钻井工程操作手册

钻井工程操作手册前言本操作手册旨在为钻井工程现场作业人员、技术人员及管理人员提供系统、规范且实用的操作指引，涵盖钻井工程全流程的技术要求、安全规范与管理要点。手册依据《石油天然气钻井工程施工规范》（SY/T5964）、《钻井井控技术规程》（SY/T6426）等行业标准编制，适用于陆地及海洋常规油气钻井、地热钻井、水井钻井等工程场景，可作为作业培训、现场指导及质量管控的核心参考文件。第一章钻井工程前期准备1.1井位勘察与设计1.1.1地质勘察开展区域地质调研，分析目标地层的岩性、孔隙度、渗透率及压力系统，明确含油气（或水源）层位埋深、厚度及邻层关系。采用物探（地震、电法）、化探等手段圈定有利构造，结合邻井资料评估井漏、井喷、地层蠕变等风险。1.1.2井位选址避开生态敏感区（如自然保护区、饮用水源地）、地下管网及文物保护区，满足《钻井工程环境保护技术规范》（SY/T6788）的距离要求。考虑地形坡度（≤15°为宜）、交通便利性及设备进场条件，预留应急通道与消防空间。1.1.3钻井设计编制井身结构设计：根据地层压力剖面，确定表层套管、技术套管及生产套管的尺寸、下入深度，确保套管鞋坐封于稳定地层，满足井控安全系数（通常≥1.5）。钻井液设计：结合地层特性选择钻井液体系（水基、油基或合成基），明确密度、黏度、失水等关键参数，兼顾携岩、护壁与储层保护需求。施工进度计划：细化开钻、二开、固井、完井等节点工期，预留复杂地层（如盐膏层、破碎带）的处置缓冲期。1.2设备选型与调试1.2.1钻机系统依据井深、最大钻压及地层硬度选择钻机型号（如ZJ30、ZJ50），配套天车、游车、大钩等提升系统，确保额定载荷≥1.2倍最大钻柱重量。动力系统优先采用柴油发电机组或电网供电，配备应急发电装置，保证连续作业能力。1.2.2泥浆泵与循环系统泥浆泵排量需满足“钻头水功率≥地层破岩阈值”，通常选择双泵并联（如F-1600型），泵压储备系数≥1.2。安装振动筛、除砂器、除泥器、离心机等固控设备，确保钻井液含砂量≤0.5%，固相颗粒≤10μm。1.2.3井控设备配备与井口尺寸匹配的防喷器组（环形防喷器+闸板防喷器），压力等级≥地层破裂压力，定期进行试压检测（每月一次）。安装节流压井管汇，具备远程控制功能，节流阀调节精度≤0.5MPa。1.2.4设备调试空载试运行：检查钻机起升、旋转系统的稳定性，泥浆泵压力、排量的线性度，井控设备的开关灵活性。带载测试：以设计钻压的80%进行试运转，验证设备联动性，记录关键参数（如扭矩、泵压波动）。1.3材料与工具准备1.3.1钻具与套管钻杆选用API标准（如E75、S135钢级），逐根进行无损探伤，丝扣涂抹专用密封脂，库存时避免腐蚀、变形。套管按设计要求定尺加工，螺纹采用偏梯形或直连型，出厂前需通过静水压试验（压力≥1.5倍额定工作压力）。1.3.2钻井液材料水基钻井液：储备膨润土、纯碱、降滤失剂（如PAC）、润滑剂（如石墨粉），用量按“钻井液总量×1.2”储备。油基钻井液：准备基础油、乳化剂、加重剂（如重晶石粉），设置专用储存罐，远离火源。1.3.3井下工具钻头：根据地层岩性选择（牙轮钻头顶地应力、PDC钻头适用于软-中硬地层），备用数量≥2只。随钻工具：MWD/LWD设备需提前标定，电池续航能力≥168小时，数据传输成功率≥95%。第二章钻井设备操作规范2.1钻机操作2.1.1起升系统挂合游车大钩时，检查钢丝绳排列是否整齐，绳卡数量（≥3个）及间距（≥10倍绳径）符合要求。起下钻时，速度控制：空井段≤0.5m/s，带钻柱时≤0.3m/s，接近井口/井底时减速至≤0.1m/s。2.1.2旋转系统开泵前确认转盘锁定，启动后逐步提钻压，避免“顿钻”（钻压突变≤50kN）。钻进时监控扭矩：正常地层扭矩波动≤±10%，若超过20%需停钻检查（如钻头泥包、井下落物）。