钻井完整版-ppt课件.ppt
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1、钻井完整版第一章 钻井地质基础知识钻井完整版 第一章、钻井地质基础知识一、岩石的机械性质1、岩石的机械性质岩石的强度:岩石的强度是指抵抗外力破坏的能力。硬度:岩石的硬度是指岩石抗压入的极限强岩石的塑性:在外力作用下,岩石破碎前呈现永久变形的性质叫岩石的塑性。岩石的研磨性:钻头破碎岩石的同时,其本身也受到岩石磨损,这种岩石磨损钻头的能力称为岩石的研磨性。岩石的可钻性:是指在一定条件下,钻进岩石的难易程度。也可理解为钻进过程中岩石抗破碎强度的大小。钻井完整版2、岩石性质对钻井的影响其影响主要表现在:影响钻进速度与钻头进尺:使钻进过程中出现井漏、井喷、卡钻等复杂情况:钻井液受到污染,性能变坏,井径不
2、规则,进而影响到测井、固井等。钻井完整版粘土岩层。泥岩和页岩一般较软,钻速快,但容易产生钻头泥包。这种地层极易吸收钻井液中的自由水而膨胀,导致井径缩小。随着浸泡时间的延长,井壁会产生垮塌现象,井径扩大。砂岩层。砂岩一般来说是较好的渗透层,在井壁上易形成较厚的滤饼,易引起泥饼粘附卡钻。另外滤饼对测井也有影响,所以必须使用优质钻井液。砾岩层。在砾岩层中钻进易发生跳钻、蹩钻和井壁垮塌。在当地层软硬交错时,易发生井斜,地层倾角较大者也易发生井斜。 当岩层中含有可溶性盐类,即钻到石膏层、盐岩层时,要注意对钻井液性能的影响。 钻井完整版二、钻井中地质录井工作1、钻时录井 概念:是通过计时器把实钻一个规定的
3、单位进尺的时间反映并记录下来的过程,一般用“分米”表示。 钻井完整版 井深计算 井 深钻具总长+方入 钻具总长钻头长度+接头长度+钻铤长度+钻杆长度 方入的计算 到底方入井深-钻具总长 整米方入新钻杆到底方入+前一根单根打完时的井深与其紧邻的整米井深之差值钻井完整版 记录方法 就是将钻时、接单根、停钻、停泵、变泵等一些情况详细记录在钻时记录表上。钻时的变化能反映地层的坚硬或松散程度。根据钻时的大小可以粗略地判断岩性和进行地层对比。根据钻时记录绘制钻时曲线,并结和有关地质资料,对地层、岩性、含油气等情况进行综合分析。钻井完整版2、岩屑录井 概念: 在井深不断加深过程中,按照一定的取样间距和迟到时
4、间,将岩屑连续收集起来,进行观察、分析,并综合运用各种录井资料进行岩屑归位,以恢复地下原始剖面的过程。 钻井完整版3、岩心录井 概念:利用取心工具,将井下一定深度地层的岩石以柱状形式取上来,并对其进行分析、研究而取得各项资料的过程。钻井完整版 4、荧光录井 l 概念:石油中的油质、沥青等在紫外光的照射下,能发出一种特殊光亮,就是荧光。根据荧光显示的亮度及颜色的差别,测定出石油的含量和组成成分,对油气层进行定性和定量解释,就是荧光录井。 l 荧光录井的方法 岩屑干照法。 点滴分析法。 钻井完整版 5、气测录井 l 概念:用气测仪器通过直接测定钻井液中气体含量,从而判断油气层的过程叫做气测录井。钻
5、井完整版 三、地球物理测井 1、 电法测井 是通过研究井下岩层及所含流体的电学性质,进而研究岩层的岩性、储油物性和含油性的方法。 2、 声波测井 就是利用岩石等介质的声学特性来研究钻井地质剖面,判断固井质量等问题的一种测井方法。其又分为声波时差测井和声波幅度测井。钻井完整版 3、 放射性测井 是根据岩石和井内介质的核物理性质研究钻井剖面,寻找有用矿藏及研究油井工程质量的地球物理测井方法。其可分为探测伽马射线和探测中子的方法。 4、其它测井方法 井温测井 地层倾角测井 钻井完整版第二章 钻井液基础知识钻井完整版 第二章、钻井液基础知识钻井液在钻井中的作用。 1、清洗井底,携带岩屑,保持井底清洁,
