石油钻井工程基础知识.ppt

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1、第一章 钻井地质基础知识,第一章、钻井地质基础知识一、岩石的机械性质1、岩石的机械性质岩石的强度：岩石的强度是指抵抗外力破坏的能力。硬度：岩石的硬度是指岩石抗压入的极限强岩石的塑性：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。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。岩石的可钻性：是指在一定条件下，钻进岩石的难易程度。也可理解为钻进过程中岩石抗破碎强度的大小。,2、岩石性质对钻井的影响其影响主要表现在：影响钻进速度与钻头进尺：使钻进过程中出现井漏、井喷、卡钻等复杂情况：钻井液受到污染，性能变坏，井径不规则，进而影响到测井、固井等

2、。,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。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。砾岩层。在砾岩层中钻进易发生跳钻、蹩钻和井壁垮塌。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。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。,二、钻井中地质录井工作1、钻时录井 概念：是通过计时器把实钻一个规定的单位进尺的时间反映并记录下来的过程，一般用“分米

3、”表示。,井深计算 井 深钻具总长+方入 钻具总长钻头长度+接头长度+钻铤长度+钻杆长度 方入的计算 到底方入井深-钻具总长 整米方入新钻杆到底方入+前一根单根打完时的井深与其紧邻的整米井深之差值,记录方法 就是将钻时、接单根、停钻、停泵、变泵等一些情况详细记录在钻时记录表上。钻时的变化能反映地层的坚硬或松散程度。根据钻时的大小可以粗略地判断岩性和进行地层对比。根据钻时记录绘制钻时曲线，并结和有关地质资料，对地层、岩性、含油气等情况进行综合分析。,2、岩屑录井 概念：在井深不断加深过程中，按照一定的取样间距和迟到时间，将岩屑连续收集起来，进行观察、分析，并综合运用各种录井资料进行岩屑归位，以恢

4、复地下原始剖面的过程。,3、岩心录井 概念：利用取心工具，将井下一定深度地层的岩石以柱状形式取上来，并对其进行分析、研究而取得各项资料的过程。,4、荧光录井l 概念：石油中的油质、沥青等在紫外光的照射下，能发出一种特殊光亮，就是荧光。根据荧光显示的亮度及颜色的差别，测定出石油的含量和组成成分，对油气层进行定性和定量解释，就是荧光录井。l 荧光录井的方法 岩屑干照法。点滴分析法。,5、气测录井l 概念：用气测仪器通过直接测定钻井液中气体含量，从而判断油气层的过程叫做气测录井。,三、地球物理测井1、电法测井是通过研究井下岩层及所含流体的电学性质，进而研究岩层的岩性、储油物性和含油性的方法。2、声波

5、测井就是利用岩石等介质的声学特性来研究钻井地质剖面，判断固井质量等问题的一种测井方法。其又分为声波时差测井和声波幅度测井。,3、放射性测井 是根据岩石和井内介质的核物理性质研究钻井剖面，寻找有用矿藏及研究油井工程质量的地球物理测井方法。其可分为探测伽马射线和探测中子的方法。4、其它测井方法井温测井地层倾角测井,第二章 钻井液基础知识,第二章、钻井液基础知识钻井液在钻井中的作用。1、清洗井底，携带岩屑，保持井底清洁，保证钻头不断地破碎地层，使钻进不中断。2、平衡地层中的流体（油、气、水）压力，防止井喷、井漏等井下复杂情况，保护油气层。3、平衡岩石侧压力，并在井壁形成泥饼，保持井壁稳定，防止地层坍

6、塌。,4、发挥水力效能，传递动力，冲击井底，帮助钻头破碎井底岩石，提高钻井速度。5、悬浮岩屑和加重剂，降低岩屑沉降速度，避免沉砂卡钻。另外承受钻杆和套管的部分重力。6、润滑并冷却钻头，钻具。7、防止地层中盐水、盐岩、石膏、芒硝等对钻井液的化学污染，防止硫化氢污染和损害。8、利用钻井液，准确获得井下资料。,一、钻井液性能与钻井工作的关系一）、钻井液密度与钻井的关系密度过大有以下害处：1、损害油气层；2、降低钻井速度；3、过大压差造成压差卡钻；4、易憋漏地层；5、易引起过高的粘切；,6、多消耗钻井液材料及动力；7、抗污染能力下降。密度过低则容易发生井喷、井塌（尤其是负压钻井）、缩径（对塑性地层，如

7、较纯的粘土、盐岩层等）及携屑能力下降等。,二）、钻井液粘度、切力与钻井的关系1、粘度、切力过大有以下害处。流动阻力大，能量消耗多，功率低，钻速慢；净化不良（固控设备不易充分发挥效力），易引起井下复杂情况；易泥包钻头，压力波动大，易引起卡、喷、漏和井塌等事故；脱气较难，影响气测并易造成气侵。,2、粘度和切力过低也不利于钻井，如：洗井不良，井眼净化效果差；冲刷井壁加剧，引起井塌等井下事故；岩屑过细影响录井。,三）、滤失量和泥饼质量与钻井工作的关系钻井液滤失量过大，泥饼厚而虚，会引起一系列问题。1、易造成地层孔隙堵塞而损害油气层，滤液大量进入油气层，会引起油气层的滲透率等物性变化，损害油气层，降低产

