《课程讲解》-6钻井方法与钻进工艺技术

功 中的流动阻力。
能 ⑥提高洗井液的矿化度以减轻水侵 的危害，防
止油气层中的泥岩吸水膨胀。
第三节 钻井设备
洗井与洗井液
钻 保护油气层的措施：
机
的
采用水基洗井液钻开生产层时，只要液 柱压力大于地层压力，要完全消除对油气层
组 的侵害是不可能的。因此从保护油气层的观
成 点出发，在有条件的情况下，可以考虑使用
洗井: 清洗井底、运移岩屑出井的工艺过程。
的 洗井的主要任务：
组
➢保证井眼清洁;
成
➢循环过程中能够将岩屑冲离井底，从环
及
空中携带岩屑上返到地面。
功
➢循环中断时将岩屑悬浮在洗井液中不让
能
其下沉。
第三节 钻井设备
洗井与洗井液
钻
机 的
洗井液: 在钻井过程中，能够完成洗井循环 而达到清洗井眼目的的流体。
组 洗井液类型:
了解油气层结构变化和产能为目的所钻的井
资料井 为编制油气田开发方案，或在开发过程中为某些专题
研究取得第一手资料数据而钻的井
第二节 钻井类型
开发 井
油气井 为开发油气田，用大中型钻机所钻的采 油、采气井，也叫生产井。
注入井 为合理开发油气田，提高采收率及开发 速度，用以对油气田进行注气、注水以 补充和合理利用地层能量所钻的井。
②钻柱的功能只是给钻头施加一定的 钻压、形成洗井液通路和承受井下动 力钻具外壳的反扭矩；
③井底动力钻具的动力是由电源或地 面泥浆泵提供的、通过钻柱内孔传递 到井下的具有一定动能和压力的洗井 液流体或交流电。
第一节 钻井方法（旋转钻井法） 连续管钻井法(柔杆钻井法)
图6－3 连续管钻井示意图
钻头、加压装置、动力机 连续管
第三节 钻井设备
洗井与洗井液
钻 洗井液对储层的伤害:
机 (2)水侵对油气层的损害
的 ①引起粘土膨胀，从而使油气流动通道截
组 面积缩小，形成堵塞。
成 ②与地层中的可溶性盐类产生化学沉淀物
及
堵塞油气流动通道。
功
③破坏孔隙内油气的连续性。
能
④产生水锁效应，增加油流阻力。
第三节 钻井设备
洗井与洗井液
钻 保护油气层的措施：
机 ①针对油气层特点，采用合理的完井方法，
的 提高油气层段的钻井速度，加快测井、固井
组 成
、试油气等完井作业的速度，以减少洗井液 对油气层的侵泡时间。
及 功
②合理选择洗井液密度，控制井内压差，采 用平衡钻井技术，既可以减少洗井液对油气 层的损害，又可以提高钻开油气层的速度，
能 减少洗井液的侵泡时间。
的 动力设备 直流电驱动钻机
分
交流电驱动钻机
类 使用地区
第三节 钻井设备
钻井深度
钻
机
的 动力设备
分
类
陆地钻机
使用地区
海洋钻机
自升式钻井平台 半潜式钻井平台 钻井固定平台
钻井船
第三节 钻井设备
钻
1.起升系统
机
2.旋转系统
的 组
3.循环系统
成
4.驱动与传动系统
及
5.气控系统
功
6.井控系统
能
第三节 钻井设备
(4)为全自动化控制提供了很好的条 件；
(5) 具 有 巨 大 的 发 展 潜 力 ， 目 前 正 在 发展、完善中。
第二节 钻井类型
井的类型：由于钻井的目的、要求不同而产生的
1.探井
通过钻井而达到探明地质情况，获取地下地 层油气资源分布及相应性质等方面资料的井
2.开发井
以开发为目的，为了给已探明的地下油气提 供通道，或为了采用各种措施使油气被开采出来 所钻的井。
