特殊工艺井钻井技术
中1H侧钻短半径水平井钻井技术
中1H侧钻短半径水平井钻井技术蔡 元(中原石油勘探局钻井一公司,河南濮阳457331)摘 要 中1H井是塔中卡塔克1区块的一口侧钻短半径水平井,先后采用了多种较为先进的生产工艺,如锻铣开窗技术、定向侧钻技术、小井眼短半径水平井技术、欠平衡钻井技术、高钙盐钻井液体系的推广应用等,施工程序复杂。
历时142.75d完成了这口技术密集的评价井,试油见到了良好的油气显示,社会效益、经济效益显著。
关键词 中1H 水平井 高钙盐 欠平衡1 地质工程简况 中1H井是塔中隆起塔中10构造带西段卡塔克1区块5号断背斜构造高点的一口评价井,利用水平井技术探测奥陶系鹰山组碳酸盐岩储层的横向变化规律,落实储层产能及液性。
设计垂深5388.26m,斜深5834.66m,最大井斜85.12°,水平段长448.37m。
3 中1H井钻井周期142.75d,机械钻速1.29 m/h,完钻井深5851m,水平位移547.85m,闭合方位298.27°,最大井斜87.74°,水平段长464.07m。
井身结构见表1。
表1 井身结构与套管程序mm×m 序号设 计钻头尺寸×井深套管尺寸×下深实 际钻头尺寸×井深套管尺寸×下深一开444.5×503.16339.7×503.16444.5×503.16339.7×503.16二开311.15×3902311.15×3902244.5×3571三开215.9×5270177.8×(33865268)215.9×5271177.8×(3375.265269.37)四开149.2×5834.66裸眼149.2×5851127×(5118.215428)2 钻井难点(1)锻铣和定向侧钻都处于易垮塌的火成岩地层,可钻性较差,防止坍塌卡钻、保证定向成功率是关键。
特殊凿井工程施工(3篇)
第1篇一、工程背景特殊凿井工程施工主要应用于地质条件复杂、施工难度较大的地下工程，如煤矿、地铁、隧道、水利工程等。
这些工程通常具有以下特点：1. 地质条件复杂：地层岩性多变，含水量大，地质构造复杂，对施工技术要求较高。
2. 施工难度大：地下空间有限，施工空间受限，施工设备和技术要求较高。
3. 安全风险高：施工过程中可能遇到透水、塌方、火灾等安全事故，对施工人员生命安全构成威胁。
二、施工工艺特殊凿井工程施工工艺主要包括以下几种：1. 冻结法：通过在地下岩层中注入低温冷冻剂，使岩层冻结，降低其含水量和强度，从而实现稳定施工。
2. 钻井法：利用钻机驱动钻具旋转破碎岩土，通过泥浆循环将岩渣携带到地面，实现井筒开挖。
3. 注浆法：将水泥浆或其他材料注入地层裂隙，填充裂隙，提高地层稳定性。
4. 沉井法：在地下岩层中开挖井筒，然后将预制井壁下沉至井筒底部，形成永久性井壁。
5. 地基处理：对地下岩层进行加固处理，提高其承载力和稳定性。
三、施工步骤1. 地质勘探：对工程场地进行地质勘探，了解地层岩性、含水量、地质构造等情况。
2. 工程设计：根据地质勘探结果，编制工程设计和施工方案。
3. 施工准备：准备施工设备和材料，组织施工队伍，进行技术交底和安全教育。
4. 施工实施：按照施工方案，进行冻结、钻井、注浆、沉井、地基处理等施工工序。
5. 质量控制：对施工过程进行质量检查和验收，确保工程质量符合要求。
6. 安全管理：加强施工现场安全管理，预防安全事故发生。
四、施工难点及应对措施1. 地质条件复杂：针对复杂地质条件，采取针对性的施工技术，如冻结法、注浆法等。
2. 施工空间受限：优化施工工艺，提高施工效率，确保施工质量。
3. 安全风险高：加强安全教育培训，提高施工人员安全意识，严格执行安全操作规程。
4. 施工周期长：合理安排施工进度，确保工程按期完工。
总之，特殊凿井工程施工是一项技术含量高、风险较大的工程。
通过科学的设计、严谨的施工和严格的质量控制，确保工程顺利进行，为我国地下工程建设贡献力量。
井巷工程：特殊凿井法
二. 不稳定表土— 特殊法施工
我国华东、华北等地区煤田的表土层含多层流砂，最 大厚度近800m，一些矿区的基岩裂隙发育，涌水量也很 大，在这样的地质条件下，用传统的普通掘砌技术进行 井筒施工难于通过，必须采用特殊施工技术，制止涌水 、增强岩土稳定性，才能确保工程的顺利进行。
我国煤矿采用的特殊施工技术主要有：冻结法、 钻井法、沉井法、注浆技术和混凝土帷幕法、降低水位 法以及其它方法。
第十四章 立井施工
《规程》第三十条 采用冻结法开凿立井井筒应遵守下列规定： （一）冻结深度应穿过风化带延深至稳定的基岩10m以上。基岩 段涌水较大时，应加深冻结深度。 （三）地质检查钻孔不得打在冻结的井筒内。水文观测钻孔偏 斜不得超出井筒，深度不得超过冻结段下部隔水层。 （四）冻结管应采用无缝钢管焊接或螺纹连接。 （五）开始冻结后，必须经常观察水文观测孔的水位变化。只 有在水文孔冒水7天、水量正常，确认冻结壁已交圈后，方可进 行试挖。 （九）只有在永久井壁施工全部完成后，方可停止冻结。 （十）不论冻结管能否提拔回收，对全孔必须及时用水泥砂浆 或混凝土全部充满填实。
第十四章 立井施工
施工工艺：
冻结孔钻进、冻结站安装 →安装冻结设备 →积极ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结 →井筒掘砌（消极冻结）
