地质录井基础培训教材 Prepared on 22 November 2020地质录井基础培训材料第一单元钻井工程勘探开发深埋地下的油气是一项复杂的系统工程，无论勘探或开发都离不开钻进.钻井是利用机械调和与工艺技术构筑地下地质体与地面通道的工程，是一项最重要的油田基本建设工程。
打井的目的是勘探开发油气层，一口井有数千米深，油气在哪里不通过地质录井是说不清的。
而地质录井又是随钻进行的，不了解钻井工程的基本知识，不熟悉钻井工艺流程，也就无法搞好地质录井。
因此学习和掌握钻井工程的基本知识，是钻井地质工的必修课程。
下面就钻井工程中有关的钻机、钻具、钻井液、钻井技术、常见事故、完井作业及工程质量等作简要介绍。
一、钻机钻机包括（1）提升系统（2）旋转钻进设备（3）动力驱动设备（4）传动系统（5）钻机底座（6）循环系统（7）控制系统。
二、钻具钻具是钻井井下工具的简称。
它包括方钻杆、钻杆、钻铤、配合（转换）接头、稳定器、井眼扩大器、减震器、钻头以及其它井下工具，如井下动力钻具，取心工具、打捞工具等。
钻具水龙头以下，钻头以上所有下井钻具连接成的钻具串组合。
钻具可分为三大部分：即方钻杆、钻杆和下部钻具组合。
1．钻具丈量图1-6 各类钻头钻具丈量是确保钻井井深准确的首要条件，所以钻具的丈量对地质录井人员来讲是基本功。
根据钻具的常用组合和下井钻具顺序介绍：（1）钻头：应从刮刀片顶端、牙轮的牙齿顶端、取心钻头顶端或磨鞋底面丈量到丝扣以下的台阶（母扣量到顶端），见图1－6。
（2）钻铤和钻杆：钻杆和钻铤的长度均从母扣一端的顶端丈量到公扣丝扣的台阶处。
见图1－7。
（3）接头：与钻杆的丈量方法相同，因其使用频繁，又不被人们注意，往往是容易出差错的地方，应有专门记录。
（4）方钻杆：其作用是传递扭矩和工作时承受全部钻具重量。
对地质录井人员来讲要经常丈量方入，以便计算井深。
所谓方入就是没入转盘面以下的长度，方余即转盘面以上的剩余长度。
录井人员常常在方钻杆上刻出整米记号备丈量方入之用。
见图1－8。
在钻进过程中无论是正常钻进、取心钻进还是处理井下事故，需要经常丈量钻具，才能准确地计算井深。
在钻具的丈量中凡下井钻具无论其组合如何，我们需要的仅是下井钻具串外表部分参与累加井深的长度，掌握这一原则就能确保钻具丈量准确无误。
这种方法同样适用于套管和油管等与井深有关的下井管具。
2．钻具的管理对地质人员来讲着重是对钻具长度的管理，要管理好钻具必须做好下面几件事：（1）各种下井钻具，下井前必须逐一丈量长度，检查规范，填写原始记录。
各种记录必须做到地质、工程、气测“三对口”确保井深准确。
（2）录井队必须指定专人管理钻具，这是确保井深准确的关键，尤其是深井（探井、取心井）和各种事故进尤为重要。
（3）起下钻应编写立柱号，起钻按序号排列，下钻按编号依次下井。
（4）倒换钻具，处理事故时，拉下和新下井的钻具必须全部丈量，检查钢号和规范数量等，应设立专门的倒换钻具和处理事故的钻具记录。
（5）必须严格交接班制度：交接班时，交班时应向接班人交清所有下井钻具，正钻时应交清正钻钻杆编号，以及小鼠洞和大门坡道上单根的编号，场地编号顺序，处理事故要交清下井打捞工具组合、倒换钻具的编号、长度和规范，接班人要一一核对，正确无误时方可接班。
三、钻井液的概述1、钻井液的概述钻井液一般是由粘土、水和一些无机或有机化学处理剂搅拌而成的悬浮液和胶体溶液的混合物，其中粘土呈分散相，水是分散介质，组成固液分散体系。
钻井液又称钻井的“血液”，它除了用来带动涡轮、冷却钻头、钻具外，更重要的是携带岩屑，保护井壁，防止地层垮塌，平衡地层压力，防止井喷、井漏。
