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石油钻井工艺技术结课论文--黄亚强

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石油 钻井 工艺技术 论文 黄亚强
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钻井工艺技术基础知识课结课论文班级:13 地质 2 班 姓名:黄亚强指导老师:徐建功日期:2014 年 12 月 18 日 摘要:钻井是指利用专门设备、建立地面与地下油井通道的工程,以便于将地下的油气沿着输送油管道采集到地面,加以利用。钻井的定义:使用一定的破岩工具,不断地破碎井底岩石,加深井眼的过程。在石油勘探和油田开发的各项任务中,钻井起着十分重要的作用,诸如寻找和证实含油气构造、获得工业油流、探明已证实的含油(气)构造的含油气面积和储量,取得有关油田的地质资料和开发数据,最后将原油从地下取到地面上来等等,无一不是通过钻井来完成的。钻井是勘探与开采石油及天然气资源的一个重要环节,是勘探和开发石油的重要手段。关键词:钻井工艺、井控技术、固井与完井。钻井是以一定压力作用在钻头上,并带动钻头旋转使之破碎地层岩石,井底岩石被破碎后所产生的岩屑通过循环钻井液被携带到地面上来钻井过程中,井眼不断加深,所形成井眼的井壁应当稳定,不断发生复杂情况以保证继续钻进。在钻进中要钻穿各种地层,而各地层的特点不同,其岩石强度有高有低,有的地层含高压水、油、气等流体,有的含有盐、石膏、芒硝等成分,这些对钻井液都有不良影响。强度低的地层会发生坍塌,或被密度大的钻井液压裂等复杂情况,妨碍继续钻进,这需要下入套管并注入水泥予以封固,然后,用较小的钻头继续钻出新的井段。每改变一次钻头尺寸(井眼尺寸) ,开始钻新的井段的工艺叫开钻。一般情况下,一口井的钻进过程中应有几次开钻,井深和地层情况不同,则开钻次数也不同。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,则可直接钻到目的层后下油层套管完井。如果地层复杂,很难用钻井液控制时,则要下入技术套管。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,可一直钻达预定井深或者再下第二次、第三层技术套管。在进行第四次、第五次开钻,直到最后钻到目的层深度,下油层套管,进行固井、完井作业。固井与完井井身结构设计是整个钻井设计的基础,也是保证一口井能顺利钻进的前提,合理的井身结构可以保证一口井能顺利钻达预定的井深,能够保证钻进过程的安全,能防止钻进中的产层污染,并能花费最少的费用。固井是油、气井建井过程中的一个重要环节。固井工程包括包括下套管和注水泥两个生产过程。下套管就是在已经钻成的井眼中按规定深度下入一定直径、由某种或几种不同钢级及壁厚的套管组成的套管柱。注水泥就是在地面上将水泥浆通过套管柱注入到井眼与套管柱之间的的环形空间中的过程。水泥浆套管柱与井壁岩石牢固地固结在一起,可以将油气水层及复杂层位封固起来以利于进一步地钻进或开采。井身结构主要包括套管层次和每层套管的下入深度,以及套管和井眼尺寸的配合。井身结构设计是钻井工程的基础设计,它不但关系到钻井工程的整体效益,而且还直接影响油井的质量和寿命。因而在钻井工程设计时首先要科学地进行井身结构设计,它的主要依据是地层压力和地层破裂压力剖面。套管的类型:根据功用可分为以下几种类型:序号 套管类型 定义 作用1 表层套管开始下入的最短最浅的一层套管1、在其顶部安装套管头,并通过套管头悬挂和支撑后续各层套管。2、隔离地标浅水层和浅部复杂地层,使淡水层不受钻井液污染。2 中间套管(技术套管)介于表层套管和生产套管之间的所有套管。