井下作业工钻井知识综述

一．井的概念石油和天然气埋藏在地下几十米和几千米的油气层中，要把它开采出来，需要在地面和地下油气层中建立一条油气通道，这条通道就是井。

为了开采石油和天然气，在油田勘探和开发的过程中，凡是为了从地下获得油气而钻的井，统称为石油井。

对于一口钻完进尺的井眼，井内有钻井液和泥饼保护井壁，这时的井称之为裸眼井。

裸眼井下入套管，再用水泥浆封固套管与井壁之间的环形空间，封隔油（汽、水）层后，就形成了可以开采油气的石油井。

为达到不同的勘探目的及适应油、气田开发的需要，在油气田的不同部位上，分别打着不同类型的井。

主要类型有：探井、资料井、生产井、注水井、观察井、检查井、调整井。

1）探井：在经过地球物理勘探证实有希望的地质构造上，为探明地下构造及含油情况，为寻找油气田而钻的井，称为探井。

2）资料井：为了取得编制油田开发方案所需要的资料而钻的井，称之为资料井。

这种井要求全部或部分取岩心。

3）生产井：用来采油、采气的井称之为生产井。

4）注水井：用来向油层内注水保持油层压力的井，称之为注水井。

5）观察井：在油田开发过程中，专门用来观察油田地下动态的井，叫观察井。

如观察各类油层的压力、含水变化规律和单层水淹规律等。

观察井一般不负担生产任务。

6）检查井：在油田开发过程中，为了检查油层开采效果而钻的井。

7）调整井:为了挽回死油区的储量损失，改善断层遮挡地区的注水开发效果，以调整平面矛盾严重地段的开发效果而补钻的井称之为调整井。

调整井用以扩大扫油面积，提高采油速度，改善开发效果。

二、井身结构井身结构是指由直径、深度和作用各不相同，且均注水泥封固的环形空间而形成的轴心线重合的一组套管和水泥环的组合。

如图所示：1.井身结构的组成及作用井身结构主要有导管、表层套管、技术套管、油层套管和各层套管的水泥环等组成。

1）导管：井身结构中下入的第一层套管叫导管，其作用是保持井口附近的地表层。

2）表层套管：井身结构中第二层套管叫表层套管，一般为几十至几百米。

下入后，用水泥浆固井并返至地面。

其作用是封隔上部不稳定的松软地层和水层。

3）技术套管：表层套管与油层套管之间的套管叫技术套管。

是钻井中途遇到高压油、气、水层、漏失层和坍塌层等复杂地层时，为钻至目的地层而下的套管。

其层次由复杂层的多少而定，作用是封隔难以控制的复杂地层，保持钻井工作顺利进行。

4）油层套管：井深结构中最内的一层叫油层套管。

油层套管的下入深度取决于油井的完井深度和完井方法。

一般要求固井水泥返至最上部油、气层顶部100-150m，其作用是封隔油、气、水层，建立一条供长期开采油、气的通道。

5）水泥返高：是指固井时，水泥浆沿套管与井壁之间的环形空间上返面到转盘平面之间的距离。

2.有关名词及术语1）联顶节方人：指钻井转盘上平面到第一根套管接箍上平面之间的距离。

2）完钻井身：从转盘上平面到钻井完成时钻头所钻进的最后位置之间的距离。

3）套管深度：从转盘上平面到套管鞋的深度。

4）人工井底：钻井或试油时，在套管内留下的水泥塞面叫人工井底。

其深度是从转盘上平面到人工井底之间的距离。

三、油（气）井的完成方法油（气）井完成方法是指为满足各种不同性质油气层的开采需要，而采用的油、气层与井底的连通方式、井底结构和完井工艺。

完井方法有五种：①裸眼完井法。

②射孔完井法。

③贯眼完井法④衬管完井法⑤砾石衬管完井法。

1.裸眼完井法裸眼完井法指在钻开的生产层位不下入套管的方法。

裸眼完井法的最大特点是整个油层完全裸露。

油层与井底没有任何障碍，所以油气流入井筒的阻力小。

但是，使用裸眼完井方法有一定的局限性，由于油气层完全裸露，对井壁来讲，没有保护装置，不能解决井壁坍塌和产层出沙的问题，不适用于疏松地层，并且当油层层间差异大时，不能实现分采、分注和分层改造。

