一种物探方法,7,其原理是由人工制造强烈的震动(一般是在地下不深处的爆炸)所引起的弹性波在岩石中传播时，当遇着岩层的分界面，便产生反射波或折射波，在它返回地面时用高度灵敏的仪器

5、记录下来，根据波的传播路线和时间，确定发生反射波或折射波的岩层界面的埋藏深度和形状，认识地下地质构造，以寻找油气圈闭。 地震勘探一直是在覆盖区勘探油气的重要手段。20世纪80年代以来，引进先进的管理方法和技术设备，并加以消化吸收和发展，地震勘探技术有了很大进步，有力的促进了全国油气勘探的发展,8,发现了油藏之后我们该干什么,9,我们钻一口井进去 ! !,10,二、石油地震勘探的生产环节 物探生产的方法较多，各种方法的工序复杂，但基本生产过程都包括资料采集、处理和解释三个环节： 第一阶段是野外工作，即资料采集。这个阶段的任务是在地质工作和其他物探工作初步确定的有含油气希望的地区，布置测线，人工激

6、发地震波，并用野外地震仪把地震波传播的情况记录下来。 进行野外生产的组织形式是地震队。该阶段是安全管理和监控的重点。 第二阶段是室内资料处理。这个阶段的任务是根据地震波的传播理论，利用计算机，对野外获得的原始资料进行各种去粗取精，去伪存真的加工处理工作，以及计算地震波在地层内传播的速度等。 第三阶段是地震资料的解释。运用地震波传播的理论和石油地质学的原理，综合地质、钻井和其他物探资料，对地震剖面进行深入的分析研究，对反射层作出正确判断，对地下地质构造的特点作出说明，并绘制构造图，查明有含油气希望的构造，提出钻探井位,11,他们通过对目标区域进行测井知道是否有油气。 测井是用电缆将设备下到井下，

7、记录岩石的物理属性，如电阻，孔隙度，密度，放射性，孔隙压力等等,地质学家如何辨别地层中是否含有油气,12,砂,页岩,粉砂岩,页岩,粉砂岩,白云石,页岩,这是一个测井记录图的例子。地质学家通过观察测井记录，来决定应该继续把井进行 完井如果地层有油的话，或者把井封堵抛弃如果地层没有油的话,伽马射线,200 500 3000,电阻抗,孔隙度,看似是很好的砂岩,高阻抗， 可能是油气,低阻抗，可能是水,低孔隙度,高孔隙度,低阻抗，可能是水,高孔隙度,低孔隙度,高孔隙度,13,你能说出地质专家应该在哪一段进行完井吗,这里! 根据显示，这里是很干净的 砂岩，具有很好的孔隙度和阻抗,好孔隙度,好孔隙度,好孔隙

8、度,14,我们用什么钻井 ,15,钻井设备,以下是一些不同种类的钻井设备,钻井船和半潜式钻井平台用于水深100 ft到5000+ft情况的钻井,自升式钻井平台,用于水深15ft 到+/-350ft情况的钻井,内陆驳船钻井架,用于水深8ft 到30ft情况的钻井,16,钻井设备是什么,17,钻井设备: 一套可以使我们钻入地层的特殊设备。 一套钻井设备由很多不同的部分组成: 井架，地基，起重设备，发电机，钻杆，钢罐，泵，固控设备，还有很多其他部件。 你知道有的钻井设备可以钻探到地下6英里（9.7公里）深的地方吗？ 那比珠穆朗玛峰的高度还要大,Prepared by Tom Sheeran,第二节

9、钻井方法,18,19,20,第一章 石油钻井概论,钻井是利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大孔眼的过程。 钻井方法是指为了在地面以下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。在石油钻井现场上使用的钻井方法主要有顿钻钻井法和旋转钻井法。目前普遍使用的是旋转钻井法,为什么要钻井 （1）勘探石油要钻井探井 （2）开采石油要钻井生产井,21,井的示意图如图所示，图中分别标明了井口、井身、井壁、井底及井径、井段和井深。 钻井的实质就是要设法解决破碎岩石和取出岩屑、保护井壁、继续加深钻进方面的问题。 随着生产力的发展和科学技术的进步，钻井方法和相应的钻井设备也日趋现代化。由最初的顿钻钻井发展到旋转钻井,

10、22,1）顿钻钻井法,顿钻钻井(冲击钻井)：周期性地将钻头提到一定高度向下冲击井底，破碎岩石。 缺点是：破碎岩石，取出岩屑作业都是不连续的，钻头功率小、效率低、速度慢。设备简单，成本低。 不适应石油钻井对优质快速打井的要求,23,旋转钻井法包括地面驱动转盘旋转钻井和顶部驱动钻井法及井下动力钻具旋转钻井法。 驱动方法： 转盘驱动 顶部驱动 井下动力钻具驱动：螺杆钻具、涡轮钻具,2）旋转钻井法,24,第一章 石油钻井概论,第三节油气井类型 一、按井深划分井的类型 二、按钻井目的划分井的类型 1、探井：指其目的主要是通过钻井而探明地质情况，获取地下地层油气资源分布及响应性质等方面的井。他包括地质探井

11、、地层探井、预探井、祥探井、评价井等。 2、开发井：指以开发为目的，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。一般包括浅生产井、生产井、注水井和检查资料井,25,第二章 钻井施工工序,目 录,第三章 钻井地质基础,第一章 石油钻井概论,第四章 井口工具,第五章 钻头,第六章 下井钻具,第八章 钻井工艺技术,第九章 固井与完井,第十章 钻井仪器仪表,第十一章 井下复杂情况及事故处理,第七章 钻 井 液,第十二章 岗位巡回检查路线,第二章 钻井施工工序,26,第二章 钻井施工工序,钻井是一项系统工程，是多专业、多工种利用多种设备、工具、材料进行的联合作业。同时它又