8、能。2、泥饼在井壁堆积太厚，环空间隙变小，泵压升高。3、易引起泥包钻头，下钻遇阻、遇卡或堵死水眼。4、在高滲透地层易造成较厚的滤饼而引起阻卡，甚至发生压差卡钻。,5、电测不顺利，并且由于钻井液滤液进入地层较深，水侵半径增大，若超过测井仪器所测及的范围，其结果是电测解释不准确而易漏掉油气层。6、对松软地层，易泡垮易塌地层，会形成不规则的井眼，引起井漏等。泥饼一定要薄、致密、韧性好，能经受钻井液液流的冲刷。,四）、固相含量与钻井的关系钻井液中固相含量越低越好，一般控制在0.5以下。固相含量过大，有以下危害：1、固相含量高，钻井液柱压力大，钻速降低。2、固相颗粒愈细对钻速影响愈大，而且深入油层会造成

9、永久性堵塞，油气层受损害严重。,3、固相含量高、滤失量大时，泥饼必然厚，摩阻系数增大，因而易引起井下复杂情况的发生。4、固相含量高，钻井液的流变性难以控制，且流阻大，功耗多，钻井效率低。5、含砂量大，易造成钻头、钻具等机械设备的磨损。6、在固相含量高时，钻井液受外界影响大且敏感（如对温度、各种污染物等的影响变大）。,降低固相含量的方法1、机械除砂：利用振动筛、除砂器、除泥器等设备降低固相含量。1）、振动筛振动筛是对钻井液进行固相控制的第一级设备，又是唯一能适用于加重钻井液的常规分离设备。因此，它是固控的关键设备，担负着清除大量钻屑的任务，同时为下一级固控设备的使用创造必要的条件，如果振动筛发生

10、故障，其下一级设备就会超载，严重影响净化效果。所以，要根据钻井条件，选好、用好振动筛。,2）、旋流器旋流器按其直径不同，可分为除砂器和除泥器。除砂器。直径为150300毫米的旋流器称为除砂器。其处理能力是：在进料压力为0.2兆帕时不低于20120立方米每小时。正常工作的除砂器能清除约95大于74微米的钻屑和约50大于40微米的钻屑。为了提高使用效果，在选用除砂器时，其许可处理量必须为钻井时最大排量的125。,除泥器。直径为100毫米和150毫米的旋流器称为除泥器。其处理能力是：在进料压力为0.2兆帕时不低于10和15立方米每小时。正常工作的除泥器能清除约95大于40微米的钻屑和约50大于15微

11、米的钻屑。除泥器能除去1213微米的重晶石，因此，不能用它来处理加重钻井液。在使用中，除泥器的许可处理量，应为钻井时最大排量的125150。,3）、清洁器清洁器是旋流器与超细网振动筛的组合。上部为旋流器，下部为超细网振动筛。清洁器是二次处理设备。它处理钻井液的过程分为两布：第一步是旋流器把钻井液分离成低密度的溢流和高密度的底流。第二步是超细网振动筛将高密度的底流再分离成两部分，一部分是重晶石和其它小于网孔的颗粒透过筛网，另一部分是大于网孔的颗粒从筛网尾部排出。,4）、离心机离心机有沉淀式、筛筒式、水力涡轮式、叠片式等多种类型，而在石油钻井中处理钻井液用的多数是前三种。离心机主要用在加重钻井液中

12、回收重晶石和清除细小固相及胶体，在非加重钻井液中清除钻屑，也可用离心机对旋流器排出的底流进行第二次分离，回收液相，排除钻屑。离心机的处理量和分离粒度与其转速和容量有关。,2、化学除砂：加入化学絮凝剂，将细小的砂子变大而沉降。3、降低钻井液粘度有利于降低固相含量：因此在现场维护钻井液时，对固相含量有下列要求。根据需要配备良好的净化设备，彻底清除无用固相。必须严格控制膨润土的含量，所使用钻井液的密度愈高、井愈深、温度愈高，膨润土的含量应愈低，一般应控制在3080kg/m3。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。无用固相含量与膨润土含量的比值，应控制在2131。,

13、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。,二、有机处理剂一）、稀释剂（降粘剂）稀释作用主要是通过稀释剂分子在粘土颗粒某些部位的吸附，改变粘土颗粒的表面水化状态，减弱或拆散钻井液内部的网状结构来达到稀释的目的。,1、单宁碱液：代号NaT2、磺甲基单宁：又叫磺化单宁，代号SMT3、铁铬木质素磺酸盐简称铁铬盐，代号FCLS。为棕黑色

14、粉末，易溶于水，水溶液呈弱酸性。其主要用作抗盐抗钙的分散型钻井液的稀释剂，可减弱粘土颗粒间的流动阻力，降低粘度和切力；也可抑制泥页岩的水化膨胀和分散，而防止粘度和切力的上升，有利于井壁稳定。此外铁铬盐还具有降滤失作用和抑制粘土水化膨胀的作用。,二）、降滤失剂1、羧甲基纤维素钠盐代号为NaCMC，简称CMC，目前常用的有低粘CMC、中粘CMC、高粘CMC三种。为白色纤维状粉末，具有吸湿性，不溶于酸和醇等有机溶剂，易分散于水中形成胶状液，抗温达90140，有一定抗盐、抗钙能力。主要用于各种水基钻井液的降滤失剂，还具有抑制页岩水化膨胀作用、增稠作用等。,2、水解聚丙烯腈盐类水解聚丙烯腈钠盐代号NaH