所以，它仅适用于岩层非常坚固，且无油、气、水夹层的单一油层或油层性质相同的多油层井。

2.射孔完井法射孔完井法是目前油井完成中最为广泛运用的一种方法。

它是先钻开油、气层，然后下入油层套管至油气层底部后用水泥浆固井，再用射孔器对准油、气层部位射孔，射穿套管和水泥环并进入地层一定深度，为油气流入井筒打开通道。

优点是：①能有效的防止层间干扰，便于分采、分注、分层测试和分层改造。

②能有效封隔和支撑疏松地层，加固井壁，防止地层坍塌③对于疏松地层，有利于采取各种防砂技术措施，控制油井出沙。

④适用于各种性质的地层。

缺点是：①由于射孔孔眼数目有限，油气层裸露，面积少，油气流入井底阻力大。

②钻井和固井时钻井液浸泡时间长，油气污染严重，井壁附近渗透率降低。

3.贯眼完井法贯眼完井法是在钻穿油气层之后，把带有孔眼的套管下到油气层部位。

固井时为了保证油层部位不注入水泥，减少水泥浆对油层的污染，在油层顶部的套管柱外面装有紧贴井壁的水泥伞，水泥伞上部的套管上有若干个侧孔，以便挤入水泥浆固井。

在下面还装倒装的单流阀，固井后把它转掉。

4.衬管完井法衬管完井法是先钻至油层顶部后，下套管注水泥浆固井，然后改用较小的钻头钻开油、气层。

在油层部位下入预先钻孔眼的衬管，衬管上端用封隔器固定在油层顶部的套管末端。

5.砾石衬管完井法砾石衬管完井法是在衬管和井壁之间充填砾石，使之起防砂和保护油气层的作用。

砾石充填的井底结构按其施工方式不同，又可分为在井筒中充填和地面预先充填两种。

前者是先将衬管下入井中，然后将砾石用洗井液携带，泵入衬管和井壁之间；后者预先在地面将砾石衬管制好，然后下入井内。

四．井口装置—采油树井口装置是油气井最上部控制和调节油、气井生产的主要设备，主要有套管头、油管头和采油树本体三部分组成。

按其连接方式不同分为法兰连接、丝扣连接和卡箍连接三种；按工作压力不同分，常用的有250型、350型和600型三种。

1.井口装置的作用1）连接下井的各层套管，密封各层套管环形空间，悬挂套管部分重量。

2）悬挂油管及下井工具，承挂井内的油管柱重量，密封油套环形空间。

3）控制和调节油井生产。

4）保证各项井下作业施工，便于压井作业、起下作业等措施施工和进行测压、清蜡等油井日常生产管理。

5）录取油套压资料。

2.井口装置各组成部分的作用1)套管头是在整个采油树的最下端。

其作用是把井内各层套管连接起来，使各层套管间的环形空间密封不漏。

但需说明的是，有的油田生产井只下油层套管，不装套管头，在套管上端接一套管法兰或在套管上接一根套管短节，直接用丝扣连接。

2）油管头是装在套管上面的，主要由套管四通和油管悬挂器组成。

其作用是悬挂井内的油管柱，密封油、套管环形空间。

3) 采油树本体是指总阀门以上的部分，由阀门、四通、油嘴等组成。

其作用是控制和调节汽油井生产，使汽油沿给定的出油管道进入分离器或输油管线；在压井作业中用于控制压井液的流动方向。

3.油、套补距1）油补距（也称补心高差）：是钻井转盘上平面到套管四通上法兰之间的距离。

2）套补距：是指钻井转盘上平面到套管短节法兰上平面之间的距离。

4.采油树的选择依据对于一口油气井，选择什么样的采油树要根据油井的油层深浅，油层压力系数的大小，产液（气）性质及其气液组成成分等进行综合考虑后再选择。

6.矿场采油树的安装要求采油树到井场后，要对采油树进行验收，检查零部件是否齐全，闸门开关是否灵活好用。

2）先从套管四通低法兰卸开，与套管头连接前必须把套管短节清洗干净，缠上密封纸或涂上密封脂，对正扣上紧。