2.1.3动力系统柴油机启动前检查机油、水温，怠速运转3分钟后加载，负荷率≤85%，避免长时间满负荷运行。发电机并联运行时，频率差≤0.5Hz，电压差≤5%，同步后逐步转移负荷。2.2泥浆泵操作2.2.1启动与停泵启动前打开泵腔放空阀，排出空气，点动确认活塞运行方向，待泵压稳定后关闭放空阀。停泵前先降低排量，打开回流阀卸压，严禁带压停泵。2.2.2参数调节排量调节：通过泵冲次（____冲/分）或缸套直径（____mm）调整，确保钻头喷嘴流速≥15m/s。泵压控制：正常钻进时泵压波动≤±0.5MPa，若骤降需检查管线刺漏、钻头水眼堵塞。2.3固控设备操作2.3.1振动筛筛布目数根据钻井液密度选择（低密度用100目，高密度用150目），安装时张紧度适中（下垂量≤5mm）。每班次清理筛布上的岩屑，避免堵塞，若筛布破损需立即更换。2.3.2离心机启动前检查转鼓平衡，进料速度≤设计值的80%，待分离效果稳定后逐步提量。分离出的固相（如重晶石）需回收，液相返回钻井液罐，确保回收率≥90%。2.4井控设备操作2.4.1防喷器开关环形防喷器：关闭时泵压≤10.5MPa，开井后需泄压至0，避免长期承压损坏胶芯。闸板防喷器：开关前确认钻具尺寸与闸板型号匹配，关闭后检查旁通阀是否打开，防止憋压。2.4.2节流压井井涌时启动节流阀，控制套压≤最大允许关井压力（MAASP），压井液密度按“原浆密度+（套压/9.8）”计算。压井过程中每循环一周，检测进出口密度差≤0.02g/cm³，确保压井彻底。第三章钻井施工核心流程3.1开钻与钻进作业3.1.1一开作业安装表层套管导向装置，开钻时排量≥设计值的1.2倍，确保井眼清洁，钻进至设计深度后循环洗井30分钟。下套管前通井，通井规外径≥套管内径的95%，下放速度≤0.2m/s，遇阻时禁止硬压。3.1.2二开及后续钻进换钻头后先小排量开泵（≤50%设计排量），待井眼返出钻井液后逐步提量，防止井漏。钻进参数优化：软地层（如泥岩）采用高转速（____rpm）、低钻压（____kN）；硬地层（如花岗岩）采用低转速（40-60rpm）、高钻压（____kN）。3.1.3井眼轨迹控制定向井：通过MWD实时监测井斜角（≤3°/100m）、方位角，调整钻具组合（如弯螺杆+稳定器），确保狗腿度≤6°/100m。水平井：进入水平段前提前增斜，造斜率≤10°/100m，水平段井眼轨迹偏差≤±0.5m。3.2固井作业3.2.1套管准备套管串按“引鞋+套管+浮箍+套管+联顶节”顺序组装，丝扣上紧扭矩≥设计值的90%，浮箍需进行密封性测试（充气压力≥3MPa，保压10分钟无泄漏）。3.2.2注水泥施工前置液：用量为环空体积的1.2倍，密度≤水泥浆密度-0.05g/cm³，确保冲洗井壁。水泥浆：采用双机供浆，密度误差≤0.02g/cm³，顶替量精确计算（套管内容积+环空体积-水泥塞体积），顶替效率≥95%。3.2.3候凝与试压候凝时间：油井水泥≥48小时，气井水泥≥72小时，期间禁止碰压、活动套管。试压：套管试压压力为额定工作压力的1.2倍，稳压30分钟，压降≤0.5MPa为合格。3.3完井作业3.3.1钻具起出与井筒清理起钻前循环钻井液2周，确保井眼清洁，起钻速度≤0.3m/s，每柱钻杆灌钻井液（量为环空体积的1.1倍），防止井壁坍塌。通井：采用与生产套管内径匹配的通井规，通井至人工井底，记录阻卡点位置。3.3.2完井测试油井：进行产能测试（如DST测试），记录日产液、气油比、含水等参数，评估储层产能。水井：抽水试验，稳定流量下测量动水位、静水位，计算出水量与渗透系数。3.3.3井口装置安装安装采油树（或井口房），法兰连接螺栓对称上紧，井口压力等级与套管一致，安装后进行整体试压（压力≥1.5倍工作压力）。