15、PAN，是聚丙烯腈加NaOH水解而得的产物。为淡黄色颗粒或粉末，溶于水，水溶液呈碱性。主要用作聚合物钻井液的降滤失剂，并有增粘和絮凝作用。抗盐可至饱和而抗钙较差，抗温性强。,水解聚丙烯腈钙盐代号CaHPAN或CPAN，为浅黄色、灰白色颗粒或粉末，水溶性好。主要用作聚合物钻井液的降滤失剂，抗盐、抗钙、抗温能力强。水解聚丙烯腈胺盐代号NH4HPAN或NPAN，主要用作防塌降滤失剂，抑制能力强，不提粘，耐高温，使用时碱度不宜过高。,3、腐植酸类利用褐煤中的腐植酸进行磺化或硝化而形成的各种盐类。它既有降滤失作用，又有降粘作用。腐植酸钠代号NaHm或NaC，是由褐煤和NaOH水解产物，黑褐色粉末，易溶于

16、水，水溶液呈碱性。主要用作淡水钻井液的降滤失剂，具有降粘作用，抗温性好。,硝基腐植酸钠代号NaNHm，是用硝酸氧化的腐植酸钠盐。黑褐色粉末，易溶于水，水溶液呈碱性。主要用作淡水钻井液的降滤失剂，并具有降粘作用，抗盐作用较强。腐植酸铬代号CrHm,是一种抗高温降滤失剂和稀释剂，抗温可达200以上。抗盐、抗钙能力也较强。,聚合腐植酸代号SH23、SH24，为黑色粉粒，易溶于水，主要用作各种水基钻井液的降滤失剂，抗盐、抗钙、防塌能力强，抗温达200。,三）、絮凝剂絮凝剂可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类，无机絮凝剂若控制不好易发生聚沉，而有机絮凝剂能溶于水，因而现场一般都用有机絮凝剂。有机絮凝剂又分为

17、完全絮凝剂和选择性絮凝剂。1、聚丙烯酰胺代号PAM，分为胶剂和粉剂两种，胶剂为无色透明都弹性胶体；粉剂是白色粉末。它水溶性好，热稳定性高，抗温达200，在水中不电离。主要用作不分散低固相钻井液的絮凝剂，并有改善钻井液流变性、减少摩阻和防塌等效能。,2、部分水解聚丙烯酰胺代号PHP，通常也分胶剂和粉剂两种。高水解度的PHP还有增稠、堵漏、润滑、降滤失和剪切稀释效能。3、丙烯酰胺和丙烯酸钠共聚物代号80A51，为无色或白色粉末，易溶于水，空气中易吸水结块。主要用作水基钻井液的絮凝剂，并有增粘、改善流变性、抑制造浆和防塌等效能。,四）、增粘剂1、高粘CMC代号HVCMC，不溶于酸和醇等有机溶剂，易分

18、散于水中成胶体溶液。主要用作水基钻井液增粘剂，也可作乳化剂。有一定降滤失作用和抗盐能力。2、复合离子型聚丙烯酸盐代号PAC141，为白色或微黄色可流动粉末。本品不仅可以提高粘度,还可改善流变参数、提高剪切稀释能力、降低滤失量、包被岩屑和抑制粘土颗粒分散的作用，并有抗盐、抗钙、和抗温能力。主要用于水基钻井液，也可用于海水及饱和盐水钻井液。,五）、页岩抑制剂1、磺化沥青钠盐代号SAS1，为黑褐色膏状胶体或粉剂，PH值为811，密度为1.0 g/cm3。其主要用作各类钻井液的页岩抑制剂，并有润滑和控制高温高压滤失量的效能。2、水分散沥青代号SR401，黑色粉末。主要用作页岩微裂缝和破碎带的封闭剂而起

19、防塌作用，并有较好的润滑能力。一般用量为0.54。,3、水解聚丙烯腈钾盐代号KPAN，为棕红色或淡黄色粉末，易溶于水，水溶液呈碱性。为丙烯酸类页岩抑制剂，并有降滤失、抗污染和防塌等特点。,六）表面活性剂表面活性剂的种类繁多，在钻井液中的作用也是多方面的。除用作乳化剂、消泡剂外，选用适当的表面活性剂处理钻井液，对提高钻井液的热稳定性、保护油气层、降低滤饼摩擦系数，防塌、防腐、提高钻速、预防和解除钻井液中的复杂事故等方面有突出的效果。,1、乳化剂。烷基磺酸钠（AS）。聚氧乙烯辛基苯酚醚（OP）。2、润湿、防卡、解卡剂。聚乙二醇（PEG400）。CP233防卡剂。SR301解卡剂。,3、消泡剂。甘油

20、聚醚。7501消泡剂。,式中 W加加重剂量，t；V加加重钻井液体积，m3；V原原钻井液体积，m3；重加重剂的密度，g/cm3；加加重钻井液密度，g/cm3；原原钻井液密度，g/cm3。,三、钻井液的有关计算1、增密度计算,式中 X所需水量，m3；稀稀释后的钻井液密度，g/cm3；V原原浆体积，m3；水水的密度，g/cm3。,2、降低密度的计算,四、常用钻井液类型一）、水基钻井液水基钻井液以水为分散介质（连续相），以粘土为分散相（固相），加入一定的化学处理剂或加重材料组成。这类钻井液发展最早，使用最广泛。水基钻井液又可分为以下几种类型：,1、淡水钻井液：由淡水、粘土和一般的降粘剂、降滤失剂配制而

