钻井讲座教学课教

1、,钻井知识培训,The History of Drilling Drilling Rig and Tools Well Design The Procedure of Drilling Drilling Fluid Drilling Problems and Solutions Glossary,CONTENT,The History of Drilling,石油钻井的概念 所谓石油钻井是指利用专用设备和技术，在预先选定的地表位置处，向下或一侧钻出一定直径的孔眼，一直达到地下油气层的工作。,10/4/2020,3,石油钻井的种类 区域普查井 ：基准井、剖面井、 参数井、构造井 探井：预探井、详

2、探井、边探井 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。,10/4/2020,4,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。,10/4/2020,5,探井：为了确定油气藏是否存在及其埋藏位置（预探 井），对油气藏进行工业评价及取得油气开发所需 的地质资料（详探井），圈定油气藏边界及其储量 （边探

3、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。,10/4/2020,6,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。,10/4/2020,7,（2）把钻井按井斜角不同分类： 直井、定向井、水平井 直井：井口与井底在同一条铅垂线上 定向井：沿着预先设计

4、的井眼轨迹钻达目的层，井口 与井底不在同一条铅垂线上。 水平井：沿着预先设计的井眼轨迹以井斜角85的角度进入目的层。,10/4/2020,8,（3）把钻井按井深不同分类： 浅井 H6000m9000m,10/4/2020,9,旋转钻井技术的发展 （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、

5、无固相不分散体系钻井液及固相控制技术，总结出了影响,10/4/2020,10,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。,10/4/2020,11,目前钻井技术现状,10/4/2020,12,综合技术,1. 定向井、水平井、大位移井技术 分枝井技术 2. 深井（45006000m）、超深井(6000m9000m）特超深井（9000m以上） 3. 深

6、海钻井,专 项 技 术,1.欠平衡钻井技术 2.小井眼钻井技术 3.膨胀管技术 4.续连续管钻井 5.超高压喷射钻井 6. 随钻测量、综合录井、自动化钻机、地质和自动导向,水平井和大位移井,10/4/2020,13,1999年英国北海的M-16SPZ井，其水平位移达到10728米,平垂比大6.7. 全井井深世界第二(世界最深油气井)，11278米；,关键技术 1、管柱的摩阻和扭矩 2、钻柱设计 3、轨道设计 4、井壁稳定 5、井眼清洗 6、固井完井 7、轨迹控制,套管侧钻井,10/4/2020,14,侧钻井是一种投资少、见效快、经济效益显著的老油田开发技术，世界各国都非常重视，许多油田都把他作

7、为重新认识老油田、使老油田增储上产和提高最终采收率的重要手段。,10/4/2020,15,10/4/2020,16,Drilling Rig and Tools,10/4/2020,17,The History of Drilling Drilling Rig and Tools Well Design The Procedure of Drilling Drilling Fluid Drilling Problems and Solutions Glossary,10/4/2020,18,10/4/2020,19,Traveling Block,10/4/2020,20,Basic Tool

8、s,10/4/2020,21,Rolling cutter bit,PDC bit,使用条件,牙轮： 中高硬度地层 PDC: 中软地层,10/4/2020,22,1. Drill pipe (DP) 2. Heavy weight drill pipe (HWDP),作用： 为钻井液从井口流向钻头提供通道 传递扭矩 起下钻头 丈量井深,Drill Collar/ Non-magnetic drill collar,10/4/2020,23,特点： 壁厚，相当于钻杆壁厚的4-6倍。,作用： 给钻头加压 保证压缩条件下必要的强度 减轻钻头的振动，摆动 控制井斜,STB,10/4/2020,24,W

9、ell Design,10/4/2020,25,The History of Drilling Drilling Rig and Tools Well Design The Procedure of Drilling Drilling Fluid Drilling Problems and Solutions Glossary,钻井设计包含内容,10/4/2020,26,1. 地质设计 2.井身结构设计 3.套管设计 4.固井设计 5.钻井液设计 5.钻头设计 6.水力参数设计 7.钻具组合设计 8.井眼轨迹设计与控制要求 9.钻井程序 10.潜在的风险问题和处理措施 11.材料计划 12.工

10、程进度计划 13.成本预算,Well design,10/4/2020,27,地质设计主要包括 井位置、油层深度、地层压力系统、地层信息、风险提示等,Basic Concept 1. Formation pore pressure 2. Formation fracture resistance 3. Collapse pressure 4. Gradient of pressure / pressure coefficient,10/4/2020,28,Well design,Well Path,10/4/2020,29,10/4/2020,30,10/4/2020,31,Basic Con

11、cept 1.直井段（Vertical Section）:设计井斜角为零度的井段。 2.造斜点（）:开始定向造斜的位置称为造斜点。通常以该点的井深来表示。 3.造斜率（）:造斜工具的造斜能力,即该造斜工具所钻出的井段的井眼曲率。 4.造(增)斜段(Build Section):井斜角随井深增加的井段。 5.稳斜段 (Hold Section):井斜角保持不变的井段。 6. 降斜段(Drop Section):井斜角随着井深的增加而减小的井段。,10/4/2020,32,7. 目标点(Target):设计规定的、必须钻达的地层位置，通常以地面井口为坐标原点的空间坐标系的坐标值来表示。 8. 靶区

