鉆井工程緒論課件

1、 鉆井工程 welcome主講教師：卜文勝Assoc. Bu wensheng緒論 1石油鉆井的概念 所謂石油鉆井是指利用專用設(shè)備和技術(shù)，在預(yù)先選定的地表位置處，向下或一側(cè)鉆出一定直徑的孔眼，一直達(dá)到地下油氣層的工作。2石油鉆井的種類（1）把鉆井按鉆井的目的進(jìn)行分類：區(qū)域普查井 ：基準(zhǔn)井、剖面井、參數(shù)井、構(gòu)造井探井：預(yù)探井、詳探井、邊探井開發(fā)井：生產(chǎn)井（油井、氣井）、注入井（注水井、注氣井）特殊用途井：檢查井、觀察井、調(diào)整井、救援井等?；鶞?zhǔn)井：在區(qū)域普查階段，為了了解地層的沉積特征和含油氣情況、驗(yàn)證物探成果而鉆的井。剖面井：是為了研究地層巖性、巖相變化，為尋找含油氣構(gòu)造而鉆的井。參數(shù)井：為了解

2、區(qū)域構(gòu)造，提供巖石物性參數(shù)而鉆的井。構(gòu)造井：為了了解地質(zhì)構(gòu)造特征、驗(yàn)證物探成果，并編制地下某一標(biāo)準(zhǔn)層的構(gòu)造圖。探井：為了確定油氣藏是否存在及其埋藏位置（預(yù)探 井），對油氣藏進(jìn)行工業(yè)評價(jià)及取得油氣開發(fā)所需 的地質(zhì)資料（詳探井），圈定油氣藏邊界及其儲量（邊探井）。生產(chǎn)井：在進(jìn)行油田開發(fā)時(shí)，為開采石油和天然氣而 鉆的井。注入井：開發(fā)后期為了提高采收率及開發(fā)速度，而對 油田進(jìn)行注水注氣以補(bǔ)充和合理利用地層能 量所鉆的井。檢查井：油田開發(fā)到某一含水階段，為了搞清各油層 的壓力和油、氣、水分布狀況，剩余油飽和 度的分布和變化情況，觀察井：油田開發(fā)過程中專門用來了解地下動態(tài)的井調(diào)整井：油田開發(fā)中后期，為進(jìn)一

3、步提高開發(fā)效果和 最終采收率，而調(diào)整原有開發(fā)井網(wǎng)所鉆的井。救援井：為了救援而鉆的井。（2）把鉆井按井斜角不同分類： 直井、定向井、水平井直井：井口與井底在同一條鉛垂線上定向井：沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井眼軌跡鉆達(dá)目的層，井口 與井底不在同一條鉛垂線上。水平井：沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井眼軌跡以井斜角85的角度進(jìn)入目的層。（3）把鉆井按井深不同分類：淺井 H2500m，中深井 2500mH4500m，深井 4500mH6000mH9000m3、鉆井的特點(diǎn) 人們常說“上天容易入地難”，這是因?yàn)樘焐系拇髿馐蔷|(zhì)的而地層則在橫向和縱向上都具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性和各向異性。 地層在沉積過程中經(jīng)歷了上千萬乃至幾十億年的風(fēng)雨和磨難

4、，無數(shù)次大大小小的地殼運(yùn)動使地質(zhì)構(gòu)造變得非常復(fù)雜，堅(jiān)硬的巖石即使是金剛石鉆頭也很難鉆穿，疏松的巖石又很容易坍塌，鹽巖層和泥巖層則通常引起膨脹變形，地下的高溫以及壓力系統(tǒng)的多變性也給鉆井帶來許多意想不到的麻煩。 總之，入地的難點(diǎn)體現(xiàn)在：地層的不可見性、巖石的非均質(zhì)性和各向異性、構(gòu)造的復(fù)雜性、地層壓力系統(tǒng)的多變性。 1）、鉆井的發(fā)展史2100多年前，中國就開始了鉆井，應(yīng)用的是頓鉆鉆井方法，這是在四川自貢，目的是為了獲得地下的鹽。1521年鉆鹽井偶得石油，這是我國的第一口油井。1835年在四川鉆成了一口天然氣井興海井，井深達(dá)1200m，是當(dāng)時(shí)世界上最深的井到1820年，及鴉片戰(zhàn)爭前夕，鉆井深度突破1