具体来讲钻井液要满足以下几方面的要求。
（1）保证安全、优质、快速、低耗地进行钻井施工。
（2）有利于发现和保护油气层。
（3）有利于取全取准各项地质资料。
（4）有利用减少对钻具、套管和其它设备的腐蚀。
（5）有利于保护环境。
（6）钻井液的类型我国钻井液类型有不分散聚合物钻井液、钾基钻井液、饱和盐水钻井液、盐水（包括海水及咸水）钻井液、油基钻井液及气态钻井流体（包括空气、天然气和泡沫）。
2、钻井液的主要性能（1）相对密度钻进液相对密度就是同体积钻井液重量与4℃的纯水重量之比。
通过调整钻井液的相对密度可以改变井内液柱压力，以平衡地层压力，保护油气层，保证钻井施工正常进行。
一般情况下钻井液的相对密度应尽可能的低，这样有利于快速钻进和发现、保护油气层。
（2）流动性钻井液的流动性包括漏斗粘度，表现粘度及塑性粘度；动切力和静切力；动塑比（PV/Yp）或流型指数（N）与稠度系数（K）。
这些指标直接影响井底净化和钻井液携带岩屑的能力与钻井速度。
在确保钻井安全的前提下，一般尽可能采用低密度，低粘度，低切力钻井液，力求最佳的流动性能。
（3）造壁性能造壁性能主要指钻井液保护井壁的能力，常以重量或体积百分数表示。
加重材料、粘土和岩屑在钻井液中属固相，前两者都为有用固相，后者为无用固相。
有用固相可以提高粘度、切力，加重剂可以提高密度，无用固相必须清除。
（4）酸碱度钻井液的酸碱度是指钻井液中含碱量的多少或它对酸中和能力的强弱。
一般常用pH值的高低衡量钻井液的酸碱值大小，用Mf(甲基橙碱度)／Pf（酚酞碱度）表示碳酸根的污染程度。
碱度应根据不同类型的钻井液与地层的需要加以控制；调节pH值的处理剂有烧碱、纯碱、苛性钾等。
四、完井作业钻井工程的完井作业是指完成钻探任务或钻达设计井深后，向井内下入套管并在其周围注入水泥浆，使套管串与井壁牢固地成一体，达到封隔地层和油、气、水层，继而安装井口，形成油气流通道，以利于长期安全生产的整个作业过程。
固井是完井作业的中心环节，是钻井施工的最后一道工序，俗话说固井是一锤子买卖，固井的成败关系到巨额耗资打成的井有没有使用价值的大问题，质量好坏关系到能否顺利进行油气生产的百年大计。
下面分井身结构、完井方法、下套管、注水泥四个方面进行介绍：1．井身介绍井身结构是指下入井内套管的层次，各层套管的尺寸和下深、各层套管相应的钻头尺寸，以及各层套管水泥的返高，见图1－9。
根据下入套管功用不同可分为：表层套管、技术套管和油层套管。
（1）表层套管1）封隔地表易塌、易漏和疏松地层。
2）安装第二次开钻的井口装置。
3）支撑技术套管和油层套管的部分重量。
（2）技术套管1）用于封隔钻井液难以控制的复杂地层。
2）封堵严重漏失层。
3）上下油气层压力相差悬殊，分属不同压力系统，把不同的油水压力系统分隔开，便于安全钻进，保护油气层。
技术套管外水泥，一般要求返到要封隔的复杂地层段顶部100m以上，对高压气井，为防止天然气窜漏要求返到井口。
（3）油层套管把不同压力不不同性质的油、气、水层分割开来，建立一条油、气流至地面的通道，确保油气长期生产，合理开采并满足今后采取增产措施的要求。
油层套管的管外水泥一般要求返到目的层顶部100~150m以上；高压气井，管外水泥通常要返至地面，以利于加固套管，增强丝扣密封性和提高抗压的能力。
2．完井方法钻井工程的完井方法有四种：（1）裸眼完井是指油气层井段不下套管封隔的完井方法，它又分先期和后期裸眼完井两种：先期完井：指钻到油气层顶部，下油层套管固井，再用小钻头钻穿油气层，然后装井口完井。
