1、,鉆井知識培訓(xùn),The History of Drilling Drilling Rig and Tools Well Design The Procedure of Drilling Drilling Fluid Drilling Problems and Solutions Glossary,CONTENT,The History of Drilling,石油鉆井的概念 所謂石油鉆井是指利用專用設(shè)備和技術(shù)，在預(yù)先選定的地表位置處，向下或一側(cè)鉆出一定直徑的孔眼，一直達(dá)到地下油氣層的工作。,10/4/2020,3,石油鉆井的種類 區(qū)域普查井 ：基準(zhǔn)井、剖面井、 參數(shù)井、構(gòu)造井 探井：預(yù)探井、詳

2、探井、邊探井 開發(fā)井：生產(chǎn)井（油井、氣井）、 注入井（注水井、注氣井） 特殊用途井：檢查井、觀察井、調(diào)整井、 救援井等。,10/4/2020,4,基準(zhǔn)井：在區(qū)域普查階段，為了了解地層的沉積特征和 含油氣情況、驗(yàn)證物探成果而鉆的井。 剖面井：是為了研究地層巖性、巖相變化，為尋找含油 氣構(gòu)造而鉆的井。 參數(shù)井：為了解區(qū)域構(gòu)造，提供巖石物性參數(shù)而鉆的井。 構(gòu)造井：為了了解地質(zhì)構(gòu)造特征、驗(yàn)證物探成果，并編 制地下某一標(biāo)準(zhǔn)層的構(gòu)造圖。,10/4/2020,5,探井：為了確定油氣藏是否存在及其埋藏位置（預(yù)探 井），對油氣藏進(jìn)行工業(yè)評價(jià)及取得油氣開發(fā)所需 的地質(zhì)資料（詳探井），圈定油氣藏邊界及其儲(chǔ)量 （邊探

3、井）。 生產(chǎn)井：在進(jìn)行油田開發(fā)時(shí)，為開采石油和天然氣而 鉆的井。 注入井：開發(fā)后期為了提高采收率及開發(fā)速度，而對 油田進(jìn)行注水注氣以補(bǔ)充和合理利用地層能 量所鉆的井。,10/4/2020,6,檢查井：油田開發(fā)到某一含水階段，為了搞清各油層 的壓力和油、氣、水分布狀況，剩余油飽和 度的分布和變化情況， 觀察井：油田開發(fā)過程中專門用來了解地下動(dòng)態(tài)的井 調(diào)整井：油田開發(fā)中后期，為進(jìn)一步提高開發(fā)效果和 最終采收率，而調(diào)整原有開發(fā)井網(wǎng)所鉆的井。 救援井：為了救援而鉆的井。,10/4/2020,7,（2）把鉆井按井斜角不同分類： 直井、定向井、水平井 直井：井口與井底在同一條鉛垂線上 定向井：沿著預(yù)先設(shè)計(jì)

4、的井眼軌跡鉆達(dá)目的層，井口 與井底不在同一條鉛垂線上。 水平井：沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井眼軌跡以井斜角85的角度進(jìn)入目的層。,10/4/2020,8,（3）把鉆井按井深不同分類： 淺井 H6000m9000m,10/4/2020,9,旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的發(fā)展 （1）概念時(shí)期（19011920年）：這個(gè)時(shí)期內(nèi)開始將鉆井和洗井結(jié)合在一起，并使用了牙輪鉆頭和注水泥固套管技術(shù)。 （2）發(fā)展時(shí)期（19201948年）：這個(gè)時(shí)期牙輪鉆頭、固井工藝、鉆井液等得到進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)出現(xiàn)了大功率鉆井設(shè)備。 （3）科學(xué)化鉆井時(shí)期（19481968年）：這個(gè)時(shí)期鉆井技術(shù)有了迅速發(fā)展。采用了噴射鉆井，鑲齒、滑動(dòng)密封軸承鉆頭，低固相、

5、無固相不分散體系鉆井液及固相控制技術(shù)，總結(jié)出了影響,10/4/2020,10,機(jī)械鉆速的有關(guān)因素，采用了地層壓力檢測、井控技術(shù)及平衡壓力鉆井技術(shù)。 （4）自動(dòng)化鉆井時(shí)期（1968現(xiàn)在）：發(fā)展了鉆井參數(shù)自動(dòng)檢測、綜合錄井、隨鉆測量技術(shù)等計(jì)算機(jī)技術(shù)在鉆井工程中的應(yīng)用；發(fā)展了優(yōu)化鉆井、井口機(jī)械化自動(dòng)化工具、自動(dòng)化鉆機(jī)、井眼軌跡遙控及自動(dòng)閉環(huán)控制技術(shù)等新技術(shù)、新工藝及新設(shè)備。,10/4/2020,11,目前鉆井技術(shù)現(xiàn)狀,10/4/2020,12,綜合技術(shù),1. 定向井、水平井、大位移井技術(shù) 分枝井技術(shù) 2. 深井（45006000m）、超深井(6000m9000m）特超深井（9000m以上） 3. 深

