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1第一部分 钻井工程术语（应知应记住）HSE 两书一表：HSE 作业计划书，HSE 岗位操作指导书，HSE 现场检查表。
1、油气钻井工程： 现代油气钻井工程包括井位选定、钻井作业前的准备、钻进、固井、测试、完井等项作业内容。
2、井身结构： 包括井中套管的层数及各层套管的直径、下入深度和管外的水泥返深，以及相应各井段钻进所用钻头直径。
3、井的类别 ： 按一定的依据划分的井的种类。
按钻井的目的可分为探井和开发井； 按完钻后的井深可分为浅井、中深井、深井和超深井；按井眼轴线形状可分为直井和定向井。
● 超深井 在中国一般指井深大于6000米的井。
● 深井 一般指深度为3000～6000米的井。
● 中深井 一般指深度为2000～3000米的井。
● 浅井 一般指深度小于2000米的井。
4、钻井方法类别● 转盘钻井： 利用转盘和钻柱带动钻头的旋转钻井方法。
● 顶部驱动钻井： 利用安装在水龙头部位的动力装置带动钻柱旋转的钻井方法。
可在起下钻过程中随时恢复旋转和循环。
● 井底动力钻井： 利用井底动力钻具带动钻头的旋转钻井方法。
● 海上钻井 利用固定式或移动式钻井平台在不同水深的海上进行的钻井.● 空气（天然气）钻井： 用空气（或天然气）作为钻井液体，在一些特定岩层中进行的钻井。
● 泡沫钻井： 用泡沫作为钻井流体进行的钻井。
适合于低渗、低压油气层。
● 充气钻井液钻井： 用钻井液和空气的混合物作为钻井流体进行的钻井。
● 雾化钻井： 用水和泡沫剂的混合物注入到空气流中作为钻井液进行的钻井。
主要用在钻遇含水或含油砂岩中的流体而无法使井干燥的情况。
● 平衡压力钻井： 作用于井底的压力等于该处地层孔隙压力情况下进行的钻井作业。
● 欠平衡压力钻井 作用于井底的压力略低于该处地层孔隙压力情况下的钻井作业。
● 近平衡压力钻井 作用于井底的压力略大于该处地层孔隙压力情况下的钻井作业。
5、钻具 ：井下钻井工具的简称。
一般来说，它是指方钻杆、钻杆、钻铤、接头、稳定器、井眼扩大器、减振器、钻头以及其它井下工具等。
钻井工程常识(讲义)目录一、钻井工程术语二、钻机组成及其主要作用三、主要钻具四、钻井方法五、钻井工艺流程一、钻井工程术语1、井：以勘探开发石油和天然气为目的的，在地层中钻出的具有一定深度的圆柱形孔眼。
2、井口：井的开口端。
3、井底：井的底端。
4、裸眼：未下套管部分的井段。
5、井深：从转盘补心面至井底的深度。
6、井壁：井眼的圆柱形表面。
7、环空：井中下有管柱时，井壁与管柱或管柱与管柱之间的圆环形截面的柱状空间。
8、井眼轴线：井眼的中心线。
9、井身结构：指的是钻头钻深、相应井段的钻头直径、下入的套管层数、直径及深度、各层套管外的水泥返高以及人工井底等。
10、人工井底：设计的最下部油层下的阻流环或水泥塞面。
(注：该定义不全面，人工井底是可变的)11、井的类别：按一定依据划分的井的总类。
按钻井的目的可分为探井和开发井等；按完钻后的井深可分为浅井(<1200m)、中深井(1200～3000m)、深井(3000～5000m)和超深井(>5000m)；按井眼轴线形状可分为直井和定向井。
12、探井：指以了解地层的时代、岩性、厚度、生储盖的组合和区域地质构造，地质剖面局部构造为目的，或在确定的有利圈闭上和已发现油气的圈闭上，以发现油气藏、进一步探明含油气边界和储量以及了解油气层结构为目的所钻的各种井，包括地层探井、预探井、详探井和地质浅井。