21、成。含盐量（Nacl）小于1或低于10000毫克升。含钙量小于120毫克升。2、盐水钻井液：含盐量大于1或高于10000毫克升。包括盐水钻井液、饱和盐水钻井液、海水钻井液。主要用在海湾海上钻井，钻盐岩层及泥页岩易塌地层。,3、钙处理钻井液：含钙量大于120毫克升。包括石灰钻井液、石膏钻井液、氯化钙钻井液。其主要特点是抗可溶性盐侵蚀能力强，性能稳定。4、不分散低固相聚合物钻井液：一般低固相钻井液粘土含量小于7（体积百分数）；不分散低固相钻井液的粘土含量小于4。其主要特点是钻速快，流动性好，钻井总成本低。,5、混油钻井液：在水基钻井液中混入34的乳化油类（原油或柴油），使油成小珠分散的乳化状态。其

22、主要特点是润滑性好，流动性好，失水量低，泥饼摩擦系数小。,二）、油基钻井液以油为分散介质的钻井液。它又可分为：1、油基钻井液：是以原油或柴油为连续相（液相），以氧化沥青作为分散相（固相），再加入化学处理剂和加重剂配成的，含水量在3以下。其主要特点是对油层损害小，抗可溶性盐侵污的能力强。,2、油包水乳化钻井液：以柴油作连续相，以水作分散相，呈小液滴状分散在水中（水的体积分数可达60），以有机膨润土（或称亲油膨润土）和氧化沥青作稳定剂，再加入其它处理剂、加重剂配制而成。其主要特点是热稳定性高，有较好的防塌效果，对油气层损害小，常用于高温井段，钻易塌地层和低压油气层。,第三章 井口工具,第三章 井口

23、工具一、吊卡1、用途 吊卡用于起下钻时，提升和下放钻具，（如：双吊卡起下钻），并使钻具坐于转盘上，钻进时用于接单根。2、分类 有侧开双保险式、对开双保险式以及闭锁环式。我国钻井现场普遍使用CSD群革式吊卡。主要由主体、活页、开口销、锁销手柄、平衡紧固螺钉、上下锁销等组成。,3、使用注意事项吊卡规格与钻具尺寸相符、负荷台阶平整无严重变形、磨损，活页销、保险销滑润、活门扣合灵活、安全可靠。起下钻或下套管时必须使用保险插销和小补心，坐吊卡时禁止猛顿猛砸，严禁崩扣操作。禁止超负荷使用，禁止将绳套扣在吊卡内提拉重物。吊卡坐转盘时应避开方瓦锁销并摆正，使其两端受力均匀。,二、吊钳1、用途 吊钳分为外钳和内

24、钳，工作时相互协作，主要用于起下钻、下套管作业时，上卸钻具丝扣及紧扣。2、类型 按扣合钻具尺寸分：B型吊钳和套管吊钳；按操作方式分：手动吊钳和液压大钳。目前，国内现场普遍采用B型吊钳和液压大钳。B型吊钳扣合尺寸范围88.9298.4mm，用更换钳头的方法可上卸不同尺寸的管子。,3、使用注意事项应选择适当的钳头，以保证扣合尺寸与钻具尺寸相符。吊钳应打在钻杆接头上，上下钳分别距接头密封面3050mm，内、外钳夹角在4590之间。紧扣时，外钳在上内钳在下；卸扣时，外钳在下内钳在上。更换钳牙时不能对准井口，并防止砸伤手指或钳牙崩出伤人。打钳子时，手指不要放在3长钳、4短钳之间，以防挤伤手指,三、卡瓦1

25、、用途浅井或井内钻具较轻时的起下钻作业，用于井口卡坐钻铤或钻杆。阻卡划眼时，将钻具卡紧悬坐于钻盘中以传递扭矩。2、类型 按作用分为：钻杆卡瓦、钻铤卡瓦和套管卡瓦。按结构分为：三片、四片式卡瓦和长型、短型卡瓦等。按操作方式分为：动力卡瓦和手动卡瓦。,3、使用注意事项应根据井内钻具选择合适的卡瓦尺寸。检查卡瓦牙的锋利程度，不能松动，不能装反，是否清洁，螺丝、开口销是否其全、紧固，连接轴销应转动灵活。井深1000米以后必须使用双吊卡起下钻，禁止用卡瓦配吊卡起下钻。起下钻铤时，卡瓦应配合安全卡瓦一起使用。卡瓦距母扣端面50cm,安全卡瓦距卡瓦5cm。井口操作人员应站在卡瓦旋转范围以外，以防转动时打伤腿

26、脚。,四、安全卡瓦1、用途安全卡瓦是在起下钻铤、取心筒和大直径的管子时配合卡瓦而用的，防止钻具溜入井内。2、结构由若干节卡瓦体通过销孔穿销连成一体，两端又通过带链插销与丝杠连接成一个可调性卡瓦。改变安全卡瓦的节数，可以适应不同尺寸的钻铤及管柱,五、滚子方补心1、用途滚子方补心除具有传递转盘扭矩外还有以下优点：可边转动边上提或下放钻具，有利于划眼和倒划眼。由于是整体式，不会飞出伤人。方补心进入大方瓦容易。方钻杆与滚轮接触，因而摩擦力很小，钻压准确。方钻杆与滚轮为滚动接触，对二者磨损均小，提高了使用寿命。,六、液压大钳1、主要结构Q10YM型液压大钳主要由行程变速箱、减速装置、钳头、气控系统和液压

