石油钻井设备与工具-王镇全第六节闭环钻井技术简介
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石油钻井设备与工具-王镇全 第二节 螺杆钻具
定子
转子 转动 方向
封线，形成一Байду номын сангаас一个的密封空
腔。 当具有一定能量的压力液
进入转、定子形成的密封腔，
并从马达的一端流到另一端时， 推动转子在定子中转动，将液 压能转换为机械能，这就是螺 杆马达的基本工作原理。
液流
万向节
3、螺杆马达的机械特性分析
在不计损失时，根据容积式机械工作过程中的能量守恒，在单
1.2 井底温度
型有一定要求外，还要求转子与定子的长度须不小于最小
限度，即最小长度要大于螺距。 转子轴线和定子轴线间有一距离，称为偏心距，一般 以e 表示。
2 、工作原理
螺杆钻具是一种容积式(液压式)机械，其理论基础基于帕斯卡原 理.。
P1>P2
P2
P1
转子和定子具有特殊的啮
合结构，啮合点沿轴向经大于 一个螺距的距离后形成螺旋密
能转换为机械能。
特殊说明
旁通阀不是螺杆钻具工作时的必须部件。在
水平钻井中，为了防止停泵时环空钻井液内的岩 屑从旁通阀的筛板进人马达，往往不装旁通阀， 或把旁通阀的弹簧取出来使旁通阀呈常闭状态， 而在直井段的钻柱上安装一个钻柱旁通阀，来代 替钻具旁通阀的作用。
二、马达的结构及工作原理
1、马达的组成及结构简介
速大扭矩特性。
三） 万向轴总成
万向轴总成由两个元件组成：壳体和万 向轴。壳体通过上、下锥螺纹分别和马达 定子壳下端及传动轴壳体上端相连接。
直螺杆钻具的万向轴壳体无结构弯角， 而弯壳体螺杆钻具万向轴壳体则是一个带 有结构弯角的弯壳体。
万向轴有几种不同的结构形式， 例如应用最普遍的为瓣型连接轴和挠 性连接轴(有一定柔度、上下两端为 连接螺纹的光轴）以及其他形式的万 向轴。万向轴的上端和马达转子下端 相连，而下端则和传动轴上端的导帽 相连。
闭环钻井技术
闭环钻井技术引言石油工业的根本性目的是在提高生产效益的基础上尽量降低生产成本，在钻井工程中的具体反映则是如何更快、更好、更高质量和更经济地完成钻井任务。
这一奋斗目标促使了各种新工艺、新工具、新技术的出现，新颖优质PDC钻头，优质牙钻头，顶部驱动钻机，各种新型井下动力工具，优良的钻井液体系和配方等，为钻井速度的提高提供了坚强的后盾，优化钻井新技术则为降低钻井成本创造了条件。
在此基础上，定向井、水平井、丛式井等一系列特殊形式的新技术在某种意义上使钻井技术发生了质的飞跃。
MWD、LWD测量技术、井身轨迹控制技术、导向技术、轨迹预测技术等都是随之而发展起来的新技术。
而定向井、水平井、丛式井等体现出巨大经济优势，正是这种技术发展的原动力。
一方面，可使油气田开发方式更加多样化，使油田开采真正进入立体化阶段，解除了地面环境条件对油井布置的限制；另一方面，可使油层中井段的长度进一步加长，增加油层的泄油面积，为提高单井或井组产量提供了潜力；再一点就是地面占用面积的减少，为降低钻井成本创造了条件。
大位移井作为定向井、水平井技术的进一步发展形式既能反映定向井、水平井的技术和经济优势，同时是又具有更大的经济效益和更高的技术水平。
分支水平井利用同一主井眼钻出位于不同层位或同一层位的多支水平井体系，一方面可使一口主井眼控制更多的产油区域，使泄油面积进一步增加；另一方面，主井眼、井场、公路和配套设备的节省将使原油成本进一步下降。
尤其是在海上，石油平台的节省使它更具有竞争性。
面对大位移井ERD（Extended Reach Drilling）来说，其主要是利用井眼在地层中超长的延伸长度来控制泄油面积。
可从平台上进行大位移井的钻井，但更主要的是在沿海滩涂向海底延伸钻井，从而节省建造钻井平台的昂贵费用。
提高油层中井眼的长度所产生的经济效益显而易见，却也不易用数字加以说明，但从节约平台费用方面，则可给出两个令人惊讶的数字。
据报道，在英格兰南部Wytch Farm油田的开发中，利用了ERD技术，减少平台所节省的投资高达1.83亿美元。
石油钻井设备与工具-王镇全 《石油钻井设备与工具》说明
《石油钻井设备与工具》
(Oil drilling equipment and tool）
课程编码：
课内学时：32 学分：2
课程性质：选修
内容简介
本课程内容主要包括石油钻井设备的基本构成，设备与工具的功能、种类、工作原理和性能参数，石油钻井设备与工具的优选方法，石油钻井设备与工具的现状和发展趋势；涉及的钻井设备与工具主要包括：钻机、钻头、井下动力钻具、井眼轨迹测量与控制仪器等。
这些教学内容将为学生今后从事油气井工程相关工作时正确地选择、操作、维护及设计改进钻井设备与工具奠定基础。
修课对象
石油工程专业。
先修课程
机械原理，电工学，工程力学。
教材及主要参考书
推荐教材：《石油钻井设备与工具》多媒体课件，中国石油大学（北京）油气井工程系王镇全自编。
主要参考书：