第十四章 立井施工
（四）注浆法 《验收规范》第3.1.2条 立井井筒施工，当通过涌水量大 于10m3/h 的含水岩层时，应采取注浆堵水等治水措施。
立井井筒涌水量的大小直接影响到凿井工期、成本、工 程质量、施工安全和机械效率的发挥。我国70年代施工的 井筒表明，涌水量每增加 10m3/h，平均月进度下降 20％ ，成本提高27.5％。 我国自1955年在新汉矿区张庄立井施工采用工作面预注浆 取得成功后，我国井筒注浆的最大深度已达1105m。 此外，应用注浆技术在处理开滦范各庄矿特大透水事故中 ，堵住了2053m3/h的特大涌水，使矿井很快恢复了生产。
钻井方法及工艺
柴油机驱动钻机 2.动力设备 直流电驱动钻机
交流电驱动钻机
以柴油机为动力，通过机 械传动或液力传动的钻机
工作机用直流电动机驱动。 通常用于海上钻井
工作机用交流电动机驱动
陆地钻机 陆地（包括沙漠、沼泽等）使用的
3.使用地区
钻机
海洋钻机 自升式钻井平台、半潜式钻井平台、 钻井船和钻井固定平台上的各种类 型的钻机
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
(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
分类
两翼(鱼尾式)刮刀钻头 刀翼数 三翼刮刀钻头 最常用
四翼刮刀钻头 平底式刮刀钻头
(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；
(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
通过钻柱将地面动力机的能量传给钻头，使钻头旋转破碎 井底岩石，加深井眼。
依靠钻柱中钻铤部分在洗井液中的自重对钻头施加钻压， 使钻头工作刃不断吃入地层，破碎岩石。
③输送洗井液 通过钻柱的中心孔腔将洗井液输送到钻头，由水眼喷射
出，冲击到井底，携带岩屑后由环空返回地面。
④延伸井眼 在钻进中通过不断地增加钻柱长度(接单根)以达到延伸井眼
①第一次开钻(一开) 从地面钻出一个大井眼，然后下表层套管。 ②第二次开钻(二开) 用较小一些的钻头继续钻进，若遇到复杂地
石油钻井工艺技术
二、钻井装备及主要工具
2、主要工具-井口工具-B型钳
5、B型吊钳保养与维护 ①钳柄应无裂纹或焊缝；尾桩销及方头螺钉应齐全完好；钳 尾绳尺寸应符合标准，且无打结或严重断丝，两端紧固牢靠。 ②钳头上的各扣合钳开合灵活，扣合尺寸与钻具或套管尺寸 相符；轴销不能装反，固定销及背帽应齐全；钳牙及钳牙固 定销齐全，固定牢靠，钳牙磨损严重时应及时更换；扣合弹 簧应是专用部件。 ③吊钳水平度应合适。吊钳悬空时应水平，若吊钳前后不水 平，可用活动扳手调节吊杆下部的调节螺钉，顺时针转动， 吊钳钳头调高，逆时针转动，吊钳钳头降低；若吊钳左右不 水平，可用活动扳手调节吊杆上部的平衡梁使吊钳绳左右移 动。左低右高时让吊钳绳左移，反之，向右移。
（5）循环系统
固控设备
循环罐
水龙带
二、钻井装备及主要工具
（6）控制系统
司 控 房
二、钻装备及主要工具
2、主要工具-钻头
铣齿钻头
二、钻井装备及主要工具
2、主要工具-钻头
PDC钻头
二、钻井装备及主要工具
2、主要工具-钻头
PDC钻头
二、钻井装备及主要工具
三片卡瓦
多片卡瓦
安全卡瓦
二、钻井装备及主要工具
2、主要工具-井口工具-卡瓦
卡瓦作用、类型、结构 3、结构
铰链销钉 卡瓦手柄
卡瓦体
卡瓦牙
二、钻井装备及主要工具
2、主要工具-井口工具-卡瓦
4、卡瓦规范
（１）型号表示法
• • / • 额定载荷； kN 卡瓦名义尺寸； mm WT 表示钻铤卡瓦 WG 表示套管卡瓦 产品名称 W 表示钻杆卡瓦 例如： WT41/2~6-360表示能卡持114.3～152.4管径，最大载荷为360KN的 钻铤卡瓦。
钻井新技术及发展方向分析
钻井新技术及发展方向分析1 钻井技术新进展1.1石油钻机钻机是实现钻井目的最直接的装备,也直接关系到钻井技术进步。
近年来,国外石油钻机能力不断增强,自动化配套进一步完善,使钻机具备更健康、安全、环保的功能,并朝着不断满足石油工程需要的方向发展。
主要进展有:(1) 采用模块化结构设计,套装式井架,减少钻机的占地面积,提高钻机移运性能,降低搬家安装费用。
(2) 高性能的“机、电、液”一体化技术促进石油钻机的功能进一步完善。
(3) 采用套管和钻杆自动传送、自动排放、铁钻工和自动送钻等自动化工具,提高钻机的智能化水平,为提高劳动生产率创造条件。
1.2随钻测量技术1.2.1随钻测量与随钻测井技术21 世纪以来, 随钻测量(MWD) 和随钻测井(LWD) 技术处于强势发展之中,系列不断完善,其测量参数已逐步增加到近20种钻井工程和地层参数,仪器距离钻头越来越近。
与前几年的技术相比,目前,近钻头传感器离钻头只有0.5～2 m 的距离,可靠性高,稳定性强,可更好地评价油、气、水层,实时提供决策信息,有助于避免井下复杂情况的发生,引导井眼沿着最佳轨迹穿过油气层。
由于该技术的市场价值大,世界范围内有几十家公司参与市场竞争,其中斯伦贝谢、哈里伯顿和贝克休斯3 家公司处于领先地位。
