第四章 鉆井及完井

第四章鉆井與完井2/3/20231ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources石油和天然氣是深埋在地下的流體礦藏，其開采方法不同于煤炭或其它金屬礦。它必須通過疏通誘導(dǎo)方法，使地下油氣先流到井里然后升舉到地面。鉆井技術(shù)是石油勘探和開發(fā)的主要手段，也是石油工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。2/3/20232ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources

油氣井按用途可分為探井和生產(chǎn)井兩種。

油氣田勘探階段要鉆探井。探井的主要用途是獲取地質(zhì)資料，認(rèn)識和評價(jià)油氣狀況，落實(shí)油層他置、面積和儲量等等；開發(fā)階段要鉆各種開發(fā)井，如生產(chǎn)井（包括采油井、注水井）、估價(jià)井、觀察井等。生產(chǎn)井的主要作用是按照開發(fā)方案有效地開采地下石油與天然氣。所以，從尋找油氣到生產(chǎn)出油氣的各個(gè)環(huán)節(jié)都離不開鉆井，盡管各階段所鉆的井的名稱、用途、井徑大小以及深度各不相同，但它們的鉆井過程相差不多。2/3/20233ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources

按照井筒軌跡可將并分為三種：直井、斜井、水平井，技術(shù)難度依次加大，造價(jià)越來越高。2/3/20234ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources第一節(jié)鉆井設(shè)備

一、鉆機(jī)二、鉆頭三、鉆井液2/3/20235ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources一、鉆機(jī)

鉆機(jī)是全套鉆井設(shè)備的總稱，目前全球使用最為廣泛的是轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)，如圖3-1所示。鉆機(jī)由柴油機(jī)、傳動(dòng)軸、泥漿泵、絞車、井架．大車、游動(dòng)滑車、大鉤、水龍頭和轉(zhuǎn)盤等組成。

整個(gè)鉆井設(shè)備按功能可分為四個(gè)部分：（1）旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，包括水龍頭、方鉆桿、轉(zhuǎn)盤、鉆桿、鉆鋌、鉆頭等；（2）吊升系統(tǒng)，包括天車、游動(dòng)滑車、大鉤和絞車等；（3）循環(huán)系統(tǒng)，包括泥漿池、泥漿泵、除砂器、泥漿震動(dòng)篩等；（4）動(dòng)力系統(tǒng)，包括動(dòng)力機(jī)及相應(yīng)的傳動(dòng)裝置等。2/3/20236ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources每臺鉆機(jī)一般配有3-5臺大功率柴油機(jī)，它們是全套鉆機(jī)的“心臟”，能提升重達(dá)200-300t的鉆具（由方鉆桿、鉆桿、鉆鋌和鉆頭組成的鉆進(jìn)工具稱為鉆具）、使轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)鉆頭快速旋轉(zhuǎn)來破碎巖石；使泥漿泵循環(huán)泥漿，并形成高壓液流，由鉆桿內(nèi)經(jīng)鉆頭沖洗井底、攜出鉆碎巖屑。司鉆是操作鉆機(jī)、實(shí)施鉆井作業(yè)最關(guān)鍵的人員之一。鉆井過程中，司鉆通過觀察能隨時(shí)顯示負(fù)荷大小的鉆井“指重表”，操作離合器和剎把，控制鉆壓，均勻鉆進(jìn)。鉆機(jī)2/3/20237ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources二、鉆頭

鉆頭是直接破巖、造就井眼的重要工具。對鉆井而言，要加快鉆井速度，必須采用適合地層條件的“鋒利”鉆頭。常見的鉆頭有不同結(jié)構(gòu)和規(guī)格的刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭和PDC鉆頭等。各種鉆頭有不同的持點(diǎn)、目前使用最多是牙輪鉆頭。鉆頭2/3/20238ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources1、刮刀鉆頭

鉆頭體上固定了若干個(gè)切削刃，鉆進(jìn)時(shí)在鉆壓的作用下吃入地層巖石，切削刃隨鉆頭一起旋轉(zhuǎn)而將刃前的巖石刮起。刮刀鉆頭用于非固結(jié)的軟地層效果極佳。由于新型結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，鋼質(zhì)刮刀鉆頭在很多場合已被取代。鉆頭2/3/20239ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources2、PDC鉆頭