第三节 钻井设备
超重型钻机
大型钻机 重型钻机
钻 机
钻井深度
H>5000m，中W型>钻80机0kN，
89～140mm钻杆，井径
轻>便16钻0m机m，深井
H<3000m，W<300kN，42～
的
动力设备
89mm钻杆，井径<150mm，勘
分
探井、水井
类 使用地区
第三节 钻井设备
钻井深度
钻
机
柴油机驱动钻机
第六章
油气钻井方法 与钻进工艺技术
第一节 钻井方法
钻井
利用一定的工具和技术在地层中钻出一个 较大孔眼的过程。
钻井方法
为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而 采用的钻孔方法。
人工掘井
钻 井 人力冲击钻井法
方 顿钻钻井法 法
目前普遍使用
分 旋转钻井法
类 连续管钻井法
第一节 钻井方法（顿钻钻井法）
图6－1 顿钻钻井示意图
第四节 钻井工具
衡量钻头破岩效率高低的主要指标
钻头寿命：
在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间(包括 划眼——在已钻出的井眼内旋转送钻、修整井壁的过 程)，单位为h；
钻头进尺：
在钻头寿命内钻进的井段长度，单位为m；
机械钻速：
用钻头的进尺除以纯钻进时间，即单位纯钻进时间的 钻头进尺，表示钻头破碎岩石的能力和效率，单位为 m/h。
第三节 钻井设备
洗井与洗井液
钻 保护油气层的措施：
机 ③使用低固相、无固相优质洗井液钻开生产层，
的 控制洗井液的失水量， 提高洗井液的造壁能力。
组 ④在完井液中加入桥堵剂（石灰粉、硬沥青粉
成 等），以减少固体颗粒的侵入。
及
⑤使用表面活性剂处理洗井液，降低洗井液滤 液与原油间的表面张力。减少油气在孔隙通道
转盘旋转钻井法
图6－2 转盘旋转钻井法
特点
①钻杆完成起下钻具、传递扭矩、 为钻头施加钻压、提供洗井液的入 井渠道等任务；
②钻头在一定的钻压作用下旋转破 岩，提高了破岩效率；
③在破岩的同时，井底岩屑被清除 出来；
④提高了钻井速度和效益。
第一节 钻井方法（旋转钻井法） 井底动力钻具旋转钻井法
钻头 钻柱加压
观察井 在已开发的油气田内，为了研究开发过 程中地下情况的变化所钻的井。
第三节 钻井设备
图6－4 大庆I－130型钻机
钻机：石油钻井的地面配
套设备，由多种机器设备 组成的一套大功率重型联 合工作机组，可以满足完 成钻进、接单根、起下钻、 循环洗井、下套管、固井、 完井及特殊作业和处理井 下事故等要求。
(4)只适用于钻直井。
第一节 钻井方法（旋转钻井法）
第一节 钻井方法（旋转钻井法）
转盘旋转钻井法
分 类 井底动力钻具旋转
钻井法
图6－2 转盘旋转钻井法
第一节 钻井方法（旋转钻井法） 转盘旋转钻井法
图6－2 转盘旋转钻井法
钻头 钻柱加压
吃入地层 转盘旋转
破碎岩石 循环洗井液
清洗井底
设计井深
第一节 钻井方法（旋转钻井法）
破岩形式：破磨和铣削。 适用地层：坚硬地层。
洗井与洗井液
钻
洗井液性能:
机
的
1.密度 2.粘度
组
3.切力
成
4.失水量和泥饼厚度
及
5.含砂量
功
6.pH值(酸碱度)
能
第三节 钻井设备
洗井与洗井液
钻 洗井液对储层的伤害:
机 (1)泥侵对油气层的损害
