石油钻井工程知识过程介绍.ppt

2000.2,石油钻井工程介绍,主 要 内 容,一、钻井的目的和意义二、钻井的主要程序 三、钻井设备、工具和仪器四、钻井的发展及趋势五、钻井关键技术六、钻井风险七、钻井取得的成就,一、钻井的目的和意义,钻井的目的和意义寻找和证实含油气构造探明已证实的含油（气）构造的含油气面积和储量；取得油田的地质资料和开发数据将油气开采到地面上来,一、钻井的目的和意义,钻井的类型 根据钻井目的和任务不同，钻井可分为探井和开发井：,探井,地质普查阶段,基准井,剖面井,构造井,区域勘探阶段,预探井,详探井,开发井,生产井,注入井,检查井,二、钻井的主要程序,钻前准备定井位修公路平井场打基础设备搬运设备安装井口准备,二、钻井的主要程序,钻进钻进洗井接单根起下钻固井地质录井测井事故处理,二、钻井的主要程序,钻进过程演示,二、钻井的主要程序,钻井过程第一次开钻(一开)：从地面钻出较大井眼，到一定设计深度后下表层套管。第二次开钻(二开)：从表层套管内用较小一些的钻头继续钻进，若地层不复杂，则可钻到目的层后下油层套管完井，若地层复杂，则下技术套管。第三次开钻(三开)：从技术套管内再用小一点的钻头往下钻进。根据情况，或可一直钻达预定井深，或再下第二层、第三层技术套管。再进行第四次、第五次开钻，直到最后钻到目的地层深度，下油层套管。,二、钻井的主要程序,完井和试油钻开油气层 油气层的特点：渗透性好、地层压力高 面临的问题：油气层易被污染、井喷 措施：（1）搞好地层孔隙压力的预测和监测（2）使用合理的钻井液密度钻油气层（3）使用和油气层配伍的钻井液（4）钻开油气层要尽量使用好固控设备,二、钻井的主要程序,完井和试油选择合理的完井方法 完井方法应能满足有效封隔油气水层，能减少油气流入井的阻力，能防止油气层井壁坍塌，保证油气井长期稳定高产，能满足注水、压裂、酸化等特殊作业要求。安装完井井口装置 通过安装井口装置可以有控制的诱导油、气流，进行完井测试及投产后正常生产。,二、钻井的主要程序,完井和试油试油 对可能出油（气）的生产层，在降低井内液柱压力的条件下，诱导油、气入井，然后对生产层的油、气产量、水产量，地层压力及油、气物理化学性质等进行测定，这一整套工艺技术就叫试油。只有通过试油才能知道油气层含油气情况。,定井位,地质设计,试车,修公路平场地打基础安装下导管,安全检查,一开,下表层套管注水泥,候凝安装井口,试油,油井完成,井口完成井底完成,钻进取心测斜电测井,拆卸设备成本核算,钻井设计,准备工程,二开,钻进取心测斜电测井,下中层套管注水泥,候凝安装井口,三开,钻进取心测斜电测井中途测井,下油层套管注水泥,候凝安装试油井口,移交生产,石油钻井建井过程,三、钻井设备、工具和仪器,钻井设备动力系统 钻机所需的各工作系统大多数是用柴油机做发动机，通过变速箱直接驱动或由柴油机发电来驱动钻井设备。,三、钻井设备、工具和仪器,钻井设备提升系统 主要用来提升钻柱和下套管等。由井架、天车、游车、大钩、吊环等组成。,三、钻井设备、工具和仪器,钻井设备旋转系统 用来旋转钻柱，向钻头提供扭矩。由转盘、转盘变速箱、水龙头、方钻杆组成。,三、钻井设备、工具和仪器,钻井设备循环系统 循环系统将钻头切削地层产生的热量和岩屑带出井眼。,三、钻井设备、工具和仪器,钻井设备井控系统 井控系统的作用是，当井内出现溢流、井涌时，可快速及时关闭井口防止井喷事故的发生。,三、钻井设备、工具和仪器,钻井设备监测系统 通过地质和钻井综合录井对井下的作业情况进行监测。通过司钻操作台的仪表对钻进参数如大钩负载、钻压、转数、扭矩、泵压、排量、钻速等进行记录和测量。,三、钻井设备、工具和仪器,钻井设备顶部驱动,水龙头与钻井马达总成,三、钻井设备、工具和仪器,钻井工具和仪器钻头 钻头是钻进中最重要的工具。钻头的不断改进促进了钻井技术的发展。,三、钻井设备、工具和仪器,钻井工具和仪器钻柱主要组成：钻铤、钻杆、方钻杆主要作用：传递动力施加钻压输送洗井液延伸井眼等,三、钻井设备、工具和仪器,钻井工具和仪器动力钻具 螺杆钻具是靠钻井液流在螺杆钻具的定子和转子间的容积挤压得到扭矩和转数。