石油钻井工程课件

主要内容一、钻井的目的和意义二、钻井的主要程序三、钻井设备、工具和仪器四、钻井的发展及趋势五、钻井关键技术六、钻井风险七、钻井取得的成就第1页/共61页一、钻井的目的和意义钻井的目的和意义寻找和证实含油气构造探明已证实的含油（气）构造的含油气面积和储量；取得油田的地质资料和开发数据将油气开采到地面上来第2页/共61页一、钻井的目的和意义钻井的类型

根据钻井目的和任务不同，钻井可分为探井和开发井：探井地质普查阶段基准井剖面井构造井区域勘探阶段预探井详探井开发井生产井注入井检查井第3页/共61页主要内容一、钻井的目的和意义二、钻井的主要程序三、钻井设备、工具和仪器四、钻井的发展及趋势五、钻井关键技术六、钻井风险七、钻井取得的成就第4页/共61页二、钻井的主要程序钻前准备定井位修公路平井场打基础设备搬运设备安装井口准备第5页/共61页二、钻井的主要程序安装过程演示第6页/共61页二、钻井的主要程序钻进钻进洗井接单根起下钻固井地质录井测井第7页/共61页二、钻井的主要程序钻进过程演示第8页/共61页二、钻井的主要程序钻井过程第一次开钻(一开)：从地面钻出较大井眼，到一定设计深度后下表层套管。第二次开钻(二开)：从表层套管内用较小一些的钻头继续钻进，若地层不复杂，则可钻到目的层后下油层套管完井，若地层复杂，则下技术套管。第三次开钻(三开)：从技术套管内再用小一点的钻头往下钻进。根据情况，或可一直钻达预定井深，或再下第二层、第三层技术套管。再进行第四次、第五次开钻，直到最后钻到目的地层深度，下油层套管。第9页/共61页二、钻井的主要程序完井和试油钻开油气层

油气层的特点：渗透性好、地层压力高

面临的问题：油气层易被污染、井喷

措施：（1）搞好地层孔隙压力的预测和监测（2）使用合理的钻井液密度钻油气层（3）使用和油气层配伍的钻井液（4）钻开油气层要尽量使用好固控设备第10页/共61页二、钻井的主要程序完井和试油选择合理的完井方法

完井方法应能满足有效封隔油气水层，能减少油气流入井的阻力，能防止油气层井壁坍塌，保证油气井长期稳定高产，能满足注水、压裂、酸化等特殊作业要求。安装完井井口装置

通过安装井口装置可以有控制的诱导油、气流，进行完井测试及投产后正常生产。第11页/共61页二、钻井的主要程序完井和试油试油

对可能出油（气）的生产层，在降低井内液柱压力的条件下，诱导油、气入井，然后对生产层的油、气产量、水产量，地层压力及油、气物理化学性质等进行测定，这一整套工艺技术就叫试油。只有通过试油才能知道油气层含油气情况。第12页/共61页定井位地质设计试车修公路平场地打基础安装下导管安全检查一开下表层套管注水泥候凝安装井口试油油井完成井口完成井底完成钻进取心测斜电测井拆卸设备成本核算钻井设计准备工程二开钻进取心测斜电测井下中层套管注水泥候凝安装井口三开钻进取心测斜电测井中途测井下油层套管注水泥候凝安装试油井口移交生产石油钻井建井过程

第13页/共61页主要内容一、钻井的目的和意义二、钻井的主要程序三、钻井设备、工具和仪器四、钻井的发展及趋势五、钻井关键技术六、钻井风险七、钻井取得的成就第14页/共61页三、钻井设备、工具和仪器钻井设备动力系统

钻机所需的各工作系统大多数是用柴油机做发动机，通过变速箱直接驱动或由柴油机发电来驱动钻井设备。第15页/共61页三、钻井设备、工具和仪器钻井设备提升系统

主要用来提升钻柱和下套管等。由井架、天车、游车、大钩、吊环等组成。第16页/共61页三、钻井设备、工具和仪器钻井设备旋转系统

用来旋转钻柱，向钻头提供扭矩。由转盘、转盘变速箱、水龙头、方钻杆组成。第17页/共61页三、钻井设备、工具和仪器钻井设备循环系统

循环系统将钻头切削地层产生的热量和岩屑带出井眼。泥浆泵排出管线立管水龙带水龙头方钻杆钻柱环空井壁钻头吸入管线洗井液返出管线第18页/共61页三、钻井设备、工具和仪器钻井设备井控系统

井控系统的作用是，当井内出现溢流、井涌时，可快速及时关闭井口防止井喷事故的发生。第19页/共61页三、钻井设备、工具和仪器钻井设备监测系统通过地质和钻井综合录井对井下的作业情况进行监测。通过司钻操作台的仪表对钻进参数如大钩负载、钻压、转数、扭矩、泵压、排量、钻速等进行记录和测量。第20页/共61页三、钻井设备、工具和仪器钻井设备顶部驱动