1.2.2电磁波传输式随钻测量技术为适应气体钻井、泡沫钻井和控压钻井等新技术快速发展的需要,电磁波传输MWD(elect romagnetic MWD tool s ,EM MWD) 技术研究与应用已有很大进展,测量深度已经达到41420 km。
1.2.3随钻井底环空压力测量技术为适应欠平衡钻井监测井筒与储层之间负压差的需要,哈里伯顿、斯伦贝谢和威德福等公司研制出了随钻井底环空压力测量仪（annular pressure measurement while drilling, APWD) ,在钻井过程中可以实时测量井底环空压力,通过MWD 或EMMWD 实时将数据传送到地面,指导欠平衡钻井作业。
浅析油气藏开采过程中水平井钻井技术的应用
浅析油气藏开采过程中水平井钻井技术的应用水平井钻井技术是油气藏开采过程中的一种重要技术手段，其应用可以提高油气产能、延长油气田寿命、降低开采成本等。
本文将从水平井钻井技术的定义、应用领域、技术原理和效果等方面进行较为详细的论述。
一、水平井钻井技术的定义水平井钻井技术是指在垂直井眼基础上，通过特殊工艺和作业流程，沿着特定的地层倾角，在岩层中钻制出一段水平孔道。
其目的是为了提高油气产能、延长油气田寿命、降低开采成本。
二、水平井钻井技术的应用领域1. 页岩气开采：页岩气属于非常低渗透性的油气藏，常规钻井技术难以有效开采。
通过水平井钻井技术，可以增加有效井网，提高页岩气的采收率。
2. 稠油开采：稠油是一种高粘度的油类，通过常规钻井技术难以有效开采。
水平井钻井技术可以增加油水接触面积，提高稠油的采收率。
3. 水平井增产：对于传统垂直井开采的油气田，通过将部分井段改造为水平井，可以增加油气流通通道，提高产能。
三、水平井钻井技术的技术原理1. 地层勘探：通过地震勘探和地质解释等手段，确定目标地层的分布和性质，找出适合钻制水平井的地层。
2. 定位技术：利用导向工具和测井仪器等设备，精确测量井眼的方向和位置，确保水平井能准确钻制在目标地层中。
3. 钻井工艺：通过调整钻井参数和选用合适的钻头和钻井液，控制钻井方向和位移，实现井眼的水平钻制。
4. 完井技术：通过套管和封隔器等设备，对水平段进行完整封隔，防止地层间的交叉流动。
5. 水平井测试：对钻完的水平井进行测试分析，评估水平井的钻制效果和产能水平，为后续的开采作业提供参考。
四、水平井钻井技术的效果1. 提高产能：水平井的井筒面积大，油气流通通道长，增加油气向井筒流动的路径，提高采收率。
2. 延长油气田寿命：通过水平井技术，有效开采残留油气，延长油气田的可开采时间。
3. 降低开采成本：水平井减少了钻探井的数量，降低了钻井和完井的成本，提高了采收效益。
4. 减少地面占地面积：水平井的单口井产能较高，可以减少地面占地面积，提高油气田开采的空间利用率。
海洋钻井海上钻井工艺技术
海洋钻井工程
第二节 海洋钻井过程升沉补偿装置
一、钻柱升沉运动的补偿措施
1、增加伸缩钻杆 这种办法是在钻柱的钻铤上方加一根可伸缩的钻杆。
伸缩钻杆由内、外管组成，沿轴向可作相对运动，行程一 般为 2m 。当平台上下升沉运动时，伸缩钻杆的内管随伸 缩钻杆以上的钻柱作轴向运动，而与伸缩钻杆外管相连的 钻艇则基本不作升沉运动．因而可保持钻压恒定，同时还 可避免平台上升时提起钻艇，平台下沉时压弯钻柱。
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海洋钻井工程 一般当工作水深超过 3l m 时，应有张紧器使其承受
拉力，还可以在管外加浮室以增加浮力。对于工作水深超 过 250m 的隔水管柱必须另外进行设计。一般隔水管的临 界压弯长度可按下式计算：
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海洋钻井工程
海水越深，隔水管越重，则需要的张紧力越 大。此张紧力最终要施加到浮动钻井平台上，增 大平台的吃水量。为了减小张紧力，可在隔水管 管外面贴上一层厚厚的泡沫塑料，或隔水管外系 以铝制浮筒（筒内充以高压气体），以便增大在 海水中的浮力，减轻隔水管系统的重量。
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海洋钻井工程
第二章 海上钻井工艺技术
泥线支撑器与泥线悬挂器区别 1.泥线支撑器用于固定式钻井平台，泥线悬挂 器用于移动式钻井平台； 2.泥线支撑器的内层套管悬挂于外层套管的座 环上。两层套管之间的密封在平台上套管头处。而 泥线悬挂器的套管挂之间不仅存在悬挂关系，而且 两层套管之间的密封在悬挂器处。
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海洋钻井工程
第二章 海上钻井工艺技术 二、水下井口装置
1、水下井口装置的使用背景及特点 2、水下井口装置的系统组成 3、本节重点
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海洋钻井工程
第二章 海上钻井工艺技术
1、水下井口装置的使用背景及特点