涡轮钻具则是靠钻井液流冲击装在涡轮轴上的转子而得到扭矩和转数。,三、钻井设备、工具和仪器,测量信息,偏置导向执行机构,控制机构,MWD/LWD,地面控制指令,井下旋转导向钻井工具系统,井眼信息,导向指令,双向通讯,随钻测量系统,地面监控系统,半闭环导向钻井系统,三、钻井设备、工具和仪器,钻井工具和仪器其它钻井工具,三片式钻杆卡瓦,稳定器,大钳,吊环,吊卡,四、钻井的发展及趋势,向“横”的方向发展（普通定向井）,四、钻井的发展及趋势,向“横”的方向发展（丛式井）,四、钻井的发展及趋势,向“横”的方向发展（丛式井）,四、钻井的发展及趋势,向“横”的方向发展（丛式井）,埕北1B井组,时效提高30%以上,平均钻井周期4.04天,靶心距均在15m以内,四、钻井的发展及趋势,向“横”的方向发展（水平井）,四、钻井的发展及趋势,向“横”的方向发展（水平井）,四、钻井的发展及趋势,向“横”的方向发展（大位移井）海油陆采利用现有平台开采边际小油田扩大平台控油面积多目标大位移井开采多个断块油气藏,四、钻井的发展及趋势,向“横”的方向发展（大位移井）,埕北21-平1井水平位移3167.34米垂深2633.91米，测量井深4837.4米,世界上位移最大的井：英国WF油田M-16井，位移10728m；英国WFM-14井，位移8938m，建井周期 81.7天；Amoco公司在加拿大Wabasca油田完成的一口井，位移2988.3m、垂深411.9m，垂深位移比1：7.25；,四、钻井的发展及趋势,向“深”的方向发展（深井、超深井）,深井、超深井钻井技术是为勘探和开发地层深处的油气资源而发展起来的。从我国的情况来看，陆上石油资源储量为694亿吨，目前探明172.8亿吨，探明率为25%；陆上天然气资源量 为30万亿立方米，目前探明1.2万亿立方米，探明率仅为4%。,四、钻井的发展及趋势,向“深”的方向发展（深井、超深井）,深井、超深井钻井的特点：裸眼井段长，要钻穿多套 地层压力系统；井壁稳定性条件复杂；井温梯度和压力梯度高；深部地层岩石可钻性差；钻机负荷大。,四、钻井的发展及趋势,向“深”的方向发展（深水钻井）,目前，在勘探比较成熟的海域例如墨西哥湾，石油勘探已转向深水海域，探井的水深已达到1500m，已开发了1000m水深的油田。我国南海的流花油田已从300m水深以下的油井中采出大量石油，并已在500m水深的海域钻过探井。,四、钻井的发展及趋势,向“小”的方向发展（小井眼钻井）,小井眼是钻井向快和省方向发展的重要措施，当小井眼能够满足勘探和开发的要求时，它无疑是一种好办法。正是由于小井眼钻井节约了套管成本、破岩成本、动力成本和运输成本，它一般可节约成本3550，边远和运输困难的地区可能节约5075的投资。,四、钻井的发展及趋势,向“巧”的方向发展（多底井钻井）,从一口定向井或水平井中侧钻，钻出两个或多个分支井眼，这种钻井称为多底井钻井，它能够提高了产层的产能，节省了钻井和油田开发的投资。,四、钻井的发展及趋势,向“巧”的方向发展（欠平衡压力钻井）,减小对油气层的伤害有利于发现低压油气层明显提高机械钻速 减少压差卡钻和井漏事故,井钻规常,泵入泥浆,井钻衡平欠,油气层,泵入泥浆,油气层,四、钻井的发展及趋势,向“巧”的方向发展（连续管钻井）,显著提高起下钻换钻头的工作效率 起下钻时可循环钻井液 与欠平衡、超高压射流等钻井技术 相容性好 有利于实现自动化钻井,Galileo连续管钻机,四、钻井的发展及趋势,向“智”的方向发展（地质导向钻井）概念:地质导向钻井就是在钻井过程中通过随钻测量多种地质和工程参数,对所钻地层的地质参数进行实时评价和对比，根据评价对比结果而调整控制井眼轨迹，使之命中最佳地质目标并在其中有效延伸。优点:使现场人员根据地质目标情况有效地控制井眼轨迹的走向，回避风险，从整体上提高油田勘探开发的总体效果。