第1节 钻井技术的发展演变.ppt

1、第六章 油气钻井工程,第一节 钻井技术的发展演变 第二节 旋转钻机系统 第三节 钻具与井口工具 第四节 井身结构与钻井工艺 第五节 定向钻井 第六节 钻井复杂事故处理,第六章 油气钻井工程,一、大口径顿钻钻井 二、小口径顿钻钻井 三、近代顿钻钻井 四、旋转钻井,第一节 钻井技术的发展演变,1973年出土于浙江余姚县的河姆渡古井是5700年前的井，世界上目前已知的最古老的水井,河姆渡古井呈方形，边长约2米，深1.35米，用200多根木棒来建造井壁，井底还留有汲水的陶罐和生产工具。,第一节 钻井技术的发展演变,一、大口径顿钻钻井,顿钻钻具一上一下地活动，是手工挖井发展的必然。 在手工挖的井里，有人

2、突发灵感，用一个尖头铁器冲击井底，破碎的岩屑较多时，就把岩屑装入筐里，由井口的工人从井里提上来。,这块成都出土的汉砖画像生动地记述了当时凿井、打猎、农耕的生产场面。,有了井架的雏形。顶部横梁上装有滑轮（天车的雏形）。井下凿碎的岩石盛到筐里，用绳索提捞到地面上来。,一、大口径顿钻钻井,天车的发明,最初在井上横一根横木，发现时间久了绳子会锯木，于是人们需找更加省力且不会起下绳锯断木头 ，于是就出现了天车。井架的顶部横梁上装有滑轮，也就是天车。清除井下凿碎的岩石（即岩屑）的捞砂筒或汲取井中液体的提捞筒，就是由穿过天车滑轮来提升的。,一、大口径顿钻钻井,绳锯木断,最初的顿钻冲击是由人手直接举起钻具来达

3、到的，但这种方法只是用于钻具较轻的浅井。为了钻凿更深的井发明了原始的顿钻钻机碓架。碓架是一种省力杠杆机构，碓架的命名脱胎于3000多年前中国古代用来捣谷的碓，而杠杆原理的运用可追溯到战国时期用作汲水的桔槔上。,一、大口径顿钻钻井,原始钻机碓架,碓架的工作原理： 碓架上固定有踩板（又称为碓），工作时劳动者站在碓架上，用脚踏碓梢。踩下时，碓头随之翘起，提起井下铁锉；松开时，钻具的重力冲击井底。这样不断地反复冲击，井底下的岩石在锉头的冲击下被击碎。,一、大口径顿钻钻井,大口盐井的代表是陵井，陵井是后汉张道陵即张天师组织人民开凿的。陵州盐井深180米，四周皆石也，上、下甚宽广，独中间稍狭，谓之杖鼓腰

4、。,一、大口径顿钻钻井,一、大口径顿钻钻井,绞车大车 为了起下钻头、捞砂，需要一套起重设备绞车。打浅井用的绞车是用横轴绞车，一至二人即可驱动。到了唐代，开始使用立轴绞车，俗称大车，大车由人力或畜力驱动。,横轴绞车,立轴绞车,一、大口径顿钻钻井,经过多年的技术革新和积累，所有工作都可由人在地面上操作完成，不再需要人员下入井下，所以井眼直径可以大大缩小，这就是小口径顿钻钻井。,二、小口径顿钻钻井,在人力的作用下，锉不断地被高高吊起，然后依靠自身的重力不断地冲击地下的泥土和岩石。圆锉的每冲击一次之后就换个角度，以便锉内的直刃把井底的岩石击碎。这种钻井方式就叫做“冲击式顿钻法”。,卓筒井钻凿过程中最早