水龙头与钻井马达总成第21页/共61页三、钻井设备、工具和仪器钻井工具和仪器钻头

钻头是钻进中最重要的工具。钻头的不断改进促进了钻井技术的发展。第22页/共61页三、钻井设备、工具和仪器钻井工具和仪器钻柱主要组成：钻铤、钻杆、方钻杆主要作用：传递动力施加钻压输送洗井液延伸井眼等第23页/共61页三、钻井设备、工具和仪器钻井工具和仪器动力钻具

螺杆钻具是靠钻井液流在螺杆钻具的定子和转子间的容积挤压得到扭矩和转数。

涡轮钻具则是靠钻井液流冲击装在涡轮轴上的转子而得到扭矩和转数。第24页/共61页三、钻井设备、工具和仪器测量信息偏置导向执行机构控制机构MWD/LWD地面控制指令井下旋转导向钻井工具系统井眼信息导向指令双向通讯随钻测量系统地面监控系统半闭环导向钻井系统第25页/共61页三、钻井设备、工具和仪器钻井工具和仪器其它钻井工具

三片式钻杆卡瓦

稳定器

大钳

吊环

吊卡

第26页/共61页主要内容一、钻井的目的和意义二、钻井的主要程序三、钻井设备、工具和仪器四、钻井的发展及趋势五、钻井关键技术六、钻井风险七、钻井取得的成就第27页/共61页四、钻井的发展及趋势向“横”的方向发展（普通定向井）第28页/共61页四、钻井的发展及趋势向“横”的方向发展（丛式井）第29页/共61页四、钻井的发展及趋势向“横”的方向发展（丛式井）第30页/共61页四、钻井的发展及趋势向“横”的方向发展（丛式井）

埕北1B井组时效提高30%以上平均钻井周期4.04天靶心距均在15m以内第31页/共61页四、钻井的发展及趋势向“横”的方向发展（水平井）第32页/共61页四、钻井的发展及趋势向“横”的方向发展（水平井）第33页/共61页四、钻井的发展及趋势向“横”的方向发展（大位移井）海油陆采利用现有平台开采边际小油田扩大平台控油面积多目标大位移井开采多个断块油气藏第34页/共61页四、钻井的发展及趋势向“横”的方向发展（大位移井）埕北21-平1井水平位移3167.34米垂深2633.91米，测量井深4837.4米世界上位移最大的井：英国WF油田M-16井，位移10728m；英国WFM-14井，位移8938m，建井周期81.7天；Amoco公司在加拿大Wabasca油田完成的一口井，位移2988.3m、垂深411.9m，垂深位移比1：7.25；第35页/共61页四、钻井的发展及趋势向“深”的方向发展（深井、超深井）

深井、超深井钻井技术是为勘探和开发地层深处的油气资源而发展起来的。从我国的情况来看，陆上石油资源储量为694亿吨，目前探明172.8亿吨，探明率为25%；陆上天然气资源量

为30万亿立方米，目前探明1.2万亿立方米，探明率仅为4%。第36页/共61页四、钻井的发展及趋势向“深”的方向发展（深井、超深井）深井、超深井钻井的特点：裸眼井段长，要钻穿多套地层压力系统；井壁稳定性条件复杂；井温梯度和压力梯度高；深部地层岩石可钻性差；钻机负荷大。第37页/共61页四、钻井的发展及趋势向“深”的方向发展（深水钻井）

目前，在勘探比较成熟的海域例如墨西哥湾，石油勘探已转向深水海域，探井的水深已达到1500m，已开发了1000m水深的油田。我国南海的流花油田已从300m水深以下的油井中采出大量石油，并已在500m水深的海域钻过探井。

第38页/共61页四、钻井的发展及趋势向“小”的方向发展（小井眼井）

小井眼是钻井向快和省方向发展的重要措施，当小井眼能够满足勘探和开发的要求时，它无疑是一种好办法。正是由于小井眼钻井节约了套管成本、破岩成本、动力成本和运输成本，它一般可节约成本35％-50％，边远和运输困难的地区可能节约50％-75％的投资。第39页/共61页四、钻井的发展及趋势向“巧”的方向发展（多底井钻井）

从一口定向井或水平井中侧钻，钻出两个或多个分支井眼，这种钻井称为多底井钻井，它能够提高了产层的产能，节省了钻井和油田开发的投资。第40页/共61页分支井动画演示第41页/共61页四、钻井的发展及趋势向“巧”的方向发展（欠平衡压力钻井）减小对油气层的伤害有利于发现低压油气层明显提高机械钻速减少压差卡钻和井漏事故泥浆柱压力>油层压力井钻规常泵入泥浆泥浆柱压力<油层压力井钻衡平欠油气层泵入泥浆油气层第42页/共61页四、钻井的发展及趋势向“巧”的方向发展（连续管钻井）

