钻井工程绪论..pptx

钻井与完井工程 绪绪 论论第一章第一章 钻井的工程地质条件钻井的工程地质条件第二章第二章 钻进工具钻进工具第三章第三章 钻井液钻井液第四章第四章 钻进参数优选钻进参数优选第五章第五章 井眼轨道设计及轨迹控制井眼轨道设计及轨迹控制第六章第六章 油气井压力控制油气井压力控制第1页/共35页钻井工程理论与技术 主要参考书：1.钻井工艺原理（上、中、下），石油工业出版社，刘希圣教授主编。2.钻采概论石油工业出版社，高登林。3.钻井工程 郝瑞主编（中等专业用书）。4.喷射钻井理论与计算石油工业出版社，张绍槐编著。5.最优化钻井理论基础与计算石油工业出版社，郭学增编著。第2页/共35页绪论石油钻井概述 1石油钻井的概念 2石油钻井的种类钻井技术的发展 1钻井技术的发展阶段 2旋转钻井技术的发展钻井的基本工艺过程第3页/共35页 钻井的概念 钻井的种类绪论第4页/共35页一、什么是钻井？利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大孔眼的过程。孔眼的过程。对我们而言，主要是开发油气资对我们而言，主要是开发油气资对我们而言，主要是开发油气资对我们而言，主要是开发油气资源。源。源。源。钻井钻井钻井钻井直井直井直井直井水平井水平井水平井水平井第5页/共35页 钻井可按钻井的目的、几何形状、井深等进行分类。二、钻井的种类二、钻井的种类1.按钻井目的分类：区域普查井：基准井、剖面井、参数井、构造井探井：预探井、详探井等开发井：生产井（油井、气井）、注入井（注水井、注气井）特殊用途井：检查井、观察井、调整井、救援井等。第6页/共35页基准井：在区域普查阶段，为了了解地层的沉积特征和 含油气情况、验证物探成果而钻的井。剖面井：是为了研究地层岩性、岩相变化，为寻找含油 气构造而钻的井。参数井：为了解区域构造，提供岩石物性参数而钻的井。构造井：为了了解地质构造特征、验证物探成果，并编 制地下某一标准层的构造图。探井：为了确定油气藏是否存在及其埋藏位置而钻的井（预探井）；为了对油气藏进行工业评价及取得油气开发所需 的地质资料而钻的井（详探井）。二、钻井的种类二、钻井的种类区域普查井第7页/共35页生产井：在进行油田开发时，为开采石油和天然气而钻的井。注入井：开发后期为了提高采收率及开发速度，而对油田进行注水注气以补充和合理利用地层能量所钻的井。检查井：油田开发到某一含水阶段，为了搞清各油层的压力和油、气、水分布状况，剩余油饱和度的分布和变化情况。观察井：油田开发过程中专门用来了解地下动态的井。调整井：油田开发中后期，为进一步提高开发效果和最终采收率，而调整原有开发井网所钻的井。救援井：为了救援而钻的井。二、钻井的种类二、钻井的种类开发井特殊用途井第8页/共35页2.按几何形状不同分类：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：井口与井底在同一条铅垂线上；定向井：沿着预先设计的井眼轨迹钻达目的层，井口与井底不在同一条铅垂线上。二、钻井的种类二、钻井的种类第9页/共35页根据井眼轴线剖面的类根据井眼轴线剖面的类型，可以分为：型，可以分为：直井和定向井。直井和定向井。定向井直井二、钻井的种类二、钻井的种类第10页/共35页普通定向井：普通定向井：一个井场内仅有一个井场内仅有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60-8060-80范围内的定向井。范围内的定向井。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86 86，并保持这种井斜角钻完一，并保持这种井斜角钻完一定长度段的井。定长度段的井。