石油鉆井安全技術(shù)（一）鉆井工程簡介

第頁石油鉆井安全技術(shù)（一）鉆井工程簡介為了尋找油氣儲藏，除了采納地球物理勘探方法進行勘探外，還必須鉆各種探井，為制定開發(fā)方案提供具體的資料。為了開采石油和天然氣，要按照油氣田的開發(fā)方案鉆一批生產(chǎn)井和注水井。在油田的生產(chǎn)過程中，還要鉆一些觀察井和加密井。鉆井工程是指在初步探明油、氣、水儲藏狀況后，通過鉆具(鉆頭、鉆桿、鉆鋌等)對地層鉆孔，然后用套管聯(lián)接并向下延伸到油、氣、水層的過程。鉆井按照施工目的的不同，分為探井和開發(fā)井。探井包括地質(zhì)井、參數(shù)井、預(yù)探井、評價井等；開發(fā)井包括采油井、采氣井、注水(氣)井以及調(diào)整井、檢查研究井、擴邊井等。

最古老的鉆井方法是沖擊鉆井法，簡稱頓鉆。由于這種鉆井方法的效率極低，現(xiàn)在已經(jīng)被旋轉(zhuǎn)鉆井所代替。旋轉(zhuǎn)鉆井法是用金屬鉆桿帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)來破碎巖石的一種鉆井方法。它通常使用轉(zhuǎn)盤鉆機，由轉(zhuǎn)盤通過方鉆桿來帶動鉆桿和鉆頭旋轉(zhuǎn)。目前世界上絕大部分鉆井工作量是由旋轉(zhuǎn)鉆井法完成的?，F(xiàn)在，也有部分鉆機已經(jīng)開始使用井底動力發(fā)動機(主要有渦輪鉆具和螺桿鉆具兩種)，又稱井底動力機鉆井法。另外，世界上還有井底發(fā)動機與柔性鉆桿配合鉆井法，但使用極少。

我國石油鉆井從1949年建國開始到現(xiàn)在50多年間，經(jīng)歷了組建(1949～1957年)、發(fā)展(1958～1977年)和提升(1978年到現(xiàn)在，也叫做鉆井提升時期)三個時期。目前，已經(jīng)具備了較高的鉆井技術(shù)水平。21世紀(jì)世界鉆井發(fā)展的趨勢是向自動化、智能化鉆井發(fā)展，我國將重點發(fā)展旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)、超深井鉆井技術(shù)、大位移鉆井技術(shù)、提升老油田產(chǎn)量的各類型鉆井技術(shù)和強化鉆井基礎(chǔ)理論研究，強化鉆井裝備的更新改造技術(shù)，并在推廣和應(yīng)用先進的企業(yè)管理方法方面做出努力。

一、鉆井制定與井場布置

(一)鉆井制定

所有的井都要進行鉆井制定。鉆井制定的基本內(nèi)容包括地質(zhì)制定、工程制定、進度制定和費用預(yù)算四個部分。

鉆井制定要本著“科學(xué)、安全、經(jīng)濟、環(huán)保〞的原則來進行。地質(zhì)制定應(yīng)提供鉆探目的和要求、地層孔隙壓力、破裂壓力、巖性特征、地層剖面、故障提示等資料，并提供鄰井的油、氣、水顯示和復(fù)雜狀況資料，注明含硫化氫地層深度和估計含量。工程制定以此為依據(jù)，包括編制合理的井身結(jié)構(gòu)和套管程序，確定鉆井液的類型和指標(biāo)要求等。進度制定和費用預(yù)算要建立在本地區(qū)切實可靠的定額基礎(chǔ)上來進行。在進行鉆井制定時，要正確處理好安全、質(zhì)量、速度、效益以及對社會、公眾、環(huán)境的影響的關(guān)系，保證安全、環(huán)境與健康費用的投入，避免出現(xiàn)片面追求效益、危及安全、損害環(huán)境與職工健康的狀況。鉆井地質(zhì)制定和工程制定要嚴(yán)格執(zhí)行審批手續(xù)。在生產(chǎn)過程中，甲乙都要雙方執(zhí)行制定。如果發(fā)現(xiàn)新的狀況必須要更改制定時，也要嚴(yán)格按照相應(yīng)的審批程序和制度來執(zhí)行。

