钻井基础知识简介

第一章定向井（水平井）钻井技术概述第一节定向井、水平井的基本概念1．定向井丛式井发展简史定向井钻井被（英）T ．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。

”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。

定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。

定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期，美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。

当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的，但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。

并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。

最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。

早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。

有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。

第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。

救援井是指定向井与失控井具有一定距离，在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。

目前最深的定向井由BP勘探公司钻成，井深达10，654米；水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的Rytch Farm 油田钻成的M11井，水平位移高达1，0114米。

垂深水平位移比最高的是Statoil 公司钻成的的33/9—C2达到了1:3.14；丛式井口数最多，海上平台：96口；人工岛：170口；我国定向井钻井技术发展情况我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步，首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—15井和磨三井，其中磨三井总井深1685米，垂直井深表遗憾350米，水平位移444.2米，最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，推广定向井钻井技术；80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。

一．井的概念石油和天然气埋藏在地下几十米和几千米的油气层中，要把它开采出来，需要在地面和地下油气层中建立一条油气通道，这条通道就是井。

为了开采石油和天然气，在油田勘探和开发的过程中，凡是为了从地下获得油气而钻的井，统称为石油井。

对于一口钻完进尺的井眼，井内有钻井液和泥饼保护井壁，这时的井称之为裸眼井。

裸眼井下入套管，再用水泥浆封固套管与井壁之间的环形空间，封隔油（汽、水）层后，就形成了可以开采油气的石油井。

为达到不同的勘探目的及适应油、气田开发的需要，在油气田的不同部位上，分别打着不同类型的井。

主要类型有：探井、资料井、生产井、注水井、观察井、检查井、调整井。

1）探井：在经过地球物理勘探证实有希望的地质构造上，为探明地下构造及含油情况，为寻找油气田而钻的井，称为探井。

2）资料井：为了取得编制油田开发方案所需要的资料而钻的井，称之为资料井。

这种井要求全部或部分取岩心。

3）生产井：用来采油、采气的井称之为生产井。

4）注水井：用来向油层内注水保持油层压力的井，称之为注水井。

5）观察井：在油田开发过程中，专门用来观察油田地下动态的井，叫观察井。

如观察各类油层的压力、含水变化规律和单层水淹规律等。

观察井一般不负担生产任务。

6）检查井：在油田开发过程中，为了检查油层开采效果而钻的井。

7）调整井:为了挽回死油区的储量损失，改善断层遮挡地区的注水开发效果，以调整平面矛盾严重地段的开发效果而补钻的井称之为调整井。

调整井用以扩大扫油面积，提高采油速度，改善开发效果。

二、井身结构井身结构是指由直径、深度和作用各不相同，且均注水泥封固的环形空间而形成的轴心线重合的一组套管和水泥环的组合。

如图所示：1.井身结构的组成及作用井身结构主要有导管、表层套管、技术套管、油层套管和各层套管的水泥环等组成。

1）导管：井身结构中下入的第一层套管叫导管，其作用是保持井口附近的地表层。

2）表层套管：井身结构中第二层套管叫表层套管，一般为几十至几百米。

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。

18、多底井：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。

19、大斜度井：最大井斜角在60°～86°的定向井。

钻井知识概要介绍钻井完井工程一、钻机1、钻机的组成（1）钻具提升系统——绞车、刹车、天车、钢丝绳、游车、大钩、井架起下钻具工具及设备：吊环、吊卡、卡瓦、吊钳、立根移动机构。

（2）旋转钻进系统——水龙头、转盘、钻杆柱、钻头、（井下动力钻具）（3）泥浆循环系统——泥浆泵、地面高压管线、钻井液净化及调配设备。

振动筛、除砂器、除泥器、离心机。

（4）动力系统——柴油机、交流电动机或直流电动机、燃气轮机。

（5）传动系统（动力传输系统）（6）控制系统——气控制、液压控制、机械控制、电控制（7）钻机底座（8）辅助设备2、井控设备（1）以液压防喷器为主体的钻井井口，称为防喷器组合。

