钻井工程各工艺流程详细介绍ppt课件

钻井知识及钻井技术讲座
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主要内容
前 言 第一章 油气井钻井方法及工艺 第二章 现代钻井技术发展概况
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第一章 油气钻井方法及工艺
钻井
利用一定的工具和技术在地层中 钻出一个较大孔眼的过程。
第一节 钻井方法
钻井方法
为了在地下岩层中钻出所要求 的孔眼而采用的钻孔方法。
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第一节 钻井方法
钻
人工掘井
井
人力冲击钻井法
方
顿钻钻井法
法
目前普遍使用
分
旋转钻井法
类
连续管钻井法
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旋转钻井法
转盘旋转钻井法
分 类 井底动力钻具旋转
钻井法
图1－2 转盘旋转钻井法
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旋转钻井示意图
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转盘旋转钻井法
钻头 钻柱加压
吃入地层 转盘旋转
破碎岩石 循环洗井液
清洗井底
图1－4 转盘旋转钻井法
设计井深
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转盘旋转钻井法
图1－5 转盘旋转钻井法
特点
①钻杆完成起下钻具、传递扭矩、 为钻头施加钻压、提供洗井液的 入井渠道等任务； ②钻头在一定的钻压作用下旋转 破岩，提高了破岩效率； ③在破岩的同时，井底岩屑被清 除出来；
④提高了钻井速度和效益。
目前这种方法在世界各国被广泛使用。
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井底动力钻具旋转钻井法
钻头 钻柱加压
吃入地层 动力钻具旋转
破碎岩石 循环洗井液
清洗井底
设计井深
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井底动力钻具旋转钻井法
旁通阀
涡轮钻具 上轴转承子
定子
分 螺杆钻具 中心轴
类
下方轴外向承壳轴
电动钻具
主轴
定子和转子
钻头
涡螺轮杆钻钻具具
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井底动力钻具旋转钻井法
特点
①转动钻头的动力由地面移到井 下，直接接在钻头之上； ②钻柱的功能只是给钻头施加一 定的钻压、形成洗井液通路和承 受井下动力钻具外壳的反扭矩；
③井底动力钻具的动力是由电源 或地面泥浆泵提供的、通过钻柱 内孔传递到井下的具有一定动能 和压力的洗井液流体或交流电。
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第二节 钻井设备
图1－10 大庆I－130型钻机
钻机：石油钻井的地面配套
设备，由多种机器设备组成 的一套大功率重型联合工作 机组，可以满足完成钻进、 接单根、起下钻、循环洗井、 下套管、固井、完井及特殊 作业和处理井下事故等要求。
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钻机的分类（钻井深度）
大型钻机 目前我油田有70DB、50DB、40DB、30DB钻机
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钻机的分类（钻井深度）
大型钻机 此外有ZJ50、ZJ40、ZJ32钻机
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钻机的分类（钻井深度）
中型钻机 目前我油田有20D、ZJ15D、20车载钻机
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钻机的分类（钻井深度）
轻型钻机 目前我油田有XJ550、XJ350、K61钻机
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钻机的分类（动力设备）
柴油机驱动钻机 以柴油机为动力，通过机 械传动或液力传动的钻机
直流电驱动钻机 工作机用直流电动机驱动。 海上钻井普遍采用
交流电驱动钻机 工作机用交流电动机驱动
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钻机的组成及功能
1、起升系统 2、旋转系统 3、循环系统 4、驱动与传动系统 5、气控系统 6、井控系统
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钻机的组成及功能
1、起升系统
(1)组成
井架、天车、游动滑车、大绳、 大钩及绞车
图1－11 大庆I－130型钻 机
(2)功能 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。
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钻机的组成及功能
2、旋转系统 (1)组成 水龙头、转盘
带动整个 保证在洗井 钻柱及钻 液循环时钻 头旋转 柱能够旋转
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钻机的组成及功能
2、旋转系统 (2)功能
保证在洗井液高压循环的 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。
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钻机的组成及功能
3、循环系统
(1)组成
泥浆泵、泥浆净化 装置(固相控制设备) 和泥浆槽、罐等 (2)功能
①从井底清除岩屑； ②冷却钻头和润滑钻具。
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钻机的组成及功能
3、循环示意图