1、钻井工程理论与技术。
陈庭根管志川主编。
石油大学出版社，2000年8月。
2、钻井工程设计。
周开吉郝俊芳编。
石油工业出版社，1996年2月。
开课单位
石油天然气工程学院。
石油钻井设备与工具-王镇全第四节聚晶金刚石钻头
①聚晶金刚石复合片 结构：
复合片为圆片状，金刚石层厚度一般小于3 mm， 切削岩石时作为工作层，碳化钨基体对聚晶金刚石薄 层起支撑作用。 特点：
A、金刚石和硬质合金两种材料的有机结合，使 PDC既具有金刚石的硬度和耐磨性，又具有硬质合金材 料的强度和抗冲击能力。
聚晶金刚石层
硬质合金
图1 爪型复合片
对于通常采用的圆弧形冠部，其形状可由内锥角和外锥圆 弧半径r两个参数确定（图）。
②冠部形状参数确定方法 冠部内锥角的大小影响钻头的稳定性，内锥角越
小钻头越稳定。随着地层硬度的增加，内锥角逐渐减小、 内锥高度增加，以保持钻头的稳定性。内锥深度与内锥 角有关，按内锥角的大小将内锥深度分为浅锥和深锥两 种，对应关系为：
因而，金刚石钻头的设计、制造和使用中必须避免金刚石材料经受高的 冲击载荷并保证金刚石切削齿的及时冷却 。
5、金刚石切削齿
1）单晶金刚石 种类：天然、人造 特点：颗粒小。
2）聚晶金刚石 聚晶金刚石是将直径约1～100um之间的人造金刚石单
晶微粉，加入一定配比的粘结金属或其他材料在高温高压
下聚合而成的大颗粒的多晶金刚石材料。有PDC和TSP两类。
5 、刀翼数量、形状及位置角
①刀翼数量 对刮刀PDC钻头而言，钻头冠部形状确定后， 刀翼数量决定了切削齿的布齿密度和数量。同 时其位置角影响钻头的整体受力和流道的结构。
地层越硬钻头磨损越严重，需要增加切削齿的 数量，刀翼数量也越多。常规钻头刮刀数范围为 3~9。刮刀数量与地层硬度的对应关系为：
②刀翼形状
③ 装配角
切削齿柱轴线与钻头轴线成一角度，此角称 作装配角。装配角为确定参数，由钻头的冠部形 状和齿径向半径决定。
④ 位置角
石油钻完井工艺及操作规范培训
04
钻机的选择和配置应根 据钻井的深度、地层条 件、钻井液要求等因素 进行。
钻头
01
02
03
04
钻头是直接破碎岩石的工具， 其质量和性能对钻井效率有重
要影响。
常见的钻头类型有刮刀钻头、 牙轮钻头和金刚石钻头等。
钻头的选择应根据地层特性、 岩石硬度、破碎方式等因素进
行。
钻头使用过程中应定期检查和 更换，以保证其锋利度和使用
在钻井过程中，应定期检查和维护井控设备，确保其正 常运转和及时应对突发情况。
常见的井控设备有防喷器、节流阀、压井阀等。
井控设备的操作应遵循相关规定和流程，确保人员安全 和环境保护。
2023
PART 03
钻井液与储层保护
REPORTING
钻井液的组成与性能
钻井液的组成
钻井液主要由水、粘土、加重剂 、化学处理剂等组成，根据不同 钻井需求，还可以添加其他处理 剂和材料。
2023
石油钻完井工艺及操 作规范培训
汇报人：可编辑
2023-12-31
REPORTING
2023
目录
• 石油钻完井工艺简介 • 钻井设备与工具 • 钻井液与储层保护 • 钻井操作规范与安全要求 • 完井工艺与操作规范 • 案例分析与实践操作
2023
PART 01
石油钻完井工艺简介
REPORTING
这些方法可以了解储层在钻井过程中的变化情况，从而优化储层保护技
术。
2023
PART 04
钻井操作规范与安全要求
REPORTING
钻井作业流程与操作规范
钻井作业流程
钻前准备、钻进、完井、试油、 交井等阶段，每个阶段都有相应
石油钻井设备与工具-王镇全 6第二节电动钻机
5、可实现反馈制动刹车
AC 变频调速电动机,可对下钻时的钻柱
载荷进行反馈制动刹车,起着绞车辅助刹车
作用,可以代替常规绞车中的水刹车或电磁
涡流刹车,所以AC变频电驱动绞车中可以取
消水刹车或电磁涡流刹车。
6、 使用安全方便、噪音低、维护简便
AC 电动机工作时不会产生工作火花。这意 味着在油田钻井时,不会出现电弧击穿现象,电动 机使用更为安全可靠。 交流变频电驱动调节可以手控和遥控,还可
容易实现正、反转,绞车可以不设倒挡,简
化了绞车结构。
③有很好的时效指标 操作方便,变速快,时间短,具有很好的 处理事故的功能和能力。
④适用深井快速起下钻具作业 在下钻时,利用钻柱自重进行动力制动, 发电反馈到电网,以确保绞车的刹车系统操 作安全省力、节约下钻时间。适用于深井 快速起下钻具。
⑤转速可无级调节能满足各种作业需要 尽管转盘只有两个或4 个钻井挡数,但 是由于直流电动机转速可以无级进行调节,
流变频电驱动钻机数量为全球之最。
与机械传动钻机相比电动钻机的主要特点为: 1、使绞车、转盘、钻井泵都实现了无级调速；
2、绞车设计为单轴, 经减速器驱动。体积小,
质量轻, 故障少;
3、极低速及恒扭矩输出；
5、数控恒钻压自动送钻。
4、司钻控制系统控制精确, 操作简单, 使司
钻摆脱了繁重的体力劳动。
一、直流电驱动钻机
第二节
电动钻机