6、海鉆井,專 項(xiàng) 技 術(shù),1.欠平衡鉆井技術(shù) 2.小井眼鉆井技術(shù) 3.膨脹管技術(shù) 4.續(xù)連續(xù)管鉆井 5.超高壓噴射鉆井 6. 隨鉆測量、綜合錄井、自動(dòng)化鉆機(jī)、地質(zhì)和自動(dòng)導(dǎo)向,水平井和大位移井,10/4/2020,13,1999年英國北海的M-16SPZ井，其水平位移達(dá)到10728米,平垂比大6.7. 全井井深世界第二(世界最深油氣井)，11278米；,關(guān)鍵技術(shù) 1、管柱的摩阻和扭矩 2、鉆柱設(shè)計(jì) 3、軌道設(shè)計(jì) 4、井壁穩(wěn)定 5、井眼清洗 6、固井完井 7、軌跡控制,套管側(cè)鉆井,10/4/2020,14,側(cè)鉆井是一種投資少、見效快、經(jīng)濟(jì)效益顯著的老油田開發(fā)技術(shù)，世界各國都非常重視，許多油田都把他作

7、為重新認(rèn)識老油田、使老油田增儲(chǔ)上產(chǎn)和提高最終采收率的重要手段。,10/4/2020,15,10/4/2020,16,Drilling Rig and Tools,10/4/2020,17,The History of Drilling Drilling Rig and Tools Well Design The Procedure of Drilling Drilling Fluid Drilling Problems and Solutions Glossary,10/4/2020,18,10/4/2020,19,Traveling Block,10/4/2020,20,Basic Tool

8、s,10/4/2020,21,Rolling cutter bit,PDC bit,使用條件,牙輪： 中高硬度地層 PDC: 中軟地層,10/4/2020,22,1. Drill pipe (DP) 2. Heavy weight drill pipe (HWDP),作用： 為鉆井液從井口流向鉆頭提供通道 傳遞扭矩 起下鉆頭 丈量井深,Drill Collar/ Non-magnetic drill collar,10/4/2020,23,特點(diǎn)： 壁厚，相當(dāng)于鉆桿壁厚的4-6倍。,作用： 給鉆頭加壓 保證壓縮條件下必要的強(qiáng)度 減輕鉆頭的振動(dòng)，擺動(dòng) 控制井斜,STB,10/4/2020,24,W

9、ell Design,10/4/2020,25,The History of Drilling Drilling Rig and Tools Well Design The Procedure of Drilling Drilling Fluid Drilling Problems and Solutions Glossary,鉆井設(shè)計(jì)包含內(nèi)容,10/4/2020,26,1. 地質(zhì)設(shè)計(jì) 2.井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.套管設(shè)計(jì) 4.固井設(shè)計(jì) 5.鉆井液設(shè)計(jì) 5.鉆頭設(shè)計(jì) 6.水力參數(shù)設(shè)計(jì) 7.鉆具組合設(shè)計(jì) 8.井眼軌跡設(shè)計(jì)與控制要求 9.鉆井程序 10.潛在的風(fēng)險(xiǎn)問題和處理措施 11.材料計(jì)劃 12.工

10、程進(jìn)度計(jì)劃 13.成本預(yù)算,Well design,10/4/2020,27,地質(zhì)設(shè)計(jì)主要包括 井位置、油層深度、地層壓力系統(tǒng)、地層信息、風(fēng)險(xiǎn)提示等,Basic Concept 1. Formation pore pressure 2. Formation fracture resistance 3. Collapse pressure 4. Gradient of pressure / pressure coefficient,10/4/2020,28,Well design,Well Path,10/4/2020,29,10/4/2020,30,10/4/2020,31,Basic Con

