第1節(jié) 鉆井技術(shù)發(fā)展演變

1、第六章第六章 油氣鉆井工程油氣鉆井工程 第一節(jié)第一節(jié) 鉆井技術(shù)的發(fā)展演變鉆井技術(shù)的發(fā)展演變 第二節(jié)第二節(jié) 旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)系統(tǒng) 第三節(jié)第三節(jié) 鉆具與井口工具鉆具與井口工具 第四節(jié)第四節(jié) 井身結(jié)構(gòu)與鉆井工藝井身結(jié)構(gòu)與鉆井工藝 第五節(jié)第五節(jié) 定向鉆井定向鉆井 第六節(jié)第六節(jié) 鉆井復(fù)雜事故處理鉆井復(fù)雜事故處理 第六章第六章 油氣鉆井工程油氣鉆井工程 一、大口徑頓鉆鉆井一、大口徑頓鉆鉆井 二、小口徑頓鉆鉆井二、小口徑頓鉆鉆井 三、近代頓鉆鉆井三、近代頓鉆鉆井 四、旋轉(zhuǎn)鉆井四、旋轉(zhuǎn)鉆井第一節(jié) 鉆井技術(shù)的發(fā)展演變 1973年出土于浙江余姚縣年出土于浙江余姚縣的河姆渡古井是的河姆渡古井是5700年前的井，

2、年前的井，世界上目前已知的最古老的水世界上目前已知的最古老的水井井 河姆渡古井呈方形，邊長約河姆渡古井呈方形，邊長約2 2米，深米，深1.351.35米，用米，用200200多根木多根木棒來建造井壁，井底還留有汲棒來建造井壁，井底還留有汲水的陶罐和生產(chǎn)工具。水的陶罐和生產(chǎn)工具。 第一節(jié) 鉆井技術(shù)的發(fā)展演變一、大口徑頓鉆鉆井一、大口徑頓鉆鉆井頓鉆鉆具一上一下地活動(dòng)，是手工挖井發(fā)展的必然。頓鉆鉆具一上一下地活動(dòng)，是手工挖井發(fā)展的必然。在手工挖的井里，有人突發(fā)靈感，用一個(gè)尖頭鐵器沖擊井底，破碎的巖屑較在手工挖的井里，有人突發(fā)靈感，用一個(gè)尖頭鐵器沖擊井底，破碎的巖屑較多時(shí)，就把巖屑裝入筐里，由井口的工

3、人從井里提上來。多時(shí)，就把巖屑裝入筐里，由井口的工人從井里提上來。 這塊成都出土的漢磚這塊成都出土的漢磚畫像畫像生動(dòng)地記述了當(dāng)時(shí)生動(dòng)地記述了當(dāng)時(shí)鑿井、打獵、農(nóng)耕的生產(chǎn)場面。鑿井、打獵、農(nóng)耕的生產(chǎn)場面。有了井架的雛形有了井架的雛形。頂部橫梁上裝。頂部橫梁上裝有滑輪（天車的有滑輪（天車的雛形）。井下鑿雛形）。井下鑿碎的巖石盛到筐碎的巖石盛到筐里，用繩索提撈里，用繩索提撈到地面上來。到地面上來。一、大口徑頓鉆鉆井一、大口徑頓鉆鉆井天車的發(fā)明最初在井上橫一根橫木，發(fā)現(xiàn)時(shí)間久了繩子會(huì)鋸木，最初在井上橫一根橫木，發(fā)現(xiàn)時(shí)間久了繩子會(huì)鋸木，于是人們需找更加省力且不會(huì)起下繩鋸斷木頭于是人們需找更加省力且不會(huì)起下

4、繩鋸斷木頭 ，于是，于是就出現(xiàn)了天車。井架的頂部橫梁上裝有滑輪，也就是就出現(xiàn)了天車。井架的頂部橫梁上裝有滑輪，也就是天車。清除井下鑿碎的巖石（即巖屑）的撈砂筒或汲天車。清除井下鑿碎的巖石（即巖屑）的撈砂筒或汲取井中液體的提撈筒，就是由穿過天車滑輪來提升的。取井中液體的提撈筒，就是由穿過天車滑輪來提升的。一、大口徑頓鉆鉆井一、大口徑頓鉆鉆井繩鋸木斷繩鋸木斷 最初的頓鉆沖擊是由人手直接舉起鉆具來達(dá)到的，但這種方法只是用最初的頓鉆沖擊是由人手直接舉起鉆具來達(dá)到的，但這種方法只是用于鉆具較輕的淺井。為了鉆鑿更深的井發(fā)明了原始的頓鉆鉆機(jī)于鉆具較輕的淺井。為了鉆鑿更深的井發(fā)明了原始的頓鉆鉆機(jī)碓架。碓碓架。

