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1、钻井与完井工程钻井与完井工程主讲:付主讲:付 建建 红红 石油工程学院钻井研究室石油工程学院钻井研究室钻井与完井工程课时安排钻井与完井工程课时安排l l概述概述(2学时学时)l l井身结构设计(井身结构设计(6学时)学时)l l钻井液(钻井液(8学时)学时)l l钻井工艺(钻井工艺(12学时)学时)l l压力控制压力控制(6学时学时)l l定向钻井与防斜(定向钻井与防斜(10学时)学时)l l固井完井(固井完井(6学时学时)l l储层保护(储层保护(6学时学时)l l环境保护(环境保护(2学时)学时)第一章第一章:绪论绪论第一章第一章:绪论绪论l l第一节:钻井与完井的定义第一节:钻井与完井的
2、定义l l第二节:一口井的钻井过程第二节:一口井的钻井过程l l第三节:钻井与完井工程技术发展第三节:钻井与完井工程技术发展钻井定义、目的钻井定义、目的l定义定义利利用用机机械械设设备备,将将地地层层钻钻成成具具有有一一定定深深度度的的园柱形孔眼的工程。园柱形孔眼的工程。l 钻井目的钻井目的 确确切切地地了了解解地地下下地地质质情情况况,正正确确判判断断储储油油构构造造,为为油油田田开开发发方方案案提提供供第第一一手手资资料料。钻钻井井过过程程中中,可可以以通通过过岩岩屑屑录录井井、取取心心、电电测测得得到到地地层层分分层层、岩岩性性、岩岩石石的的物物理理化化学学性性质质、含油气情况。含油气情
3、况。开采油气,提高油气采收率开采油气,提高油气采收率l形成油气到地面通道。形成油气到地面通道。l油田开采后期钻注水或注气井。油田开采后期钻注水或注气井。油气井类型油气井类型l地质基准井(参考井)地质基准井(参考井)l为为了了了了解解地地层层的的沉沉积积年年代代、岩岩性性、厚厚度度、生生储储盖盖层层组组合合,并并为为地地球球物物理理勘勘探探提提供供各各种种参参数所钻的井数所钻的井l预探井预探井l主主要要上上为为探探明明油油田田面面积积,油油水水边边界界线线,为为油油田计算可靠工业储量提供资料。田计算可靠工业储量提供资料。l详探井详探井在在在在已已已已证证证证实实实实有有有有工工工工业业业业开开开
4、开采采采采价价价价值值值值的的的的油油油油田田田田上上上上,为为为为确确确确定定定定油油油油层层层层参参参参数数数数,查查查查明明明明油油油油田田田田地地地地质质质质特特特特性性性性,为为为为油油油油田田田田开开开开发发发发做做做做好好好好准准准准备备备备的的的的井井井井,这这这这种种种种井井井井在在在在油油油油层层层层部部部部位位位位要要要要求求求求全全全全取取取取心。心。心。心。油气井类型油气井类型l生产(或开发)井生产(或开发)井l l在在在在已已已已探探探探明明明明储储储储量量量量,有有有有开开开开采采采采工工工工业业业业价价价价值值值值的的的的油油油油田田田田构构构构造造造造上钻产油
5、产气井上钻产油产气井上钻产油产气井上钻产油产气井l注水(气)井注水(气)井为为为为了了了了提提提提高高高高采采采采收收收收率率率率,达达达达到到到到稳稳稳稳产产产产所所所所钻钻钻钻的的的的井井井井。注注注注水水水水注注注注气气气气的的的的主主主主要要要要目目目目的的的的是是是是为为为为了了了了给给给给地地地地层层层层提提提提供供供供生生生生产产产产油油油油气气气气所必须的能量。所必须的能量。所必须的能量。所必须的能量。国外钻井水平国外钻井水平l世界上最深的直井世界上最深的直井12260米米,原原苏苏联联在在科科拉拉半半岛岛的的井井,德德国正在施工一口设计国正在施工一口设计14000的井。的井。
6、l世界最深的水平井世界最深的水平井Cliffs油油气气公公司司1991.11在在 Bagou Jack油油田田钻钻成成一一口口水水平平井井,造造斜斜点点井井深深:4446、垂垂深深4672,测测深深5212创创世世界界水水平平井井最最深纪录。深纪录。国外钻井水平国外钻井水平l世界水平段最长纪录世界水平段最长纪录aerskaersk油气公司油气公司油气公司油气公司1991.111991.11在北海、丹麦海域在北海、丹麦海域在北海、丹麦海域在北海、丹麦海域TvraTvra West Bravo West Bravo油田钻成一口水平井、测深油田钻成一口水平井、测深油田钻成一口水平井、测深油田钻成一口