13、开发井：指为开发油气田所钻的各种采油采气井、注水注气井，或在已开发油气田内，为保持一定的产量并研究开发过程中地下情况的变化所钻的调整井、补充井、扩边井、检查资料井等。
14、直井：井眼轴线大体沿铅垂方向，其井斜角、井底水平位移和全角变化率均在限定范围内的井。
15、定向井：沿着预先设计的井眼轨道，按既定的方向偏离井口垂线一定距离，钻达目标的井。
16、丛式井：在一个井场上或一个钻井平台上，有计划地钻出两口或两口以上的定向井(可含一口直井)。
17、救援井：为抢救某一口井喷、着火的井而设计、施工的定向井。
三、钻井工程基础知识应知部分1.钻压：施加于钻头上的重力。
钻压=钻具总重量+大钩重-大钩负荷。
2.钻井设备：是指进行钻井作业所需要的各种机械设备的总称。
3.立管压力：立管内的钻井液循环压力。
4.转盘转数：转盘每分钟旋转的圈数。
5.泵冲数：钻井液泵活塞每分钟往返的次数（活塞往返一次为一冲）。
6.泵排量：单位时间内钻井液泵输出的液体量。
7.井控技术：是指对油气井压力的控制技术。
8.钻井事故：是指钻井过程中由于各种原因造成的钻具折断、井喷、卡钻、井下落物、井塌等恶果。
其危害很大。
9.卡钻：是指钻具在井内不能自由活动，甚至有不能循环钻井液的现象。
10.钻具：是指包括方钻杆、钻铤、连接接头、钻头及其它下井工具构成的管串或钻柱。
11.方钻杆：是中段为正四方或正六方形的中空厚壁管体，上端为左旋（反）螺纹，下端为右旋（正）罗纹。
方钻杆起到连接水龙头与钻杆，传递转盘扭矩给钻杆的作用。
12.钻时：钻井过程中，每钻进单位进尺所需要的纯钻进时间。
13.井深：从地面向地下钻进形成的井眼深度。
井深的起始零点是转盘上平面。
钻达的最大停钻井深称为井底或井底深度。
14.方入：方钻杆入井部分的长度或者说方钻杆进入转盘上平面以下部分的长度。
15.自然电位测井：在测井过程中，当供电电极停止供电，测量电极在正对孔隙型渗透地层，测得自然电场位差，称为自然电位测井（SP）。
16.视电阻率测井：是以钻井液为媒介，使电极与地层沟通来进行的测井方法。
17.声波测井：是以振动波在地层、泥饼、钻井液中传播时，其速度和幅度的衰减变化来研究地层特性。
一般用于检查固井质量。
18.放射性测井：有些原子核是不稳定的，有放射性。
它可以是自然的，也可以是由粒子轰击激发出来的。
核射线有α、β、γ三种，其中只有γ射线是频率很高的电磁波型，具有足够的穿透力，能使井下计数器工作。
放射性测井就是利用γ射线这一特性。
19.钻井液密度：是指单位体积钻井液的质量。
20.钻井液粘度：是指钻井液流动时固体颗粒之间，固体与液体之间以及液体分子之间内磨檫的总反映。
第一章钻井工程基本知识石油和天然气是宝贵的能源和化工原料，它们埋藏在地下几百米、上千米甚至超过万米的岩层中。
为了寻找油气藏，开采石油天然气，需要钻井，需要一整套俗称钻机的钻井机械及设备。
研究、设计、制造钻并没备，并使其随着钻井工艺技术的发展不断地改进更新，是石油机械工作者的任务。
因此，我们需要学习有关钻井工程的一些基本知识，了解钻井工艺对设备的要求，掌握钻并设备的组成、工作原理、特点和发展概况。
本章内容分为四节。
(1)石油地质常识一般性介绍油气成因，油气藏形成的地质条件及探查方法，油、气物理性质及我国油气资源的分布概况。
(2)钻并工艺概述介绍常规钻井，即钻直井的钻井方法、钻井工艺过程、钻井参数、井斜及其控制等方面的基本知识和定向并的概念。
(3)常规钻并技术简要介绍几种常规钻井技术的基本概念和特点，如喷射式钻井、平衡压力钻井、常规定向钻井的造斜方法与工具等。