泥浆泵 泥浆泵
⑥③
循
环
罐
②
井口
高架槽
振①
动 筛
节流管汇
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钻机的组成及功能
3、循环系统设备 (1)泥浆泵
(2)固控设备
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钻机的组成及功能
3、循环系统 洗井: 清洗井底、运移岩屑出井的工艺过程。
洗井液功能及类型:
洗井液：在钻井过程中，能够完成洗井循环而达
到清洗井眼目的的流体。包括泥浆、清水、空气
和天然气。
类型:
固相颗粒悬浮在
水基体系、油基体系和空气一水天或然油气中体所系形成
的一种分散体系
用的最多
用的最少
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钻机的组成及功能
3、循环系统
(1)清洗井底携带岩屑
(2)悬浮岩屑
洗
(3)阻止地层中油、气、水流入井内
井
(4)保护井壁，防止井壁坍塌
液 功 能
(5)冷却、润滑钻头和钻柱 (6)向井底传递水功率
(7)了解地层
(8)减轻钻柱或套管拄的悬重
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钻机的组成及功能
4、驱动与传动系统
(1)组成 动力机、传动部分
(2)功能 联变轴速柴器箱电油、、动机离皮机或合带器传、动 产生动力及，链并条把传动等力装传置递
给泥浆泵、绞车和转盘。
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钻机的组成及功能
5、气控系统
图1－15 大庆I－130型 钻机
(1)组成：
控制面板(控制机构)、传输 管线和阀门、执行机构以及压 气机等。
(2)功能：
确保对整个钻机各个工作机构 及其部件的准确、迅速控制， 使整机协调一致的工作。
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钻机的组成及功能
6、井控系统
(1)组成：
防喷器组、钻井四通、节流 管汇、压井管线以及液、气压 控制机构组成。
(2)功能：
控制井内的压力，防止地层流 体无控制地流入井中。
图6－4 大庆I－130型钻 机
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钻机的组成及功能
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钻机的组成及功能
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钻机的组成及功能
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钻机的组成及功能
钻井现场“十大件”
井架 转盘 泥浆泵
天车 绞车 柴油机 传动装置
大钩 水龙头 游动滑车
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第三节 钻井工具
井下钻具
井口工具
一、井下钻具
水龙头以下至钻头的管柱和工具的总称。主 要包括钻头和钻柱。
1、钻头
直接破碎岩石形成井眼的工具。
影响钻井速度最直接的因素之一
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衡量钻头破岩效率高低的主要指标
钻头寿命：
在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间(包 括划眼——在已钻出的井眼内旋转送钻、修整井壁的 过程)，单位为h；
钻头进尺：
在钻头寿命内，其钻进的井段长度，单位为m；
机械钻速：
用钻头的进尺除以纯钻进时间，即单位纯钻进时 间的钻头进尺，表示钻头破碎岩石的能力和效率，单 位为m／h。
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钻头的分类
按照钻切岩石面积及形状的不同：
全面钻进钻头 取芯钻头
特种钻头
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
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钻头的分类(刮刀钻头)
(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
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图6－6 刮刀钻头 37
钻头的分类(刮刀钻头)
刀翼数
两翼(鱼尾式)刮刀钻头 三翼刮刀钻头
分类
四翼刮刀钻头
刀冀底刃的形状
平底式刮刀钻头 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
图6－6 刮刀钻头
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钻头的分类(牙轮钻头)
(2)牙轮钻头
组成：钻头体、水眼、巴掌、轴承和牙轮等。
图1－7 牙轮钻头
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钻头的分类(牙轮钻头)
(2)牙轮钻头
工作原理：牙轮钻头在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿压 碎并吃入岩石，同时产生一定的滑动而剪切岩石。当牙轮 在井底滚动时，牙轮上的牙齿依次冲击、压入地层，这个 作用可以将井底岩石压碎一部分，同时靠牙轮滑动带来的 剪切作用削掉牙齿间残留的另一部分岩石，使井底岩石全 面破碎，井眼得以延伸。
破岩形式：具有冲击、压碎和剪切等多种形式。
适用地层：从软到坚硬的各种地层。
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钻头的分类(牙轮钻头)
特点
牙齿与井底接触面积小、比压高、 工作扭矩小等
分类
牙轮数目
单牙轮钻头 双牙轮钻头 三牙轮钻头 多牙轮钻头
最常用
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钻头的分类(金刚石钻头)