11、cept 1.直井段（Vertical Section）:設(shè)計(jì)井斜角為零度的井段。 2.造斜點(diǎn)（）:開始定向造斜的位置稱為造斜點(diǎn)。通常以該點(diǎn)的井深來表示。 3.造斜率（）:造斜工具的造斜能力,即該造斜工具所鉆出的井段的井眼曲率。 4.造(增)斜段(Build Section):井斜角隨井深增加的井段。 5.穩(wěn)斜段 (Hold Section):井斜角保持不變的井段。 6. 降斜段(Drop Section):井斜角隨著井深的增加而減小的井段。,10/4/2020,32,7. 目標(biāo)點(diǎn)(Target):設(shè)計(jì)規(guī)定的、必須鉆達(dá)的地層位置，通常以地面井口為坐標(biāo)原點(diǎn)的空間坐標(biāo)系的坐標(biāo)值來表示。 8. 靶區(qū)

12、及靶區(qū)半徑:包含目標(biāo)點(diǎn)在內(nèi)的一個(gè)區(qū)域稱為靶區(qū)。在大斜度井和水平井中，靶區(qū)為包含設(shè)計(jì)井眼軌道的一個(gè)柱狀體。 9.入靶點(diǎn)：是指地質(zhì)設(shè)計(jì)規(guī)定的目標(biāo)起始點(diǎn)。 10.終止點(diǎn)：是指地質(zhì)設(shè)計(jì)規(guī)定的目標(biāo)結(jié)束點(diǎn)。 11.靶前位移：是指入靶點(diǎn)的水平位移。 12.水平段長：入靶點(diǎn)與終止點(diǎn)的軌道長度。 13.矩形靶：即縱向?yàn)閍米,橫向?yàn)閎的長方體。,10/4/2020,33,10/4/2020,34,10/4/2020,35,10/4/2020,36,Horizontal Well Category,10/4/2020,37,1、長半徑水平井（小曲率水平井）：造斜率K6/30m，曲率半徑R286.5m。 2、中半徑水

13、平井（中曲率水平井）：造斜率K=6-20 /30m，曲率半徑R=286.5-86m 3、短半徑水平井（大曲率水平井）：造斜率K=3-10 /m,曲率半徑R=19.1-5.73m,10/4/2020,38,10/4/2020,39,Casing Program 1. 表層套管（Surface Casing） 主要用途： 封隔地表淺水層及淺部疏松和復(fù)雜地層； 安裝井口、懸掛和支撐后續(xù)各層套管。 下深位置： 根據(jù)鉆井的目的層深度和地表狀況而定， 一般為上百米甚至上千米,10/4/2020,40,2. 生產(chǎn)套管（油層套管）(Production Casing) 主要用途：用以保護(hù)生產(chǎn)層，提供油氣生產(chǎn)通

14、道。 下深位置：由目的層位置及完井方式而定。 3. 中間套管（技術(shù)套管）(Intermediate Casing) 在表層套管和生產(chǎn)套管之間由于技術(shù)要求下入的套管，可以是一層、兩層或更多層。 主要用來封隔不同地層壓力層系或易漏、易塌、易卡等井下復(fù)雜地層。,10/4/2020,41,4. 尾管（襯管）(Drilling Liner) 是在已下入一層技術(shù)套管后采用，即在裸眼井段下套管、注水泥，而套管柱不延伸到井口。 減輕下套管時(shí)鉆機(jī)的負(fù)荷和固井后套管頭負(fù)荷；節(jié)省套管和水泥。 一般用于深井和超深井。,10/4/2020,42,10/4/2020,43,10/4/2020,44,BHA,增斜鉆具增斜鉆

15、具組合一般采用雙穩(wěn)定器鉆具組合。增斜鉆具是利用杠桿原理設(shè)計(jì)的。它有一個(gè)近鉆頭足尺寸穩(wěn)定器作為支點(diǎn)，第二個(gè)穩(wěn)定器與近鉆頭穩(wěn)定器之間的距離應(yīng)根據(jù)兩穩(wěn)定器之間鉆鋌的剛性（尺寸）大小和要求的增斜率大小確定。一般2030m。兩穩(wěn)定器之間的鉆鍵在鉆壓作用下，產(chǎn)生向下的彎曲變形，使鉆頭產(chǎn)生斜向力，井斜角隨著井眼的加深而增大。,10/4/2020,45,穩(wěn)斜鉆具 穩(wěn)斜鉆具組合是采用剛性滿眼鉆具結(jié)構(gòu)，通過增大下部鉆具組合的剛性，控制下部鉆具在鉆壓作用下的彎曲變形，達(dá)到穩(wěn)定井斜和方位的效果。常用的穩(wěn)斜鉆具組合是：鉆頭十近鉆頭穩(wěn)定器十短鉆鋌（23m）十穩(wěn)定器十單根鉆鋌（910m）穩(wěn)定器子鉆鍵鉆桿。,10/4/202

