水平井钻井工程设计知识分享共55页

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。

一、石油工程基础知识1.钻井工程常识：六大系统，各个岗位组成及分工，井场布置，工作环境，井场安全2.油气井分类3.定向井、水平井基础知识：基本概念（角差、工具面是重点），井身轨迹控制方法（轨迹类型，定向工具：弯接头、螺杆、无磁钻铤、定向接头；定向造斜，复合钻进，地质导向，旋转导向）二、定向测量仪器（北京海蓝MWD）1.仪器的组成结构、功能作用及工作原理2.仪器的安装、拆卸、初始化设置及调试等3.仪器现场工作流程三、现场工作1. 建井程序2. 定向测斜流程3. 摆工具面4. 井身轨迹设计与轨迹控制软件的使用方法5. 井下钻具组合（BHA）设计第一章石油工程基础知识一．钻井工程基本常识1.钻机六大系统：起升系统，旋转系统，循环系统，动力系统，传动系统，控制系统2.岗位组成及分工：井队干部：队长，副队长，指导员，技术员，井队员工：司钻，副司钻，内钳工，外钳工，井架工，机械工，电工，司机，场地工（3-4人），泥浆工，3.井场布置：井架，住井房，值班房，地质录井房，综合录井房，技术服务房，泥浆房，二．油气井分类三 定向井、水平井基础知识 1. 基本概念：靶区α造斜点稳斜井段水 平 位垂 深（1）井身轨迹：是指一口已钻成的井的实际井眼轴线形状。

（2）井深：指井口（通常以转盘面为基准）至测点的井眼长度，也有人称之为斜深，国外称为测量井深（Measurement Depth）；井深是以钻柱或电缆的长度来测量的。

井深常以字母“Dp”表示，单位为米（m）。

（3）井斜角：（通常称井斜）是指过井眼轴线上某测点作井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线，井眼方向线与重力线之间的夹角就是井斜角。

井斜英文缩写是Inc，单位为度（°），其变化范围一般在0°—90°，但有时也有大于90°的情况。

（4）井斜方位角：（通常称方位）某测点处的井眼方向线投影到水平面上，称为井眼方位线，或井斜方位线；以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线上所转过的角度即井眼方位角。

水平井基础知识讲座一、水平井基本概念1、定义：最大井斜角深打压90°左右，并在目的层中维持一定长度的的水平井段的特殊井称为水平井。

2、入靶点：指地质设计规定的目标起始点。

3、终止点：指地质设计规定的目标结束点。

4、靶前位移：指入靶点的水平位移。

5、水平段长：入靶点与终止点的轨道长度。

6、梯形靶：即纵向为±a米，横向为±b米的卡角内。

7、矩形靶：即纵向为±a米，横向为±b米的长方体。

二、水平井分类（三种基本类型）1、长半径水平井（小曲率水平井），造斜率K＜6°/30m，曲率半径R＞286.5m。

2、中半径水平井（中曲率水平井）：造斜率K=6～20º/30m曲率半径R=286.5～86m3、短半径水平井（大曲率水平井）：造斜率K=3～10º/m，曲率半径R=19.1～5.73m三、国内外发展现状水平井起源于20世纪50年代，美国John,Eastman开展起来的，到20世纪80年代，据统计水平井段300mm以上只有20口，水平井随着国际钻井三大技术MWD随钻测量、PDC 钻头、和高效导向螺杆钻具的应用，水平井数量成倍增加，1995年统计，世界上共完成水平井12590口，我国是继美国和前苏联之后，第三个钻水平井的国家，1965年在四川完成了2口水平井，90年水平井被列入国家“八五”重大科技攻关项目，四年时间在10个油田钻成50余口水平井。

目前各油田已经大力推广应用。

四、水平井技术难点1、油层薄，一般控制在上下2米，有的甚至在上下1米油层内2、地质导向不确定，由于地质部门对油层的垂深很难准确把握，经常修改设计，调整垂深，给轨迹控制增加难度3、信息滞后MWD测斜仪距钻头较远，一般在15m左右，需准确预测井底数据4、矢量中靶法由于井深、井斜、方位、位移四个可变参数，没有固定模式，只有采取试算法，随时跟踪计算，才能准确中靶五、怎样打好水平井（—）优选井位①地面服从地下，工程服从地质②利用地层自然造斜规律③靶前位移的选择建议：不管是水平井还是其它常规定向井，应派经验丰富的领导参加，现场拍板，尽量利用地层自然规律，提高机械钻速。

第一节钻井工程钻井分直井和定向井。

定向井可分为：普通定向井、大斜度井、丛式井、多底井、斜直井、水平井等。

普通定向井：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°X围内的定向井。

丛式井：在一个井场内有计划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，自井口开始井眼轨道一直是一段斜直井段的定向井。

动画3-1一、钻井过程1、准备工作定井位：地质师根据地质上或生产上的需要确定井身轴线或井底的位置。

修公路：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：在井口周围平整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。

打基础：为了保证施工过程中各设备不因下陷不均匀而歪斜，要打基础。

小些的基础用预制件，大的基础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：钻进直接破碎岩石的工具叫钻头。