7、水平井、测深47684768、垂深、垂深、垂深、垂深22662266、水平段长、水平段长、水平段长、水平段长25012501创当创当创当创当时世界水平段最长纪录。时世界水平段最长纪录。时世界水平段最长纪录。时世界水平段最长纪录。l水平位移最大的大位移井水平位移最大的大位移井StatoilStatoil公司在施达福油田钻成一口水平井、测公司在施达福油田钻成一口水平井、测公司在施达福油田钻成一口水平井、测公司在施达福油田钻成一口水平井、测深深深深70287028,垂深,垂深,垂深,垂深26812681、水平位移、水平位移、水平位移、水平位移60866086创创创创世界纪录世界纪录世界纪录世界纪录英
8、国英国英国英国Witch FarmWitch Farm油田,水平位移已经超过油田,水平位移已经超过油田,水平位移已经超过油田,水平位移已经超过10,00010,000mm。钻井工程技术的发展钻井工程技术的发展l概念时期(概念时期(1900-1920)钻井和钻井液配套钻井和钻井液配套牙轮钻头使用牙轮钻头使用下套管用水泥封固下套管用水泥封固l发展时期(发展时期(1920-1948)以上概念进一步发展,开始使用大功率钻机。以上概念进一步发展,开始使用大功率钻机。l科学化钻井时期(科学化钻井时期(1948-1968)喷射钻井技术(水射流理论)喷射钻井技术(水射流理论)喷射钻井技术(水射流理论)喷射钻井
9、技术(水射流理论)镶齿、滑动密封轴承钻头的使用镶齿、滑动密封轴承钻头的使用镶齿、滑动密封轴承钻头的使用镶齿、滑动密封轴承钻头的使用低固相、无固相不分散钻井液体系和固控技术低固相、无固相不分散钻井液体系和固控技术低固相、无固相不分散钻井液体系和固控技术低固相、无固相不分散钻井液体系和固控技术地层压力检测技术、井控技术、平衡压力钻井技术地层压力检测技术、井控技术、平衡压力钻井技术地层压力检测技术、井控技术、平衡压力钻井技术地层压力检测技术、井控技术、平衡压力钻井技术钻井工程技术的发展钻井工程技术的发展l自动化钻井时期(自动化钻井时期(1968目前)目前)n自动化钻机自动化钻机n井口自动化工具井口自
10、动化工具n钻井参数自动测量钻井参数自动测量n计算机在钻井工程中应用计算机在钻井工程中应用n最优化钻井技术(系统工程分析理论)最优化钻井技术(系统工程分析理论)n井下闭环钻井系统井下闭环钻井系统n n随钻地震随钻地震随钻地震随钻地震一口井钻井过程一口井钻井过程l l钻前工程钻前工程修井场及公路修井场及公路l l钻井工程钻井工程钻机搬安、一开、固表层套管、二开、钻机搬安、一开、固表层套管、二开、固技术套管、固技术套管、,钻至完钻井深、完井电测、钻至完钻井深、完井电测、固油层套管固油层套管l l完井工程完井工程钻井设计钻井设计l l地质设计:地质设计:构造、井口坐标、目的层、岩性描构造、井口坐标、目
11、的层、岩性描 述、述、地质录井要求地质录井要求l l工程设计:工程设计:钻井设备、井身结构、钻头设计、钻柱设钻井设备、井身结构、钻头设计、钻柱设计、钻井液设计、水力参数设计、套管强度计、钻井液设计、水力参数设计、套管强度设计、井口装置、钻井施工措施设计、井口装置、钻井施工措施oil zone 井身结构井身结构(Casing Program)与钻进有关的几个基本概念与钻进有关的几个基本概念l l钻机钻机l l钻头钻头l l钻具钻具l l钻柱钻柱l l钻井液钻井液l l钻压钻压l l转速转速l l排量排量l l接单根接单根旋转钻井钻机旋转钻井钻机l动力系统动力系统l旋转系统旋转系统l提升系统提升系
12、统l循环系统循环系统l井控系统井控系统旋转钻井系统旋转钻井系统动力系统动力系统(Power system)l l柴油机柴油机(diesel engine)l l发电机发电机(generator)l l传动机构传动机构(compound)机械传动机械传动 (Mechanical Power Transmission)柴油机柴油机-电传动电传动(diesel electric Power Transmission)旋转系统旋转系统(Rotating system)l l转盘转盘(Rotary Table)l l转盘方补心转盘方补心(Master Bushing)l l方补心方补心(kelly Bu
13、shing)l l方钻杆方钻杆(kelly)l l钻柱钻柱(drill string)l l钻头钻头(bit)转盘转盘(Rotary Table)转盘转盘(Rotary Table)钻 铤Drill Collar稳定器Stabilizer接 头(Tool joint)钻 头Rock Bit接 头sub钻 杆drill pipe钻 杆Drill Pipe方钻 杆Kelley钻柱组成钻柱组成 Composition of drill string 钻头钻头(Rock Bit)起升系统起升系统(Hoisting system)l l井架(井架(derrick)l l绞车(绞车(draw works)
