石油工程导论21

1、石油工程导论石油工程导论第二部分：钻井工程第二部分：钻井工程第一讲第一讲 钻井在石油工程中的作用钻井在石油工程中的作用 钻井的作用钻井的作用 钻井队钻井队 旋转钻井设备旋转钻井设备 钻井分类钻井分类 海上钻井海上钻井 钻井经济钻井经济1.1 钻井的作用钻井的作用地震地震Seismic钻井钻井Drilling油藏油藏Reservior采油采油Production钻井钻井Drilling作业作业Workover增产增产Stimulation提高采收率提高采收率EOR废弃废弃Abandonment地质地质Geology测井测井Logging勘探阶段勘探阶段开发阶段开发阶段测井测井Logging 石油

2、工程石油工程Exploration Appraisal Development Maintenance AbandonmentThe life of an oil or gas field can be sub-divided into the following phasees:The length of the exploration phase will depend on the success or otherwise of the exploration wells. There may be a single exploration well or many exploratio

3、n wells drilled on a prospect. If an economically attractive discovery is made on the prospect then the company enters the Appraisal phase of the life of the field. During this phase more seismic lines may be shot and more wells will be drilled to estimate the lateral and vertical extent of (to deli

4、neate) the reservoir. These appraisal wells will yield further information, on the basis of which future plans will be based. The information provided by the appraisal wells will be combined with all of the previously collected data and engineers will investigate the most cost effective manner in wh

5、ich to develop the field. If the prospect is deemed to be economically attractive a Field Development Plan will be submitted for approval to the secretary of the State for Energy. It must be noted that the oil company is only a licencee and that the oilfield is the property of the state. The state m

6、ust therefore approve any plans for development of the field. If approval for the development is received then the company will commence drilling Development wells and constructing the production facilities according to the Development Plan. Once the filed is on-stream the companies commitment conti

7、nues in the form of maintenance of both the wells and all of the production facilities.After many years of production it may be found that the field is yielding more or possibly less hydrocarbons than initially anticipated at the Development Planning stage and the company may undertake further appra

8、isal and subsequence drilling in the field.At some point in the life of the field the costs of production will exceed the revenue from the field and the field will be abandoned. All of the wells will be plugged and surface facilities will have to be removed in a safe and environmentally acceptable f

9、ashion.1.2 钻井队钻井队 钻一口井需要多种技术，由多个公司合作完成。钻一口井需要多种技术，由多个公司合作完成。 作业者作业者Operator ：管理钻井和采油操作的油公司。管理钻井和采油操作的油公司。 多家公司共同投资的勘探区块，通常选一个公司为作业多家公司共同投资的勘探区块，通常选一个公司为作业者。者。 油公司雇用钻井承包商（油公司雇用钻井承包商（ Drilling contractor ）钻井。）钻井。日费制（日费制（Day-rate contract） 最主要的承包形式；最主要的承包形式； 作业者准备了详细的钻井设计（作业者准备了详细的钻井设计（well design）和钻井施

10、）和钻井施工程序；工程序； 钻井承包商只简单提供钻机（钻井承包商只简单提供钻机（drilling rig）和井队人员；）和井队人员； 井队只获取日费；井队只获取日费； 所有消费所有消费 (如如drilling bits, cement)、运输、运输 transport和和 支持服务由作业者承担。支持服务由作业者承担。承包形式承包形式 Contracting strategies 大包大包 (Turnkey contract) 钻井承包商负责出设计、承包运输、技术支持，负责买所有耗材。作业者支付给钻井承包商总费用。 作业者的职责是对整口井指定钻井靶点（drilling targets）,进行过程

11、评价和质量控制。 油公司通常派一名代表住在井队，称为钻井监督油公司通常派一名代表住在井队，称为钻井监督“company man”，负责钻井按设计进行，并对影响钻井，负责钻井按设计进行，并对影响钻井进程的事项做决定，并整天与平台经理进程的事项做决定，并整天与平台经理superintendent打交道。打交道。 有时也有油公司的钻井技术人员和地质家在井场。有时也有油公司的钻井技术人员和地质家在井场。 钻井公司（钻井公司（The drilling contractor）会指定一名平台经）会指定一名平台经理（理（ superintendent）负责井队的全部工作。他对钻台负责井队的全部工作。他对钻台上