井口装置具有补偿浮动钻井平台随海水运动产生的6 个自由度的运动。补偿升沉运动的伸缩部件，补偿平移和 摇摆运动的弯曲部件（挠性接头或球接头）。
钻井工艺技术培训
04
钻井技术
直井钻井技术
直井钻井技术是钻井工程中最基础的技术之一，主要用于开 采地下石油、天然气等资源。其特点是垂直钻入地层，钻孔 轨迹保持垂直。
直井钻井技术包括钻孔设计、钻机选择、钻头和钻具的选用 、钻进参数的确定等。在钻进过程中，需要控制钻压、转速 、泥浆泵量等参数，以保证钻孔质量和安全。
斜井钻井技术
水平井钻井技术包括水平井设计、轨迹控制、钻柱设计等技术。在钻进过程中， 需要控制钻压、转速、泥浆泵量等参数，同时还需要进行随钻测量，及时调整钻 孔轨迹。
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术是指在钻进过程中，利用各种方法使地层流体进入井筒，从而保持井筒内的压力低于 地层压力的钻井技术。
欠平衡钻井技术可以减少地层流体对钻头的冲蚀作用，提高钻速和延长钻头寿命。同时，欠平衡钻井 技术还可以减少对地层的伤害和防止地层流体污染。在欠平衡钻井过程中，需要控制好泥浆性能、返 排量等参数，以保证钻进安全和质量。
下。
根据钻探需求，钻机可分为陆地 钻机和海洋钻机。陆地钻机又分 为车载钻机、井架钻机和泥浆槽
钻机等。
钻机的性能参数包括最大钻井深 度、钻井直径、转速和加压力等 ，选择合适的钻机对于钻井效率
和安全性至关重要。
钻头
钻头是钻井工艺中的重要组成 部分，负责破碎地下岩石。
钻头有多种类型，如刮刀钻头 、牙轮钻头和金刚石钻头等， 每种类型适用于不同的地层和 钻井需求。
钻井工艺技术培训
contents
目录
• 钻井工艺简介 • 钻井设备与工具 • 钻井液技术 • 钻井技术 • 钻井工程实例分析
01
钻井工艺简介
钻井工艺的定义与重要性
钻井工艺的定义
钻井工艺是石油和天然气勘探开 发过程中的关键技术之一，它涉 及到钻孔设计、钻机选择、钻井 液配置、钻进技术等多个方面。
水平井特殊井井身结构井下作业技术
股份公司勘探与生产工程监督中心
水平井井下作业技术交流会材料
青海油田水平井发展分三个阶段
前期探索阶段：2004年以前实施水平井3口； 试验应用阶段：2005年实施水平井5口，并首次引进 LWD地质导向技术； 推广应用阶段：2006年实施水平井15口，全面应用 LWD地质导向技术。 2006年水平井井数是2005年水平井的3倍，是2005年
近井污染小，增大了泄油面积，提高了完善程度。
节省固井费用和全部射孔费用，先期投入少， 后期措施难度大、投入费用大
二、青海油田完井井身结构类型
固井完井的井身结构（涩H1井等）
套管固井射孔完井是水平井完井最主要方式之
一，该完井方式有以下优点：
能够有效分隔层段、避免层段之间窜通；可以进行 包括压裂在内的任何选择性增产措施；可以根据钻井 轨迹和油层情况优化生产井段。 该完井方式主要有如下缺点： 完井成本相对较高；储层易受水泥浆污染；射孔操 作技术要求较高。
斜深最深： 4275.54 m （砂西平1井）
垂深最深： 3816.09m（砂西平1井）
造斜点最深： 3527.12 m（砂西平1井） 最大水平段长： 533.11 m（跃西平3井） 最大水平位移： 745.91 m（跃西平1井） 最大井斜角： 96.5°(跃西平2井）
一、青海油田特殊结构井开发现状
二、青海油田完井井身结构类型
小井眼侧钻井完井的井身结构
小井眼侧钻水平井
一、青海油田特殊结构井开发现状
二、青海油田完井井身结构类型
三、青海油田水平井、特殊结构井井下作业技术 四、存在问题及下步研究方向 五、建议
三、青海油田水平井、特殊结构井井下作业技术
侧钻水平井工艺技术
侧钻水平井工艺技术侧钻水平井工艺技术是一种在井筒中横向钻探和开采油气资源的方法。
与传统的垂直钻井相比，侧钻水平井能够有效地提高油井采收率和产量，具有重要的经济和技术价值。
侧钻水平井的工艺技术主要包括钻井、固井、完井和生产等环节。
首先是钻井阶段，侧钻水平井通常是从现有的垂直井中侧向钻入地层。
这样的设计可以最大限度地增加井壁与地层接触面积，提高采油效果。
在钻井过程中，需要使用特殊的侧钻井钻头和导向工具，以确保在井筒中有效地钻探。
此外，还需要采用合理的钻探参数，如转速、钻压和冲洗液的流速和压力等，来确保顺利钻进。
钻完水平段后，需要进行固井操作来加固井筒。
固井是为了防止井筒在钻探过程中崩塌，保护钻孔的完整性，并防止地下水和油层混合。
固井常常使用水泥和钢管，将其注入井筒并形成坚固的井壁。
固井操作的关键在于选择合适的水泥配方和注入压力，以确保固井质量。
完成固井后，需要进行井筒完井。
完井是指在水平井中安装各种完井设备，如套管、防喷器和产能工具等。
这些设备是为了控制井筒的流体流动和产量。
在完井过程中，需要进行严格的施工质量控制，确保设备的正确安装和操作。
最后是生产阶段。
一旦生产设施准备就绪，就可以开始进行油气的开采。
由于侧钻水平井的设计和施工，使得生产更加高效和顺利。
在生产过程中，还需要根据井底压力和油井形态，合理选择抽油机和注水设备，以达到最大的开采效果。
综上所述，侧钻水平井工艺技术是一项复杂而关键的油藏开发技术。
