钻井工程绪论

1、钻井工程,教材：钻井工程理论与技术 陈庭根，管志川主编,钻井与完井工程,绪 论 第一章 钻井的工程地质条件 第二章 钻进工具 第三章 钻井液 第四章 钻进参数优选 第五章 井眼轨道设计及轨迹控制 第六章 油气井压力控制,钻井工程理论与技术,主要参考书： 1.钻井工艺原理（上、中、下），石油工业出版社，刘希圣教授主编。 2.钻采概论石油工业出版社，高登林。 3. 钻井工程 郝瑞主编（中等专业用书）。 4.喷射钻井理论与计算石油工业出版社，张绍槐编著。 5. 最优化钻井理论基础与计算石油工业出版社，郭学增编著。,绪论,石油钻井概述 1石油钻井的概念 2石油钻井的种类 钻井技术的发展 1钻井技术的发

2、展阶段 2旋转钻井技术的发展 钻井的基本工艺过程,钻井的概念 钻井的种类,绪论,一、 什么是钻井？,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。对我们而言，主要是开发油气资源。,钻井,直井,水平井,钻井可按钻井的目的、几何形状、井深等进行分类。,二、钻井的种类,1. 按钻井目的分类： 区域普查井 ：基准井、剖面井、参数井、构造井 探井：预探井、详探井等 开发井：生产井（油井、气井）、注入井（注水井、注气井） 特殊用途井：检查井、观察井、调整井、救援井等。,基准井：在区域普查阶段，为了了解地层的沉积特征和 含油气情况、验证物探成果而钻的井。 剖面井：是为了研究地层岩性、岩相变化，为寻找含

3、油 气构造而钻的井。 参数井：为了解区域构造，提供岩石物性参数而钻的井。 构造井：为了了解地质构造特征、验证物探成果，并编 制地下某一标准层的构造图。 探井：为了确定油气藏是否存在及其埋藏位置而钻的井（预探井）；为了对油气藏进行工业评价及取得油气开发所需 的地质资料而钻的井（详探井）。,二、钻井的种类,区域普查井,生产井：在进行油田开发时，为开采石油和天然气而钻的井。 注入井：开发后期为了提高采收率及开发速度，而对油田进行注水注气以补充和合理利用地层能量所钻的井。 检查井：油田开发到某一含水阶段，为了搞清各油层的压力和油、气、水分布状况，剩余油饱和度的分布和变化情况。 观察井：油田开发过程中专

4、门用来了解地下动态的井。 调整井：油田开发中后期，为进一步提高开发效果和最终采收率，而调整原有开发井网所钻的井。 救援井：为了救援而钻的井。,二、钻井的种类,开发井,特殊用途井,2.按几何形状不同分类： 直井、定向井、水平井、大位移井 直井：井口与井底在同一条铅垂线上； 定向井：沿着预先设计的井眼轨迹钻达目的层，井口与井底不在同一条铅垂线上。,二、钻井的种类,根据井眼轴线剖面的类型，可以分为： 直井和定向井。,定向井,直井,二、钻井的种类,普通定向井：一个井场内仅有1口最大井斜角小于60的定向井。 大斜度井：最大井斜角在60-80范围内的定向井。 水平井：最大井斜角大于或等于86 ，并保持这种

5、井斜角钻完一定长度段的井。 大位移井：定义一：水平位移=垂深2的定向井或水平井；定义二：测深=垂深2的定向井或水平井。 丛式井：在一个井场（海洋平台）上有计划地钻出两口或两口以上的定向井组，其中可含1口直井。 多底井（分支井）：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。,定向井,丛式井,分支井及形式,水深100米,南海西江大位移井,3.把钻井按井深不同分类： 浅井H6000m 4.按温度、压力的高低分类： 高温高压井：按国际通用概念，地温超过150度称为高温，地层压力当量密度超过1.8g/cm3或用超过70MPa井口装置时称高压，两者同时具备的井称为高温高压井。 超高温高压井：井底温度超过22

6、0度，井底压力超过105MPa,二、钻井的种类,第二节 钻井方法,为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。,人工掘井,人力冲击钻井法,顿钻钻井法(机械),旋转钻井法,连续管钻井法,目前普遍使用,钻井方法,钻井方法 分 类,依据：如何破碎岩石、怎样取出岩屑、净化井眼,人工掘井：1521年之前。 人力冲击钻：15211835年，是靠人力、捞砂筒、特殊钻头、悬绳、游梁等来完成的。实际上是利用了杠杆原理及自由落体的下落冲击作用来钻井的。 特点是： 1）破岩与清岩相间进行。 2）冲击力小，破碎效率低。 3）设备简单，起下钻方便。 顿钻钻井法：18591901年,支架,游梁,悬绳,井壁,钻头,井