27、系统等组成。2、主要技术性能液压系统。额定流量：114升每分；最高工作压力：16.3兆帕；电驱动时的电机功率：40千瓦。气压系统。工作压力：0.51.0兆帕。,3、操作注意事项钳头腭板尺寸应与钻杆接头尺寸相符。移送大钳到井口时，严禁把气阀一次合到底，以防钳子快速向进口运动造成撞击。在公扣没有全部从母扣旋出和大钳没有松开钻具以前，不允许上提钻具。大钳停用时，应将所有液气阀回复零位，单向阀回关位，停液压泵，关闭大钳气路阀门。根据上卸扣决定上下钳的定位手把位置，变换位置时，钳头的各个缺口必须对正后方可操作，否则机构失灵。操作口诀：钳子一定送到头，下钳卡牢转钳头，上卸扣完对缺口，松开下钳往回走。,第四

28、章 钻具,第四章 钻具一、钻柱的组成1、方钻杆 2、钻杆 3、钻铤 4、配合接头,二、接头1、钻杆接头类型分为内平接头、贯眼接头、正规接头三类。2、接头类型表示方法我国现场用三位数字来表示钻杆接头扣型。第一位数表示钻杆本体的公称尺寸的整数部分。第二位数用1、2、3分别表示内平、贯眼、正规扣。第三位用1、0分别表示公母扣。,3、接头类型的识别标记槽法在接头处车有环形槽。一道槽表示正扣，两道槽表示反扣，在槽内打有三位数字或符号，三位数字的意义如上所述。若为符号，ZG、GY、NP分别表示国产的正规、贯眼、内平接头。REG、FH、IF分别表示API产的正规、贯眼、内平接头。,测量法当标记槽、符号及数字

29、因种种原因模糊不清，易出现识别错误时，可根据一定类型尺寸的接头有其一定尺寸的原则，通过测量的方法来鉴别接头。一般用外卡量公接头大端尺寸（也可两小端尺寸），用内卡量母接头断面镗孔直径，将测得的数据查表得出接头丝扣尺寸和类型。用接头尺测量将量好了的接头的大（小）端直径或镗孔直径尺寸，与接头尺上的刻度一对比就可以在接头尺上读出尺寸和类型。,三、钻具的配合 钻具配合就是将不同尺寸和扣型的钻具连接起来。其配合原则是：公母相配；扣型尺寸相同；正扣与正扣，反扣与反扣组合。,第五章 下井工具,第五章 下井工具第一节、钻头一、牙轮钻头1、牙轮钻头的组成三牙轮钻头的结构可分为五个部分，即钻头体、巴掌、牙轮、轴承和

30、水眼。密封喷射式钻头还有储油补偿系统。,2、牙轮钻头的产品系列1）牙轮钻头的直径系列国产钻头的直径系列，共有15种。江汉常用的有17 12、12 14、9 58、8 12、3 78。进口钻头尺寸 进口钻头直径系列非常复杂，例如美国休斯公司所产钻头从3 34到26共46种直径系列。,3）江钻油用牙轮钻头型号表示法由四部分组成钻头直径代号、钻头系列代号、钻头分类号、钻头附加结构特征代号钻头直径代号：用数字（整数或分数）表示，其数字代表钻头直径英寸数。钻头系列代号：对于三牙轮钻头，按其轴承及密封结构主要特征分9个 钻头分类号：由三位数组成，首位数为切削结构类别及地层系列号，第二位数为地层分级号，末位

31、数为钻头结构特征代号。,钻头附加结构特征代号：为满足某些特殊需要，钻头需改进或加强时，则在分类号后附加结构特征，用1个或多个字母表示。例如：8 12HJT 537 G L钻头表示的意义是：8 12：钻头直径为8 12HJT：滑动轴承金属密封特别保径537：低抗压强度、软至中地层、镶齿钻头G：掌背强化L：掌背扶正块,3、牙轮钻头的选型主要根据邻井相同地层已钻过的钻头资料，结合地层条件及本井具体情况合理选择钻头类型。1）选择钻头类型时应考虑的问题地层的软硬程度和研磨性。钻进井段的深浅。易斜地层防斜钻进。软硬交错地层,4、牙轮钻头在井下工作情况判断正常情况当地层岩性无变化时，正常钻压下，转盘转动均匀

32、，转盘链条无上下跳动；钻时正常无明显变化；指重表、泵压表指示平稳；刹把无异常感觉。轴承损坏转盘出现周期性蹩跳，钻压小蹩跳轻，钻压大则蹩跳重；钻速下降，泵压正常而指重表指针有摆动。,牙轮卡死转盘负荷增大，转盘链条跳动，方钻杆有蹩劲，停转盘打倒车；钻速下降，指重表指针摆动严重。掉牙轮转盘负荷增大，转盘链条严重跳动，停转盘打倒车；蹩钻严重；指重表指针来回摆动；钻速明显下降或无进尺；上提钻具变换方向下探方入有变化，高差约为一牙轮高度。,牙齿磨（脱）光转盘负荷减轻；方钻杆无蹩跳；钻速明显下降或无进尺；指重表指示平稳无摆动；泵压正常。钻头泥包转盘负荷增大有蹩跳现象；钻速下降；上提钻具有不同程度的挂卡；泵压

