鉆井工藝及方法

1、第第2 2章章 油氣鉆井方法及工藝油氣鉆井方法及工藝第一節(jié)第一節(jié) 鉆井概述鉆井概述第二節(jié)第二節(jié) 鉆井方法鉆井方法第三節(jié)第三節(jié) 基本鉆井工藝工程基本鉆井工藝工程 第一節(jié)第一節(jié) 鉆井概述鉆井概述n 鉆井的概念鉆井的概念n 鉆井的種類鉆井的種類一、一、 什么是鉆井？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。孔眼的過程。 鉆井可按鉆井的目的、幾何形狀、井深鉆井可按鉆井的目的、幾何形狀、井深等進行分類。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：按鉆井目的分類： 區(qū)域普查井區(qū)域普查井 ：基準井、剖面井、參數(shù)井、構造井：基準井

2、、剖面井、參數(shù)井、構造井 探井：預探井、詳探井等探井：預探井、詳探井等 開發(fā)井：生產井（油井、氣井）、注入井（注水井、開發(fā)井：生產井（油井、氣井）、注入井（注水井、注氣井）注氣井） 特殊用途井：檢查井、觀察井、調整井、救援井等。特殊用途井：檢查井、觀察井、調整井、救援井等。n基準井：基準井：在區(qū)域普查階段，為了了解地層的沉積特征和在區(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。含油氣情況、驗證物探成果而鉆的井。n剖面井剖面井：是為了研究地層巖性、巖相變化，為尋找含油：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。氣構造而鉆的井。n參數(shù)井：參數(shù)井：為了解區(qū)

3、域構造，提供巖石物性參數(shù)而鉆的井。為了解區(qū)域構造，提供巖石物性參數(shù)而鉆的井。n構造井：構造井：為了了解地質構造特征、驗證物探成果，并編為了了解地質構造特征、驗證物探成果，并編 制地下某一標準層的構造圖。制地下某一標準層的構造圖。n探井：探井：為了確定油氣藏是否存在及其埋藏位置而鉆的井（預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 的地質資料而鉆的井（詳探井）。的地質資料而鉆的井（詳探井）。二、鉆井的種類二、鉆井的種類區(qū)區(qū)域域普普查查井井n生產井：在進行油田開發(fā)時，為開采石油和天然氣而鉆的生產

4、井：在進行油田開發(fā)時，為開采石油和天然氣而鉆的井。井。n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，而對油田進行進行注水注氣注水注氣以補充和合理利用地層能量所鉆的井。以補充和合理利用地層能量所鉆的井。n檢查井：油田開發(fā)到某一含水階段，為了搞清各油層的壓檢查井：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力和油、氣、水分布狀況，剩余油飽和度的分布和變化情況。況。n觀察井：油田開發(fā)過程中專門用來了解地下動態(tài)的井。觀察井：油田開發(fā)過程中專門用來了解地下動態(tài)的井。n調整井：油田開發(fā)中后期，為進一步提高開發(fā)效

5、果和最終調整井：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，而調整原有開發(fā)井網(wǎng)所鉆的井。采收率，而調整原有開發(fā)井網(wǎng)所鉆的井。n救援井：為了救援而鉆的井。救援井：為了救援而鉆的井。二、鉆井的種類二、鉆井的種類開開發(fā)發(fā)井井特特殊殊用用途途井井2.按幾何形狀不同分類：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n直井：直井：井口與井底在同一條鉛垂線上；井口與井底在同一條鉛垂線上；n定向井：定向井：沿著預先設計的井眼軌跡鉆達目的層，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。井口與井底不在同一條鉛垂線上。二、鉆井的種類二、鉆井的種類根據(jù)井

