钻井工艺
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2.2 钻进工序

钻进是用一定的破岩工具,不断破碎岩石加深井眼的过程。钻进应采用先进的工艺技术,按设计要求,安全、快速、高效地钻达目的层。钻进按开钻次数分为:一次开钻钻进、二次开钻钻进、三次开钻钻进等。钻进按钻井速度和对钻井液的要求分为:快速钻进、正常钻进。

2.2.1 一次开钻

一次开钻是设备安装完毕后,为下表层套管面进行的钻井施工。

(1)钻前的准备工作

ⅰ.下井钻具及套管要清洗螺纹,检查、丈量、编号,并记录。

ⅱ.挖出圆井和循环沟,冲(钻)大、小鼠洞,下好鼠洞管。

ⅲ.按设计要求配制好钻井液。

ⅳ.接好向井内灌钻井液的管线。

ⅴ.接好钻头,提出转盘大方瓦,下入钻具。

(2)技术要求

ⅰ.钻头直径要根据所下表层套管的直径选定。

ⅱ.钻头进入圆井开泵,钻具结构、钻井参数、水力参数应符合工程设计要求。

ⅲ.表层套管的沉砂口袋不能大于2m。

ⅳ.打完表层,循环钻井液,调整好钻井液性能后,起钻投测,井斜小于0.5°。

ⅴ.起钻时连续向井内灌满钻井液,钻头出转盘前,要先提出大方瓦,再起出钻头。

ⅵ.表层套管下入深度与设计深度误差小于5in1

ⅶ.表层套管连接不得选错螺纹,双钳紧螺纹,剩余螺纹不超过1牙。

ⅷ.表层套管必须在井口找正固定好后再固井。

ⅸ.固井时,水泥浆必须返出地面,若未返出则要补注,即打上水泥帽子。

ⅹ.替入量要计算准确,不得替空,水泥塞高度不大于10m。

2.2.2 二次开钻

二次开钻是下完表层套管固井后,再次开始的钻井施工。也就是说,二次开钻是接好钻头,按工程设计要求下入钻具,钻完水泥塞,钻头接触第一次钻进时的井底,再次开始的钻进。

①开钻前的准备工作 首先要安装井口装置。每次开钻的井口装置应尽量保持四通出口高度不变;双外螺纹短节及调节长度短节的有效长度误差小于10mm;螺纹用标准螺纹,上紧后剩余螺纹不超过1牙;安装闸板防喷器时,手动锁紧装置的手轮,操纵杆应位于大门两侧,油路接头出口与井架大门方向相反。根据钻具尺寸装相应尺寸的管子闸板,并在司钻控制台和远程控制台上挂牌标明所装闸板尺寸,以防关错。手动锁紧装置要装全、连接好,并在手轮处挂牌标明开关圈数;环形防喷器油路接头应和闸板防喷器的油路接头方向相同。安装好防喷器井口后,要校正天车、转盘及防喷器组,两者中心在同一条垂线上,偏心距不大于10mm。校正好后,用直径18mm的钢丝绳将防喷器紧固在井架底座上;安装好的防喷器井口内径无死台阶;防喷器上方要装防溅罩。

节流、压井管汇要使用专用管线并采用标准法兰连接,无弯度,管线装好后用地锚固定。四通的两翼各装两个阀门,紧靠四通的阀门处于常开状态(冬季一般处于常闭状态)。放喷管线的布局要考虑居民区、道路及各种设施,管线安装要平直,并接出井口75m以外,控制阀门必须接出井架底座以外。特殊情况下,管线要拐弯时,应采用铸钢弯头,其弯角应大于120°,每隔10~15m、拐弯处及放喷口处要用水泥基墩地脚螺栓或地锚固定。放喷管线通径应大于75mm;放喷管线及压井、节流管汇应采用防堵、防冻措施,保证畅通。

远程控制台应摆放在井架右前方,距井口25m以上,距放喷管线或压井管线要有一定距离,其电源线要单独连接,不能与照明线串接,储能器瓶的压力要始终在工作压力范围内。司钻控制台要安装在司钻工作位置附近,便于司钻操作。安装完毕要全面试压。

