石油鉆井工藝技術(shù)結(jié)課論文黃亞強(qiáng)

1、 鉆井工藝技術(shù)基礎(chǔ)知識課結(jié)課論文 班級：13地質(zhì)2班 姓名：黃亞強(qiáng) 指導(dǎo)老師：徐建功 日期：2014年12月18日 摘要：鉆井是指利用專門設(shè)備、建立地面與地下油井通道的工程，以便于將地下的油氣沿著輸送油管道采集到地面，加以利用。鉆井的定義：使用一定的破巖工具，不斷地破碎井底巖石，加深井眼的過程。在石油勘探和油田開發(fā)的各項(xiàng)任務(wù)中，鉆井起著十分重要的作用，諸如尋找和證實(shí)含油氣構(gòu)造、獲得工業(yè)油流、探明已證實(shí)的含油（氣）構(gòu)造的含油氣面積和儲量，取得有關(guān)油田的地質(zhì)資料和開發(fā)數(shù)據(jù)，最后將原油從地下取到地面上來等等，無一不是通過鉆井來完成的。鉆井是勘探與開采石油及天然氣資源的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是勘探和開發(fā)石油的

2、重要手段。關(guān)鍵詞：鉆井工藝、井控技術(shù)、固井與完井。 鉆井是以一定壓力作用在鉆頭上，并帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)使之破碎地層巖石，井底巖石被破碎后所產(chǎn)生的巖屑通過循環(huán)鉆井液被攜帶到地面上來鉆井過程中，井眼不斷加深，所形成井眼的井壁應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定，不斷發(fā)生復(fù)雜情況以保證繼續(xù)鉆進(jìn)。在鉆進(jìn)中要鉆穿各種地層，而各地層的特點(diǎn)不同，其巖石強(qiáng)度有高有低，有的地層含高壓水、油、氣等流體，有的含有鹽、石膏、芒硝等成分，這些對鉆井液都有不良影響。強(qiáng)度低的地層會發(fā)生坍塌，或被密度大的鉆井液壓裂等復(fù)雜情況，妨礙繼續(xù)鉆進(jìn)，這需要下入套管并注入水泥予以封固，然后，用較小的鉆頭繼續(xù)鉆出新的井段。每改變一次鉆頭尺寸（井眼尺寸），開始鉆新的井段的工

3、藝叫開鉆。一般情況下，一口井的鉆進(jìn)過程中應(yīng)有幾次開鉆，井深和地層情況不同，則開鉆次數(shù)也不同。 第一次開鉆（一開）：從地面鉆出較大井眼，到一定設(shè)計(jì)深度后下表層套管。 第二次開鉆（二開）：從表層套管內(nèi)用較小一些的鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)，若地層不復(fù)雜，則可直接鉆到目的層后下油層套管完井。如果地層復(fù)雜，很難用鉆井液控制時(shí)，則要下入技術(shù)套管。 第三次開鉆（三開）：從技術(shù)套管內(nèi)再用小一點(diǎn)的鉆頭往下鉆進(jìn)。根據(jù)情況，可一直鉆達(dá)預(yù)定井深或者再下第二次、第三層技術(shù)套管。在進(jìn)行第四次、第五次開鉆，直到最后鉆到目的層深度，下油層套管，進(jìn)行固井、完井作業(yè)。固井與完井 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)鉆井設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是保證一口井能順利鉆進(jìn)的前

4、提，合理的井身結(jié)構(gòu)可以保證一口井能順利鉆達(dá)預(yù)定的井深，能夠保證鉆進(jìn)過程的安全，能防止鉆進(jìn)中的產(chǎn)層污染，并能花費(fèi)最少的費(fèi)用。 固井是油、氣井建井過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。固井工程包括包括下套管和注水泥兩個(gè)生產(chǎn)過程。下套管就是在已經(jīng)鉆成的井眼中按規(guī)定深度下入一定直徑、由某種或幾種不同鋼級及壁厚的套管組成的套管柱。注水泥就是在地面上將水泥漿通過套管柱注入到井眼與套管柱之間的的環(huán)形空間中的過程。水泥漿套管柱與井壁巖石牢固地固結(jié)在一起，可以將油氣水層及復(fù)雜層位封固起來以利于進(jìn)一步地鉆進(jìn)或開采。 井身結(jié)構(gòu)主要包括套管層次和每層套管的下入深度，以及套管和井眼尺寸的配合。井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是鉆井工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，它不但關(guān)

