石油钻井工程知识过程介绍-课件.ppt

1、石油钻井工程介绍石油钻井工程介绍主主 要要 内内 容容一、钻井的目的和意义一、钻井的目的和意义二、钻井的主要程序二、钻井的主要程序 三、钻井设备、工具和仪器三、钻井设备、工具和仪器四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势五、钻井关键技术五、钻井关键技术六、钻井风险六、钻井风险七、钻井取得的成就七、钻井取得的成就一、钻井的目的和意义一、钻井的目的和意义钻井的目的和意义钻井的目的和意义寻找和证实含油气构造寻找和证实含油气构造探明已证实的含油（气）构造的含油气面探明已证实的含油（气）构造的含油气面积和储量；积和储量；取得油田的地质资料和开发数据取得油田的地质资料和开发数据将油气开采到地面上来将油气开

2、采到地面上来一、钻井的目的和意义一、钻井的目的和意义钻井的类型钻井的类型 根据钻井目的和任务不同，钻井可分为根据钻井目的和任务不同，钻井可分为探井探井和和开发井开发井：探井探井地质普查阶段地质普查阶段基准井基准井剖面井剖面井构造井构造井区域勘探阶段区域勘探阶段预探井预探井详探井详探井开发井开发井生产井生产井注入井注入井检查井检查井二、钻井的主要程序二、钻井的主要程序钻前准备钻前准备定井位定井位修公路修公路平井场平井场打基础打基础设备搬运设备搬运设备安装设备安装井口准备井口准备二、钻井的主要程序二、钻井的主要程序钻进钻进钻进钻进洗井洗井接单根接单根起下钻起下钻固井固井地质录井地质录井测井测井事故

3、处理事故处理二、钻井的主要程序二、钻井的主要程序钻钻进进过过程程演演示示二、钻井的主要程序二、钻井的主要程序钻井过程钻井过程第一次开钻第一次开钻(一开一开)：从地面钻出较大井眼，：从地面钻出较大井眼，到一定设计深度后下表层套管。到一定设计深度后下表层套管。第二次开钻第二次开钻(二开二开)：从表层套管内用较小：从表层套管内用较小一些的钻头继续钻进，若地层不复杂，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，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。若地层复杂，则下技术套管。第三次开钻第三次开钻(三开三开)：从技术套管内再用小：从技术套管内再用小一点的钻头往下钻

4、进。根据情况，或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、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五次开钻，直到最后钻到目的地层深度，下油层套管。度，下油层套管。二、钻井的主要程序二、钻井的主要程序完井和试油完井和试油钻开油气层钻开油气层 油气层的特点：油气层的特点：渗透性好渗透性好、地层压力高地层压力高 面临的问题：面临的问题：油气层易被污染油气层易被污染、井喷井喷 措施措施：（1）搞好地层孔隙压力的预测和监测搞好地层孔隙压力的预测和监测 （2 2）使用合理的钻井液密度钻油气层）

5、使用合理的钻井液密度钻油气层 （3 3）使用和油气层配伍的钻井液）使用和油气层配伍的钻井液 （4 4）钻开油气层要尽量使用好固控设备）钻开油气层要尽量使用好固控设备 二、钻井的主要程序二、钻井的主要程序完井和试油完井和试油选择合理的完井方法选择合理的完井方法 完井方法应能满足有效封隔油气水层，能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，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、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。酸化等特殊作业要求。安装完井井口装置安装完井井口装置 通过安装井口装置可以有

6、控制的诱导油、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。气流，进行完井测试及投产后正常生产。二、钻井的主要程序二、钻井的主要程序完井和试油完井和试油试油试油 对可能出油（气）的生产层，在降低井内对可能出油（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、气产层的油、气产量、水产量，地层压力及油、气物理化学性质等进行测定，这一整套工艺技术就物理化学性质等进行测定，这一整套工艺技术就叫试油。叫试油。只有通过只有通过试油才能知道油气层含油气情试油才能知道油气层含油气情况。