通过合理的设计和施工，侧钻水平井可以提高油井采收率和产量，有效地开发油气资源，对于能源行业的发展具有重要意义。
侧钻水平井工艺技术的发展与油田开发的需求密切相关。
在传统的垂直井开采中，井底压力逐渐下降，导致油井采收率逐渐降低，产量减少。
而侧钻水平井则能够有效地改善这一状况，提高油井的生产能力和采收率。
侧钻水平井的一个关键特点是可控定向钻井技术。
通过使用特制的钻井工具和导向工具，使井筒能够沿着特定方向钻探。
套管钻井技术介绍
据加拿大Tesco公司估计，打1口井深为3048m的井，和传统钻 进方式相比，预计可节约工程费用达30％以上。
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钻进方式
钻进方式根据地质条件、井身结构等选用
• 一趟钻——使用不回收可钻式的一次钻头及工具。 • 多趟钻——用于井段较长，趟钻不能钻达所要求井深者。使
—— 钻进时间15.5h（缩短0.5d±） —— 平均机械钻速32.77m/h —— 最大扭矩4.5KN·m —— 平台作业时间减少2d，平台相关费用少10万元±
（平台日费20万元） —— 单井平台作业费节约50+万元 —— 省去隔水导管节约10万元 —— 钻井液用量少，维护费小，可节约5+万元 —— 间接经济效益很明显
and Bi-Directional Slips
左旋释放捞矛 并带双向卡瓦
双公接头
捞矛密封
扶正器
底部导向头
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Spacer Sub
基本操作程序：
oo
H-E Casing Spear
Double Pin Sub Spear Pack-Off
Cut box connection in Bull Nose Stabilizer Bull Nose
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套管钻井 技术特点
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我国套管钻井技术现状
• 2019年1月，中国海洋石油与威德福合作在渤海和南海东部成功应用 了套管钻井技术(见实例）。
• 2019年11月中石油吉林石油责任有限公司开展了陆上表层套管钻井先 导性试验工作，并取得了成功，所用套管为7″×6.91mm的J55套管， 施工井深300mm。
文96-储5井钻井取芯工艺技术
⽂96-储5井钻井取芯⼯艺技术⽂96-储5井钻井取芯⼯艺技术技术发展部：黄海强刘怀刚⼀、前⾔：⽂96-储5井是⽯化集团在中原油⽥⽂96块部署建设的国家天然⽓能源储备井，共部署储⽓井14⼝，预计储⽓量7亿⽴⽅⽶。
为更准确详实的了解储层岩性、物性特征，为后期储⽓选层、储⽓施⼯⼯艺优化提供客观的、真实的第⼀⼿地质资料，该井设计取芯112⽶，也是该储⽓库唯⼀⼀⼝具有取芯任务的井。
取⼼作业中克服了地层埋藏浅，岩性松软，胶结性差，⽔敏性强，剥蚀掉块严重，易造成堵⼼、磨芯、掉芯、出芯困难，⽋平衡钻进井壁⽀撑作⽤⼒⼩，易坍塌掉块作业风险⼤等诸多不利因素，总结出⼀套⾏之有效的钻井取芯⼯艺技术措施，效果显著，取芯进尺120.71⽶，芯长120.00⽶，取芯收获率：99.41%。
⼆、钻井取芯技术难点1、为保证取芯收获率，要求不许长筒取芯，不需井⼝出芯，且取芯井段不连续分三段，从⽽成倍增加了起下钻次数。
取芯起下钻14趟，层间层下钻进起下钻3趟。
任⼀趟钻任⼀环节出现纰漏，将影响整体取芯结果，对钻井操作要求⾼。
2、地层埋藏浅，岩性松软，胶结性差，⽔敏性强，剥蚀掉块严重，易造成堵⼼、磨芯、掉芯，取芯收获率难于保障。
岩⼼如图⽰：3、岩性胶结性差、破碎，地⾯出芯困难。
砂岩成芯性好，不易破碎，易出芯。
但泥岩极易破碎，堵搡岩⼼筒内腔，通芯不畅，震击⼜使岩⼼更为破碎，出芯很不容易。
4、为保护⽓层，三开采⽤⽋平衡钻井，钻井液井壁⽀撑作⽤⼒⼩，地层易坍塌、掉块，时时威胁井下安全，钻井作业风险⼤。
三、关键技术及⼯艺（⼀）提⾼认识⽔平，增强安全意识。
针对这⼝井取芯意义和各⼯序技术措施，通过多种渠道，使职⼯做到思想上重视，⼼⾥头明⽩，⼯作上⽤⼼。
对井下、设备、泥浆等各路出现的任何异常情况，都做到及时发现，及时反馈，共同商讨应对措施，将隐患消灭在萌芽状态。
（⼆）把好取芯⼯具选配、⼊井关。
1、取芯⼯具选配。
按设计要求，岩⼼直径不⼩于105mm，并结合邻井资料调研岩性结构特征，选配满⾜设计要求与地层相适应的WQX180-105（川8-3型）型取芯⼯具。
海上钻井工艺技术课件
– 隔水管系统：
» 作用：隔离海水；形成泥浆循环通道；
» 包括：隔水管；伸缩隔水管；挠曲接头及球接头； 张紧绳及张紧系统；
– 快速连接器：
» 快速连接和拆卸上述三部分。
1.1 海上钻井井口装置
• 水下井口装置—导引系 统
– 井口盘用水泥浇铸成钢 骨水泥结构；
– 送入井口盘应该有临时 导引绳；
– 用临时导引绳将导引架 及导管送入并座位；
1.2 海上套管程序
• 导管井段的施工—浮动式 平台（常规法） – 第二步：钻孔。
» 依靠临时导引绳下钻， 使钻头准确进入井口盘； 钻柱上带伸缩钻杆；
