石油鉆井

1、第一章概述第一節(jié)鉆井技術(shù)發(fā)展史人類最早的井是水井，是用手工工具挖井而成的，顯然這還稱不上“鉆井”。人類歷史上真正的鉆井技術(shù)，誕生于距今大約2800年前的中華大地上，這就是頓鉆鉆井技術(shù)?，F(xiàn)代鉆井技術(shù)就是在我國古代頓鉆鉆井基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。至今，鉆井技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)歷了四個階段。一、大口徑頓鉆鉆井大約從西周末期(公元前8世紀)開始，隨著冶鐵業(yè)的發(fā)展，勞動工具的不斷改進，特別是機械工具，如滑輪、杠桿、水雄等的發(fā)明與應(yīng)用，在我國出現(xiàn)了頓鉆鉆井技術(shù)

2、。頓鉆鉆井的地面設(shè)備，主要由踩架和井架組成。踩架上有雄板(杠桿)。雄板一端懸掛著鉆頭，鉆頭是直接鉆鑿巖石的工具，雄板另一端供人踩踏，使鉆頭反復(fù)上提、下頓，產(chǎn)生沖擊運動。井架是用來提撈吊升的支架，頂部橫梁上裝有滑輪。井下鑿碎的巖石(即巖屑)使用撈砂筒用繩索提撈到地面上來。繩索穿過井架上的滑輪，一端連接提撈筒，另一端通過滾筒由人力牽引。由于需要人員在井下扶持鉆頭破碎巖石，并把巖屑裝入提撈筒內(nèi)等，所以井眼直徑較大，大約5尺C尺、0.33米)。

3、所以稱為大口徑頓鉆鉆井。二、小口徑頓鉆鉆井從北宋初年開始，我國古代頓鉆技術(shù)又有了重大發(fā)展。所有工作都可由人在地面上操作完成，不再需要人員下人井下，所以井眼直徑大大縮小。這就是小口徑頓鉆鉆井，如圖11所示。井眼直徑只有碗口大小，稱為卓筒井。為了清除井底鉆屑，先向井內(nèi)灌水與巖屑混合，然后下人底部帶有活門的撈砂筒進行提撈。為了打撈掉入井下的物品，發(fā)明了多種多樣的打撈工具。為了加固井壁，防止地層水的浸入，發(fā)明了木竹，即木制套管。由于井眼縮小，鉆

4、井速度大大加快，鉆井深度大大加深。所以，卓筒井的出現(xiàn)，乃是鉆井發(fā)展史上的一次重大技術(shù)革命。時至清代，我國已形成了由“相井、開井口、下石圈、抽小眼、刮大口、扇泥、下木竹、銼小口、見功”等一套成熟的鉆井工序，即從定井位、安裝開鉆直至出鹽鹵或油氣，形成了一套同現(xiàn)代鉆井相似的鉆井工藝流程。1835年鉆成的興海井首次突破千米大關(guān)，被譽為“世界鉆井史上的豐碑，，。英國著名學(xué)者李約瑟博士是研究中國古代科學(xué)技術(shù)發(fā)展史的專家，在他的著作《中國科學(xué)技術(shù)史》

5、中列舉的由中國傳到歐洲的20多項重大發(fā)明中，就有鉆井技術(shù)這一項。他說:“今天在勘探油田使用的這種鉆深井或鑿洞的技術(shù)，肯定是中國人的發(fā)明，比西方要早1100年”，又說:“中國的卓筒井工藝革新，在11世紀就傳入西方，直到公元1900年以前，世界上所有的深井，基本上都是采用中國人創(chuàng)造的方法打成的”。三、近代頓鉆鉆井從19世紀中葉到20世紀初，西方國家應(yīng)用工業(yè)革命的成果，在我國古代頓鉆基礎(chǔ)上，用蒸汽機做動力，采用鋼鐵設(shè)備和工具，采用鋼絲繩代替竹

6、繩或麻繩，形成了近代頓鉆鉆井，也稱機械頓鉆，如圖12所示。1859年，美國人綴克CE.H.Drake)在賓夕法尼亞石油灣，使用蒸汽動力的繩式頓鉆鉆機鉆出了美國的第一口具有開采價值的石油井，井深為21.64米。直到20世紀以前，這種頓鉆鉆井技術(shù)，一直應(yīng)用于各國的石油鉆井。四、旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)頓鉆鉆井的最大缺點是:每鉆進30^50厘米，就需要把鉆頭提出來，下入撈砂筒撈取井底的鉆屑，然后再下入鉆頭鉆進，……。整個鉆進不能連續(xù)進行，所以鉆進效率非常