液压防喷器（环形防喷器、双闸板防喷器、单闸板防喷器）套管头四通（3）液压防喷器控制系统司钻控制台远程控制台辅助遥控控制台过渡法兰（2）以节流管汇为主的井控管汇：节流管汇及流动节流阀控制箱 放喷管线 压井管汇注水管线灭火管线反循环管线3、钻头的分类刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头金刚石钻头（天然金刚石钻头、PDC 钻头、TSP 钻头）4、取心工具取心钻头、岩心筒、岩心爪二、钻井液1、钻井液的综合分类不分散聚合物钻井液体系（水基）分散钻井液体系钾基钻井液体系油基钻井液体系盐水钻井液体系（包括海水和咸水）饱和盐水钻井液体系钙处理钻井液体系气体钻井流体（包括一般气体和泡沫）2、钻井液组成钻井液的组成包括原材料和各种处理剂。

原材料：配浆——膨润土、水（或盐水）、油、加重材料（主要是重（4）钻具内放喷工具钻具止回阀 方钻杆上、下旋塞投入式止回阀 旁通阀晶石）、钻屑。

处理剂：改变钻井液性能。

有用固相：膨润土、加重材料无用固相：钻屑活性固相：膨润土惰性固相：加重材料、钻屑3、钻井液的性能密度、粘度、pH值、滤失和滤饼、含砂量、固相含量、4、钻井液功用携带和悬浮岩屑，清洗井底稳定井壁和平衡地层压力冷却和润滑钻头钻具传递水动力，提高钻速4、钻井液的循环过程钻井液的循环是靠钻井泵来维持的，从钻井泵排出的高压钻井液，经过地面高压管汇、立管、（鹅颈管）、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤，从钻头水眼上的喷嘴喷出，以清洗井底、携带岩屑，然后沿环形空间（钻柱与井壁形成的空间）向上流动，到达地面后，经地面低压管汇（高架槽）流入钻井液池，再经过各种固控设备（振动筛、除砂器、除泥器、离心机）进行处理后返回上水池，进入钻井泵循环使用。

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。

钻井基础知识绪论一、钻井施工工序钻井是一项复杂的系统工程，每一口油气井的完成都包括钻前施工、钻井施工和固井作业三个阶段。

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⑴岩石的强度：岩石的强度是指抵抗外力破坏的能力。

根据外力性质的不同，分为抗压、抗拉、抗剪和抗弯强度等。

一般情况下，岩石的几种强度关系为：抗拉＜抗弯＜抗剪＜抗压。

岩石的强度与岩石的孔隙度有关，孔隙度孔隙度大，岩石的强度就小。

岩石的强度还与组成岩石的物质成分有关，由硬度较高的矿物组成的岩石其强度也较高。

⑵硬度：岩石的硬度是指岩石抗压入的极限强度。

在钻井过程中，钻头接触的岩石处在多向压缩的应力状态下，其岩石的硬度反映了多向应力状态下的抗压强度。

岩石的硬度与造岩矿物的成分、孔隙度、胶结物⑶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。

⑷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。

⑸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。

⑴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。

⑵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。

⑶砾岩层。

在砾岩层中钻进易发生跳钻、蹩钻和井壁垮塌。

⑷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。

⑸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”表示。

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。

钻井技术基础概述经过石油工作者的勘探会发现储油区块 , 利用专用设备和技术，在预先选定的地表位置处，向下或一侧钻出一定直径的圆柱孔眼，并钻达地下油气层的工作，称为钻井。