12、是多程序紧密衔接，多环节环环相扣的连续作业。施工的全过程都具有相当的复杂性。 每一口井的完成包括钻前工程、钻进工程和完井作业三个阶段。每一项工程阶段又有一系列的施工工序。其主要工序一般包括：定井位、道路勘测、基础施工、安装井架、搬家、安装设备、一次开钻、二次开钻、钻进、起钻、换钻头、下钻、完井、电测、下套管、固井作业等,27,第二章 钻井施工工序,下 达 井 位,接收 钻井 设计,井 位 测 量,土 方 施 工,井架 就位 钻井 施工,复 测 井 位,施 工 准 备,钻机安装,水电讯,钻具转运,钻井物资,钻 前 验 收,停 注 放 溢,技 术 交 底,开 钻,加 重,中 途 检 测,完 钻,完

13、 钻 测 井,划 眼 通 井,下 套 管,施 工 准 备,固 井,固 井 检 验,搬 迁,交 付,28,校正设备应先找平、再找正 七字标准：平、稳、正、全、牢、灵、通。 五不漏要求：不漏油、气、水、电、钻井液,钻机安装要求,29,其中：钻前工程是指开钻前的准备工程。它包括以下内容：测定井位、落实水源、修筑道路、基础施工、井架安装、钻机搬迁与安装、土方工程施工、全套水、电、讯路的铺设和安装防冻保温设施以及备齐开钻钻具和用料，做好开钻井口准备（包括下导管和冲鼠洞）。工序衔接如下,第二章 钻井施工工序,安装防冻保温设施,测 定 井 位,修筑 道路 、井场,落 实 水 源,基 础 施 工,井 架 安

14、装,钻机 搬迁 、就位,备齐钻具、用料、工具,水、电、讯铺设,钻机安装,土方施工,开钻 井口 准备,30,钻进工程是指从开钻到全井进尺钻完所进行的施工。根据地质与工程设计的不同要求，这个时期可分为一次开钻、二次开钻或多次开钻。钻进工程的具体内容包括钻进（起下钻）、钻井取芯、测井、井壁取芯、中途固井等。一般正常工序衔接如下,第二章 钻井施工工序,一 次 开 钻,下 表层 套管,技术 套管 固井,表层 套管 固井,二 次 开 钻,测井、 井壁 取芯,下 技术 套管,三 次 钻进,钻达 目的层,31,第二章 钻井施工工序,钻进过程： 第一次开钻（一开），下表层套管。 第一次钻进对井眼一般要求要直。钻

15、进开始要控制钻压。在钻进过程中，要执行定深测斜制度，对易斜地层应采取满眼钻具或钟摆钻具组合等控制井斜措施。可使用减振器以减轻跳钻的危害，提高钻头和钻具的使用寿命。 钻达下表层套管深度后，及时下入表层套管、固井和高压试运转等作业,32,第二章 钻井施工工序,钻进过程： 第二次开钻（二开），从表层套管内用小一些的钻头往下钻进。下技术套管（中间套管），固井。 再次钻进前，必须先安装好井口装置，并找正天车、转盘和井口中心，固定牢靠。钻完固井水泥塞后，再次恢复钻进。除非是定向井、水平井等特殊工艺井施工，钻具组合应满足喷射钻井和防斜打直井技术要求。在施工过程中，要选择和使用优质钻井液，并及时进行钻井液的性

16、能调整和净化处理，使之符合钻井设计要求和有关规定。钻开油气层前，要按照钻井设计要求、井控规定和防火防爆的有关要求逐项检查合格,33,34,第二章 钻井施工工序,第三次开钻（三开），从技术套管内用再小一些的钻头往下钻进。若需要再进行第四次、第五次开钻，直至钻完井深，下油层套管，固井。 安全钻达下技术套管（或油层套管）深度后，应根据钻井设计要求，及时进行测井、下入技术套管（或油层套管）、固井等其他作业,35,地质录井 在钻进过程中，同时伴有地质录井作业地质录井的任务主要是取全取准各项地质资料及其有关的钻井施工资料钻进过程中的地质录井工作包括钻时录井、气测录井、钻井液录井、岩屑录井、岩心录井、压力录

17、井。 测井 测井是认识油气层和评价油气层的重要手段。测井在钻达预定井深或钻过油气层后进行。钻井队要为测井施工做好准备并配合好工作。具体内容见后边章节,36,钻井作业工序： 下钻：将钻具组合下入井中，使钻头接触井底，准备钻进。 钻进：钻进是进行钻井生产取得进尺的唯一手段。 接单根：随着正常钻进的继续进行，井眼不断加深，需不断地接长钻杆柱；每次接入一根钻杆，此作业称为接单根。 起钻：需要更换新钻头时，便将井中全部钻柱取出。 换钻头：起钻结束，将钻头提出井口，用专用工具卸下旧钻头，换上新钻头。 重复，形成正常钻井作业的大循环，直至钻达预定井深,37,完井工程是指从完钻井深至交井的工程阶段。完井方法有

18、四种： 裸眼完井：是指油气层井段不下套管封隔的完井方法； 射孔完井：是指钻穿油气层，将油层套管下过油气层底部，固井封隔油气层，再用射孔器射穿油气层井段的套管与水泥环，以形成油气流入井内通道的完井方法。 贯眼完井：是钻穿油气层后将带孔眼（或割缝）套管下至油气层底部，油气层以上井眼注水泥封隔的完井方法。 衬管完井：是钻至油气层顶部、下油层套管，注水泥封隔，再用小钻头钻穿油气层，下入带孔眼（或割缝）的衬管的完井方法,第二章 钻井施工工序,38,完井工程是按施工设计规定的完井方法进行施工的过程（本课仅介绍一般正常射孔完井程序）。完井工程阶段的作业程序包括：完井电测、井壁取芯、油层套管固井、试压、测声幅