(4)钻井技术的新发展介绍几种跨世纪的油气钻探新技术及时钻井设备的要求，如欠平衡钻井、深并超深并钻井技术、水平并技术与导向钻具、小并眼钻井技术及钻机和井下钻并系统，连续柔管钻并技术及设备等。
第一节石油地质常识1．地壳的组成地球自生成至今已有45—60亿年，平均半径为637lkm。
地球内部可分为地核、地慢和地壳三个同心排列的圈层，如图1—1所示。
各团层物理状况可参见表I—1。
地壳厚度各处并不相等。
最厚处达70一80 km，最薄处只有5—6km，平均为33km。
地壳由岩石组成，岩石依成因的不同可分为火成岩、变质岩和沉积岩三大类。
(1)火成岩又名岩浆岩，是高热的岩浆冷凝后形成的岩石，呈块状，元层次，致密而坚硬，如花岗岩、玄武岩、正长石等。
(2)沉积岩火成岩、变质岩和早期形成的沉积岩，经风吹、雨打、温度变化、生物作用等被剥烛、粉碎、溶解形成碎屑物质及溶解物质，再经风力、水流、洲rr、海洋搬运至低凹处沉积下来，越积越厚，经压实、固结而形成了沉积岩。
沉积岩有层次、儿隙、裂缝和溶洞，并有各种古代动植物残骸遗迹形成的化石。
必须知道的钻井基础知识钻井事故1.井喷：地层流体侵入井眼发生井涌，且失去控制的现象。
2.井漏：钻井过程中钻井液或水泥浆漏入地层中的现象。
3.卡钻：钻具陷在井内不能自由活动的现象。
4.井漏原因1.井内钻井液液柱压力加大于地层破裂压力。
2.地层破裂压力异常低，岩层孔隙度大、渗透性好，或有裂缝、溶洞等；3.钻井工艺措施不当。
如钻井液密度大、压力过高，或开泵过猛以及下钻速度过快而造成井下压力激动等。
5.井漏类型渗透性漏失：漏速不大，一般在 10 m3／h以内。
裂缝性漏失：漏速一般为20～ 100 m3／h不等。
溶洞性漏失：漏速一般在 100 m3／h以上6.卡钻类型（1）沉砂卡钻（2）井塌卡钻（3）压差卡钻（泥饼粘附卡钻）（4）键槽卡钻（5）缩径卡钻（6）落物卡钻7.键槽卡钻现象：（1）钻进正常，泵压正常；（2）钻杆接头偏磨严重；（3）下钻不遇阻，但起钻到狗腿处常遇卡；（4）能下放但不能上提，严重时****死。
8.键槽卡钻预防：（1）避免出现狗腿；（2）起下钻时应在键槽井段反复划眼；（3）在键槽井段低速慢起。
9.卡钻事故的处理（1）上提、下放和转动钻具解卡。
（2）浴井解卡。
井内泡油、泡盐水、泡酸或采用清水循环。
（3）上击、下击解卡。
（4）倒扣套铣解卡。
（5）爆炸倒扣、套铣。
（6）爆炸、侧钻新井眼。
10.常见的钻具事故：1.钻杆、钻铤本体断； 2.钻杆滑扣、脱扣。
11.钻具事故处理（1）卡瓦打捞筒打捞（2）打捞矛打捞（3）公锥、母锥打捞固井1.套管的分类作用1）、表层套管主要用途1. 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；2.安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。
2）、生产套管（油层套管）3）、中间套管（技术套管）主要用来封隔不同地层压力层系或易漏、易塌、易卡等井下复杂地层。
4）、尾管（衬管）5）．导管2.井身结构设计的原则1）、有效地保护油气层；2）、有效避免漏、喷、塌、卡等井下复杂事故的发生，保证安全、快速钻进；3）、钻下部地层采用重钻井液时产生的井内压力，不致压裂上层套管鞋处最薄弱裸露地层；4）、下套管过程中，井内钻井液液柱压力和地层压力间的压差不致于压差卡套管；5）、当实际地层压力超过预测值而发生井涌时，在一定压力范围内，具有压井处理溢流的能力。
