石油钻井方法概述.docx

石油钻井方法发展综述摘要：本文回顾了过去的人工挖井和顿钻钻井；对现在广泛使用的旋转钻井做了详细的描述；对未来的石油钻井机械新装备——激光钻井、小井眼钻井、连续杆钻井有新的展望。顶部驱动钻井系统、螺杆钻具、智能钻井的基本原理本文都做了详细的说明。PDC钻头当前已经普遍用于中硬度地层。主题词：钻井方法　顿钻钻井　旋转钻井　激光钻井　小井眼钻井引言：最初，人们是靠人工挖井的。接着，人们使用冲击钻井法钻井，既在钻柱的下端接上坚硬的工具冲击岩石，然后再用捞沙筒取出岩屑，由于破碎岩石与打捞不能同时进行，所以生产效率低，加上不宜在多水地层和高压油层地区钻井，这就限制了这种钻井方法的广泛使用。随着钻井数量的增多和井深的增加，人们就开始使用钻柱带动钻头旋转，对岩石进行连续破碎。岩石被破碎后产生的岩石屑靠循环泥浆携带到地面。这样，破碎岩石和清除岩屑同时进行，大大提高了钻井速度，这就是目前广泛采用的旋转钻井法。但是，当井深进一步增加和要求再提高钻井速度时，必须进一步增加传给钻头的能量，这就受到了钻杆强度的限制，而且井越深，旋转钻柱消耗的能量就越多，钻杆折断事故就更容易发生，所以在打捞度较大的定向井时，越来越多地采用涡轮钻井和井底发动机钻井。1.石油钻井方法发展回顾1.1人工挖井人工挖井是最原始的钻井方式，它为人类探索钻井机械揭开了序幕。它是靠人下井凿开岩石再将岩屑提出井外。这种钻井方式在一定时间内适应于盐井、油井，但它有着速度慢、工期长、井壁易坍塌、井深导致人窒息等不足而被逐渐淘汰。人们思考着更新的钻井方式——顿钻。1.2顿钻钻井所谓顿钻，由设立木制碓架，运用杠杆原理，全用人力一脚脚蹬踩，带动锉头上下运动，一寸寸向下挖深。随着技术的发展顿钻钻井又有新的说法：顿钻钻井又冲击钻井法。用钢丝绳把顿钻钻头送到井底，钻进时上提钢丝绳使钻头离开井底，然后放开，让钻头自由下落冲击井底，将井底岩石击碎。在从井里打捞岩屑时是用的捞沙筒，它是一个单向阀管。下降是阀门打开岩屑进入管内；上升时随岩屑重力使阀门自然关闭从而将岩屑提出井外。打捞干净后下入套管，再下钻头钻进，这样循环往复工作直到把井打好。顿钻的设备简单，有成本低，不污染油层等优点，可用于一些浅的低压油井。但顿钻有钻速慢，效率低，不能适应井深日益增加和复杂地层的钻探要求，逐渐被旋转钻代替。2.石油钻井方法发展现状面向21世纪，全球油气资源的可持续利用问题将更加突出，使得钻井科技工作者在技术、成本及环保等方面面临许多新的挑战和技术难题，需要认真规划、研究并解决。旋转钻井在20世纪初就已经问世，迄今，它仍作为油气工业一种最主要的钻井方法而被广泛采用。纵观旋转钻井的发展历程，在技术和装备上的明显进步，还是最近20多年的事情。20世纪70年代末期出现了PDC钻头，这是钻井领域一个明显的进步标志；进入80年代，相继出现了随钻测量（Measurement While Drilling，简称MWD）仪器、可控井下马达以及水平井钻井技术等；90年代，随钻测井（Logging While Drilling，简称LWD）和随钻地震（Seismic While Drilling，简称SWD）等先进的测量技术不断投入使用，大位移井和复杂结构井钻井技术，以及连续柔管技术等得到迅速发展和应用。展望未来，由于石油工业上游成本差的驱动（亦即效益目标的驱动）以及人类对“健康、安全、环境”更高目标的追求，进入21世纪后，旋转钻井在技术上的积极发展势头仍将有增无减。旋转钻井利用钻头旋转时产生的切削或研磨作用击碎岩石，是当前通用的钻井方法。用足够的压力把钻头压在井底岩石上，使钻头牙齿吃入岩石中，用钻杆带动钻头旋转击碎井底岩石，岩屑随循环泥浆带回到地面。加在钻头上的压力叫钻压，它是靠联接钻杆和钻头的钻柱重量产生的。旋转的动力如由地面上的转盘产生，则称之为转盘钻。使用转盘钻时，井有多深，钻柱就有多长。几十吨的钻柱在井里旋转不仅消耗很大的动力，还会引起钻柱的损坏。造成严重事故。所以，把动力传至井底的涡轮钻、螺杆钻和电动钻应运而生。前两者靠高压泥浆驱动，后一种用电驱动。这些井下动力钻的特点是钻进时钻柱不转动，磨损小，使用寿命长，特别适于打定向井。旋转钻井比顿钻钻速快，并能处理井塌，井喷等复杂情况。在进入21世纪后，旋转钻井又分为转盘旋转钻井、井下动力钻井及二者兼备的复合旋转钻井等不同的旋转钻井方式。转盘旋转钻井是整个钻柱处于旋转运动状态，同时带动钻头旋转钻进；井下动力钻井是井下动力钻具的转子带动钻头旋转钻进，转盘及整个钻柱可以不旋转；复合旋转钻井则是在使用井下动力钻具的同时又开动转盘旋转钻进。研究和实践证明，每一种旋转钻井方式都具有各自不同的钻井特性和优缺点。其中，复合旋转钻井方式在一定程度上兼备转盘钻和井下动力钻的优点，既可连续控制井眼轨迹和减少起下钻次数，