钻井工程绪论.pptx

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1、绪论绪论 1 1石油钻井的概念石油钻井的概念 所所谓谓石石油油钻钻井井是是指指利利用用专专用用设设备备和和技技术术，在在预预先先选选定定的的地地表表位位置置处处，向向下下或或一一侧侧钻钻出出一一定直径的孔眼，一直达到地下油气层的工作。定直径的孔眼，一直达到地下油气层的工作。第1页/共49页2石油钻井的种类（1 1）把钻井按钻井的目的进行分类：区区域域普普查查井井 ：基基准准井井、剖剖面面井井、参参数数井井、构构造井造井探井：预探井、详探井、边探井探井：预探井、详探井、边探井开开发发井井：生生产产井井（油油井井、气气井井）、注注入入井井（注水井、注气井）（注水井、注气井）特特殊殊用用途途井井：检

2、检查查井井、观观察察井井、调调整整井井、救救援井等。援井等。第2页/共49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（预 探 井），对 油 气 藏 进 行 工 业 评 价 及 取 得 油 气 开 发 所 需 的地质资料（详探井），圈定油气藏边界及其储量（边探井）。第3页/共49页生产井：在进行油

3、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。第4页/共49页（2 2）把钻井按井斜角不同分类：直井、定向井、水平井直井：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。水平井：沿着预先

4、设计的井眼轨迹以井斜角 85的角度进入目的层。（3 3）把钻井按井深不同分类：浅井 H2500m2500m，中深井 2500mH4500m2500mH4500m，深井 4500mH6000m4500mH6000mH6000mH9000mH9000m第5页/共49页3 3、钻井的特点、钻井的特点 人人们们常常说说“上上天天容容易易入入地地难难”，这这是是因因为为天天上上的的大大气气是是均均质质的的而而地地层层则则在在横横向向和和纵纵向向上上都具有很强的非均质性和各向异性。都具有很强的非均质性和各向异性。地地层层在在沉沉积积过过程程中中经经历历了了上上千千万万乃乃至至几几十十亿亿年年的的风风雨雨和

5、和磨磨难难，无无数数次次大大大大小小小小的的地地壳壳运运动动使使地地质质构构造造变变得得非非常常复复杂杂，坚坚硬硬的的岩岩石石即即使使是是金金刚刚石石钻钻头头也也很很难难钻钻穿穿，疏疏松松的的岩岩石石又又很很容容易易坍坍塌塌，盐盐岩岩层层和和泥泥岩岩层层则则通通常常引引起起膨膨胀胀变变形形，地地下下的的高高温温以以及及压压力力系系统统的的多多变变性性也也给给钻钻井井带带来许多意想不到的麻烦。来许多意想不到的麻烦。第6页/共49页 总总之之，入入地地的的难难点点体体现现在在：地地层层的的不不可可见见性性、岩岩石石的的非非均均质质性性和和各各向向异异性性、构构造造的的复复杂杂性性、地地层层压压力力

6、系系统的多变性。统的多变性。第7页/共49页1）、钻井的发展史21002100多年前，中国就开始了钻井，应用的是顿钻钻井方法，这是在四川自贡，目的是为了获得地下的盐。1521年钻盐井偶得石油，这是我国的第一口油井。1835年在四川钻成了一口天然气井兴海井，井深达1200m，是当时世界上最深的井到18201820年，及鸦片战争前夕，钻井深度突破10001000米，中国第一口油井在陕西延长油矿。目前日产量还有200200公斤美国1859年8月在宾夕法尼亚洲泰特斯维尔小镇才打了一口20m深的油井，也就是所谓的世界上的第一口油井；前苏联在1863年才打出20m深的井。4、钻井技术的发展第8页/共49页

7、 中国第一口世界记录延伸井中国第一口世界记录延伸井（ERDERD）西江）西江24-24-3-A143-A14，测深测深94509450米米，1996 1996 年年1111月月2020日开钻，日开钻，19971997年年6 6月月1010日日正式交井投产，扣除钻机改造时间，实正式交井投产，扣除钻机改造时间，实际作业时间际作业时间101101天，成功实现了一口井天，成功实现了一口井开发一个小油田的设想，创造了全井开发一个小油田的设想，创造了全井水水平位移平位移8062.78062.7米米，裸眼井段裸眼井段50325032米米，MWD/LWDMWD/LWD实时实时传输接收讯号深度传输接收讯号深度9

