钻井策略

关键词： 钻井泵 钻井 故障 设备

钻井策略（精选十篇）

钻井策略 篇1

毋庸置疑, 钻井设备的高效运转是钻井团队高规格、高效率做好各项机械作业的先决条件, 钻井设备的故障势必妨碍钻井任务的顺利开展, 拖延完井期限, 特别是悬吊装置、钻井泵和传动设备等出现故障, 会引致生产现场的人身安全。本文通过论述油田钻井机械设备常出现的故障及原因, 系统阐明解除故障的科学策略。

1 油田钻井设备常遇到的故障

(1) 退化型的故障。这一故障表现为设备被磨损、脱落、变质或老化, 严重制约钻井作业的顺利开展。 (2) 钻井电机自身的性能故障。电机的绝缘特性每况愈下;散热的不良加剧了电机温度的迅速攀升, 以致于超出标准温度;电机的防潮能力大为减退。 (3) 损坏型的故障。主要包括钻井设备所出现的开裂、腐蚀、焚毁、龟裂、挤压以及形变等故障。 (4) 失调型的故障。由于压力的不均衡, 压力过分高或过分低、间隙过于大或者过于小、行程层面的失调等要素所致故障。

2 油田钻井设备的故障原因

2.1 设备的管护不到位

油田作为大型能源储备基地, 钻井设备的日常养护工作仍缺乏完备的管理机制, 尤其是维修员工在保养途中未能亲力亲为, 缺乏事后督查, , 导致设备的养护维修始终落后于实际生产进程的需要。另外, 一些钻井团队在发现故障问题时视而不见, 抱着一种侥幸的态度得过且过, 未能第一时间探寻有效方法加以养护。例如, 在生产中, 明知润滑油早已变质却视而不见。

2.2 设备发生故障时的修理措施不当

个别设备的生产厂商解决设备故障的方法欠妥, 例如, 在钻井作业时发现, 绞车的滚筒轴高速一端不能正常润滑;钻机转盘的传动轴倾斜角度背离标准规定, 无形之中降低了设备的质量。除此之外, 因钻井设备类别的多元化, 事实上缺乏充足的备用设备, 在出现故障时往往会因备用件无法正常互换, 一般情形下均借助于搬家时的抢修, 当设备解体之后假若一些部件丧失效果, 便会无法按时更换, 进而损害设备质量, 降低设备修理的进度。

2.3 操作员工的专业维修知识欠缺, 责任意识淡薄

钻井设备操作职工的责任意识较为欠缺, 一部分钻井团队的维修养护不到位, 存在盲目应付、工作不扎实的现象。在作业现场, 操作职员的设备养护维修、使用常识缺失, 一些钻井团队的新职工层出不穷, 因所掌握的钻井设备常识十分有限, 维修养护技能不达标, 个别情况下甚至不曾熟知设备润滑点。

3 油田钻井设备故障所带来的后果

(1) 使用性后果。如若钻井设备的故障一直无法解除, , 则会大幅降低产品本质和生产数量, 徒增售后服务或维护费外的各项运行开支。 (2) 给操作人员和环境构成伤害。油田钻井设备一旦出现故障, 则会加剧安全隐患的盛行, 如若故障长期得不到妥善解决, 便可能危及从业人员的生命安全, 便成为安全性后果。假若故障的持续存在而违背国家相关行业的环境指标, 则被认为是故障的环境性后果。。 (3) 增加维修成本的开支。此外, 有一类故障不但不降低钻井作业效率, 也不会直接带来各种安全生产问题, 此类故障是典型的功能性故障, 仅增加养护的成本。

4 解决油田钻井设备故障的有效策略

4.1 定期举办技术培训, 提升操作人员业务素养

伴随当代科技的日新月异, 钻井设备的更新速度逐渐加快, , 技术含量日渐提高。面对这一趋势, 设备管控职员、工程项目的负责人和维修保养操作者应自觉强化对专业设备的学习, 通过更新常识、研究新技术, 合理地运用养护设备。。从这个视角看, 油田需进一步强化技术培训, 特别要有侧重性地加强设备操作员工的技术指导, 使其具备过硬的设备维护、操作、故障诊断和排除本领, 提高设备操作、维护以及管控员工的专业素质和业务素养。立足于一线钻井作业的客观需要, 整体推进设备管控水平的有序提高。

4.2 完善设备养护机制, 提高设备使用性能

就日常生产而言, 钻井设备的修复、使用与保养是紧密联系、无法分割的整体。所有设备在使用过一定时间后, 均会或多或少地存有故障。养护的好坏也是关乎设备故障能否得以顺利解决的关键所在。有鉴于此, 油田需严格、高效地落实钻井设备的定期养护制度, 设备管理员工要遵照养护说明书的要求, 结合作业中所遇到的故障经验, 不失时机地编制可靠的设备保养方案。工程项目的管理者还要提供足够的时间保证, 定期督查设备保养情况, 切实增强设备操作职员的责任意识和主人翁精神, 确保设备顺利运转。针对技术含量高、价值高昂的钻井设备, 仅凭过往的经验难以开展正确的修复与养护。为此, 对于这类钻井设备的故障解除和日常保养, 就要依托前沿的修复途径, 科学低廉地进行维修工作。

4.3 强化和改进设备管护制度

油田钻井团队要树立钻井设备的技术意识, 在生产作业中爱护设备的同时, 还要积极加大对钻井团队设备的保养、油品状态以及“十字作业法”的督查力度, 一旦发现故障立即投入整改, 严禁带有故障的设备参与现场作业, 避免积累性故障的设备利用行为, 切实延长设备寿命, 最大限度地发挥每台设备对钻井作业的贡献力。为使设备保养工作得以规范化运行, 需大力加大设备管控力度, 首先要在员工部署上下功夫, 提高职员养护、爱惜设备的思想意识, 树立正确的工作责任观, 培养一批具有较丰富实战经验的人才担负管控设备的任务。健全和完善维修机构, 定期补充各类档案资料, 将绩效考评与设备管控的效果相挂钩, 激发全员管理设备的积极性和热情。

4.4 重视钻井电机的养护和维修

针对电机所暴露的一系列故障, 油田在生产中要努力从源头予以解除。电机绝缘性能差, 主要是耐电能力不充分所致。在油田钻井作业中, 个别电机为削减成本, 或由于电机生产厂商的制造工艺欠佳, 造成绕组绝缘层之间存有间隙, 云母带内部的云母量较少, 绕组散热状况不佳, 加上不规范的作业方式使污水流入电机内绕组引发绝缘性能差。可提高电机防护的等级标准, 规避污水流向电机;安装新型烟雾滤过设备, 实现冷却和保护主电机的目标, 改善绝缘性能, 提高加热的实效性。

4.5 加大技术研发力度, 提高设备修理的实效性

修理厂商应提高质量意识, 减少因故障而增加的投诉率, 为油田钻井设备的规范运转夯实可靠的基础。油田要对暂未解除的设备设计故障开展深入地科技攻关与交流, 确保修理之后的设备均能正常地运用于作业实践中, 提高设备的综合使用效率。

5 结语

综上所述, 油田钻井设备故障的排除与设备的保养是一项系统的、综合的任务, 需全体职员的通力协作、精心配合。要充分提高设备完好使用的意识, 在任何状况下, 均要搞好现场设备的管控工作, 切实把设备的维修与养护作为中心环节来抓, 结合钻井作业的生产实际, 提升设备操作、管理者的综合素质, 为安全生产保驾护航。

摘要：在日常生产实践中, 油田钻井机械设备常出现损坏等问题, 直接致使钻井作业被迫中断, 设备的整修与恢复期限较为长久, 在很大程度上损害油田生产的效益。本文首先分析油田钻井设备常遇到的故障表现及其原因, 接着就防范和解决这些故障提出合理化建议。

关键词：钻井设备,故障原因,解决措施,油田,机械作业

参考文献

[1]韩俊, 刘天文, 娄景波.浅谈石油钻井行业中电气设备的管理、维护及故障消除[J].中国石油和化工标准与质量, 2013 (11) .

[2]郑斌.石油钻井自动化技术应用分析[J].中国石油和化工标准与质量, 2013 (11) .

钻井策略 篇2

【关键词】长水平段水平井；技术难点；对策

为更好就国内人们的相关需求给与满足，有关石油方面的钻井技术受到工业领域的广泛重视。由于长水平段水平井存有较高的技术含量，因此，其在国内许多的油田当中得到较为广泛的应用，现如今已经发展成为有关油气开发方面重要的技术支撑。然而针对长水平段水平井相应技术而言，其在实际应用中往往会遇到在环境方面较为复杂的状况，因此在诸多技术领域存有显示难题，至此，针对该技术当中的相应难点实施深入研究，对于钻井工作深层次开展具有重要促进作用。

1.长水平段水平井定义分析

针对长水平段水平井来讲，水平井乃是其最为重要的特点，当前针对水平井已经具有较为明确的理论定义，然而在实际应用当中的界定标准，则至今还没有得到有效解决。该问题未能得到有效解决，至此造成人们在水平段水平井相应技术方面的认识存在混乱状况，对于长水平段水平井在技术方面所存在的问题也不能真正理解。除了此方面技术存在问题之外，对于其它领域的技术当中类似的问题也会发生，因此，在实际工作当中，需严格定义相应技术。针对上述问题而言，其不仅对钻井工作的有序进行造成妨碍，还对钻井技术的将来发展同样造成阻碍，因此必须深入研究这些问题，并对技术方面所存在的困难进行克服，同时为长水平段水平井在具体的所采用的技术方面划定一个更为明确的定义，由于“长水平段”在实际当中仅仅为一个较为相对的概念形式，而在实际技术层级方面的区别则没有，因此基于实际的技术层级而言，需明确定义长水平段水平井的技术。

2.长水平段水平井钻井难点及相应对策分析

2.1水平段在位置确定及合理长度方面的难点及对策分析

针对长水平段水平井而言，其在具体的施工过程中，所存在的最为显著且最大的难点则为较大的水平段长度，而此问题同样也是我国油气开采行业需要给与面对且迫切解决的问题，由于其对油气相应开采量造成影响，而此项技术的实际应用，能够对油井的产量的增加给与很大程度上的提升，然而在此技术方面所存在的水平段长度，已然成为此项技术在未来发展进程中一项迫切需要解决的难题，当其存在越大的长度，则其在实际当中所面临的难度则会相应增大，至此，伴随水平段在具体的长度方面的不断增加，其在油气藏及井筒方面相应接触面积，也会随着水平段长度的增加而出现对应增加状况，此外，在井中所存在的流体流动所获取的相应阻力，则会随之而不断加大，至此，此技术必须在难点研究相应必要性予以开展。

