鉆井工程緒論.PPT課件

1、鉆井與完井工程 緒緒 論論第一章第一章 鉆井的工程地質(zhì)條件鉆井的工程地質(zhì)條件第二章第二章 鉆進工具鉆進工具第三章第三章 鉆井液鉆井液第四章第四章 鉆進參數(shù)優(yōu)選鉆進參數(shù)優(yōu)選第五章第五章 井眼軌道設計及軌跡控制井眼軌道設計及軌跡控制第六章第六章 油氣井壓力控制油氣井壓力控制第1頁/共35頁鉆井工程理論與技術 主要參考書： 1.鉆井工藝原理（上、中、下），石油工業(yè)出版社，劉希圣教授主編。 2.鉆采概論石油工業(yè)出版社，高登林。 3. 鉆井工程 郝瑞主編（中等專業(yè)用書）。 4.噴射鉆井理論與計算石油工業(yè)出版社，張紹槐編著。 5. 最優(yōu)化鉆井理論基礎與計算石油工業(yè)出版社，郭學增編著。第2頁/共35頁緒論石

2、油鉆井概述 1石油鉆井的概念 2石油鉆井的種類鉆井技術的發(fā)展 1鉆井技術的發(fā)展階段 2旋轉(zhuǎn)鉆井技術的發(fā)展鉆井的基本工藝過程第3頁/共35頁 鉆井的概念 鉆井的種類緒論第4頁/共35頁一、 什么是鉆井？利用一定的工具和技術在地層中鉆出一個較大利用一定的工具和技術在地層中鉆出一個較大孔眼的過程?？籽鄣倪^程。第5頁/共35頁 鉆井可按鉆井的目的、幾何形狀、井深等進行分類。二、鉆井的種類二、鉆井的種類1. 按鉆井目的分類：區(qū)域普查井 ：基準井、剖面井、參數(shù)井、構造井探井：預探井、詳探井等開發(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。第6頁/共35頁

3、 基準井：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 氣構造而鉆的井。 參數(shù)井：為了解區(qū)域構造，提供巖石物性參數(shù)而鉆的井。 構造井：為了了解地質(zhì)構造特征、驗證物探成果，并編 制地下某一標準層的構造圖。 探井：為了確定油氣藏是否存在及其埋藏位置而鉆的井（預探井）；為了對油氣藏進行工業(yè)評價及取得油氣開發(fā)所需 的地質(zhì)資料而鉆的井（詳探井）。二、鉆井的種類二、鉆井的種類區(qū)域普查井第7頁/共35頁 生產(chǎn)井：在進行油田開發(fā)時，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，而對油田進行注水注氣以補充

4、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，為進一步提高開發(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。二、鉆井的種類二、鉆井的種類開發(fā)井特殊用途井第8頁/共35頁2.按幾何形狀不同分類： 直井、定向井、水平井、大位移井直井、定向井、水平井、大位移井 直井：井口與井底在同一條鉛垂線上； 定向井：沿著預先設計的井眼軌跡鉆達目的層，井口與井底不在同一條鉛垂線上。二、鉆井的種類二、鉆井的種類第9頁/共35頁

5、根據(jù)井眼軸線剖面的類根據(jù)井眼軸線剖面的類型，可以分為：型，可以分為： 直井和定向井。直井和定向井。定向井直井二、鉆井的種類二、鉆井的種類第10頁/共35頁普通定向井：普通定向井：一個井場內(nèi)僅有一個井場內(nèi)僅有1 1口最大井斜角小于口最大井斜角小于6060的定向井。的定向井。大斜度井：大斜度井：最大井斜角在最大井斜角在6060-80-80范圍內(nèi)的定向井。范圍內(nèi)的定向井。水平井：水平井：最大井斜角大于或等于最大井斜角大于或等于8686 ，并保持這種井斜角鉆完一，并保持這種井斜角鉆完一定長度段的井。定長度段的井。大位移井：大位移井：定義一：定義一：水平位移水平位移=垂深垂深2 2的定向井或水平井；的定