在生產(chǎn)施行中，鉆井工程制定一般包括以下主要內(nèi)容。

〔1〕井位的選擇。

〔2〕的選擇和井身結(jié)構(gòu)確實定。

〔3〕鉆頭尺寸類型的選擇與數(shù)量確實定。

〔4〕鉆柱制定與下部鉆具組合。

〔5〕鉆井參數(shù)與水力參數(shù)制定。

〔6〕鉆井洲制定，包括防腐要求。

〔7〕固井制定，包括套管柱制定、套管強度制定、注水泥制定及固井施工技術(shù)措施。

〔8〕油氣井井控設(shè)備及工藝技術(shù)要求。

〔9〕油氣井固控設(shè)備要求。

〔10〕地層孔隙壓力檢測。

〔11〕地層漏失試驗要求〔新控區(qū)第一井必須進行地層試驗〕。

〔12〕防止油氣層損害的措施與井身質(zhì)量要求。

〔13〕環(huán)境保護要求。

〔14〕安全生產(chǎn)要求，重點防止井噴失控。

〔15〕鉆井施工進度計劃。

〔16〕全井成本計劃。

(二)井場布置

井場定位必須符合鉆井制定的要求，并充分合計水源、道路、鉆井液池井場施工條件等因素。井場大小應(yīng)能容納所有的鉆井設(shè)備和房屋、庫房、工房等。井場布置應(yīng)以井架為中心，對鉆井設(shè)備、設(shè)施和輔助設(shè)施按照施工的要求，進行合理的布局。井場布置以有利于鉆井施工，有利于設(shè)備、設(shè)施和輔助設(shè)施的安裝運行，有利于節(jié)約土地，有利于服務(wù)車輛的通行，有利于搶險，有利于防洪、排澇、防凍等為原則。鉆井各設(shè)備之間的空間，應(yīng)符合作業(yè)區(qū)和鉆機危險區(qū)現(xiàn)有的有關(guān)規(guī)定。井場布局要合計風(fēng)頻、風(fēng)向，使井架大門方向盡量朝南或朝東。井場邊緣距離鐵路、高壓線及其他永久性設(shè)施不應(yīng)少于50m。井距離民房應(yīng)大于1m。在草原、葦塘、林區(qū)鉆井時，井場四周應(yīng)有防火隔離墻或者隔離帶。

二、設(shè)備安裝

(一)設(shè)備安裝的基本條件

鉆機應(yīng)有制造廠或者修理廠的出廠質(zhì)量合格證等技術(shù)文件，并符合鉆井工程制定對鉆井主要設(shè)備選用的要求。安裝鉆機的井場和基礎(chǔ)應(yīng)符合按照規(guī)定程序批準(zhǔn)的圖樣及技術(shù)文件的要求。安裝所使用的各類工具或設(shè)備應(yīng)齊備并有優(yōu)良的使用性能。在用計量器具應(yīng)檢定合格。

井場的有效面積應(yīng)符合鉆井施工制定所選定類型鉆機的占地面積必須要。井至邊緣要有一定的坡度，方井底部應(yīng)有排水設(shè)施，使井場具備優(yōu)良的排水條件。鉆機主要設(shè)備的基坑應(yīng)設(shè)在挖方上，如設(shè)置在填方上時，要進行相應(yīng)的技術(shù)處理，使基坑的強度達到要求。安裝鉆井泵的基礎(chǔ)應(yīng)符合抗振技術(shù)要求。基礎(chǔ)混凝土要按照制定要求配制。基礎(chǔ)要有合格的平面度，四周用混凝土封閉。

(二)搬遷

鉆機搬遷有分組搬運和整體拖運兩種方式。組織搬遷時，假設(shè)運載、吊裝能力同意，一般盡可能采納整體拖遷的方式。分組搬運時，要有一個具體的鉆機搬遷計劃，其中要有人員、設(shè)備、運輸?shù)呢?zé)任規(guī)定和偶發(fā)事件的應(yīng)急計劃。在鉆機搬遷過程中，新、老井場都要指定一名最高負責(zé)人員來組織設(shè)備的裝卸。在運輸過程中，要服從交通管制。通過人稠密的地區(qū)時，要遵守當(dāng)?shù)氐姆ㄒ?guī)條例的規(guī)定。