世界石油钻机电驱动型式的技术发展,
经历了交流电驱动、直流电驱动、交流—
可控硅—直流电驱动和变频交流电驱动等4
个技术发展阶段。
交流变频电动机出现在20世纪80 年代，
交流变频调速电驱动钻机是目前最先进的 电动钻机。
钻井设备和工具PPT课件
36
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 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
37
刮刀钻头的应用
• 刮刀钻头制造工艺简单，成本低； • 刮刀钻头适用于松软－软地层，钻速快 • 刮刀钻头容易磨损成锥形，造成缩径和井斜； • 刮刀钻头产生剧烈的扭转振动，破坏钻具和设备； • 刮刀钻头目前逐渐被PDC钻头取代。
钻绳 游车
大钩
绞车
死绳锚
存储滚筒
①下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼；
②起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。
9
起 升 系 统 ↓ 天 车| 游 车| 钢 丝 绳
10
2、旋转系统
转盘 水龙头 钻头 钻柱
功能：
保证在钻井液高压循环的情况下，给井下钻具提供足够的旋转扭矩和 动力，以满足破岩钻进和井下其它要求。
泥浆池
泥浆循环流程
泥浆泵
振动筛、除气器、除砂 器、除泥器、离心机
水龙带 水龙头
高压管汇 立管 固控设备
加重装置
泥浆泵
立管
地面高压管汇 方钻杆
水龙带 地面排出 管线
水龙头
钻柱 环形空间
钻头
废水池
泥浆池
振动筛
岩屑下滑
钻杆
环空 钻铤 井眼 钻头
环形空间的概念
1 井眼 2 钻铤外壁 3 钻铤内壁 4 钻井液 5 环形空间 6 钻头
38
牙轮钻头
牙轮钻头的结构
牙轮钻头由钻头体、牙爪（巴掌）牙 轮及牙齿、轴承、储油润滑密封系统、 喷嘴等部分组成。
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 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
37
刮刀钻头的应用
• 刮刀钻头制造工艺简单，成本低； • 刮刀钻头适用于松软－软地层，钻速快 • 刮刀钻头容易磨损成锥形，造成缩径和井斜； • 刮刀钻头产生剧烈的扭转振动，破坏钻具和设备； • 刮刀钻头目前逐渐被PDC钻头取代。
钻绳 游车
大钩
绞车
死绳锚
存储滚筒
①下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼；
②起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。
9
起 升 系 统 ↓ 天 车| 游 车| 钢 丝 绳
10
2、旋转系统
转盘 水龙头 钻头 钻柱
功能：
保证在钻井液高压循环的情况下，给井下钻具提供足够的旋转扭矩和 动力，以满足破岩钻进和井下其它要求。
泥浆池
泥浆循环流程
泥浆泵
振动筛、除气器、除砂 器、除泥器、离心机
水龙带 水龙头
高压管汇 立管 固控设备
加重装置
泥浆泵
立管
地面高压管汇 方钻杆
水龙带 地面排出 管线
水龙头
钻柱 环形空间
钻头
废水池
泥浆池
振动筛
岩屑下滑
钻杆
环空 钻铤 井眼 钻头
环形空间的概念
1 井眼 2 钻铤外壁 3 钻铤内壁 4 钻井液 5 环形空间 6 钻头
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牙轮钻头
牙轮钻头的结构
牙轮钻头由钻头体、牙爪（巴掌）牙 轮及牙齿、轴承、储油润滑密封系统、 喷嘴等部分组成。
石油钻井设备与工具-王镇全 第三节 牙轮钻头
量的情况下，增大碳化钨的粒度，可以提高硬质合金的韧性，而其
硬度和耐磨性不变。
镶齿牙轮钻头齿的形状
镶齿牙轮钻头齿的形状是根据地层条件设计的。一般情况下，
尖、长齿适应于软地层，短、钝齿适合硬地层。具有代表性的齿 形描述如下：
①楔形齿
齿形呈“楔子”状，齿尖角由65°～90°不等。适用于破碎具有高塑 性的软地层以及中硬地层，齿尖角小的适合软地层，齿尖角大的适合较
3、镶齿
镶齿牙轮钻头是在牙轮上钻出孔后，将硬质合金材料制成的齿镶
入孔中。
牙轮钻头上使用的硬质合金是碳化钨(WC)一钴(Co)系列硬质合金。 它是以碳化钨粉末为骨架金属、钴粉末为粘结剂，有时加入少量的
钽或铌的碳化物用粉末冶金方法压制、烧结而成的。合金中随着钴
的含量的增加，密度有所下降，硬度逐渐降低，即耐磨性能降低， 但抗弯强度逐渐增大，且冲击韧性也提高。在不改变碳化钨和钴含
硬地层。
②勺形齿 美国休斯公司80年代推出的新齿形。它是一种不对称的楔形齿，其 切削地层的工作面是内凹的勺形，背面是微向外凸的圆弧形。这种结构 改善牙齿的受力状况，既提高了破碎效率又增强了齿的强度，可高效破 碎极软至中软地层岩石。