2.2井眼轨迹控制方面的难点及相应解决对策

就长水平段水平井而言，其在具体的井眼轨迹控制方面同样出现较多的难点，比如稳斜段及造斜段的具体设计，由于此技术对于上述两阶段在具体的水平位置方面的合理性具有较高的要求，而针对水平段在长度方面的相应延伸，则对于井眼摩阻的提升具有决定作用，至此，此方面将会给钻井工作造成更为严峻的困难形式，此外，基于实际钻井工作而言，还会碰到具有较为复杂的地质构造的状况，此时乃是考验钻井技术的最关键环节，基于此种状况，为促使在井眼轨迹有效控制方面得以保证，可对以下措施予以开展，以此实现在该工作顺利开展方面得以保证。

①合理选择造斜段类型。一般状况下，对其选择均为圆弧形，选用此形状的最大优点在于，能够对摩阻给与降低，防止套管在具体的施工过程中存有较大损伤状况发生。②确定造斜的具体位置。针对造斜点相应位置选择而言，则在该环节中十分重要，其在选择过程中，要对施工周围相应地质条件予以考量，通常情况下，往往将较为稳定的地层作为选择的地点，以此实现在井眼方面的稳定。③对钻具进行合理组合。在对钻具进行合理选择过程中，可对单弯柔性倒装钻具组合给与选择，其主要包括有钻头、单弯螺杆动力钻具、随钻测量及摩阻等，该组合所具有的优点为，可实现造斜，还可便于井眼轨迹的相应控制。④对钻井方式进行合理组合。可将滑动钻井有效结合于复合钻井，两组方式组合不仅对滑动可尽量减少，还可在钻井工作相应稳定性方面得以保证。⑤计算摩阻扭矩。在实施钻井过程中，需对钻井的摩阻扭矩进行细致且合理的计算，且在精度方面要得到保证，此结果将会对钻具的组合具有重要影响。

2.3钻具在摩阻扭矩大方面的原因及具体解决对策

在长水平段水平井具体钻井施工过程中，针对井壁和钻具之间可能产生的摩擦扭矩主要有两种形式，即为轴向摩擦扭矩及周向摩擦扭矩；基于在钻井过程中，其所需要的管柱往往具有较为复杂的结构，且交易接触井底，此状况便会对钻井工作相应稳定性造成影响，至此，为达到此种摩擦扭矩的有效降低，可对其采取以下措施予以解决：

①对柔性斜坡钻杆进行合理利用。在现实钻井操作中，在相应斜井段，可运用斜坡钻杆实施操作，以此就井壁和钻具之间发生接触的概率予以减少，从而实现摩擦扭矩降低的目的。②就具有优质性能的钻井液予以使用。在实施钻井操作时，可对品质较好的钻进液给与运用，以此实现井壁和钻具在摩擦方面的相应减少，就实施钻井当中的摩擦扭矩予以降低。③对钻井工具进行改善。可根据实际需要对钻具的重量进行增加，对钻挺使用予以减少，将经过加重的阶段框架下，在斜度较小的相应井段予以使用，此状况便可对钻具的组合进行合理使用，此外，还要对钻井人员进行合理分配，针对在实施钻井操作中所可能发生的较大摩擦扭矩状况给与有效改善，以此实现钻井效率的提升。④对实现先进的预测摩阻扭矩计算机软件给与运用。通过对技术设备的有效运用，而基于理论层级可将实践的基础予以建立，而在实际钻井操作中，可将该理论作为实践操作的基础。⑤就旋转导向钻井技术给与引进。通过先进的钻井技术的运用，便可对摩擦扭矩在一定程度上予以降低，从而实现钻井效率的提高。

2.4套管磨损出现严重磨损的原因及相应解决对策

在现实钻井操作中，出现套管的相应磨损往往是必然的，因此，在实际应对措施上，仅可对套管在具体的钻井操作中所出现的磨损予以降低，不然则会造成套管在不断磨损的状况下而出现报废状况。造成套管出现严重磨损的主要原因为：在实际钻井过程中，管壁与钻柱之间存在有较大的正压力，并且在具体的施工操作中，存在有次数较多的划眼及起下钻，此外，还具有较长的钻井花费时间，另外在所使用的钻井液当中，往往含有相应带有腐蚀性的物质，这些因素均会加重套管的磨损。其应对措施如下：

①钻杆保护器。该设备可运用特殊化的材料，将其在钻杆上进行固定，不仅可对工具和套管在相应接触方面给与减少，还可就二者之间所发生的相应摩擦系数予以减小，至此，实现套管磨损的降低。②减磨接头。在钻杆实施旋转过程中，期间便可能发生与套管出现接触状况，至此，可将接头的方式给与减少，促使二者在相对运动上的减少，实现磨损的降低目的。③钻杆接头耐磨带。在实际钻井当中，钻杆的接头处往往是磨损最为严重的地方，因此，可在该处将一个耐磨损带进行设置，达到该处的摩擦系数的降低，摩擦降低，进而保护钻杆并防止其出现磨损。

3.结语

长水平段水平井在具体的所使用的钻井技术方面所出现的难题，在水平段过长方面较多，因此，在具体钻井施工当中，需要对水平段过长方面难题给与解决，此外，在此过程中还需要对多种因素进行综合考量，并依据钻井的实际状况，就对应技术措施进行有效且合理的使用。

参考文献：

[1]崔海林， 陈建隆， 牛洪波，等. 胜利油田首口小井眼长水平段水平井钻井技术[J]. 石油钻探技术， 2011， 39（5）：14-18.

[2]赵恒， 罗勇， 赵金丰，等. 苏里格气田长水平段水平井快速钻井技术[J]. 钻采工艺， 2012， 35（6）：108-109.

定向井钻井速度影响因素及提高策略 篇3

1 定向井钻井速度的影响因素分析

相对于传统直井钻井来说, 定向井钻井施工工序多、钻井工艺复杂, 因此, 钻井工艺的技术要求和控制难度更大, 定向井钻井速度难以提高。

(1) 定向井钻井前需要进行多点测量, 在定向钻进后还需要进行测斜和修正作业, 必要时进行调整方位作业, 这些工艺的操作会使定向钻井速度受到影响。

(2) 定向井钻井施工过程中, 因为斜井段和直井段施工好坏对定向井的应用影响较大, 所以斜井段和直井段施工要求较高, 设计人员需要结合相关条件, 合理的设计直井段, 通常会存在一段斜井段, 这使得定向井施工难度加大, 且钻进过程中钻压加大, 影响钻井速度。

(3) 定向井钻井对井斜和方位的要求较高, 在具体进行定向井钻井的过程中, 施工人员需要对各个精短的水平位移及全角变化予以控制, 在确定标准水平位移及全角变化程度时才能进行钻进, 这同样会影响钻井速度[2]。

2 定向钻井钻井轨迹的影响因素分析

基于以往定向井钻井全过程, 对定向井钻井轨迹进行深入的分析, 确定影响定向井钻井轨迹的因素较多, 如地质因素、地层倾角、地层各向异性、钻头力、下部钻具结构等。诸多影响因素中以下因素对定向井钻井轨迹的影响较大。

其一, 钻头力。定向井钻进过程中, 沿着井眼前进方向作用钻头力, 稳定的增加压力, 钻头力可能产生分力, 使得钻头前进的方向偏离, 逐渐的定向井钻井轨迹会发生变化。

其二, 下部钻具结构。下部结构中稳定器类型、稳定器与井眼间隙、稳定器的数量和位置是对定向井钻井轨迹产生较大影响的因素。日常生产中, 稳定器与钻头的设置常常会出现尺寸差, 使得稳定器与井眼轨迹的设置出现偏差;稳定器的应用类型有两种, 即螺旋稳定器和滚子稳定器, 而常用的滚子稳定器在软或中硬地层中钻井时容易出现方位不稳定的情况等。所以, 在下部钻具结构的作用下, 也容易使定向井钻井轨迹受到影响[3]。

3 提高定向井钻井速度的方法

针对定向井钻井速度及钻井轨迹容易受到多种因素影响的情况下, 笔者参考相关文献, 建议采取以下措施来提高定向井钻井速度。

3.1 控制井壁稳定

定向井钻井施工过程中, 因为井壁的不稳定会引起很多复杂的情况, 使得定向井钻井难以快速、有效的进行。为了规避此种情况, 在定向井钻井过程中一定要注意稳定井壁。具体的做法是: (1) 采用近平衡压力钻井, 严格按设计密度执行, 避免负压差引起井塌的出现, 起钻时控制好速度防止抽吸, 灌好泥

浆保证钻井压力超过地层压力。 (2) 针对定向井钻井实际情况, 合理的设定排量, 将岩屑等及时清除。

3.2 优化定向井钻井技术

随着科学技术的蓬勃发展, 在油田勘探开发的过程中一定要积极的引入先进的科学技术, 使油田开发能够科学的、合理的、顺畅的进行。基于此, 在提高定向井钻井速度的过程中应当注意借助先进的科学技术来进行定向井钻井技术优化。笔者的建议是:

其一, 合理的设置钟摆结构。因为直井段施工的过程中, 容易出现定向偏差的情况, 所以, 以往的施工中, 需要频频进行水平定向, 再进行钻进。但合理的设置钟摆结构, 则可以对钻井进行规范, 如若出现倾斜, 钟摆将会显示, 施工人员以此为准, 进行调整, 再进行钻进, 可以保证直井段不出现偏斜的情况。所以, 定向井钻井施工中, 注意合理的进行钟摆结构的设置, 使其可以作为直井段钻进标准。

其二, 优化钻井工艺、引用新技术。为了使定向井钻井高质高效的完成, 还应当在具体钻井的过程中, 基于定向井钻井实际情况, 科学合理的应用地质导向技术、井眼轨迹预测技术、MWD随钻测量技术等, 从而提高定向井钻井速度[4]。所以, 为了使定向井钻井作业高质高效的完成, 应当科学、合理的应用先进技术, 使定向井钻井作业科学化、合理化、标准化的执行。

4 结语

综上所述, 定向井钻井过程中容易受到多种因素的影响, 导致定向井钻井速度低。对此, 应当通过控制井壁稳定、优化定向井钻井技术等方法来提高定向井钻井速度。

摘要：随着我国各大油田勘探开发力度的加大, 定向井的应用越来越广泛, 相应的钻井施工技术的应用更加重要。但是, 目前一些油田勘探开发中定向井钻井容易受到某些因素的影响, 导致钻井速度较慢。对此, 本文就定向井钻井速度影响因素进行分析, 进而探究提高定向井钻井速度的有效策略。

关键词：定向井,钻井速度,影响因素,提高策略

参考文献

[1]赵卫.定向井钻井速度提升工作探究[J].中国化工贸易, 2015 (14) :177-177.

[2]吴爱国.浅析影响定向井施工速度的因素及措施[J].工会博览·理论研究, 2010 (3) :101.

[3]李百一.浅析定向井钻井速度的影响因素及提高方法[J].中国石油和化工标准与质量, 2013 (13) :54-54.