19、、装井口装置等。一般正常工序衔接如下,第二章 钻井施工工序,完 井 电 测,井 壁 取 芯,装井口 装置,通 井,下 油层 套管,油层 固井 注水泥 候凝,测声幅 试压,资料 上报 交井,39,地层测试与原钻机试油 1）地层侧试 在钻井过程中钻开油气层或完井以后，为了及时了解有关生产层性能及其中所含油、气、水等具体情况，并取得有关资料，利用钻杆或油管柱将地层测试器和取样器下至待测试层段，进行不稳定试井，取得该地层的产量、温度、压力以及井底开关井时间与压力关系曲线等多项数据，并取得流体样品。通过分析解释，获得在动态条件下地层和流体的各项特性参数，及时评价油、气、水层，为勘探、开发决策提供可靠的依

20、据。 地层测试的现场施工一般经过井眼准备、现场设备与测试工具准备、组织协调施工队伍或人员落实、下钻、封隔器座封和开关井、解封封隔器、反循环、起钻等几个过程。 2）原钻机试油 原钻机试油就是由原钻井队人员用其原有设备，在有关单位的指导下，按试油施工设计进行试油作业。其一般程序为：安装井口及地面装置；下油管探底及调整钻井液；射孔；引导油气流。 区域探井、重点预探井、超深井等钻达油气层（完井）后一般应安排原钻机试油,40,第二章 钻井施工工序,目 录,第三章 钻井地质基础,第一章 石油钻井概论,第四章 井口工具,第五章 钻头,第六章 下井钻具,第八章 钻井工艺技术,第九章 固井与完井,第十章 钻井仪

21、器仪表,第十一章 井下复杂情况及事故处理,第七章 钻 井 液,第十二章 岗位巡回检查路线,第三章 钻井地质基础,41,第三章 钻井地质基础知识,钻井地质研究的对象： 钻井是石油、天然气勘探与开发的主要手段。石油与天然气都埋藏在地下不同深度的岩石中，因此钻井地质所研究的对象就是我们钻井所钻的岩石。 地球的构造 地球的内部结构：从外到里是由地壳、地幔、地核三部分组成。地壳的厚度一般为3040km，石油钻井的深度都在地壳的深度范围内,42,第三章 钻井地质基础知识,地壳中的岩石分类： 按成因分为三大类：岩浆岩、沉积岩和变质岩。 1、岩浆岩：是高温高压下的岩浆从地层深处侵入或喷出地表冷凝而成的岩石。主

22、要有花岗岩和玄武岩等，特点是无层理、块状。 2、沉积岩：是在地壳表层条件下，主要是母岩（即岩浆岩、变质岩及早期形成的沉积岩）的风化产物，经搬运、沉积后再经成岩作用而形成的岩石。常见的沉积岩有：泥岩及页岩、砂岩、砾岩、石灰岩等。 石油生成于并绝大部分储集于沉积岩的孔隙、裂缝和溶洞中。 3、变质岩：由于物理化学环境的改变，而使早期形成的岩浆岩、沉积岩以固体状态重新发生本质变化 而形成的岩石。常见的变质岩有：大理岩与片麻岩,43,第三章 钻井地质基础知识,主要沉积岩的介绍： 1、泥岩及页岩：粘土类沉积物经成岩作用而形成泥岩。呈薄片层状的泥岩称为页岩，含石油沥青丰富的页岩叫油页岩。 2、砂岩：砂粒（0

23、.012mm）经胶结物胶结在一起形成砂岩。胶结物一般有：硅质、钙质、铁质、泥质等。砂岩一般都具有孔隙，可以储存油、气、水。 岩石孔隙度：岩石孔隙体积与岩石的总体积之比。 孔隙度大且渗透性好的砂岩是很好的油气储集层。 3、砾岩：砂粒（ 2mm）经胶结物胶结在一起形成砾岩。 4、石灰岩：主要由碳酸钙沉积而成的岩石。 裂缝和溶洞发育的石灰岩也是很好的油气储集层,44,第三章 钻井地质基础知识,岩石的机械性质： 岩石在外力的作用下，由变形到破碎的过程中所表现出来的力学性质就叫岩石的机械性质。 与石油钻井有关的岩石机械性质主要有： 1、岩石的强度：是指岩石抵抗外力破坏的能力。 岩石的强度与岩石孔隙度及组

24、成岩石的物质成分有关，孔隙度大，强度小；矿物成分硬度较高，岩石的强度越大。 2、岩石的硬度：是指岩石抗压入的极限强度。岩石的硬度与孔隙度、造岩矿物成分及胶结物的性质有关。胶结物的强度一般认为：硅质铁质钙质泥质。 3、岩石的塑性：是指岩石在外力的作用下，破碎前呈现永久变形的性质。塑性岩石可采用切削破碎的方式。 4、岩石的研磨性：岩石磨损钻头的能力。石灰岩、泥页岩、泥板岩的研磨性小；石英砂岩、粗中粒花岗岩、燧石的研磨性大。 5、岩石的可钻性：一定条件下，钻进岩石的难易程度。与岩石的机械性质、破岩方式、钻井参数、钻井液性能、井底清洁程度等因素有关,45,第三章 钻井地质基础知识,岩石性质对钻井的影响

25、： 岩石性质对钻井工作的影响可分为两方面：即岩石的机械性质对钻井工作的影响与岩石的化学性质对钻井工作的影响。这两种因素相互或单独影响钻井速度与进尺；使钻井过程中发生井漏、井喷、井塌、卡钻等复杂情况；使钻井液受到污染等。 分别表现在： 1、粘土岩层：钻速快，但易水化膨胀导致井眼缩小，泥包钻头。 2、砂岩层：由于砂岩层有较好的渗透性，因此井壁易形成较厚的泥饼，引起粘附卡钻。 3、砾岩层：钻进中易蹩、跳钻和井壁垮塌，且钻具、钻头易疲劳损坏。 4、地层软硬交错：易发生井斜。 5、岩层中的可溶性盐：如钻遇石膏层、岩盐层等，岩层中大量的钙离子、碳酸根离子及重金属离子对泥浆的性能产生破坏,46,第三章 钻井