33、上升，严重时蹩泵。,二、金刚石钻头金刚石钻头按其使用地层可分为：普通金刚石钻头、聚晶金刚石复合片钻头（简称PDC钻头）两大类，其中聚晶金刚石复合片钻头适用于软至中硬地层，而普通金刚石钻头适用于及坚硬和研磨性高的地层。,1、金刚石钻头的结构普通金刚石钻头由钻头体（又称刚体）、胎体、水眼和金刚石颗粒等部分组成。聚晶金刚石复合片钻头由刚体、胎体、喷嘴、金刚石复合片等组成。,2、PDC钻头1）型号表示法2）PDC钻头的选择 根据钻井方式选择钻头：直井应选择钻速快、寿命长的钻头；定向井选择造斜或稳斜性能好、适合于配井底马达的高转速钻头。根据地层情况选择钻头：包括所钻地层的类型、硬度、岩性等。根据钻井条件

34、选择钻头：如设备能力 根据钻井参数选择钻头：,PDC钻头冠部轮廓形状有抛物线型、圆形和锥形三种，其中：抛物线型：适用于各种软地层，具有进尺多，机械钻速高，稳定性好的特点，适合于转盘及井下动力钻具。圆形：工作面积小，水力集中，清洗较好，有利于钻穿硬夹层，在转盘钻井中常用。锥形：吃入性好，稳定性强，适合于转盘及高转速下动力钻具钻井。,3）、PDC钻头的正确使用PDC钻头水力参数设计时，泵压必须大于13.0兆帕，采用等径或近似直径。由于金刚石抗冲击性能差（脆性大），因此上下钻台不能碰撞硬物，井下不得有落物，严禁顿钻和溜钻。下钻遇阻严禁强行下压，应接方钻杆开泵冲划，但不超过30米大段划眼。在下钻到最后

35、两单根时，接方钻杆冲划到井底并开大排量循环，将井底循环干净。然后，用小钻压，低转速钻进0.5米，进行井底造型。正常钻进时优选钻井参数，钻压3060KN，转速217117r/min。每钻进250300米，必须进行一次中途旅行。不允许在砾石层使用PDC钻头，井底有落物时应起钻。,3、合理起钻时间在岩性变化不大的均质地层钻井时，机械钻速逐渐下降；机械钻速突然降低（可能是地层变软泥包或变硬），采取措施后仍无回升，应根据机械钻速进行经济效益分析而决定是否起钻。即使在最小的钻压下，扭矩也突然剧增，同时机械钻速骤降，很可能是钻头保径面或切削齿损坏，比较一下钻头在井底和提离井底时的扭矩来决定是否应该起钻。泵压

36、突然降低，说明喷嘴可能失落或钻具发生刺漏，将钻头提离井底，观察压力变化情况。压降突增说明钻头可能出现了环磨或出心磨损。,三、取心钻头取心钻头的功用是环形破碎地层，形成岩心。目前，常用的有刮刀取心钻头、领眼式硬质合金取心钻头、硬质合金取心钻头和金刚石取心钻头等。为了提高岩心收获率，除在下部使用扶正器外，首先要求取心钻头工作稳定。因此钻头的切削元件要对称分布，其耐磨性应一致，以免在钻进时发生歪斜，从而破坏及折断岩心。同时要求钻头底面（井底）与岩心爪的距离尽可能短些，使岩心形成后很快就能进入内岩心筒被保护起来，从而避免破坏和冲蚀。,第二节、打捞工具一、“落鱼”打捞工具1、公锥公锥是从管柱内部造扣打捞

37、落鱼的一种常用工具，有时也用于倒扣。它适用于鱼顶水眼规则、管壁较厚的钻具，如接头、钻杆加厚部分及钻铤等均可使用公锥打捞。打捞时，把公锥插入落鱼水眼，然后加压旋转造扣而捞起落鱼。公锥由高强度合金锻料车制，并经加热处理制成。公锥按接头螺纹规格分为右旋螺纹（正扣）和左旋螺纹（反扣）。其规格类型打印在标志槽内，一道槽为正扣公锥，两道槽为反扣公锥。,2、母锥母锥是从鱼顶外部造扣打捞落鱼的一种打捞工具。它要求鱼顶外径规则，扁的或椭圆形的鱼顶造扣不紧，不易捞住，母锥多用于打捞钻杆本体。母锥也有正扣和反扣两种。,3、卡瓦打捞筒主要打捞钻杆、钻铤、油管等外径规则的管柱。捞后可以开泵循环，以便于解卡。如不解卡可退

38、出打捞筒。下部有铣鞋，还可以与震击器配套打捞被卡的落鱼。打捞操作容易，是打捞工具中最常用的一种。可退式卡瓦打捞筒的外部由上接头、筒体和引鞋等组成，内部装有抓捞卡瓦、密封圈，下部有铣鞋和控制环，打捞筒的抓捞零件是螺旋卡瓦或蓝状卡瓦。它外部的宽锯齿螺纹和内面的抓捞牙均是左旋螺纹。宽锯齿螺纹筒体配合间隙较大，这使卡瓦在筒体中一定的行程内胀大和缩小。,4、卡瓦打捞矛它不仅适用打捞钻杆本体，而且还可以打捞油管、套管，也是配合使用内割刀的必备工具。因为它咬合落鱼的面积大，不会损坏落鱼。当落鱼提捞不起时，打捞矛可退出，把落鱼甩掉。打捞矛主要由芯轴、卡瓦、释放环、引鞋等组成。卡瓦是一个可胀缩的整体，内部具有左