6、保证钻头不断地破碎地层,使钻进不中断。2、平衡地层中的流体(油、气、水)压力,防止井喷、井漏等井下复杂情况,保护油气层。3、平衡岩石侧压力,并在井壁形成泥饼,保持井壁稳定,防止地层坍塌。 钻井完整版4、发挥水力效能,传递动力,冲击井底,帮助钻头破碎井底岩石,提高钻井速度。5、悬浮岩屑和加重剂,降低岩屑沉降速度,避免沉砂卡钻。另外承受钻杆和套管的部分重力。6、润滑并冷却钻头,钻具。7、防止地层中盐水、盐岩、石膏、芒硝等对钻井液的化学污染,防止硫化氢污染和损害。 8、利用钻井液,准确获得井下资料。 钻井完整版 一、钻井液性能与钻井工作的关系 一)、钻井液密度与钻井的关系 密度过大有以下害处: 1、
7、损害油气层; 2、降低钻井速度; 3、过大压差造成压差卡钻; 4、易憋漏地层; 5、易引起过高的粘切;钻井完整版 6、多消耗钻井液材料及动力; 7、抗污染能力下降。 密度过低则容易发生井喷、井塌(尤其是负压钻井)、缩径(对塑性地层,如较纯的粘土、盐岩层等)及携屑能力下降等。钻井完整版 二)、钻井液粘度、切力与钻井的关系 1、粘度、切力过大有以下害处。 流动阻力大,能量消耗多,功率低,钻速慢; 净化不良(固控设备不易充分发挥效力),易引起井下复杂情况; 易泥包钻头,压力波动大,易引起卡、喷、漏和井塌等事故; 脱气较难,影响气测并易造成气侵。钻井完整版 2、粘度和切力过低也不利于钻井,如: 洗井不
8、良,井眼净化效果差; 冲刷井壁加剧,引起井塌等井下事故; 岩屑过细影响录井。钻井完整版 三)、滤失量和泥饼质量与钻井工作的关系 钻井液滤失量过大,泥饼厚而虚,会引起一系列问题。 1、易造成地层孔隙堵塞而损害油气层,滤液大量进入油气层,会引起油气层的滲透率等物性变化,损害油气层,降低产能。 2、泥饼在井壁堆积太厚,环空间隙变小,泵压升高。 3、易引起泥包钻头,下钻遇阻、遇卡或堵死水眼。 4、在高滲透地层易造成较厚的滤饼而引起阻卡,甚至发生压差卡钻。钻井完整版 5、电测不顺利,并且由于钻井液滤液进入地层较深,水侵半径增大,若超过测井仪器所测及的范围,其结果是电测解释不准确而易漏掉油气层。 6、对松
9、软地层,易泡垮易塌地层,会形成不规则的井眼,引起井漏等。 泥饼一定要薄、致密、韧性好,能经受钻井液液流的冲刷。钻井完整版 四)、固相含量与钻井的关系 钻井液中固相含量越低越好,一般控制在0.5以下。固相含量过大,有以下危害: 1、固相含量高,钻井液柱压力大,钻速降低。 2、固相颗粒愈细对钻速影响愈大,而且深入油层会造成永久性堵塞,油气层受损害严重。钻井完整版 3、固相含量高、滤失量大时,泥饼必然厚,摩阻系数增大,因而易引起井下复杂情况的发生。 4、固相含量高,钻井液的流变性难以控制,且流阻大,功耗多,钻井效率低。 5、含砂量大,易造成钻头、钻具等机械设备的磨损。 6、在固相含量高时,钻井液受外
10、界影响大且敏感(如对温度、各种污染物等的影响变大)。钻井完整版 降低固相含量的方法 1、机械除砂:利用振动筛、除砂器、除泥器等设备降低固相含量。 1)、振动筛 振动筛是对钻井液进行固相控制的第一级设备,又是唯一能适用于加重钻井液的常规分离设备。因此,它是固控的关键设备,担负着清除大量钻屑的任务,同时为下一级固控设备的使用创造必要的条件,如果振动筛发生故障,其下一级设备就会超载,严重影响净化效果。所以,要根据钻井条件,选好、用好振动筛。钻井完整版 2)、旋流器 旋流器按其直径不同,可分为除砂器和除泥器。 除砂器。直径为150300毫米的旋流器称为除砂器。其处理能力是:在进料压力为0.2兆帕时不低