5、碓架是一種省力杠桿機(jī)構(gòu)，碓架的命名脫胎于架是一種省力杠桿機(jī)構(gòu)，碓架的命名脫胎于3000多年前中國古代用來搗多年前中國古代用來搗谷的碓，而杠桿原理的運(yùn)用可追溯到戰(zhàn)國時(shí)期用作汲水的桔槔上。谷的碓，而杠桿原理的運(yùn)用可追溯到戰(zhàn)國時(shí)期用作汲水的桔槔上。一、大口徑頓鉆鉆井一、大口徑頓鉆鉆井原始鉆機(jī)碓架碓架的工作原理：碓架的工作原理： 碓架上固定有踩碓架上固定有踩板（又稱為碓），工板（又稱為碓），工作時(shí)勞動(dòng)者站在碓架作時(shí)勞動(dòng)者站在碓架上，用腳踏碓梢。踩上，用腳踏碓梢。踩下時(shí)，碓頭隨之翹起，下時(shí)，碓頭隨之翹起，提起井下鐵銼；松開提起井下鐵銼；松開時(shí)，鉆具的重力沖擊時(shí)，鉆具的重力沖擊井底。這樣不斷地反井底。這樣

6、不斷地反復(fù)沖擊，井底下的巖復(fù)沖擊，井底下的巖石在銼頭的沖擊下被石在銼頭的沖擊下被擊碎。擊碎。一、大口徑頓鉆鉆井一、大口徑頓鉆鉆井 大口鹽井的代表是陵大口鹽井的代表是陵井，陵井是后漢張道陵即井，陵井是后漢張道陵即張?zhí)鞄熃M織人民開鑿的張?zhí)鞄熃M織人民開鑿的。陵州鹽井深陵州鹽井深180米，四周皆米，四周皆石也，上、下甚寬廣，獨(dú)石也，上、下甚寬廣，獨(dú)中間稍狹，謂之杖鼓腰中間稍狹，謂之杖鼓腰 。一、大口徑頓鉆鉆井一、大口徑頓鉆鉆井一、大口徑頓鉆鉆井一、大口徑頓鉆鉆井絞車絞車大車大車 為了起下鉆頭、撈為了起下鉆頭、撈砂砂，需要一套起重設(shè)備絞車。打淺井用的絞車是用橫，需要一套起重設(shè)備絞車。打淺井用的絞車是用橫

7、軸絞車，一至二人即可驅(qū)動(dòng)。軸絞車，一至二人即可驅(qū)動(dòng)。到了唐代，開始使用到了唐代，開始使用立軸絞車，俗稱大車，大立軸絞車，俗稱大車，大車由人力或畜力驅(qū)動(dòng)。車由人力或畜力驅(qū)動(dòng)。橫軸絞車立軸絞車一、大口徑頓鉆鉆井一、大口徑頓鉆鉆井經(jīng)過多年的技術(shù)革新和積累，所有工作都可由人在地面上操作完成，不再需要人員下入井下，所以井眼直徑可以大大縮小，這就是小口徑頓鉆鉆井。二、小口徑頓鉆鉆井二、小口徑頓鉆鉆井 在人力的作用下，銼不斷地被高高吊起，然后依靠自在人力的作用下，銼不斷地被高高吊起，然后依靠自身的重力不斷地沖擊地下的泥土和巖石。圓銼的每沖身的重力不斷地沖擊地下的泥土和巖石。圓銼的每沖擊一次之后就換個(gè)角度，以

8、便銼內(nèi)的直刃把井底的巖擊一次之后就換個(gè)角度，以便銼內(nèi)的直刃把井底的巖石擊碎。這種鉆井方式就叫做石擊碎。這種鉆井方式就叫做“沖擊式頓鉆法沖擊式頓鉆法”。 卓筒井鉆鑿過程中最早使用卓筒井鉆鑿過程中最早使用的鉆頭是用圜刃來鉆進(jìn)的。的鉆頭是用圜刃來鉆進(jìn)的。“圜圜刃刃”的圖形和實(shí)物都無法見到了。的圖形和實(shí)物都無法見到了。根據(jù)有限的描述，結(jié)合巖石破根據(jù)有限的描述，結(jié)合巖石破碎原理和鉆井工具的繼承性來碎原理和鉆井工具的繼承性來推測。推測。圜刃的發(fā)展歷程圜刃的發(fā)展歷程二、小口徑頓鉆鉆井二、小口徑頓鉆鉆井 在卓筒井鉆進(jìn)過程中需要將井內(nèi)的巖屑清理出來，祖先發(fā)明了在鉆井時(shí)灌在卓筒井鉆進(jìn)過程中需要將井內(nèi)的巖屑清理出來