鉆進(jìn)原理同刮刀鉆頭，都屬于切削型鉆頭。它的切削刃上使用了人造金剛石和燒結(jié)碳化鎢，比刮刀鉆頭強(qiáng)度性能好。PDC鉆頭適用于比較軟、但不易形成泥包的地層，或中硬、非研磨性地層，如泥質(zhì)砂巖、頁巖、石膏巖，鉆進(jìn)中需要的鉆壓較小。大復(fù)合片PDC鉆頭則可以有效地防止泥包，可在松軟的地層中使用。鉆頭2/3/202310ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources3、金剛石鉆頭其切削刃用天然金剛石制成。天然金剛石顆粒越大，硬度越大；鉆進(jìn)時(shí)通過對巖石的研磨，破碎巖心，適用于堅(jiān)硬地層。近年發(fā)展到可用于較軟地層。但金剛石鉆頭怕高溫，所以使用時(shí)特別注意冷卻鉆頭。鉆頭2/3/202311ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources4、牙輪鉆頭

它是目前使用最廣泛的鉆頭。鉆進(jìn)時(shí)通過對巖石的壓碎、沖擊、剪切作用達(dá)到破巖的目的。由于切削刃與巖石接觸面小，每個(gè)齒上分得的鉆壓大，易于吃入地層，并且切削刃能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，受到的阻力小，因此，牙輪鉆頭可適用于從軟到硬的各種的地層。鉆頭2/3/202312ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources2/3/202313ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources三、鉆井液旋轉(zhuǎn)鉆井方法是利用鉆井液清洗井底，攜出井下鉆屑并控制井內(nèi)壓力。以水為連續(xù)相的叫水基鉆井液，以油為連續(xù)相的叫油基鉆井液。水基鉆井液的應(yīng)用最為廣泛，只是在特殊井如取芯或高難度定向井中才使用油基鉆井液。

鉆井液過去常叫泥漿或鉆井泥漿，現(xiàn)也有人稱為洗井液。泥漿對于鉆井就像血液對于人體一樣重要。如果沒有性能良好、足夠數(shù)量的泥漿，或者在鉆井過程中，由于某種原因（如地層漏濕、鉆具折斷）而不能正常循環(huán)泥漿時(shí)，鉆井工作將無法進(jìn)行，有時(shí)還將嚴(yán)重危及井的“生命”。鉆井液2/3/202314ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources人們往往誤以為泥漿是“泥加水”攪和而成的。其實(shí)不然，泥漿是溶膠懸浮液體系，由四個(gè)部分組成：1、液相，可以是淡水或鹽水，或某種類型的油品；2、固相，為增加體系密度，常用重晶石，為改善流變性和濾失性常用微晶高嶺土；3、處理劑，用以調(diào)整泥漿性能，常用各種有機(jī)或無機(jī)化學(xué)處理劑；4、污染物，鉆井中帶來的巖屑及地層中的各種鹽類等。現(xiàn)代鉆井技術(shù)對泥漿的性能要求很高，要具有一定的密度、粘度、濾失量、泥餅、切力及含砂量等，并且隨著鉆井所鉆遇的地層變化能及時(shí)作出調(diào)整。