5、000米，中國第一口油井在陜西延長油礦。目前日產(chǎn)量還有200公斤美國1859年8月在賓夕法尼亞洲泰特斯維爾小鎮(zhèn)才打了一口20m深的油井，也就是所謂的世界上的第一口油井；前蘇聯(lián)在1863年才打出20m深的井。4、鉆井技術(shù)的發(fā)展 中國第一口世界記錄延伸井（ERD）西江24-3-A14，測深9450米，1996 年11月20日開鉆，1997年6月10日正式交井投產(chǎn)，扣除鉆機(jī)改造時(shí)間，實(shí)際作業(yè)時(shí)間101天，成功實(shí)現(xiàn)了一口井開發(fā)一個(gè)小油田的設(shè)想，創(chuàng)造了全井水平位移8062.7米，裸眼井段5032米，MWD/LWD實(shí)時(shí)傳輸接收訊號深度9106米三項(xiàng)世界記錄。2)鉆井方法的發(fā)展（1）人工掘井：1521年之前

6、（2）人力沖擊鉆：15211835年，是靠人力、撈砂筒、特殊鉆頭、懸繩、游梁等來完成的。 實(shí)際上是利用了杠桿原理及自由落體的下落沖擊作用來鉆井的。支架游梁懸繩井壁鉆頭井底特點(diǎn)是： 1）破巖與清巖相間進(jìn)行。 2）沖擊力小，破碎效率低。 3）設(shè)備簡單，起下鉆方便。（3）機(jī)械頓鉆（沖鉆）：18591901年優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單；起下鉆方便。缺點(diǎn)：靠沖擊作用破巖，鉆頭功率小，破巖效率低，鉆井速度慢；破巖和清巖相間進(jìn)行。（4）旋轉(zhuǎn)鉆：1901年發(fā)展起來的。旋轉(zhuǎn)鉆井是靠動力帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的過程中對井底巖石進(jìn)行破碎，同時(shí)循環(huán)鉆井液以清潔井底的鉆井方法。旋轉(zhuǎn)鉆井又分為轉(zhuǎn)盤鉆井、井下動力鉆具鉆井、頂部驅(qū)動旋轉(zhuǎn)鉆

7、井。特點(diǎn)是： 1）破巖與清巖相接進(jìn)行。 2）旋轉(zhuǎn)動力大，轉(zhuǎn)速高，破碎效率高。 3）設(shè)備復(fù)雜，起下鉆繁瑣。3旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的發(fā)展（1）概念時(shí)期（19011920年）：這個(gè)時(shí)期內(nèi)開始將鉆井和洗井結(jié)合在一起，并使用了牙輪鉆頭和注水泥固套管技術(shù)。（2）發(fā)展時(shí)期（19201948年）：這個(gè)時(shí)期牙輪鉆頭、固井工藝、鉆井液等得到進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)出現(xiàn)了大功率鉆井設(shè)備。（3）科學(xué)化鉆井時(shí)期（19481968年）：這個(gè)時(shí)期鉆井技術(shù)有了迅速發(fā)展。采用了噴射鉆井，鑲齒、滑動密封軸承鉆頭，低固相、無固相不分散體系鉆井液及固相控制技術(shù)，總結(jié)出了影響機(jī)械鉆速的有關(guān)因素，采用了地層壓力檢測、井控技術(shù)及平衡壓力鉆井技術(shù)。（4）自

8、動化鉆井時(shí)期（1968現(xiàn)在）：發(fā)展了鉆井參數(shù)自動檢測、綜合錄井、隨鉆測量技術(shù)等計(jì)算機(jī)技術(shù)在鉆井工程中的應(yīng)用；發(fā)展了優(yōu)化鉆井、井口機(jī)械化自動化工具、自動化鉆機(jī)、井眼軌跡遙控及自動閉環(huán)控制技術(shù)等新技術(shù)、新工藝及新設(shè)備。三、鉆井施工工序定井位道路勘察基礎(chǔ)施工安裝井架搬家安裝設(shè)備7. 一次開鉆二次開鉆鉆進(jìn)起鉆換鉆頭下鉆13.完井電 測14.下套管固井鉆前施工鉆井施工完井施工封井器一開鉆進(jìn)下表層套管注水泥施工安裝井口防噴器井口防溢管鉆井液出口二開鉆進(jìn)施工三開鉆進(jìn)施工井身結(jié)構(gòu)鉆井范圍：井眼直徑：100mm500mm井的垂直深度；12262米（前蘇聯(lián)科拉半島上的SC3井）。井的水平位移：一萬米以上（正在準(zhǔn)備