6、眼軸線剖面的類型，所根據(jù)井眼軸線剖面的類型，所鉆的井可以分為：直井和定向鉆的井可以分為：直井和定向井。井。定向井定向井直井直井二、鉆井的種類二、鉆井的種類普通定向井：普通定向井：一個井場內僅有一個井場內僅有1口最大井斜角小于口最大井斜角小于60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 80范圍內的定向井。范圍內的定向井。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 ，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的定向井或水平井；的定向井或水平井；定義定義二：

7、二：測深測深=垂深垂深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口直井?？谥本?。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。定定向向井井叢叢式式井井 分支井及形式分支井及形式主井眼和分支井主井眼和分支井都是裸眼都是裸眼主井筒注水泥主井筒注水泥 分支井為裸眼分支井為裸眼主井筒注水泥主井筒注水泥分支井下套管分支井下套管主井筒和分支井主井筒和分支井都注水泥都注水泥水泥封固主

8、井筒水泥封固主井筒和分支井和分支井,各層壓力分隔各層壓力分隔井下分叉裝置井下分叉裝置分支井分級分支井分級西江西江24-3油田油田西江西江24-1油田油田8063米2850米水深100米大位移井大位移井3.把鉆井按井深不同分類：把鉆井按井深不同分類：n淺井淺井H2500m2500m 中深井中深井 2500H45002500H4500n深井深井 4500H6000 4500H6000mH6000m4.按溫度、壓力的高低分類：按溫度、壓力的高低分類：n高溫高壓井：高溫高壓井：按國際通用概念，地溫超過按國際通用概念，地溫超過150度稱為高溫，地度稱為高溫，地層壓力當量密度超過層壓力當量密度超過1.8g

9、/cm3或用超過或用超過70MPa井口裝置時稱高井口裝置時稱高壓，兩者同時具備的井稱為高溫高壓井。壓，兩者同時具備的井稱為高溫高壓井。n超高溫高壓井：超高溫高壓井：井底溫度超過井底溫度超過220度，井底壓力超過度，井底壓力超過105MPa二、鉆井的種類二、鉆井的種類第二節(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。人工掘井人工掘井人力沖擊鉆井法人力沖擊鉆井法頓鉆鉆井法頓鉆鉆井法(機械機械)旋轉鉆井法旋轉鉆井法連續(xù)管鉆井法連續(xù)管鉆井法目前普遍使用目前普遍使用鉆井方法鉆井方法鉆井方法鉆井方法分分 類類依據(jù)：依據(jù)：如何破

10、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、凈化井眼鉆井技術發(fā)展簡史鉆井技術發(fā)展簡史鉆井技術發(fā)展簡史鉆井技術發(fā)展簡史鉆井技術發(fā)展簡史鉆井技術發(fā)展簡史n人工掘井：人工掘井：15211521年之前。年之前。n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。）破巖與清巖相間進行。2 2）沖擊力小，破碎效率低。）沖擊力小

11、，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。n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的泥水漿撈出井內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)粕巴蚕蚓畠茸⑺蚓畠茸⑺e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特點特點起、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

12、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)不能進行井內壓力控制；不能進行井內壓力控制；(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旋轉鉆井法旋轉鉆井法n旋轉鉆井：是自旋轉鉆井：是自1901年發(fā)展起來的。年發(fā)展起來的。n旋轉鉆井是靠動力帶動鉆頭旋轉，在旋轉的過程中對井旋轉鉆井是靠動力帶動鉆頭旋轉，在旋轉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。法。n旋轉鉆井又分為轉盤鉆井、井下

13、動力鉆具鉆井、頂部驅旋轉鉆井又分為轉盤鉆井、井下動力鉆具鉆井、頂部驅動鉆井。動鉆井。n特點是：特點是：1）破巖與清巖相接進行。）破巖與清巖相接進行。2）旋轉動力大，轉速高，破碎效率高。）旋轉動力大，轉速高，破碎效率高。3）設備復雜，起下鉆繁瑣。）設備復雜，起下鉆繁瑣。（1 1）概念時期（概念時期（1901190119201920年）年）：這個時期內開始將鉆井和洗井結：這個時期內開始將鉆井和洗井結合在一起，并使用了牙輪鉆頭和注水泥固套管技術。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、固井工藝、：這個時期