鉆井液2/3/202315ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources鉆井液在鉆井中主要作用如下：（1）清洗井底：只有將鉆碎的巖屑及時(shí)地沖離井底，才能保證鉆頭有效地接觸并破碎巖石。（2）攜出巖屑：既可將巖屑攜帶出井口用除砂設(shè)備清除，又可使地質(zhì)人員通過巖屑錄井獲取地下油氣信息。（3）冷卻鉆頭：鉆頭在局速旋轉(zhuǎn)、破碎地層巖石時(shí)產(chǎn)生大量的熱量，泥漿的循環(huán)可及時(shí)冷卻鉆頭，增強(qiáng)鉆頭的耐磨性和使用壽命。（4）保護(hù)井壁：地層有多種多樣，有的松散易碎，有的易吸水膨脹、分散坍塌，這就要靠泥漿把井壁“撐”住，靠泥餅把井壁“糊”住，以穩(wěn)定井壁、防止坍塌。鉆井液2/3/202316ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources（5）潤滑鉆具：一般來說，井不是筆直的，井眼也大小不一，井眼越大越深，鉆具旋轉(zhuǎn)和起下鉆時(shí)阻力越大。泥漿的潤滑作用可以減小這種阻力，持別是在定向井鉆井中，泥漿的潤滑作用尤為明顯。（6）破巖作用：在噴射鉆井中，泥漿傳遞水力能量，使機(jī)械破巖和水力破巖作用相結(jié)合（7）平衡地層壓力：鉆井時(shí)，地層壓力是靠泥漿液柱壓力來平衡的，所以有平衡鉆井之說，尤其是高壓油、氣、水層更要靠泥漿來使地層保持穩(wěn)定，做到“壓穩(wěn)而不死”；因此，泥漿密度的大小事關(guān)重大，如果泥漿密度太小，有可能因壓不住地層壓力而導(dǎo)致井噴事故；如果泥漿密度過大，則會引起油層傷害，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致油氣層完全被堵死，油氣無法采出。（8）保護(hù)油氣層：鉆井油氣層以后，地層孔隙和油氣通道易被泥漿中的固體微粒堵塞，造成對油氣層的損害，使油氣流動(dòng)通道不暢，影響后面的油氣井的生產(chǎn)。采用優(yōu)質(zhì)泥漿和鉆井液，就能較好地保護(hù)油氣層。2/3/202317ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources第二節(jié)鉆井過程一、準(zhǔn)備工作二、鉆進(jìn)三、固井

2/3/202318ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources

一口井從開始到完成，大致要經(jīng)歷準(zhǔn)備工作、鉆進(jìn)、固井、其它作業(yè)等工序。一、準(zhǔn)備工作1、定井位

根據(jù)地質(zhì)或生產(chǎn)的需要確定井底位置，作出設(shè)計(jì)。當(dāng)井身軸線按鉛垂線設(shè)計(jì)時(shí)，井口位置和井底位置在同一垂線上，這就是直井；如果井身軸線偏離鉛垂線，則井口位置與井底位置不在同—水平線上，這就是定向井。2、修公路

為了將各種設(shè)備與物質(zhì)運(yùn)入井場，需耍修公路。由于鉆井設(shè)備是重型物資，公路應(yīng)確保能通行重型車輛。準(zhǔn)備工作2/3/202319ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources3、平井場

在井口附近平整出一塊方地供施工之用。井場面積隨鉆機(jī)而異，形狀大致為長方形，大型鉆機(jī)占地約長120m，寬90m；中型鉆機(jī)占地約長100m，寬60m；鉆機(jī)占地大小可因地制宜。4、打基礎(chǔ)

為了保證設(shè)備在打井過程中不會下陷或歪斜，要打基礎(chǔ)（或稱為打基礎(chǔ)）。小型的基礎(chǔ)可用方木或預(yù)制件，大型的基礎(chǔ)在現(xiàn)場用混凝土澆灌。5、安裝

立井架，安裝鉆井設(shè)備、泥漿泵，安放或挖掘泥漿池等。準(zhǔn)備工作2/3/202320ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources二、鉆進(jìn)廣義的鉆進(jìn)指從開鉆到完鉆一段地層或完鉆一口井的過程。本書僅對當(dāng)前世界上普遍使用的旋轉(zhuǎn)鉆井法加以介紹，旋轉(zhuǎn)鉆井法的鉆進(jìn)大致可分為以下幾道工序。2/3/202321ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources1、鉆進(jìn)（狹義）用鉆頭直接破碎巖石。鉆進(jìn)時(shí)用足夠的壓力將鉆頭壓到井底巖石上，使鉆頭的刃部吃入巖石中。鉆頭上連接著鉆柱，用鉆柱帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)以破碎巖石，井就會逐漸加深，加到鉆頭上的壓力叫鉆壓。