26、地质基础知识,地层的沉积顺序： 在地球历史发展的每一阶段，地球表面都有一套相应的地层形成。正常情况下，后形成的地层总是覆盖在先形成的地层上面，越在上面的地层其年代越年轻。 由于我们钻井的目的就是在地层中寻找油气藏及其他矿藏，因此必须对地层沉积顺序有一定的了解。 下面就对松辽盆地地层沉积顺序见面有介绍,47,松辽盆地地层沉积顺序表,黑帝庙油层,萨尔图油层,葡萄花油层,高台子油层,扶余油层,杨大城子油层,48,第三章 钻井地质基础知识,油气藏的基本特性 ： 钻井的任务就是钻开岩层查明和采出地下相对富集的、具有经济价值的石油和天然气即通常所称之“油气藏”。 每一个油气藏都是在一定的地质条件下形成的。

27、因此，每一个油气藏都具有各自的特点，但一般说来，构成一个油气藏都必须具备以下三个基本要素,储集层 即油气储存的场所。 储集层内的流体 包括石油、天然气和地层水。绝大多数油气藏中均有水与油气共生，它们之间的关系非常密切。 圈闭 是储集层中能捕获油气的“天然容器”，是保持油气不致散失的重要条件。圈闭是形成油气藏的必要条件之一,49,第三章 钻井地质基础知识,石油 1）化学组成 石油是一种成分非常复杂的天然有机化合物的混合物，其中主要成分是液态烃。 2）物理性质 颜色 石油的颜色是多种多样的，一般为黄褐色、棕色、淡黄色及暗绿色，也有白色、淡红色等。颜色决定于石油的化学成分，一般轻质油色浅，重质油色深

28、。 比重 石油在20时的重量与同体积4的纯水重量之比称为石油的比重，一般用表示。石油比重变化很大，一般在0.751.0之间，个别的大于1或小于0.75。 粘度 石油的粘度决定于石油的化学成分和温度、压力。温度增高石油粘度降低，而压力增加则粘度增大，石油中轻质油组分增加，粘度随着降低。石油粘度在不同油田和不同油层中变化是很大的,50,第三章 钻井地质基础知识,石油 2）物理性质 溶解性 石油不溶于水而溶于有机溶剂的性质称溶解性。石油能溶于氯彷、四氯化碳、苯、石油醚等。 发热量 石油的发热量大，化学成分不同发热量亦不同。一般烷烃石油比环烷烃、芳香烃石油发热量均高，与其它燃料相比，石油发热量就更高。

29、 荧光性 石油在紫外线照射下，具有发出一种特殊“光亮”的特性谓之荧光性。几乎所有的石油都具有荧光性。仅轻质汽油和石蜡例外。 旋光性 石油具有使偏光面发生旋转的特性称旋光性。只有有机化合物才具有旋光性，故石油的旋光性是石油有机成因说的有力根据之一。 凝固点 由于温度下降，由液态石油开始凝固为固态时的温度称凝固点。石油凝固点的高低与石油中重质组分的含量有关，特别与石蜡的含量有关，石蜡含量多，凝固点高，相反，石油中轻质组分含量高凝固点低。各地石油凝固点的变化范围较大，从-5030之间,51,第二章 钻井施工工序,目 录,第三章 钻井地质基础,第一章 石油钻井概论,第四章 井口工具,第五章 钻头,第六

30、章 下井钻具,第八章 钻井工艺技术,第九章 固井与完井,第十章 钻井仪器仪表,第十一章 井下复杂情况及事故处理,第七章 钻 井 液,第十二章 岗位巡回检查路线,第四章 井口工具,52,第四章 井 口 工 具,井场常见的井口工具有：吊卡、吊钳、卡瓦、安全卡瓦、液压大钳及滚子方补芯等 吊卡： 用于起下钻时，提升和下放钻具，并使钻具坐于转盘。在钻进中用于接单根。 吊卡主要由主体、活页、开口销、手柄、活页销、锁销手柄、平衡紧定螺钉和上锁销等部分组成。 通常可分为侧开双保险式、对开双保险式及闭锁环式。目前现场普遍采用的是侧开双保险式吊卡，其优点是体积小、重量轻、结构简单，操作和维护保养方便、安全,53,

31、第四章 井 口 工 具,吊钳： 分为外钳、内钳两种，工作时相互协作，主要用于起下钻、下套管及钻进接单根作业时，上卸钻具丝扣及紧扣。 目前现场普遍使用的是B型吊钳。 B型吊钳的结构比较复杂，主要由大钳销子、钳柄、吊杆、吊环、平衡螺丝、1扣合器（方框）、2固定扣合器（双公）、3长钳、4短钳（双母）、5 扣合器等十个部分呢组成。其中5 扣合器即为活动钳头，更换5 扣合器可上卸不同的钻具,54,第四章 井 口 工 具,卡瓦： 用于起下钻作业中卡光滑的管体。同时还可以将钻具卡紧于转盘中以传递扭矩划眼之用。 现场常用的是三片式卡瓦，主要有卡瓦体、卡瓦牙、衬套、压板、手把螺栓、铰链销钉、衬板和卡瓦手柄组成。

32、 现场钻井作业工作中要经常检查卡瓦牙是否固定牢靠，严防卡瓦牙坠入井内,55,第四章 井 口 工 具,安全卡瓦： 用于起下钻铤、取心筒和大直径的管子时卡于卡瓦上部，防止一旦卡瓦失灵时钻具溜入井内，以保证以上作业的安全性。 安全卡瓦由若干节卡瓦牙通过销子连接成一体，其两端又通过销孔的销柱与丝杠联结为一个可调节性卡瓦。 规格见下表,56,第四章 井口工具,液压大钳： 为井口机械化工具，主要由行程变速箱、减速装置、钳头、气控系统和液控系统等部分组成。 用于： 1、起下钻作业时在扭矩不超过100千牛.米范围内上卸钻杆接头、螺纹。 2、正常钻进时上卸方钻杆、接头。 3、上卸直径为203mm的钻梃。 4、甩