5、系到鉆井工程的整體效益，而且還直接影響油井的質(zhì)量和壽命。因而在鉆井工程設(shè)計(jì)時(shí)首先要科學(xué)地進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的主要依據(jù)是地層壓力和地層破裂壓力剖面。 套管的類型：根據(jù)功用可分為以下幾種類型：序號套管類型定義作用1表層套管開始下入的最短最淺的一層套管1、在其頂部安裝套管頭，并通過套管頭懸掛和支撐后續(xù)各層套管。2、隔離地標(biāo)淺水層和淺部復(fù)雜地層，使淡水層不受鉆井液污染。 2中間套管（技術(shù)套管）介于表層套管和生產(chǎn)套管之間的所有套管。1、隔離不同地層孔隙壓力的層系或易塌易漏等復(fù)雜地層。根據(jù)需要可以是一層、兩層甚至多層。3生產(chǎn)套管鉆達(dá)目的層后下的最后一層套管1、保護(hù)生產(chǎn)層，并給油氣從產(chǎn)層流至地面提供通道。

6、4鉆井襯管（鉆井尾管）作用同中間尾管1、鉆井襯管常在已下入一層中間套管后采用，即只在裸眼段下套管注水泥，套管柱不延伸至井口。2、可以減輕下套管時(shí)鉆機(jī)的負(fù)荷和固井后套管頭的負(fù)荷，也可節(jié)省大量套管和水泥，降低固井成本。 套管柱的設(shè)計(jì) 油井套管是優(yōu)質(zhì)鋼材制成的無縫管或焊接管，兩端均加工有錐形螺紋。大多數(shù)是用套管接箍連接成套管柱，用于封固井壁的裸露巖石。 套管柱（套管串）通常是由同一外徑、相同或不同鋼級及不同壁厚的套管用接箍連接組成的，應(yīng)符合強(qiáng)度及生產(chǎn)的要求。 套管柱下入井中之后要受到各種力的作用。在不同類型的井中或在一口井的不同生產(chǎn)時(shí)期，套管柱的受力是不同的。套管柱的所受的基本載荷可分為軸向拉力（自

7、上而下逐漸變?。⑼鈹D壓力（自上而下逐漸變大）及內(nèi)壓力（有效應(yīng)力自下而上變大）。所以在套管柱設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況按照套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法進(jìn)行抗拉強(qiáng)度、抗擠強(qiáng)度、抗內(nèi)壓強(qiáng)度校核。另外在定向井的彎曲井段，應(yīng)考慮彎曲效率增大了套管的拉力，套管彎曲應(yīng)力對套管抗拉抗內(nèi)壓強(qiáng)度影響較大，所以在根據(jù)井眼情況進(jìn)行井眼軌跡半徑計(jì)算和選擇套管，使套管的允許彎曲半徑小于井眼軌跡半徑，保證套管的順利下入，保證在井的整個(gè)使用期間，作用在套管上的最大應(yīng)力在允許的范圍內(nèi)。 下套管技術(shù)措施： 套管及附件、工具等下井前認(rèn)真檢查外觀，通徑、丈量、清洗絲扣，不合格套管嚴(yán)禁下入。 按下入次序?qū)μ坠苓M(jìn)行編號、記錄 套管及附件、工具上鉆臺時(shí)