8、1069106米米三项世界记录。三项世界记录。第9页/共49页2)钻井方法的发展（1）人工掘井：1521年之前（2）人力冲击钻：15211835年，是靠人力、捞砂筒、特殊钻头、悬绳、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落冲击作用来钻井的。支架游梁悬绳井壁钻头井底l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。第10页/共49页（3）机械顿钻（冲钻）：18591901年优点：设备简单；起下钻方便。缺点：靠冲击作用破岩，钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢；

9、破岩和清岩相间进行。第11页/共49页（4）旋转钻：1901年发展起来的。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。旋转钻井又分为转盘钻井、井下动力钻具钻井、顶部驱动旋转钻井。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12页/共49页3旋转钻井技术的发展（1）概念时期（19011920年）：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。（2）发展时期（19201948年）：这个时期牙轮钻头、固井工艺、钻井液等得到进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。第13

10、页/共49页（3）科学化钻井时期（19481968年）：这个时期钻井技术有了迅速发展。采用了喷射钻井，镶齿、滑动密封轴承钻头，低固相、无固相不分散体系钻井液及固相控制技术，总结出了影响机械钻速的有关因素，采用了地层压力检测、井控技术及平衡压力钻井技术。（4）自动化钻井时期（1968现在）：发展了钻井参数自动检测、综合录井、随钻测量技术等计算机技术在钻井工程中的应用；发展了优化钻井、井口机械化自动化工具、自动化钻机、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。第14页/共49页三、钻井施工工序1.定井位2.道路勘察3.基础施工4.安装井架5.搬家6.安装设备7.一次开钻8.二次开钻9

11、.钻进10.起钻11.换钻头12.下钻13.13.完井电完井电 测测14.14.下套管固井下套管固井钻前施工钻井施工完井施工第15页/共49页封井器一开钻进下表层套管注水泥施工安装井口防喷器井口防溢管钻井液出口第16页/共49页二开钻进施工三开钻进施工井身结构第17页/共49页钻井范围：井眼直径：100mm100mm500mm500mm井的垂直深度；1226212262米（前苏联科拉半岛上的SC3SC3井）。井的水平位移：一万米以上（正在准备1200012000米、1400014000米水平位移的井）四、目前钻井技术现状第18页/共49页目前较新的钻井技术：定向井、水平井、大位移井技术分枝井技

12、术深井（450045006000m6000m）、超深井(6000m(6000m9000m）特超深井（9000m以上）深海钻井欠平衡钻井技术小井眼钻井技术地质导向钻井技术挠性连续管钻井技术综合技术专项技术第19页/共49页 一、钻井主要设备与钻具一、钻井主要设备与钻具第20页/共49页（一）钻井主要设备（一）钻井主要设备 对钻机的基本要求：起下钻能力、旋转钻进对钻机的基本要求：起下钻能力、旋转钻进能力、循环洗井能力。能力、循环洗井能力。主要设备：井架、天车、绞车、游动滑车、主要设备：井架、天车、绞车、游动滑车、大钩、转盘、水龙头（动力水龙头）及钻井泵大钩、转盘、水龙头（动力水龙头）及钻井泵（钻机

13、八大件），动力机（柴油机、电动机、燃（钻机八大件），动力机（柴油机、电动机、燃气轮机），联动机，固相控制设备，井控设备等。气轮机），联动机，固相控制设备，井控设备等。第21页/共49页天 车井 架游 车第22页/共49页游游车车第23页/共49页钻机的八大系统：主要系统1、起升系统2、旋转系统 3、钻井液循环系统 4、传动系统 5、控制系统 6、动力驱动系统7、钻机底座 8、钻机辅助设备系统第24页/共49页刹把刹把绞车司钻控制台第25页/共49页大 钩水龙头第26页/共49页转 盘第27页/共49页钻井泵第28页/共49页 顶部驱动钻井装置：顶部驱动钻井装置：是当今石油钻井的前沿技术与装备，

