钻井设备学习笔记

 

 

钻井方法的发展

  • 顿钻钻井法:又称冲击钻井,相应的钻井设备称为顿钻钻机。其工作原理是周期地将钻头提到一定高度向下冲击井底,破碎岩石。在不断冲击的同时,向井内注水,将岩屑、泥土混成泥浆,等井底泥浆碎块积到一定数量时,便停止冲击,下入捞砂筒捞出岩屑,然后再开始冲击作业。如此交替进行,加深井眼,直至钻到预定深度为止。

特点是:

  1. 破岩与清岩相间进行。
  2. 冲击力小,破碎效率低。
  3. 设备简单,起下钻方便。

 

  • 旋转钻: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。

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。

 

旋转转井按钻井方法可分为

  1. 转盘钻井:动力机驱动转盘时带动钻柱和钻头一起旋转,破碎岩石,井眼随钻柱不断加长而加深,钻屑随钻井液返回地面。zhuanpanzuanjin
  2. 顶部驱动旋转钻井:顶部驱动钻井装置是用以取代转盘钻进的新型石油钻井装备。与常规旋转钻井方式不同,采用顶驱装置钻进一次可接入和钻进一个立根,上卸扣时间减少了三分之二;并在起下钻过程中遇阻遇卡能迅速循环和转动。
  3. 井下动力钻具钻井:在钻柱下面接上井下动力钻具,其他的和转盘钻井一样。钻头转动不是靠转盘而是靠井下动力钻具带动。因此钻机作业效率大幅度提高。井下动力钻具有涡轮钻具和螺杆钻具之分,均是靠钻井液驱动转子获得转动能量。这种钻井降低了功率消耗,避免了钻杆折断事故。jinxiadongli

 

 

石油钻井分类

  1. 探井:在油气田预探和详探阶段所钻的井的统称。探井中又分为预探井评价井 ,预探井是为了寻找油气藏,评价井的目的是探明油气藏的边缘,确定油气藏的深度,油气层的厚度变化及含油气情况等。
  2. 开发井:为开发石油,天然气或其它资源所钻的各种生产井注入井,以及在已开发油气田内,为保持一定的产量并研究开发过程地下情况变化所钻的资料井等。

 

钻井工艺技术分为

  1. 气体钻井:用空气或天然气,氮气或其他气体作为循环介质,在一些特定岩层井段中进行的钻井。
  2. 雾化钻井:用水和泡沫剂的混合物注入到空气流中作为钻井液进行的钻井。
  3. 泡沫钻井:用泡沫钻井液作为钻井流体进行的钻井。
  4. 充气钻井液钻井:用钻井液和空气的混合物作为钻井流体进行的钻井。
  5. 控压钻井:作用于井底的最小液柱压力等于或小于地层孔隙压力情况下进行的钻井。
  6. 小井眼钻井:井眼直径小于5mm的钻井。

 

定向井的类型

  1. 丛式井:一个钻井平台上,按一定井口间距钻出两口或两口以上的一组井。
  2. 救援井:为抢救井喷失控,着火油气井,在其一定安全距离设计,施工钻一口井与喷井连通,达到控制井喷目的的井。
  3. 分支井(也叫多底井):一个井口两个或两个以上井底的一簇井。fenzhijin
  4. 多目标定向井(也叫多靶定向井):为绕过井口和目标之间的障碍而设计的定向井。
  5. 大斜度井:最大斜度超过55°的定向井。
  6. 水平井 :井眼进入目的层时井斜角等于或大与90°并在目的层中延伸一定长度的定向井。shuipingjin
  7. 大位移井:通常指水平位移和垂深的比值大于2的定向井。

 

 

钻井设备及工具

1.(天车)       2.(悬臂吊绳缆)

3.(钻井大绳)   4.(二层台)

5.(游车)       6.(顶驱)

7.(井架)       8.(方钻杆)

9.(司钻偏房)   10.(防喷器)