②高压试运转 开钻前,对循环系统进行高压试运转,以检查安装质量,保证设备和循环系统在钻进过程中不出问题。同时可发现薄弱环节,以便整改。高压试运转应注意以下问题。

ⅰ.做好准备工作。钻井泵、立管、水龙头、水龙带及方补心等保险装置必须齐全可靠。

ⅱ.装合适的钻头水眼,确保在确定的排量下达到钻进中的最髙压力。

ⅲ.试压时钻具结构为:钻头+钻杆+方钻杆。

ⅳ.开泵时人员应远离高压区,待钻井泵运转平稳、泵压稳定后再检查。

ⅴ.钻井泵上水良好,排量由小到大,逐渐达到确定排量。

ⅵ.转盘转速由低到高,交替试运转,水龙带不摆不跳。

ⅶ.试运转30min,钻井泵、地面髙压管线、立管、水龙带、水龙头、泵压表等不刺不漏。

如有问题及时整改,整改后重新试压,直到符合要求。

③运行、分工 地质、工程设计交底,贯彻措施,运行生产大表。合理分工,科学组织安排生产,保证工作的顺利进行。

2.2.3 三次开钻

下入技术套管后,需继续加深的井所组织的钻井施工称为三次开钻。对于超深井和特殊井可能要下多层套管,那么会有四次开钻、多次开钻等。

2.2.4 钻进操作

当钻头接触井底前,由司钻操作,开泵,启动转盘,慢慢使钻头接触井底,逐渐施加钻压(即钻进时施加于钻头上的力),转盘旋转带动钻具转动,钻头便不断破碎岩石,形成的岩屑被射流冲离井底,并由钻井液带至地面。

当方余(钻进中,方钻杆在转盘面以下的长度称为方入;在转盘面以上的方钻杆有效长度称为方余)打完后,停泵,停转盘,上提钻具,至方钻杆下钻杆内螺纹接头提出转盘面,扣上吊卡悬挂住钻具,用吊钳卸开方钻杆,拉方钻杆与小鼠洞内的单根相接,然后提单根出鼠洞再与井口的钻柱相接,开泵、下放钻具,启动转盘,恢复正常钻进。

钻进操作要求送钻均匀,防止蹩钻、跳钻、顿钻、溜钻,严禁加压启动转盘,禁止打倒车,上提下放钻具要平稳。

钻进时要随时注意泵压和悬重的变化,注意井口返出的钻井液情况。若发现泵压下降1MPa,地面检查不出原因时,要果断起钻,检查钻具。

钻进中停泵或倒泵要首先通知司钻,待钻具提起后再进行上述操作。钻头使用后期,如发现蹩钻、转盘载荷增大、转动不均匀、打倒车、钻速明显下降等现象,应立即停钻、循环钻井液,起钻换钻头,切不可凑合。

2.2.5 钻井技术

(1)喷射钻井技术

喷射钻井是充分利用钻井液流经钻头喷嘴所形成的高速射流的水力作用,提高机械钻速的钻井方法。

与普通钻井相比,其特点可概括为:“三大、三小、三高、两合理”。即钻头喷嘴水力功率、钻头喷嘴出口的射流速度、射流对井底的冲击力大;钻井泵排量、钻头喷嘴出口直径、钻井液环空返回速度小;钻井泵泵压、钻头喷嘴压力降、钻井泵输出功率高;钻井泵的压力和功率分配合理。

喷射钻井的最大优点是能获得较大的钻头水力功率,使泵功率大部分作用于井底。喷射钻井可以获得较高的机械钻速,其主要原因是:射流可以充分净化井底,消除重复切削;射流能保持和扩大预破碎带裂缝;射流能直接水力破碎岩石。

(2)取心钻井技术

钻井取心是石油勘探和开发的重要工作,多采用钻进取心法,一般利用筒式取心工具把岩样(岩心)从地下取出。岩心是了解井下情况最完整的第一手资料,地质人员通过岩心的分析研究,可取得更为完整、准确的地质资料(如油气层的分布规律、厚度、岩性、孔隙度、渗透率、含油饱和度、裂缝发育情况等),为制定合理的勘探、开发方案,准确计算储量,采取合适的增产措施提供了可靠的依据。