33、钻杆作业。 5、活动钻具，当转盘不能转动时，可用低档（2.7转/分）活动钻具，时间在半小时左右,57,第四章 井口工具,滚子方补芯： 主要由上盖、下座、轴、四个滚轮、紧固螺栓和加油杯等组成。 滚子方补芯的维护保养方面应注意的是： 1、每周检查保养。 2、完井后用压软金属法检查滚轮与方钻杆的间隙是否大于3mm。 3、完井后用撬杠撬动滚轮判断轴和滚轮轴承的磨损情况，检查移动量是否大于0.8mm。 4、完井后转动滚轮测量磨损深度是否大于3.2mm。 以上三项指标如超过允许值，必须检修或更换,58,第二章 钻井施工工序,目 录,第三章 钻井地质基础,第一章 石油钻井概论,第四章 井口工具,第五章 钻头

34、,第六章 下井钻具,第八章 钻井工艺技术,第九章 固井与完井,第十章 钻井仪器仪表,第十一章 井下复杂情况及事故处理,第七章 钻 井 液,第十二章 岗位巡回检查路线,第五章 钻头,59,第五章 钻头,钻头是直接破碎岩石，形成井眼的工具，它是影响钻井速度最直接的因素。 衡量钻头破岩效率高低的主要指标： 1、钻头进尺：一只钻头在整个使用过程中，其钻进的井段长度，单位为米（ m ）。 2、钻头寿命：在钻头的整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间（包括划眼），单位为小时（h）。 3、机械钻速：用钻头的进尺除以纯钻进时间，即单位纯钻进时间的钻头进尺，来表示钻头破碎岩石的能力和效果，单位为米/小时（m/h

35、）。公式为,60,第五章 钻头,例题： 某只钻头从1000m钻至2000m起钻，所用纯钻进时间为50h,求该钻头的机械钻速是多少？ 解：钻头机械钻速Vm=钻头进尺/钻头纯钻进时间=H/T =（2000-1000）50 =100050 =20 m/h 答：该只钻头的机械钻速为20m/h,61,第五章 钻头,常用钻头简介： 为适应不同的钻井目的、钻进地层和钻井工艺技术的要求，破岩钻头按照钻切岩石面积及形状的不同，可分为全面钻进钻头、环形钻进的取芯钻头以及用于钻水泥塞或钻锥形眼的特种钻头。 按照结构特点和破岩机理的不同又可分为刮刀钻头、牙轮钻头和金刚石及PDC钻头。下面就对这几种钻头做以简要介绍：

36、一、刮刀钻头： 刮刀破岩机理：刮刀钻头是靠其刀翼在钻压的作用下吃入岩石，并在扭矩作用下剪切破岩的，是切削型钻头。其破岩机理见下图,62,第五章 钻头,刮刀钻头的分类：刮刀钻头按刀翼数分为两翼刮刀、三翼刮刀和四翼刮刀；另外按刀翼底刃的形状还可分为平底和阶梯式刮刀钻头。现场常用的是平底三翼刮刀钻头,63,第五章 钻头,刮刀钻头的使用特点： 1、适用地层：刮刀钻头最适宜在松软软的泥岩、泥质砂岩、页岩等塑性和塑脆性地层钻进，其机械钻速较高。 2、使用参数：对于81/2in93/4in直径的刮刀钻头，正常钻进时，一般采用120160KN的钻压。钻压不能太大，否则会损坏钻头或钻柱，并易引起井斜。由于刮刀钻

37、头没有活动部件，可采用较高的转速，一般在2000m以前的浅井段选用200r/min左右，2000m以下的深井段选用100120r/min，转速太高会对钻柱的寿命产生不利影响。 由于刮刀钻头钻速快，单位时间内破碎的岩屑量大、块大，因此应选择较大的排量，以满足清岩和携岩的需要。 注意：当钻速明显下降，蹩跳钻现象加重或泵压突然升高时，应该起钻,64,第五章 钻头,二、牙轮钻头： 牙轮钻头的分类及结构特点：牙轮钻头按牙轮数目的不同分为单牙轮钻头、双牙轮钻头、三牙轮钻头及多牙轮钻头。按牙齿制造方法的不同又分为铣齿牙轮钻头和镶齿牙轮钻头。一般是由钻头体、水眼、巴掌、轴承和牙轮等部分组成。其中牙轮钻头的轴承

38、是非常重要的组成部分，在井下牙轮轴承要承受几吨到几十吨的钻压工作负荷很重，而且牙轮在井底的滚动会引起钻头的强烈振动，这就使牙轮轴承的磨损很快。它的磨损决定了钻头的寿命,65,第五章 钻头,二、牙轮钻头： 牙轮钻头的破岩机理：牙轮钻头是靠牙轮绕钻头轴线公转和自身转动所产生的冲击压碎和滑动剪切作用来破碎岩石的。牙轮钻头在井底的运动过程中，在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿压碎岩石并吃入岩石，同时产生一定的滑动而剪切岩石,66,第五章 钻头,牙轮钻头的合理使用： 牙轮钻头合理的使用时间，可根据上一只钻头的使用时间及磨损情况，参考邻井资料，考虑所选钻头的结构特点，初步确定钻头的下井使用时间，再根据钻进过程

39、中对轴承损坏和牙齿磨损情况的判断而确定。 1、轴承损坏情况的判断：钻头轴承磨损严重或损坏后，牙轮在井底的滚动要发生卡阻现象，钻头扭矩必然将急剧增大或波动增加，可由转盘和动力机的负荷变化中发现。当然在深井钻进中这种变化比较难发现，需要由其他监测手段来判断。 2、牙齿磨损情况的判断：钻头牙齿随着钻进的进行而不断被磨损，当所钻地层没有显著变化，而机械钻速明显下降，即可认为钻头牙齿已经磨损到不可在用了,67,第五章 钻头,牙轮钻头磨损分级： 1、牙齿的磨损分级。用三个牙轮中磨损最严重的一个牙轮作为评定该钻头的最终级别。 铣齿磨损分级 镶齿磨损分级,68,第五章 钻头,牙轮钻头磨损分级： 2、轴承的磨损