5、使用的钻头是用圜刃来钻进的。“圜刃”的图形和实物都无法见到了。根据有限的描述，结合岩石破碎原理和钻井工具的继承性来推测。,圜刃的发展历程,二、小口径顿钻钻井,在卓筒井钻进过程中需要将井内的岩屑清理出来，祖先发明了在钻井时灌入清水使岩屑与清水混合成泥浆，然后用吞泥筒把泥浆提出地面的方法，吞泥筒又名扇泥筒。,扇泥筒,二、小口径顿钻钻井,扇泥筒的工作原理是：当扇泥筒下放接触泥水时，井内泥水对筒底皮钱产生的压力迫使皮钱向内张开，泥水进入筒内，扇泥筒提起时井下泥水对筒底的压力消失。相反，筒内泥水在重力作用下对皮钱产生向下压力，使皮钱向下运动，皮钱因受筒壁凸出部的阻碍而关闭泥水不漏失。,二、小口径顿钻钻井

6、,固井用分级箍,抽油泵,扇泥筒关键部件皮钱有着与单向阀相同的作用。在此基础上得到了推广和应用。比如现代固井用的分级箍以及采油时用到的抽油泵，它们的工作原理是一样的。,二、小口径顿钻钻井,在防止井壁坍塌保持井壁稳定所采用的方法以及设备,一口井钻凿完成之后要加以巩固防止井壁坍塌。我国古代通过用下入木柱的方法来解决这一问题。在宋代，刚开始钻凿卓筒井时，四川的盐井钻凿工人就地取材，用楠竹中空，去掉节头，牝牡相连制造了防水入井的竹套管。随着井径的扩大和对套管强度要求的提高，选用更加坚固的柏木。,竹制木竹,柏木柱,二、小口径顿钻钻井,木竹外面用布包裹，再缠上麻，并用桐油、石灰涂敷，就不致渗漏了。木竹的下端

7、带有用麻丝、桐油、石灰等做成的大麻头，其作用是把木竹下端与井底岩石粘接在一起，防止淡水从这里渗入井中。,二、小口径顿钻钻井,三、近代顿钻钻井,三、近代顿钻钻井,最初采用的接长钻具的材料是竹竿，但竹竿太重，连接起下困难，钻井深度受到限制。在钻凿深井中，应用的钻井索是用楠竹片连接而成。,古今钻井绳,三、近代顿钻钻井,天车,井架,捞砂筒,钻井滚筒,动力机,皮带轮,游梁,曲柄连杆,提升滚筒,钻头,三、近代顿钻钻井,用钢丝绳把顿钻钻头送到井底，由动力驱动游梁机构，使游梁一端上下运动，并带动钢丝绳和钻头产生上下冲击作用，使岩石破碎。,四、旋转钻井,起源于工厂常见的在木头和金属上用旋转工具钻孔而同时清除钻屑

8、的实际工作。,旋 转 钻 井,四、旋转钻井,1901年用旋转钻机打出纺锤顶的万吨油井后，又发明了黏土泥浆。在井场上挖一个泥浆池，用救火用水龙带往池子里加水，把牲口赶到池子里用脚踏，“搅拌”成黏土泥浆，用泵灌注到井下去。,钻井液的循环过程是这样的：钻井液首先由泵从泥浆罐中吸入，增加液压之后通过立管和水龙带进入钻柱内孔，通过钻头水眼到达井底，然后从井底携带岩屑由环空上返，返到地面后流至固相消除设备，最后再流回泥浆罐。,四、旋转钻井,旋 转 钻 井,四、旋转钻井,机械钻机,四、旋转钻井,最早使用，适用于软岩层，无法在较硬地层钻进。,1909年，休斯发明了牙轮钻头，使旋转钻井法在钻任何地层时能比顿钻有明显优势。应用新的破岩原理：锥形牙轮在井底转动，起切削破岩作用。牙轮钻头在转动时具有冲击、压碎和剪切等多种破岩形式。,1903年，第一次在井内进行套管注水泥。 出现了一位下套管配套工具发明家-贝克石油公司创始人卡尔贝克。 1