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破碎并底岩石广井就会逐渐加深。

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)的一部分产生的。

钻柱把地面的动力传给钻头，所以，钻柱是从地面一直延伸到井底的，井有多深，钻柱就有多长。

随着井的加深，钻柱重量将逐渐加大，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部分钻柱重量吊悬起来，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部分重量称为钻重。

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。

水井钻井知识点归纳总结一、水井钻井概述水井钻井是指为了开采地下水资源，通过利用钻井设备将地下水层中的水抽取到地表的工程活动。

通常情况下，水井钻井是为了获得地下水资源供应农田灌溉、城市供水、工业用水等各种需要。

水井钻井是一项复杂的工程活动，需要经过合理的规划、设计和施工，才能获取理想的地下水资源。

本文将对水井钻井的相关知识点进行归纳总结，以供参考。

二、水井钻井的类型1. 直井直井是最常见的一种水井类型，它是通过钻井设备从地表垂直地向地下水层中钻井的方式获取地下水资源。

直井的优点是结构简单、施工方便，适用于大部分地质条件。

2. 斜井斜井是指在井筒向下钻井的同时，井筒还有一定的倾斜度，通常是30度到45度。

斜井的优点是可以更好地利用地下水层的水源，减少井口的占地面积，适用于受限区域。

3. 水平井水平井是指在地表上开采，在地下进行方向开采，再穿越绝对层成为一种特殊的钻井。

水平井的优点是可以最大限度地获取地下水资源，适用于水资源极度紧缺地区。

4. 起爆井起爆井是一种特殊的水井钻井方式，通过使用爆破方式来开采地下水资源。

通常情况下，起爆井是在地下水层中存在水泵不通畅时采用的一种方式。

三、水井钻井的流程1. 案例调查水井钻井的第一步是进行案例调查，通过调查钻井场地的地质条件、地下水位和水质状况等情况，做到心中有数，才能确保后续的施工计划。

2. 勘探设计在进行案例调查的基础上，需要进行勘探设计，包括确定钻井的位置、井筒的直径和深度、井口的设置等。

3. 安全措施在进行水井钻井之前，需要做好安全措施的准备工作，包括人员防护、设备检修和安全教育等。

4. 钻井施工进行钻井施工是整个水井钻井流程的关键步骤，需要通过适当的钻井设备、工具和材料来保证施工的效率和质量。

5. 地下水抽取钻井完成后，需要进行地下水抽取工作，一般可以通过水泵或者抽水机来将地下水抽取到地表，进行利用。

6. 井筒封堵在地下水抽取结束后，需要进行井筒封堵来保护地下水资源，防止受到污染和浪费。

水平井特点一、由垂直井眼变成倾斜（水平）井眼带来的特性1、钻具贴井壁，受力状况发生变化从造斜段开始，钻具受力状况相对直井发生了根本的变化。

①造斜段：由于斜井段钻具的斜向拉力造成此处钻具被＂拉向＂上井壁。

造斜点较高的井可明显在井口出现钻具向定向方向的＂偏移＂。

随着井深增加，造斜点以下钻具重量随着造斜率的增大，在造斜段出现的侧向力F侧随之增大、起下的摩阻增大，随着时间的延长，起下钻和转动在此处形成键槽。

图１②斜井段：由于钻具自重，钻具＂躺在＂下井壁，对井壁侧压力的增大，带来磨阻（起下）和扭矩的增大（旋转）。

图２③钻头的受力变化出现侧向分力，当使用增斜钻具结构时，由于近钻头扶正器的＂支点＂作用而产生向高边的侧向力；使用降斜组合时，由于＂钟摆力＂作用而向低边产生侧向力；由于下部钻具结构和钻头重力作用，始终产生＂降斜趋势，需用刚性组合来保持井斜的稳定或大于此趋势产生增斜力。

2、偏心环空和岩屑床国外专家和＂七五＂攻关项目中刘希圣教授等专家研究表明，由于斜井钻具偏向下井壁而形成了＂偏心环空＂，岩屑的沉降，运移与直井相比发生了根本的变化，岩屑出现向井壁径向沉降的趋势，由于偏心环空流速的不均匀，在下井壁形成岩屑床，在一定条件下还会发生岩屑床的滑移、堆积。

给大斜度、水平井施工带来威胁，如何正确认识此特点和采取相应的措施是定向井，尤其是大斜度井、水平井成功与否的关键。

图５研究的主要结论有：①偏心环空场中，大环隙处流速大，小环隙处流速小，促使岩屑床的产生。

②岩屑床厚度随流速的减少和井眼斜度的增加而增加，但倾角大于一定值后，其岩屑床厚度基本保持不变。

③环空岩屑浓度在临界角（30°≤θ≤60°）范围内最大。

环空岩屑浓度随流速的增加而降低。

注：对临界角的界限，有人认为35°～70°，但总的范围是相近的。

③当井眼倾角处于临界倾角范围内时，由于岩屑床的形成及滑移，岩屑势必下滑堆积。

容易造成钻具的阻卡。