1、隔离不同地层孔隙压力的层系或易塌易漏等复杂地层。根据需要可以是一层、两层甚至多层。3 生产套管 钻达目的层后下的最后一层套管1、保护生产层,并给油气从产层流至地面提供通道。4 钻井衬管(钻井尾管)作用同中间尾管1、钻井衬管常在已下入一层中间套管后采用,即只在裸眼段下套管注水泥,套管柱不延伸至井口。2、可以减轻下套管时钻机的负荷和固井后套管头的负荷,也可节省大量套管和水泥,降低固井成本。套管柱的设计油井套管是优质钢材制成的无缝管或焊接管,两端均加工有锥形螺纹。大多数是用套管接箍连接成套管柱,用于封固井壁的裸露岩石。套管柱(套管串)通常是由同一外径、相同或不同钢级及不同壁厚的套管用接箍连接组成的,应符合强度及生产的要求。套管柱下入井中之后要受到各种力的作用。在不同类型的井中或在一口井的不同生产时期,套管柱的受力是不同的。套管柱的所受的基本载荷可分为轴向拉力(自上而下逐渐变小) 、外挤压力(自上而下逐渐变大)及内压力(有效应力自下而上变大) 。所以在套管柱设计时应根据实际情况按照套管柱强度设计方法进行抗拉强度、抗挤强度、抗内压强度校核。另外在定向井的弯曲井段,应考虑弯曲效率增大了套管的拉力,套管弯曲应力对套管抗拉抗内压强度影响较大,所以在根据井眼情况进行井眼轨迹半径计算和选择套管,使套管的允许弯曲半径小于井眼轨迹半径,保证套管的顺利下入,保证在井的整个使用期间,作用在套管上的最大应力在允许的范围内。下套管技术措施:套管及附件、工具等下井前认真检查外观,通径、丈量、清洗丝扣,不合格套管严禁下入。按下入次序对套管进行编号、记录套管及附件、工具上钻台时要戴好护丝,严禁碰撞。下入下不附件时,底部 6 根套管要涂丝扣胶,套管丝扣使用标准套管螺纹密封脂,以提高套管的密封能力。采用滚轮旋流套管扶正器变滑动摩擦为滚动摩擦,降低下套管阻力,保证套管居中。套管扶正器加法:主力油层封固段每根套管加 1 只,其他封固段每 2 根套管加 1 只。下套管采用套管钳按 定的最佳扭矩上扣。严格控制套管下放速度,一般不超过 据情况可以在(3~5m)范围内提放管柱,以防粘卡,并时刻注意选中变化。下套管操作平稳,严禁猛刹、猛放。下放套管遇阻时,一般控制下压载荷不超过井下套管负重的60%,上提时,保持最小抗拉安全系数不低于 套管过程中,一般是每下入(30~40)根套管灌满一次钻井液,较长时间的灌浆过程应上下活动套管,以防粘卡套管。下完套管后先灌满钻井液,再小排量开泵循环洗井,开泵循环时要用流量计来校正排量,并根据排量调整循环时的泵冲直至钻井液性能达到施工要求。石油和天然气的勘探和开发中钻成井眼所采取的技术方法。主要包括井身设计、钻头和泥浆的选用、钻具组合、钻井参数配合、井斜控制、泥浆处理、取岩心以及事故预防和处理等。石油钻井工艺的特点是:井眼深、压力大、温度高、影响因素多等。以往主要靠经验钻井,50 年代开始研究影响钻井速度和成本的诸因素及其相互关系。钻井新技术、新理论不断出现。井眼方向必须控制在允许范围内。根据油气勘探,开发的地质地理条件和工程需要,分直井和定向井两类,后者又可分为一般定向井、水平井、丛式井等。 直井井眼沿铅直方向钻进并在规定的井斜角和方位角范围内钻达目的层位,对井眼曲率和井底相对于井口的水平位移也有一定的要求。生产井井底水平位移过大,会打乱油田开发的布井方案;探井井底水平位移过大,有可能钻不到预期的目的层。井的全角变化率过大会增加钻井和采油作业的困难,易导致井下事故。影响井斜角和方位角的因素有:地质条件,钻具组合,钻井技术措施,操作技术以及设备安装质量等。为防止井斜角和井眼曲率过大,必须选用合理的下部钻具组合。常用的有刚性满眼钻具组合和钟摆钻具组合两种。前者可采用较大的钻压钻进,有利于提高钻速,井眼曲率较小,但不能纠斜,后者需控制一定的钻压,响钻速,但可用来纠斜。