③圆锥形齿
锥形有长70°的中等锥形齿用来钻中硬地层，如灰岩、白云岩、砂
第三节 牙轮钻头
牙轮钻头是石油钻井工程中应用最为广泛的一种钻
头。牙轮钻头按牙齿的固定方式可分为镶齿和铣齿两种
类型。
镶齿 铣齿
按轴承类型分为：滚动轴承和滑动轴承两类； 按密封类型分为：橡胶密封和金属密封两类。
橡胶密封
金属密封
一、 牙轮钻头结构简介 一、牙轮钻头的结构
牙轮钻头结构描述：
钻头上部车有丝扣，供与钻柱连接用；
石油钻井设备与工具-王镇全第二节钻井工艺概述
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环保化钻井
总结词
环保化钻井技术注重环境保护和可持续发展，通过减少污染和提高资源利用效率 来降低环境影响。
详细描述
环保化钻井技术包括使用环保钻井液、优化钻井工艺、回收利用钻屑等措施。通 过这些技术手段，可以减少钻井过程中的环境污染，降低对生态系统的破坏。同 时，提高资源利用效率，降低能源消耗和资源浪费，实现可持续发展。
钻井液配制
钻井液是钻井过程中的重要组成 部分，需要根据不同的地质条件 和钻井要求选择合适的钻井液配 方。
环境挑战
环境保护
钻井过程中需要采取措施保护环境，减少对周围生态 的影响。
噪音和振动
钻井设备运行过程中会产生噪音和振动，对周围居民 和环境造成影响。
废弃物处理
钻井过程中会产生大量废弃物，需要进行妥善处理和 回收。
第二节 钻井工艺概述
contents
目录
• 钻井工艺简介 • 钻井工艺流程 • 钻井工艺的应用 • 钻井工艺的挑战与解决方案 • 未来钻井工艺的发展趋势
01
钻井工艺简介
钻井工艺的定义
钻井工艺：指利用钻机设备对地层进 行钻孔、扩孔和成井的工艺过程，包 括钻孔设计、钻进技术、钻孔处理、 钻孔保护和钻孔应用等环节。
03
非常规钻井的难点在于如何应 对低渗透、低压力、低产量的 地质条件，以及如何提高单井 产量和采收率。
04
钻井工艺的挑战与解决 方案
技术挑战
钻井设备老化
随着设备使用时间的增长，钻井 设备的性能和可靠性会逐渐降低， 需要定期维护和更换。
钻井参数优化
钻井过程中需要根据地质条件、 钻井液性能等因素不断调整钻井 参数，以达到最佳的钻井效果。
钻井设备简介课件
contents •钻井设备概述•钻机设备介绍•钻具介绍•钻井泵介绍•辅助设备介绍•钻井设备的发展趋势及展望•钻井设备的应用案例分析目录01陆地钻机主要用于地质勘探、油气开发和地下水开采等领域；而海洋钻机则主要用于海洋油气开发等领域。
此外，根据使用目的和钻探对象，钻井设备还可分为石油钻井设备、地质钻井设备、水文钻井设备等。
根据钻探深度和规模，钻井设备可分为陆地钻机和海洋钻机两大类。
钻井设备的发展历程02钻机的组成01020304钻机主机辅助设备传动系统控制系统井口装置钻头泥浆泵发电机组钻机的主要部件钻机的操作流程准备工作安装钻机调试设备完成作业开始钻井监控数据03稳定器泥浆泵按用途分类可分为整体式钻具、分体式钻具、可调式钻具等。
按结构分类按材质分类确保钻具无损伤、无裂纹、连接部位紧固可靠。
使用前检查操作要求使用过程中监控使用后保养操作人员需经过专业培训，熟悉钻具结构、性能及操作规程。
密切关注钻进状态，发现异常及时停钻检查。
清洗、检查、润滑、存放干燥处。
钻具的使用注意事项04钻井泵的组成01020304钻井泵是一种往复泵，通过柱塞在缸套内作往复运动来吸入和排出流体。
当柱塞向后运动时，缸套内压力降低，流体被吸入；当柱塞向前运动时，缸套内压力增加，流体被排出。
通过多个柱塞的往复运动，可以实现大量流体的吸入和排出。
钻井泵的工作原理钻井泵的分类及特点05作用组成特点030201绞车组成泥浆泵主要由泵头、泵缸、传动轴、吸入管等组成。
作用泥浆泵是钻井设备中的重要组成部分，主要用于向钻头输送高压泥浆，以保持钻头的冷却和清洗。
特点泥浆泵的泵头和泵缸是整个泥浆泵的关键部分，其材料和性能对泥浆泵的使用寿命和效率有重要影响。
泥浆泵组成特点作用顶部驱动装置06高效节能钻井设备智能化技术应用高效节能化自动化钻井技术自动化钻井技术是未来钻井设备的重要发展方向之一。
通过自动化技术，可以实现钻井设备的远程控制、自动化操作等功能，提高钻井作业的效率和安全性。
石油钻井设备与工具王镇全第六节其它类型钻头
种类及特点： 领眼钻头+水力控制扩眼接头 特点：扩眼直径大，但由于水力控制，井眼直径较难
控制。 可膨胀钻头 特点：新型扩眼钻头，克服了以上扩眼钻头的缺点，
但加工制造有难度
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
水 力 胀 开 式 扩 眼 器
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
可变径扩眼钻头( Expandable Bit)
