石油钻井工程知识过程介绍

1. 钻井设备
• 循环系统
循环系统将钻 头切削地层产生的
吸入管线 水龙头 立管 泥浆泵 排出 管线 方 钻 杆 钻 柱 环 空 水龙带
热量和岩屑带出井 眼。
洗 井 液 返 出 管 线
井 壁
钻头
三、钻井设备、工具和仪器
1. 钻井设备
• 井控系统
井控系统的作 用是，当井内出现 溢流、井涌时，可 快速及时关闭井口 防止井喷事故的发
四、钻井的发展及趋势
2. 向“深” 的方向发展（深井、超深井）
深井、超深井钻井技术是为勘 探和开发地层深处的油气资源
而发展起来的。从我国的情况来看，
陆上石油资源储量为694 亿吨，目前探明172.8亿吨，探明 率为25%；陆上天然气资源量 为30万亿立方米，目前探明1.2万
亿立方米，探明率仅为4%。
五、钻井关键技术
2. 携岩技术
•将钻头破碎的岩屑从井底及时清除出去是提高钻 速，减少钻井事故的关键。 •在大斜度井中，由于岩屑在重力作用下落到井壁
下侧，影响钻柱的活动，增大了钻柱的摩阻扭矩，
还容易引起井下复杂情况。
五、钻井关键技术
3. 井眼轨迹技术
•由于岩石的非均质性和各向异性，钻头在地层中 钻进会受到地层力的影响
1. 向“横” 的方向发展（普通定向井）
四、钻井的发展及趋势
1. 向“横” 的方向发展（丛式井）
四、钻井的发展及趋势
1. 向“横” 的方向发展（丛式井）
四、钻井的发展及趋势
1. 向“横” 的方向发展（丛式井）
埕北1B井组
时效提高30%以上
靶心距均在15m以内
平均钻井周期4.04天
四、钻井的发展及趋势
•
将油气开采到地面上来
一、钻井的目的和意义
2. 钻井的类型
根据钻井目的和任务不同，钻井可分为 探井和开发井：
基准井 地质普查阶段 剖面井 生产井 开发井 注入井 检查井
探井
区域勘探阶段
构造井
预探井 详探井
二、钻井的主要程序
1. 钻前准备
•
•
定井位
修公路
•
•
平井场
打基础
•
•
设备搬运
设备安装
•
井口准备
500m水深的海域钻过探井。
四、钻井的发展及趋势
3. 向“小” 的方向发展（小井眼钻
井） 小井眼是钻井向快和省方向发展
的重要措施，当小井眼能够满足勘探
和开发的要求时，它无疑是一种好办
法。正是由于小井眼钻井节约了套管 成本、破岩成本、动力成本和运输成 本，它一般可节约成本35％~50％， 边远和运输困难的地区可能节约50％
涡轮钻具则是靠钻 井液流冲击装在涡轮轴 上的转子而得到扭矩和
转数。
三、钻井设备、工具和仪器
半闭环导向钻井系统
地面 监控 系统 井下旋转导向钻井工具系统
地 面 控 制 指 令
双向 通讯
随钻测量系统
三、钻井设备、工具和仪器
2. 钻井工具和仪器
• 其它钻井工具
稳定器
三片式钻杆卡瓦
大钳
吊环
吊卡
四、钻井的发展及趋势
四、钻井的发展及趋势
5. 向“智” 的方向发展（地质导向钻井）
在复杂断块 油藏、隐蔽油藏、 薄油藏和老油田 长期开采剩余的
随钻测 量系统
曲线对比 和模型修 正
边底水构造油藏
等复杂油气藏大
Hale Waihona Puke 有用武之地地质导向 软件系统
四、钻井的发展及趋势
5. 向“智” 的方向发展（闭环钻井）
开环钻井
井下半闭环钻井
井下闭环钻井
全闭环钻井
四、钻井的发展及趋势
5. 向“智” 的方向发展（闭环钻井）
闭环钻井，即全部钻井过程依 靠传感器测量多种参数，依靠计算 机获取数据，并进行解释和发出指 令，最后由自动设备来执行，使钻 井过程变成一种无人操作的自动控 制过程。其明显的优点是非正常钻 井时间和体力劳动大大减少，井眼 轨迹控制更加精确，既可严格按照 预定轨迹钻进，也可完全根据地下 情况钻进。
试油
二 开
候凝 安装 井口 油 井 完 成 候凝 安装 试油 井口
三 开
钻进 取心 测斜 电测井 中途测井
拆卸 设备 成本 核算
移 交 生 产
井口 完成 井底 完成
下油层套 管注水泥
石油钻井建井过程
三、钻井设备、工具和仪器
1. 钻井设备
• 动力系统
钻机所需的各工作 系统大多数是用柴油 机做发动机，通过变
二、钻井的主要程序
4. 完井和试油
• 钻开油气层
油气层的特点：渗透性好、地层压力高
面临的问题：油气层易被污染、井喷
措施：（1）搞好地层孔隙压力的预测和监测
（2）使用合理的钻井液密度钻油气层
（3）使用和油气层配伍的钻井液 （4）钻开油气层要尽量使用好固控设备
二、钻井的主要程序