钻井策略 篇4

关键词：地热钻井；碎裂钻井；原理；优缺点；前景

一、碎裂钻井技术的产生

钻井工程的传统方法包括硬质合金钻进、金刚石钻进、 牙轮钻进等常规等机械碎岩钻井方法。

（1）硬质合金钻进：指把不同几何形状和一定尺寸的硬质合金按着钻进的要求固定在钻头体上，并在一定的钻进规程下破碎岩石的钻进方法。

（2）金刚石钻进：金刚石钻头的组成由金刚石、胎体、钻头体三个部分组成，在现行钻井工程中具有较高的效率，但是钻头的损坏率较高，使用寿命较短。

（3）牙轮钻进：多用于大型露天情况，其主要的缺点是劳动强度大、自动化水平低。

在地热钻井工程中，这些机械钻井方式普遍都具有以下 2 个缺点：

（1）进尺慢：常规钻井方法在钻进油气钻井中表现较好，因为，油气钻井面对的底层多为松散、 沉积地层。然而地热开采过程中要面对的岩层则多是花岗岩、 铁燧岩等坚硬岩层， 常规的钻井方法在面对这样强度的岩层时，进尺速度会受到很大的影响，速度降低十分明显。

（2）费用高。首先，常规钻井方法的钻头的损耗率通常很高，而地热开采的条件相较于油气开采条件要苛刻的多，无论是在钻井深度方面还是在开采是环境的温度和压力方面，这样高温高压的操作条件更是加剧了钻头的损耗，使得地热开采过程中钻头的更换十分频繁，大大增加了地热开采的成本。另外，由于进尺速度慢，使得开采的周期大大延长，无疑加大了投资成本。而且随着钻井深度的加大，成本会随之加大，尤其是对于井深超过 4000 m 地热资源的钻井， 常规钻井方式的钻井周期长、 成本高的缺点就显得尤为明显， 这对地热资源的开发利用非常不利。

基于以上传统钻井技术的明显的缺点，人们迫切需要改变这一现象，需要一种非传统的新型钻井技术来代替这些传统钻井技术，由此碎裂钻井技术应运而生，碎裂钻井技术是利用物理场能量来破碎岩石的钻井的新方法，其在研究上已经取得很大的进展，目前可以进入可实施阶段。可以预见，碎裂钻井技术加入地热资源的开发，对于地热资源的利用将有巨大的影响，相信未来地热资源的开发成本会随之的推广越来越低。

二、碎裂钻井技术的原理

碎裂钻井技术与常规钻钻井技术有很大的区别。（1）首先在能量传输方面，常规钻井利用的是机械作用，是利用钻机的驱动力使转盘、 钻柱等高速旋转将能量传递到井底；而碎裂钻井则是利用化学制品如燃料、氧气，使之接触产生高温火焰并迅速将热能传输到井底。（2）岩石的破碎方式，与二者的能量传输方式对应，常规钻井技术是利用机械力使岩石破碎——例如牙轮或切削钻头对井底岩层的破碎作用；而碎裂钻井技术则是通过巨大的温差和不均匀的膨胀作用力使井底岩层破碎——由于燃烧产生巨大的高温，使得岩体表面的温度大大高于岩层内部的温度，产生巨大的温度差，同时由于岩石的膨胀系数有所差异使得岩石在高温作用下受到不均匀的膨胀作用力，基于这两点，从而使得井底岩层被破碎。（3）岩屑的清理方式不同，常规钻井技术利用的是钻井泥浆和压缩空气对岩屑进行清理；而碎裂钻井利用的是燃烧作用和压缩空气对岩屑进行清理。（4）在井控和井底稳定性的维持方面，常规钻井技术需要利用防喷器和泥浆的自重、静水压以及通过各种化学试剂进行维持；而碎裂钻井技术则只通过防喷器进行井控。

总而言之，碎裂钻井技术是利用高温火焰灼烧岩体局部表面，使岩层表面受到高温火焰的灼烧，从而使之受到温度差和不均匀的热膨胀而碎裂成薄片并脱离母岩，如此便大大降低了钻井的强度，同时有利于进尺速度的提高。相关数据表明，采用碎裂钻井技术进行钻井，其速度是常规钻井方式的5倍以上，最大可达常规方法的十倍。以下将详细介绍其区别于其它钻井设备的最重要的结构——燃烧器，同时将就碎裂钻井技术的钻进机理进行论述。

（一）燃烧器的结构及特点

碎裂钻井系统包括（1）管道：共有三条管道，分别负责输送冷却水、氧气和燃料。（2）燃烧室：氧气和燃料通过各自的管道被输送到燃烧室，在此接触燃烧。（3）喷嘴：燃烧室中产生的火焰通过其底端的喷嘴喷发，对岩层表面进行灼烧。（4）冷却水出口，在燃烧器的中的井下燃烧器就像是一个喷气发动机， 在其内部产生的高侧面设有冷却水出口。

通过燃烧器产生高温火焰灼烧岩层表面使得表面与深层岩石产生一定的温度差从而使岩石发生碎裂；同时，由于不同岩石膨胀系数不同，在高温效果下膨胀效果不一样，从而使使得岩石发生碎裂。由于燃烧器在工作过程中距离岩层是有一段距离的，因而避免了与岩层接触而造成的磨损，增加了该设备的使用寿命，大大降低了成本。但是，由于火焰流单一，造成热能的集中，容易产生事故，针对该种现象，研究者对其进行了改进，增加了喷嘴的数量，使得火焰流增加，灼烧的点分散。

（二）碎岩机理

根据普雷斯等人对碎岩机理的研究，可知碎岩基本条件有两个一是温度梯度，二是应力。要达到这两个条件，要做到，加热面积足够小，加热速度足够块。

作用机理：当对井底岩石表层的局部进行迅速的高温加热将导致应力集中，并作用于靠近井底岩层表面的微小裂隙处， 使裂隙沿着平行井底岩层表面的方向发展， 形成附着于岩层表面的薄片并逐渐隆起， 到达一定程度后应力会突然释放， 导致薄片迅速地弹出岩层表面。若是已知岩石特性，可根据相关应力-温度公式估算出岩石碎裂所需要的温度。

在普雷斯等人研究的基础之上，特斯特、韦伯等人提出了解释碎岩机理的公式。

特斯特等人提出平行于岩石表面的压应力（σxx 和 σyy ）随温度的改变而改变， 二者关系如下式所示：

σxx= σyy= βr EΔT/（1 - v） （1）

式中：βr — — —岩石的线性膨胀系数；E— — —岩石的线性模量；ΔT— — —温度变化量；v— — —泊松比。

从上式可以看出，压应力与温度变化成正比例的关系，但是岩石碎裂的关键条件并未给出。而韦伯等人则给出了岩石碎裂的多种条件——微小裂隙的分布、 作用于裂隙处的应力大小、 应力作用面的面积等。同时提出了累积失效概率分布公式。

（2）

式中：σ— — —岩石中的压应力；σ0 — — —岩石抗压强

度；m— — —均匀因数；V— — —应力作用下的样品体积。

上式对于岩石碎裂的条件进行了描述，但是压应力和均匀系数均需通过实验测得。因而特斯特等人又针对此种问题进行研究解决了以下问题。

（1）确定了式（2）中压应力：通过岩石表面温度曲线确定压应力的分布，再通过式（1）求得压应力。

（2）得到相关参数的通式：

（3）

（4）

其中，式（3）为热通量公式，式（4）岩石碎裂时温度公式。在纵横比 C L 确定的情况下可以根据岩石特性求得相关参数。一般来说，纵横比 C L 的值是可以假设，大约在8--15之间，根据不同的岩石可以确定纵横比的大致范围。据特斯特等人的计算，岩石碎裂时的温度大约在400 ～550 ℃之间。

三、碎裂钻井技术的优缺点

（一）优点

（1）进尺速度快。（2）设备磨损少。由于燃烧器在工作过程中距离岩层是有一段距离的，因而避免了与岩层接触而造成的磨损；同时钻杆柱没有旋转， 因而相对来说磨损有所降低。

（3）能够灵活地改变孔径大小。（4）控制井斜。碎裂钻井的钻杆柱不需要旋转，而且井下燃烧器承受的压力小，所以大大减少了井斜现象的发生。

（二）缺点

（1）受地形限制，适用范围相对较小。（2）管道相对较多（包括氧气管道、燃料管道、冷却水管道），使得燃烧器结构较为复杂。（3）相较于常规犯法，碎裂钻井技术发生火灾的可能性更大。

四、结语

通过以上分析，我们了解了目前地热资源开采一些现状，即传统钻井技术周期长、成本高，当前地热开发项目亟需引入新的技术来改变目前的局面以提高地热资源的利用率，提高开发工程的经济效益。关于碎裂钻井技术的缺点，目前研究者们也在努力寻求解决方案，相信未来，我们的工作人员会突破这些局限，将碎裂钻井技术进一步完善。

参考文献

[1]白占学，郑秀华，于进洋.碎裂钻井技术及其在地热钻井中的应用前景分析[J].探矿工程，2013，40（2）：81-84.

[2]张云鹏，马志伟，武旭.牙轮钻机钻孔能耗分析.金属矿山，2014，（2）：127-130.

钻井工程中提高钻井效率的研究 篇5

随着我国现代化进程的迅速推进, 石油和天然气的生产规模逐渐扩大, 钻井工程作为其核心技术之一也显得越来越重要。在钻井进行施工时, 往往由于地质条件的限制, 导致钻井过程中出现各种各样的问题, 如发生安全事故、钻进质量差、效率低等, 给钻井工程的施工带来了很不利的影响。鉴于这种情况, 如何利用现代的先进科学技术, 改进钻井的施工工艺, 提高施工的安全和质量、推动钻井效率的提高成为工程师们研究的热点。

一、钻进工程中提高钻进效率的研究

钻井工程是一项由多道复杂工序组成的庞大而细微的工作, 需要先进的技术、高级的管理方法以及专业的钻进人员, 本文通过实际调研, 对这几个方面的问题进行具体的研究探讨。