7、况。定定井井位位地质地质设计设计试车修公路修公路平场地平场地打基础打基础安装安装下导管下导管安全检查安全检查一一开开下表下表层套层套管注管注水泥水泥候凝候凝安装安装井口井口试油试油油油井井完完成成井口井口完成完成井底井底完成完成钻进钻进取心取心测斜测斜电测井电测井拆卸拆卸设备设备成本成本核算核算钻井钻井设计设计准备准备工程工程二二开开钻进钻进取心取心测斜测斜电测井电测井下中下中层套层套管注管注水泥水泥候凝候凝安装安装井口井口三三开开钻进钻进取心取心测斜测斜电测井电测井中途测井中途测井下油层套下油层套管注水泥管注水泥候凝候凝安装安装试油试油井口井口移移交交生生产产石油钻井建井过程石油钻井建井过程

8、 三、钻井设备、工具和仪器三、钻井设备、工具和仪器钻井设备钻井设备动力系统动力系统 钻机所需的各工作钻机所需的各工作系统大多数是用柴油系统大多数是用柴油机做发动机，通过变机做发动机，通过变速箱直接驱动或由柴速箱直接驱动或由柴油机发电来驱动钻井油机发电来驱动钻井设备。设备。三、钻井设备、工具和仪器三、钻井设备、工具和仪器钻井设备钻井设备提升系统提升系统 主 要 用 来 提主 要 用 来 提升钻柱和下套管等。升钻柱和下套管等。由井架、天车、游由井架、天车、游车、大钩、吊环等车、大钩、吊环等组成。组成。三、钻井设备、工具和仪器三、钻井设备、工具和仪器钻井设备钻井设备旋转系统旋转系统 用来旋转钻柱，用

9、来旋转钻柱，向钻头提供扭矩。向钻头提供扭矩。由转盘、转盘变速由转盘、转盘变速箱、水龙头、方钻箱、水龙头、方钻杆组成。杆组成。三、钻井设备、工具和仪器三、钻井设备、工具和仪器钻井设备钻井设备循环系统循环系统 循环系统将钻循环系统将钻头切削地层产生的头切削地层产生的热量和岩屑带出井热量和岩屑带出井眼。眼。泥浆泵排出管线立管水龙带水龙头方钻杆钻柱环空井壁钻头吸入管线洗井液返出管线三、钻井设备、工具和仪器三、钻井设备、工具和仪器钻井设备钻井设备井控系统井控系统 井控系统的作井控系统的作用是，当井内出现用是，当井内出现溢流、井涌时，可溢流、井涌时，可快速及时关闭井口快速及时关闭井口防止井喷事故的发防止井

10、喷事故的发生。生。三、钻井设备、工具和仪器三、钻井设备、工具和仪器钻井设备钻井设备监测系统监测系统 通过地质和钻井综合录井对井下的通过地质和钻井综合录井对井下的作业情况进行监测。通过司钻操作台的作业情况进行监测。通过司钻操作台的仪表对钻进参数如大钩负载、钻压、转仪表对钻进参数如大钩负载、钻压、转数、扭矩、泵压、排量、钻速等进行记数、扭矩、泵压、排量、钻速等进行记录和测量录和测量。三、钻井设备、工具和仪器三、钻井设备、工具和仪器钻井设备钻井设备顶部驱动顶部驱动 水龙水龙头与钻头与钻井马达井马达总成总成三、钻井设备、工具和仪器三、钻井设备、工具和仪器钻井工具和仪器钻井工具和仪器钻头钻头 钻头是钻进

11、中钻头是钻进中最重要的工具。钻最重要的工具。钻头的不断改进促进头的不断改进促进了钻井技术的发展。了钻井技术的发展。三、钻井设备、工具和仪器三、钻井设备、工具和仪器钻井工具和仪器钻井工具和仪器钻柱钻柱主要组成：主要组成：钻铤、钻杆、方钻杆钻铤、钻杆、方钻杆主要作用：主要作用：传递动力传递动力施加钻压施加钻压输送洗井液输送洗井液延伸井眼等延伸井眼等三、钻井设备、工具和仪器三、钻井设备、工具和仪器钻井工具和仪器钻井工具和仪器动力钻具动力钻具 螺杆钻具是靠钻井螺杆钻具是靠钻井液流在螺杆钻具的定子液流在螺杆钻具的定子和转子间的容积挤压得和转子间的容积挤压得到扭矩和转数。到扭矩和转数。涡轮钻具则是靠钻涡轮