11、于20120立方米每小时。正常工作的除砂器能清除约95大于74微米的钻屑和约50大于40微米的钻屑。为了提高使用效果,在选用除砂器时,其许可处理量必须为钻井时最大排量的125。钻井完整版 除泥器。直径为100毫米和150毫米的旋流器称为除泥器。其处理能力是:在进料压力为0.2兆帕时不低于10和15立方米每小时。正常工作的除泥器能清除约95大于40微米的钻屑和约50大于15微米的钻屑。除泥器能除去1213微米的重晶石,因此,不能用它来处理加重钻井液。在使用中,除泥器的许可处理量,应为钻井时最大排量的125150。钻井完整版 3)、清洁器 清洁器是旋流器与超细网振动筛的组合。上部为旋流器,下部为超
12、细网振动筛。 清洁器是二次处理设备。它处理钻井液的过程分为两布:第一步是旋流器把钻井液分离成低密度的溢流和高密度的底流。第二步是超细网振动筛将高密度的底流再分离成两部分,一部分是重晶石和其它小于网孔的颗粒透过筛网,另一部分是大于网孔的颗粒从筛网尾部排出。钻井完整版 4)、离心机 离心机有沉淀式、筛筒式、水力涡轮式、叠片式等多种类型,而在石油钻井中处理钻井液用的多数是前三种。 离心机主要用在加重钻井液中回收重晶石和清除细小固相及胶体,在非加重钻井液中清除钻屑,也可用离心机对旋流器排出的底流进行第二次分离,回收液相,排除钻屑。 离心机的处理量和分离粒度与其转速和容量有关。钻井完整版2、化学除砂:加
13、入化学絮凝剂,将细小的砂子变大而沉降。3、降低钻井液粘度有利于降低固相含量:因此在现场维护钻井液时,对固相含量有下列要求。根据需要配备良好的净化设备,彻底清除无用固相。必须严格控制膨润土的含量,所使用钻井液的密度愈高、井愈深、温度愈高,膨润土的含量应愈低,一般应控制在3080kg/m3。在轻钻井液中,固相含量应不超过10(体积)或密度不大于1150kg/m3。 无用固相含量与膨润土含量的比值,应控制在2131。 钻井完整版 五)、PH值与钻井工作的影响 1、PH值过高,OH-在粘土表面吸附,会促进泥页岩的水化膨胀和分散,对巩固井壁、防止缩径和坍塌都不利,往往会引起井下复杂情况的发生。另外,高P
14、H值的钻井液具有强腐蚀性,缩短了钻具及设备的使用寿命。 2、通过PH值的变化,可以预测井下情况。如盐水侵、石膏侵、水泥侵等都会引起PH值的变化。钻井完整版 二、有机处理剂 一)、稀释剂(降粘剂) 稀释作用主要是通过稀释剂分子在粘土颗粒某些部位的吸附,改变粘土颗粒的表面水化状态,减弱或拆散钻井液内部的网状结构来达到稀释的目的。钻井完整版 1、单宁碱液:代号NaT 2、磺甲基单宁:又叫磺化单宁,代号SMT 3、铁铬木质素磺酸盐 简称铁铬盐,代号FCLS。为棕黑色粉末,易溶于水,水溶液呈弱酸性。 其主要用作抗盐抗钙的分散型钻井液的稀释剂,可减弱粘土颗粒间的流动阻力,降低粘度和切力;也可抑制泥页岩的水
15、化膨胀和分散,而防止粘度和切力的上升,有利于井壁稳定。此外铁铬盐还具有降滤失作用和抑制粘土水化膨胀的作用。钻井完整版 二)、降滤失剂 1、羧甲基纤维素钠盐 代号为NaCMC,简称CMC,目前常用的有低粘CMC、中粘CMC、高粘CMC三种。为白色纤维状粉末,具有吸湿性,不溶于酸和醇等有机溶剂,易分散于水中形成胶状液,抗温达90140,有一定抗盐、抗钙能力。 主要用于各种水基钻井液的降滤失剂,还具有抑制页岩水化膨胀作用、增稠作用等。钻井完整版 2、水解聚丙烯腈盐类 水解聚丙烯腈钠盐 代号NaHPAN,是聚丙烯腈加NaOH水解而得的产物。为淡黄色颗粒或粉末,溶于水,水溶液呈碱性。 主要用作聚合物钻井