1. 现代钻进技术的应用分析

随着科学技术的高速发展, 出现了许多先进的技术可以提高钻井的效率, 具体如下: (1) 高压喷射技术, 即通过合理的配备钻头水眼, 达到减少重复切削钻屑, 提高钻井效率的效果, 而且可以根据钻头在不同的位置, 切削不同的工程对象, 选择不同的转速和转压, 如泥沙岩地层转速要高一些, 地下深层转压要大一些; (2) PDC加螺杆快速钻进技术, 在钻井工程的上部砂岩综合使用PDC钻头和螺杆钻具, 这样不仅可以有效的提高钻井效率, 还能够节省一部分燃料, 降低工程的成本支出, 在工程作业时, 使用这种组合技术可以根据油井的结构选取合适的PDC钻头和螺杆钻, 可以达到定向纠斜的作用, 避免油井的深层施工反复换钻头的情况, 能大大节省施工时间, 能够实现较好的经济效益。 (3) 聚合物钻井液技术, 在钻井工程中使用聚合物钻井液, 可以很好的增强钻井机械的工作效率, 同时可以避免底层损害的情况, 而且对油井有着很好的辅助作用, 如:促进粘土的聚合, 防止粘土分散, 稳定油井的油壁, 对含水层进行选择性隔离等; (4) 水平井钻进技术, 通过先进的技术, 在井底设置动力工具和测量仪器, 使钻井保持86°的斜角, 水平油井技术可以很高的提高油气的产量; (5) 欠平衡钻井技术, 即在施工过程中, 钻井液的井底压力比底层空隙的小, 需要采用旋转方喷头等技术进行施工;此外还有许多其它的先进技术陆续用到钻井工程中, 很大的提高了钻井的效率, 如连续管钻井技术。

2. 管理方法对钻井效率的影响研究

在钻井工程过程中, 良好的管理是高效施工的必备因素, 钻井工程是一个复杂而细致的工作, 所以必须在施工前做好有效的预防措施, 才能更好的提高钻井的效率。其预防措施应该做好以下几个方面的问题: (1) 在钻井工程施工期间, 尤其在施工后期, 一定要注意钻井液的稳定性, 保证钻井液的工作性能, 保证工程的顺利完整施工; (2) 在施工工程中, 钻井液的粘度调节具有一定的滞后性, 所以进行粘度控制时, 要比预定的提取2-3s, 并结合钻井的具体情况进行调整; (3) 在施工时, 要根据地质情况选择合适的钻井液, 减少对地层的破坏, 保证工程的顺利进行, 防止出现塌陷事故; (4) 在钻井起钻之前, 要在井眼中放入一塑料小球, 这样可以在井壁和电测仪器中形成一个接触点, 可以顺利的进行电测, 避免电测过程中出现井壁粘连的状态, 如果油井是不规则的锯齿形, 要等泥浆将油井封住后再进行电测。

3. 安全操作对提高钻井效率的影响分析

在钻井施工过程中, 工序复杂, 工种类型多, 很容易出现安全事故, 所以加强钻井过程中的安全管理是提高钻井效率的有效手段。具有如下: (1) 工程采用新技术后, 严格按照新技术的操作规范执行, 尤其在加压、加重等操作上, 不能过急, 防止压力过大造成的压漏; (2) 在钻井工程开始之前, 需要对底层做好分析, 并根据底层的状况选择合适的钻井液; (3) 在状况复杂的地段, 要根据不同的底层状态提前更换钻头, 尤其是钻到漏层时, 要提高钻井液粘度, 以便顺利穿过漏层; (4) 最每一个施工的钻井设计方案认真调查研究, 根据设计书做好工程分配, 并准备好足够的施工材料, 施工时要严格按照设计方案执行。除此之外, 要保证钻井泥浆的质量, 管理好钻井器具以及做好安全防护措施等。

在钻井工程施工过程中, 一定要严格控制钻井的质量, 不仅要严格按设计方案进行工程施工, 还要每隔100米左右进行一次测量, 确保工程优质高效的完成。在钻井完成好, 需要严格确保固井的质量, 确保固井工作的优质高效。

结论

本文根据生产实践, 对综合运用先进技术和工艺, 提高钻井的效率进行了详细的讨论, 同时要保证生产的安全, 确保钻井工程可以高质量、高效率的完成, 为钻井工程提高钻井效率提高了思路, 为钻井工程领域的迅速发展提供了支撑。

摘要：随着现代工业对石油和天然气的需求量日益增加, 提高钻进效率显得越来越重要。本文根据生产实践调研, 对如何利用先进的科学技术, 在保证安装生产的基础上提高钻井的质量进行了细致的探讨, 并提出了一些具体的建议和措施, 为钻井工程的发展提供了有效的支撑。

关键词：钻井工程,钻井效率,安全生产,研究

参考文献

[1]岳前升, 刘书杰, 黄凯文, 谢克姜, 胡文军, 胡友林.钻井液提速剂性能研究[J].石油天然气学报, 2 0 1 1, (0 4) .

[2]王德余, 李根生, 史怀忠, 黄中伟, 吴至博.高效破岩新方法进展与应用[J].石油机械, 2 0 1 2, (0 6) .

钻井策略 篇6

尽管技术一直在进步, 施工方仍然要面对“二八分”的问题。“二八分”是指在整个钻井进程中, 虽然大约20%的进尺会发生问题, 但通常花掉预算外的钻井成本的80%去解决这20%的进尺问题。引起这种比例失调的原因多为钻遇深层的坚硬层段时的低钻速。一般在该类层段的钻速为1～15 ft/h (1 ft=30.48 cm) 。

在传统的钻井施工中, 用水动力驱可使钻头的效能发挥到最佳水平, 这也使其占据很重要的地位。现在钻机上的水动力驱动力一般可达2 000 hp (1 hp=0.746 kW) 。而用水动力驱清除钻屑和清理钻头时, 如此大的动力没有被充分运用。如果将从钻头喷嘴中喷出的高密度颗粒物的速度加快, 水动力驱产生的能量的利用率就可大大提高, 从而可将颗粒物作为最初的钻井介质。这种新技术被称为颗粒冲击钻井。

2 颗粒冲击钻井

颗粒可通过传统的钻头喷嘴内的高密硬质颗粒加速为高速颗粒物。当颗粒物的速度足够高和质量足够大时, 颗粒撞击到岩石表面时可使其破裂和崩落下小颗粒。仅仅靠冲下小颗粒提高钻速效果并不明显。然而, 冲落的数量很大, 累积起来钻掉的体积就相当大了。颗粒冲击钻井系统设计每分钟的冲击次数可达400万次以上。

每分钟400万次的冲击会收到意想不到的效果。从一口井的钻井周期的角度计算, 只需用原先的1/3～1/5的时间就可钻完前面提到的花去80%的钻井工时和费用的井段。利用该技术大大缩短了钻井周期, 节约了大量相关费用。

颗粒冲击钻井技术的工作原理是基于高速的颗粒物在冲击岩石的瞬间所产生的巨大作用应力。作用应力与以下三方面存在函数关系:

◇ 外加动力;

◇ 接触面积;

◇ 撞击时间。

外加动力值是颗粒的质量乘以颗粒速度的平方得出的。如果外加动力一定, 撞击时间就与产生的撞击力成反比。因为撞击发生在一瞬间, 所产生的撞击力很大。很大的作用应力、很短的撞击时间与微小的接触面积结合起来, 会产生巨大的接触应力, 比钻头的切削结构所产生的接触应力大几个数量级。常规钻头在0.11 in2的面积包含9个接触点, 每个接触点可产生61 kPa的接触应力, 按60 r/min计算, 相当于每分钟产生540次冲击。而应用颗粒冲击钻井技术, 每个接触点可产生830 kPa的接触应力, 而每分钟产生的冲击次数为400万次。

传统的牙轮钻头产生的应力和颗粒冲击钻井产生的应力之间的差别就如同用冰钎和锤子破冰产生的应力差别一样。如果用同样的力, 因冰钎的接触面积小, 会产生很高的接触应力。依此类推, 冰钎每分钟可敲击冰面400万次, 而锤子每分钟仅可敲击冰面540次。

因为接触应力比坚硬的甚至极硬的岩石的强度大得多, 所以这些原本难钻穿的岩石很容易就被冲破和分离出来。

应用颗粒冲击钻井技术也很容易钻穿破裂应力较小的岩层。运用该系统打钻任何地层都比传统钻井方法的钻速快。这就可以在无需更换钻头的情况下高速地钻穿软的或硬的透镜体层, 以及夹在两个硬地层之间的塑性地层。

3 系统组件和钻具组合

该系统由三个主要部分组成:颗粒冲击钻头、颗粒处理系统和颗粒注入系统。

3.1 颗粒冲击钻头

该类钻头在井下, 是以足可以使钻遇的岩层破碎和削落的速度将颗粒钻穿的。由于钻头喷嘴和钻头几何形状设计独特, 使钻头的钻穿方式很特殊。这种钻穿方式可使岩石被最合理地削落并使颗粒物的反弹方向远离钻头表面。

颗粒冲击钻头移除的难钻区域为井底剖面的标测角、侧翼和中心区域。剩余的区域形成一个环形岩石层可借助底部应力去除, 底部应力是由加在倾斜的钻头面仅用外加的5 000～15 000 lb (1 lb=0.454 kg) 的质量产生的。

倾斜的钻头面和钻头上较轻的载荷可形成对脆弱岩层环的张应力, 使其持续地破裂成较大的碎块。较大的碎块连同别的颗粒物和钻屑被定向排到钻头的排屑槽, 进入环形空间, 进而随着循环泥浆泵出井眼。

3.2 颗粒注入系统

这一地面装置主要负责将颗粒物注入到加压的泥浆流中, 以及将这些泥浆流沿着钻管输入钻头。

颗粒注入系统包含一个塔架和宽11.5 ft、深8.5 in、高53 ft的框架, 并带有一个和喷射泵一样的在完井时备用的喷射泵机架。带有轮盘的垂直导入管在将颗粒物送入装料斗过程中充当升降机。通过重力作用将所需的颗粒物给进两个轴向的压力舱内, 然后再通过侧向的压力桶式装置和螺旋仓将颗粒物注入到注入塔的底部。

开始时, 轴向仓和挤压仓内都充满了颗粒物。在达到钻进的液压要求时, 尤其当施工压力达到2 500～4 500 Pa时, 轴向仓和挤压仓就会被关闭和加压。

当注入开始时, 颗粒物包就会以每分钟15 gal[1 gal=3.785 L (美) ]的速度通过挤压仓, 进而汇入到流速为450 gal/min的钻井液中。携带颗粒物的泥浆进入到立管, 再进一步被送到井下的钻头中。泥浆流包含3%的颗粒物和97%的钻井液。

当颗粒物的高度降到低于上部仓时, 一个阀门被激活, 将下部仓和上部仓分离开。上部仓的压力被释放, 使其被开启和重新注满。重新注满以后, 又被重新加压和下部仓联通。如此循环往复, 注入系统就会不断地以15 gal/min的速度向泥浆流中注入颗粒物。

3.3 颗粒处理系统

该系统的主要组成部分包括一个旋转滚筒环形分离器及磁性分离器。一旦颗粒物返排到地表就连同钻屑和钻井的固体颗粒被泥浆振动筛收获, 再通过旋转滚筒、环形分离器和磁性分离器被输送回颗粒处理系统。分离器和磁性装置将钻屑和钻井的固体颗粒从铁质颗粒中分离出来。经过处理的颗粒物再排到旋转滚筒内, 钻屑则被运到备用泥浆池。