12、钻具则是靠钻井液流冲击装在涡轮轴井液流冲击装在涡轮轴上的转子而得到扭矩和上的转子而得到扭矩和转数。转数。三、钻井设备、工具和仪器三、钻井设备、工具和仪器偏置导向偏置导向执行机构执行机构三、钻井设备、工具和仪器三、钻井设备、工具和仪器钻井工具和仪器钻井工具和仪器其它钻井工具其它钻井工具 三片式钻杆卡瓦 稳定器 大钳 吊环 吊卡 四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“横横”的方向发展（的方向发展（普通定向井普通定向井）四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“横横”的方向发展（的方向发展（丛式井丛式井）四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“横横”的方向发展（的方向发展（丛式井丛

13、式井）四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“横横”的方向发展（的方向发展（丛式井丛式井）埕北1B井组时效提高30%以上平均钻井周期4.04天靶心距均在15m以内四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“横横”的方向发展（的方向发展（水平井水平井）四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“横横”的方向发展（的方向发展（水平井水平井）四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“横横”的方向发展（的方向发展（大位移井大位移井）海油陆采海油陆采利用现有平台开采边际小油田利用现有平台开采边际小油田扩大平台控油面积扩大平台控油面积多目标大位移井开采多个断块油气藏多目标大位移井开采多个断块

14、油气藏四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“横横”的方向发展（的方向发展（大位移井大位移井）埕北埕北21-21-平平1 1井水平位移井水平位移3167.343167.34米米垂深垂深2633.912633.91米，测量井米，测量井深深4837.44837.4米米世界上位移最大的井：英国世界上位移最大的井：英国WFWF油田油田M-16M-16井井，位移，位移1072810728m m；英国英国WFM-14WFM-14井井，位移，位移8938m8938m，建井周期，建井周期 81.781.7天；天；AmocoAmoco公司在加拿大公司在加拿大WabascaWabasca油田完成的一口井，油

15、田完成的一口井，位移位移2988.3m2988.3m、垂深、垂深411.9m411.9m，垂深位移比垂深位移比1 1：7.257.25；四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“深深”的方向发展（的方向发展（深井、超深井深井、超深井）深井、超深井钻井技术是为勘深井、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，而发展起来的。从我国的情况来看，陆上石油资源储量为陆上石油资源储量为694亿吨亿吨，目前探明，目前探明172.8亿吨亿吨，探明探明率为率为25%；陆上天然气资源量陆上天然气资源量 为为30万亿立方米万亿立方米，目前探明目前探明

16、1.2万万亿立方米亿立方米，探明率仅为探明率仅为4%。四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“深深”的方向发展（的方向发展（深井、超深井深井、超深井）深井、超深井钻井的特点深井、超深井钻井的特点：裸眼井段长，要钻穿多套 地层压力系统；井壁稳定性条件复杂；井温梯度和压力梯度高；深部地层岩石可钻性差；钻机负荷大。四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“深深”的方向发展（的方向发展（深水钻井深水钻井）目前，在勘探比较成熟的海域目前，在勘探比较成熟的海域例如墨西哥湾，石油勘探已转向深例如墨西哥湾，石油勘探已转向深水海域，探井的水深已达到水海域，探井的水深已达到1500m，已开发了已开发了1

17、000m水深的油田。我国水深的油田。我国南海的流花油田已从南海的流花油田已从300m水深以水深以下的油井中采出大量石油，并已在下的油井中采出大量石油，并已在500m水深的海域钻过探井。水深的海域钻过探井。四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“小小”的方向发展（的方向发展（小井眼钻小井眼钻井井）小井眼是钻井向快和省方向发展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、动力成本和运输成成本、破岩成本、动