40、分级。用三个牙轮中晃动最严重的一个牙轮作为评定该钻头的最终级别。 普通轴承磨损分级,69,第五章 钻头,牙轮钻头磨损分级： 2、轴承的磨损分级。 密封轴承磨损分级,70,第五章 钻头,牙轮钻头磨损分级： 3、钻头直径磨损及其他部位的鉴定。钻头直径磨损用代号“J”表示，在它的右下角以数字表示直径磨损的毫米数。如“J2”表示直径磨损小于2毫米。 钻头其他部位损坏，例如储油密封系统、喷嘴、丝扣、焊缝、牙爪、爪尖等有无异常或损坏，牙轮有无裂纹、偏磨等现象，用文字简要说明,71,第五章 钻头,三、金刚石钻头及PDC钻头,金刚石钻头,PDC钻头,72,第五章 钻头,三、金刚石钻头及PDC钻头： 金刚石钻头

41、的结构及破岩机理：金刚石钻头由钻头体、胎体和金刚石切削刃三部分组成。其切削刃在钻压的作用下压缩并吃入岩石，在钻具扭矩的作用下，象犁地一样切削岩石 PDC钻头的结构及破岩机理：PDC钻头是聚晶金刚石复合片钻头的简称，由钻头体和切削齿组成。其破岩机理为对软地层主要是犁，对硬地层是靠剪切,73,第五章 钻头,由于PDC钻头没有活动零件，且切削破碎岩石的效率比压碾方式破碎岩石的效率高，因此PDC钻头具有较高的机械钻速，最适合于井下动力钻井。由于PDC钻头的聚晶金刚石复合片坚硬易碎，因此抗冲击性能较差。使用时高转速、低钻压,74,第五章 钻头,PDC钻头的合理使用 (1)钻头搬运过程中注意防碰，使用前检

42、查切削齿是否损坏，水眼是否堵塞。 (2)下钻时钻头上扣要使用专用卸扣板，并控制下放速度。尽量避免用钻头划眼，若必须划眼，应接上方钻杆，用大排量，缓慢转动钻头，且时间不超过2h。 (3)钻头下到井底后，提离井底05m以上，循环钻井液并缓慢转动钻具，以确保井底清洁。在钻头接触井底后，应以低转速和低钻压进行井底造型051m。 (4)用最优钻压试求法选定钻井参数以达到最快机械钻速，但不得超过厂家推荐的使用参数。可根据地层变化情况，适当调整参数，以获得最优的机械钻速,75,第五章 钻头,PDC钻头的合理使用 (5)钻进时坚持使用钻杆滤清器，以防水眼堵塞。按选定的钻压和转速进行正常钻进，送钻要均匀。钻遇硬

43、夹层时，可适当降低钻压，待钻穿后，再恢复正常钻压。 (6)遇到下列情况之一应考虑起钻： 钻头没有进尺。 泵压有明显升高或降低。 机械钻速突然降低，采取措施无效。 当低钻压钻进时，井底扭矩很大，且机械钻速降低。 通过每米成本计算钻头继续使用时已不经济,76,第五章 钻头,取芯钻头 取心钻头用于钻取岩心。取心钻头是以环状破碎井底岩石，在中心部位形成岩心柱。岩心收获率的大小、钻进快慢都与钻头质量和选择有关。取心钻头的结构设计要有利于提高岩心收获率。钻头钻进时应平稳以免振动损坏岩心，钻头外缘与中心孔应同心，钻头水眼位置应使射流不直射岩心处并减少漫流对岩心的冲蚀。钻头的内腔应能使岩心爪尽量靠近岩心入口处

44、，这样可使岩心形成后很快经岩心爪进入岩心筒而被保护起来，同时可使割心时尽量靠近岩心根部减少井底残留岩心,77,第五章 钻头,取芯钻头 根据取心所钻地层不同，取心钻头同样分为牙轮、刮刀和金刚石几种类型,78,第二章 钻井施工工序,目 录,第三章 钻井地质基础,第一章 石油钻井概论,第四章 井口工具,第五章 钻头,第六章 下井钻具,第八章 钻井工艺技术,第九章 固井与完井,第十章 钻井仪器仪表,第十一章 井下复杂情况及事故处理,第七章 钻 井 液,第十二章 岗位巡回检查路线,第六章 下井钻具,79,第六章 下井钻具,下井钻具的构成： 主要有方钻杆、钻杆、钻铤、钻杆接头、扶正器及各种配合接头。 1、

45、方钻杆位于钻柱的最上端，上部与水龙头相连，下部与钻杆相连，主要作用是传递扭矩和承受钻柱的重力。为了传递扭矩，方钻杆断面呈正方形或六边形。 方钻杆两端车有丝扣，上端为反扣，下端为正扣，防止旋转时自动卸扣。 为了接单根后方钻杆的方部可以进入方补心，要求他比单根长2-3米，一般长度为13-14.5米,80,第六章 下井钻具,2、钻杆是钻柱的基本组成部分，是由圆形断面、壁厚中空的无缝钢管制成。其主要作用为传递扭矩、输送钻井液、连接及延长钻柱以达到不断加深井眼的目的。 现场常用的钻杆全部为无细扣对焊钻杆，常用的单根长9米左右,81,第六章 下井钻具,3、钻铤是主要给钻头施加钻压之用及防止井斜， 钻铤是用