旋转滚筒在存储颗粒物时不断翻转, 防止颗粒物彼此黏连和腐蚀。再根据需要将颗粒物从旋转滚筒注入到颗粒注入系统。整个系统 (颗粒注入系统和处理系统) 由378 kW的发动机驱动, 所有的地面装置都是自动化程序控制的。

整个系统的占地面积为42 ft2 (1 ft2=929.03 cm2) 。在无需停钻的情况下就可就地安装。与钻机连接的部分仅为一个在立管上的“三通”和一个安装在泥浆振动筛上的给料漏斗。在取出颗粒冲击钻头之前, “三通”在钻头正常工作的情况下就可安装。

4 样机试验

为研发颗粒冲击钻头和确定操作参数, 在犹他州盐湖城的TerraTek钻井和完井实验室开展了12次独立试验。大部分试验都是针对无侧限压缩强度为28～32 kPa的齿状白花岗岩进行的。因为齿状白花岗岩的硬度最接近于深部地层钻遇的坚硬岩层的硬度。

依据不同的钻压、转数和流速反复设计钻头, 模拟井深为5 000 ft的压力条件下, 获取的钻速从20～70 ft/h不等。在大气条件下用81/2 in钻头对同样的花岗岩进行试验, 钻速可达到100 ft/h。这些试验在证实颗粒冲击钻井技术可以较高速度打钻硬岩层方面的可行性, 以及确定达到此钻速所需的参数方面起到至关重要的作用。

钻头方面的试验进行完后, 最初的矿场试验安排在俄克拉荷马州的Catoosa天然气研究所的钻井试验场进行。这些试验主要是用于验证该系统在实际钻井中的可行性。一般都在较深的地方遇到坚硬难打的地层, 在Catoosa地区一般在井深达3 000 ft以上时钻遇。钻遇的硬地层主要包括密西西比石灰岩和Arbuckle白云岩以及其他种类的或硬或软的地层, 较软的油页岩、砂岩、硬质砂岩和石灰岩都被钻遇到。

在开钻之初的10 h, 钻穿种类最多的地层的钻速为113 ft/h。钻遇无侧限压缩强度为20～60 kPa的极其坚硬的地层时也没有出现钻进中断的现象。钻遇大段的密西西比石灰岩和Arbuckle白云岩时的钻速为30 ft/h, 这一钻速达到了该系统最初设计预期的钻速。经过对钻速的反复验证和系统可行性的研究, 证实了该系统的商业应用价值。

5 现场试验

在实验室测试和Catoosa地区的试验后, 该系统被应用于四个商业试验区。前三个试验区位于犹他州东部的Uintah盆地深度为10 000～15 000 ft井段的Mesaverde层段。第四个试验区位于东得克萨斯州的Travis Peak地层的一段, 深度在12 000 ft以下。

每一次试验过程中, 颗粒冲击钻井的钻速都逐渐提高。每一次试验系统效能的提高都通过钻时效率和进尺效率的提高得到体现。钻时效率是指利用颗粒冲击钻井所用的钻时占全部钻时的百分比。进尺效率是指在以24 h为一个周期内所获的钻井进尺。在最近钻的3口分支井的每一次试验中, 都对比应用了原先的设备和工具, 在同一井段该系统的钻速比传统方法的钻速提高了1.5～2倍。

在前三个试验中, 大部分研究和系统的开发都考虑到颗粒物处理系统。在前期试验过程中, 因为应用了压裂泵, 研究还从钻机设备的整体方面进行了考虑。

2007年3月, 在第四个现场试验过程中, 颗粒处理系统的性能得到完全的验证。然而, 当时由于压裂泵基或水力基的颗粒物注入系统不能持续输送所需体积量的颗粒物, 随着压力和深度的增加以及施工压力突然变化, 系统的工作效率下降得很快。

为此, 2007年7月, 开展了一项设计研发新的颗粒物注入方法的项目, 试图采用机械方法将颗粒物注入到立管中。通过几次基础试验和几种不同方法的论证, 研究出一种新的颗粒物注入方法。

6 结论

大量的实验数据和现场实验都表明, 应用颗粒冲击钻井技术打钻硬地层和腐蚀性层段, 钻速可获阶跃性提高。由于该项技术具有开创性, 利用该技术使原先在经济性上不可行的钻井施工变得可行。钻头设计、颗粒物回收和处理过程中遇到的难题一一被破解。被认为最难解决的问题, 即不断地把颗粒物注入到体积大、压力高的钻井液流中, 也即将得到解决。该项技术将获得最优化的配套和最高的效率。

盐膏层钻井钻井液技术分析 篇7

盐膏层指的是以盐或石膏为主要成分的地层。我国盐膏层分布广泛, 塔里木、江汉、四川、胜利、中原、华北、新疆、青海、长庆等油田都曾钻遇盐膏层。盐膏层主要分布在第三系、石炭系和寒武系地层, 分属泻湖陆相沉积和滨海相沉积。

由于盐膏层属流变地层, 尤其在深部高温和高压条件下盐膏层的蠕变性更为明显。与砂岩、页岩和泥岩等地层不同, 流变地层的弹性模量非常小, 对剪切不具有抵抗能力, 即使在较低的水平应力作用下, 也将出现较大的连续蠕动变形。在钻井过程中, 钻开盐膏层后, 原地层中地应力的相对平衡状态被打破, 在井璧岩石上产生了较强的应力集中, 在横向挤压力的作用下, 盐膏层发生蠕动和变形, 向井中滑移和流动, 导致井眼缩径和失稳。由于盐膏层易蠕变、易溶解、易垮塌等特点所以在钻井过程中经常发生严重的缩径, 导致井眼失稳、卡钻和挤毁套管等工程事故, 严重影响了钻井地质目标的实现并给钻井带来巨大经济损失。

钻井液技术是盐膏层钻井关键技术之一, 它直接影响钻井作业的成败, 对盐膏层钻进具有极大的影响。因此研究盐膏层钻井钻井液技术具有重要意义。本文主要分析了国内常用盐膏层钻井液的体系, 并结合国内典型盐膏层区块, 对钻井液性能的维护等进行了分析, 对于指导盐膏层钻井具有一定的价值。

2 盐膏层钻井液体系

目前开发与试用的盐膏层钻井液体系, 主要包括以下几类:从功能考虑, 油基钻井液虽然成本高, 但它钻遇碳酸盐钾矿层、水敏性泥页岩层、含H2S气层都不会发生问题, 它还适用于钻高温深井, 能保持性能稳定;从综合成本考虑, 饱和盐水钻井液是最佳选择;从性能价格比看, 饱和盐水乳化钻井液和聚合物饱和盐水钻井液应用最多。但是, 在某些情况 (如地区差异) 下, 欠饱和盐水体系 (乡1井) 和膨润土饱和盐水体系 (文13-54井) 也有成功应用, 其性能价格比与最佳体系相当。其他钻井液体系虽有应用, 但不甚理想。

国内盐膏层使用的几类钻井液基本配方如下:

(1) 混油加重饱和盐水体系 (新疆沙24井) :12%原油+3%磺化褐煤+0.3%S M P-Ⅱ+0.2%～0.5%C M C+1%P A C143+重晶石粉 (至体系密度1.7k g/L) +凹凸棒石粉+0.1%TorqTrim-Ⅱ+NaCl至体系饱和。

(2) 油包水乳化体系 (新疆) :3%有机土+2%环烷酸钙+7%烷基苯磺酸钙+2%SP80+1%石灰+0#柴油 (油水比90:10) 。

(3) 欠饱和盐水体系 (中原) :3%～5%磺化褐煤+3%～5%SMP—Ⅱ+1%～3%SAS+NaCl及KCl适量。

(4) 膨润土饱和盐水体系 (江汉) :抗盐膨润土浆+2%～3%CMC+0.5%SP80+0.25%AS+NaCl至体系饱和。

(5) 聚合物钾盐饱和体系 (胜利) :0.2～0.5PHP+3%～8% (NH4) 2SO4+5%～6%KCl+NaCl至体系饱和。

(6) M M H聚合物饱和盐水体系 (胜利) :0.25%MMH+0.4%NPAN+3%SMP-Ⅱ+3%RTOOL+0.3%XY27+NaCl至体系饱和。

(7) 阳离子聚合物盐水体系 (中原) :4%膨润土浆+3%80A51+1%H P A N+2%S A S-1+0.5%SP80+1%CP (阳离子) +2%KCl (较3%KCl+7%NaCl效果更好) 。

3 膏岩层钻井液性能要求及维护措施

3.1 膏岩层钻井液性能要求

盐膏层钻井液性能应满足下列六点要求:

(1) 具有合适的密度。这是盐膏层钻进的关键。若用低密度钻井液 (密度1.078～1.314k g/L) , 应该是含盐量低的水基钻井液;若用中等密度钻井液 (密度1.437～2.036k g/L) 应该是水相饱和的油基钻井液和含盐量高的水基钻井液;若用高密度钻井液 (密度2.036～2.276kg/L) , 应该是水相饱和的油基或水基钻井液, 并用盐抑制剂来达到盐的饱和状态。

(2) 抑制无机离子的污染。钻盐膏层时, 涌入钻井液中造成污染最严重的是Ca2+, 可加入Na2CO3和NaHCO3除去Ca2+。

(3) 抑制活性粘土矿物。钻井液中必须保持一定的KCl含量。海水钻井液中KCl用量一般是淡水钻井液中KCl用量的2.5倍, 而饱和盐水钻井液中KCl用量是淡水钻井液中KCl用量的3.5倍。

(4) 盐膏层钻井液要具有适当的流变性和润滑性。

(5) 盐膏层钻井液要具有合理的滤失造壁性。

(6) 盐膏层钻井液腐蚀性尽可能低且能抗高温。

3.2 膏岩层钻井性能维护要求

目前, 油基钻井液钻进膏岩层多在国外应用, 在国内主要使用混油 (油包水) 钻井液钻进膏岩层, 对该类型钻井液有以下维护要点:

(1) 固相控制:配备高频振动筛, 筛目达到80～100目;配备除砂器、除泥器, 以清除油基钻井液的晶体盐粒和其它固相, 从而提高机械钻速, 减少循环系统的磨损。

(2) 水湿控制:在钻进中遇到含N a+、Ca2+、Mg2+、K+等盐类, 它们都有水湿特性, 水湿固体易沉淀, 易粘附于钻柱内, 严重时可堵塞钻柱, 使钻井液流变性、热稳定性、滤失性改变。为此, 在油基钻井液中要加入一定量润滑剂来解决水湿问题, 推荐作法:水湿前, 加入油润剂AglaberDV-33量2.83～14.15k g/m3;水湿后沉淀前, 加量14.15～23.30kg/m3;水湿沉淀后, 除加油润剂外, 还须加胶凝剂, 以增加切力, 将水湿固体携带出井予以清除。