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
Open / Close Function Test
Closed (Low Pressure)
Open (Full Pump Pressure)
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
Deep Water Drill-In Casing
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
超高压喷射钻头
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
PDC钻头基本结构
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/29
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
Sea Level
8000ft Water
2000ft Formation
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
Deep Water Drill-In Casing
Sea Level
8000ft Water
2000ft Formation
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
Deep Water Drill-In Casing
控制。 可膨胀钻头 特点：新型扩眼钻头，克服了以上扩眼钻头的缺点，
但加工制造有难度
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
水 力 胀 开 式 扩 眼 器
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
可变径扩眼钻头( Expandable Bit)
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
Open / Close Function Test
Closed (Low Pressure)
Open (Full Pump Pressure)
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
Deep Water Drill-In Casing
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
超高压喷射钻头
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
PDC钻头基本结构
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/29
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
Sea Level
8000ft Water
2000ft Formation
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
Deep Water Drill-In Casing
Sea Level
8000ft Water
2000ft Formation
石油钻井设备与工具王镇全第六节其 它类型钻头
Deep Water Drill-In Casing
精选石油钻井设备与工具王镇全连续油管钻井技术
Stiff Wire Line (SWL)
• High angle wells for real time logging (PLT)
• Depth correlation • Perforating • Treatment monitoring • DUCT directional
• Memory logging….?
一、连 续 油 管 钻 井 技 术简介
连续油管亦称挠性油管、盘管。连续油管钻 井技术是90年代国 外大力研究和发展的热门钻 井技术之一。1991年，ELF公司首次使用新研制 的连续油管在巴黎盆地钻井取得成功，并证实了 它的可行性。
1、地面设备 地面设备主要包括连续油管作业机 及有关设备、循环系统和井控系统。
DUCT deployment
BJ Type
CT Injector head
Inside tension Outside tension
Load cells
Stuffing box
APR RIH Job Type From Jan 1999 to Sept 2001
Tools 13%
Rotojet 5%
3、连续油管钻井对小直径浅直井、定向井和水平 井都适合。其应用范围包括：新的浅直井、定向井 和水平井，老井加深、侧钻，过油管钻井，产层取 心以及完井钻井等。连续油管钻井的另一个用途是 欠平衡钻井，而且在此领域有着巨大的潜在市场。