14、是近代钻井装是当今石油钻井的前沿技术与装备，是近代钻井装备的三大技术成果（交直流变频电驱系统和井下钻头增备的三大技术成果（交直流变频电驱系统和井下钻头增压系统）之一。压系统）之一。顶部驱动钻井系统是顶部驱动钻井系统是2020世纪末期，美国、法国、挪世纪末期，美国、法国、挪威等国家研制应用的一种新型的钻井系统。现在已成为威等国家研制应用的一种新型的钻井系统。现在已成为石油钻井行业的标准产品。它适用性极广，从石油钻井行业的标准产品。它适用性极广，从20002000米到米到90009000米的井深都可以使用顶部驱动钻井系统；从世界钻米的井深都可以使用顶部驱动钻井系统；从世界钻井机械的发展趋势上看，它

15、符合井机械的发展趋势上看，它符合2121世纪钻井自动化的历世纪钻井自动化的历史潮流。现在，我国赴国外打井的队伍，如果没有安装史潮流。现在，我国赴国外打井的队伍，如果没有安装该系统将不允许在投标竞争中中标，由此可见，顶部驱该系统将不允许在投标竞争中中标，由此可见，顶部驱动钻井系统已经到了非用不可的地步。动钻井系统已经到了非用不可的地步。第29页/共49页 所谓的顶驱，就是可以所谓的顶驱，就是可以直接从井架空间上部直接旋转直接从井架空间上部直接旋转钻柱，并沿井架内专用导轨向钻柱，并沿井架内专用导轨向下送进，完成钻柱旋转钻进，下送进，完成钻柱旋转钻进，循环钻井液、接单根、上卸扣循环钻井液、接单根、上

16、卸扣和倒划眼等多种钻井操作的钻和倒划眼等多种钻井操作的钻井机械设备。井机械设备。第30页/共49页 见图：它主要有三个部见图：它主要有三个部分组成：导向滑车总成、水分组成：导向滑车总成、水龙头龙头-钻井马达总成和钻杆钻井马达总成和钻杆上卸扣装置总成。上卸扣装置总成。该系统是当前钻井设该系统是当前钻井设备自动化发展更新的突出阶备自动化发展更新的突出阶段成果之一。经实践证明：段成果之一。经实践证明：这种系统可节省钻井时间这种系统可节省钻井时间2020%到到30%30%，并可预防卡钻事，并可预防卡钻事故，用于钻高难度的定向井故，用于钻高难度的定向井时经济效果尤为显著。时经济效果尤为显著。第31页/共

17、49页顶部驱动钻井装置主要有以下部件和附件组成顶部驱动钻井装置主要有以下部件和附件组成:1 1、水龙头钻井马达总成（关键部件）；、水龙头钻井马达总成（关键部件）；2 2、马达支架、马达支架/导向滑车总成（关键部件）；导向滑车总成（关键部件）；3 3、钻杆上卸扣总成（体现最大优点的部件）；、钻杆上卸扣总成（体现最大优点的部件）；4 4、平衡系统；、平衡系统；5 5、冷却系统；、冷却系统；6 6、顶部驱动钻井装置控制系统；、顶部驱动钻井装置控制系统；7 7、可选用的附属设备。、可选用的附属设备。第32页/共49页顶部驱动钻井装置的优越性顶部驱动钻井装置的优越性1 1、节省接单根时间。顶部驱动钻井装

18、置不使用方钻杆，、节省接单根时间。顶部驱动钻井装置不使用方钻杆，不受方钻杆长度的限制也就避免了钻进不受方钻杆长度的限制也就避免了钻进9 9米左右接一个单米左右接一个单根的麻烦。取而带之的是利用立根钻进，这样就大大减根的麻烦。取而带之的是利用立根钻进，这样就大大减少了接单的时间。按常规钻井接一个单根用少了接单的时间。按常规钻井接一个单根用3 34min4min计算，计算，钻进钻进10001000米就可以节省米就可以节省4-5h4-5h。2 2、倒划眼防止卡钻。由于不用接方钻杆就可以循环和旋、倒划眼防止卡钻。由于不用接方钻杆就可以循环和旋转，所以在不增加起下转，所以在不增加起下 钻时间的前提下，顶