上述两点要求为一般要求, 针对不同区块, 钻进盐膏层时对钻井液的维护又有具体的要求。

(1) 新疆塔北地区盐膏层钻井液维护要点可概括为七点:

(1) 用预水化膨润土或抗盐土调整体系稳定性;

(2) 用XCD聚合物作降粘剂, PAC-R和FRS作降滤失剂;

(3) 使用除氧剂和杀菌剂提高X C D、F R S的抗温性和抗降解能力, 减少钻具及设备腐蚀;

(4) 保持钻井液中高钙含量, 可减轻对石膏地层的溶蚀;

(5) 高氯离子和高钙离子组合, 可较好地抑制盐膏层及水敏性泥页岩层水化膨胀;

(6) 低滤失性可减小渗透性地层的泥饼厚度, 保证起下钻的畅通;

(7) 使用100～120目振动筛和200～250目清洁器维护钻井液体系的清洁和密度的稳定性。

(2) 根据江苏和江汉地区钻盐膏层的经验, 饱和盐水钻井液维护要点归结为十点:

(1) 首先尽量搞清地层情况, 盐膏层化学组成, 并确定盐膏层类型;

(2) 加强对钻井液的滤液分析, 保证含盐量到位;

(3) 将淡水钻井液转换为饱和盐水体系时, 应彻底清除有害固相, 尽量降低膨润土含量, 用抗盐土或改性石棉提高动塑比, 以保持适当的切力;

(4) 加入足够的护胶剂, 如CMC、CMS、磺化褐煤、磺化酚醛树脂、聚丙烯酸盐等;

(5) 加入盐抑制剂抑制盐的溶解, 如氯化镉、铁氰化钠、次氯三乙酸酰铵等;

(6) 加强对加重饱和盐水钻井液粘滞系数的测定, 选择合适的润滑剂降摩阻;

(7) 用S P80、烷基苯磺酸钠、重铬酸钠等, 提高体系的高温热稳定性;

(8) 钻进复合盐膏层时, 选用具有抑制泥页岩水化膨胀及封堵裂缝、孔隙的添加剂。“三盐一饱和” (指NaCl、KCl、Na2SO4盐和C l-含量饱和) 是对付复合盐膏层的有效办法, 既经济又可靠;

(9) 严格控制高温高压滤失量、改善泥饼质量, 添加相应的化学助剂;

(10) 对入井处理剂严把质量关, 按规定检测。

(3) 胜利油田钻探郝科1井盐膏层时, 总结出钻井液维护要点为七点:

(1) 采用正电胶—聚合物—饱和盐水钻井液体系, 抑制盐膏层吸水缩径和控制岩盐的溶解;

(2) 盐膏层以上井段体系密度达到1.40～1.45kg/L即可平衡地层压力, 但进入盐膏层前密度必须提高到1.90～1.95kg/L, 否则继续钻进就复杂化;

(3) 必须用高密度钻井液控制纯岩盐及紫红色软泥岩在高温高压下的蠕动压力, 同时控制钻速, 随着时间推延和划眼次数增多, 蠕动速率将减小, 但钻井液密度仍不能降低;

(4) 钻过盐膏层并用技术套管封固后, 过多降低钻井液密度将影响套管抗挤强度, 可将体系从饱和盐水状态转为欠饱和状态, 以减缓对钻具及设备的腐蚀, 降低钻井液成本;

(5) 钻进盐膏层的饱和盐水体系是通过加盐转化和维护的, 要求C l-含量达到1.8×105mg/L以上, 在井底温度150℃、井底压力70M P a下钻井液即达盐饱和, 而体系中SO42-含量达到1.0×104mg/L以上, 尽可能降低Ca2+含量;

(6) 使用高频振动筛 (筛目120目) 和清洁器 (除泥器) , 充分净化钻井液有害固相, 使含砂量1%以上;

(7) 在井底温度120℃以内可用偏磷酸盐缓蚀剂, 更高井温时改用D F-Ⅱ缓蚀剂 (缓蚀率93.3%) 。

4 油基、饱和盐水及欠饱和盐水钻井液体系的优缺点分析

国内外通过钻井模拟器试验发现, 油基钻井液可提高钻速, 降低成本, 综合效益好。主要优点是热稳定性好、流变性好、对钻具少腐蚀、井径规则、扩径率小。主要缺点是配制成本高、体系密度低、维护费用大、起下钻时易井涌井喷、不利于油气层录井。

而饱和盐水体系相对油基体系来说, 配制成本低、体系密度高、不存在水湿封堵问题, 有利于油气层录井。主要缺点是高温热稳定性差、对钻具的腐蚀性大、盐抑制及高密度问题突出。

利用欠饱和盐水钻井液钻进盐膏层, 使盐岩在欠饱和盐水钻井液中适当溶解, 可以达到扩大井眼, 抑制盐岩蠕变的目的。主要缺点是盐溶会导致井壁坍塌。

5 结论

通过上述论述可以得到如下结论:

(1) 目前常用的钻进膏岩层的钻井液体系主要有油基钻井液体系、饱和盐水钻井液体系及欠饱和盐水钻井液体系。

(2) 膏岩层钻进时钻井液体系应保持良好的性能, 不同地区根据地层性质等的不同, 其性能维护措施不同。

(3) 三种类型的钻井液体系各有优缺点, 应根据实际情况进行选择。

摘要：膏岩层由于蠕变性较强, 钻井过程中极易发生井眼缩颈和失稳, 给钻井作业带来了巨大的风险和损失。钻井液技术作为膏岩层钻井的关键技术之一, 其性能好坏直接影响膏岩层钻井的成败。本文详细分析了目前国内常用膏岩层钻井液体系, 分析了不同体系钻井液的优缺点, 并结合国内典型膏岩层区块分析了钻井液性能维护措施, 对于指导膏岩层钻井具有一定的意义。

套管钻井技术在海洋钻井中的应用 篇8

套管钻井作为一种高效低成本控制井眼问题的先进钻井技术, 适用低压带、页岩层、煤层以及多压力带地层, 在钻井提速、降本增效及解决循环漏失问题等方面具有很好的应用效果, 该技术在钻进过程中直接用套管取代钻杆柱向井下传递机械能量和水力能量, 井下钻具组合接在套管柱下面, 边钻进边下套管, 完钻套管留在井内作完井管柱, 这样, 钻井和下套管合并成一个作业过程, 钻头和井下工具的起下几乎是在在套管内进行, 不再需要常规的起下钻作业。

2 套管钻井技术的优势

目前, 国内套管钻井技术主要用于表层套管及技术套管的钻进。根据国内外的应用经验, 相对于常规钻井, 套管钻井技术有以下优点: (1) 使用套管钻进, 节省了与钻杆和钻铤有关的采购、运输、检验、维护和更换费用; (2) 避免常规起下钻对裸露井眼的抽汲和激励、减少井壁坍塌、键槽等的发生, 提高井壁稳定性, 减小事故发生率, 使井控状况得到明显改善; (3) 用钢丝绳起下钻头时不用停泥浆泵, 能保持泥浆连续循环, 可有效防止钻屑聚集, 减少了井涌的发生; (4) 钻进时破岩面积减小, 机械钻速提高, 节省钻进时间, 因而改善了水力参数、环空上返速度和清洗井筒的状况; (5) 装备简化, 不需要立柱钻进, 可以减小钻机尺寸、简化钻机结构、降低钻机费用, 使钻机更加轻便, 易于搬迁和操作, 作业过程所需设备功率大幅减小, 降低了人工劳动强度和施工费用。

3 国外套管钻井技术的现状

目前国外比较成熟的套管钻井系统主要有Tesco公司和Weatherford公司的两种系统。

3.1 Tesco公司的套管钻井系统

Tesco套管钻井系统是一套下部钻具组合可以回收的系统, 以常用的油田生产套管作为钻杆同时进行钻井和下套管作业。套管把水力能和机械能传递给悬挂在套管底部接箍上的下部钻具组合进行钻进, 一旦需要更换钻具组合或起下钻时, 则利用钢丝绳进行起下作业。

如图1所示, 钻具组合上部的钻井锁 (DLA) 把钻具与套管进行机械连接和液压密封, 向下提供轴向力和扭矩。同时在套管柱处安装了一个嵌入和取出的机械装置, 最下部是导向钻头系统。在套管钻井过程中, 需要用扩眼器把井径扩大到设计的井眼直径, 因为导向钻头尺寸小于套管内径才能保证用钢丝绳通过套管内进行回收, 而扩眼器又必须使井径扩大到套管可以通过的尺寸。在钻到目的位置用钢丝绳回收完下部钻具组合后可以按常规方式进行固井作业。

3.2 Weatherford公司的套管钻井系统

该公司的套管钻井系统更侧重表层 (或技套) 的施工, 立足于一只钻头打完全部进尺, 而不在套管内起下工具串。其所用PDC钻头为特制 (见图2) , 为铝合金的钻头冠部、可钻式的切削结构和钻头水眼。胎体由易钻材料制成, 通过一个特殊装置 (丢手) 与套管相接。钻头上部接有浮鞋, 套管内可预先放置易钻固井浮箍 (简易承托环) , 钻至预定井深后, 利用特殊装置将下部钻头胀裂落入井底, 然后进行固井作业。下次开钻时可将钻头体方便的钻碎, 由钻井液携带到地面排除, 此时, 可恢复常规钻杆钻井系统进行正常钻进。Weatherford公司可钻式钻鞋在大量表层套管钻井及尾管钻井中的应用表明, 应用该钻鞋不但可以大大缩短作业周期, 节约钻井费用, 而且可以解决钻井液漏失、套管下不到位等问题, 因此, 可以广泛用于表层套管钻井以及一些渗漏层的尾管钻井施工中。利用套管传递扭矩是利用送进捞矛工具 (图3) , 工具上部与顶驱相连, 由锁定卡瓦将工具固定在套管内壁上, 将扭矩锁定短节键放入卡瓦槽内一起来传递扭矩。

3.3 近年来与旋转导向技术相结合, 套管钻井成为导向钻井技术的新方向

3.3.1

定向套管钻井 (DCwD) 技术, 使用可回收的导向式井底钻具组合 (BHA) , 实现套管钻井过程中的导向, 导向工具既可使用旋转导向系统, 又可使用容积式马达。该技术由斯伦贝谢与TESCO公司共同研制, 适用于易发生漏失和井壁稳定性差的低压油田或老油田, 目前已在北海和中东地区获得应用。2010年, D C w D技术在马来西亚一座海上平台作业, 创造了13-38英寸DCwD套管作业深度最深 (1201米) 、套管倾斜角度最大 (58°) 、机械钻速最高 (100米/小时) 的世界纪录。