16、0,46,降斜鉆具 降斜鉆具一般采用鐘擺鉆具組合，利用鉆具自身重力產(chǎn)生的鐘擺力實(shí)現(xiàn)降斜目的。根據(jù)設(shè)計(jì)剖面要求的降斜率和井斜角的大小，設(shè)計(jì)鉆頭與穩(wěn)定器之間的距離，便可改變下部鉆具鐘擺力的大?。?降斜井段的鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)井眼尺寸限定鉆壓，以保證降斜效果，使降斜率符合剖面要求。,10/4/2020,47,Weatherford Example,10/4/2020,48,10/4/2020,49,V. Sec The horizontal projected distance of the Wellbore on a drawing plane.,10/4/2020,50,10/4/2020,5

17、1,The History of Drilling Drilling Rig and Tools Well Design The Procedure of Drilling Drilling Fluid Drilling Problems and Solutions Glossary,The Procedure of Drilling,鉆井施工工序,10/4/2020,52,水平井鉆井過程動(dòng)畫,10/4/2020,53,泥漿循環(huán)過程,10/4/2020,54,Cementing Job 1、工藝介紹 下套管 注水泥 候凝 檢測評價(jià),10/4/2020,55,2、目的 封隔易塌、易漏等復(fù)雜地層，

18、保證鉆井順利進(jìn)行 封隔油氣水層，建立油氣流出通道，防止產(chǎn)層間互竄,固井方式 1.內(nèi)管固井 2.單級固井 3.雙級固井,10/4/2020,56,10/4/2020,57,下套管至預(yù)定深度裝水泥頭、循環(huán)泥漿、接地面管線打隔離液注水泥頂膠塞替泥漿碰壓注水泥結(jié)束、候凝。,注水泥施工工序,套管柱下部結(jié)構(gòu),(1)套管鞋（float shoe）：引導(dǎo)套管入井，避免套管插入或刮擠井,(2)浮箍（float collar ）：引導(dǎo)在其內(nèi)部起鉆的鉆具進(jìn)入套管,Drilling Fluid,10/4/2020,58,The History of Drilling Drilling Rig and Tools We

19、ll Design The Procedure of Drilling Drilling Fluid Drilling Problems and Solutions Glossary,Drilling fluid,鉆井液在鉆井中的作用 1、清洗井底，攜帶巖屑，保持井底清潔，保證鉆頭不斷地破碎地層，使鉆進(jìn)不中斷。 2、平衡地層中的流體（油、氣、水）壓力，防止井噴、井漏等井下復(fù)雜情況，保護(hù)油氣層。 3、平衡巖石側(cè)壓力，并在井壁形成泥餅，保持井壁穩(wěn)定，防止地層坍塌。 4、發(fā)揮水力效能，傳遞動(dòng)力，沖擊井底，幫助鉆頭破碎井底巖石， 提高鉆井速度。 5、懸浮巖屑和加重劑，降低巖屑沉降速度，避免沉砂卡鉆。另

20、外承 受鉆桿和套管的部分重力。,10/4/2020,59,6、潤滑并冷卻鉆頭，鉆具。 7、防止地層中鹽水、鹽巖、石膏、芒硝等對鉆井液的化學(xué)污染，防止硫化氫污染和損害。 8、利用鉆井液，準(zhǔn)確獲得井下資料。,10/4/2020,60,一、鉆井液密度與鉆井的關(guān)系 密度過大有以下害處： 1、損害油氣層； 2、降低鉆井速度； 3、過大壓差造成壓差卡鉆； 4、易憋漏地層； 5、易引起過高的粘切； 6、多消耗鉆井液材料及動(dòng)力； 7、抗污染能力下降。,10/4/2020,61,密度過低 則容易發(fā)生井噴、井塌（尤其是負(fù)壓鉆井）、縮徑（對塑性地層，如較純的粘土、鹽巖層等）及攜屑能力下降等。,10/4/2020,6