4、用连续油管钻机进行钻井的最大优点是井控安全， 操作简便灵活，不接单根，不必压井就可以进行换钻头 和起下钻作业。连续油管钻井深度目前已达到3000m左右， 过油管侧钻的深度已达到5000m。
③ 井控系统：连续油管防喷器组。
2、底部钻具组合（BHA）
石油钻井设备与工具王镇全第一节钻柱
为了增强管体与接头的连接强度，管体两端加厚。常用的加厚形式 有内加厚、外加厚、内外加厚三种。
根据美国石油学会（American Petroleum Institute）（简称API） 的规定，钻杆按长度分为三类： 第一类:5.486一6.706m(18一22ft); 第二类:8.230-9.144m(27-30ft); 第三类:11.582一13.716m(38一45ft)。
钻杆
缓降 斜段
或者： Ф165钻头++Ф161螺旋扶正器＋ Ф120钻铤(1根)+ Ф161螺旋扶正器+
Ф120无磁钻铤(1根)＋Ф120钻铤(15
根)+ Ф88.9钻杆
1、钻杆
钻杆是钻柱的基本组成部分。它是用无逢钢 管制成，壁厚一般为9~11mm。其主要作用是传递 扭矩和输送钻井液，并靠钻杆的逐渐加长使井眼 不断加深。因此，钻杆在石油钻井中占有十分重 要的地位。
（3）钻杆接头及丝扣
钻杆接头是钻杆的组成邪分，分公接头和母接头， 连接在钻杆管体的两瑞。
接头上车有丝扣（粗扣），用以连接各单根钻杆。在 钻井过程中，接头处要经常拆卸，按头表面受到相当大的 大钳咬合力的作用，所以钻杆接头壁后较大，接头外径大 于管体外径，并采用强度更高的合金钢。
丝扣的连接必须满足的三个条件：
2、钻铤 钻铤处在钻柱的最下部，是下部钻具组合的主要组成部分。 特点： 壁厚大（一般为38-53mm，为钻杆的4-6倍），具有较大的重力和
刚度。钻铤两端管体上直接车接头，不另加接头。 作用： ① 给钻头施加钻压； ② 保证压缩条件下的必要强度； ③ 减轻钻头的振动、摆动和跳动，使钻头工作平稳； ④ 控制井斜。
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3、Patience is bitter, but its fruit is sweet. (Jean Jacques Rousseau , French thinker)忍耐是痛苦的，但它的果实是甜蜜的。10:516.17.202110:516.17.202110:5110:51:196.17.202110:516.17.2021
根据美国石油学会（American Petroleum Institute）（简称API） 的规定，钻杆按长度分为三类： 第一类:5.486一6.706m(18一22ft); 第二类:8.230-9.144m(27-30ft); 第三类:11.582一13.716m(38一45ft)。
钻杆
缓降 斜段
或者： Ф165钻头++Ф161螺旋扶正器＋ Ф120钻铤(1根)+ Ф161螺旋扶正器+
Ф120无磁钻铤(1根)＋Ф120钻铤(15
根)+ Ф88.9钻杆
1、钻杆
钻杆是钻柱的基本组成部分。它是用无逢钢 管制成，壁厚一般为9~11mm。其主要作用是传递 扭矩和输送钻井液，并靠钻杆的逐渐加长使井眼 不断加深。因此，钻杆在石油钻井中占有十分重 要的地位。
（3）钻杆接头及丝扣
钻杆接头是钻杆的组成邪分，分公接头和母接头， 连接在钻杆管体的两瑞。
接头上车有丝扣（粗扣），用以连接各单根钻杆。在 钻井过程中，接头处要经常拆卸，按头表面受到相当大的 大钳咬合力的作用，所以钻杆接头壁后较大，接头外径大 于管体外径，并采用强度更高的合金钢。
丝扣的连接必须满足的三个条件：
2、钻铤 钻铤处在钻柱的最下部，是下部钻具组合的主要组成部分。 特点： 壁厚大（一般为38-53mm，为钻杆的4-6倍），具有较大的重力和
刚度。钻铤两端管体上直接车接头，不另加接头。 作用： ① 给钻头施加钻压； ② 保证压缩条件下的必要强度； ③ 减轻钻头的振动、摆动和跳动，使钻头工作平稳； ④ 控制井斜。
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3、Patience is bitter, but its fruit is sweet. (Jean Jacques Rousseau , French thinker)忍耐是痛苦的，但它的果实是甜蜜的。10:516.17.202110:516.17.202110:5110:51:196.17.202110:516.17.2021
钻井完整版 ppt课件
第一章 钻井地质基础知识
钻井完ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ版
• 第一章、钻井地质基础知识 一、岩石的机械性质