3.3.2

导向尾管钻井系统 (SDL) , 是世界上首个实现可导向的尾管钻井系统, 由贝克休斯与挪威国家石油公司共同开发。该系统结合贝克休斯的EZLine尾管钻井系统、AutoTrak旋转导向系统、X-treme马达、EZCase套管钻井专用钻头四种先进技术, 可在尾管钻井的同时实现旋转导向。该系统可承受大钻压及高扭矩, 并可在井下进行B H A更换操作。2010年1月, SDL系统在Statfjord油田完成第二次先导性试验, 机械钻速与常规钻井速度相当, 导向效果令人满意。

4 国内研究状况及在海洋钻井应用前景

4.1 目前国内研究现状

可回收式套管钻井系统应用领域广泛, 不受井深的限制, 能满足现代钻井工程的多种需求, 但对工艺技术水平要求严格, 且成本较高, 受目前研究水平的限制, 施工的安全性尚不能令人满意。国外套管钻井技术为使用有顶部驱动装置的钻机, 对钻井设备要求比较严格, 且成本较高, 多数公司只提供设备及技术服务, 因此难以在陆上低成本开发井中推广应用。国内的套管钻井技术是由吉林油田钻井院承担, 联合中油钻井院等多家单位合作的国家863项目。目前国内胜利油田、吉林油田、大港油田、大庆油田和渤海油田主要针对不可回收式套管钻井系统进行研究, 并取得了一定的应用成果。

2004年5月20日到22日, 大庆油田套管项目组在钻井一公司30546钻井队成功完成了大庆油田第一口表层套管钻井现场实验, 结果表明, 套管钻井的平均机械钻速18.16 m/h, 低于常规钻井中较高的机械钻速39.14m/h, 套管钻井的接单根时间多出常规钻井14h, 高出常规钻井的600%。纯钻进时间多出常规钻进6h左右。高出常规钻井的100%。初期实验成功实现的套管钻井, 但其优势并未完全显示出来。

2004年, 胜利油田在海洋钻井公司的垦东341井应用套管钻井技术进行了表层套管钻井, 该井井型为直井, 井别为评价井。设计井身结构为:Φ914.4钻头×85 m+Φ850.0隔水导管×85 m;Φ410.0钻鞋×460m+Φ339.7表层套管×460m;Φ241.3钻头×2350m+Φ177.8油层套管×2347m。一开表层套管钻进的管串组合为:Φ410.0钻鞋×1.07m+Φ339.7浮箍×0.64m+Φ339.7套管+配合接头 (用于套管与顶驱连接传输扭矩) 。钻鞋是套管钻井技术的核心工具, 为胜利石油管理局钻井工艺研究院特制, 可钻式PDC钻头, 本体为铜制, 喷嘴水眼为Φ22×9;钻井使用套管钢级J55S, 壁厚9.65m m, 扣型为S T C。该井从套管钻进开始到固井结束, 共用时34h, 进尺375.45m, 成功钻进至设计井深459.62m, 纯钻时间13.2 h, 较常规钻井时间缩短45%, 平均机械钻速28.44m/h, 并且实现了套管钻井国产化。但是, 近年来, 海上钻井平台积极推广新技术、新工艺, 常规钻井技术得到了迅速发展, 大大提高了钻井速度, 缩短了钻井周期, 连创日进尺上千米的高纪录, 例如, 2009年, 胜利九号承钻的C B11N B-1井, 一开为直井段, 钻具组合为Φ444.5mmSKG124 ROCK BIT×0.53m+730×630X/O+回压凡尔+Φ203.2m mNMDC×9.08m+Φ203.2mmMWD×1.57m+631×410X/O+Φ127mmHWDP×272.84m+Φ127mmDP, 该井一开段从常规钻进开始到固井结束, 从10月12日6:30到10月13日8:00共用时25.5小时, 进尺421米。套管钻井的优势此时已经不能完全显示出来了。

2007年, 大港油田在滩海地区埕海一号人工井场应用Weatherford公司套管钻井技术, 通过在导管上安装快速连接套管头装置进行无钻机固井, 与套管钻井交叉施工, 完成了13口井339.7mm表层套管段的钻井作业。13口井表层套管段平均井深320.49m, 总进尺4 166.40m, 平均机械钻速83.33m/h, 单井平均机械钻速最高127.28m/h, 平均每天完成1.5口井, 创造了该区块的最高指标。在K45-50井利用转盘套管钻井技术, 机械钻速达228.0m/h, 均创造了大港滩海地区套管钻井的新纪录。

4.2 结论及建议

由于海上油田拥有巨大的潜力, 所以将套管钻井推向海洋都将是未来钻井的一个主要目标。在国内虽然套管钻井技术在海洋钻井平台上已经进行了成功的应用, 但要想真正显示出该技术的独有优势, 面临着诸多需要解决的问题, 以下是针对上述应用实例对海洋钻井平台应用套管钻井技术的几点分析和总结:

(1) 顶驱装置已经在海洋钻井平台上普遍配置, 有利于该项技术的国外先进经验的借鉴, 现有的绞车、泥浆泵等主要钻井设备也可以满足该技术的应用条件, 但若考虑到井下工具的可回收性, 设备面临较大的改造压力。

(2) 一开直井段无需进行裸眼井段的测井, 为进一步探索该技术的应用创造了便利条件。但若定向钻进, 需要采用随钻测井仪或者将测井仪下至套管以下对目的层进行测井, 其它地层评价工具等也要改造成绳索式, 这就增加了现有设备的改造难度。

(3) 不可回收式套管钻井系统在国内的研究已经产生了一定的成果, 关键设备实现了国产化, 但必须保证一只钻头打到底的技术要求限制了钻井井深, 同时也限制了该技术的应用范围。

(4) 由于扭矩需要通过套管螺纹传递, 目前的套管螺纹达不到施工标准, 所以需要研制加工一种特殊的螺纹来满足传递扭矩的要求。如采用双级扣或其它特殊扣的螺纹, 同时套管接箍也改用加强型。这使得套管钻井的成本增加。

(5) 从应用过程来看, 套管钻井需要的设备功率更小, 成本节约明显。因为减少了起下钻和下套管工艺, 从而减少了工人的劳动强度。但该技术的完善过程还需要大量的后续研究和现场应用, 例如, K D341井的表层套管钻进采用立柱钻进, 这需要对二层台进行改造, 并预先将套管接成立柱;若采用单根钻进, 接单根的时间可能就较长。因此只有反复研究和应用, 才能在实践中不断完善, 真正发挥出套管钻井技术的巨大优势。

4.3 简言之, 在海洋钻井中实施套管钻井作业基本思路是

(1) 制定适合海洋钻井作业特点的套管钻井工艺技术方案

(2) 依托国内研究机构开展套管钻井专用管材开发

(3) 开发可回收式钻头及相关井下工具

(4) 形成井下钻具结构回收方案及现有地面设备改进计划

(5) 完善随钻测量技术, 增加测量曲线, 逐步实现随钻测井

(6) 逐步研发特殊工艺套管钻井技术, 如导向套管钻井技术。

参考文献

[1]王力, 张嵇南.套管钻井技术研究与试验.钻井承包商协会论文集2004

[2]朱玉江, 王亦臣.赵东平台快速钻井配套技术简介.钻井承包商协会论文集2004

[3]Shepard S F, Reiley R H, Warren T M.Casing Drilling Successfully Applied in Southern Wyoming[J].World Oil, 2002, 223 (6)

[4]张兰江, 兰阔, 董耀华等.Tesco底部钻具可回收式套管钻井系统[J].国外石油机械, 2003, 31 (12) ;46-48

钻井工艺技术研究 篇9

【关键词】大庆油田，钻井设备；钻井液；钻井新技术

1.钻井设备

1.1 提升系统设备

钻井提升设备是一套大功率的起重设备。主要由钻井绞车、游动系（钢丝绳、天车、游动滑车及大钩）、悬挂游动系统的井架及起升操作用的工具（如：吊钳、吊环、吊卡、卡瓦及上扣器等）组成。它的主要作用是起下钻、换钻头、均匀送钻、下套管及进行井下特殊作业等。

1.2 泥浆循环系统设备

泥浆循环系统设备主要由泥浆泵、地面高压循环管汇、水龙带、水龙头、钻柱、泥浆净化及调配设备等组成。它的主要作用是清洗井底、携带岩屑、在喷射钻井及井下动力钻具钻井顶部驱动钻井中，还起到传递动力的作用。

1.3 地面旋转钻进设备

地面旋转钻进设备主要由转盘、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤及钻头等组成。它的主要作用是不断地破碎岩石,加深井眼及处理井下的复杂情况等。

1.4 动力驱动设备

动力驱动设备属于钻机的动力机组,是驱动起升、旋转和循环等三大工作机组的动力设备。钻机用的动力设备主要是柴油机,其次是交流或直流电动机。

1.5 传动系统设备

传动系统设备属示钻机的传动机组。其主要作用是联结动力机与工作机组,并将动力传递到各工作机组。传动系统设备主要由减速箱、离合器、传动皮带轮、传动链轮及并车、倒车机构等组成。根据能量传递的方式不同,可分为机械、液压及液力传动。

1.6 控制系统设备

控制系统设备属于钻机的控制机组。控制的内容包括发动机的启动、停车、变速和并车等, 绞车、转盘、泥浆泵等工作机组的启动、停车、调速和换向等。控制的方式有机械、气动、液压和电力控制等, 随钻机的类型不同而异。控制系统的主要作用是远距离操作指挥和协调各机组正常工作。

1.7 钻机底座

钻机底座属于钻机的辅助机组,包括井架、钻台动力机、传动系统和泥浆泵等的底座。它主要用于安装钻机的各机组,是钻机不可缺少的组成部分。

1.8 辅助设备

辅助设备属于钻机的辅助机组,包括供气设备、供水设备、供电设备、钻鼠洞设备、防喷设备、防火设备、辅助起重设备及保温设备等。它是为整套钻机服务的,是钻机不可分割的部分。

2.钻井工艺技术及流程

钻井是一项复杂的系统工程，包括钻前工程、钻井工程和固井工程三个阶段，其主要施工工序一般包括：定井位、井场及道路勘测、基础施工、安装井架、搬家、安装设备、一次开钻、二次开钻、钻进、起钻、换钻头、下钻、中途测试、完井、电测、下套管、固井施工等。

2.1 钻井工程

一开钻进的工作内容及要求：

（1)进尺工作：是指井眼不断加深的工作，包括纯钻进、接单根、划眼、起下钻、循环钻井液等工序；（2)辅助工作，处理钻井液，检查保养设备等工作；（3)下表层套管，钻完表层后，按工程设计要求下表层套管；（4）注水泥固井，表层套管下完后，进行注水泥固井作业，通过固井设备，注入到套管与地层的环形空间去，把套管和地层固结在一起；（5）候凝。