12、的所有工作负责，并保持与钻井监督的联系，使其对钻上的所有工作负责，并保持与钻井监督的联系，使其对钻井过程满意。井过程满意。 钻井操作由井队成员完成。钻井操作由井队成员完成。 由于钻井要每天由于钻井要每天24小时连续工作，因此要小时连续工作，因此要2班倒，每班由班倒，每班由司钻司钻 driller负责。负责。钻井工作钻井工作 Drilling activity 井队成员包括一名井架工井队成员包括一名井架工 （ derrickman ），），3名钻工名钻工（roughnecks ），），1名机修工名机修工 （mechanic），），1名电工名电工（an electrician）, 1名名crane

13、 operator 和多名杂工和多名杂工 （roustabouts ）。）。 必要时，还需要服务公司人员，必要时，还需要服务公司人员，(e.g. mud engineer or directional drilling engineer).Personnel in Drilling a Well 井位由油公司的地质家或油藏工程师确定，并提井位由油公司的地质家或油藏工程师确定，并提供井的地质信息（供井的地质信息（drilling proposal）。）。 Drilling proposal: 钻井目的钻井目的Objective of the well 目标点井深和位置目标点井深和位置Depth

14、and location (longitude and Latitude) of target 地质分层剖面地质分层剖面Geological cross section 地层三压力剖面地层三压力剖面Pore pressure profile prediction 钻机类型钻机类型 Drilling rig to be used for the well井位井位 Proposed location for the drilling rig井眼尺寸及深度井眼尺寸及深度 Holes sizes and depths套管尺寸及下深套管尺寸及下深 Casing sizes and depths钻井液钻井

15、液 Drilling fluid specification定向井信息定向井信息 Directional drilling information井控装备与过程井控装备与过程 Well control equipment and procedures钻头和钻井水力学钻头和钻井水力学 Bits and hydraulics program钻井设计内容钻井设计内容 Drilling program:1.3 旋转钻井设备旋转钻井设备 钻机及其分类 钻机的组成和功能 钻井工具1.3.1.1 1.3.1.1 钻机钻机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。1

16、.3.1 钻机及其分类1.3.1 钻机及其分类1.3.1.2 1.3.1.2 钻机的分类钻机的分类海洋钻机陆地钻机按使用地区分类交流电驱动钻机直流电驱动钻机柴油机驱动钻机按动力设备分类轻便钻机大型钻机按钻井深度分类1.3.2 钻机的组成及功能 起升系统起升系统 循环系统循环系统 旋转系统旋转系统 驱动及传动系统驱动及传动系统 气控系统气控系统 井控系统井控系统气控系统气控系统组成：组成：控制面板、传输管线及阀门、执行机构和控制面板、传输管线及阀门、执行机构和压气机。压气机。功能：功能：确保对整个钻机和各个工作机构及其部件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。的准

17、确、迅速控制，使整机协调一致。1.3.3.1 钻头1.3.3 钻井工具刮刀钻头刮刀钻头牙轮钻头牙轮钻头金刚石钻头金刚石钻头取心钻头取心钻头特种钻头特种钻头按结构特按结构特点和破岩点和破岩机理分：机理分：按钻切岩按钻切岩石面积及石面积及形状分：形状分：1.3.3.1 钻头刮刀钻头刮刀钻头的组成：钻头体、刀翼和水眼钻头体刀翼水眼1.3.3 钻井工具钻井工具1.3.3.1 钻头刮刀钻头 刮刀钻头的分类刀翼数刀冀底刃的形状两翼(鱼尾式)刮刀钻头三翼刮刀钻头四翼刮刀钻头阶梯式刮刀钻头平底式刮刀钻头最常用1.3.3 钻井工具钻井工具1.3.3.1 钻头刮刀钻头 刮刀钻头的使用特点适用于松软地层，机械钻速高

18、；易井斜；刮刀钻头寿命取决于刀翼，通常在刀翼上镶硬质合金块以延长其使用寿命。1.3.3 钻井工具钻井工具1.3.3.1 1.3.3.1 钻头钻头牙轮钻头牙轮钻头 牙轮钻头的组成：钻头体、牙轮、巴掌、水眼和轴承。钻头体巴掌水眼压轮1.3.3 钻井工具钻井工具1.3.3.1 1.3.3.1 钻头钻头牙轮钻头牙轮钻头 牙轮钻头的分类四牙轮钻头牙轮数目单牙轮钻头双牙轮钻头三牙轮钻头最常用1.3.3 钻井工具钻井工具1.3.3.1 1.3.3.1 钻头钻头牙轮钻头牙轮钻头 牙轮钻头的使用特点牙轮钻头适用于从软到坚硬的各种地层；牙轮钻头的寿命取决于牙齿和轴承的磨损情况。1.3.3 钻井工具钻井工具1.3.