» 用海水“有进无出”法 钻出36“的井眼；钻完 后立即用高粘度泥浆替 入。防止海水浸泡井眼 垮塌。
» 起钻。
导向臂
1.2 海上套管程序
• 导管井段的施工—浮动式平台 （常规法）
第一章 海上钻井工艺技术
1.1 海上钻井井口装置 1.2 海上套管程序 1.3 海上井控技术 1.4 海上固井技术 1.5 海上泥浆技术 1.6 海上完井与测试 1.7 双梯度钻井介绍
1.2 海上套管程序
• 海上套管程序的系列化
– 由于井口装置的防喷器体积很大，一般一个平台只 搞一套防喷器组。每个钻井平台根据自己的特点， 选定一套适应防喷器组的套管程序，以后就基本上 不再改变。
» 对油层的损害； » 造成巨大的资金损失。
特殊钻井工艺
缸A
缸B
ω
泵B 缸C 泵A
一、垂直钻井技术国内外现状
2. Φ311垂直钻井系统
Φ311垂直钻井系统是由西部钻探克拉 玛依钻井院研制的。 工作方式：钻头推靠式 属于机电液一体化的垂直钻井系统 系统结构
Φ311垂直钻井系统主要由中心管、本体、
井下发电机、测斜系统、柱塞及液压油泵 等组成。
德国智能钻井公司拥有适用于浅层 煤矿钻进的垂直钻井技术，并愿意 在中国推广应用。 以“引进、消化、吸收、再创新” 的技术思路，同德国智能钻井公司 签订了合作框架协议。拉开了BHVDT垂直钻井系统的序幕。
一、垂直钻井技术国内外现状
(三) 小结
1. 外国公司只提供技术服务，不出售产品。
2. 国内机构仍然处于研发和试验阶段，离真正意义上的推 广应用还有一段路要走
一、垂直钻井技术国内外现状
经过近二十多年的不断发展，已形成多种形式的
自动垂直钻井系统：
工作方式：旋转纠斜型，滑动纠斜型
工具外套是否旋转：静止外套式，旋转外套式
纠斜方式：钻头推靠式，钻头指向式 系统结构：机械式，机液一体化式，机电液一体化式
一、垂直钻井技术国内外现状
斯伦贝谢的Power-V 国外在用的 垂直钻井技术 贝克休斯Verti-Trak 哈里伯顿V-Pilot 德国智能钻井ZBE 集团公司钻井院CGVDS 西部钻探克拉玛依Φ311
主轴
不旋转套活套
自主研制。
工作方式：钻头推靠式 属于机电液一体化的垂直钻井系统 垂直钻井工具主要由执行单元、控制单 元和测量单元组成
下接头 测控子系统 液控子系统
纠斜推力块
一、垂直钻井技术国内外现状
纠斜控制原理
大庆钻探特色技术
大庆钻探特色技术钻探系统广大工程技术人员，牢固树立“科学技术是第一生产力”的指导思想，坚持技术发展与油田勘探开发需要相结合、与市场需求相结合的原则。
经过多年的攻关，特色技术得到持续发展，工艺技术水平不断提高，自主创新能力不断增强。
在钻井、物探、测井和录井技术等方面，形成了一批具有大庆特色的钻探技术系列。
一、钻井技术1、调整井钻井完井技术开展并完善了地层压力预测与降压泄压技术、防漏堵漏技术、防斜防卡技术、薄层固井工艺技术等，形成了一套以低渗高压和高渗低压层薄层固井技术为代表的高含水后期钻井完井技术，整体达到了国际先进水平。
为油田开发实施延时测井，优化射孔方案，延长油井寿命，提高采收率提供了良好的井下条件，年钻井3000多口，固井质量合格率达到99%以上。
2、水平井钻井完井技术开展了浅层水平井、中曲率半径水平井、51/2"套管内开窗侧钻水平井、阶梯式水平井等技术攻关，形成了水平井钻井完井特色技术。
古平1井在4m厚裂缝性砂岩内钻成水平段长1001m的中曲率半径水平井；金侧平-6井和高160-侧平38井在51/2"套管内进行开窗侧钻水平井获得成功；外围“三低”油田和老区顶部剩余油开采实现了在-0.8m薄油层内钻阶梯式水平井。
3、欠平衡/气体钻井完井技术研制了具有自主知识产权的DQ-1型旋转防喷器、随钻井下压力温度测试工具，建立了欠平衡/气体钻井基础理论计算模型，确立了欠平衡钻井完井工艺技术。
通过雾化/泡沫钻井液、气体钻井监测分析技术及空气锤等相关技术的研究应用，欠平衡/气体钻井特色技术逐渐成熟。
现场应用34口井，其中，气体钻井18口，机械钻速是常规钻井的4倍以上，并有效地保护了储层。
单井空气钻井最大进尺1521.89m（古深2井），单只牙轮钻头最大进尺593.29m （徐深213井），单只空气锤最大进尺700m（古深2井），单井采用雾化/泡沫钻井最大进尺751m（徐深43井），在储层采用氮气钻井进尺701m（达深9井）。
特殊凿井工程施工
特殊凿井工程施工是一项复杂而重要的工程，它涉及到多种技术、设备和工艺。
在特殊凿井工程施工中，常见的几种工法包括冻结法、钻井法、沉井法等。
这些工法在凿井过程中各自具有独特的特点和适用条件。
冻结法凿井技术是一种适用于松散不稳定的冲积层、裂隙含水层、松软泥岩层以及含水量和水压特大的岩层的凿井方法。
这种方法通过在井筒周围注入冷冻剂，将地层冻结成坚固的冰墙，以支撑地层压力，防止井筒变形和坍塌。
冻结法凿井技术在我国煤矿行业中得到了广泛应用，并且在国内冻结市场的占有率达到了50%以上。
钻井法施工是利用竖井钻机驱动钻具旋转破碎岩土，通过泥浆循环将岩渣携带到地面的一种特殊凿井工法。
钻井法凿井技术在我国的应用也十分广泛，已经施工了60余口大直径深井，占全国同法施工数量的95%以上。
多个项目获得了国家级的科技进步奖和优质工程奖。