取心工具按适用地层分为硬地层取心工具、软地层取心工具;按取心工艺可分为短筒取心,长筒取心、密闭取心、保压取心等。

取心钻进过程包括钻出岩心、保护岩心和取出岩心三个主要环节。完成这三个环节,一般需用取心钻头、岩心筒、岩心爪、扶正器和悬挂装置等部件。

岩心收获率是衡量取心技术水平和取心质量的一个重要指标。岩心收获率是指实取岩心长度与取心进尺比值的百分数。

(3)定向钻井技术

定向钻井是使井身沿着预先设计的方向钻达目的层的钻井方法,又称斜向钻井。丛式井、多底井、侧钻井、水平井等都属于定向井。

首先进行定向井的井身剖面设计,确定井眼曲率、井眼形状及造斜位置。然后采取一定的造斜方法和造斜工具进行造斜。在钻井的每一阶段都要不断的测井,取得井深、井斜角、方位角等资料,绘制出实际井眼轴线,检查它们与设计井身的偏差,如果不符合井身剖面设计,要及时加以调整,即增斜、降斜或杻方位等。

2.2.6 钻进中的特殊情况

①泵压下降 原因可能是泵压表失灵或泵上水不好;管线、阀门、钻具刺漏或断裂造成钻井液循环短路;钻头水眼刺坏或脱落;井漏;钻井液气侵;泵冲速减小;泵压表失灵等。

②泵压升高 原因可能是井塌;钻速过快,钻井液携岩能力差;钻头水眼(喷嘴)堵塞;钻井液密度不均匀;钻头泥包;岩性变化;刮刀钻头刀片磨光或脱落,金刚石钻头、PDC钻头有效部位用完研磨胎体所致。

③悬重下降 一般原因是悬重表出现故障;钻具断脱。

④发生溢流 要立即按井控的“四、七”动作进行操作。

2.2.7 起钻、换钻头、下钻
2.2.7.1 起钻

起钻是将井内钻具从井眼中起出的工作。起钻一般以3根钻杆为1根立柱,起出移放于钻杆盒内。

(1)起钻前的准备工作

ⅰ.循环、调整好钻井液。

ⅱ.检查设备、仪器、仪表和刹车系统等工作是否正常。

ⅲ.做好向井内灌钻井液的准备。

ⅳ.检查吊钳、吊卡、卡瓦、提升短节等井口工具是否完好,并备好刮泥器。

ⅴ.检查吊钳尾绳是否固定牢固。

(2)起钻中的特殊情况

起钻中,由于钻井液性能、井身质量或疏忽大意等原因,可能造成井塌、砂桥、缩径、钻头泥包、键槽或井下落物,导致拔活塞或遇卡等现象。例如拔活塞时摩擦阻力较大,连续遇卡;环空钻井液随钻具一起上行;钻具内液面逐渐下降,被抽空;转盘卸螺纹困难,打倒车严重。

起钻有拔活塞、卡钻现象时切记不要硬拔硬起。要首先下放钻具至正常井段,接方钻杆开泵循环钻井液,并转动转盘,调整钻井液性能,大排量洗井,井下正常后再进行起钻。若是键槽卡钻则要采用倒划眼等方法,破掉键槽后再起出钻具。

2.2.7.2 换钻头

换钻头是起钻完毕,把钻柱底端的旧钻头卸下,换上所需的新钻头的工作。对所换新钻头在下井前必须进行仔细检查,检查内容包括:钻头类型、尺寸、牙型、钻头水眼、螺纹、焊缝及牙齿(切削元件)等。

钻头螺纹要涂抹螺纹脂,钻铤提离转盘1m左右,内外钳工用手提起并转动钻头与钻铤螺纹连接上,然后放入钻头盒,关闭转盘止转销,用吊钳上紧。钻头螺纹的紧度要符合扭矩标准。

2.2.7.3 下钻

下钻是换好钻头后,将钻具重新下入井内的工作。下钻工作与起钻基本相同,不同之处是:起钻是卸螺纹,提升钻具,下放吊卡;而下钻是上螺纹,下放钻具,提升吊卡,并比起钻多一道使钻具上螺纹的工作。