防斜打直技术措施1、天车、转盘、井口中心线偏差不大于 10车、转盘安装执行技术标准。2、设备安装达到平、正、稳、牢、全、灵、通,不漏油、气、水、电、钻井液,便于冬防保温和夏季施工。3、指重表、记录仪、泵压表等钻井仪器,仪表必须齐全、灵敏准确。4、一开钻具组合执行设计要求,坚持吊打,确保开孔垂直。表层井深打完,应测量井斜,大于 2 度应采取纠斜措施。5、二开下井钻具稳定器直径磨损不大于 2则不能下井。6、满眼钻具钻进要坚持“以快保满、以满保直”的原则,不吊打、不划眼、均匀送钻,不突然加压,不突然减压,不加压启动转盘。7、钻进中短期设备检修,或停钻循环,钻头提高井底10~12m,减小排量循环,防止底部井眼扩大。恢复钻进时,加足正常钻压钻进,不准吊打。8、按设计要求定点测斜,易斜井段和纠斜井段要加密测斜点,测斜不成功,不准继续钻进。井斜超过 3 度必须起钻采取纠斜措施。9、根据设计适当控制分井段的最大井斜角,以保证井底位移控制在设计或井身质量标准范围之内。10、纠斜方法应根据地层特性、井斜和现场实际情况正确选择,制定方案和措施,收集资料,总结经验教训。定向井 沿预先设计的井眼方向(井斜角和方位角)钻达目的层位的井。主要用于:①受地面地形限制,如油田埋藏在城镇、高山、湖泊或良田之下;②海上丛式钻井;③因地质构造特殊(如断层、裂缝层,或地层倾角太大等)的需要,钻定向井有利于油、气藏的勘探开发;④处理井下事故,如侧钻,为制止井喷着火而钻的救险井等。 定向井的剖面设计,一般由直井段、造斜段、稳斜段和降斜段组成。造斜和扭方位井段常用井下动力钻具(涡轮钻具或螺杆钻具) 加弯接头组成的造斜钻具。当井眼斜度最后达到或接近水平时,称为水平井。定向钻进时,必须经常监测井眼的斜度和方位,随时绘出井眼轨迹图,以便及时调整。常用的测斜仪有单点、多点磁力照相测斜仪和陀螺测斜仪。近年来,还使用随钻测斜仪,不需起钻就可随时了解井眼的斜度和方位,按信号传输方式分有线及无线两种,前者用电缆传输信号,后者用泥浆脉冲、电磁、声波等。丛式井丛式井又称密集井、成组井, 在一个位置和限定的井场上向不同方位钻数口至数十口定向井,使每口井沿各自的设计井身轴线分别钻达目的层位,通常用于海上平台或城市、良田、沼泽等地区,可节省大量投资,占地少,并便于集中管理。喷射钻井 将泥浆泵输送的高压泥浆通过钻头喷嘴形成高速冲击射流(通常在 m/s 以上),直接作用于井底,充分利用水力能量(一般使泵水功率的 50%以上作用于井底),使岩屑及时冲离井底或直接破碎地层,可大幅度提高钻井速度。合理的工作方式是采用较高的泵压、较低的排量和较小的钻头喷嘴直径。 地层孔隙压力预测和平衡压力钻井 用地震、测井和钻进时的资料(机械钻速、页岩密度、泥浆比重、温度等)进行综合分析,预测地层孔隙压力和判断可能出现的异常压力地层,及时采取措施以防止突然发生井喷、井漏和井塌等井下复杂情况。根据已知的地层孔隙压力和地层破裂压力,确定合理的泥浆比重和套管程序。在井内泥浆液柱压力和地层孔隙压力近似平衡的条件下进行钻井,称平衡压力钻井。可显著提高钻速,也有利于发现油、气藏。 井控技术当钻达异常高压地层而发生泥浆气侵或井涌时,用计算方法和恰当的技术措施,调整泥浆比重和流动特性,配合使用液动高压防喷设备进行控制和排除井内溢流,以防止井喷。 取岩心技术按设计要求从井下钻取所需层位的岩石样品(岩心),为勘探和开发油、气藏取得第一性资料。常用的取心工具主要由取心钻头、岩心筒、岩心抓和接头等部件组成,取心钻进时,钻头连续呈环形切削井底的岩石,使钻成的柱状岩心不断进入岩心筒。为适应特殊需要,还有密闭取心、保持压力取心和用于极疏松和破碎地层的取心工具(橡皮套取心工具)等。
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