19、部驱动钻井钻时间的前提下，顶部驱动钻井装置就能够非常顺利的将钻具起出井眼，在定向钻井中，装置就能够非常顺利的将钻具起出井眼，在定向钻井中，这种功能可以节约大量的时间和降低事故发生的机率。这种功能可以节约大量的时间和降低事故发生的机率。第33页/共49页 3 3、下钻划眼。顶部驱动钻井装置具有不接方钻杆钻过、下钻划眼。顶部驱动钻井装置具有不接方钻杆钻过砂桥和缩径点的能力。砂桥和缩径点的能力。4 4、节省定向钻进时间。该装置可以通过、节省定向钻进时间。该装置可以通过2828米立根钻进、米立根钻进、循环，这样就相应的减少了井下马达定向的时间。循环，这样就相应的减少了井下马达定向的时间。5 5、人员安

20、全。顶部驱动钻井装置，是钻井机械操作自、人员安全。顶部驱动钻井装置，是钻井机械操作自动化的标志性产品，终于将钻井工人从繁重的体力劳动中解动化的标志性产品，终于将钻井工人从繁重的体力劳动中解救出来。接单根的次数减少了救出来。接单根的次数减少了2/32/3，并且由于其自动化的程，并且由于其自动化的程度高，从而大大减少了作业者工作的危险程度，进而大大降度高，从而大大减少了作业者工作的危险程度，进而大大降低了事故的发生率。低了事故的发生率。6 6、井下安全。在起下钻遇阻、遇卡时，管子处理装、井下安全。在起下钻遇阻、遇卡时，管子处理装置可以在任何位置相连，开泵循环，进行立根划眼作业。置可以在任何位置相连

21、，开泵循环，进行立根划眼作业。第34页/共49页 7 7、设备安全。顶部驱动钻井装置采用马达旋转上扣，、设备安全。顶部驱动钻井装置采用马达旋转上扣，操作动作平稳、可以从扭矩表上观察上扣扭矩，避免上扣过操作动作平稳、可以从扭矩表上观察上扣扭矩，避免上扣过赢或不足。最大扭矩的设定，使钻井中出现憋钻扭矩超过设赢或不足。最大扭矩的设定，使钻井中出现憋钻扭矩超过设定范围时马达就会自动停止旋转，待调整钻井参数后再进行定范围时马达就会自动停止旋转，待调整钻井参数后再进行钻进。这样就避免了设备长时间超负荷运转，增加了使用寿钻进。这样就避免了设备长时间超负荷运转，增加了使用寿命。命。8 8、井控安全。该装置可以

22、在井架的任何位置钻具的对接，、井控安全。该装置可以在井架的任何位置钻具的对接，数秒钟内恢复循环，双内防喷器可安全控制钻柱内压力。数秒钟内恢复循环，双内防喷器可安全控制钻柱内压力。9 9、便于维修。钻井马达清晰可见。熟练的现场人员约、便于维修。钻井马达清晰可见。熟练的现场人员约1212小时就能将其组装和拆卸。小时就能将其组装和拆卸。第35页/共49页 10 10、使用常规的水龙头部件。顶部驱动装置可使用、使用常规的水龙头部件。顶部驱动装置可使用650650吨常规水龙头的一些部件，特殊设计后维修难度没有吨常规水龙头的一些部件，特殊设计后维修难度没有增加。增加。1111、下套管。顶部驱动钻井装置的提

23、升能力很大（、下套管。顶部驱动钻井装置的提升能力很大（650650吨），在套管和主轴之间加一个转换头（大小头）就可以在吨），在套管和主轴之间加一个转换头（大小头）就可以在套管中进行压力循环。套管可以旋转和循环入井，从而减少套管中进行压力循环。套管可以旋转和循环入井，从而减少缩径井段的摩阻力。缩径井段的摩阻力。12 12、取心。能够连续钻进、取心。能够连续钻进2828米，取心中间不需接单根。米，取心中间不需接单根。这样可以提高取心收获率，减少起钻的次数与传统的取心这样可以提高取心收获率，减少起钻的次数与传统的取心作业相比它的优点明显。污染小、质量高。作业相比它的优点明显。污染小、质量高。13 1