9、，祖先發(fā)明了在鉆井時(shí)灌入清水使巖屑與清水混合成泥漿，然后用吞泥筒把泥漿提出地面的方法，吞泥筒入清水使巖屑與清水混合成泥漿，然后用吞泥筒把泥漿提出地面的方法，吞泥筒又名扇泥筒。又名扇泥筒。扇泥筒二、小口徑頓鉆鉆井二、小口徑頓鉆鉆井 扇泥筒的工作原理是：當(dāng)扇泥筒下放接觸泥水時(shí)，井內(nèi)泥水對(duì)筒底皮錢產(chǎn)生的扇泥筒的工作原理是：當(dāng)扇泥筒下放接觸泥水時(shí)，井內(nèi)泥水對(duì)筒底皮錢產(chǎn)生的壓力迫使皮錢向內(nèi)張開，泥水進(jìn)入筒內(nèi)，扇泥筒提起時(shí)井下泥水對(duì)筒底的壓力消失。壓力迫使皮錢向內(nèi)張開，泥水進(jìn)入筒內(nèi)，扇泥筒提起時(shí)井下泥水對(duì)筒底的壓力消失。相反，筒內(nèi)泥水在重力作用下對(duì)皮錢產(chǎn)生向下壓力，使皮錢向下運(yùn)動(dòng)，皮錢因受筒相反，筒內(nèi)泥水

10、在重力作用下對(duì)皮錢產(chǎn)生向下壓力，使皮錢向下運(yùn)動(dòng)，皮錢因受筒壁凸出部的阻礙而關(guān)閉泥水不漏失。壁凸出部的阻礙而關(guān)閉泥水不漏失。二、小口徑頓鉆鉆井二、小口徑頓鉆鉆井固井用分級(jí)箍抽油泵 扇泥筒關(guān)鍵部件皮錢有著與單向閥相同的扇泥筒關(guān)鍵部件皮錢有著與單向閥相同的作用。在此基礎(chǔ)上得到了推廣和應(yīng)用。比如作用。在此基礎(chǔ)上得到了推廣和應(yīng)用。比如現(xiàn)代固井用的分級(jí)箍以及采油時(shí)用到的抽油現(xiàn)代固井用的分級(jí)箍以及采油時(shí)用到的抽油泵，它們的工作原理是一樣的。泵，它們的工作原理是一樣的。二、小口徑頓鉆鉆井二、小口徑頓鉆鉆井在防止井壁坍塌保持井壁穩(wěn)定所采用的方法以及設(shè)備 一口井鉆鑿?fù)瓿芍笠右造柟谭乐咕谔Ｎ覈糯ㄟ^用下

11、入木柱的一口井鉆鑿?fù)瓿芍笠右造柟谭乐咕谔Ｎ覈糯ㄟ^用下入木柱的方法來解決這一問題。在宋代，剛開始鉆鑿卓筒井時(shí)，四川的鹽井鉆鑿工人就方法來解決這一問題。在宋代，剛開始鉆鑿卓筒井時(shí)，四川的鹽井鉆鑿工人就地取材，用楠竹中空，去掉節(jié)頭，牝牡相連制造了防水入井的竹套管。隨著井地取材，用楠竹中空，去掉節(jié)頭，牝牡相連制造了防水入井的竹套管。隨著井徑的擴(kuò)大和對(duì)套管強(qiáng)度要求的提高，選用更加堅(jiān)固的柏木。徑的擴(kuò)大和對(duì)套管強(qiáng)度要求的提高，選用更加堅(jiān)固的柏木。竹制木竹柏木柱二、小口徑頓鉆鉆井二、小口徑頓鉆鉆井木竹外面用布包裹，再纏上麻，并用桐油、石灰涂敷，就木竹外面用布包裹，再纏上麻，并用桐油、石灰涂敷，就

12、不致滲漏了。木竹的下端帶有用麻絲、桐油、石灰等做成的不致滲漏了。木竹的下端帶有用麻絲、桐油、石灰等做成的大麻頭，其作用是把木竹下端與井底巖石粘接在一起，防止大麻頭，其作用是把木竹下端與井底巖石粘接在一起，防止淡水從這里滲入井中。淡水從這里滲入井中。二、小口徑頓鉆鉆井二、小口徑頓鉆鉆井三、近代頓鉆鉆井三、近代頓鉆鉆井三、近代頓鉆鉆井三、近代頓鉆鉆井 最初采用的接長鉆具的材料是竹竿，最初采用的接長鉆具的材料是竹竿，但竹竿太重，連接起下困難，鉆井深度但竹竿太重，連接起下困難，鉆井深度受到限制。在鉆鑿深井中，應(yīng)用的鉆井受到限制。在鉆鑿深井中，應(yīng)用的鉆井索是用楠竹片連接而成。索是用楠竹片連接而成。古今鉆