大位移井：大位移井：定义一：定义一：水平位移水平位移=垂深垂深22的定向井或水平井；的定向井或水平井；定义定义二：二：测深测深=垂深垂深22的定向井或水平井。的定向井或水平井。丛式井：丛式井：在在一个井场（海洋平台）一个井场（海洋平台）上上有计划地钻出两口或两口以上有计划地钻出两口或两口以上的定向井组，其中可含的定向井组，其中可含1 1口直井。口直井。多底井（分支井）：多底井（分支井）：一个井口下面一个井口下面有两个或两个以上井底的定向有两个或两个以上井底的定向井。井。定定向向井井第11页/共35页丛丛式式井井第12页/共35页 双双 向向 迭迭 加加 三三 叉叉 辐辐 射射 形形 人人 字字 形形肋肋 骨骨 形形分支井及形式分支井及形式第13页/共35页西江西江24-3油田油田西江西江24-1油田油田8063米2850米水深100米大位移井南海西江大位移井南海西江大位移井第14页/共35页3.把钻井按井深不同分类：浅井H2500m2500m 中深井 2500H45002500H4500深井 4500H6000 4500H6000mH6000m4.按温度、压力的高低分类：高温高压井：按国际通用概念，地温超过150度称为高温，地层压力当量密度超过1.8g/cm3或用超过70MPa井口装置时称高压，两者同时具备的井称为高温高压井。超高温高压井：井底温度超过220度，井底压力超过105MPa二、钻井的种类二、钻井的种类第15页/共35页第二节第二节 钻井方法钻井方法为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。采用的钻孔方法。人工掘井人工掘井人力冲击钻井法顿钻钻井法(机械)旋转钻井法连续管钻井法连续管钻井法目前普遍使用钻井方法钻井方法钻井方法分 类依据：依据：如何破碎如何破碎岩石、怎样取出岩石、怎样取出岩屑、净化井眼岩屑、净化井眼第16页/共35页人工掘井：人工掘井：15211521年之前。年之前。人力冲击钻：人力冲击钻：1521152118351835年，是年，是靠人力、捞砂筒、特殊钻头、悬靠人力、捞砂筒、特殊钻头、悬绳、游梁等来完成的。实际上是绳、游梁等来完成的。实际上是利用了杠杆原理及自由落体的下利用了杠杆原理及自由落体的下落冲击作用来钻井的。落冲击作用来钻井的。特点是：特点是：1 1）破岩与清岩相间进行。）破岩与清岩相间进行。2 2）冲击力小，破碎效率低。）冲击力小，破碎效率低。3 3）设备简单，起下钻方便。）设备简单，起下钻方便。顿钻钻井法：顿钻钻井法：1859185919011901年年支架游梁悬绳井壁钻头井底第二节第二节 钻井方法钻井方法第17页/共35页顿钻钻井法顿钻钻井法工工艺艺过过程程钢丝绳提升钻头钢丝绳提升钻头冲击井底，击碎岩石冲击井底，击碎岩石岩屑、泥土混合成泥水浆岩屑、泥土混合成泥水浆提出钻头提出钻头捞出井内的泥水浆捞出井内的泥水浆暴露新井底暴露新井底下放下放下捞砂筒下捞砂筒向井内注水向井内注水积累到一定量积累到一定量设计井深设计井深 顿钻钻井示意图顿钻钻井示意图第18页/共35页特点特点起、下钻费时少，设备简单起、下钻费时少，设备简单(1)(1)破碎岩石，取出岩屑的作业都是不连续的；破碎岩石，取出岩屑的作业都是不连续的；优点：优点：缺点：缺点：(2)(2)钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢；钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢；(3)(3)不能进行井内压力控制；不能进行井内压力控制；(4)(4)只适用于钻直井。只适用于钻直井。顿钻钻井法顿钻钻井法第19页/共35页旋转钻井法旋转钻井法n旋转钻井：是自1901年发展起来的。