上齐采油树各个部件并调整方向，使采油树闸门及手轮方向保持一致。

对于卡箍连接的采油树要求卡箍方向一致。

3）对采油树进行密封性试压，一般油（气、水）井采油树用清水试压，试压压力为采油树工作压力，经30分钟降压不超过0.3MPa为合格。

350型和600型气井采油树先用压风机打压12MPa后，再用清水升压至工作压力，30分钟无渗漏，压降不超过0.3MPa为合格。

复习思考题1.什么叫做石油井？2.什么是井身结构？3.井身结构的主要组成部分是什么？各组成部分有哪些作用？4.油井完成方法有哪几种？5.井口装置的作用是什么？6.什么是油、套补距？7.采油树的选择依据是什么？8.矿场采油树的安装要求是什么？9.名词术语解释：联顶节方入、套补距、完钻井深、人工井底、导管、表层套管、技术套管、油层套管、水泥返高、完井方法。

井下作业常用主要设备井下作业常用的主要设备包括：提升起重设备、旋转设备和循环冲洗设备。

一、提升起重设备井下作业用的提升设备包括：作业机、井架、天车、游动滑车、大钩、钢丝绳、吊环及地滑车等。

1.作业机作业机是石油井维修中所使用的动力设备。

常用的作业机按行走的驱动方式不同，可分为履带式和轮胎式两种，现场上习惯把不自带井架的履带式作业机称为通井机，把自带井架的轮胎式作业机称为修井机。

1）作业机作业机是石油井维修中所使用的动力设备。

常用的作业机按行走的驱动方式不同，可分为履带式和轮胎式两种，现场上习惯把不自带井架的履带式作业机称为通井机，把自带井架的轮胎式作业机称为修井机。

1）作业机的用途：作业机是油井维修的主要动力设备之一，其用途主要是：①起下钻具、油管、抽油杆、井下工具或悬吊设备。

②吊升其他重物。

③转动转盘。

④完成抽汲排液、落物打捞、解卡等任务。

2）作业机基本组成：作业机虽是专门进行井下作业的机器，但它和其它动力机器一样，都是由动力机、传动机和工作机三部分组成。

其中动力机是作业机的动力来源，为作业机的不同设备提供动力，主要由动力驱动设备组成（即由柴油机和起动机组成）；传动机是联接动力机与工作机的传动设备，它主要由传动系统和控制系统组成，作用是传递能量和进行能量分配；工作机是进行各种井下作业的具体设备，主要由行走系统、地面运转设备、提升系统和循环系统组成。

作用是完成确定的井下工艺动作。

3）常用作业机的型号：①常用的通井机有XT-12型、AT-10型。

②常用的修井机有XJ-50型、LJ-350型、英格索兰、3H30型、SJ50-1型、艾迪克BIR-4685型。

4）常用通井机的基本结构：XT-12型、AT-10型通井机的基本结构由拖拉机、单滚筒绞车减速箱、大梁构架、操纵机构、气控制系统及燃油箱等部分组成。

5）修井机的基本结构由绞车部分、井架部分和运载车等三部分组成。

2.井架井架的用途主要是装置天车，支撑整个吊升设备，以便进行起下作业。

1）井架种类：井架的种类很多，按竞价的可移动性可分为固定式井架和可移动井架。

按结构特点可分为桅杆式（即单腿式）、两腿式、三腿式和四腿式等四种。

按井架高度划分，固定式井架又可分为18m、24m和29m三种。

目前在井下作业中常用的有固定式两腿BJ-18米井架和BJ-29米井架以及各类修井机自带井架。

2）常用井架结构及主要技术参数：①BJ-18米井架：井架的基本结构主要由井架本体、天车、支座和绷绳四部分组成。

各部分包括的主要部件是：a.井架本体包括井架支柱、横斜角钢拉筋、连杆板、连接螺丝、镜架梯子等。