9、12000米、14000米水平位移的井）四、目前鉆井技術(shù)現(xiàn)狀目前較新的鉆井技術(shù)：定向井、水平井、大位移井技術(shù)分枝井技術(shù)深井（45006000m）、超深井(6000m9000m）特超深井（9000m以上）深海鉆井欠平衡鉆井技術(shù)小井眼鉆井技術(shù)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)撓性連續(xù)管鉆井技術(shù)綜合技術(shù)專項(xiàng)技術(shù) 一、鉆井主要設(shè)備與鉆具（一）鉆井主要設(shè)備 對鉆機(jī)的基本要求：起下鉆能力、旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)能力、循環(huán)洗井能力。 主要設(shè)備：井架、天車、絞車、游動滑車、大鉤、轉(zhuǎn)盤、水龍頭（動力水龍頭）及鉆井泵（鉆機(jī)八大件），動力機(jī)（柴油機(jī)、電動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)），聯(lián)動機(jī)，固相控制設(shè)備，井控設(shè)備等。天 車井 架游 車游車鉆機(jī)的八大系統(tǒng) ： 主

10、要系統(tǒng)1、起升系統(tǒng)2、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 3、鉆井液循環(huán)系統(tǒng) 4、傳動系統(tǒng) 5、控制系統(tǒng) 6、動力驅(qū)動系統(tǒng)7、鉆機(jī)底座 8、鉆機(jī)輔助設(shè)備系統(tǒng)剎把絞車司鉆控制臺大 鉤水龍頭轉(zhuǎn) 盤鉆井泵 頂部驅(qū)動鉆井裝置： 是當(dāng)今石油鉆井的前沿技術(shù)與裝備，是近代鉆井裝備的三大技術(shù)成果（交直流變頻電驅(qū)系統(tǒng)和井下鉆頭增壓系統(tǒng)）之一。 頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)是20世紀(jì)末期，美國、法國、挪威等國家研制應(yīng)用的一種新型的鉆井系統(tǒng)?，F(xiàn)在已成為石油鉆井行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。它適用性極廣，從2000米到9000米的井深都可以使用頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)；從世界鉆井機(jī)械的發(fā)展趨勢上看，它符合21世紀(jì)鉆井自動化的歷史潮流。現(xiàn)在，我國赴國外打井的隊(duì)伍，如果沒有安裝該

11、系統(tǒng)將不允許在投標(biāo)競爭中中標(biāo)，由此可見，頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)已經(jīng)到了非用不可的地步。 所謂的頂驅(qū)，就是可以直接從井架空間上部直接旋轉(zhuǎn)鉆柱，并沿井架內(nèi)專用導(dǎo)軌向下送進(jìn)，完成鉆柱旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，循環(huán)鉆井液、接單根、上卸扣和倒劃眼等多種鉆井操作的鉆井機(jī)械設(shè)備。 見圖：它主要有三個(gè)部分組成：導(dǎo)向滑車總成、水龍頭-鉆井馬達(dá)總成和鉆桿上卸扣裝置總成。 該系統(tǒng)是當(dāng)前鉆井設(shè)備自動化發(fā)展更新的突出階段成果之一。經(jīng)實(shí)踐證明：這種系統(tǒng)可節(jié)省鉆井時(shí)間20%到30%，并可預(yù)防卡鉆事故，用于鉆高難度的定向井時(shí)經(jīng)濟(jì)效果尤為顯著。頂部驅(qū)動鉆井裝置主要有以下部件和附件組成: 1、水龍頭鉆井馬達(dá)總成（關(guān)鍵部件）； 2、馬達(dá)支架/導(dǎo)向滑車總

12、成（關(guān)鍵部件）； 3、鉆桿上卸扣總成（體現(xiàn)最大優(yōu)點(diǎn)的部件）； 4、平衡系統(tǒng)； 5、冷卻系統(tǒng)； 6、頂部驅(qū)動鉆井裝置控制系統(tǒng)； 7、可選用的附屬設(shè)備。頂部驅(qū)動鉆井裝置的優(yōu)越性1、節(jié)省接單根時(shí)間。頂部驅(qū)動鉆井裝置不使用方鉆桿，不受方鉆桿長度的限制也就避免了鉆進(jìn)9米左右接一個(gè)單根的麻煩。取而帶之的是利用立根鉆進(jìn)，這樣就大大減少了接單的時(shí)間。按常規(guī)鉆井接一個(gè)單根用34min計(jì)算，鉆進(jìn)1000米就可以節(jié)省4-5h。2、倒劃眼防止卡鉆。由于不用接方鉆桿就可以循環(huán)和旋轉(zhuǎn)，所以在不增加起下 鉆時(shí)間的前提下，頂部驅(qū)動鉆井裝置就能夠非常順利的將鉆具起出井眼，在定向鉆井中，這種功能可以節(jié)約大量的時(shí)間和降低事故發(fā)生的