二开钻井，二开钻进是指从表层套管内下入小一级的钻头往下钻进的过程。根据地质设计和地下情况，可以一直钻进到完钻井深，然后下入油层套管完井。

（1）二开前的准备工作，安装井控设备，放喷管线，试压，组合钻具。钻水泥塞，磨阻流环式浮箍、浮鞋；洗井到开钻水平。二开钻进需要钻开地层、油层，在油气层中钻井要放喷、防漏、防塌、防斜等，预防井下复杂情况，保护好油气层。

（2)井口放喷器和配套的井控系统应符合钻井设计要求，压力等级应和地层压力匹配，放喷器芯子尺寸必须与井内钻具一致。

（3）井控设备的安装质量必须满足油气层安全钻进需要。

（4）钻具组合：钟摆钻具，钻头：PDC。

（5）钻进施工严格按照钻进设计执行，钻井参数主要包括：钻头类型及参数、钻井性能、钻进参数、水力参数；钻进参数主要包括：钻压、转速、排量、立管泵压；水力参数主要包括：上返速度、喷射速度、钻头压降、环空压耗、钻头水功率等。

（6）辅助工作：定点侧斜，处理钻井液，修理设备。

（7）钻进中应进行油气层压力监测工作，遇到钻速突然加快、防空、憋钻、跳钻、油气水显示等情况，应立即停钻循环观察，有外溢现象要关井观察。

（8）钻开油气层前，要提高钻井液密度至设计上限（加重泥浆）。

（9）钻开油气层要保护好油层，处理好钻井液，下钻速度要慢，防止压力激动导致井漏，上提钻柱不要过快，防止抽喷。

（10）钻开油气层要做好放喷演习，设专人观察溢流。

2.2 固井施工

（1）固井前准备

A.下套管就是为了使井内油气能够得到有效的开采，在钻完一口井后，用管线封隔地层并将油气层深处引导至地面的施工工程。

B.处理钻井液至固井要求。

（2）固井

固井就是向井内下入套管管柱，在套管柱与井壁的环形空间注入水泥浆进行封固，以在套管外壁和井壁之间形成坚固的水泥环，防止井壁垮塌；同时在套管内形成一个从地面至井下由钢管做成的油气通道的过程。

（3）常规注水泥方法工艺流程

循环洗井——停泵——卸循环接头——装水泥头——注隔离液——下胶塞入井——注水泥浆——上胶塞入井——注隔离液——碰压——试压——施工结束。

3.保护油气层的钻井工艺技术

钻开油气层钻井液不仅要满足安全、快速、优质、高效的钻井施工需要，而且要满足保护油气层的技术要求。通过多年的研究，可归纳以下几个方面：

（1）采取近平衡或欠平衡压力钻井。

（2）合理降低钻井液密度，满足不同压力油气层钻井。

（3）采用优质钻井液体系，降低钻井液中固相颗粒对油气层的损害。

（4）降低油气层裸眼浸泡时间。

（5）搞好井控、防止井喷、井漏等对油气层的损害。

（6）采取有效的钻关措施，降低油层的层间压差。

石油钻井的钻头选择及钻井液确定 篇10

关键词：石油钻井,钻头选择,钻井液确定,研究

在石油钻井过程中, 机械钻头主要是用于破碎岩石之后, 使之成为一个井眼, 钻头本身的质量及其是否能与岩石性质相适应, 对钻井工艺至关重要。从当前我国石油钻井实践来看, 钻头质量的优劣与钻井速度和质量密切相关, 其对钻井成本具有决定性作用;钻井液主要用在石油钻井井底清洗工艺过程中, 它可以将破碎岩石过程中形成的大量岩屑成功地带到地面上来, 这对于保证石油钻井工程的顺利进行具有非常重大的促进作用。基于此, 通常也将石油钻井液称为是洗井液、钻井泥浆等。

1 石油钻井的钻头选择

从实践来看, 石油钻井过程中所使用的钻头类型和样式非常多, 依钻进方式的不同, 通常将钻头分成牙轮钻头、刮刀钻头以及金刚石钻头。其中, 牙轮钻头在当前我国石油钻井过程中应用较为广泛。以下以牙轮钻头和金刚石钻头为例进行说明。

1.1 牙轮钻头

从牙轮钻头结构组成上来看, 它主要包括钻头体、巴掌、轴承、牙轮以及水眼五个部分。实践中若使用了密封喷射式钻头, 则应当在建立一个储油补偿系统。牙轮钻头的上部通常存在着为数较多的螺纹形状, 通过螺纹与钻柱来实现有效的的连接;下部主要是牙轮结构, 它主要由三个巴掌组成。一般而言, 钻头牙轮应当安装在牙轮轴上, 通过自带的切削齿可以对岩石进行破碎作业。在这种情况下, 每一个牙轮轴与牙轮之间都应当安装有个轴承。同时, 牙轮钻头上还设有一定数量的水眼, 其主要功能是为钻井液提供一定的通道。在钻井作业过程中, 钻头通常会利用钻进过程中横向剪切和纵向振动的作用力来破碎岩石, 这样就可以非常有效地提升钻井的进度。当选用牙轮钻头进行钻进作业过程中, 笔者建议应当注意一下相邻油井间的地质条件以及所处位置的岩石自身性质特点, 在结合钻井地层条件与相关设备的基础上, 来选择合适的钻头。在选型牙轮钻头的过程中, 一定要充分地考虑如下问题:首先不仅要注意钻井地层的地质和岩石软硬程度, 而且还要对该地质层的自身的可研磨性实现全面掌握;其次, 应当对相同的油井钻进段实际深浅进行严格的测验和研究;再次, 要注意观察钻井过程中是否需要采取一些防止斜斜钻的有效措施, 看其地层之中是否存在着软硬交错的地层。

1.2 金刚石材质的钻头

所谓金刚石材质的钻头, 实际上就是将金刚石材料通过加工, 将其作为石油钻井机械切削刃钻进刀具。根据钻井地层的实际地质条件差异性, 通常可将其分成普通金刚石钻头与聚晶金刚石复合片钻头。就后者而言, 实践中其可以有效地适应的范围非常广泛, 可广泛应用于各种地质条件下的地层;对于普通金刚石而言, 其主要应用于地质层相对比较坚硬, 并且研磨性能相对较高的钻井地层之中。从实践来看, 两种钻头之间的和谐区别就在于刀片。普通金刚石钻头的结构是由钻头体、喷嘴、金刚石颗粒以及胎体等结构共同组成, 而聚晶金刚石的钻头则主要是由钻头体、喷嘴、胎体和金刚石复合片结构共同组成。在选择使用金刚石刀片钻头以后, 因其切割性能非常的强大, 所有一般其钻进的速度会相对比较快一些;同时, 在钻深可选择的余地相对比较大时, 一定特别要注意金刚石的钻头的质地具有一定的易脆感, 而且其抗冲击强度非常的小。基于此, 在使用该类型的钻头实际操作过程中, 一定要严格按照操作规范只要求进行作业。实践中我们也可以看到, 金刚石材质的钻头热稳定性相对比较差一些, 所以实际钻进操作过程中应当保证钻头随时进行清洗和干净性。

2 石油钻井中的钻井液选择

2.1 钻井液

钻井液通常用在石油钻井过程之中, 其对石油井底的异物清洗具有非常重要的作用, 当运用了钻井液以后, 能够有效地将钻井过程中形成的岩屑等杂质一并带至地面, 这对于有效地保证石油钻井工艺的顺利完工, 具有非常重要的作用。近年来, 随着我国社会经济的飞速发展和石油钻井技术的快速提升, 当前我国石油钻井过程中所采用的钻井液类型也有了很大的变化, 种类更加的繁多。实践中, 根据钻井液相的类型不同, 可将其分成以下几种类型:第一种为液相。从本质上来看, 它属于连续相类型的钻井液, 一般包括水和油两种;第二种为活性固相。其钻井液通常表现为钻进活动中可能进入的造浆粘土以及加入其中的适量膨润土, 再或者可能是油基钻井液中加入的适量有机膨润土。最后一种是惰性固相, 其钻井液通常是钻屑与加重材料共同组成。石油钻井液配制过程中, 需要注意的是应当根据钻进过程中的实际需求合理的配制, 决不可表现出随意性, 只有这样才能获得类型各异、功效齐全的高效钻井液。

2.2 欠平衡钻井液的密度确定

目前来看, 石油钻井过程中存在着很多类型的钻井技术, 作为其中一种, 欠平衡钻井技术实效非常的好, 尤其是近年来该种钻井技术得到快速的发展。对于欠平衡钻井技术而言, 其所配合的钻井液质量好坏很大程度上会对其产生影响, 因此钻井液的确定, 已经成为确保该钻井技术的重要因素。在此需要说明的是钻井液的密度在很大程度上决定着钻井液的质量优劣, 所以欠平衡钻井液的密度确定显得至关重要。一般而言, 钻井液的密度确定要经过以下步骤, 即地层空隙压力的确定、环空压耗和密度计算。

首先是地层孔隙压力的确定。因钻井时所用到的地层压力测试方式方法有所不同, 所以实际获得的测试数据也必然会存在着很大的差异性, 有时候因此而造成的数值误差可以到达百分之十以上。这种现象在深井钻井过程中表现的更为明显, 经测算其误差值甚至已经远远超过了负压差值。基于此我们可以看出, 在确定钻井液密度过程中, 采用声波时差法对压力进行实际监测, 存在着些许误差, 在此基础上所确定的钻井液密度意义不大。油藏地质勘探作业过程中, 地层孔隙中的压力一般表现为试油静压或者钻杆的测试压力, 而且对不同的钻井压力确定过程中, 尤其要注意根据油层之深度当的进行调整。探井测量时, 可通过对随钻测得的数据的分析与计算, 得出钻井地层的空隙压力。

其次是环空压耗。实践中我们可以看到, 环空压耗和钻井液的密度确定具有非常密切的关系。过平衡或者近平衡石油钻井油泵排量, 一般都是严格按照喷射钻井状况, 利用最大的钻头功率进行设计和安装的, 在这此条件下, 石油钻井液的循环流动状态基本上可以保持稳定性。可是这并不适用于欠平衡钻井, 实践中为增加井控可靠性, 进而可以有效地避免因稳定流动而造成的裸眼油气层被冲刷之现象;将欠平衡钻井液的排量设置适当值, 以层流状态为宜。

钻井液的密度最终确定是根据以下公式来实现的:

在以上公式中, rm代表钻井液的密度;pp代表地层的空隙压力;pn代表井底的负压设计值;而H则代表井的深度。

3 结语

钻头选择对钻井的质量及效率具有至关重要的作用, 选取过程中应根据地层情况而定。钻井液对于钻井能否顺利进行具有重要的作用, 它是钻井可靠性的重要保证, 因此应当结合地层条件进行计算。

参考文献

[1]史革盟.牙轮钻头牙齿破岩有限元分析[J].科技信息, 2011 (21) [1]史革盟.牙轮钻头牙齿破岩有限元分析[J].科技信息, 2011 (21)