的
泥侵的深度：20～30mm
组
，甚至达300mm乃至更远
成 及 功 能
。 影响泥侵的主要因素有： ①压差的大小。 ②生产层的性质。 ③洗井液的固相含量。
钢丝绳提升钻头
下放
冲击井底，击碎岩石
向井内注水
岩屑、泥土混合成泥水浆
积累到一定量
提出钻头
下捞砂筒
捞出井内的泥水浆
暴露新井底
设计井深
第一节 钻井方法（顿钻钻井法）
图6－1 顿钻钻井示意图
优点：起、下钻费时少，设备简单
缺点：
(1)破碎岩石，取出岩屑的作业 都是不连续的；
(2)钻头功率小，破岩效率低， 钻井速度慢； (3)不能进行井内压力控制；
泥饼太厚时进行划眼钻进。
第四节 钻井工具
(1)刮刀钻头 切削型钻头
工作原理：工作时其刀翼在钻压作用下吃入岩石， 并在扭矩作用下剪切破碎岩石。
破岩方式：以刮削、 挤压和剪切为主的方 式
适用地层：松软地层
图6－6 刮刀钻头
第四节 钻井工具
(1)刮刀钻头 切削型钻头
两翼(鱼尾式)刮刀钻头 刀翼数 三翼刮刀钻头
1.起升系统
钻
(1)组成
机
井架、天车、游动滑车、
的
大绳、大钩及绞车
组
(2)功能
成
①下放、悬吊或起升钻
及
柱、套管柱和其它井下
功
设备进、出井眼；
能
②起下钻、接单根和钻
进时的钻压控制。
图6－4 大庆I－130型钻机
第三节 钻井设备
2.旋转系统
钻
(1)组成 转盘、水龙头
机 的
(2)功能
组
保证在洗井液高压循
成
环的情况下给井下钻具
及
提供足够的旋转扭矩和
功
动力，以满足破岩钻进
能
和井下其它要求。
图6－4 大庆I－130型钻机
第三节 钻井设备
3.循环系统
钻
(1)组成
机
泥浆泵、泥浆净化装置
的
(固相控制设备)和泥浆 槽、罐等
组
成
及
功
能
图6－4 大庆I－130型钻机
洗井循环流程
第三节 钻井设备
洗井与洗井液
钻 机
分类
四翼刮刀钻头 平底式刮刀钻头
刀冀底刃的形状 阶梯式刮刀钻头
优点： 机械钻速较高 缺点： 扭矩较大，控制不当易造成井斜
刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命
图6－6 刮刀钻头
第四节 钻井工具
(2)牙轮钻头
组成：钻头体、水眼、巴掌、轴承和牙轮等。
第四节 钻井工具
(2)牙轮钻头
工作原理：牙轮钻头在钻压和钻柱旋转的作用下， 牙齿压碎并吃入岩石，同时产生一定的滑动而剪 切岩石。当牙轮在井底滚动时，牙轮上的牙齿依 次冲击、压入地层，这个作用可以将井底岩石压 碎一部分，同时靠牙轮滑动带来的剪切作用削掉 牙齿间残留的另一部分岩石，使井底岩石全面破 碎，井眼得以延伸。
第四节 钻井工具 钻头的分类
按照结构特点和破岩机理的不同： 刮刀钻头 牙轮钻头 金刚石钻头
按照钻切岩石面积及形状的不同： 全面钻进钻头 取芯钻头 特种钻头
第四节 钻井工具 钻头的分类
第四节 钻井工具 钻头的分类
矛形钻菱头偏形：心钻在钻头换头它小用梯的钻于形侧头扩钻边之大头和井是底下当部部井都分眼具直有径刀由 前用它刃打井，导段工眼的作，直时起径大都找或变加中用小焊和来时硬拨,质用井合来底金找落。中的主专 领眼作要用物用。使途其是居下中门套，工管便具前于或打钻捞进。过程中遇
及 功
油基洗井液、油包水乳化洗井液、气体洗井 液及泡沫洗井液等，来打开油气层。