6、向井或水平井；定義定義二：二：測深測深=垂深垂深2 2的定向井或水平井。的定向井或水平井。叢式井：叢式井：在在一個井場（海洋平臺）一個井場（海洋平臺）上上有計劃地鉆出兩口或兩口以有計劃地鉆出兩口或兩口以上的定向井組，其中可含上的定向井組，其中可含1 1口直井。口直井。多底井（分支井）：多底井（分支井）：一個井口下面一個井口下面有兩個或兩個以上井底的定有兩個或兩個以上井底的定向井。向井。定定向向井井第11頁/共35頁叢叢式式井井第12頁/共35頁 分支井及形式分支井及形式第13頁/共35頁西江西江24-3油田油田西江西江24-1油田油田8063米2850米水深100米大位移井第14頁/共35頁3

7、.把鉆井按井深不同分類： 淺井H2500m2500m 中深井 2500H45002500H4500 深井 4500H6000 4500H6000mH6000m4.按溫度、壓力的高低分類： 高溫高壓井：按國際通用概念，地溫超過150度稱為高溫，地層壓力當量密度超過1.8g/cm3或用超過70MPa井口裝置時稱高壓，兩者同時具備的井稱為高溫高壓井。 超高溫高壓井：井底溫度超過220度，井底壓力超過105MPa二、鉆井的種類二、鉆井的種類第15頁/共35頁第二節(jié)第二節(jié) 鉆井方法鉆井方法為了在地下巖層中鉆出所要求的孔眼而為了在地下巖層中鉆出所要求的孔眼而采用的鉆孔方法。采用的鉆孔方法。人工掘井人工掘井

8、人力沖擊鉆井法頓鉆鉆井法(機械)旋轉(zhuǎn)鉆井法連續(xù)管鉆井法連續(xù)管鉆井法目前普遍使用鉆井方法鉆井方法鉆井方法分 類依據(jù)：依據(jù)：如何破碎如何破碎巖石、怎樣取出巖石、怎樣取出巖屑、凈化井眼巖屑、凈化井眼第16頁/共35頁 人工掘井：人工掘井：15211521年之前。年之前。 人力沖擊鉆：人力沖擊鉆：1521152118351835年，是年，是靠人力、撈砂筒、特殊鉆頭、懸靠人力、撈砂筒、特殊鉆頭、懸繩、游梁等來完成的。實際上是繩、游梁等來完成的。實際上是利用了杠桿原理及自由落體的下利用了杠桿原理及自由落體的下落沖擊作用來鉆井的。落沖擊作用來鉆井的。特點是：特點是：1 1）破巖與清巖相間進行。）破巖與清巖相

9、間進行。2 2）沖擊力小，破碎效率低。）沖擊力小，破碎效率低。3 3）設備簡單，起下鉆方便。）設備簡單，起下鉆方便。 頓鉆鉆井法：頓鉆鉆井法：1859185919011901年年支架游梁懸繩井壁鉆頭井底第二節(jié)第二節(jié) 鉆井方法鉆井方法第17頁/共35頁頓鉆鉆井法頓鉆鉆井法工工藝藝過過程程鋼絲繩提升鉆頭鋼絲繩提升鉆頭沖擊井底，擊碎巖石沖擊井底，擊碎巖石巖屑、泥土混合成泥水漿巖屑、泥土混合成泥水漿提出鉆頭提出鉆頭撈出井內(nèi)的泥水漿撈出井內(nèi)的泥水漿暴露新井底暴露新井底下放下放下?lián)粕巴蚕聯(lián)粕巴蚕蚓畠?nèi)注水向井內(nèi)注水積累到一定量積累到一定量設計井深設計井深 頓鉆鉆井示意圖頓鉆鉆井示意圖第18頁/共35頁特點特

10、點起、下鉆費時少，設備簡單起、下鉆費時少，設備簡單(1)(1)破碎巖石，取出巖屑的作業(yè)都是不連續(xù)的；破碎巖石，取出巖屑的作業(yè)都是不連續(xù)的；優(yōu)點：優(yōu)點：缺點：缺點：(2)(2)鉆頭功率小，破巖效率低，鉆井速度慢；鉆頭功率小，破巖效率低，鉆井速度慢；(3)(3)不能進行井內(nèi)壓力控制；不能進行井內(nèi)壓力控制；(4)(4)只適用于鉆直井。只適用于鉆直井。頓鉆鉆井法頓鉆鉆井法第19頁/共35頁旋轉(zhuǎn)鉆井法旋轉(zhuǎn)鉆井法n旋轉(zhuǎn)鉆井：是自1901年發(fā)展起來的。n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行破碎，同時循環(huán)鉆井液以清潔井底的鉆井方法。n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)動鉆井