显著提高起下钻换钻头的工作效率起下钻时可循环钻井液与欠平衡、超高压射流等钻井技术相容性好有利于实现自动化钻井Galileo连续管钻机第43页/共61页四、钻井的发展及趋势向“智”的方向发展（地质导向钻井）概念:地质导向钻井就是在钻井过程中通过随钻测量多种地质和工程参数,对所钻地层的地质参数进行实时评价和对比，根据评价对比结果而调整控制井眼轨迹，使之命中最佳地质目标并在其中有效延伸。优点:使现场人员根据地质目标情况有效地控制井眼轨迹的走向，回避风险，从整体上提高油田勘探开发的总体效果。

第44页/共61页四、钻井的发展及趋势向“智”的方向发展（地质导向钻井）

在复杂断块油藏、隐蔽油藏、薄油藏和老油田长期开采剩余的边底水构造油藏等复杂油气藏大有用武之地随钻测量系统地质导向软件系统曲线对比和模型修正第45页/共61页四、钻井的发展及趋势向“智”的方向发展（闭环钻井）开环钻井井下半闭环钻井井下闭环钻井全闭环钻井第46页/共61页四、钻井的发展及趋势向“智”的方向发展（闭环钻井）

闭环钻井，即全部钻井过程依靠传感器测量多种参数，依靠计算机获取数据，并进行解释和发出指令，最后由自动设备来执行，使钻井过程变成一种无人操作的自动控制过程。其明显的优点是非正常钻井时间和体力劳动大大减少，井眼轨迹控制更加精确，既可严格按照预定轨迹钻进，也可完全根据地下情况钻进。第47页/共61页主要内容一、钻井的目的和意义二、钻井的主要程序三、钻井设备、工具和仪器四、钻井的发展及趋势五、钻井关键技术六、钻井风险七、钻井取得的成就第48页/共61页五、钻井关键技术高效破岩技术

钻井是为了在地层岩石中形成一个井眼，因此，高效的破岩技术，是提高钻井速度、缩短建井周期、降低钻井成本的关键。在深井、超深井和大位移井中，由于起下钻时间占的比重越来越大，加上深部地层硬度和研磨性也越来越高，使得高效破岩技术在深井、超深井和大位移井中显得尤为迫切。第49页/共61页五、钻井关键技术携岩技术

将钻头破碎的岩屑从井底及时清除出去是提高钻速，减少钻井事故的关键。在大斜度井中，由于岩屑在重力作用下落到井壁下侧，影响钻柱的活动，增大了钻柱的摩阻扭矩，还容易引起井下复杂情况。第50页/共61页五、钻井关键技术井眼轨迹技术

由于岩石的非均质性和各向异性，钻头在地层中钻进会受到地层力的影响井眼的不规则和钻柱的不稳定运动加大井眼轨迹预测的难度控制理论被引入到井眼轨迹控制领域，地面遥控可变弯接头和可变径稳定器被研制出来旋转导向钻井系统第51页/共61页五、钻井关键技术井壁稳定技术

地层被打开后，井壁岩石便失去了原有的支撑力，如果井壁岩层固有的胶结强度较弱，便会失稳垮塌；有的地层如泥页岩地层容易吸水膨胀垮塌；有的地层如盐膏层容易发生蠕变；有的地层如盐岩层会导致钻井液性能变差，从而导致井下复杂情况。井壁稳定问题是目前迫切需要解决的问题，它严重制约了钻井的发展。第52页/共61页五、钻井关键技术地层评价技术地层评价主要包括地层的工程特性评价和油层的含油气情况评价进行地层工程特性评价是为了安全、优质、高效的钻井进行油层含油气情况评价是为了提高油层的穿透率，提高油田开发效果第53页/共61页五、钻井关键技术油气层保护技术为了防止油气流入井内，造成井涌、井喷等严重后果，通常使井内液柱压力略大于油气层压力当井内压力大于油气层压力时，钻井完井液中的固相颗粒也会侵入油气层的孔隙内，增加油气流动阻力，造成对油气层的严重损害正确诊断油气层损害机理是进行油气层保护的关键第54页/共61页五、钻井关键技术钻井环保技术在钻井过程中，若因预防措施不力而对井喷失去控制，将会对周围环境造成严重污染对废弃的钻井液和其它废弃物处理不当，则会对周围环境或水源产生污染钻遇地下硫化氢等有害气体时处理不当，更会殃及人畜的生命第55页/共61页主要内容一、钻井的目的和意义二、钻井的主要程序三、钻井设备、工具和仪器四、钻井的发展及趋势五、钻井关键技术六、钻井风险七、钻井取得的成就第56页/共61页六、钻井风险钻井风险因素钻井是一项多专业、多工种配合的野外流动作业，工作条件差，安全工作难度高钻井