鉆井工程緒論

1、鉆井工程,教材：鉆井工程理論與技術(shù) 陳庭根，管志川主編,鉆井與完井工程,緒 論 第一章 鉆井的工程地質(zhì)條件 第二章 鉆進(jìn)工具 第三章 鉆井液 第四章 鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選 第五章 井眼軌道設(shè)計(jì)及軌跡控制 第六章 油氣井壓力控制,鉆井工程理論與技術(shù),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(jì)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(chǔ)與計(jì)算石油工業(yè)出版社，郭學(xué)增編著。,緒論,石油鉆井概述 1石油鉆井的概念 2石油鉆井的種類 鉆井技術(shù)的發(fā)展 1鉆井技術(shù)的發(fā)

2、展階段 2旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的發(fā)展 鉆井的基本工藝過程,鉆井的概念 鉆井的種類,緒論,一、 什么是鉆井？,利用一定的工具和技術(shù)在地層中鉆出一個(gè)較大孔眼的過程。對(duì)我們而言，主要是開發(fā)油氣資源。,鉆井,直井,水平井,鉆井可按鉆井的目的、幾何形狀、井深等進(jìn)行分類。,二、鉆井的種類,1. 按鉆井目的分類： 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。,基準(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

3、油 氣構(gòu)造而鉆的井。 參數(shù)井：為了解區(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而鉆的井（預(yù)探井）；為了對(duì)油氣藏進(jìn)行工業(yè)評(píng)價(jià)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,區(qū)域普查井,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(duì)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

4、門用來(lái)了解地下動(dòng)態(tài)的井。 調(diào)整井：油田開發(fā)中后期，為進(jìn)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,開發(fā)井,特殊用途井,2.按幾何形狀不同分類： 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(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。,二、鉆井的種類,根據(jù)井眼軸線剖面的類型，可以分為： 直井和定向井。,定向井,直井,二、鉆井的種類,普通定向井：一個(gè)井場(chǎng)內(nèi)僅有1口最大井斜角小于60的定向井。 大斜度井：最大井斜角在60-80范圍內(nèi)的定向井。 水平井：最大井斜角大于或等于86 ，并保持這種

5、井斜角鉆完一定長(zhǎng)度段的井。 大位移井：定義一：水平位移=垂深2的定向井或水平井；定義二：測(cè)深=垂深2的定向井或水平井。 叢式井：在一個(gè)井場(chǎng)（海洋平臺(tái)）上有計(jì)劃地鉆出兩口或兩口以上的定向井組，其中可含1口直井。 多底井（分支井）：一個(gè)井口下面有兩個(gè)或兩個(gè)以上井底的定向井。,定向井,叢式井,分支井及形式,水深100米,南海西江大位移井,3.把鉆井按井深不同分類： 淺井H6000m 4.按溫度、壓力的高低分類： 高溫高壓井：按國(guó)際通用概念，地溫超過150度稱為高溫，地層壓力當(dāng)量密度超過1.8g/cm3或用超過70MPa井口裝置時(shí)稱高壓，兩者同時(shí)具備的井稱為高溫高壓井。 超高溫高壓井：井底溫度超過22

6、0度，井底壓力超過105MPa,二、鉆井的種類,第二節(jié) 鉆井方法,為了在地下巖層中鉆出所要求的孔眼而采用的鉆孔方法。,人工掘井,人力沖擊鉆井法,頓鉆鉆井法(機(jī)械),旋轉(zhuǎn)鉆井法,連續(xù)管鉆井法,目前普遍使用,鉆井方法,鉆井方法 分 類,依據(jù)：如何破碎巖石、怎樣取出巖屑、凈化井眼,人工掘井：1521年之前。 人力沖擊鉆：15211835年，是靠人力、撈砂筒、特殊鉆頭、懸繩、游梁等來(lái)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(lái)鉆井的。 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(jiǎn)單，起下鉆方便。 頓鉆鉆井法：18591901年,支架,游梁,懸繩,井壁,鉆頭,井

7、底,第二節(jié) 鉆井方法,頓鉆鉆井法,工藝過程,鋼絲繩提升鉆頭,沖擊井底，擊碎巖石,巖屑、泥土混合成泥水漿,提出鉆頭,撈出井內(nèi)的泥水漿,暴露新井底,設(shè)計(jì)井深,頓鉆鉆井示意圖,特點(diǎn),起、下鉆費(fèi)時(shí)少，設(shè)備簡(jiǎn)單,(1)破碎巖石，取出巖屑的作業(yè)都是不連續(xù)的；,優(yōu)點(diǎn)：,缺點(diǎn)：,(2)鉆頭功率小，破巖效率低，鉆井速度慢；,(3)不能進(jìn)行井內(nèi)壓力控制；,(4)只適用于鉆直井。,頓鉆鉆井法,旋轉(zhuǎn)鉆井法,旋轉(zhuǎn)鉆井：是自1901年發(fā)展起來(lái)的。 旋轉(zhuǎn)鉆井是靠動(dòng)力帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的過程中對(duì)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(dòng)力鉆具鉆井、頂部驅(qū)動(dòng)鉆井。 特點(diǎn)是： 1）破