11、。n特點是：1）破巖與清巖相接進行。2）旋轉(zhuǎn)動力大，轉(zhuǎn)速高，破碎效率高。3）設備復雜，起下鉆繁瑣。第20頁/共35頁（1 1）概念時期（概念時期（1901190119201920年）年）：這個時期內(nèi)開始將鉆井和洗：這個時期內(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。井結(jié)合在一起，并使用了牙輪鉆頭和注水泥固套管技術。（2 2）發(fā)展時期（發(fā)展時期（1920192019481948年）年）：這個時期牙輪鉆頭、固井工：這個時期牙輪鉆頭、固井工藝、鉆井液等得到進一步發(fā)展，同時出現(xiàn)了大功率鉆井設備。藝、鉆井液等得到進一步發(fā)展，同時出現(xiàn)了大功率鉆井設備。（3 3）科學化鉆井時期（科學化

12、鉆井時期（1948194819681968年）年）：這個時期鉆井技術有：這個時期鉆井技術有了迅速發(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，總結(jié)出了影固相、無固相不分散體系鉆井液及固相控制技術，總結(jié)出了影響機械鉆速的有關因素，采用了地層壓力檢測、井控技術及平響機械鉆速的有關因素，采用了地層壓力檢測、井控技術及平衡壓力鉆井技術。衡壓力鉆井技術。（4 4）自動化鉆井時期（自動化鉆井時期（19681968現(xiàn)在）現(xiàn)在）：發(fā)展了鉆井參數(shù)自動檢：發(fā)展了鉆井參數(shù)自動檢測、綜合錄井、隨鉆測量技術等計算機技術在

13、鉆井工程中的應測、綜合錄井、隨鉆測量技術等計算機技術在鉆井工程中的應用；發(fā)展了優(yōu)化鉆井、井口機械化自動化工具、自動化鉆機、用；發(fā)展了優(yōu)化鉆井、井口機械化自動化工具、自動化鉆機、井眼軌跡遙控及自動閉環(huán)控制技術等新技術、新工藝及新設備。井眼軌跡遙控及自動閉環(huán)控制技術等新技術、新工藝及新設備。旋轉(zhuǎn)鉆井技術的發(fā)展第21頁/共35頁旋轉(zhuǎn)鉆井法旋轉(zhuǎn)鉆井法1.1.轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法(1)工藝過程工藝過程鉆頭吃入地層破碎巖石清洗井底循環(huán)洗井液轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆柱加壓設計井深 轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法 第22頁/共35頁(2) 特點特點目前這種方法在世界各國被廣泛使用。目前這種方法在世界各國被廣泛使用。鉆

14、桿完成起下鉆具、傳遞扭矩、為鉆頭施加鉆壓、提供洗井液的入井渠道等任務；鉆頭在一定的鉆壓作用下旋轉(zhuǎn)破巖，提高了破巖效率；在破巖的同時，井底巖屑被清除出來；提高了鉆井速度和效益。1.1.轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法第23頁/共35頁鉆頭吃入地層破碎巖石清洗井底循環(huán)洗井液動力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆柱加壓設計井深2. 2. 井底動力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆井法井底動力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆井法(1)工藝過程工藝過程(2)分類分類渦輪鉆具渦輪鉆具螺桿鉆具螺桿鉆具電動鉆具電動鉆具第24頁/共35頁轉(zhuǎn)動鉆頭的動力由地面移到井下，直接接在鉆轉(zhuǎn)動鉆頭的動力由地面移到井下，直接接在鉆頭之上；頭之上；鉆柱不旋轉(zhuǎn)，鉆柱不旋轉(zhuǎn)，鉆柱的功能只是給鉆頭施加一定

15、鉆柱的功能只是給鉆頭施加一定的鉆壓、形成洗井液通路和承受井下動力鉆具外的鉆壓、形成洗井液通路和承受井下動力鉆具外殼的反扭矩；殼的反扭矩；井底動力鉆具的動力是由電源或井內(nèi)鉆井液流井底動力鉆具的動力是由電源或井內(nèi)鉆井液流體提供的。體提供的。(3) 特點特點2. 2. 井底動力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆井法井底動力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆井法第25頁/共35頁連續(xù)管鉆井法連續(xù)管鉆井法(柔桿鉆井法柔桿鉆井法)1.1.工藝過程工藝過程鉆頭、加壓裝置、動力機鉆頭、加壓裝置、動力機下放至井底下放至井底循環(huán)洗井液循環(huán)洗井液延伸井眼延伸井眼鉆頭旋轉(zhuǎn)，破碎巖石鉆頭旋轉(zhuǎn)，破碎巖石為動力機提供動力為動力機提供動力清洗井底清洗井底連續(xù)管連續(xù)管連續(xù)管