沉井法凿井是一种通过机械钻孔或人力挖掘等手段在地基土中形成井孔，并在井孔内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩的施工方法。
沉井法凿井技术在我国市政工程中得到了广泛应用，如房屋建筑、桥梁基础等。
其中，中煤特殊凿井有限责任公司在沉井法凿井技术方面取得了显著的成绩，创造了158米的最深桩长纪录。
在进行特殊凿井工程施工时，测量工作起着至关重要的作用。
测量工作主要包括保证井筒的竖直性、构筑井壁的必要精度、及时进行井筒偏斜和井径测量等。
通过测量，可以获取钻井偏斜值的大小、扩径和缩径位置和深度，计算所测深度断面上的半径值，并绘制水平断面图、竖直断面图和井中偏斜综合断面图，确定钻井井筒的有效断面。
总之，特殊凿井工程施工是一项技术含量高、难度大的工程。
通过采用冻结法、钻井法、沉井法等不同的凿井工法，可以有效地解决不同地质条件下的凿井难题。
同时，测量工作的精准进行，能够保证井筒的质量和安全。
在未来的发展中，我国特殊凿井工程施工将继续推动技术创新，提高施工水平，为煤矿、市政、建筑等行业的发展做出更大的贡献。
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提 纲
国内外欠平衡钻井技术概况 大庆探井欠平衡钻井实施情况介绍 欠平衡钻井技术存在问题及下部发展方向
国内外水平井钻井技术概况 第二部分 水 平 井
第一部分 欠平衡井
大庆水平井钻井实施情况介绍
水平井钻井技术存在问题及下部发展方向
国内外欠平衡钻井技术概况
一、欠平衡钻井（UBD）定义
欠平衡钻井指在钻井过程中钻井液柱压力低 于地层压力、允许地层流体进入井筒，并可将 其循环到地面的可控制的钻井技术，即： PmE﹤PP 一般要求：PP-PmE=ΔP ， ΔP=0.7～7MPa。
4、气体钻井专用设备
现场设备
空压机
增压机
5、气体钻井流程
RCD
钻井泵
分离器
增压机 欠平衡节流管汇 膜制氮
气体流量计
钻屑处理
空压机
液氮
6、气体钻井流体力学参数设计
● 确定携带钻屑所需的最小气体排量qgmin。
● 计算井底压力PB。
● 计算钻柱内钻头处压力Pa。
● 计算注入压力Pj。
● 由设计最小气体排量qgmin、注入压力Pj选择压
中石油2000-2006年欠平衡钻井数量分布表
140 120 100 80 60 40 20 0 19 14 14 40 50 50 120
2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年
八、气体钻井简介
1、适合条件
● 地层岩石坚硬
● 井壁稳定性强
● 较少的地层流体侵入
●空气钻井难点之五——防止井喷发生
UBD最大优势是将“井控”变为钻进过程“井内流体
控制”，即边喷边钻，从而有效地保护和发现油气层，同 时也增加了井控工作难度。 由于UBD过程始终是井内流体及压力控制问题，与常 规钻井不同之处，必须选择配制两个控制系统A和B。
A.控制系统：控制环空压力和引导返出的多相流体进
空气锤
●欠平衡专用工具
六方（三方）方钻杆、滚子方补心、钻具强制式回压阀、 空气锤、空气螺杆钻具、空气震击器及减震器、欠平衡井 底压力采集系统、气体监测仪器等。
五、欠平衡钻井工艺流程
欠平衡钻井地面设备配套井场布置图
六、欠平衡钻井数据自动采集与分析系统
传
参数录入 数据采集
感
器
处 理 数 据 时 间 同 步
● 具有中低孔隙压力的地层。
● 缺水干旱地区。
● 对水基或油基钻井液敏感的地层。
2、空气钻井优势
●空气钻井可以大幅度提高钻井速度。 ●空气钻井在克服严重井漏、溶洞性漏失方面有着不可替代 的优势，对水敏性垮塌地层更加有效。
●空气钻井有利于储层保护，基本不会对储层造成损害。
●对于低压、低渗、低产“三低”储层比常规泥浆钻井有更 大优势。 ●可提高钻头使用寿命 ，对付硬地层钻进的能力显著提高。 ●空气钻井气源便利，经济。
成泥包，也能在井壁上形成保护膜，钻具上已经形 成的泥块也易掉下来。而且具有很好的润滑性能， 降低摩阻，在有井斜时效果更明显。
地层中等流量出水的后果与处理
• 中等水量最明显的表现是注入压力升高，钻屑突然停止上 返，钻速降低，继续注入气体，排出管出口出现液体。发
生岩屑结团的危险性较小，因为在空压机功率足够的情况
入地面控制，分流系统。 B.控制系统：去除返出多相流体中的气相、固相、油、 回收钻井液相的控制，分流系统。
气体钻井钻屑变成粉末，因此岩屑录井获得大岩屑困难， 同时不能采用常规的录井方法进行录井。 主要原因： • 钻屑被钻头重复研磨变碎； • 钻屑在上升至地面的过程中彼此碰撞，并同钻具、井壁碰撞
变碎 ，更重要的是由于钻具旋转，钻屑被磨碎；
• 到达井口的钻屑经过90度转弯，冲击井口和排出管线而变碎。
●空气钻井难点之四——防止井下爆炸
风机和增压器。
7、气体钻井技术难点
●地层出水是最大的障碍之一
当钻遇水层，湿岩屑会粘附在一起，在钻杆外壁和井壁上
形成泥饼环，不能被空气从环空中带上来，阻止了空气流动并 产生卡钻。为了有效的防止水侵，必须了解水层的位置，水的 流量和成分，这样可以很快采取措施。
• 小流量：地层出水量低于0.477m3/h ； • 中等流量：出水量0.477—7.95m3/h ； • 大流量：出水量大于7.95m3/h 。