8、巖與清巖相接進(jìn)行。 2）旋轉(zhuǎn)動(dòng)力大，轉(zhuǎn)速高，破碎效率高。 3）設(shè)備復(fù)雜，起下鉆繁瑣。,（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(dòng)密封軸承鉆頭，低固相、無(wú)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(cè)、井控技術(shù)及平衡壓力鉆井技術(shù)。 （4）自動(dòng)化鉆井時(shí)期（1968現(xiàn)在）：發(fā)

9、展了鉆井參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、綜合錄井、隨鉆測(cè)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(dòng)化工具、自動(dòng)化鉆機(jī)、井眼軌跡遙控及自動(dòng)閉環(huán)控制技術(shù)等新技術(shù)、新工藝及新設(shè)備。,旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的發(fā)展,旋轉(zhuǎn)鉆井法,1.轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法,(1)工藝過程,鉆頭,吃入地層,破碎巖石,清洗井底,設(shè)計(jì)井深,轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法,(2) 特點(diǎn),目前這種方法在世界各國(guó)被廣泛使用。,鉆桿完成起下鉆具、傳遞扭矩、為鉆頭施加鉆壓、提供洗井液的入井渠道等任務(wù)；,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(shí)，井底巖屑被清除出來(lái)；,提高了鉆井速度和效益。,1.轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法,鉆頭,吃入地層,破碎巖石,清洗井

10、底,設(shè)計(jì)井深,2. 井底動(dòng)力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆井法,(1)工藝過程,(2)分類,渦輪鉆具,螺桿鉆具,電動(dòng)鉆具,轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭的動(dòng)力由地面移到井下，直接接在鉆頭之上；,鉆柱不旋轉(zhuǎn)，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(dòng)力鉆具外殼的反扭矩；,井底動(dòng)力鉆具的動(dòng)力是由電源或井內(nèi)鉆井液流體提供的。,(3) 特點(diǎn),2. 井底動(dòng)力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆井法,連續(xù)管鉆井法(柔桿鉆井法),1.工藝過程,鉆頭、加壓裝置、動(dòng)力機(jī),下放至井底,循環(huán)洗井液,延伸井眼,鉆頭旋轉(zhuǎn)，破碎巖石,為動(dòng)力機(jī)提供動(dòng)力,清洗井底,連續(xù)管鉆井示意圖,2.特點(diǎn),(5)具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，目前正在發(fā)展、完善中。,(1)連續(xù)管鉆井實(shí)現(xiàn)了起、下鉆

11、的連續(xù)機(jī)械化，節(jié)省了時(shí)間和勞動(dòng)量；,(2)在起下鉆時(shí)仍能保持洗井液的正常循環(huán)；,(3)由洗井液直接提供破巖鉆進(jìn)的能量，大大提高了能量的有效利用率；,(4)為全自動(dòng)化控制提供了很好的條件；,連續(xù)管鉆井法(柔桿鉆井法),第三節(jié) 基本鉆井工藝過程,三個(gè)階段：即鉆前淮備、鉆進(jìn)以及固井與完井,1鉆前準(zhǔn)備,修公路、平井場(chǎng)及打水泥基礎(chǔ)、鉆井設(shè)備的搬運(yùn)和安排、井口準(zhǔn)備（打?qū)Ч芎豌@鼠洞）、備足鉆井所需要的各種工具、器材等。,2鉆進(jìn),鉆進(jìn)是進(jìn)行鉆井生產(chǎn)取得進(jìn)尺的唯一過程。,其基本工藝過程有：,第一次開鉆(一開),第二次開鉆(二開),第三次開鉆(三開),從地面鉆出一個(gè)大井眼，然后下表層套管。,用較小一些的鉆頭繼續(xù)鉆

12、進(jìn)，若遇到復(fù)雜地層，用鉆井液難以控制時(shí)，便要下技術(shù)套管(中間套管)。,再用小一些的鉆頭往下鉆進(jìn)，直到設(shè)計(jì)井深，下油層套管，進(jìn)行固井、完井作業(yè)。,每改變一次鉆頭尺寸，開始 鉆一新井段的工藝叫開鉆,3、固井與完井,固井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。,只有通過下套管、固井，才能防止井眼的坍塌，形成永久的油氣通道，并防止地下各層流體的互竄，達(dá)到開采油氣的目的。,完井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(dǎo)油、氣流進(jìn)入井筒，然后進(jìn)行油氣生產(chǎn)。,固井后井眼狀況示意圖 1套管 2水泥環(huán) 3氣層 4油層 5水層,第三節(jié) 基本鉆井工藝過程,固井、完井、其它作業(yè),固井,下套管 注水泥,完井,完井方式