11.(水箱)    12.(电缆托盘)

13.(发电机组) 14.(储油罐)

15.(电气控制房)16.(泥浆泵)

17.(备用泥浆罐)18.(泥浆罐)

19.(泥浆池)   20.(油气分离器)

21.(振动筛)   22.(节流管汇)

23.(管子坡道) 24. (钻杆架)

25.(储能器)

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钻机的组成

  1. 动力设备:柴油机或交、直电
  2. 传动系统:包括减速、并车、倒转、变速等机构。在机械传动的基础上,同时还要有液力传动,气、电磁离合器等。
  3. 提升系统:绞车、辅助绞车、盘式刹车、辅助刹车、自动送钻;游动系统(游车、大钩、天车、井架等);提升工具(吊环、吊卡、卡瓦、大钳等)
  4. 旋转系统:转盘、水龙头、顶驱装置;钻柱、钻头及井下动力钻具
  5. 循环系统:钻井泵、地面管汇、泥浆池、泥浆净化设备、调配泥浆设备。
  6. 控制系统:机械、液动或电控装置,控制操作台、观测记录仪等
  7. 底座:包括钻台底座、机房底座、泥浆泵等等
  8. 辅助设备:空气压缩设备,井口防喷设备,辅助发电设备,辅助起重设备,活动房屋,保温设备等。

 

钻头的类型

  • 刮刀钻头:钻头体上固定了若干个切削刃,钻进时在钻压的作用下吃入地层岩石,切削刃随钻头一起旋转而将刃前的岩石刮起。刮刀钻头用于非固结的软地层效果很好。

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  • 牙轮钻头(常用)

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  • 金刚石钻头

天然金刚石钻头(ND)

人造聚晶金刚石钻头(PDC)

热稳定聚晶金刚石钻头(TSP)

  • 特殊用途钻头

取心钻头(Coring bit)

扩眼钻头(reamer)

 

钻井管材

钻柱:由方钻杆、钻杆、钻铤等基本钻具组成,并用配合接头连接起来的入井管串称为钻柱。

  1. 方钻杆的主要的功能是把转盘的旋转变成整个钻柱和钻头的旋转,以破碎地层,即传递扭矩并承受钻柱的全部重量。
  2. 钻杆是钻柱的基本组成部分,主要作用是加深井眼,传递扭矩和形成钻井液循环通道。
  3. 加重钻杆的壁厚介于钻杆和钻铤之间,其结构形式类似与钻杆。
  4. 钻铤在钻井过程中主要用来给钻头提供钻压,并以其较大的刚性扶正钻头、保持井眼轨迹。

 

钻井过程

  • 钻进:

钻进时用足够的压力将钻头压到井底岩石上,使钻头的刃部吃入岩石中。钻柱带动钻头旋转破碎岩石。

随着钻井的进行,钻柱逐渐增长,重量也渐渐加大,以致超过所需的钻压,过大的压力会使钻头、钻杆等损坏,必须将大于钻压的那部分钻杆的重量吊起来,使之不作用于钻头上。钻井时由司钻控制。

  • 洗井:

必须将井底钻屑清除掉或者携带到地面,称为洗井。

钻井液经钻杆的内孔注入,从钻头水眼中流出以清洗钻头并冲向井底。被冲离井底的钻屑随钻井液一同进入井壁与钻柱之间的环形空间,向地面返回。钻屑在地面上从钻井液中分离出来叫做除砂。清除了钻屑的钻井液再次被注入井中循环利用。

  • 接单根:

在钻井过程中,随着井的不断加深,钻柱也要及时加长,接一根钻杆就叫做接单根。

  • 起下钻:

为更换磨损的钻头,须将全部钻柱从井中取出,换上新的钻头以后,再重新下到井中继续作业,称为起钻和下钻,简称起下钻。三根钻杆为一个接卸单位,称为立柱。为配合长的立柱能够安靠在井架上,井架高度一般为40m左右。

 