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。

石油勘探和开发过程是由许多不同性质、不同任务的阶段组成的。

在不同的阶段中，钻井的目的和任务也不一样。

一些是为了探明储油构造，另一些是为了开发油田、开采原油。

为了适应不同阶段、不同任务的需要，钻井的种类可分为以下几种。

基准井：在区域普查阶段，为了了解地层的沉积特征和含油气情况，验证物探成果，提供地球物理参数而钻的井。

一般钻到基岩并要求全井取心。

剖面井：在覆盖区沿区域性大剖面所钻的井。

目的是为了揭露区域地质剖面，研究地层岩性、岩相变化并寻找构造。

主要用于区域普查阶段。

参数井：在含油盆地内，为了解区域构造，提供岩石物性参数所钻的井。

参数井主要用于综合详查阶段。

构造井：为了编制地下某一标准层的构造图，了解其地质构造特征，验证物探成果所钻的井。

探井：在有利的集油气构造或油气田范围内，为确定油气藏是否存在，圈定油气藏的边界，并对油气藏进行工业评价及取得油气开发所需的地质资料而钻的井。

各勘探阶段所钻的井，又可分为预探井，初探井，详探井等。

资料井：为了编制油气田开发方案，或在开发过程中为某些专题研究取得资料数据而钻的井。

生产井：在进行油田开发时，为开采石油和天然气而钻的井。

生产井又可分为产油井和产气井。

注水(气)井:为了提高采收率及开发速度,而对油田进行注水注气以补充和合理利用地层能量所钻的井。

专为注水注气而钻的井叫注水井或注气井，有时统称注入井。

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。

第一章钻井的工程地质条件1.钻井的工程地质条件：与钻井工程有关的地质因素的综合。

2.静液压力：液柱自身的重力所产生的压力。

3.上覆岩层压力：该处以上地层岩石基质和孔隙中流体的总重力所产生的压力。

4.地层孔隙压力/地层压力：岩石孔隙中的流体所具有的压力。

5.基岩应力：岩石骨架所承担的部分压力。

6.声波时差法：通过测量声波在不同地层中传播的速度可识别地层岩性、判断储集层、确定地层孔隙度和计算地层孔隙压力。

7.声波时差法原理：8.Dc指数法：机械钻速法，只考虑压差的影响，机械钻速随压差的增大而减小。

9.Dc指数法原理：10.泊松比：水平应力与垂直应力之比。

11.地层坍塌压力：钻井液密度过低，井壁应力将超过岩石的抗剪强度而产生剪切破坏（井眼坍塌扩径、屈服缩径），此时的井眼液柱压力即为地层坍塌压力。

12.三轴应力条件下，岩石力学性质：随着围压的增大，岩石表现出从脆性向塑形的转变，并且围压越大，岩石破坏前所呈现的塑形也越大。

13.岩石的可钻性：岩石抗破碎的能力。

14.岩石的研磨性：岩石磨损钻头的能力。

15.硬度与抗压强度的区别：硬度只是固体表面的局部对另一物体压入或侵入时的阻力，抗压强度则是固体抵抗固体整体破坏时的阻力。

第二章石油钻机及钻井工具1.石油钻机：用来进行油气勘探、开发的成套钻井设备，是由多种机器设备组成、具有多种功能的联合工作机组。

八大系统：动力驱动系统、传动系统、提升系统、旋转系统、钻井液循环系统、控制系统、钻机底座、辅助设备系统。

三种能力：起下钻能力、旋转钻进能力、循环洗井能力。

2.钻柱：钻头以上、水龙头以下部分工具的总称，其主体包括方钻杆、钻杆、钻铤、转换接头及稳定器等井下工具。

3.中性点：钻柱上轴向力等于0的点（N点）。

4.钻铤：与钻杆相比，钻铤的主要特点是壁厚大，具有较大的重量和刚度，可承受较大的轴向压力而不发生弯曲。

5.钻铤的作用：a.给钻头施加钻压；b.保证压缩条件下的必要强度；c.减轻钻头的振动、摆动和跳动等，使钻头工作平稳；d.控制井斜。