16、液的降滤失剂,并有增粘和絮凝作用。抗盐可至饱和而抗钙较差,抗温性强。钻井完整版 水解聚丙烯腈钙盐 代号CaHPAN或CPAN,为浅黄色、灰白色颗粒或粉末,水溶性好。 主要用作聚合物钻井液的降滤失剂,抗盐、抗钙、抗温能力强。 水解聚丙烯腈胺盐 代号NH4HPAN或NPAN,主要用作防塌降滤失剂,抑制能力强,不提粘,耐高温,使用时碱度不宜过高。钻井完整版 3、腐植酸类 利用褐煤中的腐植酸进行磺化或硝化而形成的各种盐类。它既有降滤失作用,又有降粘作用。 腐植酸钠 代号NaHm或NaC,是由褐煤和NaOH水解产物,黑褐色粉末,易溶于水,水溶液呈碱性。主要用作淡水钻井液的降滤失剂,具有降粘作用,抗温性好
17、。钻井完整版 硝基腐植酸钠 代号NaNHm,是用硝酸氧化的腐植酸钠盐。黑褐色粉末,易溶于水,水溶液呈碱性。主要用作淡水钻井液的降滤失剂,并具有降粘作用,抗盐作用较强。 腐植酸铬 代号CrHm,是一种抗高温降滤失剂和稀释剂,抗温可达200以上。抗盐、抗钙能力也较强。钻井完整版 聚合腐植酸 代号SH23、SH24,为黑色粉粒,易溶于水,主要用作各种水基钻井液的降滤失剂,抗盐、抗钙、防塌能力强,抗温达200。钻井完整版 三)、絮凝剂 絮凝剂可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类,无机絮凝剂若控制不好易发生聚沉,而有机絮凝剂能溶于水,因而现场一般都用有机絮凝剂。有机絮凝剂又分为完全絮凝剂和选择性絮凝剂。 1
18、、聚丙烯酰胺 代号PAM,分为胶剂和粉剂两种,胶剂为无色透明都弹性胶体;粉剂是白色粉末。它水溶性好,热稳定性高,抗温达200,在水中不电离。主要用作不分散低固相钻井液的絮凝剂,并有改善钻井液流变性、减少摩阻和防塌等效能。钻井完整版 2、部分水解聚丙烯酰胺 代号PHP,通常也分胶剂和粉剂两种。高水解度的PHP还有增稠、堵漏、润滑、降滤失和剪切稀释效能。 3、丙烯酰胺和丙烯酸钠共聚物 代号80A51,为无色或白色粉末,易溶于水,空气中易吸水结块。主要用作水基钻井液的絮凝剂,并有增粘、改善流变性、抑制造浆和防塌等效能。 钻井完整版 四)、增粘剂 1、高粘CMC 代号HVCMC,不溶于酸和醇等有机溶剂
19、,易分散于水中成胶体溶液。主要用作水基钻井液增粘剂,也可作乳化剂。有一定降滤失作用和抗盐能力。 2、复合离子型聚丙烯酸盐 代号PAC141,为白色或微黄色可流动粉末。本品不仅可以提高粘度,还可改善流变参数、提高剪切稀释能力、降低滤失量、包被岩屑和抑制粘土颗粒分散的作用,并有抗盐、抗钙、和抗温能力。主要用于水基钻井液,也可用于海水及饱和盐水钻井液。钻井完整版 五)、页岩抑制剂 1、磺化沥青钠盐 代号SAS1,为黑褐色膏状胶体或粉剂,PH值为811,密度为1.0 g/cm3。其主要用作各类钻井液的页岩抑制剂,并有润滑和控制高温高压滤失量的效能。 2、水分散沥青 代号SR401,黑色粉末。主要用作页
20、岩微裂缝和破碎带的封闭剂而起防塌作用,并有较好的润滑能力。一般用量为0.54。钻井完整版 3、水解聚丙烯腈钾盐 代号KPAN,为棕红色或淡黄色粉末,易溶于水,水溶液呈碱性。为丙烯酸类页岩抑制剂,并有降滤失、抗污染和防塌等特点。钻井完整版 六)表面活性剂 表面活性剂的种类繁多,在钻井液中的作用也是多方面的。除用作乳化剂、消泡剂外,选用适当的表面活性剂处理钻井液,对提高钻井液的热稳定性、保护油气层、降低滤饼摩擦系数,防塌、防腐、提高钻速、预防和解除钻井液中的复杂事故等方面有突出的效果。钻井完整版 1、乳化剂。 烷基磺酸钠(AS)。 聚氧乙烯辛基苯酚醚(OP)。 2、润湿、防卡、解卡剂。 聚乙二醇(