46、高级合金钢制成的，壁厚一般为3853mm，相当与钻杆的46倍，质量约为同长度钻杆的45倍，上接钻杆下接钻头，用它自身的重力给钻头加压。由于钻铤粗、刚性大，在钻压作用下不易产生弯曲，有利于防止井斜和钻具折断。钻铤的尺寸指的是外径，两端扣形都是粗扣，目前采用的钻铤尺寸有146.1mm、158.75mm、177.85mm、203.20mm、228.6mm,82,第六章 下井钻具,4、接头分为钻杆接头和配合接头两类。 其中钻杆接头是钻杆的组成部分，用以连接钻柱。其类型有： 内平接头：适用于外加厚及内加厚的钻杆。优点是钻井液流过接头阻力小，但易于磨损，强度较低。 贯眼接头：适用于内加厚及内外加厚的钻杆。

47、磨损接头比内平接头小，流动阻力较大。 正规接头：适用于内加厚钻杆。流动阻力最大，但它外径小，磨损小，强度较高。 5、接头类型的表示法： 三位数字表示接头的类型，第一位数字表示钻杆外径，第二位数字表示接头类型，一平二贯三正规，第三位表示公母扣，“1”表示公扣，“0”表示母扣。 如410表示41/2“钻杆内平式母扣接头,83,第六章 下井钻具,下井钻具的受力情况： 钻柱在不同的工作状态下受到不同的载荷，概括起来有轴向拉力和压力、弯曲力矩、离心力、扭矩、纵向振动、扭转振动和动载等力的作用。 钻柱工作时其最严重的受力部位是： （1）、钻进时：下部钻柱同时受到压力、扭矩和弯矩的组合交变应力作用。钻头遇阻

48、、遇卡都会使钻柱受到的扭矩增大。同时由于岩性变化，钻头的冲击及纵振、送钻不均匀等因素的影响，使“中和点”的位置频繁上下移动，所以“中和点”附近的钻柱受到交变载荷的作用，这也是钻具受力最严重部位。井口扭矩此时最大。 （2）、起下钻时：井口处的钻柱所受拉力最大,84,第六章 下井钻具,钻柱的损坏： 钻进时钻具在泥浆中长期受到交变载荷的作用，便会发生破裂或折断，决大多数、的钻具损坏有以下几种情况： 1、多数钻杆的损坏发生在钻进旋转中或从井底上提时，即使是遇卡提断，也是在疲劳裂纹已发展到一定程度后才导致破坏的。 2、大多数钻杆的破坏发生在距接头1.2米以内的部位。 3、钻杆的破坏往往与钻杆内表面存有严

49、重的腐蚀斑痕有关。 4、从钻杆外表面发生的破坏，一般与钻杆表面原有的伤痕有关,85,第六章 下井钻具,钻柱的损坏： 5、由于钻铤本体的的厚度大，因此钻铤的破坏通常发生在丝扣联结处。 由于钻柱在井内长期承受拉伸、压缩、扭转和弯曲应力循环因此疲劳破坏不可避免。疲劳破坏分为纯疲劳、伤痕疲劳和腐蚀疲劳破坏三种形式。 其中伤痕疲劳破坏是由钻柱表面的伤痕引起的，钻柱表面的伤痕有：卡瓦的；大钳的咬痕；旋扣链钳的咬痕和擦伤；印摸记号；橡胶保护器造成的够槽；电弧的灼伤；地层和井下金属碎削造成的刻痕,86,第六章 下井钻具,合理使用钻具： 用好、管好钻具，防止钻具发生事故，对优质、快速、安全钻井有着十分重要的意义

50、。所以必 须十分重视钻具的合理使用。 (1)如钻具丝扣不清洁，水眼不通，丝扣损坏和接头磨薄，本体有伤，磨损及弯曲超过使用标准时，一律不得下井使用。 (2)钻具上下钻台必须戴好护丝，上扣前必须清洗丝扣，检查台阶(因为钻具是依靠接头 台阶端面密封的，所以台阶面必须完好无损)，然后涂满清洁的标准丝扣油,87,第六章 下井钻具,3)上卸钻具丝扣时不得将吊钳咬在钻杆本体上，严禁磨扣、跳扣和用转盘绷扣。入井钻具必须用双钳按规定的上紧力矩扭紧。 (4)新车扣的钻铤、接头丝扣，要坚持磨合到光滑无毛刺才能下井(丝扣表面光滑及经磷化处理的则不需磨合)。 (5)入井钻具必须丈量好长度、内外径(钻铤、接头及打捞工具等

51、要准确测量，并画草图，做好详细记录。 (6)严格执行钻具探伤、试压规定,88,第六章 下井钻具,7)深井按要求定期倒换钻具。倒换钻杆时要成组倒换，目的是改变钻具的受力情况，使每个立柱轮流在不同的井深承受大小不同的负荷，以延长钻具的使用寿命。起钻时钻杆应错扣检查，以防粘扣。钻铤立柱按规定时间将所有的丝扣卸开，清洗检查。起钻时井架工检查钻具是否弯曲；内钳工检查钻具母扣；外钳工检查钻具公扣；内、外钳工共同检查钻具有无损伤和刺漏等情况。 (8)卸钻杆时必须卸成单根。拉下钻台的打捞工具、配合接头、钻铤提升短节和其它工具均应卸开,89,第六章 下井钻具,9)井场钻具必须放在专用管架台上，两端悬空长度不得超

52、过2米，钻铤、方钻杆的悬空长度：不得超过1米。井场钻具与其它各种管材必须分类摆放，最多不能超过三层。全部母接头对齐，接头密封面和丝扣要清洗干净并涂油防腐。 (10)钻具(包括其它管材)上面不得堆放重物及酸、碱等化学药品，并不得在上面进行电、气焊工作。 (11)在转运、回收、装卸及运输钻具过程中，不得在地面上拖拉和碰撞。在转运方钻杆时，短途使用专用架；长途运输则必须把方钻杆装在套管内，两端固定牢靠,90,第二章 钻井施工工序,目 录,第三章 钻井地质基础,第一章 石油钻井概论,第四章 井口工具,第五章 钻头,第六章 下井钻具,第八章 钻井工艺技术,第九章 固井与完井,第十章 钻井仪器仪表,第十一