12、及靶区半径:包含目标点在内的一个区域称为靶区。在大斜度井和水平井中，靶区为包含设计井眼轨道的一个柱状体。 9.入靶点：是指地质设计规定的目标起始点。 10.终止点：是指地质设计规定的目标结束点。 11.靶前位移：是指入靶点的水平位移。 12.水平段长：入靶点与终止点的轨道长度。 13.矩形靶：即纵向为a米,横向为b的长方体。,10/4/2020,33,10/4/2020,34,10/4/2020,35,10/4/2020,36,Horizontal Well Category,10/4/2020,37,1、长半径水平井（小曲率水平井）：造斜率K6/30m，曲率半径R286.5m。 2、中半径水

13、平井（中曲率水平井）：造斜率K=6-20 /30m，曲率半径R=286.5-86m 3、短半径水平井（大曲率水平井）：造斜率K=3-10 /m,曲率半径R=19.1-5.73m,10/4/2020,38,10/4/2020,39,Casing Program 1. 表层套管（Surface Casing） 主要用途： 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层； 安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。 下深位置： 根据钻井的目的层深度和地表状况而定， 一般为上百米甚至上千米,10/4/2020,40,2. 生产套管（油层套管）(Production Casing) 主要用途：用以保护生产层，提供油气生产通

14、道。 下深位置：由目的层位置及完井方式而定。 3. 中间套管（技术套管）(Intermediate Casing) 在表层套管和生产套管之间由于技术要求下入的套管，可以是一层、两层或更多层。 主要用来封隔不同地层压力层系或易漏、易塌、易卡等井下复杂地层。,10/4/2020,41,4. 尾管（衬管）(Drilling Liner) 是在已下入一层技术套管后采用，即在裸眼井段下套管、注水泥，而套管柱不延伸到井口。 减轻下套管时钻机的负荷和固井后套管头负荷；节省套管和水泥。 一般用于深井和超深井。,10/4/2020,42,10/4/2020,43,10/4/2020,44,BHA,增斜钻具增斜钻

15、具组合一般采用双稳定器钻具组合。增斜钻具是利用杠杆原理设计的。它有一个近钻头足尺寸稳定器作为支点，第二个稳定器与近钻头稳定器之间的距离应根据两稳定器之间钻铤的刚性（尺寸）大小和要求的增斜率大小确定。一般2030m。两稳定器之间的钻键在钻压作用下，产生向下的弯曲变形，使钻头产生斜向力，井斜角随着井眼的加深而增大。,10/4/2020,45,稳斜钻具 稳斜钻具组合是采用刚性满眼钻具结构，通过增大下部钻具组合的刚性，控制下部钻具在钻压作用下的弯曲变形，达到稳定井斜和方位的效果。常用的稳斜钻具组合是：钻头十近钻头稳定器十短钻铤（23m）十稳定器十单根钻铤（910m）稳定器子钻键钻杆。,10/4/202

16、0,46,降斜钻具 降斜钻具一般采用钟摆钻具组合，利用钻具自身重力产生的钟摆力实现降斜目的。根据设计剖面要求的降斜率和井斜角的大小，设计钻头与稳定器之间的距离，便可改变下部钻具钟摆力的大小； 降斜井段的钻井参数设计，应根据井眼尺寸限定钻压，以保证降斜效果，使降斜率符合剖面要求。,10/4/2020,47,Weatherford Example,10/4/2020,48,10/4/2020,49,V. Sec The horizontal projected distance of the Wellbore on a drawing plane.,10/4/2020,50,10/4/2020,5

17、1,The History of Drilling Drilling Rig and Tools Well Design The Procedure of Drilling Drilling Fluid Drilling Problems and Solutions Glossary,The Procedure of Drilling,钻井施工工序,10/4/2020,52,水平井钻井过程动画,10/4/2020,53,泥浆循环过程,10/4/2020,54,Cementing Job 1、工艺介绍 下套管 注水泥 候凝 检测评价,10/4/2020,55,2、目的 封隔易塌、易漏等复杂地层，

18、保证钻井顺利进行 封隔油气水层，建立油气流出通道，防止产层间互窜,固井方式 1.内管固井 2.单级固井 3.双级固井,10/4/2020,56,10/4/2020,57,下套管至预定深度装水泥头、循环泥浆、接地面管线打隔离液注水泥顶胶塞替泥浆碰压注水泥结束、候凝。,注水泥施工工序,套管柱下部结构,(1)套管鞋（float shoe）：引导套管入井，避免套管插入或刮挤井,(2)浮箍（float collar ）：引导在其内部起钻的钻具进入套管,Drilling Fluid,10/4/2020,58,The History of Drilling Drilling Rig and Tools We