1、岩石的机械性质 ⑴岩石的强度：岩石的强度是指抵抗外力破坏的
能力。
⑵硬度：岩石的硬度是指岩石抗压入的极限强
⑶岩石的塑性：在外力作用下，岩石破碎前呈现 永久变形的性质叫岩石的塑性。
⑷岩石的研磨性：钻头破碎岩石的同时，其本身 也受到岩石磨损，这种岩石磨损钻头的能力称 为岩石的研磨性。
⑶在轻钻井液中，固相含量应不超过10％（体积） 或密度不大于1150kg/m3。
⑷无用固相含量与膨润土含量的比值，应控制 在2﹕1～3﹕1。
钻井完整版
• 五）、PH值与钻井工作的影响 • 1、PH值过高，OH-在粘土表面吸附，会
促进泥页岩的水化膨胀和分散，对巩固 井壁、防止缩径和坍塌都不利，往往会 引起井下复杂情况的发生。另外，高PH 值的钻井液具有强腐蚀性，缩短了钻具 及设备的使用寿命。 • 2、通过PH值的变化，可以预测井下情况。 如盐水侵、石膏侵、水泥侵等都会引起 PH值的变化。
⑴粘土岩层。泥岩和页岩一般较软，钻速快，但 容易产生钻头泥包。这种地层极易吸收钻井液 中的自由水而膨胀，导致井径缩小。随着浸泡 时间的延长，井壁会产生垮塌现象，井径扩大。
⑵砂岩层。砂岩一般来说是较好的渗透层，在井 壁上易形成较厚的滤饼，易引起泥饼粘附卡钻。 另外滤饼对测井也有影响，所以必须使用优质 钻井液。
⑶砾岩层。在砾岩层中钻进易发生跳钻、蹩钻和 井壁垮塌。
⑷在当地层软硬交错时，易发生井斜，地层倾角 较大者也易发生井斜。
⑸当岩层中含有可溶性盐类，即钻到石膏层、 盐岩层时，要注意对钻井液性能的影响。
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二、钻井中地质录井工作 1、钻时录井
钻井完ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ版
• 第一章、钻井地质基础知识 一、岩石的机械性质
1、岩石的机械性质 ⑴岩石的强度：岩石的强度是指抵抗外力破坏的
能力。
⑵硬度：岩石的硬度是指岩石抗压入的极限强
⑶岩石的塑性：在外力作用下，岩石破碎前呈现 永久变形的性质叫岩石的塑性。
⑷岩石的研磨性：钻头破碎岩石的同时，其本身 也受到岩石磨损，这种岩石磨损钻头的能力称 为岩石的研磨性。
⑶在轻钻井液中，固相含量应不超过10％（体积） 或密度不大于1150kg/m3。
⑷无用固相含量与膨润土含量的比值，应控制 在2﹕1～3﹕1。
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• 五）、PH值与钻井工作的影响 • 1、PH值过高，OH-在粘土表面吸附，会
促进泥页岩的水化膨胀和分散，对巩固 井壁、防止缩径和坍塌都不利，往往会 引起井下复杂情况的发生。另外，高PH 值的钻井液具有强腐蚀性，缩短了钻具 及设备的使用寿命。 • 2、通过PH值的变化，可以预测井下情况。 如盐水侵、石膏侵、水泥侵等都会引起 PH值的变化。
⑴粘土岩层。泥岩和页岩一般较软，钻速快，但 容易产生钻头泥包。这种地层极易吸收钻井液 中的自由水而膨胀，导致井径缩小。随着浸泡 时间的延长，井壁会产生垮塌现象，井径扩大。
⑵砂岩层。砂岩一般来说是较好的渗透层，在井 壁上易形成较厚的滤饼，易引起泥饼粘附卡钻。 另外滤饼对测井也有影响，所以必须使用优质 钻井液。
⑶砾岩层。在砾岩层中钻进易发生跳钻、蹩钻和 井壁垮塌。
⑷在当地层软硬交错时，易发生井斜，地层倾角 较大者也易发生井斜。
⑸当岩层中含有可溶性盐类，即钻到石膏层、 盐岩层时，要注意对钻井液性能的影响。
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二、钻井中地质录井工作 1、钻时录井
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4、全闭环钻井阶段
这是钻井技术发展的最高阶段。井下 采用智能化钻井系统, 地面监控和操作采 用规范的自动化系统。地面中心控制计算 机控制整个钻井作业系统, 井下智能钻井 系统则带有独立的井下微电脑。此时, 作 业人员就可全部或大部分从作业环节中解 放出来, 从而实现钻井的整体优化。目前 离实现全闭环钻井还有一段距离。
油气井钻井将发展为像航天、航海领 域的自主导弹那样高水平的“自主钻井导 弹”和双闭环(井下与地面之间的大闭环及 井下导向工具与井下测量系统之间的井下 小闭环) 系统。实现这一目标的核心技术 主要有：
1、先进的导向钻井工具
(1) 滑动式导向工具 滑动式导向工具是导向作业时钻柱不
旋转(随钻头向前推进, 钻柱沿井壁轴向滑 动)。目前这类导向工具占主导地位, 主要 有弯壳体马达(含单弯、同向双弯、异向双 弯导向马达)、可调弯接头、可变径稳定器 等。
3、 井下闭环阶段
指井身轨迹控制完全可以离开人的干预(特 殊需要时例外) , 井下信息测量、传输、处理以 及控制指令的产生和执行完全自动进行。有先进 的随钻测量工具(MWD 等) 和功能较强的井下可调 控工具。同时, 必须有性能很好的微电脑(能承受 井下的恶劣环境)。