39、旋锯齿扣与芯轴锯齿扣相吻合，外部是较细的锯齿扣。释放环的凸缘与引鞋端面的凸缘都是一个安全装置，它能起到打捞的锁紧、粘结或卡住的作用，以保证容易释放。,5、辅助打捞工具安全接头:是和打捞工具配合使用的专用接头。铣鞋:用于磨铣不规则的鱼顶，以利于公锥、母锥等进行打捞。引鞋和壁钩:用于引导打捞工具进入落鱼水眼。,（二）、井下落物打捞工具1、磨鞋用于磨碎井下不易打捞的落物，如碎铁块、牙轮壳等。根据用途可分为平底磨鞋、凹底磨鞋、引子磨鞋等几种。2、随钻打捞杯该工具随钻头一起下井，能在井下实现边钻进边打捞落物的任务。它能把粒状金属落物，如钻头掉齿、断齿、弹子等，经大排量冲至杯筒上方时，因钻井液上返流道增大

40、，使流速减小，而把弹子等小落物下沉至环形杯筒内。,3、反循环打捞蓝反循环打捞蓝用于打捞井下较小的落物，如牙轮、刀片、手工具、碎铁等。它是利用钻井液液流在靠近井底处的局部反循环将井下碎物收入蓝内的一种打捞工具。它也是一种多用途组合式打捞工具。装上蓝框即是打捞蓝；将蓝框换成磁芯则成为反循环强磁打捞器；将铣鞋换成抓头，又可组成反循环一把抓。4、磁铁打捞器磁铁打捞器广泛用于打捞掉入井内的牙轮、牙轮钻头的其它零件、大钳和卡瓦的牙板、碎铁之类的小物件。它是接在钻杆的最下部。在打捞时，为克服井眼中钻井液及流砂造成的较大磁阻，应把井底清洗干净，使磁铁芯尽量靠近落物。,第六章 钻井设备,第六章 钻井设备一、钻井

41、设备的组成钻井设备由提升系统、旋转系统、循环系统、传动系统、驱动系统、控制系统、钻机底座及辅助设备等八大系统组成。,（一）、钻机的提升系统为了起下钻具、下套管以及控制钻压、送钻等，钻机装有一套起升设备，主要由绞车、辅助刹车、游动系统（包括天车、游动滑车、大钩及钢丝绳）、井架等组成。,1、井架井架是钻采机械提升系统的重要组成部分之一。它是一种具有一定高度和空间的金属结构物，并且具有较好的整体稳定性。1）井架的组成井架是悬挂游动系统的基本，它主要由主体、人字架、天车台、二层台、工作梯、立管平台、钻台和底座组成。,2、游动系统在钻机的提升设备中，将天车、游车和大钩用钢丝绳把它们连接起来，就组成了一个

42、复滑轮系。又称为钻机的游动系统。3、提升绞车绞车是构成提升系统的主要设备，是组成一部钻机的核心部件，是钻机的主要工作机之一。,1）绞车的功用提供几种不同的起升速度和起吊质量，满足起下钻具和下套管的需要。悬挂静止的钻具，在转进过程中送进钻柱、钻头，控制钻压。利用绞车的猫头机构，可上卸钻具丝扣和起吊管子与重物。作为转盘的变速机构和中间传动机构。当采用整体起升式井架时，用来起放井架。当绞车带捞砂滚筒时，绞车还担负着提取岩心筒、试油等工作。安装钻台设备，完成其它辅助工作。,2）钻井绞车的结构组成钻井绞车实际上是一部重型起重机械，常见的绞车由以下几个系统组成：支撑系统：由焊接的框架式支架或密闭箱壳式底座

43、架。传动系统：由三根轴组成，即传动轴、猫头轴、滚筒轴。控制系统：包括牙嵌、齿式、气动离合器，司钻控制台、控制阀件等。制动系统：即刹车系统、包括刹把、刹车带、主刹车、辅助刹车等。卷扬系统：包括主滚筒、副滚筒、各种猫头等起升卷绳装置。润滑及冷却系统：润滑方式有黄油、滴油、飞溅或强制润滑等几种。,（二）、钻机的旋转系统旋转系统包括转盘和水龙头两大部分。他们的主要作用是在钻具不断钻进及不断循环钻井液的条件下，保证钻具的旋转。,1、转盘的结构转盘是一个八字轮的减速器，它将发动机传来的水平旋转运动变为垂直旋转运动。ZP-275型转盘主要由铸焊底座、转台、主轴承、防跳轴承、大齿圈、快速轴总成、锁紧装置、方瓦

44、和上盖组成。ZP7-520型转盘主要由底座、转台、大小圆锥齿轮、快速轴等部件组成。,2、水龙头的结构SL-450型水龙头。根据水龙头的功用，水龙头由固定部分、旋转和承转部分以及密封部分组成。固定部分由外壳、上盖、下盖、鹅劲管、提环和提环销组成；旋转和承转部分由中心管、接头、主轴承、防跳轴承和下扶正轴承组成；密封部分由盘根装置和上、下弹簧密封圈组成。,SL7-130型水龙头也是由固定、旋转和密封三大部分组成。固定部分包括壳体、上盖、冲管、下盖和鹅劲管。旋转部分的主要零件由中心管、主轴承、防跳轴承和上、下扶正轴承。密封部分有上部机油盘根、下部机油盘根和上、下冲管盘根盒。,（三）、钻机的循环系统为了