8、要戴好護(hù)絲，嚴(yán)禁碰撞。 下入下不附件時(shí)，底部6根套管要涂絲扣膠，套管絲扣使用標(biāo)準(zhǔn)套管螺紋密封脂，以提高套管的密封能力。 采用滾輪旋流套管扶正器變滑動摩擦為滾動摩擦，降低下套管阻力，保證套管居中。套管扶正器加法：主力油層封固段每根套管加1只，其他封固段每2根套管加1只。 下套管采用套管鉗按api規(guī)定的最佳扭矩上扣。 嚴(yán)格控制套管下放速度，一般不超過0.46m/s. 下套管中途禁止停頓，根據(jù)情況可以在（35m）范圍內(nèi)提放管柱，以防粘卡，并時(shí)刻注意選中變化。下套管操作平穩(wěn)，嚴(yán)禁猛剎、猛放。下放套管遇阻時(shí)，一般控制下壓載荷不超過井下套管負(fù)重的60%，上提時(shí)，保持最小抗拉安全系數(shù)不低于1.5。 下套管過

9、程中，一般是每下入（3040）根套管灌滿一次鉆井液，較長時(shí)間的灌漿過程應(yīng)上下活動套管，以防粘卡套管。 下完套管后先灌滿鉆井液，再小排量開泵循環(huán)洗井，開泵循環(huán)時(shí)要用流量計(jì)來校正排量，并根據(jù)排量調(diào)整循環(huán)時(shí)的泵沖直至鉆井液性能達(dá)到施工要求。 石油和天然氣的勘探和開發(fā)中鉆成井眼所采取的技術(shù)方法。主要包括井身設(shè)計(jì)、鉆頭和泥漿的選用、鉆具組合、鉆井參數(shù)配合、井斜控制、泥漿處理、取巖心以及事故預(yù)防和處理等。石油鉆井工藝的特點(diǎn)是：井眼深、壓力大、溫度高、影響因素多等。以往主要靠經(jīng)驗(yàn)鉆井，50年代開始研究影響鉆井速度和成本的諸因素及其相互關(guān)系。鉆井新技術(shù)、新理論不斷出現(xiàn)。井眼方向必須控制在允許范圍內(nèi)。根據(jù)油氣勘

10、探，開發(fā)的地質(zhì)地理?xiàng)l件和工程需要，分直井和定向井兩類，后者又可分為一般定向井、水平井、叢式井等。 直井 井眼沿鉛直方向鉆進(jìn)并在規(guī)定的井斜角和方位角范圍內(nèi)鉆達(dá)目的層位，對井眼曲率和井底相對于井口的水平位移也有一定的要求。生產(chǎn)井井底水平位移過大，會打亂油田開發(fā)的布井方案；探井井底水平位移過大，有可能鉆不到預(yù)期的目的層。井的全角變化率過大會增加鉆井和采油作業(yè)的困難，易導(dǎo)致井下事故。影響井斜角和方位角的因素有：地質(zhì)條件，鉆具組合，鉆井技術(shù)措施，操作技術(shù)以及設(shè)備安裝質(zhì)量等。為防止井斜角和井眼曲率過大，必須選用合理的下部鉆具組合。常用的有剛性滿眼鉆具組合和鐘擺鉆具組合兩種。前者可采用較大的鉆壓鉆進(jìn),有利于

11、提高鉆速,井眼曲率較小，但不能糾斜,后者需控制一定的鉆壓,響鉆速，但可用來糾斜。 防斜打直技術(shù)措施1、天車、轉(zhuǎn)盤、井口中心線偏差不大于10mm，絞車、轉(zhuǎn)盤安裝執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2、設(shè)備安裝達(dá)到平、正、穩(wěn)、牢、全、靈、通，不漏油、氣、水、電、鉆井液，便于冬防保溫和夏季施工。3、指重表、記錄儀、泵壓表等鉆井儀器，儀表必須齊全、靈敏準(zhǔn)確。4、一開鉆具組合執(zhí)行設(shè)計(jì)要求，堅(jiān)持吊打，確保開孔垂直。表層井深打完，應(yīng)測量井斜，大于2度應(yīng)采取糾斜措施。5、二開下井鉆具穩(wěn)定器直徑磨損不大于2mm，否則不能下井。6、滿眼鉆具鉆進(jìn)要堅(jiān)持“以快保滿、以滿保直”的原則，不吊打、不劃眼、均勻送鉆，不突然加壓，不突然減壓，不加壓