18、力成本和运输成本，它一般可节约成本本，它一般可节约成本3550，边远和运输困难的地区可能节约边远和运输困难的地区可能节约5075的投资。的投资。四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“巧巧”的方向发展（的方向发展（多底井钻多底井钻井井）从一口定向井或水平井中从一口定向井或水平井中侧钻，钻出两个或多个分支井侧钻，钻出两个或多个分支井眼，这种钻井称为多底井钻井，眼，这种钻井称为多底井钻井，它能够提高了产层的产能，节它能够提高了产层的产能，节省了钻井和油田开发的投资。省了钻井和油田开发的投资。四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“巧巧”的方向发展（的方向发展（欠平衡压力钻井欠平衡压力钻

19、井）减小对油气层的伤害减小对油气层的伤害有利于发现低压油气层有利于发现低压油气层明显提高机械钻速明显提高机械钻速 减少压差卡钻和井漏事故减少压差卡钻和井漏事故泥浆柱压力油层压力井钻规常泵入泥浆泥浆柱压力油层压力井钻衡平欠油气层泵入泥浆油气层四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“巧巧”的方向发展（的方向发展（连续管钻井连续管钻井）显著提高起下钻换钻头的工作效率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起下钻时可循环钻井液 与欠平衡、超高压射流等钻井技术与欠平衡、超高压射流等钻井技术 相容性好相容性好 有利于实现自动化钻井有利于实现自动化钻井四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋

20、势向向“智智”的方向发展（的方向发展（地质导向钻井地质导向钻井）概念概念:地质导向钻井就是在钻井过程中通过随钻测量多种地质和工程参数,对所钻地层的地质参数进行实时评价和对比，根据评价对比结果而调整控制井眼轨迹，使之命中最佳地质目标并在其中有效延伸。优点优点:使现场人员根据地质目标情况有效地控制井眼轨迹的走向，回避风险，从整体上提高油田勘探开发的总体效果。四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“智智”的方向发展（的方向发展（地质导向钻井地质导向钻井）在复杂断块在复杂断块油藏、隐蔽油藏、油藏、隐蔽油藏、薄油藏和老油田薄油藏和老油田长期开采剩余的长期开采剩余的边底水构造油藏边底水构造油藏等复杂

21、油气藏大等复杂油气藏大有用武之地有用武之地随钻测量系统地质导向软件系统曲线对比和模型修正四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“智智”的方向发展（的方向发展（闭环钻井闭环钻井）开环钻井开环钻井井下半闭环钻井井下半闭环钻井井下闭环钻井井下闭环钻井全闭环钻井全闭环钻井四、钻井的发展及趋势四、钻井的发展及趋势向向“智智”的方向发展（的方向发展（闭环钻井闭环钻井）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

22、预定轨迹钻进，也可完全根据地下情况钻进。五、钻井关键技术五、钻井关键技术高效破岩技术高效破岩技术 钻井是为了在地层岩石中形成一个井眼，因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。岩技术在深井、超深井和大位移

23、井中显得尤为迫切。五、钻井关键技术五、钻井关键技术携岩技术携岩技术 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。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，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。还容易引起井下复杂情况。五、钻井关键技术五、钻井关键技术井眼轨迹技术井眼轨迹技术 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钻进会受到地层力

24、的影响 井眼的不规则和钻柱的不稳定运动加大井眼轨迹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旋转导向钻井系统 五、钻井关键技术五、钻井关键技术井壁稳定技术井壁稳定技术 地层被打开后，井壁岩石便失去了原有的支撑力，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；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；有的地有的地层如泥页岩地

25、层容易吸水膨胀垮塌；有的地层如盐膏层容易发生蠕变；有的地层如盐岩层会导层如盐膏层容易发生蠕变；有的地层如盐岩层会导致钻井液性能变差，从而导致井下复杂情况。致钻井液性能变差，从而导致井下复杂情况。井壁稳定问题是目前迫切需要解决的问题，它严井壁稳定问题是目前迫切需要解决的问题，它严重制约了钻井的发展。重制约了钻井的发展。五、钻井关键技术五、钻井关键技术地层评价技术地层评价技术地层评价主要包括地层的工程特性评价和油层的地层评价主要包括地层的工程特性评价和油层的含油气情况评价含油气情况评价进行地层工程特性评价是为了安全、优质、高效进行地层工程特性评价是为了安全、优质、高效的钻井的钻井进行油层含油气情况