(3)金刚石钻头 磨铣型钻头
组成： 钻头体、切削齿、水眼、水槽等。
PDC钻头
破岩形式：破磨和铣削。
适用地层：坚硬地层。
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钻头的分类(金刚石钻头)
金刚石的来源 天然金刚石钻头
人造金刚石钻头
钻头的结构形状
金刚石钻头 金刚石刮刀钻头 聚晶金刚石复合片钻头(PDC钻头)
表镶金刚石钻头
金刚石镶装特点
孕镶金刚石钻头
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钻头的分类(取芯钻头)
钻杆 岩心筒
岩心 取芯钻头 砂子
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钻头的分类(特种钻头)
菱形钻头它的侧边和底部都具有刀 矛偏刃形心，钻钻工头梯头作：形用时在钻于都换头扩加小是大焊钻当井硬头井下质之眼部合直分金径。由主 前井要用段用它的途打大直是导变径下眼小或套，时用管起,来用前找拨来或中井找钻和底中进落的过专程中遇 领物泥眼使饼作其太用门居厚。工中时具，进便行于划打眼捞钻。进。
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钻柱
(1)定义
钻柱是用各种接头将方钻杆、钻杆 和钻铤等部件连接起来组成的入井管 柱，通常指钻头以上的钻具。
(2)功能 ①传递扭矩 ②施加钻压 ④延伸井眼 ⑤起下钻头
③输送洗井液 ⑥特殊作业
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钻 柱 (方钻杆)
①方钻杆 作用： 传递扭矩和承受钻柱的全部重量。
性能： 具有较高的抗拉强度和抗扭强度
形状：
断面：中空的正方形或六边形 壁厚：比一般钻杆大三倍左右 材料：强度较大的优质合金钢 长度：一般为13～16米
图1－17 国产方钻杆
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钻 柱 (钻杆与钻杆接头)
②钻杆与钻杆接头
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钻 柱 (钻杆与钻杆接头)
②钻杆与钻杆接头
作用： 传递扭矩与输送洗井液
形状：
材料：无缝圆钢管制成的； 壁厚：一般为9～11mm； 钻杆单根： 两端分别接上带粗扣的钻杆接头各一只(合
称一副)； 立根(或立柱)：三根钻杆连接在一起做为一个单元；
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钻 柱 (钻铤)
③钻铤
作用： 给钻头施加压力并保持自身处于不 弯曲状态以防止井斜。
形状：
壁厚而粗大，一般是38～53mm 单位长度重量大，相当于同尺寸钻杆的4～6倍。
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井口工具
指在起下钻过程中井口所用的工具。主要 有吊钳、吊卡、吊环、卡瓦、安全卡瓦、提 升短节等。
液
(1)吊钳
压
大
钳
和
吊
1-18
钳
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(2)吊卡
井口工具
(3)吊环
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井口工具
(3)安全卡瓦
(4)钻铤提升短节
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第四节 钻井类型
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
2.开发井
以开发为目的，为了给已探明的地下油气提供通 道，或为了采用各种措施使油气被开采出来所钻的 井。
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探
井
地质浅井 为配合地面地质和地球物理工作，以了解区域地质构
造，地层剖面和局部构造为目的的浅井
地质探井 以了解地层的时代、岩性、厚度、生储盖层组合，并
为地球物理解释提供各种参数为目的而钻的井
预探井 在地震详查和地质综合研究所确定的有利构造上以发
现油气藏为目的所钻的探井
详探井 在已发现油气的构造上，以探明含油气的面积和储量，
了解油气层结构变化和产能为目的所钻的井
资料井 为编制油气田开发方案，或在开发过程中为某些专题
研究取得第一手资料数据而钻的井
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开发井
油气井 为开发油气田，用大中小型钻机所钻的 采油、采气井，也叫生产井。
注入井 为合理开发油气田，提高采收率及开发 速度，用以对油气田进行注气、注水以 补充和合理利用地层能量所钻的井。
观察井 在已开发的油气田内，为了研究开发过 程中地下情况的变化所钻的井。
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第五节 基本钻井工艺过程
三个阶段： 钻前淮备 钻进 固井与完井
1．钻前准 备修公路、平井场及打水泥基础、钻井设备的
搬运和安排、井口准备（打导管和钻鼠洞）、 备足钻井所需要的各种工具、器材等。
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第五节 基本钻井工艺过程
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第五节 基本钻井工艺过程
2．钻进：进行钻井生产取得进尺的唯一过程。
井身结构：
指井内所下套 管层数、尺寸、 深度、水泥返 高等。
导管 表层套管 技术套管 生产套管
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第五节 基本钻井工艺过程
2．钻进：进行钻井生产取得进尺的唯一过程。
基本工艺过程：
①第一次开钻(一开)：下表层套管 ②第二次开钻(二开)：下技术套管
每改变一次钻头尺寸， ③第三次开开钻始(钻三一开新)：的井段的
设计井深，下工油艺层叫套开管钻，进行固井、完井作业