油气井结构相关知识

第二章油气井工程基本知识

本章主要内容

1.钻井方法概述

2.油气井钻井基本工艺流程

3.油气井工程常用术语

第一节钻井基本方法概述

从地面钻一孔道直达油气层即钻井（图2.2.1）。钻井的实质就是要设法解决破碎岩石和取出岩屑、保护井壁、继续加深钻进方面的问题。钻井的方法主要有两种

钻井方法顿钻钻井旋转钻井地面驱动旋转钻井井下动力钻具井下驱动旋转钻井

地面与井下动力复合驱动旋转钻井

1.顿钻钻井法顿钻钻井法又称冲击钻井法。相应的钻井设备称顿钻钻机或钢绳冲击钻机。其设备组成及工作原理如图

2.2.2所示。

顿钻钻井的基本原理：

周期地将钻头提到一定的高度向下冲击井底，破碎岩石。在不断冲击的同时，向井内注水，将岩屑、泥土混成泥浆，等井底泥浆碎块积到一定数量时，便停止冲击，下入捞砂筒捞出岩屑，然后再开始冲击作业。如此交替进行，加深井眼，直至钻到预定深度为止。

顿钻钻井的特点：

顿钻法钻井，破碎岩石、取出岩屑的作业都是不连续的，钻头功率小、效率低、速度慢，远不能适应现代石油钻井中优质快速打深井的要求。2.旋转钻井法

旋转钻井法即利用驱动设备驱动钻头旋转，并给钻头施加钻压破碎岩

石，利用钻井液取出岩粉，使井眼连续不断的加深的钻井方式。

根据驱动方式的不同主要分为以下三种类型：

①地面驱动转盘旋转钻井和顶部驱动钻井法；

②井下动力钻具旋转钻井法；

③地面驱动与井下动力钻具复合旋转钻井法。

①地面驱动（转盘或顶部驱动）旋转钻井法转盘旋钻井法的设备组成和工作原理如图

2.2.3所示。钻进过程：井架、天车、游车、大钩及绞车组成起升系统，以悬持、提升下放钻柱。接在水龙头下的方钻杆卡在转盘中，下部承接钻杆柱、钻铤、钻头。钻杆柱是中空的，可通人清水或钻井液。工作时，动力机驱动转盘，通过方钻杆带动井中钻杆柱，从而带动钻头旋转。控制绞车刹把，可调节由钻柱重量施加到钻头上的压力即俗称钻压的大小，使方钻杆钻头以适当压力压在岩石面上

携岩过程：

旋转钻井携岩通过钻井液的循环实现。钻井液的循环路线如下：钻井

液罐经泵→地面管汇→立管→水龙带、水龙头→钻柱内→钻头→钻柱外环形空间→井口、泥浆(钻井液)槽→钻井液净化设备→钻井液罐。

钻井液循环连续带出被破碎的岩屑并保护井壁。

地面驱动旋转钻井的特点：

钻杆代替了顿钻中的钢丝绳，钻头加压旋转代替了冲击，钻井液连续循环携带岩粉。因此转盘旋转钻井法破碎岩石和取出岩屑都是连续的，克服了冲击钻井的缺点，提高了钻井效率。

80年代研究开发了顶驱钻井系统，首先成功地应用于海洋钻机，目前已迅速应用到陆地深井、超深井钻机上，呈现良好的发展前景。顶驱钻井系统的设备组成、工作原理将在以后介绍。

②井下动力钻具旋进钻井法从顿钻到转盘钻井，是钻井方法上的一次革命。但随着钻井深度的增加，钻杆柱在井中旋转不仅要消耗过多的功率，且容易引起钻杆折断事故，这就促使人们朝钻杆不转或不用钻杆的方向去寻求驱动钻头的方法。将动力装置放到井下去，从而诞生了井下动力钻具（如图2.2.5,2.2.6）旋转钻井法。井下动力钻具的工作原理：钻井泵将高压钻井液从钻柱内腔泵入动力钻具驱动动力钻具转子带动钻头旋转，实现破岩钻进。

③地面与井下复合驱动旋转钻井发

利用地面驱动装置（转盘或顶驱）和井下动力钻具同时驱动钻头工作的钻井方式称为复合驱动旋转钻井法（简称复合钻井）。

复合钻进时可用直或带结构弯角的单弯井下动力钻具。

“直井下动力钻具+ 地面驱动装置”工作时，钻头转速为两种驱动转速的叠加，增加了钻头转速，达到提高钻井速度的目的。

“单弯井下动力钻具+ 地面驱动装置”即所谓的导向钻具结合,定向时滑动钻进（地面驱动停止）,达到造斜、降斜及调整井眼方位的目的;导向钻进（地面驱动开启）时可实现增斜、稳斜的效果

复合钻井的特点：

①由于复合钻井钻头转速增加，可大幅度提高机械钻速。

②采用导向井下动力钻具进行复合钻进时,可以连续控制井眼轨迹,一趟钻可以完成造斜、增斜、稳斜、降斜、扭方位等多种钻进方式,大大减少了起下钻时间。

③井眼轨迹平滑。导向钻进和滑动钻进相结合的间隔变换,易于控制狗腿度,保证井下安全。