水上鉆機搬遷時，要制定搬遷計劃和應(yīng)急計劃，明確各個協(xié)作方的責(zé)任和義務(wù)，清楚的掌握天氣預(yù)報狀況，做好水下地面狀況的勘察，明確勘察方法、新鉆機的定位、錨定方法、測試張緊力、鏈環(huán)的連接、通訊責(zé)任和起拋錨拖船的選擇等事宜。

(三)安裝

1．塔型井架鉆機主要設(shè)備的安裝順序

塔型井架鉆機主要設(shè)備之間的安裝順序有兩種，現(xiàn)用方框圖(圖2—1)表示：

2．整體起升井架鉆機主要設(shè)備的安裝順序

整體起升井架鉆機主要設(shè)備之間的安裝順序也有兩種，其順序方框圖(圖2—2)為：

圖2—2

3．輔助設(shè)備和設(shè)施的安裝

在場地同意、確保安全的狀況下，對鉆機主要設(shè)備之間的安裝順序方框圖以外的輔助設(shè)備和設(shè)施進行交叉安裝。

(四)安裝質(zhì)量驗收

一井的設(shè)備安裝完畢并經(jīng)整機運行試驗合格后，由質(zhì)量檢驗部門和安全監(jiān)督部門組織人員，按照安裝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備說明書和安全檢查驗收規(guī)定，進行嚴(yán)細認(rèn)真的檢查檢驗。鉆機安裝質(zhì)量和安全使用條件經(jīng)檢查驗收合格后，方可準(zhǔn)許開鉆。

三、鉆進施工

(一)首次鉆進

鉆進是破巖和加深井眼的過程。首次鉆進是指埋設(shè)導(dǎo)管后(導(dǎo)管在首次開鉆時起引導(dǎo)鉆頭下鉆和作為鉆井液出作用)、下表層套管前的第一次鉆進。

首次鉆進時，應(yīng)使鼠洞的位置、鼠洞管的斜度與露出鉆臺的高度應(yīng)有利于方鉆桿的起放和摘掛水龍頭操作方便；要按制定選擇好人井鉆具；使鉆井液性能及其使用管理應(yīng)符合鉆井制定要求。

第一次鉆進對井眼一般要求要直。鉆進開始要控制鉆壓。在鉆進過程中，要執(zhí)行定深測斜制度，對易斜地層應(yīng)采用滿眼鉆具或鐘擺鉆具組合等控制井斜措施?？墒褂脺p振器以減輕跳鉆的危害，提升鉆頭和鉆具的使用壽命。

鉆達下表層套管深度后，及時進行下人表層套管、固井和高壓試運轉(zhuǎn)等作業(yè)。

(二)再次鉆進

再次鉆進指封表層套管固井后的各次鉆進。

再次鉆進前，必須先安裝好井裝置，并找正天車、轉(zhuǎn)盤和井中心，固定牢靠。鉆完固井水泥塞后，再次恢復(fù)鉆進。除非是定向井、水平井等特別工藝井施工，鉆具組合應(yīng)滿足噴射鉆井和防斜打直井技術(shù)要求。在施工過程中，要選擇和使用優(yōu)質(zhì)鉆井液，并及時進行鉆井液的性能調(diào)整和凈化處理，使之符合鉆井制定要求和有關(guān)規(guī)定。鉆進中，應(yīng)依據(jù)井內(nèi)狀況變化(鉆速、鉆井液性能、鉆屑性能、鉆井液體積和進出流量等)和地面設(shè)備運轉(zhuǎn)、儀表信息變化，推斷分析異常狀況，及時采用相應(yīng)處理措施。鉆開油氣層前，要按照鉆井制定要求、井控規(guī)定和防火防爆的有關(guān)要求逐項檢查合格。

安全鉆達下技術(shù)套管(或油層套管)深度后，應(yīng)依據(jù)鉆井制定要求，及時進行測井、下人技術(shù)套管(或油層套管)、固井等其他作業(yè)。

(三)地質(zhì)錄井

在鉆進過程中，同時伴有地質(zhì)錄井作業(yè)。地質(zhì)錄井的任務(wù)主要是取全取準(zhǔn)各項地質(zhì)資料及其有關(guān)的鉆井施工資料。鉆進過程中的地質(zhì)錄井工作包括鉆時錄井、氣測錄井、鉆井液錄井、巖屑錄井、巖心錄井、壓力錄井。