14、l l钢丝绳钢丝绳(wire rope、fast line、dead line)l l天车(天车(Crown)l l游动滑车游动滑车(traveling Block)l l大钩大钩(Hook)循环系统(循环系统(Circulating System)l l泥浆泵(泥浆泵(pump)l l立管立管(standpipe)l l水龙头水龙头(swivel)l l方钻杆方钻杆(kelly)l l钻柱钻柱(drill stem)l l钻头钻头(bit)l l环空环空(annulus)l l出口管线出口管线(discharge line)l l震动筛震动筛shale shakerl l除气器除气器(deg
15、asser)l l除砂器除砂器desanderl l除泥器除泥器(desilter)l l泥浆罐泥浆罐(mud tank)泥浆泵钻井泵(钻井泵(Pump)钻井泵(钻井泵(Pump)井控系统(井控系统(The well Control)l l球型防喷器(球型防喷器(Annular BOP)l l旋转防喷器(旋转防喷器(Rotating BOP)l l闸板防喷器(闸板防喷器(Ram BOP)l l方钻杆旋塞(方钻杆旋塞(Kelly cock)l l压井管汇(压井管汇(choke manifold)球型防喷器(球型防喷器(Annular BOP)闸板防喷器(闸板防喷器(Ram BOP)旋转防喷器(旋
16、转防喷器(RBOP)地面节流管汇地面节流管汇 choke manifold oil zone 井身结构井身结构(Casing Program)固井固井l l在钻井到设计套管下入深度后,下入套管在钻井到设计套管下入深度后,下入套管在钻井到设计套管下入深度后,下入套管在钻井到设计套管下入深度后,下入套管l l在套管和裸眼之间注入满足一定性能要求的水泥在套管和裸眼之间注入满足一定性能要求的水泥在套管和裸眼之间注入满足一定性能要求的水泥在套管和裸眼之间注入满足一定性能要求的水泥浆浆浆浆l l候凝,使得套管和裸眼之间的水泥石具有一定的候凝,使得套管和裸眼之间的水泥石具有一定的候凝,使得套管和裸眼之间的水
17、泥石具有一定的候凝,使得套管和裸眼之间的水泥石具有一定的强度强度强度强度l l固井的关键技术固井的关键技术固井的关键技术固井的关键技术下套管工艺下套管工艺下套管工艺下套管工艺水泥浆的配方设计水泥浆的配方设计水泥浆的配方设计水泥浆的配方设计注水泥工艺(浆柱结构、注水泥排量、注水泥过程注水泥工艺(浆柱结构、注水泥排量、注水泥过程注水泥工艺(浆柱结构、注水泥排量、注水泥过程注水泥工艺(浆柱结构、注水泥排量、注水泥过程中的压力控制)中的压力控制)中的压力控制)中的压力控制)固井质量检测固井质量检测固井质量检测固井质量检测完井方法完井方法(Completiom)1、射孔完井、射孔完井oil zoneoi
18、l zone2、裸眼完井、裸眼完井oil zoneoil zone裸眼砾石充填完井裸眼砾石充填完井套管砾石充填完井套管砾石充填完井grabed packedoil zone割缝衬管完井割缝衬管完井(slotted Liner)钻井新技术钻井新技术l深井超深井技术(深井超深井技术(Deep well Drilling)l水平井钻井技术(水平井钻井技术(Horizontal well Drilling)l l大位移井大位移井 ERD Drilling Tech.(Extended Reach Displacement)l欠平衡钻井技术欠平衡钻井技术(Underbalanced Drilling)l
19、连续油管的应用连续油管的应用(Coiled tubing Tech.)l l保护油气层的钻井完井技术保护油气层的钻井完井技术l l小井眼钻井技术(小井眼钻井技术(Slim Hole Drilling)钻井新技术钻井新技术l深井超深井技术(深井超深井技术(Deep well Drilling)高温高压的钻井液技术高温高压的钻井液技术高温高压的固井技术高温高压的固井技术深井钻柱、套管柱强度设计深井钻柱、套管柱强度设计深井钻柱、套管柱强度设计深井钻柱、套管柱强度设计深井提高钻速技术深井提高钻速技术深井提高钻速技术深井提高钻速技术深井井斜控制技术深井井斜控制技术深井井斜控制技术深井井斜控制技术钻井新技