45、随时用钻井液清除井底岩屑以保证连续钻进，钻机配备有循环系统。主要包括钻井泵、地面管汇、钻井液池和钻井液槽、钻井液净化设备、调配钻井液设备等。在井下动力钻井中，循环系统还担任传递动力的任务。,1、钻井泵的结构及工作原理钻井泵主要由液力端和动力端两大部分组成。三缸单作用泵的液力端包括缸体、活塞、吸入阀、排出阀等部件；动力端包括机座、曲轴、传动轴、连杆、十字头、介杆等部件。动力端通过皮带（或链条、万向轴）带动泵的主轴旋转，再通过曲柄连杆机构使活塞向右移动，缸内形成负压，上水池内的液体在大气压力作用下，顶开吸入阀进入缸内，直到活塞移到最右边位置完成吸入过程。活塞开始向左移动，缸内液体受到活塞的挤压而压

46、力升高，吸入阀被关闭，排出阀被顶开，液体被活塞推出排出阀经排出管进入高压管汇，完成排出过程。,3、地面管汇即钻井液循环系统管汇，包括钻井泵吸入管、高压管汇、低压管汇。高压管汇的主要作用是联接钻井泵和旋转系统，用于输送钻井液。有钻井动脉血管之称。它包括钻井泵输出管、闸门组至水龙头之间地面管、立管、水龙带，其耐压均要求达到35兆帕。低压管汇是指闸门至净化罐之间联接管、净化罐之间联接管汇之总和，其耐压要求达到6兆帕。,（四）、辅助设备和工具1、电动绞车2、电气葫芦3、离心泵4、潜水泵5、压杆式黄油枪6、液压千斤顶,第七章 钻井施工工序,第七章 钻井施工工序井队钻井施工包括搬家、安装设备、开钻及钻进、

47、起下钻、完井、电测、下套管、固井等。一、搬家,二、设备的安装1、设备的安装顺序安装工作的主要内容有：设备就位、校正设备、固定设备等。设备的安装工作可在整个井场同时展开。原则上讲，应先基础、底座，后钻机设备；先提升系统，后转盘、绞车和钻台工具；先到井场的设备先安装，做到不压车、不积车，设备就位后，再进行校正和固定。安装顺序可分为上设备顺序和校正顺序。,2、安装质量要求设备的安装质量应达到“七字”标准和“五不漏”要求。“七字”标准是：平、稳、正、全、牢、灵、通。平：主要指设备安装的水平度要符合标准，工作台要铺平。稳：主要指设备安装时不悬空，运转时不振动。正：设备位置要对正，不偏不斜，偏差要符合标准

48、。全：设备零部件、护罩、固定螺丝等要齐全。牢：设备固定要牢固。灵：设备的刹车控制系统要灵活可靠，仪器、仪表要灵敏准确。通：各种管线、电路等要畅通。“五不漏”是指：不漏油、不漏气、不漏水、不漏电、不漏钻井液。,三、开钻1、一开设备安装完之后，要进行第一次开钻，者是为下表层套管而进行的钻井施工。2、再次开钻 3、钻进,四、钻井技术1、喷射钻井技术喷射钻井就是利用钻井液流经钻头喷嘴所形成的高压射流充分地清洗井底，使岩屑免于重复切削，并与机械作用联合破碎岩石，达到提高钻速的先进钻井技术。,2、防斜打直井技术打直井时如果井斜超标，井眼偏离预定位置，不仅打乱地下井网的合理性，而且会造成严重的后果：井斜大了

49、就会造成井深误差，使地质资料失真，导致地质工作得出错误的结论而漏掉油气层，尤其是小油田；如果井斜过大还会使井眼偏离设计井位，打乱油气田的开发布井方案，降低采收率；井斜过大，狗腿严重易使钻具疲劳破坏和产生键槽卡钻，对测井、下套管、固井均有不利影响；对采油工艺来说，井斜过大会影响分层开采和注水作业，会引起油管和抽油杆的磨损与折断，甚至造成严重的井下事故。防斜和纠斜主要是通过改变下部钻具组合来实现，主要有满眼钻具组合、钟摆钻具组合、塔式钻具组合等。,3、取心钻进技术取心就是利用取心工具，从地下取出岩样（岩性）的作业。岩心是认识油、气田和地层的宝贵资料，钻井取心是石油勘探和开发中很重要的一项工作。地质

50、工作者通过对岩心的分析研究，可以取得更为完整、准确的地质资料，掌握油气层的分布规律，地层的厚度、岩性、孔隙度、渗透率、含油饱和度、裂缝发育等情况，为制定合理的勘探、开发方案，准确地计算储量，采取有效地增产措施提供可靠的依据。,钻井取心多采用筒式取心工具，对地层来讲分为硬地层取心工具和软地层取心工具；对取心类型来讲又分为短筒取心、长筒取心、密闭取心等。它们的结构不同，取心工艺也有所不同。但其结构组成都有：取心钻头、岩心筒、岩心爪、扶正器及回压凡尔等。,取心钻进过程包括钻出岩心、保护岩心和取出岩心三个主要环节。完成这三个环节要正确选择取心工具，制定合理的工艺技术措施，进行精心操作，所取得的岩芯收获