21、PEG400)。 CP233防卡剂。 SR301解卡剂。钻井完整版 3、消泡剂。 甘油聚醚。 7501消泡剂。 钻井完整版 式中 W加加重剂量,t; V加加重钻井液体积,m3; V原原钻井液体积,m3; 重加重剂的密度,g/cm3; 加加重钻井液密度,g/cm3; 原原钻井液密度,g/cm3。三、钻井液的有关计算1、增密度计算钻井完整版式中 X所需水量,m3; 稀稀释后的钻井液密度,g/cm3; V原原浆体积,m3; 水水的密度,g/cm3。2、降低密度的计算钻井完整版 四、常用钻井液类型 一)、水基钻井液 水基钻井液以水为分散介质(连续相),以粘土为分散相(固相),加入一定的化学处理剂或加重
22、材料组成。这类钻井液发展最早,使用最广泛。水基钻井液又可分为以下几种类型:钻井完整版 1、淡水钻井液: 由淡水、粘土和一般的降粘剂、降滤失剂配制而成。含盐量(Nacl)小于 1或低于10000毫克升。含钙量小于120毫克升。 2、盐水钻井液: 含盐量大于1或高于10000毫克升。包括盐水钻井液、饱和盐水钻井液、海水钻井液。主要用在海湾海上钻井,钻盐岩层及泥页岩易塌地层。钻井完整版 3、钙处理钻井液: 含钙量大于120毫克升。包括石灰钻井液、石膏钻井液、氯化钙钻井液。其主要特点是抗可溶性盐侵蚀能力强,性能稳定。 4、不分散低固相聚合物钻井液: 一般低固相钻井液粘土含量小于7(体积百分数);不分散
23、低固相钻井液的粘土含量小于4。其主要特点是钻速快,流动性好,钻井总成本低。钻井完整版 5、混油钻井液: 在水基钻井液中混入34的乳化油类(原油或柴油),使油成小珠分散的乳化状态。其主要特点是润滑性好,流动性好,失水量低,泥饼摩擦系数小。 钻井完整版 二)、油基钻井液 以油为分散介质的钻井液。它又可分为: 1、油基钻井液: 是以原油或柴油为连续相(液相),以氧化沥青作为分散相(固相),再加入化学处理剂和加重剂配成的,含水量在3以下。其主要特点是对油层损害小,抗可溶性盐侵污的能力强。钻井完整版 2、油包水乳化钻井液: 以柴油作连续相,以水作分散相,呈小液滴状分散在水中(水的体积分数可达60),以有
24、机膨润土(或称亲油膨润土)和氧化沥青作稳定剂,再加入其它处理剂、加重剂配制而成。其主要特点是热稳定性高,有较好的防塌效果,对油气层损害小,常用于高温井段,钻易塌地层和低压油气层。 钻井完整版第三章 井口工具钻井完整版 第三章 井口工具 一、吊卡 1、用途 吊卡用于起下钻时,提升和下放钻具,(如:双吊卡起下钻),并使钻具坐于转盘上,钻进时用于接单根。 2、分类 有侧开双保险式、对开双保险式以及闭锁环式。我国钻井现场普遍使用CSD群革式吊卡。主要由主体、活页、开口销、锁销手柄、平衡紧固螺钉、上下锁销等组成。钻井完整版 3、使用注意事项 吊卡规格与钻具尺寸相符、负荷台阶平整无严重变形、磨损,活页销、
25、保险销滑润、活门扣合灵活、安全可靠。 起下钻或下套管时必须使用保险插销和小补心,坐吊卡时禁止猛顿猛砸,严禁崩扣操作。 禁止超负荷使用,禁止将绳套扣在吊卡内提拉重物。 吊卡坐转盘时应避开方瓦锁销并摆正,使其两端受力均匀。钻井完整版 二、吊钳 1、用途 吊钳分为外钳和内钳,工作时相互协作,主要用于起下钻、下套管作业时,上卸钻具丝扣及紧扣。 2、类型 按扣合钻具尺寸分:B型吊钳和套管吊钳;按操作方式分:手动吊钳和液压大钳。目前,国内现场普遍采用B型吊钳和液压大钳。B型吊钳扣合尺寸范围88.9298.4mm,用更换钳头的方法可上卸不同尺寸的管子。钻井完整版 3、使用注意事项 应选择适当的钳头,以保证扣
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