第一节钻井工程钻井分直井和定向井。
定向井可分为：一般定向井、大斜度井、丛式井、多底井、斜直井、水平井等。
一般定向井：在一个井场内仅有一口最大井斜角小于60°的定向井。
大斜度井：在一个井场内仅有一口最大井斜角在60°～86°范围内的定向井。
丛式井：在一个井场内有打算地钻出的两口或两口以上的定向井组，其中可含一口直井。
多底井：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。
斜直井:用倾斜钻机或倾斜井架完成的，自井口开头井眼轨道始终是一段斜直井段的定向井。
动画3-1一、钻井过程1、预备工作定井位：地质师依据地质上或生产上的需要确定井身轴线或井底的位置。
修大路：主要保障能通行重车，有的满载车总重可达39～40吨或更多。
平井场：在井口四周平坦出一块场地以供施工之用。
井场面积因钻机而异，大型钻机约需120×90m2，中型钻机可为100×60m2。
打根底：为了保证施工过程中各设备不因下陷不均匀而歪斜，要打根底。
小些的根底用预制件，大的根底则在现场用混凝土浇灌。
安装：立井架，安装钻井设备。
2、钻进当前世界各地普遍使用的打井方法是旋转钻井法，此法始于1900年。
钻进：钻进直接裂开岩石的工具叫钻头。
钻进时用足够的压力把钻头压到井底岩石上，使钻头的刃部吃入岩石中。
钻头上边接钻柱，用钻柱带动钻头旋转以裂开并底岩石广井就会渐渐加深。
加到钻头上的压力叫钻压，是靠钻柱在洗井液中的重量(即减去浮力后的重量)的一局部产生的。
钻柱把地面的动力传给钻头，所以，钻柱是从地面始终延长到井底的，井有多深，钻柱就有多长。
随着井的加深，钻柱重量将渐渐加大，以致于将超过钻压的需要。
过大的钻压将会引起钻头、钻柱、设备的损坏，所以必需将大于钻压的那局部钻柱重量吊悬起来，不使作用到钻头上。
钻柱在洗井液中的重量称为悬重，大于钻压需要而吊悬起来的那局部重量称为钻重。
亦即钻压=悬重一钻重。
井加深的快慢，即钻进的速度，用机械钻速或钻时表示。
机械钻速是每小时裂开井底岩石的米数，即每小时进尺数。
钻时是每进尺1m 所需时间，以分钟表示。
此二者互成倒数。
洗井：井底岩石被钻头裂开以后形成小的碎块，称为岩屑。
岩屑积多了会阻碍钻头钻切的井底，引起机械钻速下降。
所以必需在岩屑形成以后准时地把它们从井底上去除掉，并携出地面，这就是洗井。
洗井用洗井液进展。
洗井液可以是水、油等液体或空气、自然气等气体。
当前用得最多的是水基泥浆，即粘土分散于水中所形成的悬浮液。
也有人称洗井液为钻井液，但多数人则把各种洗井液统称之为泥浆。
钻柱是中空的管柱，把洗井液经钻柱内孔柱入井中，从钻头水眼中流出而冲向井底，将岩屑冲离井底，岩屑伴同洗井液一同进入井眼与钻柱之间的环形空间，向地面返升，始终返出地面，见图3-1。
岩屑在地面上从洗井液中分别出来井被去除掉，不含岩屑的洗井液再度被注入井内，重复使用。
洗井液为气体时则不再回收。
图3-1 泥浆循环示意图在钻进时，洗井是与裂开岩石同时迸行的。
为了维持洗井液不连续地循环，就需用泵连续灌注。
液体在流经管路时是要损耗能量的，即要抑制流淌阻力而损耗洗井液所具有的压力。
因此，泵的出口压力要较高。
接单根：在钻进过程中井不断加深，钻柱也要准时接长，每次接入一根钻杆，叫做接单根。
打一口井要接很屡次单很。
起下钻：为了更换磨损了的钻头，需将全部钻柱从井中起出，换了钻头以后再重下入井中，叫起钻或下钻。
一口井要用很多只钻头才能钻成，所以起下钻的次数是很多的。
为了提高效率，节约时间，起下钻时不是以单根钻杆为单位进展接卸，而是以二或三根钻杆为一接卸单位，称为立根。