鉆柱把地面上的動(dòng)力傳給鉆頭，所以，鉆柱從地面一直延伸到井底。隨著井的加深，不斷增加鉆桿，鉆柱漸漸增長，其重量也漸漸加大。以致于超過所謂的鉆壓；過大的鉆壓將會引起鉆頭、鉆桿、設(shè)備的損壞。必須將大于鉆壓的那一部分鉆桿的重量吊懸起來，使之不作用在鉆頭上。鉆進(jìn)中，由司鉆適時(shí)地控制加到站頭上的壓力，有效地均勻鉆進(jìn)。鉆進(jìn)（狹義）2/3/202322ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources2、洗井井底巖石被鉆頭破碎后形成小的碎塊，稱為鉆屑（也常稱為砂）。鉆屑積多了會影響鉆頭鉆鑿新的井底，引起機(jī)械鉆速下降。所以必須及時(shí)地將鉆屑從井底清除掉，并攜帶到地面，達(dá)就叫洗井。洗井液經(jīng)鉆桿的內(nèi)孔注人，從鉆頭水眼中流出以清洗鉆頭并沖向井底。將鉆屑沖離井底，鉆屑隨洗井液一向進(jìn)入井壁與鉆柱之間的環(huán)形空間，同地面返升。一直到地面，其流程圖見圖3-3所示。鉆屑在地面上從洗井液中分離出來并被清除掉稱為除砂。清除了鉆屑的洗井液再被注入井中重復(fù)循環(huán)使用。在鉆進(jìn)時(shí)，洗井和破碎巖石同時(shí)進(jìn)行。為了保證洗井液不間斷地循環(huán)，需要用泥漿泵連續(xù)注入。洗井2/3/202323ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources

3、接單根在鉆進(jìn)過程中，隨著井的不斷加深，鉆柱也要及時(shí)接長，接一根鉆桿就叫接單根。

4、起下鉆為了更換磨損的鉆頭，須將全部鉆柱從井中取出，換上新的鉆頭以后在重新下到井中繼續(xù)作業(yè)，這叫做起鉆和下鉆（簡稱為起下鉆）。一口井要用很多只鉆頭才能鉆成，所以起下鉆的次數(shù)很多。為了提高效率，節(jié)省時(shí)間，起下鉆時(shí)不是以單根鉆桿為單位進(jìn)行接卸，而是二根鉆桿為一個(gè)接卸單位，稱為立根（或立柱）。每根鉆桿長8-10m，立根的長度一般為26-30m。為了配合這么長的立根、井架高度一般為40m左右。由于其他原因，如打撈井底落物、解決卡鉆等問題時(shí)也需要起下鉆。2/3/202324ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources5、其它作業(yè)在鉆井過程中，還要進(jìn)行巖屑錄井、地球物理測井以及地層測試等作業(yè)。一般來說，鉆井速度越快越好。但是，也得有一個(gè)度，超過了這個(gè)度，就難免發(fā)生意外。鉆井中常常會遇到斷鉆桿、掉鉆頭等事故，或者井壁垮塌、卡鉆等等。因此，要高效、優(yōu)質(zhì)、低耗地鉆成一口油氣井，就要講究鉆井工藝技術(shù)，實(shí)行科學(xué)打井。在鉆井過程設(shè)計(jì)中，要選定合理的井身結(jié)構(gòu)和鉆具結(jié)構(gòu)，使用優(yōu)質(zhì)泥漿，采用一系列適合地層條件的鉆井技術(shù)和措施，其中，鉆井時(shí)對鉆頭施加多大的壓力？轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度是多少？泥漿泵排量多大？這就是人們常說的“鉆壓、轉(zhuǎn)速、排量”的合理選配問題，是鉆井中隨井深和地層變化需要及時(shí)調(diào)整并加以解決的重要問題。一口井一但開鉆，如果沒有特殊情況，就按照施工設(shè)計(jì)正常施工。鉆達(dá)設(shè)計(jì)深度即可交井。但是，探井有可能根據(jù)地下出現(xiàn)的新情況，或提前完鉆，或繼續(xù)加深。2/3/202325ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources三、固井固井是鉆井工程中的一道重要工序，其根本目的可概括為兩點(diǎn)：加固井壁（防止淺處井壁坍塌）和隔離鉆井的油、氣、水層（防止開采時(shí)層間相互干擾）。固井的方法是將稱為套管的無縫鋼管下入井，并在井眼和套管之間灌注水泥漿以固定套管，封閉套管與井壁之間的環(huán)形空間，隔開某些地層，這就是下套管、注水泥作業(yè)。一口井從開始到完成，常需下入多層套管并注水泥，即需進(jìn)行數(shù)次固井作業(yè)。固井2/3/202326ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources在不同地區(qū)因地層情況和井深的不同，固井實(shí)施的情況也不同。有的井可以一直鉆到底，最后下入套管進(jìn)行一次固井即可；而有的井，則需下兩層或三到四層套管，分別進(jìn)行固井，才能最終完成。如圖3-4所示，一口4000m的深井，設(shè)計(jì)下三層套管，其目的和實(shí)施步驟是：第一層為表層套管，下深100—300m左右，目的是用以封住這一井段的粘土層、流沙層、礫石層及水層，并在表層套管井口安裝防止井噴的裝置。第二次開鉆后，改用小于表層套管直徑的鉆頭，往下鉆至2000-3000m處再停鉆，下人第二層套管，稱之為技術(shù)套管。下技術(shù)套管的目的是用以封固易塌層和高壓水層，或?yàn)楸Ｗo(hù)淺部的油氣層等。第三次開鉆后再改用更小的鉆頭，一直鉆到目的層以下，最后下入第三層套管，稱為油層套管，這主要是為試油和今后采油氣創(chuàng)造條件。深井或超深井有時(shí)需要下兩次技術(shù)套管，依據(jù)具體需要而定。固井2/3/202327ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources有的地區(qū)井雖較深，但地層條件較好，可以省去技術(shù)套管，只下表層套管和油層套管；有的地區(qū)并不太深，如果淺部地層條件允許，深部油氣水層的壓力不高，還可以省去表層套管，則在全井中，只有一層油層套管?？傊?，固井要根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況來確定，既要保證鉆井安全和井身質(zhì)量，又要盡可能地節(jié)約套管和水泥，以降低鉆井成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。通常注入水泥漿后應(yīng)候凝約2天，用井溫或聲波幅度等測井方法檢測固井質(zhì)量——套管處水泥返高、水泥膠結(jié)與封固狀況等，符合設(shè)計(jì)要求者為固井質(zhì)量合格。固井2/3/202328ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources第三節(jié)完井一、裸眼完井二、射孔完井三、襯管完井四、礫石充填完井2/3/202329ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources完井，顧名思義，即井的完成，是油氣井生產(chǎn)前的最后一道工序。油層鉆開以后，油井與油氣層的連通力式與井下油、氣、水層的直接測試結(jié)果以及以后的油氣田開發(fā)、開采有密切的關(guān)系。油氣井完井方法主要指油氣層與井底的連通方式、井底結(jié)構(gòu)及完井工藝。根據(jù)地層的不同性質(zhì)，可以采取不同的完井方法。對各種完井方法的要求是：（1）使油氣層與井底有效地連通起來，盡量減小油、氣流動(dòng)阻力；（2）妥善地封隔油、氣、水層，防止各層之間互相干擾；（3）克服井壁坍塌和油層出砂的影響，保證油氣井長期穩(wěn)定生產(chǎn)；（4）能為今后的井下修井作業(yè)和增產(chǎn)措施（壓裂、酸化）提供方便；（5）工藝簡便、完井速度快、成本低。根據(jù)油井與油氣層連通方式，有裸眼完井、射孔完井、襯管完井和礫石充填完并等完井方法。2/3/202330ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources一、裸眼完井這種方法是鉆井至油層頂部后，下油層套管，注水泥，然后較小直徑的鉆頭鉆開油層，如圖3-5所示：這種完井方法的最大優(yōu)點(diǎn)是油層全部裸露，沒有任何遮擋地宜接與井底相通，因而油層不僅具有最大的滲濾面積，而且流線平直，油、氣流入井內(nèi)的阻力最小。其缺點(diǎn)是井底容易坍塌，不易防止油層出砂，不易進(jìn)行分層作業(yè)，油、氣、水層易互相干擾。因此裸眼完井方法的使用范圍較小，僅能適用于那些巖層堅(jiān)固、穩(wěn)定，而且無油、氣、水夾層的單一油、氣層和一些油、氣層性質(zhì)相同的多油層井中，目前，這種方法已很少采用。裸眼完井2/3/202331ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources二、射孔完井這種方法是目前國內(nèi)外使用最為廣泛的一種完井方法。它是先鉆開整個(gè)油層后，下油層套管至井底，注水泥加固，然后下入射孔槍向油層部位射孔，穿透套管和水泥環(huán)，為油、氣流入井內(nèi)打開通道，如圖3-6所示。射孔完井2/3/202332ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources射孔完井的優(yōu)點(diǎn)：（1）能比較有效地封隔和支持疏松易塌的生產(chǎn)層；（2）能夠分離不同壓力和不同特點(diǎn)的油、氣層，便于進(jìn)行分層測試、分層開采及分層增產(chǎn)等工藝；（3）可根據(jù)鉆井取芯、電測和地層測試等取得的生產(chǎn)層的實(shí)際資料確定是否下入油層套管，可以減少或消除因無油、氣而下油層套管的盲目性；（4）可進(jìn)行無油管完井及多油管完井；（5）除裸眼完井外，比其它各種完井經(jīng)濟(jì)。射孔完井的缺點(diǎn)：在鉆井和固井過程中生產(chǎn)層受洗井液和水泥的侵害較為嚴(yán)重；由于射孔數(shù)日和射孔深度有限，油、氣層與井底的連通面積小，而且流線彎曲向射孔孔眼集中，導(dǎo)致油、氣流人井內(nèi)的阻力較大，不易防止地層出砂。射孔完井2/3/202333ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources三、襯管完井當(dāng)油層是膠結(jié)差的疏松砂巖組成時(shí)，如果采用裸眼完成，油層就容易坍塌，井底被砂堵，使油、氣流滲濾面積減小。為此，在裸眼的油氣層部位，下入一根預(yù)先鉆好孔眼的襯管，通過襯管頂部的襯管懸掛器將襯管掛在油層套管上，并密封套管和襯管之間的環(huán)形空間。油、氣經(jīng)襯管上的孔眼流入井中，如圖3-7所示。這種完井方法稱為襯管完井。由于襯管是利用油層中的砂層自然成拱防砂，故不易人工控制。在裸眼井中無法封隔油、氣、水層。襯管完井2/3/202334ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources四、礫石充填完井礫石充填完井