能
第三节 钻井设备
4.驱动与传动系统
钻
(1)组成
机
动力机、传动部分
的 组
(2)功能联变柴电轴速油动器箱机机、、离皮合带器传、动
成
产生及动链力条，传并动把等动装置力
及 功
传递给泥浆泵、绞车 和转盘。
能
图6－4 大庆I－130型钻机
破岩形式： 具有冲击、压碎和剪切等多种形式。
适用地层： 从软到坚硬的各种地层。
第四节 钻井工具
(2)牙轮钻头
特点
牙齿与井底接触面积小、比压高、 工作扭矩小等
分类 牙轮数目
单牙轮钻头 双牙轮钻头 三牙轮钻头 多牙轮钻头
最常用
第四节 钻井工具
(3)金刚石钻头 磨铣型钻头
组成： 钻头体、切削齿、水眼、水槽等。
吃入地层 动力钻具旋转
破碎岩石 循环洗井液
清洗井底
设计井深
第一节 钻井方法（旋转钻井法） 井底动力钻具旋转钻井法
旁通阀
涡轮钻具 上轴承
分 螺杆钻具 中心轴
类
下轴承
电动钻具
转子 定子和转子 定子
方向轴 外壳 Leabharlann 轴钻头涡轮钻具螺杆钻具
第一节 钻井方法（旋转钻井法）
井底动力钻具旋转钻井法
特点
①转动钻头的动力由地面移到井下， 直接接在钻头之上；
成
水基体系
及
油基体系
功
空气一天然气体系
能
第三节 钻井设备
洗井与洗井液
钻 洗井液功能:
机
(1)清洗井底携带岩屑
的
(2)悬浮岩屑
组
(3)阻止地层中油、气、水流入井内
成
(4)保护井壁，防止井壁坍塌
及
(5)冷却、润滑钻头和钻柱
功
(6)向井底传递水功率
能
(7)了解地层
(8)减轻钻柱或套管柱的悬重
第三节 钻井设备
的
节流管汇、压井管线以
组
及液、气压控制机构组 成。
成 及
(2)功能 控制井内的压力，防止
功
地层流体无控制地流入
能
井中。
图6－4 大庆I－130型钻机
第四节 钻井工具
井下钻具
井口工具
一、井下钻具
水龙头以下至钻头的管柱和工具的总称。 主要包括钻头和钻柱。
1.钻头
直接破碎岩石形成井眼的工具
影响钻井速 度最直接的 因素之一
第二节 钻井类型
探
井
地质浅井 为配合地面地质和地球物理工作，以了解区域地质构
造，地层剖面和局部构造为目的的浅井
地质探井 以了解地层的时代、岩性、厚度、生储盖层组合，并
为地球物理解释提供各种参数为目的而钻的井
预探井 在地震详查和地质综合研究所确定的有利构造上以发
现油气藏为目的所钻的探井
详探井 在已发现油气的构造上，以探明含油气的面积和储量，
下放至井底
为动力机提供动力
循环洗井液 钻头旋转，破碎岩石
清洗井底
延伸井眼
第一节 钻井方法（旋转钻井法）
连续管钻井法(柔杆钻井法)
图6－3 连续管钻井示意图
特点：
(1)连续管钻井实现了起、下钻的连 续机械化，节省了时间和劳动量；
(2)在起下钻时仍能保持洗井液的正 常循环；
(3)由洗井液直接提供破岩钻进的能 量，大大提高了能量的有效利用率；
第三节 钻井设备
5.气控系统
钻
(1)组成
机
控制面板(控制机构)、
的
传输管线和阀门、执行机 构以及压气机等。
组
成
(2)功能
及 功
确保对整个钻机各个工 作机构及其部件的准确、 迅速控制，使整机协调一
能
致的工作。
图6－4 大庆I－130型钻机
第三节 钻井设备
6、井控系统
钻
(1)组成
机
防喷器组、钻井四通、