立根长度一般为24-25m。
为了协作这么长的立根，井架高度一般应为41m 左右。
固井：一口井在形成时，要穿过各种性质不同的地层，有的地层岩石坚硬，井眼形成以后可以维持较长时间而不致坍塌，有的地层则很松软、裂开，形成的井壁不稳定，井壁上的岩石极易坍塌落入井内，有的地层内含有高压油，气，水等流体，有的地层则压力很低，易使洗井液漏失，有的地层含有某些盐类，会使洗井液性能变坏。
尽管地层简单多变，还是得设法将这些地层钻穿，否则无法连续向下钻进。
当这些地层被钻穿以后，上述的各种简单状况有的可能消逝，对以后的钻井工作不再造成危害。
而有的则连续给钻井工作造成麻烦，或许会形成隐患。
为了保护已钻成的井眼和使以后的钻井工作顺当进展，或为生产造成通路，应当在适当的时候对井眼进展加固，称为固井。
固井的方法是将称做套管的薄壁无缝钢管下入井中，井在井眼与套管之间灌注水泥浆以固定套管，封闭住某些地层。
这就是下套管，注水泥作业。
一口井从开头到完成，常需下入多层套管井注水泥，即需进展数次固井作业。
事故处理：如物件落入井内需进展打捞，钻杆断在井内也要打捞，钻柱被卡在井内则要设法解卡。
除落物外，引起井内简单状况而需处理的缘由多系洗井液性能不合要求所造成的。
二、钻井设备常用钻具包括钻头、钻挺、稳定器、减振器、震击器、加重钻杆、钻杆、方钻杆、井底马达和连续导向动力钻具组合等。
1、钻头〔Drill Bit〕钻头是钻井时直接裂开岩石的工具。
它的构造特点，制造工艺及选用是否得当对提高钻井速度，降低钻井本钱很重要。
近十多年来，随着钻井技术的提高，冶金和机械制造工艺的改进，钻头的设计、制造和使用都有了很大的改善，使各类钻头的技术经济指标有了很大的提高。
目前石油钻井常用的钻头(不包括地质钻探、矿产采掘等工业所用钻头)，按其裂开岩石的作用原理分类，可分为切削型(刮刀钻头)，冲击压碎剪切型(牙轮钻头)和研磨型(金刚石钻头)三类〔图3-2〕。
图3-2 钻头类型介绍图图3-3 刮刀、牙轮、取心、金刚石钻头图片2、钻杆〔Drill pipe〕用于将裂开岩石的扭矩从地面传递给钻头，并形成洗井液循环的通路。
钻杆用薄壁无缝钢俐管制成，每根长8-12m。
为了适应不同使用条件的要求，钻杆承受不同的钢级生产出不同直径、不同壁厚的多种规格〔均为 API 标准〕以供选用。
钻杆由厚壁高强度钢管制成。
两端的接头比本体粗。
一端为公扣，一端为母扣。
其管体外径为73mm～168mm，壁厚8.38mm～11.40mm，内径为33mm～126mm。
在钻头与方钻杆之间。
作用是：l〕将钻头送入井底，起下井内钻具；2〕输送高压钻井液；3〕传递扭矩；4〕控制钻压。
三方、四方或六方空心钢管称方钻杆〔Kelly〕，上接水龙头，下接钻杆，作用是将钻盘扭矩传递给钻柱。
API 钻杆标准见表2-20。
表3-1 API 钻杆标准外径mm 〔英寸〕内径mm 壁厚mm 线密度kg/m100.53 6.88 24.5114.3〔41/2〕97.1895.35 8.569.4724.726.992.46 10.92 29.8127(5)111.96108.61 7.529.1924.229.0图3-4 钻杆〔左图方钻杆；钻井现场的钻杆〕2、钻铤〔Drill Collar〕钻挺由厚壁高强度钢管制成，两端有接头。
一端为公扣，一端为母扣。
通体外径相等，内径相等；其外径在79mm～355mm 的范围内；内径为31mm～76mm。
位置在钻柱下部、钻头之上。