礫石充填完井方法是人為地在襯管和井壁之間充填一定尺寸的礫石，使它起防秒和保護(hù)生產(chǎn)層的作用。常用的礫石充填方法有兩種：裸眼內(nèi)礫石充填和套管內(nèi)礫石充填。前者是先將襯管下人井內(nèi)，然后用洗井液將礫石送至襯管與井壁的環(huán)形空間內(nèi)；后者是在地面上將礫石充填在預(yù)制的礫石襯管中，然后下入井內(nèi)，加圖3-8所示。礫石充填完井的優(yōu)點(diǎn)是油、氣流的滲流面積大，阻力較小，同時(shí)可以防止油層坍塌、出砂和堵死油井，因而油井壽命較長。但是，它在完井工藝上比較復(fù)雜，應(yīng)用要求油層條件比較簡單，如果條件復(fù)雜，如油層中含有水層，油層又是由壓力、滲透率不同的若干小層組成，則不宜選用，以免將來采油時(shí)難以進(jìn)行選擇性壓裂、酸化、分層開采、分層注水等措施。2/3/202335ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources第四節(jié)定向井、叢式井和水平井2/3/202336ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources定向井、叢式共和水平井，都可稱之為斜井它與普通直井（垂直地面）的井簡形狀是不一樣的，明顯的特點(diǎn)是從井口到井底有一個(gè)預(yù)定方向的大斜度，最大可達(dá)90度（水平井）。當(dāng)然一般的直井，也并非人們所想象的那樣是垂直的，實(shí)際也都有大小不等、方位不一的斜度，但這個(gè)斜度都不很大，是要求加以控制的。按井身質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，直井井斜不得超過3-5度。