• 易鉴别返回的地层流体
• 不会对油气生产系统和炼油作业造成有害物质
● 充 气 钻 井
液相中充入气相（氮气、空气）的两相流体作 为钻井循环介质获得欠压差值的欠平衡钻井，其 中液相是连续相，气相为分散相。
充气钻井一般应用于地层（储集层）压力梯度
小于1.0的地层。
四、欠平衡主要装备及工具
●气体钻井专用设备（空气压缩机组、氮气发生器、尾气发
过、欠平衡钻井井壁受力状态
●
地层流体从井壁急剧进入井筒，压力梯度引起的井眼拉伸 破坏和剥落。
拉伸长破坏带
地层流体急剧进入井筒引起井眼拉伸张力破坏
● 气体钻井循环系统的波 动性引起井眼的不稳定性
接单根井底激动压力曲线
钻进及起下钻井底激动压力曲线
地层流体进入井筒引起的激动压力曲线
●空气钻井难点之三--岩屑录井困难
影响气体钻井井壁稳定性分析
●
低井底压力增大了井眼周围的剪切应力
在许多情况下，气体钻井井眼失稳是由于井内压力低于井 眼坍塌压力引起的。如在2134m井深的气体钻井中，当注气 体积流量Qgo=48.87m3/min，井底有效液柱压力0.4697MPa， 在地层压力PP=16.75MPa时，井底欠压差值△P=16.28MPa。
地层坍塌，而且空压机功率不能满足将水吹至地面。但 是由于井内水多，钻屑被稀释，不会使岩屑黏结成块。
• 处理方法：加入泡沫剂，变成泡沫钻井或转为用泥浆钻 井 。
● 空气钻井难点之二---地层坍塌
地层坍塌：因井筒内空气柱几乎对地层无作用 力，因此靠静液柱压力来平衡坍塌压力的地层不能 用气体来钻。国内外多口钻井实践证明，在气体钻 井时有坍塌层会引起严重卡钻。
●气 体 钻 井
利用干气（如空气、天然气、氮气、烟道气等）作为 循环介质的UBD钻井方式。 由于气体密度小，气体钻井中井内筒静水液柱压力大 大低于常规钻井流体静水液柱压力，因而极易在井底形
成欠压差值，这样不但能有效防止液相和固相进入储集
层，保护储集层，而且能极大提高钻速。实践表明气体
钻井比常规钻井液钻井提高钻速3～4倍以上。
● 雾 化 钻 井
液相以非连续液滴的形式存在于连续气相中作为循环 介质的钻井称为雾化钻井。 “雾”——指非乳化液相的体积分数小于2.5%，它将 以非连续液滴的形式存在于连续气相中，这种低液相体积
分数的钻井流体称为雾。 雾化钻井在一定程度上能克服
地层出水问题，并具有气体钻井的优点。 作业程序：用小型小缸泵将液体低速注入循环气体中。 注入液相通常为水、表面活性剂及防腐剂，有时加入聚合 物或盐以防止水敏性页岩与钻井流体间的作用。
三、平衡钻井（UBD）分类
气体钻井（空气、天然气、氮气、烟道气） 雾化钻井 充气钻井 泡沫钻井 玻璃微珠、塑料微珠钻井 钻井液
类 型 气体钻井 雾化钻井 密度g/cm3 0.001～0.01 0.01～0.03
充气泥浆钻井
泡沫钻井 玻璃微珠、塑料 微珠钻井 钻井流体
0.45～0.9
0.032～0.064 ﹥0.7 按压力梯度设计
泥饼环的形成及产生的后果
a) 差的清洗井眼效果
b) 形成泥饼环
c) 发生井下爆炸和着火
d) 发生卡钻
地层小流量出水的后果与处理
根据国外的经验，对付小于0.318m3/h的出水量使 用化学干粉能很好解决这个问题。最常用的是硬脂 酸钙、硬脂酸锌。另外一种是硅胶，它是一种极细
的吸水性颗粒。这些粉末包在岩屑的外面，不会形
● 泡 沫 钻 井
稳定泡沫是由气体（连续相）、液体（分散相）和表 面活性剂配制而成的一种流体，以这种流体作为循环介质 而获得欠压差的欠平衡钻井为泡沫钻井。有以下优点: • 循环压力低，减少了储层损害和漏失问题
• 钻入衬套时，在非胶结地层没有小孔冲蚀
• 优良的携岩能力，是水的7-8倍 • 低压缩要求
特殊工艺井钻井工艺技术
前
言
特殊工艺井一般指欠平衡井、水平井、大位 移井、分支井、小井眼井、套管钻井等。特殊工 艺井工艺复杂，施工难度大，几乎应用了目前世 界上90%的最前沿的钻井完井技术。随着油田勘 探开发得逐步深入和扩展，钻特殊工艺井数量越 来越多，掌握特殊工艺井技术势在必行。利用这 个机会，重点介绍一下欠平衡井和水平井钻井工 艺技术。
凉高山地层进行过试验，当时只是用清水钻进，进行“边
喷边钻”。90年代:塔里木油田解放128井欠平衡钻井的成
功，给我国欠平衡钻井推向了一个新的阶段。 目前，我国各海上、陆地油田已引进各种类型旋转防喷 器近40套，共进行了120多口欠平衡钻井试验。国内克拉 玛依、四川、胜大港等先后开展了现场试验。大港油田板 深7井、板深8井是国内最成功的范例，发现了亿吨级油气 田。
国外欠平衡钻井一览表
35.0%
30.0%
25.0% 20.0% 15.0% 10.0% 5.0% 0.0%
百分率 欠平衡井数
12000 10000 8000 6000 4000 2000 0
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
●我国早在60年代，已在四川油田磨溪构造的大安寨、
二、欠平衡钻井（UBD）的优点
● 防止和减少压差卡钻及井漏
压差粘附卡钻是由正压差引起，因此在易压差粘附卡钻井段、 地区，可防止压差粘附卡钻。同时也可用欠平衡钻井钻易破