24、3、使用灵活。可以下入各种井下作业工具、完井工、使用灵活。可以下入各种井下作业工具、完井工具和其他设备，即可以正转又可以反转。具和其他设备，即可以正转又可以反转。第36页/共49页 14 14、节约泥浆。在上部内防喷器内接有泥浆截流阀，、节约泥浆。在上部内防喷器内接有泥浆截流阀，在接单根时保证泥浆不会外溢。在接单根时保证泥浆不会外溢。15 15、拆卸方便。工作需要时不必将它从导轨上移、拆卸方便。工作需要时不必将它从导轨上移下就可以拆下其他设备。下就可以拆下其他设备。1616、内防喷器功能。起钻时如果有井喷的迹象即、内防喷器功能。起钻时如果有井喷的迹象即可由司钻遥控钻杆上卸扣装置，迅速实现水龙头

25、与钻杆可由司钻遥控钻杆上卸扣装置，迅速实现水龙头与钻杆的连接，循环钻井液，避免事故的发生。的连接，循环钻井液，避免事故的发生。17 17、其他优点：采用交流电机驱动，减低维修保养、其他优点：采用交流电机驱动，减低维修保养费用；特别适用于定向井和水平井，因为立根钻进能使费用；特别适用于定向井和水平井，因为立根钻进能使钻杆尽快的通过水平井段的一些横向截面。钻杆尽快的通过水平井段的一些横向截面。第37页/共49页与普通钻机作业时间的比较与普通钻机作业时间的比较起下钻30%纯钻进30%非生产40%典型钻井的作业时间分配典型钻井的作业时间分配起下钻25%非生产35%纯钻进40%顶部驱动钻井装置钻井时间分

26、配顶部驱动钻井装置钻井时间分配第38页/共49页1 1、钻具的基本组成及作用、钻具的基本组成及作用 钻钻具具：指指方方钻钻杆杆以以下下（含含方方钻钻杆杆）钻钻头头以以上上（含含钻钻头头）各部分工具的总称。各部分工具的总称。基本组成：方钻杆、钻杆、钻铤、各种接头及钻头。基本组成：方钻杆、钻杆、钻铤、各种接头及钻头。钻柱：在钻井中通常把方钻杆、钻杆、钻铤等用各种接钻柱：在钻井中通常把方钻杆、钻杆、钻铤等用各种接头连接起来的入井管串称为钻柱。头连接起来的入井管串称为钻柱。（二）钻具及井口工具（二）钻具及井口工具第39页/共49页2 2、井口工具 吊卡、吊钳、吊环、卡瓦、安全卡瓦、滚子方补心、动力吊卡

27、、吊钳、吊环、卡瓦、安全卡瓦、滚子方补心、动力大钳、动力卡瓦、动力小绞车等。大钳、动力卡瓦、动力小绞车等。（1 1）吊卡：提升和下放钻具以及套管、油管等，并使吊卡：提升和下放钻具以及套管、油管等，并使钻具坐于井口。钻具坐于井口。（2 2）吊钳：在起下钻、下套管操作时，上卸螺纹和紧螺纹。）吊钳：在起下钻、下套管操作时，上卸螺纹和紧螺纹。（3 3）吊环：在起下钻具时，悬挂吊卡以悬持钻具。（4 4）卡瓦、安全卡瓦：在起下钻杆、钻铤、取心筒和大直径管子时相互配合使用以保证作业的安全。（5 5）滚子方补心：传递扭矩，带动方钻杆旋转。第40页/共49页第41页/共49页第42页/共49页第43页/共49页第44页/共49页第45页/共49页第46页/共49页动力大钳动力大钳动力大钳动力大钳第47页/共49页动力小绞车动力小绞车第48页/共49页感谢您的观看！第49页/共49页