定向井、叢式井和水平井2/3/202337ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources在石油勘探開發(fā)過程中，由于經(jīng)常遇到種種客觀條件的限制，或出于經(jīng)濟(jì)效益等方面的考慮，打直井達(dá)不到預(yù)期目的，而打斜井則能揚(yáng)長避短、興利除弊。因此，人們在打直井的基礎(chǔ)上，成功實(shí)踐了打斜井方法，如圖3-9所示。沿著選定的方向鉆達(dá)預(yù)定目的層位的井，稱為定向井；在—個(gè)井場或一個(gè)井口里，鉆出不同方位和斜度的多口定向井，統(tǒng)稱為叢式井；將定向井的井斜按設(shè)計(jì)增大到近90度，并向預(yù)定方向水平鉆進(jìn)一定長度，稱為水平井。常規(guī)定向井的井斜角一般為15-45度，大斜度定向井則可大到45-90度。定向井、叢式井和水平井2/3/202338ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources定向井、叢式井和水平井2/3/202339ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources鉆斜井的原因如下：

（1）為了避開不可越的地面障礙、例如居民住宅區(qū)、工業(yè)建筑、文化古跡、江河湖泊等。（2）為了少占農(nóng)田，節(jié)約修公路和平井場的土地、資金和時(shí)間，可在同一口井按需要鉆叢式井。（3）對于某些有裂縫的油氣層或低滲透油氣層，為了增大井筒內(nèi)油氣層裸露的面積，以擴(kuò)大油流通道，減小滲流阻力，提高油井產(chǎn)量，可以在油氣層內(nèi)鉆一定長度的大斜度定向井或水平井。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一口水平井的造價(jià)是一口直井的1.5—2倍，而在相同地質(zhì)條件下，一口水平井的產(chǎn)量是一口直井的3-7倍。（4）對某些特殊油田，用一口井鉆過多套油氣層，使一口井起到多口井的作用，這種井叫多目標(biāo)井。（5）開發(fā)海洋油氣田時(shí)，在一個(gè)鉆井平臺上鉆多口定向井，既可節(jié)約鉆機(jī)搬遷時(shí)間和鉆井成本，也有利于油氣集輸。（6）當(dāng)油氣井發(fā)生強(qiáng)烈井噴、著火而失去控制時(shí)，可以采取鉆定向求援井的辦法，進(jìn)行壓井止噴或引流滅火。定向井、叢式井和水平井2/3/202340ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources第五節(jié)海洋石油鉆井一、海上鉆井裝置二、海洋鉆井工藝特點(diǎn)2/3/202341ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources海洋石油鉆井與陸地相比，主要有四點(diǎn)不同：一是如何在水面之上平穩(wěn)地立起井架，并要經(jīng)受得住風(fēng)浪的襲擊；二是在鉆盤至海底之間，如何建立一個(gè)特殊的井口裝置把海水與井筒隔絕開來；三是海洋鉆井，直井少斜井多，在海上鉆井，必須有保證鉆機(jī)等鉆井設(shè)備正常工作的海洋鉆井平臺；四是海洋鉆井費(fèi)用高，要比陸上鉆井高3-10倍。2/3/202342ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources一、海上鉆井裝置海上鉆井裝置按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為固定式和移動(dòng)式兩類。前者包括樁基式平臺和重力式平臺兩種。后者又分為座底式和浮動(dòng)式。座底式包括自升式平臺和沉浮式平臺；浮動(dòng)式包括浮式鉆井船和半潛式鉆井平臺兩種。