13、井繩三、近代頓鉆鉆井三、近代頓鉆鉆井天車井架撈砂筒鉆井滾筒動(dòng)力機(jī)皮帶輪游梁曲柄連桿提升滾筒鉆頭三、近代頓鉆鉆井三、近代頓鉆鉆井用鋼絲繩把頓鉆鉆頭送用鋼絲繩把頓鉆鉆頭送到井底，由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)游到井底，由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)游梁機(jī)構(gòu)，使游梁一端上梁機(jī)構(gòu)，使游梁一端上下運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)鋼絲繩下運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)鋼絲繩和鉆頭產(chǎn)生上下沖擊作和鉆頭產(chǎn)生上下沖擊作用，使巖石破碎。用，使巖石破碎。 四、旋轉(zhuǎn)鉆井四、旋轉(zhuǎn)鉆井起源于工廠常見的在木頭和金屬上用旋轉(zhuǎn)起源于工廠常見的在木頭和金屬上用旋轉(zhuǎn)工具鉆孔而同時(shí)清除鉆屑的實(shí)際工作。工具鉆孔而同時(shí)清除鉆屑的實(shí)際工作。旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鉆鉆井井四、旋轉(zhuǎn)鉆井四、旋轉(zhuǎn)鉆井1901年用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)打出紡錘頂?shù)娜f噸

14、油井后，又發(fā)明了黏土泥漿年用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)打出紡錘頂?shù)娜f噸油井后，又發(fā)明了黏土泥漿。在井場上挖一個(gè)泥漿池，用救火用水龍帶往池子里加水，把牲。在井場上挖一個(gè)泥漿池，用救火用水龍帶往池子里加水，把牲口趕到池子里用腳踏，口趕到池子里用腳踏，“攪拌攪拌”成黏土泥漿，用泵灌注到井下去成黏土泥漿，用泵灌注到井下去。鉆鉆井液的循環(huán)過程是這樣的：井液的循環(huán)過程是這樣的：鉆鉆井液首先由泵從泥漿罐中吸入，增加液井液首先由泵從泥漿罐中吸入，增加液壓之后通過立管和水龍帶進(jìn)入鉆柱內(nèi)孔，通過鉆頭水眼到達(dá)井底，然后從井壓之后通過立管和水龍帶進(jìn)入鉆柱內(nèi)孔，通過鉆頭水眼到達(dá)井底，然后從井底攜帶巖屑由環(huán)空上返，返到地面后流至固相消除設(shè)

15、備，最后再流回泥漿罐。底攜帶巖屑由環(huán)空上返，返到地面后流至固相消除設(shè)備，最后再流回泥漿罐。四、旋轉(zhuǎn)鉆井四、旋轉(zhuǎn)鉆井旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鉆鉆井井四、旋轉(zhuǎn)鉆井四、旋轉(zhuǎn)鉆井機(jī)械鉆機(jī)機(jī)械鉆機(jī)水龍頭水龍頭方鉆桿方鉆桿轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 盤盤頂驅(qū)頂驅(qū)四、旋轉(zhuǎn)鉆井四、旋轉(zhuǎn)鉆井最早使用，適用于軟巖層，無最早使用，適用于軟巖層，無法在較硬地層鉆進(jìn)。法在較硬地層鉆進(jìn)。19091909年，休斯發(fā)明了牙輪鉆頭，使旋轉(zhuǎn)鉆年，休斯發(fā)明了牙輪鉆頭，使旋轉(zhuǎn)鉆井法在鉆任何地層時(shí)能比頓鉆有明顯優(yōu)勢井法在鉆任何地層時(shí)能比頓鉆有明顯優(yōu)勢。應(yīng)用新的破巖原理：錐形牙輪在井底轉(zhuǎn)。應(yīng)用新的破巖原理：錐形牙輪在井底轉(zhuǎn)動(dòng)，起切削破巖作用。動(dòng)，起切削破巖作用。牙輪鉆頭在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)具牙輪鉆頭在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)具有沖擊、壓碎和剪切等多種破巖形式。有沖擊、壓碎和剪切等多種破巖形式。 1903年，第一次在井內(nèi)進(jìn)行套管注水泥。年，第一次在井內(nèi)進(jìn)行套管注水泥。 出現(xiàn)了一位下套管配套工具發(fā)明家出現(xiàn)了一位下套管配套工具發(fā)明家-貝克石油公司創(chuàng)始貝克石油公司創(chuàng)始人卡爾人卡爾貝克。貝克。 19071907年發(fā)明了貝