(1)下钻前的准备工作

ⅰ.检查刹车系统、气路、防碰天车装置、仪器仪表等。

ⅱ.检查吊钳、吊卡、卡瓦等井口工具。

ⅲ.备好合适的螺纹脂。

(2)下钻中的特殊情况

下钻中的特殊情况一般是下钻遇阻。遇阻原因有以下几点。

ⅰ.钻井液性能不好或起钻时未灌满钻井液导致井塌。

ⅱ.地层吸水膨胀导致井径缩小即缩径。

ⅲ.钻头直径严重磨损导致新钻头入井遇阻。

ⅳ.钻具结构改变,不同尺寸钻具组成钻柱。

ⅴ.井眼不规则或有砂桥、落物等。

2.2.8 完井测试

任何一口井在进行完井作业前都要进行完井测试。其目的是为完井作业和油田开发提供可靠依据。

测井主要有:电法测井、放射测井、工程测井等。其中工程测井与钻井工程的关系较密切。工程测井包括:井径曲线测井、井斜曲线测井、井温曲线测井、声幅测井、磁性定位测井等。其目的是检查井身质量、固井质量,为准确射孔提供依据。

测井时,要按时向井内灌满钻井液,并密切注意井口液的变化。若发现溢流要立即报告井队负责人(队长、技术员等),及时进行处理。

2.2.9 固井

固井是向井内下入一定尺寸的套管串,并在其周围注以水泥浆,把套管与井壁紧固起来的工作。其目的是:封隔疏松、易漏、易塌等复杂地层;封隔油气水层,防止相互窜漏;安装井口,形成油气通道,控制油气流,以便达到安全钻井和保证长期生产的目的。常规注水泥施工工序如下。

ⅰ.套管下至预定井深后,装上水泥头循环钻井液,井接好各台水泥车的地面管汇。

ⅱ.打隔离液,注水泥。

ⅲ.顶胶塞并开始替钻井液。

ⅳ.碰压。替钻井液后期,泵压逐渐升髙,当胶塞坐在生铁圈上时,泵压突然升髙的现象,称为碰压,此时注水泥结束。

ⅴ.候凝。候凝即等候水泥浆凝固。碰压后为了防止水泥浆倒流憋坏止回阀,导致环空水泥浆液面下降、套管内水泥塞过长,影响固井质量。候凝时常采用憋压候凝。在憋压候凝过程中,由于水泥浆凝固放出热量,钻井液温度升髙,体积膨胀,井口压力要升髙,因此应有专人负责注意观察井口压力,当压力超过规定压力时要放压,以确保井口安全。

2.2.10 搬家

搬家是把钻井设备及井队人员的生活设施等搬离老井场(一般是搬至新井场)。它是一项繁忙而复杂的工作,须由生产调度统筹安排。搬家主要包括:搬家前的准备工作、搬家组织工作、拆卸设备、装车、运输、卸车及设备就位。

(1)搬家前的准备工作

ⅰ.确定搬家时间和车辆计划。

ⅱ.准备各种设备的吊、捆绳套和绳索。

ⅲ.把所有设备、活动板房等拖开,清洗泥污井按顺序摆放。

ⅳ.钻井液回收。

ⅴ.落实搬家路线,合理搭配吊车、卡车。

(2)拆卸设备

拆卸设备前,必须切断电源,以防触电。无论拆卸什么设备都要精心组织,密切配合,都必须严格按照操作规程进行,严禁用铁锤敲打。设备拆卸要先下绞车,再抽大绳,最后拆卸机房设备。设备拆卸后要按吊装顺序分类摆放,严禁把散件放在电力线下面。

(3)设备器材的吊装

ⅰ.吊装设备器材所用绳索、绳套要满足安全要求。吊车起吊前,要检查绳索、吊钩是否牢固;检查设备器材受力情况,切勿挤压易损物件;检查基础是否下沉;仔细观察,一切正常后方可指挥吊装。吊装必须严格执行安全操作规程。

ⅱ.易燃、易爆、怕挤压的物品,要放在房子内并加以固定。

ⅲ.无论吊装何种物品,棱角处都要垫东西以免直接接触。

ⅳ.吊装管材时,不准斜吊,起落转动要平稳。

(4)运输

对于超高、超宽、超长的大设备,要办理运输手续,井在相应部位悬挂标志,同时由责任心强的人跟车;拉运易滚动和重心超过车厢板的物体,要四面拉紧、绷牢。

(5)卸车及设备就位

ⅰ.确定好卸车和设备就位位置。

ⅱ.按标准摆放设备。

ⅲ.注意安全,起重臂下及其旋转范围内不准站人,任何人不准随重物升降等。