海上鉆井裝置2/3/202343ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources1、固定式平臺（1）樁基式平臺（圖3-10）。它是用鋼管做成的桁架，整體性好，施工快，但抗海水腐蝕性差。為了使平臺能穩(wěn)固地坐于海底，不致因冰、水流、海浪等的影響而移位，需打樁固定。固定后不再拆走，成本高。固定式平臺2/3/202344ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources（2）重力式平臺它是使用鋼筋混凝土制造的平臺，重量大，可穩(wěn)定立于海底。不需打樁，節(jié)省鋼材．防火、防腐蝕，維修資用低，使用壽命長。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)分析較復(fù)雜，要求岸邊有較深的隱蔽條件較好的水域、對地基要求高。固定式平臺2/3/202345ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources2、移動(dòng)式平臺（1）沉浮式平臺（圖3-12）。在勘探初期使用固定式平臺是很不經(jīng)濟(jì)的，改用移動(dòng)式的，可大大節(jié)省投資。它的特點(diǎn)是平臺下部有若干個(gè)浮筒或浮箱，可使平臺浮于水面。打井時(shí)．拖航到井位后，在浮箱中充水，平臺即沉坐于海底上，就可以打井了。打完并以后，將浮箱中的水排出來，整個(gè)平臺又漂浮在水面上，拖至新井位便可打井。移動(dòng)式平臺適用于水深較淺、浪小、海底較平的海區(qū)。為了防止鉆井時(shí)水平移動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)，一般在浮簡的周邊加設(shè)裙板以便插人海底淤泥中，增加穩(wěn)固性。為了在打井完成后退場方便，井口位置多放在平臺尾部或舷外。移動(dòng)式平臺2/3/202346ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources（2）自升式平臺（圖3-13）它是由一個(gè)船體形的平臺和3-4條大腿組成。平臺上安放鉆井設(shè)備、器材。拖航時(shí)，整個(gè)平臺浮在水面，大腿升到最高位置。到進(jìn)位后，將大腿放下，支于海底上，并繼續(xù)將平臺升高到高出海面，即可開始鉆井工作。井打完后，將船體降到水面上，把大腿升起，拖至新井位。自升式平臺因?yàn)樵靸r(jià)低，對海底地形、土質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，所以使用較多。在鉆井時(shí)它是固定的，不受波浪影響，具有固定式平臺的優(yōu)點(diǎn)，適宜水深10-90m，現(xiàn)已發(fā)展至200m。例如渤?！柺?972年建成的我國第一座自升式平臺，勝利油田1996年自行研制了開發(fā)一號、二號兩座非自航可移動(dòng)座底式平臺。隨著深水領(lǐng)域中鉆探工作的發(fā)展，自升式平臺已不能適應(yīng)水深的要求，從而發(fā)展了浮式鉆井裝置。移動(dòng)式平臺2/3/202347ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources（3）浮式鉆井船（圖3-14）簡稱為鉆井船，類似于普通的船，具有自航能力，船體較大。一般靠錨系定位。深水時(shí)則靠動(dòng)力定位，即靠多個(gè)推進(jìn)器自動(dòng)維持船體的預(yù)定位置，穩(wěn)走在井位上?？梢栽谒畲笥?00m的海域鉆井，動(dòng)力定位的鉆井船，甚至可以在幾千米的深水作業(yè)。鉆井船的船體造價(jià)低，可在普通船臺或船塢中制造及檢修。其缺點(diǎn)是由于鉆井船處在風(fēng)浪很大的水面上，船體狹長，搖擺厲害，所以適應(yīng)風(fēng)浪能力差。移動(dòng)式平臺2/3/202348ChengduUniversityofTechnologyColloegeofEnergyResources

（4）半潛式鉆井平臺由于鉆井船受海浪作用搖擺厲害，發(fā)展了半潛式鉆井平臺。其結(jié)構(gòu)與沉浮式相似，下部為浮筒構(gòu)架，上部為平臺。鉆井時(shí)，像船一樣漂在海中，平臺在水面以上。主體浮筒則在水面以下（下船體利立柱的下部分潛入水中），避開了海浪最強(qiáng)的一段水浙。立柱直徑和跨距較大，橫搖和縱搖