19、3.1 1.3.3.1 钻头钻头金刚石钻头金刚石钻头 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1.3.3 钻井工具钻井工具1.3.3.1 钻头金刚石钻头 金刚石钻头的分类金刚石的来源天然金刚石钻头人造金刚石钻头钻头的结构形状金刚石钻头PDC钻头金刚石镶装特点表镶金刚石钻头孕镶金刚石钻头1.3.3 钻井工具钻井工具1.3.3.1 1.3.3.1 钻头钻头金刚石钻头金刚石钻头 金刚石钻头的使用特点主要适用于坚硬地层，PDC钻头适用于软到中硬地层；损坏主要为金刚石切削齿的热损坏、胎体被冲蚀、切削齿受冲击而产生的碎裂。1.3.3 钻井工具钻井工具钻柱是用各种接头将方钻杆、钻

20、杆和钻铤等部件连接起来组成的入井管柱，通常指钻头以上的钻具。 钻柱的主要功用传递扭矩施加钻压输送洗井液计量井深起下钻头1.3.3 钻井工具钻井工具1.3.3.2 钻柱钻柱方钻杆主要作用：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1.3.3 钻井工具钻井工具1.3.3.2 钻柱钻柱钻杆主要作用：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 。1.3.3.2 钻柱钻柱1.3.3 钻井工具钻井工具

21、钻铤主要作用： 给钻头施加压力。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 。1.3.3.2 钻柱钻柱1.3.3 钻井工具钻井工具 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4、提升短节油田现场：“三吊一卡”1.3.3 钻井工具钻井工具1.3.3.3 井口工具井口工具 吊钳吊钳上、卸钻杆、钻铤和套管丝扣。1.3.3 钻井工具钻井工具1.3.3.3 井口工具井口工具液压大钳（钻杆动液压大钳（钻杆动力钳）力钳）集扭矩钳和旋扣钳于一体，上卸扣替代猫头、吊钳和旋绳。1.3.3 钻井工具钻井工具1.3

22、.3.3 井口工具井口工具 吊卡和吊环吊卡和吊环作用：起升、悬持和下放钻具。1.3.3 钻井工具钻井工具1.3.3.3 井口工具井口工具卡瓦和安全卡瓦卡瓦和安全卡瓦作用：在井口悬持无台肩钻具，如钻铤等。1.3.3 钻井工具钻井工具1.3.3.3 井口工具井口工具提升短节提升短节作用：用来提升外壁无台肩的钻铤和其它井下管串。1.3.3 钻井工具钻井工具1.3.3.3 井口工具井口工具1.4 钻井分类钻井分类 按钻井目的分类按钻井目的分类 按井斜角分类按井斜角分类 按井深分类按井深分类 探井：探井：为探明地质情况、获取地下油气资源分布及相应性为探明地质情况、获取地下油气资源分布及相应性质等方面资料

23、而钻的井。质等方面资料而钻的井。地质浅井地质浅井地层探井地层探井预探井预探井详探井详探井资料井资料井 开发井：开发井：以开发为目的，为了给地下油气开采提供通道，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。或为了采用各种措施使油气被开采出来所钻的井。油气井油气井注入井注入井检查、观察井检查、观察井1.按钻井目的分类3 3按井深分类按井深分类 浅井浅井 H2500m 中深井中深井 2500H4500 深井深井 4500H6000m2按井斜角分类直井：直井：设计的井眼轴线为一铅垂线的井设计的井眼轴线为一铅垂线的井定向井：定向井：设计的目标点与井口不在一铅垂线

24、上的井。设计的目标点与井口不在一铅垂线上的井。 。水平井水平井：井眼进入目的层时井斜角接近、等于或大于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。并在目的层中延伸一定长度的定向井。1.5 海上钻井（海上钻井（Offshore Drilling）油气来自海洋offshore fieldIn the north Sea, exploration wells are drilled from a jack-up or a semi-submersible drilling rig. A jack-up(自升式钻井船) has retractable legs whi

25、ch can be lowered down to the seabed. The legs support the drilling rig and keep the rig in position. Such rigs are generally designed for water depth up to 350 ft water depth.A semi-submersible rig (半潜式钻井船)is not bottom supported but is designed to float. Semi-submersibles can operate in water depths of up to 3500ft. In very deep w