7、低。20世紀前葉的1895年，一種全新的鉆井方法—旋轉(zhuǎn)鉆井，在美國得克薩斯州的常指平垂比(水平位移和垂深的比值)大于之為”亙官開”三維多目標井，是指井眼軸線在三維空間內(nèi)有大幅度的變化，并在進入目標層后繼續(xù)宛轉(zhuǎn)延伸穿過多個目標點的井。三、按照井眼深度分類這種分類通常是對垂直井而言的。在鉆井術(shù)語中，井眼深度(簡稱井深)是指井眼的長度。對于設(shè)計的垂直井，井深與垂深完全相等。按照這種分類，油井可分為五類:淺井、中深井、深井、超深井和特超深井。淺

8、井是指井深小于2500米的井。中深井的井深在2500^4500米。深井的井深在4500^6000米。井深超過6000米，稱為超深并。井深超過9000米，稱為特超深井。這種分類的意義在于根據(jù)井深選擇鉆機。例如，超深井必須選用9000米鉆機，深井貝J應(yīng)選用6000米鉆機，中深井則可選擇4500米或3500米鉆機。第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)井身結(jié)構(gòu)，是一口井工程設(shè)計的最基礎(chǔ)的內(nèi)容，也是其他工程設(shè)計(例如鉆頭、鉆柱、鉆井液、軌跡控制、固井完井等設(shè)計)的依據(jù)

9、。要了解一口井的情況，首先要看該井的井身結(jié)構(gòu)。對于非專業(yè)人員來說，學(xué)會并看懂井身結(jié)構(gòu)，非常重要。通過井身結(jié)構(gòu)，你會知道該井的許多基本情況。圖15是一個典型的井身結(jié)構(gòu)圖，表11給出該井身結(jié)構(gòu)的有關(guān)數(shù)據(jù)。首先，在正式開鉆以前，要先鉆導(dǎo)管井段并下入導(dǎo)管，為正式開鉆做好井口準備。導(dǎo)管上端有一個“喇叭口”，可以引導(dǎo)鉆頭進入。導(dǎo)管的一側(cè)有一個“溢流管，，，可以引導(dǎo)從井內(nèi)返出的鉆井液流到鉆井液凈化裝置。正式開鉆是從鉆進表層套管井段開始。我們看到該井要

10、進行四次開鉆，分別是一開、二開、三開、四開?！耙婚_”，字面意義是“第一次開鉆”，而且人們把整個表層套管井段的鉆進，都稱為“一開”。其余各次開鉆也可類似理角軍。其次，我們看到，除了導(dǎo)管外，該井還要下入四層套管，分別是表層套管、技術(shù)套管1、技術(shù)套管2和油層套管。表層套管的作用是封固表層的不穩(wěn)定地層，例如流沙層、淺氣層、礫石層等并封隔淺層的飲用水層，使之不受污染。同時，表層套管頭上可以安裝防噴器，為后續(xù)鉆進高壓地層防止井噴建立必備的條件，而且

11、以后各層套管的重量都要懸掛在表層套管頭上，表層套管還要支撐整個井口裝置以及采油樹的重量。所以表層套管的水泥漿要充滿整個環(huán)形空間，返出地面。油層套管的作用，主要是鞏固油氣層井段的井壁，并把油氣層與其同地層封隔起來，防止互串，為以后油氣生產(chǎn)建立通向地面的通道。技術(shù)套管的作用，是封隔井壁不穩(wěn)定的地層和壓力不穩(wěn)定的地層。對付井壁不穩(wěn)定和壓力不穩(wěn)定的方法，首先要靠鉆井液這個“液體工具”以及其他鉆進措施。但是，當(dāng)鉆井液和其他鉆進措施解決不了時，最終

12、的方法就是下套管封隔這些地層?？梢钥闯觯@種套管是出于鉆井技術(shù)的需要而下入的，所以稱為技術(shù)套管。顯然，如果采用鉆井液技術(shù)和其他鉆進措施，能夠順利鉆過這些地層，這些技術(shù)套管就沒有必要下入。所以，技術(shù)套管是否需要下人，需要下人幾層，既與鉆遇的地質(zhì)條件有關(guān)，也與施工隊伍的技術(shù)水平有關(guān)。在簡單地質(zhì)條件下，可以一層技術(shù)套管都不需要。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，可能需要許多層技術(shù)套管。從井身結(jié)構(gòu)我們還可以看到更多的信息:每次開鉆的鉆頭尺寸和鉆進的深度每層套管