,四、钻井的发展及趋势,向“智”的方向发展（地质导向钻井）,在复杂断块油藏、隐蔽油藏、薄油藏和老油田长期开采剩余的边底水构造油藏等复杂油气藏大有用武之地,随钻测量系统,地质导向软件系统,曲线对比和模型修正,四、钻井的发展及趋势,向“智”的方向发展（闭环钻井）,开环钻井,井下半闭环钻井,井下闭环钻井,全闭环钻井,四、钻井的发展及趋势,向“智”的方向发展（闭环钻井）,闭环钻井，即全部钻井过程依靠传感器测量多种参数，依靠计算机获取数据，并进行解释和发出指令，最后由自动设备来执行，使钻井过程变成一种无人操作的自动控制过程。其明显的优点是非正常钻井时间和体力劳动大大减少，井眼轨迹控制更加精确，既可严格按照预定轨迹钻进，也可完全根据地下情况钻进。,五、钻井关键技术,高效破岩技术,钻井是为了在地层岩石中形成一个井眼，因此，高效的破岩技术，是提高钻井速度、缩短建井周期、降低钻井成本的关键。在深井、超深井和大位移井中，由于起下钻时间占的比重越来越大，加上深部地层硬度和研磨性也越来越高，使得高效破岩技术在深井、超深井和大位移井中显得尤为迫切。,五、钻井关键技术,携岩技术,将钻头破碎的岩屑从井底及时清除出去是提高钻速，减少钻井事故的关键。在大斜度井中，由于岩屑在重力作用下落到井壁下侧，影响钻柱的活动，增大了钻柱的摩阻扭矩，还容易引起井下复杂情况。,五、钻井关键技术,井眼轨迹技术,由于岩石的非均质性和各向异性，钻头在地层中钻进会受到地层力的影响 井眼的不规则和钻柱的不稳定运动加大井眼轨迹预测的难度 控制理论被引入到井眼轨迹控制领域，地面遥控可变弯接头和可变径稳定器被研制出来旋转导向钻井系统,五、钻井关键技术,井壁稳定技术,地层被打开后，井壁岩石便失去了原有的支撑力，如果井壁岩层固有的胶结强度较弱，便会失稳垮塌；有的地层如泥页岩地层容易吸水膨胀垮塌；有的地层如盐膏层容易发生蠕变；有的地层如盐岩层会导致钻井液性能变差，从而导致井下复杂情况。井壁稳定问题是目前迫切需要解决的问题，它严重制约了钻井的发展。,五、钻井关键技术,地层评价技术,地层评价主要包括地层的工程特性评价和油层的含油气情况评价进行地层工程特性评价是为了安全、优质、高效的钻井进行油层含油气情况评价是为了提高油层的穿透率，提高油田开发效果,五、钻井关键技术,油气层保护技术,为了防止油气流入井内，造成井涌、井喷等严重后果，通常使井内液柱压力略大于油气层压力 当井内压力大于油气层压力时，钻井完井液中的固相颗粒也会侵入油气层的孔隙内，增加油气流动阻力，造成对油气层的严重损害正确诊断油气层损害机理是进行油气层保护的关键,五、钻井关键技术,钻井环保技术,在钻井过程中，若因预防措施不力而对井喷失去控制，将会对周围环境造成严重污染对废弃的钻井液和其它废弃物处理不当，则会对周围环境或水源产生污染钻遇地下硫化氢等有害气体时处理不当，更会殃及人畜的生命,六、钻井风险,钻井风险因素钻井是一项多专业、多工种配合的野外流动作业，工作条件差，安全工作难度高钻井设备庞大而复杂，运动部件多，管线压力高，稍有不慎，极易造成设备或人员伤亡事故钻井工作是在几千米的地下进行的，看不见，摸不着，是一项非常隐蔽的地下工程。在钻井施工中会出现许多复杂情况和不确定因素，容易造成井下工程事故,六、钻井风险,常见的井下工程事故钻头事故（断刮刀片、掉牙轮和掉钻头等）钻具事故（钻具刺坏、断钻具等）套管事故（卡套管、断套管等）井下落物事故（小工具等落入井内）卡钻事故（钻具在井内不能上下活动或转动）注水泥事故（固井时水泥浆在钻具内未替出、水泥浆返高不够，或将水泥浆全部替出环形空间等）井喷失控事故（不能人为控制的钻井井喷）,七、钻井取得的成就,世界范围内：最深的井：前苏联SG-3井，井深达到12869m 水平位移最大的井：英国M-16井，水平位移达到10728m 井数最多的丛式井组：美国在0.03km2的面积上打下了284口井,中国范围内：最深的井：塔里木的塔参1井，井深7200m；水平位移最大的井：南海西江24-3-A14井，水平位移为8062m；井数最多的丛式井组：胜利油田河50丛式井组，在0.042km2的面积上打了42口井。,