26、评价是为了提高油层的穿透进行油层含油气情况评价是为了提高油层的穿透率，提高油田开发效果率，提高油田开发效果 五、钻井关键技术五、钻井关键技术油气层保护技术油气层保护技术为了防止油气流入井内，造成井涌、井喷等严重后果，为了防止油气流入井内，造成井涌、井喷等严重后果，通常使井内液柱压力略大于油气层压力通常使井内液柱压力略大于油气层压力 当井内压力大于油气层压力时，钻井完井液中的固相当井内压力大于油气层压力时，钻井完井液中的固相颗粒也会侵入油气层的孔隙内，增加油气流动阻力，颗粒也会侵入油气层的孔隙内，增加油气流动阻力，造成对油气层的严重损害造成对油气层的严重损害正确诊断油气层损害机理是进行油气层保护

27、的关键正确诊断油气层损害机理是进行油气层保护的关键 五、钻井关键技术五、钻井关键技术钻井环保技术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及人畜的生命 六、钻井风险六、钻井风险钻井风险因素钻井风险因素钻井是一项多专业、多工种配合的钻井是一项多专业、多工种配合

28、的野外流动作业野外流动作业，工作条件差工作条件差，安全工作难度高，安全工作难度高钻井设备钻井设备庞大而复杂庞大而复杂，运动部件多运动部件多，管线压力高管线压力高，稍有不慎，极易造成设备或人员伤亡事故稍有不慎，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，钻井工作是在几千米的地下进行的，看不见看不见，摸不摸不着着，是一项非常隐蔽的地下工程。在钻井施工中会，是一项非常隐蔽的地下工程。在钻井施工中会出现许多出现许多复杂情况复杂情况和和不确定因素不确定因素，容易造成井下工，容易造成井下工程事故程事故 六、钻井风险六、钻井风险常见的井下工程事故常见的井下工程事故钻头事故钻头事故（断刮刀片、掉

29、牙轮和掉钻头等）（断刮刀片、掉牙轮和掉钻头等）钻具事故钻具事故（钻具刺坏、断钻具等）（钻具刺坏、断钻具等）套管事故套管事故（卡套管、断套管等）（卡套管、断套管等）井下落物事故井下落物事故（小工具等落入井内）（小工具等落入井内）卡钻事故卡钻事故（钻具在井内不能上下活动或转动）（钻具在井内不能上下活动或转动）注水泥事故注水泥事故（固井时水泥浆在钻具内未替出、水（固井时水泥浆在钻具内未替出、水泥浆返高不够，或将水泥浆全部替出环形空间等）泥浆返高不够，或将水泥浆全部替出环形空间等）井喷失控事故井喷失控事故（不能人为控制的钻井井喷）（不能人为控制的钻井井喷）七、钻井取得的成就七、钻井取得的成就世界范围内

30、：世界范围内：最深的井：最深的井：前苏联前苏联SG-3SG-3井井，井深达到，井深达到12869m12869m 水平位移最大的井：水平位移最大的井：英英国国M-16M-16井井，水平位移达，水平位移达到到10728m10728m 井数最多的丛式井组：井数最多的丛式井组：美国美国在在0.03km0.03km2 2的面积上的面积上打下了打下了284284口井口井 中国范围内：中国范围内：最深的井：最深的井：塔里木的塔塔里木的塔参参1 1井井，井深，井深7200m7200m；水平位移最大的井：水平位移最大的井：南南海西江海西江24-3-A1424-3-A14井井，水，水平位移为平位移为8062m8062m；井数最多的丛式井组：井数最多的丛式井组：胜利油田河胜利油田河5050丛式井组丛式井组，在在0.042km0.042km2 2的面积上打的面积上打了了4242口井。口井。