其作用是：1.供给钻压；2.传递运动力和力矩；3.掌握井眼轨道；4.传递泥浆。
表3-2为API 钻铤标准表。
表3-2 API 钻铤标准外径 mm 〔英寸〕内径 mm 壁厚 mm 线密度 kg/m146.1〔53/4〕57.15 44.46 111.2152.4〔6〕57.15 47.6 122.7158.8〔61/4〕57.15 50.8 135.1177.8〔7〕71.44 53.2 163.2203.2〔8〕71.44 65.9 223.9228.6〔9〕71.44 78.6 290.2254〔10〕76.2 88.9 361.6279.4〔11〕76.2 101.6 444.93、加厚钻杆一般钻杆的壁厚约8-12mm,钻艇壁厚约45-100mm,两者直接相接，刚度差异太大，对钻杆不利。
应当在两音之间接上加厚钻杆18～21根，使刚度不突然变化。
加厚钻杆实际上是一种特别的厚壁钻杆,壁厚为22-25mm，。
由于壁较厚，所以单位长度重量为一般钻杆的2.4倍以上。
这种钻杆通常接在钻铤和一般钻杆之间。
其作用：1)钻挺缺乏时可给钻头供给钻压；2)由于壁厚大，具有较高抗张、抗弯曲强度，可以有效地防止和削减钻具事故。
构造同于一般钻杆。
加厚钻杆标准见表3-3。
表3-3 加厚钻杆标准外径 mm 〔英寸〕内径 mm 壁厚 mm 线密度 kg/m114.3〔41/2〕69.9 22.2 59.4 127(5) 76.2 25.4 72.24、协作接头钻杆与钻镇有多种不同的外径，它们的接头丝扣也就具有不同的节圆直径，锥度与螺距也可能不同。
即使是外径一样的钻杆，也由于加厚方式的不同或其他缘由，其接头丝扣的尺寸也不尽一样。
钻柱协作有多种不同的组合，相互连接处的接头丝扣尺寸可能是不一样的，这就无法相互连接。
解决的方法就是用协作接头，它两端的丝扣各与拟连接的丝扣同尺寸。
5、保护接头方钻杆下端接头丝扣处由于起下钻，接单根等作业接卸频繁而简洁磨损。
磨损后不易修复。
水龙头中心曾下端也有这问题。
这些丝扣需要加以保护以延长其使用寿命。
承受的方法是在该处再加用一个接头，使常常接卸处移到这个加的接头上就行了，假设损坏，换个接头还是简单易行的。
这个接头就叫保护接头。
6、吊卡、卡瓦、吊钳、提升短接、安全卡瓦钻井起下钻时常用到吊卡、卡瓦、吊钳〔Tong〕、提升短接、安全卡瓦设备〔图3-5~图3-10〕。
安全卡瓦〔Safety clamp〕在钻铤上无接头台肩，用一般卡瓦卡紧在转盘上时可能滑落井中。
因此，在卸下吊卡前要卡上安全卡瓦，扣上吊卡以后再去掉。
利用尖劈原理将钻杆、钻铤卡紧在转盘孔斜面上，以悬持钻杆柱重量，以进展起、下管柱的作业。
图3-5 吊卡与卡瓦1－钻杆；2－吊环；3－吊卡；4－卡瓦；5－转盘图3-6 液压大钳图片〔Hydraulic Tong〕图3-7 钻杆吊卡图片〔Elevators for hanging drill rod〕图3-8 套管吊卡〔Elevators for hanging casings〕图3-9 钻具卡瓦图3-10 钻具安卡7、打捞工具：公锥〔Pin T ap〕、母锥〔Hen Tap〕、打捞筒、打捞蓝〔Fishing Basket〕、打捞矛、磁力打捞器〔Fishing magnet〕、磨鞋〔Mill〕。
〔图3-11～3-14〕。
图3-11 打捞工具－铣鞋和倒扣接头图3-12 打捞工具－引子磨鞋和母锥图3-13 打捞工具－公锥、磨鞋捞杯和平底磨鞋图3-14 打捞工具－套子磨鞋、引子磨鞋和母锥8、稳定器〔Stabilizer〕：一端有母扣、一端有公扣的高强度钢管〔图3-15〕。