固井工程的概念

  • 为了巩固已钻井眼,保证继续钻进,封隔油、气和水层,保证勘探期间的分层试油及在整个开采中合理的油气生产,为此下入套管,并在井筒与套管环空填充水泥的作业,称为固井工程。(包括下套管和注水泥)
  • 在井眼内下入一层套管,并在套管与井壁的环形空间里灌注水泥浆进行封固,称为固井。依井身结构不同,钻井过程中有时仅需下一层套管,又是需要下多层套管,最终形成一串轴心线重合的套管柱。

 

固井目的

  • 封隔易塌、易漏等复杂地层,保证钻井顺利进行
  • 封隔油气水层,建立油气流出通道,防止产层间互窜
  • 进行增产措施
  • 安装井口

 

固井工程的特殊性

  • 是一次性工程,如果质量不好,一般情况下难以补救;
  • 是隐蔽性工程,主要流程在井下,施工时不能直接观察,质量控制往往决定于设计的准确性和准备工作的好坏,受多种因素的综合影响;
  • 影响后续工程的进行;
  • 是一项花钱多的工程;
  • 施工时间短,工序内容多,作业量大,是技术强的工程.

 

完井的定义

  • 完井(Well Completion),油气井的完成方式,即根据油气层的地质特性和开发开采的技术要求,在井底建立油气层与油气井井筒之间的合理连通渠道或连通方式,是油气井生产前的最后一道工序
  • 一口井钻成之后,主要的工作就是在井底建立油气层与油气井井筒之间的合理连通渠道,也就是完井。
  • 在井底建立的油气层与油气井井筒之间的连通渠道不同,也就构成了不同的完井方法。

 

合理的完井方法应该满足的要求

  1. 油、气层和井筒之间应保持最佳的连通条件,油、气层所受的损害最小;
  2. 油、气层和井筒之间应具有尽可能大的渗流面积,,油、气入井的阻力最小;
  3. 应能有效地封隔油、气、水层,防止气窜或水窜,,防止层间的相互干扰;
  4. 应能有效地控制油层出砂,防止井壁垮塌,确保油井长期生产;
  5. 应具备进行分层注水、注气、分层压裂、酸化等分层处理措施,便于人工举升和井下作业等条件;
  6. 对于稠油油藏,则稠油开采能达到热采(主要蒸汽吞吐和蒸汽驱)的要求;
  7. 油田开发后期具备侧钻定向井及水平井的条件
  8. 施工工艺尽可能简便,成本尽可能低。

 

 

常规完井方法

  • 射孔完井方法

套管射孔完井是用同一尺寸的钻头钻穿油层直至设计井深,然后下油层套管至油层底部并注水泥固井,最后射孔,射孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层一定深度,从而建立起油(气)流的通道。

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  • 裸眼完井

是钻头钻至油层顶界附近后,下技术套管注水泥固井。水泥浆上返至预定的设计高度后,再从技术套管中下入直径较小的钻头,钻穿水泥塞,钻开油层至设计井深完井。此为先期裸眼完井。

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  • 衬管完井

钻头钻至油层顶界后,先下套管注入水泥固井,再从套管中下入直径小一级的钻头穿油层至设计井深。最后在油层底部下入预选割缝的衬管,靠衬管悬挂器将衬管挂在套管上,并密封衬管和套管之间的环形空间,使油气通过衬管的割缝流入井筒。

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  • 闸板防喷器的合理使用

1.半封闸板的尺寸应与所用钻杆尺寸相对应。

2.井中有钻具时切忌用全封闸板封井。

3.长期封井应手动锁紧闸板并泄压。

4.闸板防喷器未解锁不许液压开井;未液压开井不许上提钻具。

5.半封闸板封井后不能转动钻具,不能用打开防喷器的办法泄降套压。

6.闸板防喷器的手动锁紧装置只能关闭闸板,不能打开闸板。要打开的唯一办法是:先解锁,然后用液压打开。

 

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