四、測井

測井是熟悉油氣層和評價油氣層的重要手段。測井在鉆達預(yù)定井深或鉆過油氣層后進行。鉆井隊要為測井施工做好準(zhǔn)備并配合好工作。具體內(nèi)容見第三章。

五、地層測試與原鉆機試油

(一)地層測試

在鉆井過程中鉆開油氣層或完井以后，為了及時了解有關(guān)生產(chǎn)層性能及其中所含油、氣、水等具體狀況，并取得有關(guān)資料，利用鉆桿或油管柱將地層測試器和取樣器下至待測試層段，進行不穩(wěn)定試井，取得該地層的產(chǎn)量、溫度、壓力以及井底開關(guān)井時間與壓力關(guān)系曲線等多項數(shù)據(jù)，并取得流體樣品。通過分析解釋，獲得在動態(tài)條件下地層和流體的各項特性參數(shù)，及時評價油、氣、水層，為勘探、開發(fā)決策提供可靠的依據(jù)。

地層測試的現(xiàn)場施工一般經(jīng)過井眼準(zhǔn)備、現(xiàn)場設(shè)備與測試工具準(zhǔn)備、組織協(xié)調(diào)施工隊伍或人員落實、下鉆、封隔器座封和開關(guān)井、解封封隔器、反循環(huán)、起鉆等幾個過程。

(二)原鉆機試油

原鉆機試油就是由原鉆井隊人員用其原有設(shè)備，在有關(guān)單位的指導(dǎo)下，按試油施工制定進行試油作業(yè)。其一般程序為：安裝井及地面裝置；下油管探底及調(diào)整鉆井液；射孔；引導(dǎo)油氣流。

區(qū)域探井、重點預(yù)探井、超深井等鉆達油氣層(完井)后一般應(yīng)安排原鉆機試油。

六、完井作業(yè)

〔一〕下套管

下套管作業(yè)的主要環(huán)節(jié)有：

〔1〕對套管在下井以前進行無損檢查。無損檢查一般采納半自動化無損檢

測儀來進行。

〔2〕正確使用套管螺紋密封脂，實現(xiàn)準(zhǔn)確的上扣扭矩和合格的耐壓密封。

〔3〕使套管準(zhǔn)確對扣并上扣至合格扭矩。

〔4〕連續(xù)進行下套管。

〔5〕套管下至制定深度后，將套管載荷通過聯(lián)項節(jié)及吊卡交付給轉(zhuǎn)盤〔或通過套管瞳盤坐在轉(zhuǎn)在盤上〕。

(二)固井

下套管完畢，向套管四周注入水泥漿，使套管串與井壁牢固的連成一體，封隔疏松、易漏、易塌等復(fù)雜地層和油、氣、水層，防止油氣互竄。這項作業(yè)稱為固井。固井是整個鉆井工程的一個十分重要的環(huán)節(jié)，固井質(zhì)量的好壞，直接影響著這井能否順利的進行生產(chǎn)。固井的過程一般為：

1．進行固井制定并按規(guī)定程序進行審批。

2．進行固井準(zhǔn)備，包括召開固井協(xié)作會，做好水泥及添加劑準(zhǔn)備、固井施工裝備準(zhǔn)備、供水系統(tǒng)準(zhǔn)備等。

3．進行注水泥施工：通過套管將配制好的水泥漿注入井內(nèi)，并上返至一定高度。

4．注水泥漿碰壓后，執(zhí)行敞壓候凝，使水泥膠結(jié)。

(三)井裝定

固井后，對固井質(zhì)量進行檢查(試壓和測井)。檢查合格后，將懸掛在轉(zhuǎn)盤上的套管載荷移交到井(指最上一層套管)上進行井裝定。井裝定一般通過套管頭懸掛器卡瓦來固定。關(guān)于經(jīng)檢查固井質(zhì)量不合格的井，應(yīng)采用擠水泥、注水泥和鉆水泥塞等補救措施。

(四)拆卸設(shè)備

一井施工完畢后拆卸設(shè)備，轉(zhuǎn)入下一井的施工。

七、水上鉆井

在