4. 完井和试油
• 选择合理的完井方法
五、钻井关键技术
7. 钻井环保技术
•在钻井过程中，若因预防措施不力而对井喷失去 控制，将会对周围环境造成严重污染 •对废弃的钻井液和其它废弃物处理不当，则会对 周围环境或水源产生污染 •钻遇地下硫化氢等有害气体时处理不当，更会殃
及人畜的生命
六、钻井风险
1. 钻井风险因素
• 钻井是一项多专业、多工种配合的野外流动作业，
•井眼的不规则和钻柱的不稳定运动加大井眼轨迹
预测的难度
•控制理论被引入到井眼轨迹控制领域，地面遥控
可变弯接头和可变径稳定器被研制出来
•旋转导向钻井系统
五、钻井关键技术
4. 井壁稳定技术
•地层被打开后，井壁岩石便失去了原有的支撑力， 如果井壁岩层固有的胶结强度较弱，便会失稳垮塌；
有的地层如泥页岩地层容易吸水膨胀垮塌；有的地
速箱直接驱动或由柴
油机发电来驱动钻井 设备。
三、钻井设备、工具和仪器
1. 钻井设备
• 提升系统
主要用来提 升钻柱和下套管等。 由井架、天车、游 车、大钩、吊环等
组成。
三、钻井设备、工具和仪器
1. 钻井设备
• 旋转系统
用来旋转钻柱， 向钻头提供扭矩。 由转盘、转盘变速 箱、水龙头、方钻
杆组成。
三、钻井设备、工具和仪器
2. 钻井工具和仪器
• 钻头
钻头是钻进中 最重要的工具。钻 头的不断改进促进 了钻井技术的发展。
三、钻井设备、工具和仪器
2. 钻井工具和仪器
• 钻柱
主要组成：
钻铤、钻杆、方钻杆
主要作用：
传递动力 施加钻压 输送洗井液
延伸井眼等
三、钻井设备、工具和仪器
2. 钻井工具和仪器
• 动力钻具
螺杆钻具是靠钻井 液流在螺杆钻具的定子 和转子间的容积挤压得 到扭矩和转数。
~75％的投资。
四、钻井的发展及趋势
4. 向“巧” 的方向发展（多底井钻
井）
从一口定向井或水平井中
侧钻，钻出两个或多个分支井 眼，这种钻井称为多底井钻井， 它能够提高了产层的产能，节 省了钻井和油田开发的投资。
四、钻井的发展及趋势
4. 向“巧” 的方向发展（欠平衡压力钻井）
常规钻井 欠平衡钻井
•减小对油气层的伤害
泵入泥浆
泵入泥浆
•有利于发现低压油气层
•明显提高机械钻速 • 减少压差卡钻和井漏事故
泥浆柱压力>油层压力 泥浆柱压力<油层压力 油气层
油气层
四、钻井的发展及趋势
4. 向“巧” 的方向发展（连续管钻井）
• 显著提高起下钻换钻头的工作效率
• 起下钻时可循环钻井液
• 与欠平衡、超高压射流等钻井技术
相容性好
五、钻井关键技术
1. 高效破岩技术
钻井是为了在地层岩石中形成一个井眼，因 此，高效的破岩技术，是提高钻井速度、缩短建井 周期、降低钻井成本的关键。在深井、超深井和大 位移井中，由于起下钻时间占的比重越来越大，加
上深部地层硬度和研磨性也越来越高，使得高效破
岩技术在深井、超深井和大位移井中显得尤为迫切。
完井方法应能满足有效封隔油气水层，能
减少油气流入井的阻力，能防止油气层井壁坍塌，
保证油气井长期稳定高产，能满足注水、压裂、 酸化等特殊作业要求。
•
安装完井井口装置
通过安装井口装置可以有控制的诱导油、
气流，进行完井测试及投产后正常生产。
二、钻井的主要程序
4. 完井和试油
• 试油
对可能出油（气）的生产层，在降低井内 液柱压力的条件下，诱导油、气入井，然后对生 产层的油、气产量、水产量，地层压力及油、气
二、钻井的主要程序
2. 钻进
•
•
钻进
洗井
•
• • • •
接单根
起下钻 固井 地质录井 测井
•
事故处理
二、钻井的主要程序
钻 进 过 程 演 示
二、钻井的主要程序
3. 钻井过程
第一次开钻 ( 一开 ) ：从地面钻出较大井眼， 到一定设计深度后下表层套管。
第二次开钻 ( 二开 ) ：从表层套管内用较小 一些的钻头继续钻进，若地层不复杂， 则可钻到目的层后下油层套管完井， 若地层复杂，则下技术套管。 第三次开钻 ( 三开 ) ：从技术套管内再用小 一点的钻头往下钻进。根据情况，或 可一直钻达预定井深，或再下第二层、 第三层技术套管。再进行第四次、第 五次开钻，直到最后钻到目的地层深 度，下油层套管。
工作条件差，安全工作难度高 • 钻井设备庞大而复杂，运动部件多，管线压力高， 稍有不慎，极易造成设备或人员伤亡事故 • 钻井工作是在几千米的地下进行的，看不见，摸不 着，是一项非常隐蔽的地下工程。在钻井施工中会 出现许多复杂情况和不确定因素 ，容易造成井下工