20、术钻井新技术l水平井钻井技术(水平井钻井技术(Horizontal well)定义定义l长半径(长半径(2-6/30m、半径:半径:300m-900m)l中半径(中半径(8-20/30m、半径:半径:86m-215m)l短半径短半径(5-10/m、半径:半径:10m-20m)关键技术关键技术l井眼轨迹测量和控制技术井眼轨迹测量和控制技术l地质导向钻井技术地质导向钻井技术l井下闭环钻井技术井下闭环钻井技术应用应用l l是是是是提提提提高高高高开开开开发发发发效效效效益益益益的的的的有有有有效效效效手手手手段段段段。其其其其优优优优点点点点包包包包括括括括提提提提高高高高单单单单井井井井产产产产量
21、量量量,减小水锥和气锥,已经在全国各大油田进行了推广应用。减小水锥和气锥,已经在全国各大油田进行了推广应用。减小水锥和气锥,已经在全国各大油田进行了推广应用。减小水锥和气锥,已经在全国各大油田进行了推广应用。钻井新技术钻井新技术l l大位移井钻井技术(大位移井钻井技术(测深测深/垂深垂深2的井的井)应用范围:应用范围:应用范围:应用范围:l l海上钻井平台海上钻井平台海上钻井平台海上钻井平台l l海边开采近海油藏海边开采近海油藏海边开采近海油藏海边开采近海油藏l l环境保护要求特别严格的地区环境保护要求特别严格的地区环境保护要求特别严格的地区环境保护要求特别严格的地区设备:设备:设备:设备:l
22、 l顶驱顶驱顶驱顶驱l l大尺寸钻杆大尺寸钻杆大尺寸钻杆大尺寸钻杆l l改进钻机,增大钻机负荷改进钻机,增大钻机负荷改进钻机,增大钻机负荷改进钻机,增大钻机负荷l l可变径稳定器可变径稳定器可变径稳定器可变径稳定器l l先进的随钻测量系统先进的随钻测量系统先进的随钻测量系统先进的随钻测量系统l l大位移井大位移井 ERD Drilling Tech.(Extended Reach Displacement)理论问题理论问题理论问题理论问题l l井身轨迹优化井身轨迹优化井身轨迹优化井身轨迹优化l l井壁稳定理论井壁稳定理论井壁稳定理论井壁稳定理论l l摩阻分析摩阻分析摩阻分析摩阻分析l l扭矩测
23、量及分析扭矩测量及分析扭矩测量及分析扭矩测量及分析l l环空流体学及环空携岩环空流体学及环空携岩环空流体学及环空携岩环空流体学及环空携岩l l钻柱强度分析钻柱强度分析钻柱强度分析钻柱强度分析钻井新技术钻井新技术钻井新技术钻井新技术l欠平衡钻井技术欠平衡钻井技术(Underbalanced Drilling)定定义义:指指钻钻井井过过程程井井内内压压力力小小于于地地层层压压力力一定值的钻井过程一定值的钻井过程设设备备:旋旋转转防防喷喷器器、井井内内流流体体的的地地面面多多级级分离器、惰性气体发生器分离器、惰性气体发生器基本理论:多相流理论基本理论:多相流理论优点:优点:l适合于在异常低压地区钻井
24、适合于在异常低压地区钻井l及时发现和保护油气层及时发现和保护油气层l提高机械钻速,降低钻井成本提高机械钻速,降低钻井成本钻井新技术钻井新技术l连续油管的应用连续油管的应用(Coiled tubing Tech.)应用:应用:l钻井钻井l完井完井l修井修井理论:理论:l流体力学分析流体力学分析l疲劳寿命估计疲劳寿命估计Coiled Tubing(reeled tubing)Coiled Tubing(reeled tubing)Coiled Tubing(reeled tubing)lApplicationsThrough-tubing re-entry Conventional re-entr
25、y Underbalanced drilling Slimhole explorationlOperationUnit is automated and controlled using a PC-based system with a graphical operator interface inside the control cabin.Operated by a multi-task crewOn-line directional drilling process钻井新技术钻井新技术l l保护油气层的钻井完井技术保护油气层的钻井完井技术岩性测定及分析技术岩性测定及分析技术岩性测定及分析技术岩性测定及分析技术储层敏感性评价技术储层敏感性评价技术储层敏感性评价技术储层敏感性评价技术油气层损害机理研究油气层损害机理研究油气层损害机理研究油气层损害机理研究油气层损害评价技术油气层损害评价技术油气层损害评价技术油气层损害评价技术保护有气层的钻井液完井液技术保护有气层的钻井液完井液技术保护有气层的钻井液完井液技术保护有气层的钻井液完井液技术保护油气层的固井技术保护油气层的固井技术保护油气层的固井技术保护油气层的固井技术负压射孔技术负压射孔技术负压射孔技术负压射孔技术保护油气层的压裂酸化技术保护油气层的压裂酸化技术保护油气层的压裂酸化技术保护油气层的压裂酸化技术
限制150内