第四章安全操作与应急管理4.1安全操作规范4.1.1井场安全井场布局：值班房、锅炉房距井口≥30m，油罐区距井口≥50m，设置环形消防通道（宽度≥4m）。用电安全：防爆电器接地电阻≤4Ω，临时电缆架空高度≥2.5m，严禁私拉乱接。4.1.2高空作业2m以上作业必须系安全带，使用防坠器，工具放置在工具袋内，严禁抛掷。遇6级以上大风、雨雪天气，停止高空作业。4.1.3受限空间作业进入泥浆罐、套管仓等受限空间前，强制通风≥30分钟，检测氧气含量（19.5%-23.5%）、可燃气体浓度（≤爆炸下限的10%）。作业时专人监护，配备应急逃生绳与气体检测仪。4.2应急处置流程4.2.1井漏处置发现井漏（出口排量＜进口排量），立即降低排量（至设计值的50%），泵入随钻堵漏剂（如核桃壳+纤维+交联剂），堵漏后逐步提排量。若漏失严重（日漏失量＞100m³），起钻至安全井段，注入水泥塞封堵漏层。4.2.2井喷处置一级井喷（溢流）：关井，记录套压、立压，启动压井程序，按“司钻法”或“工程师法”压井。二级井喷（井涌）：启动应急关井程序，通知周边人员撤离，向应急指挥中心报告，准备压井材料。三级井喷（井喷失控）：立即撤离井场，设置警戒区，调用专业压井队伍，采用“压裂封井”或“定向井救援”技术。4.2.3火灾爆炸处置初期火灾：使用干粉灭火器（≥5kg）、消防砂扑灭，严禁用水扑灭油基钻井液火灾。爆炸后：检查设备损坏情况，切断电源，防止次生灾害，配合专业队伍处置。第五章设备维护与故障处理5.1日常维护5.1.1钻机维护提升系统：每周检查钢丝绳磨损（断丝数≤总丝数的10%），每月润滑天车滑轮轴承。旋转系统：每班清理转盘面油污，每周检查齿轮啮合间隙（≤0.5mm），每月更换机油。5.1.2泥浆泵维护活塞与缸套：每钻进500m检查磨损（活塞外径磨损≤1mm，缸套内径磨损≤0.5mm），及时更换。凡尔总成：每班清洗凡尔体与凡尔座，检查密封面（无划痕、变形），每周进行压力测试（保压5分钟无泄漏）。5.1.3井控设备维护防喷器胶芯：每月检查磨损（厚度减少≤20%），每季度进行试压，确保密封性能。节流阀：每周清理阀芯结垢，每月校准压力传感器，确保调节精度。5.2常见故障处理5.2.1钻机故障绞车刹车失灵：立即启动应急刹车（如气动刹车），关闭动力源，检查刹车带磨损（厚度≤5mm需更换）。转盘异响：停钻检查齿轮啮合，若有断齿需更换齿轮，重新调整啮合间隙。5.2.2泥浆泵故障泵压骤降：检查吸入管漏气（更换密封垫）、凡尔泄漏（研磨凡尔面）、缸套刺漏（更换缸套）。泵体振动大：调整活塞连杆同心度，更换损坏的十字头销，平衡泥浆泵基础。5.2.3井下故障卡钻：分析卡钻类型（黏附卡钻、坍塌卡钻、砂桥卡钻），黏附卡钻采用“泡油+震击”解卡，坍塌卡钻泵入钻井液提高密度，砂桥卡钻逐步提高排量冲砂。钻头损坏：起钻后检查钻头牙轮磨损（牙轮转动不灵活、牙齿脱落）或PDC切削齿崩裂，更换钻头并优化钻进参数。第六章环保与职业健康6.1环境保护6.1.1钻井液处理水基钻井液：采用“固液分离+生化处理”，固相填埋（符合《危险废物填埋污染控制标准》GB____），液相达标排放（COD≤100mg/L，石油类≤5mg/L）。油基钻井液：密闭收集，送专业处理厂回收基础油，残渣按危险废物处置（HW08类）。6.1.2废弃物管理岩屑：分类堆放，含油岩屑采用热解析或焚烧处理，清水岩屑用于井场平整。生活垃圾：集中收集，送当地环卫部门处理，严禁就地掩埋。6.1.3生态恢复钻井结束后，拆除临时设施，恢复地貌（填方压实度≥90%），种植当地植被，验收后移交土地所有者。6.2职业健康防护6.2.1个人防护钻井工：佩戴安全帽（抗冲击）、防砸鞋、护目镜，接触钻井液时戴丁腈手套，防尘口罩（KN95级）。特殊作业：电焊工穿阻燃服、戴防护面罩，有限空间作