井下闭环钻井作业可分为两类:
• Has 3
pads
driven by
hydraulic
Pad in
actuators
• Actuators apply lateral force to the bit while always rotating at
2、导向方式
不论是滑动式还是旋转式井下闭环钻井系统, 都必须选择合适的导向方式。导向方式主要有两 种:
(4) 数据的整体综合解释, 主要包括把测量 数据解释成有用的参数以指导作业, 同时 用“人工智能”把全世界范围内的专家经 验应用于井场;
(5) 地面操作控制自动化, 把人从钻井作业 过程中解放出来;
(6) 井下操作自动控制, 主要是利用“智能” 型井下工具和自动的井底钻具组合进行控 制。
三、实现闭环钻井的核心技术
导向钻井系统
（AKO导向马达）
向控制
Q
(2) 旋转式导向工具
旋转式导向工具是导向作业时钻柱旋 转。现有的旋转式导向工具分为两类：
①静止式旋转导向工具(即导向工具的 导向翼肋相对井壁不转动) ；
②可调节式的旋转导向工具(即在旋转 过程中实现导向)。
PowerDrive Principle of Operation
钻机 双向通讯
卫星通讯 计算机
地面发射器/接收器
公司办公室
• 执行机构 • 测量系统 • 控制系统 • 双向通讯
井下发射器/接收器 微处理器 传感器组(随钻测量)
可调接头
井下马达 钻头
闭 环 钻 井 技 术 的 流 程 框 图
二、闭环钻井技术的必要条件
要实现闭环钻井作业的全过程, 必须 具备以下六个条件: (1)地面测量,主要包括泥浆录井, 钻井参数 地面测量; (2)井下随钻测量, 目前主要采用MWD、LWD 等井下测量工具; (3)数据采集, 同时包括地面计算;
(1) 几何导向 主要是以预置的井眼轨迹或井下实时设计的
井眼轨迹为参考量。导向作业时, 将实测的轨迹 参数与控制参考量作比较, 由控制机构给出合适 的控制指令, 从而使钻头沿最优的井眼轨迹钻进。
(2) 地质导向
在拥有几何导向能力的同时, 又能根据随钻 测井(LWD) 得出的地层岩性、地层层面、油层特 点等地质特征参量, 随时控制井下轨迹,使钻头沿 地层最优位置钻进。在预先并不掌握地层性质特 点、层面特征的情况下, 实现精确控制。
2000 2005 2010
常规转盘钻井 喷射钻井 最优化钻井
定向井 丛式井
水平井 多分枝水平井 地质导向钻井 小井眼井 大位移井 自动化钻井
一、钻井作业自动化的发展过程
钻井作业自动化的发展过程可划分为井下开环、井 下半闭环、井下闭环和全闭环四个技术发展阶段： 1、 井下开环钻井阶段
指井下操作全部由人来完成, 只有一般的井下测量 工具。井眼轨迹的控制只能利用预测技术和更换井底钻具 组合来进行。井眼轨迹质量差, 钻井效率低, 安全性差。
如果井下开环钻井用自动化钻机, 就成为地面闭环、 井下开环钻井; 否则为地面开环、井下开环钻井。
2、井下半闭环钻井阶段
有较先进的井下测量工具(如MWD)，有地面可控的井 下工具。测量数据向地面传输, 经过计算机处理及地面模 拟, 通过传输通道向井下传送操作指令, 随后对井下操作 进行控制。
与井下开环系统相比, 测量精度高、实时性强、信 息量大。操作指令更大程度上依靠计算机处理得到, 人为 经验减少。井下可控工具(包括可变径稳定器、可调弯接 头、可变弯角井下动力钻具、可伸缩偏心块等) 使得起下 钻操作大幅度减少, 钻井效率显著提高。目前许多水平井、 定向井都是利用井下半闭环钻井技术完成的。
(1) 中心电脑放在地面。通常是测量信息通过传输通道传到 地面, 经中心处理机处理后, 控制指令传给顶部驱动钻机, 由顶部驱动钻机来改变井下工具的工具面。也可以是中心 电脑发出的控制指令传给井下可控工具, 从而改变井下工 具的结构参数。
(2) 中心电脑放在井下。随钻测量信息传给井下电脑, 由井 下电脑发出控制指令来控制井下可控工具的工作状态。测 量信息同时传给地面计算机进行模拟研究, 用来监测井下 作业效果。
• Side force or push the bit tool • Pads extend dynamically from a rotating housing • Curvature defined by 3 points of contact
PowerDrive Bias Unit
Pad out
第六节 闭环钻井技术简介
前言
环指钻井作业过程。闭环钻井是指钻 井过程的整体优化。
闭环钻井的目标是实现钻井过程的全 面自动化、智能化, 解放钻井人员、提高 整体经济效益。
钻井自动化发展趋势
传统转盘钻具
导向马达
螺杆钻具
MWD
计算机
自动化钻井
PDC钻头 井下遥 控工具
1950
1960
1970
1980
1990