13、機(jī)率。 3、下鉆劃眼。頂部驅(qū)動鉆井裝置具有不接方鉆桿鉆過砂橋和縮徑點(diǎn)的能力。 4、節(jié)省定向鉆進(jìn)時(shí)間。該裝置可以通過28米立根鉆進(jìn)、循環(huán)，這樣就相應(yīng)的減少了井下馬達(dá)定向的時(shí)間。 5、人員安全。頂部驅(qū)動鉆井裝置，是鉆井機(jī)械操作自動化的標(biāo)志性產(chǎn)品，終于將鉆井工人從繁重的體力勞動中解救出來。接單根的次數(shù)減少了2/3，并且由于其自動化的程度高，從而大大減少了作業(yè)者工作的危險(xiǎn)程度，進(jìn)而大大降低了事故的發(fā)生率。 6、井下安全。在起下鉆遇阻、遇卡時(shí)，管子處理裝置可以在任何位置相連，開泵循環(huán)，進(jìn)行立根劃眼作業(yè)。 7、設(shè)備安全。頂部驅(qū)動鉆井裝置采用馬達(dá)旋轉(zhuǎn)上扣，操作動作平穩(wěn)、可以從扭矩表上觀察上扣扭矩，避免上扣過

14、贏或不足。最大扭矩的設(shè)定，使鉆井中出現(xiàn)憋鉆扭矩超過設(shè)定范圍時(shí)馬達(dá)就會自動停止旋轉(zhuǎn)，待調(diào)整鉆井參數(shù)后再進(jìn)行鉆進(jìn)。這樣就避免了設(shè)備長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，增加了使用壽命。 8、井控安全。該裝置可以在井架的任何位置鉆具的對接，數(shù)秒鐘內(nèi)恢復(fù)循環(huán)，雙內(nèi)防噴器可安全控制鉆柱內(nèi)壓力。 9、便于維修。鉆井馬達(dá)清晰可見。熟練的現(xiàn)場人員約12小時(shí)就能將其組裝和拆卸。 10、使用常規(guī)的水龍頭部件。頂部驅(qū)動裝置可使用650噸常規(guī)水龍頭的一些部件，特殊設(shè)計(jì)后維修難度沒有增加。 11、下套管。頂部驅(qū)動鉆井裝置的提升能力很大（650噸），在套管和主軸之間加一個(gè)轉(zhuǎn)換頭（大小頭）就可以在套管中進(jìn)行壓力循環(huán)。套管可以旋轉(zhuǎn)和循環(huán)入井，從

15、而減少縮徑井段的摩阻力。 12、取心。能夠連續(xù)鉆進(jìn)28米，取心中間不需接單根。這樣可以提高取心收獲率，減少起鉆的次數(shù)與傳統(tǒng)的取心作業(yè)相比它的優(yōu)點(diǎn)明顯。污染小、質(zhì)量高。 13、使用靈活?？梢韵氯敫鞣N井下作業(yè)工具、完井工具和其他設(shè)備，即可以正轉(zhuǎn)又可以反轉(zhuǎn)。 14、節(jié)約泥漿。在上部內(nèi)防噴器內(nèi)接有泥漿截流閥，在接單根時(shí)保證泥漿不會外溢。 15、拆卸方便。工作需要時(shí)不必將它從導(dǎo)軌上移下就可以拆下其他設(shè)備。 16、內(nèi)防噴器功能。起鉆時(shí)如果有井噴的跡象即可由司鉆遙控鉆桿上卸扣裝置，迅速實(shí)現(xiàn)水龍頭與鉆桿的連接，循環(huán)鉆井液，避免事故的發(fā)生。 17、其他優(yōu)點(diǎn)：采用交流電機(jī)驅(qū)動，減低維修保養(yǎng)費(fèi)用；特別適用于定向井和水平井，因?yàn)榱⒏@進(jìn)能使鉆桿盡快的通過水平井段的一些橫向截面。與普通鉆機(jī)作業(yè)時(shí)間的比較起下鉆30%純鉆進(jìn)30%非生產(chǎn)40%典型鉆井的作業(yè)時(shí)間分配起下鉆25%非生產(chǎn)35%純鉆進(jìn)40%頂部驅(qū)動鉆井裝置鉆井時(shí)間分配1、鉆具的基本組成及作用 鉆具：指方鉆桿以下（含方鉆桿）鉆頭以上（含鉆頭）各部分工具的總稱。 基本組成：方鉆桿、鉆桿、鉆鋌、各種接頭及鉆頭。 鉆柱：在鉆井中通常把方鉆桿、