n旋转钻井是靠动力带动钻头旋转，在旋转的过程中对井底岩石进行破碎，同时循环钻井液以清洁井底的钻井方法。n旋转钻井又分为转盘钻井、井下动力钻具钻井、顶部驱动钻井。n特点是：1）破岩与清岩相接进行。2）旋转动力大，转速高，破碎效率高。3）设备复杂，起下钻繁琐。第20页/共35页（1 1）概念时期（概念时期（1901190119201920年）年）：这个时期内开始将钻井和洗：这个时期内开始将钻井和洗井结合在一起，并使用了牙轮钻头和注水泥固套管技术。井结合在一起，并使用了牙轮钻头和注水泥固套管技术。（2 2）发发展展时时期期（1920192019481948年年）：这这个个时时期期牙牙轮轮钻钻头头、固固井井工工艺、钻井液等得到进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。艺、钻井液等得到进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。（3 3）科科学学化化钻钻井井时时期期（1948194819681968年年）：这这个个时时期期钻钻井井技技术术有有了了迅迅速速发发展展。采采用用了了喷喷射射钻钻井井，镶镶齿齿、滑滑动动密密封封轴轴承承钻钻头头，低低固固相相、无无固固相相不不分分散散体体系系钻钻井井液液及及固固相相控控制制技技术术，总总结结出出了了影影响响机机械械钻钻速速的的有有关关因因素素，采采用用了了地地层层压压力力检检测测、井井控控技技术术及及平平衡压力钻井技术。衡压力钻井技术。（4 4）自自动动化化钻钻井井时时期期（19681968现现在在）：发发展展了了钻钻井井参参数数自自动动检检测测、综综合合录录井井、随随钻钻测测量量技技术术等等计计算算机机技技术术在在钻钻井井工工程程中中的的应应用用；发发展展了了优优化化钻钻井井、井井口口机机械械化化自自动动化化工工具具、自自动动化化钻钻机机、井眼轨迹遥控及自动闭环控制技术等新技术、新工艺及新设备。井眼轨迹遥控及自动闭环控制技术等新技术、新工艺及新设备。旋转钻井技术的发展第21页/共35页旋转钻井法旋转钻井法1.1.转盘旋转钻井法转盘旋转钻井法(1)工艺过工艺过程程钻头吃入地层破碎岩石清洗井底循环洗井液转盘旋转钻柱加压设计井深 转盘旋转钻井法转盘旋转钻井法 第22页/共35页(2)特点特点目前这种方法在世界各国被广泛使用。目前这种方法在世界各国被广泛使用。钻杆完成起下钻具、传递扭矩、为钻头施加钻压、提供洗井液的入井渠道等任务；钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破岩效率；在破岩的同时，井底岩屑被清除出来；提高了钻井速度和效益。1.1.转盘旋转钻井法转盘旋转钻井法第23页/共35页钻头吃入地层破碎岩石清洗井底循环洗井液动力钻具旋转钻柱加压设计井深2.2.井底动力钻具旋转钻井法井底动力钻具旋转钻井法(1)工艺过工艺过程程(2)分类分类涡轮钻具涡轮钻具螺杆钻具螺杆钻具电动钻具电动钻具第24页/共35页转动钻头的动力由地面移到井下，直接接在钻转动钻头的动力由地面移到井下，直接接在钻头之上；头之上；钻柱不旋转，钻柱不旋转，钻柱的功能只是给钻头施加一定钻柱的功能只是给钻头施加一定的钻压、形成洗井液通路和承受井下动力钻具外的钻压、形成洗井液通路和承受井下动力钻具外壳的反扭矩；壳的反扭矩；井底动力钻具的动力是由电源或井内钻井液流井底动力钻具的动力是由电源或井内钻井液流体提供的。体提供的。(3)特点特点2.2.井底动力钻具旋转钻井法井底动力钻具旋转钻井法第25页/共35页连续管钻井法连续管钻井法(柔杆钻井法柔杆钻井法)1.1.