石油钻井行业用电动钻机

《电动钻机》

第一章钻井方法

一、机械钻井法

1. 顿钻钻井法

破岩——用顿钻钻头，上下冲击。排屑——用捞砂筒。二者交替进行，钻进过程不连续。

特点：效率低，速度慢，设备简单，适于浅井，农用水井。

2.旋转钻井法

（1）过程：破岩—用旋转钻头；排屑—用循环钻井液；（2）钻具组合：水龙头（输入泥浆）→方钻杆（传矩）→钻柱（钻杆：传矩、加长、循环；钻铤：提供钻压）→钻头。

（3）分类

地面动力——转盘钻（常规）【钻头旋转，连续破碎岩层，用钻井液环带出岩屑，钻井效率高。

地上动力——顶部驱动（前景好）【水龙头＋转盘，以立根钻井。】

井下动力——有涡轮钻具和螺杆钻具。（斜井、水平井用）【钻井液经钻杆柱内腔泵入涡轮钻具中，驱动转子由主轴带动钻头旋转，实现破岩钻进。】

二、钻井工艺过程

多道工序完成三件事：破碎岩石；取出岩屑、保护井壁；固井和完井，形成油流通道。

1．钻前准备

①定井位；②平井场；③打基础；④备器材。

2．钻进

（1）全井钻进过程

①一次开钻，下表管。②二次开钻，从表管内钻进。

③三次开钻，从技术套管内钻进。

（2）钻井作业

①下钻—将钻具（由钻头、钻铤、方钻杆组成的钻杆柱）下入井底，准备钻进。

②正常钻进—又称纯钻进。启动转盘（或井底动力钻具）通过钻柱带动钻头旋转，借助手刹车，给钻头施加适当的钻压以破碎岩石。

同时，开泵循环泥浆：冲洗井底，携出岩屑，保护井壁，冷却钻具。

③接单根—不断钻进，加长钻柱；

每次接入一根钻杆，称为接单根。顶驱时，每次接入一立根（由2到3单根组成）。

④起钻—换钻头时，取出钻柱，称起钻作业。

以立根为单位起卸。

⑤换钻头—起钻结束，卸下旧钻头，换上新钻头。

⑥循环工作：下钻→正常钻进→接单根（立根）→起钻→换钻头→下钻

4．下套管固井

套管与井壁的环空注入水泥浆封固，称为固井。

（1）套管-------套管是加固井壁形成井筒所用的钢管。

①套管材料：高合金钢，【含C，Mn，Mo，Cr，Ni，Cu，P，S，Si（硅）。】

②钢级：【API标准套管（API 5CT美国石油学会标准）】按强度高低分为不同钢级套管，有：H-40，J-55，K-55，C-75，N-80，L-80，C-95，P-105，P-110，C-125等。

字母：含不同化学成份的分类代号；

数字：管材的最小屈服极限，单位是KSI（）。【1 PSi（2

/英寸

磅）=6.89kPa=0.00689MPa】

③制造方法：无缝钢管套管，用热轧钢制造；焊接套管，用钢板卷筒直焊缝。上海宝钢—热轧；宝鸡钢管厂—焊接

④套管尺寸规格：均用外径表示。

（2）井身结构

下不同层次的套管固结井壁就构成了井身结构。（图参看P11,图1-15）

①导管：防止表土坍塌，引入钻头，一口井中最大尺寸的套管（20~40m）。

②表层套管：加固上部疏松岩层的井壁；封隔浅层水；安装防喷器、套管头、采油树（30～100m）。

③技术套管：封隔

上部油、水、气层；

漏失层；坍塌层。

根据地质情况下n

层技术套管。

④油层套管（生产

套管）：最后一层

套管，形成井筒，

使油气入内。内放

油管。

（3）固井注水泥

下完套管后注水

泥。

【普通井油层套

管加固到油层

100~200米以上，

热采井加固到井口

（防止热应力膨胀

举升井口）。】

为了工作顺利，开

钻方便，套管柱下

部要有附加装置。

①套管柱下部结

2

/英寸

千磅

构

★引鞋：在管柱最下端，锥形。作用：防止套管下端插入井壁。易钻材料（水泥）。

★套管鞋：在引鞋上部，一厚壁短节。内下部有锥面，防止起钻时，钻头、钻杆拉住。

★回压阀：套管引鞋之上。

作用：防止泥浆倒流入套管内。（下套管时起作用，可把泥浆挤出）

★阻流环（承托环）：承托下胶塞（或木制塞）。（也承托回流阀中胶木球）。

注水泥时，要用下胶塞和上

胶塞。

★下胶塞：中间为空，上部有一层隔膜，外层为橡胶`。注水泥时，先（在套管内）放入下胶塞，再注水泥，下塞与水泥一起下行。下塞遇承托环不动，压力升高使薄膜破裂，使水泥形成通道。

下塞可刮去管壁泥浆。

★上塞（实心）

注足水泥后，放入上胶塞，上塞上方注泥浆，上塞下部注水泥。上塞与水泥一起下行，上塞使水泥和泥浆分开。上塞遇到下塞，将循环通路堵塞，泵压升高，称碰压，注水泥完成。

注完水泥后，套管内留10～20m水泥塞，如果不是油层套管要钻开。

★扶正器：弹簧钢片做成。

★泥浆刷：刮去井壁泥饼，提高水泥胶结强度。

②注水泥流程

下套管后，循环水洗井壁；下放下胶塞，注水泥；

注完水泥，下放上胶塞，替泥浆；替泥浆到上、下胶塞相碰结束。

路线：水泥混合—水泥泵—套管内—环空（几分钟到十几分钟完成（快凝水泥）。

③注水泥设备：水泥车、车装高压泵（需几部）；灰罐车；混合漏斗。

④水泥

用石灰石、粘土、页岩、铁矿石按比例混合，在1400～1600℃下烧成熟料，冷后磨细。

油井水泥使用最多的为硅酸盐水泥，凝速快，有较高早期强度。耐地下腐蚀，射孔时不开裂。

5．完井

钻井的最后一道工序。

主要用射孔完井法：用子弹射穿套管、水泥环和油层，使油层与井筒相通。

6．钻井事故的处理

（1）井漏、井塌

井漏—泥浆压力>地层压力时，使泥浆进入地层。应加堵漏物封堵。

井塌—井壁坍塌，应加重泥浆。

（2）井喷

地层压力>泥浆柱压力，井口都装防喷器。

（3）卡钻

转不动、起下钻遇阻，由沉砂、落石造成。

三、钻井新技术

（一）喷射式钻井

采用喷射式钻头，钻井液通过具有特殊形状和结构的小尺寸喷嘴形成高速射流射向井底。

充分利用高速射流的水力作用，结合机械破岩，以提高机械钻速和钻头进尺，即喷射式钻井。

超高压喷射钻井是石油工业的前沿研究课题。

破岩压力：150～200Mpa（需增压）

①美国

94年前，尝试过地面增压，用铍铜合金管将高压液体传输井下，打井试验，效果很好，提高钻速3～5倍。

地面增压缺点：高压传输密封难保证（接头），沿程损失太大。

94年后，开始研究井下增压器，96年下井试验。