21、2,二、鉆井液粘度、切力與鉆井的關(guān)系 1、粘度（PV）、切力(YP)過大有以下害處。 流動(dòng)阻力大，能量消耗多，功率低，鉆速慢； 凈化不良（固控設(shè)備不易充分發(fā)揮效力），易引起井下復(fù)雜情況； 易泥包鉆頭，壓力波動(dòng)大，易引起卡、噴、漏和井塌等事故； 脫氣較難，影響氣測并易造成氣侵。,10/4/2020,63,2、粘度和切力過低也不利于鉆井，如： 洗井不良，井眼凈化效果差； 沖刷井壁加劇，引起井塌等井下事故； 巖屑過細(xì)影響錄井。,10/4/2020,64,三、常用鉆井液類型 一）、水基鉆井液 水基鉆井液以水為分散介質(zhì)（連續(xù)相），以粘土為分散相（固相），加入一定的化學(xué)處理劑或加重材料組成。這類鉆井液發(fā)展

22、最早，使用最廣泛。 二）、油基鉆井液 油連續(xù)相鉆井液（習(xí)慣稱為油基鉆井液）是一種以油（主要是柴油或原油）為分散介質(zhì)，以加重劑、各種化學(xué)處理劑及水等為分散相的溶膠懸浮混合體系。其主要組成是原油、柴油、加重劑、化學(xué)處理劑和水等。,10/4/2020,65,Drilling Problems and Solutions,10/4/2020,66,The History of Drilling Drilling Rig and Tools Well Design The Procedure of Drilling Drilling Fluid Drilling Problems and Solutio

23、ns Glossary,一、卡鉆事故 鉆柱在井內(nèi)停止時(shí)間過長，或由于地層復(fù)雜、鉆井液性能不好、技術(shù)措施不當(dāng)?shù)仍颍荒苌咸?、下放或轉(zhuǎn)動(dòng)，有時(shí)甚至不能循環(huán)鉆進(jìn)液，這就叫卡鉆。 常見的有：粘附卡鉆、坍塌卡鉆, 縮徑卡鉆, 落物卡鉆,10/4/2020,67,粘附卡鉆 鉆井中，鉆柱某些部位與井壁接觸，當(dāng)液柱壓力大于井底壓力時(shí)，便對鉆柱產(chǎn)生橫向推力，使其緊貼井壁。鉆柱靜止時(shí)間越長，與泥餅接觸面積越大，摩阻力也同時(shí)增大，以致使鉆柱失去了活動(dòng)的自由而發(fā)生的卡鉆，稱為泥餅粘附卡鉆，簡稱粘卡，也稱為壓差卡鉆。 處理：粘卡初期，即還未徹底卡死的情況下，應(yīng)保持循環(huán)，在允許范圍內(nèi)活動(dòng)鉆具，以下砸為主，反復(fù)數(shù)次，以求

24、 解卡。,10/4/2020,68,1）坍塌卡鉆的原因 鉆井液失水量大，礦化度小，浸泡地層的時(shí)間長，把頁巖、泥巖地層泡垮。 鉆井液密度過小，井內(nèi)壓力不能平衡地層側(cè)壓力，致使傾角大或膠結(jié)不好的地層垮塌。 因起鉆未灌鉆井液，井漏或鉆頭泥包而產(chǎn)生拔活塞的抽吸作用等而引起垮塌,10/4/2020,69,縮徑卡鉆 當(dāng)鉆頭起到縮徑井段而發(fā)生的卡鉆稱為縮徑卡鉆。 1）縮徑卡鉆的原因 具有膨脹性地層（如膨脹頁巖、白堊等）和滲透性、孔隙度好的井段（如疏松的砂巖，孔隙度較大的灰?guī)r）。 鉆井液性能不好，失水量大，在井壁形成膠狀疏松的泥餅，當(dāng)泵排量小，返回速度低時(shí)，易在泥餅上面沉積較多的粘土顆粒、巖屑及加重劑，致使井眼縮小。 鉆井液失水量大，自由水滲入疏松的泥巖，使地層膨脹而縮徑。,10/4/2020,70,井漏 井漏是當(dāng)井內(nèi)的液柱壓力大于地層壓力時(shí)，鉆井液進(jìn)入地層的現(xiàn)象。凡發(fā)生井漏的地層，必須具備下列條件：地層中有孔隙、裂縫或溶洞。鉆井液柱壓力大于地層壓力。鉆井液柱壓力和環(huán)空壓耗或激動(dòng)壓力之和大于地層破裂壓力，把地層壓裂，產(chǎn)生漏失。,10/4/2020,71,井漏的原因 主要有兩個(gè)方面：一是地層孔隙度大，滲透性好，或地層有裂縫、溶洞而造成井漏；二是技術(shù)措施不