7、底,第二节 钻井方法,顿钻钻井法,工艺过程,钢丝绳提升钻头,冲击井底，击碎岩石,岩屑、泥土混合成泥水浆,提出钻头,捞出井内的泥水浆,暴露新井底,设计井深,顿钻钻井示意图,特点,起、下钻费时少，设备简单,(1)破碎岩石，取出岩屑的作业都是不连续的；,优点：,缺点：,(2)钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢；,(3)不能进行井内压力控制；,(4)只适用于钻直井。,顿钻钻井法,旋转钻井法,旋转钻井：是自1901年发展起来的。 旋转钻井是靠动力带动钻头旋转，在旋转的过程中对井底岩石进行破碎，同时循环钻井液以清洁井底的钻井方法。 旋转钻井又分为转盘钻井、井下动力钻具钻井、顶部驱动钻井。 特点是： 1）破

8、岩与清岩相接进行。 2）旋转动力大，转速高，破碎效率高。 3）设备复杂，起下钻繁琐。,（1）概念时期（19011920年）：这个时期内开始将钻井和洗井结合在一起，并使用了牙轮钻头和注水泥固套管技术。 （2）发展时期（19201948年）：这个时期牙轮钻头、固井工艺、钻井液等得到进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。 （3）科学化钻井时期（19481968年）：这个时期钻井技术有了迅速发展。采用了喷射钻井，镶齿、滑动密封轴承钻头，低固相、无固相不分散体系钻井液及固相控制技术，总结出了影响机械钻速的有关因素，采用了地层压力检测、井控技术及平衡压力钻井技术。 （4）自动化钻井时期（1968现在）：发

9、展了钻井参数自动检测、综合录井、随钻测量技术等计算机技术在钻井工程中的应用；发展了优化钻井、井口机械化自动化工具、自动化钻机、井眼轨迹遥控及自动闭环控制技术等新技术、新工艺及新设备。,旋转钻井技术的发展,旋转钻井法,1.转盘旋转钻井法,(1)工艺过程,钻头,吃入地层,破碎岩石,清洗井底,设计井深,转盘旋转钻井法,(2) 特点,目前这种方法在世界各国被广泛使用。,钻杆完成起下钻具、传递扭矩、为钻头施加钻压、提供洗井液的入井渠道等任务；,钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破岩效率；,在破岩的同时，井底岩屑被清除出来；,提高了钻井速度和效益。,1.转盘旋转钻井法,钻头,吃入地层,破碎岩石,清洗井

10、底,设计井深,2. 井底动力钻具旋转钻井法,(1)工艺过程,(2)分类,涡轮钻具,螺杆钻具,电动钻具,转动钻头的动力由地面移到井下，直接接在钻头之上；,钻柱不旋转，钻柱的功能只是给钻头施加一定的钻压、形成洗井液通路和承受井下动力钻具外壳的反扭矩；,井底动力钻具的动力是由电源或井内钻井液流体提供的。,(3) 特点,2. 井底动力钻具旋转钻井法,连续管钻井法(柔杆钻井法),1.工艺过程,钻头、加压装置、动力机,下放至井底,循环洗井液,延伸井眼,钻头旋转，破碎岩石,为动力机提供动力,清洗井底,连续管钻井示意图,2.特点,(5)具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。,(1)连续管钻井实现了起、下钻

11、的连续机械化，节省了时间和劳动量；,(2)在起下钻时仍能保持洗井液的正常循环；,(3)由洗井液直接提供破岩钻进的能量，大大提高了能量的有效利用率；,(4)为全自动化控制提供了很好的条件；,连续管钻井法(柔杆钻井法),第三节 基本钻井工艺过程,三个阶段：即钻前淮备、钻进以及固井与完井,1钻前准备,修公路、平井场及打水泥基础、钻井设备的搬运和安排、井口准备（打导管和钻鼠洞）、备足钻井所需要的各种工具、器材等。,2钻进,钻进是进行钻井生产取得进尺的唯一过程。,其基本工艺过程有：,第一次开钻(一开),第二次开钻(二开),第三次开钻(三开),从地面钻出一个大井眼，然后下表层套管。,用较小一些的钻头继续钻

12、进，若遇到复杂地层，用钻井液难以控制时，便要下技术套管(中间套管)。,再用小一些的钻头往下钻进，直到设计井深，下油层套管，进行固井、完井作业。,每改变一次钻头尺寸，开始 钻一新井段的工艺叫开钻,3、固井与完井,固井即是在已钻成的井眼内下入套管，而后在套管与井眼间的环形空间内注入水泥浆，将套管和地层固结成一体的工艺过程。,只有通过下套管、固井，才能防止井眼的坍塌，形成永久的油气通道，并防止地下各层流体的互窜，达到开采油气的目的。,完井包括用特定的方法连通油、气层和井筒，替喷或抽汲等方法诱导油、气流进入井筒，然后进行油气生产。,固井后井眼状况示意图 1套管 2水泥环 3气层 4油层 5水层,第三节 基本钻井工艺过程,固井、完井、其它作业,固井,下套管 注水泥,完井,完井方式