工艺过程工艺过程钻头、加压装置、动力机钻头、加压装置、动力机下放至井底下放至井底循环洗井液循环洗井液延伸井眼延伸井眼钻头旋转，破碎岩石钻头旋转，破碎岩石为动力机提供动力为动力机提供动力清洗井底清洗井底连续管连续管连续管钻井示意图连续管钻井示意图第26页/共35页2.特点特点(5)(5)具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。(1)(1)连续管钻井实现了起、下钻的连续机械化，节省了时间和劳动量；(2)(2)在起下钻时仍能保持洗井液的正常循环；(3)(3)由洗井液直接提供破岩钻进的能量，大大提高了能量的有效利用率；(4)(4)为全自动化控制提供了很好的条件；连续管钻井法连续管钻井法(柔杆钻井法柔杆钻井法)第27页/共35页第三节 基本钻井工艺过程三个阶段：即三个阶段：即钻前淮备钻前淮备、钻进钻进以及以及固井与完井固井与完井1 1钻前准备钻前准备修公路、平井场及打水泥基础、钻井设备的搬运和安排、井口准备（打导修公路、平井场及打水泥基础、钻井设备的搬运和安排、井口准备（打导管和钻鼠洞）、备足钻井所需要的各种工具、器材等。管和钻鼠洞）、备足钻井所需要的各种工具、器材等。2 2钻进钻进钻进是进行钻井生产取得进尺的唯一过程。钻进是进行钻井生产取得进尺的唯一过程。其基本工艺过程有：其基本工艺过程有：第一次开钻第一次开钻(一开一开)第二次开钻第二次开钻(二开二开)第三次开钻第三次开钻(三开三开)从地面钻出一个大井眼，然后下表层套管。从地面钻出一个大井眼，然后下表层套管。用较小一些的钻头继续钻进，若遇到复杂地用较小一些的钻头继续钻进，若遇到复杂地层，用钻井液难以控制时，便要下技术套管层，用钻井液难以控制时，便要下技术套管(中间套管中间套管)。再用小一些的钻头往下钻进，直到设计井深，再用小一些的钻头往下钻进，直到设计井深，下油层套管，进行固井、完井作业。下油层套管，进行固井、完井作业。每改变一次钻头尺寸，开始每改变一次钻头尺寸，开始钻一新井段的工艺叫钻一新井段的工艺叫开钻开钻第28页/共35页3 3、固井与完井固井与完井固井固井即是在已钻成的井眼内下入套即是在已钻成的井眼内下入套管，而后在套管与井眼间的环形空管，而后在套管与井眼间的环形空间内注入水泥浆，将套管和地层固间内注入水泥浆，将套管和地层固结成一体的工艺过程。结成一体的工艺过程。只有通过下套管、固井，才能防只有通过下套管、固井，才能防止井眼的坍塌，形成永久的油气止井眼的坍塌，形成永久的油气通道，并防止地下各层流体的互通道，并防止地下各层流体的互窜，达到开采油气的目的。窜，达到开采油气的目的。完井完井包括用特定的方法连通油、气包括用特定的方法连通油、气层和井筒，替喷或抽汲等方法诱导层和井筒，替喷或抽汲等方法诱导油、气流进入井筒，然后进行油气油、气流进入井筒，然后进行油气生产。生产。固井后井眼状况示意固井后井眼状况示意图图1套管套管 2水泥环水泥环 3气层气层4油层油层 5水层水层第三节 基本钻井工艺过程第29页/共35页第30页/共35页固井、完井、其它作业固井固井固井下套管下套管注水泥注水泥完井完井完井方式完井方式完井井口装置完井井口装置试油试油其它作业其它作业事故处理事故处理测井测井射孔射孔酸化压裂酸化压裂修井修井第31页/共35页接单根、起下钻接单根、起下钻接单根：接单根：向钻柱上连接一根钻杆，以便继续钻进，使井向钻柱上连接一根钻杆，以便继续钻进，使井深不断加深。三根称为一柱。深不断加深。三根称为一柱。起下钻：起钻：为了更换钻头，将井内钻柱取出换下旧钻头。下钻：换上新钻头后，重新将钻柱下入井内。有时为了处理事故、测井等也需进行起下钻作业。第32页/共35页第33页/共35页重 点石油钻井的种类常用钻井技术钻井的基本工艺过程（三阶段）第34页/共35页感谢您的观看！第35页/共35页