19、ll Design The Procedure of Drilling Drilling Fluid Drilling Problems and Solutions Glossary,Drilling fluid,钻井液在钻井中的作用 1、清洗井底，携带岩屑，保持井底清洁，保证钻头不断地破碎地层，使钻进不中断。 2、平衡地层中的流体（油、气、水）压力，防止井喷、井漏等井下复杂情况，保护油气层。 3、平衡岩石侧压力，并在井壁形成泥饼，保持井壁稳定，防止地层坍塌。 4、发挥水力效能，传递动力，冲击井底，帮助钻头破碎井底岩石， 提高钻井速度。 5、悬浮岩屑和加重剂，降低岩屑沉降速度，避免沉砂卡钻。另

20、外承 受钻杆和套管的部分重力。,10/4/2020,59,6、润滑并冷却钻头，钻具。 7、防止地层中盐水、盐岩、石膏、芒硝等对钻井液的化学污染，防止硫化氢污染和损害。 8、利用钻井液，准确获得井下资料。,10/4/2020,60,一、钻井液密度与钻井的关系 密度过大有以下害处： 1、损害油气层； 2、降低钻井速度； 3、过大压差造成压差卡钻； 4、易憋漏地层； 5、易引起过高的粘切； 6、多消耗钻井液材料及动力； 7、抗污染能力下降。,10/4/2020,61,密度过低 则容易发生井喷、井塌（尤其是负压钻井）、缩径（对塑性地层，如较纯的粘土、盐岩层等）及携屑能力下降等。,10/4/2020,6

21、2,二、钻井液粘度、切力与钻井的关系 1、粘度（PV）、切力(YP)过大有以下害处。 流动阻力大，能量消耗多，功率低，钻速慢； 净化不良（固控设备不易充分发挥效力），易引起井下复杂情况； 易泥包钻头，压力波动大，易引起卡、喷、漏和井塌等事故； 脱气较难，影响气测并易造成气侵。,10/4/2020,63,2、粘度和切力过低也不利于钻井，如： 洗井不良，井眼净化效果差； 冲刷井壁加剧，引起井塌等井下事故； 岩屑过细影响录井。,10/4/2020,64,三、常用钻井液类型 一）、水基钻井液 水基钻井液以水为分散介质（连续相），以粘土为分散相（固相），加入一定的化学处理剂或加重材料组成。这类钻井液发展

22、最早，使用最广泛。 二）、油基钻井液 油连续相钻井液（习惯称为油基钻井液）是一种以油（主要是柴油或原油）为分散介质，以加重剂、各种化学处理剂及水等为分散相的溶胶悬浮混合体系。其主要组成是原油、柴油、加重剂、化学处理剂和水等。,10/4/2020,65,Drilling Problems and Solutions,10/4/2020,66,The History of Drilling Drilling Rig and Tools Well Design The Procedure of Drilling Drilling Fluid Drilling Problems and Solutio

23、ns Glossary,一、卡钻事故 钻柱在井内停止时间过长，或由于地层复杂、钻井液性能不好、技术措施不当等原因，不能上提、下放或转动，有时甚至不能循环钻进液，这就叫卡钻。 常见的有：粘附卡钻、坍塌卡钻, 缩径卡钻, 落物卡钻,10/4/2020,67,粘附卡钻 钻井中，钻柱某些部位与井壁接触，当液柱压力大于井底压力时，便对钻柱产生横向推力，使其紧贴井壁。钻柱静止时间越长，与泥饼接触面积越大，摩阻力也同时增大，以致使钻柱失去了活动的自由而发生的卡钻，称为泥饼粘附卡钻，简称粘卡，也称为压差卡钻。 处理：粘卡初期，即还未彻底卡死的情况下，应保持循环，在允许范围内活动钻具，以下砸为主，反复数次，以求

24、 解卡。,10/4/2020,68,1）坍塌卡钻的原因 钻井液失水量大，矿化度小，浸泡地层的时间长，把页岩、泥岩地层泡垮。 钻井液密度过小，井内压力不能平衡地层侧压力，致使倾角大或胶结不好的地层垮塌。 因起钻未灌钻井液，井漏或钻头泥包而产生拔活塞的抽吸作用等而引起垮塌,10/4/2020,69,缩径卡钻 当钻头起到缩径井段而发生的卡钻称为缩径卡钻。 1）缩径卡钻的原因 具有膨胀性地层（如膨胀页岩、白垩等）和渗透性、孔隙度好的井段（如疏松的砂岩，孔隙度较大的灰岩）。 钻井液性能不好，失水量大，在井壁形成胶状疏松的泥饼，当泵排量小，返回速度低时，易在泥饼上面沉积较多的粘土颗粒、岩屑及加重剂，致使井眼缩小。 钻井液失水量大，自由水渗入疏松的泥岩，使地层膨胀而缩径。,10/4/2020,70,井漏 井漏是当井内的液柱压力大于地层压力时，钻井液进入地层的现象。凡发生井漏的地层，必须具备下列条件：地层中有孔隙、裂缝或溶洞。钻井液柱压力大于地层压力。钻井液柱压力和环空压耗或激动压力之和大于地层破裂压力，把地层压裂，产生漏失。,10/4/2020,71,井漏的原因 主要有两个方面：一是地层孔隙度大，渗透性好，或地层有裂缝、溶洞而造成井漏；二是技术措施不