16、鉆井示意圖連續(xù)管鉆井示意圖第26頁/共35頁2.特點特點(5)(5)具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，目前正在發(fā)展、完善中。具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，目前正在發(fā)展、完善中。(1)(1)連續(xù)管鉆井實現(xiàn)了起、下鉆的連續(xù)機械化，節(jié)省了時間和勞動量；(2)(2)在起下鉆時仍能保持洗井液的正常循環(huán)；(3)(3)由洗井液直接提供破巖鉆進的能量，大大提高了能量的有效利用率；(4)(4)為全自動化控制提供了很好的條件；連續(xù)管鉆井法連續(xù)管鉆井法(柔桿鉆井法柔桿鉆井法)第27頁/共35頁第三節(jié) 基本鉆井工藝過程三個階段：即三個階段：即鉆前淮備鉆前淮備、鉆進鉆進以及以及固井與完井固井與完井1 1鉆前準備鉆前準備修公路、平井場及打水泥基

17、礎、鉆井設備的搬運和安排、井口準備（打?qū)薰贰⑵骄畧黾按蛩嗷A、鉆井設備的搬運和安排、井口準備（打?qū)Ч芎豌@鼠洞）、備足鉆井所需要的各種工具、器材等。管和鉆鼠洞）、備足鉆井所需要的各種工具、器材等。2 2鉆進鉆進鉆進是進行鉆井生產(chǎn)取得進尺的唯一過程。鉆進是進行鉆井生產(chǎn)取得進尺的唯一過程。其基本工藝過程有：其基本工藝過程有：第一次開鉆第一次開鉆( (一開一開) )第二次開鉆第二次開鉆( (二開二開) )第三次開鉆第三次開鉆( (三開三開) )從地面鉆出一個大井眼，然后下表層套管。從地面鉆出一個大井眼，然后下表層套管。用較小一些的鉆頭繼續(xù)鉆進，若遇到復雜用較小一些的鉆頭繼續(xù)鉆進，若遇到復雜地層，

18、用鉆井液難以控制時，便要下技術地層，用鉆井液難以控制時，便要下技術套管套管( (中間套管中間套管) )。再用小一些的鉆頭往下鉆進，直到設計井深，再用小一些的鉆頭往下鉆進，直到設計井深，下油層套管，進行固井、完井作業(yè)。下油層套管，進行固井、完井作業(yè)。每改變一次鉆頭尺寸，開始每改變一次鉆頭尺寸，開始鉆一新井段的工藝叫鉆一新井段的工藝叫開鉆開鉆第28頁/共35頁3 3、固井與完井固井與完井固井固井即是在已鉆成的井眼內(nèi)下入套即是在已鉆成的井眼內(nèi)下入套管，而后在套管與井眼間的環(huán)形空管，而后在套管與井眼間的環(huán)形空間內(nèi)注入水泥漿，將套管和地層固間內(nèi)注入水泥漿，將套管和地層固結(jié)成一體的工藝過程。結(jié)成一體的工藝過程。只有通過下套管、固井，才能防只有通過下套管、固井，才能防止井眼的坍塌，形成永久的油氣止井眼的坍塌，形成永久的油氣通道，并防止地下各層流體的互通道，并防止地下各層流體的互竄，達到開采油氣的目的。竄，達到開采油氣的目的。完井完井包括用特定的方法連通油、氣包括用特定的方法連通油、氣層和井筒，替噴或抽汲等方法誘導層和井筒，替噴或抽汲等方法誘導油、氣流進入井筒，然后進行油氣油、氣流進入井筒，然后進行油氣生產(chǎn)。生產(chǎn)。固井后井眼狀況示意固井后井眼狀況示意圖圖1套管套管 2水泥環(huán)水泥環(huán) 3氣層氣層4油層油層 5水層水層第三節(jié) 基本鉆井工藝過程第29頁/共35頁第30頁/共35頁固井、完井、其它作業(yè)下