后期裸眼完井：指钻开或钻穿油气层，将套管下到油气层顶部，再装井口完井。
（2）射孔完井是指钻穿油气层，将套管下过油气层，固井后，再用射孔器射穿油气层段的套管和水泥环，形成油气流入井内的通道。
（3）贯眼完井是指钻穿油气层后，将带孔眼（或割缝）的套管下到油气层相应的部位，油气层顶以上井眼注水泥封隔，然后装井口完井。
（4）衬管完井是指钻到油气层顶部下油层套管，注水泥封隔，再用小钻头钻穿油气层，下入带孔眼（或割缝）的衬管直接坐在井底或用悬挂器挂在外层套管上，再装井口完井。
3．下套管下套管是一项非常重要的作业，要求组织严密，配合密切，不能有任何差错，尤其是套管串长度和下入深度要求绝对准确，否则固了井，会使该井失去使用价值。
（1）套管下部结构套管下部结构是指套管下部装置、附件的总称。
它包括引鞋、套管鞋、旋流套管、承托环、回压凡尔、扶正器和油层定位短节等。
（2）下套管1）下套管前必须通井，并对起下钻遇阻、卡钻处、井斜变化大的井段、目的层要求上下进行划眼处理，大排量循环清除井内岩屑；调整钻井液性能以满足下磁管和固井施工的要求，避免固井前大幅度改变钻井液性能；其次对有漏失的井要先堵漏；最后更换与所下套管尺寸一致的防喷器芯子。
2）套管准备a、下井套管必须按地质设计的要求送井，并附各道工序检查记录、丈量记录。
b、下套管前必须准确丈量套管，其方法与钻具丈量相同。
必须做到地质、工程和套管丈量三对口。
c、应按下井顺序排放，编排下井序号，并计算下入深度。
d、按地质设计要求留足沉砂口袋，计算并排入油层定位短节（磁性短节）、扶正器套管串下部结构。
e、垫好联顶节方入，以便安装井口。
3)下套管a、必须按下井顺序编号下井，套管串附件位置准确，不得错乱。
b、坏套管不能下井，替换的套管必须丈量，同时更改下入深度；对坏套管要做好标记，严禁混入好套管中下井。
c、螺纹连接余扣不得超过一扣，扭矩过大或不足均不能下井，对螺纹要特别小心，不能损失，螺纹密封脂要涂抹均匀。
d、下套管遇阻时不得硬压、硬提，上提不得超过套管抗拉强度（一般上提下压在100kN范围内），每根下入时间不少于10s。
e、悬重达200kN必须挂水刹车。
f、逐根灌钻井液，20根灌满一次。
下完套管后，排量由小到大彻底洗井，循环不到一周不能中途停泵。
4、注水泥固井1）注水泥的设备注水泥是利用专门设备，将水泥浆泵入套管与井壁的环形空间的予定位置，达到封固生产层和复杂层的目的。
注水泥的设备有：水泥车、混合漏斗、水泥分配器、水泥头、胶塞、水泥供应设备等。
（2）注水泥施工工序1）套管下入设计井深后，装上水泥头循环泥浆，并接好各台水泥车注水泥的地面管汇。
2）打隔离液：倒好闸门，先用一部水泥车注入一定数量的清洗液和隔离液，其作用是隔开钻井液和水泥浆，防止钙浸，还可冲刷井壁和套管外壁，以利于提高水泥浆与套管壁和井壁的胶结强度。
3）注水泥：注完隔离液后即开始注水泥，根据水泥量的多少（视封固的长短）采用一车或多车注水泥。
4）碰压：注完水泥替钻井液时，泵压逐渐升高，当胶塞运移到承托环时，泵压突然升高，这种现象叫碰压。
碰压说明套管内水泥已全部替出。
5）候凝，有两种：a蹩压候凝：由于水泥浆品凝固时放出大量的热，使井口压力增高，这时按固井施工要求，定时定量在井口进行放压。
b敞压候凝：这种方法要特别注意套管内是否有钻井液返出，要分析判断井下单流凡尔的可靠性，以防止水泥浆进入套管内，造成套管内留水泥塞的现象。
(3)预应力固井为适应稠油热采的需要，近几年来推广了预应力固井的工艺。