53、章 井下复杂情况及事故处理,第七章 钻 井 液,第十二章 岗位巡回检查路线,第七章 钻 井 液,91,第七章 钻 井 液,92,一）钻井液的功用,钻井液（Drilling Fluids）是指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。钻井液又称作钻井泥浆（Drilling Muds），或简称为泥浆（Muds）。 钻井液的循环通过泥浆泵来维持。从泥浆泵排除的高压钻井液经地面高压管汇立管水龙带水龙头方钻杆钻杆钻铤到钻头，从钻头喷嘴喷出。再沿钻柱与井壁（或套管）形成的环形空间向上流动，到达地面后经排出管线流入泥浆池，再经各种固控设备进行处理后进入泥浆泵循环再用。 钻井液流经的各种

54、管件设备构成了一整套钻井液循环系统,一、钻井液的功用、类型、组成,93,94,一）钻井液的功用,携带和悬浮岩屑,清洗井底，保持井眼清洁。 稳定井壁和平衡地层压力，防止井下事故发生。 冷却和润滑钻头钻具 传递水动力 部分地支撑钻柱和套管的重量。 从钻井液中获得所钻地层的地质资料,95,一）钻井液的功用,96,二）钻井液的类型,按钻井液中流体介质不同，总体上分为三类 水基钻井液 油基钻井液 气体型钻井流体 近期又出现了一类合成基钻井液。其中最常用的为水基钻井液,97,二）钻井液的类型,98,水基钻井液的分类,1分散钻井液（Dispersed Drilling Fluids） 2钙处理钻井液（Cal

55、cium-treated Drilling Fluids） 3盐水钻井液（Saltwater Drilling Fluids） 4饱和盐水钻井液（Saturated Saltwater Drilling Fluids） 5聚合物钻井液（Polymer Drilling Fluids） 6钾基聚合物钻井液（Potassium-based Polymer Drilling Fluids,99,1分散钻井液(dispersed Drilling Fluids) 定义：用淡水、膨润土和各种对粘土与钻屑起分散作用的处理剂配制而成的水基钻井液 特点 可容纳较多的固相，适合于配制较高密度的钻井液 容易在井壁

56、上形成较致密的泥饼，失水较低 某些分散钻井液具有较强的抗温能力，适合于深井和超深井使用,100,2钙处理钻井液(Calcium treated drilling fluids) 定义：体系中同时含有一定浓度的Ca2+ 和分散剂。 特点 抗盐、钙污染的能力强 抑制粘土的水化分散作用，控制页岩坍塌和井径扩大，减少对油气层的损害 3盐水钻井液(saltwater drilling fluid) 定义：用盐水或海水配制而成。含盐量从1（Cl-为6000mg/l)直至饱和(Cl-为189,000mg/l)之前。 特点 对粘土水化有较强的抑制作用,101,4饱和盐水钻井液(Saturated saltwa

57、ter muds) 定义：钻井液中 NaCl的含量达到饱和的钻井液体系。 特点：用于钻进大段盐层和和复杂的盐膏层,102,5聚合物钻井液(Polymer drilling fluid) 定义:以某些具有絮凝和包被作用的高分子聚合物作为主处理剂的水基钻井液体系。 特点 各种固相颗粒可以保持在较粗的范围内 钻屑不易分散成细微颗粒 优点 钻井液密度和固相含量低，钻速高，地层损害小 剪切稀释特性强 聚合物处理剂有较强的包被和抑制分散的作用，有利于抑制地层造浆和保持井壁稳定,103,6钾基聚合物钻井液(potassium-base polymer DF) 定义：以各种聚合物的钾（或铵、钙）盐和KCl为主

58、处理剂的防塌钻井液体系 特点 在各种无机盐中，以KCl抑制粘土水化的效果最好。聚合物处理剂的存在使该钻井液体系具有聚合物钻井液的各种优良特性。 在钻遇泥页岩地层时，具有理想的防塌效果,104,三）钻井液的组成,水基钻井液是由膨润土（Bentonite）、水（或盐水）、各种处理剂、加重材料以及钻屑所组成的多相分散体系 。 油基钻井液是以水滴为分散相，油为连续相，并添加适量乳化剂、润湿剂、亲油的固体处理剂（有机土、氧化沥青等）、石灰和加重材料等所形成的乳状液体系。 气体型钻井流体：用高速空气或天然气清除钻屑,105,106,1-柴油，体积分数0.54；2-CaCL2 或NaCL，体积分数0.04；

59、3-水，体积分数0.30；4-低密度固体（粘土、钻屑、不溶性添加剂等），体积分数0.03；5-高密度固体，体积分数0.09,107,二、钻井液的常规性能,1、钻井液的密度 钻井液的密度是指每单位体积钻井液的质量，常用g/cm3（或kg/m3）表示。 在钻井工程上，钻井液密度和泥浆比重（Mud Weight）是两个等同的术语。其英制单位通常为lbm/bbl（即磅/加仑，或写做ppg），lg/cm3等于8.33lbm/bbl。 钻井液密度是确保安全、快速钻井和保护油气层的一个十分重要的参数。通过钻井液密度的变化，可调节钻井液在井筒内的静液柱压力，以平衡地层孔隙压力。有时亦用于平衡地层构造应力，以避

60、免井塌的发生,108,钻井液密度的测量,109,2、粘度 由于反映钻井液粘度的角度不同，钻井液的粘度有三种概念：表观粘度、塑性粘度和结构粘度。 （1）漏斗粘度(Funnel Viscosity)（表观粘度） 一定量的钻井液从规定的漏斗粘度计中流出所需的时间，用马氏漏斗测定，用FV表示，单位为s/L,110,马氏漏斗粘度计,111,2）塑性粘度(Plastic Viscosity) 塑性粘度的概念是：钻井液在层流时，钻井液中的固体颗粒与固体颗粒之间、固体颗粒与液体分子之间、液体分子与液体分子之间内摩擦力（即剪切力）的总和。符号：PV，常用单位：mPas(或cP)。 塑性粘度实际上是流动阻力的反映