12、啟動轉(zhuǎn)盤。7、鉆進(jìn)中短期設(shè)備檢修，或停鉆循環(huán)，鉆頭提高井底1012m，減小排量循環(huán)，防止底部井眼擴(kuò)大。恢復(fù)鉆進(jìn)時(shí)，加足正常鉆壓鉆進(jìn)，不準(zhǔn)吊打。8、按設(shè)計(jì)要求定點(diǎn)測斜，易斜井段和糾斜井段要加密測斜點(diǎn)，測斜不成功，不準(zhǔn)繼續(xù)鉆進(jìn)。井斜超過3度必須起鉆采取糾斜措施。9、根據(jù)設(shè)計(jì)適當(dāng)控制分井段的最大井斜角，以保證井底位移控制在設(shè)計(jì)或井身質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。10、糾斜方法應(yīng)根據(jù)地層特性、井斜和現(xiàn)場實(shí)際情況正確選擇，制定方案和措施，收集資料，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。 定向井 沿預(yù)先設(shè)計(jì)的井眼方向(井斜角和方位角)鉆達(dá)目的層位的井。主要用于：受地面地形限制，如油田埋藏在城鎮(zhèn)、高山、湖泊或良田之下；海上叢式鉆井；因地質(zhì)構(gòu)造

13、特殊（如斷層、裂縫層，或地層傾角太大等）的需要，鉆定向井有利于油、氣藏的勘探開發(fā)；處理井下事故，如側(cè)鉆，為制止井噴著火而鉆的救險(xiǎn)井等。 定向井的剖面設(shè)計(jì)，一般由直井段、造斜段、穩(wěn)斜段和降斜段組成。造斜和扭方位井段常用井下動力鉆具(渦輪鉆具或螺桿鉆具) 加彎接頭組成的造斜鉆具。當(dāng)井眼斜度最后達(dá)到或接近水平時(shí)，稱為水平井。定向鉆進(jìn)時(shí)，必須經(jīng)常監(jiān)測井眼的斜度和方位，隨時(shí)繪出井眼軌跡圖，以便及時(shí)調(diào)整。常用的測斜儀有單點(diǎn)、多點(diǎn)磁力照相測斜儀和陀螺測斜儀。近年來，還使用隨鉆測斜儀，不需起鉆就可隨時(shí)了解井眼的斜度和方位，按信號傳輸方式分有線及無線兩種，前者用電纜傳輸信號，后者用泥漿脈沖、電磁、聲波等。 叢式

14、井 叢式井又稱密集井、成組井, 在一個(gè)位置和限定的井場上向不同方位鉆數(shù)口至數(shù)十口定向井，使每口井沿各自的設(shè)計(jì)井身軸線分別鉆達(dá)目的層位，通常用于海上平臺或城市、良田、沼澤等地區(qū)，可節(jié)省大量投資，占地少，并便于集中管理。噴射鉆井 將泥漿泵輸送的高壓泥漿通過鉆頭噴嘴形成高速沖擊射流（通常在m/s以上）,直接作用于井底，充分利用水力能量（一般使泵水功率的50以上作用于井底）,使巖屑及時(shí)沖離井底或直接破碎地層,可大幅度提高鉆井速度。合理的工作方式是采用較高的泵壓、較低的排量和較小的鉆頭噴嘴直徑。 地層孔隙壓力預(yù)測和平衡壓力鉆井 用地震、測井和鉆進(jìn)時(shí)的資料（機(jī)械鉆速、頁巖密度、泥漿比重、溫度等）進(jìn)行綜合分析，預(yù)測地層孔隙壓力和判斷可能出現(xiàn)的異常壓力地層，及時(shí)采取措施以防止突然發(fā)生井噴、井漏和井塌等井下復(fù)雜情況。根據(jù)已知的地層孔隙壓力和地層破裂壓力，確定合理的泥漿比重和套管程序。在井內(nèi)泥漿液柱壓力和地層孔隙壓力近似平衡的條件下進(jìn)行鉆井，稱平衡壓力鉆井。可顯著提高鉆速，也有利于發(fā)現(xiàn)油、氣藏。 井控技術(shù)當(dāng)鉆達(dá)異常高壓地層而發(fā)生