14、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。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（科學化鉆井時期（1948194819681968年）年）：這個時期鉆井技術有了迅：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，低固相、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，總結出了影響機械鉆無固相不分散體系鉆井液及固相控制技術，總結出了影響機械鉆速的有關因素，采用了地層壓力檢測、井控技術及平衡壓力鉆井速的有關因素，采用了地層壓力檢測、井控技術及平衡壓力鉆井技術。技術。（

15、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)自動檢測、：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鉆井工程中的應用；發(fā)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、井眼軌跡展了優(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。遙控及自動閉環(huán)控制技術等新技術、新工藝及新設備。旋轉鉆井技術的發(fā)展旋轉鉆井技術的發(fā)展旋轉鉆井法旋轉鉆井法1.1.轉盤旋轉鉆井法轉盤旋轉鉆井法(1)工藝過程工藝過程鉆頭鉆頭吃入地層吃入地層破碎巖石破碎巖石清洗井

16、底清洗井底循環(huán)洗井液循環(huán)洗井液轉盤旋轉轉盤旋轉鉆柱加壓鉆柱加壓設計井深設計井深 轉盤旋轉鉆井法轉盤旋轉鉆井法 (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。鉆桿完成起下鉆具、傳遞扭矩、為鉆頭施加鉆壓、提鉆桿完成起下鉆具、傳遞扭矩、為鉆頭施加鉆壓、提供洗井液的入井渠道等任務；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破巖，提高了破巖效率；鉆頭在一定的鉆壓作用下旋轉破巖，提高了破巖效率；在破巖的同時，井底巖屑被清除出來；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。提高了鉆井速度和效益。1.1.轉盤旋轉鉆井法轉盤旋轉鉆井法鉆頭鉆頭吃入地層吃

17、入地層破碎巖石破碎巖石清洗井底清洗井底循環(huán)洗井液循環(huán)洗井液動力鉆具旋轉動力鉆具旋轉鉆柱加壓鉆柱加壓設計井深設計井深2. 2. 井底動力鉆具旋轉鉆井法井底動力鉆具旋轉鉆井法(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轉動鉆頭的動力由地面移到井下，直接接在鉆頭之上；轉動鉆頭的動力由地面移到井下，直接接在鉆頭之上；鉆柱不旋轉，鉆柱不旋轉，鉆柱的功能只是給鉆頭施加一定的鉆壓、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殼的反扭矩；形成洗井液通路和承受井下動力鉆具外殼的反扭矩；井底動力鉆具的動力是由電源或井內鉆井液流體提供井底動力鉆具的動

18、力是由電源或井內鉆井液流體提供的。的。(3) 特點特點2. 2. 井底動力鉆具旋轉鉆井法井底動力鉆具旋轉鉆井法連續(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，破碎巖石鉆頭旋轉，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)管鉆井示意圖連續(xù)管鉆井示意圖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Γ壳罢诎l(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)省了連續(xù)管鉆井實現(xiàn)了起、下鉆的

19、連續(xù)機械化，節(jié)省了時間和勞動量；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)；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；量的有效利用率；(4)(4)為全自動化控制提供了很好的條件；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、平井場及打水泥基礎、鉆井設備的搬運和安排、修公路、平井場及打水泥基礎、鉆井設備的搬

20、運和安排、井口準備（打導管和鉆鼠洞）、備足鉆井所需要的各種井口準備（打導管和鉆鼠洞）、備足鉆井所需要的各種工具、器材等。工具、器材等。2 2鉆進鉆進鉆進是進行鉆井生產取得進尺的唯一過程。鉆進是進行鉆井生產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，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下入套即是在已鉆成的井眼內下入套管，而后在套管與井眼間的環(huán)形空管，而后在套管與井眼間