石油鉆井工程

主要包括石油鉆機、鉆井工具、鉆井儀器和輔助設(shè)備等。旋轉(zhuǎn)鉆井法采用的鉆機主要由井架及提升裝置、動力機及傳動裝置、鉆井泵及鉆井液循環(huán)系統(tǒng)等組成，用于實現(xiàn)鉆柱（管柱）的提升和旋轉(zhuǎn)以及鉆井液的循環(huán)等功能。鉆井工具和鉆井儀器用于鉆井過程中對地層壓力的控制和對鉆井工藝參數(shù)的監(jiān)測與控制等。

一口井從開鉆到完成，要經(jīng)過很多道工序，可分為鉆前、鉆進和完井三個不同階段。

鉆前 開鉆前的準備工作主要包括（見鉆前工程）：

（1）定井位。地質(zhì)師根據(jù)地質(zhì)上或生產(chǎn)上的需要確定井底位置。當井身軸線按鉛垂線設(shè)計時，井口中心與井底中心位置在同一鉛垂線上，這就是直井。如果井身軸線定向偏離鉛垂線，井口位置不與井底在同一鉛垂線上，這就是定向井。

（2）修路。為了將各種設(shè)備與物資運入井場，需要修路。因有時滿載車總重可達30～40t或更多，公路應能通行重載車。對于海上鉆井，人員、設(shè)備與物資由專門的補給船或直升機運送。

（3）修井場。在井口周圍平整并適當壓實鋪墊出一塊場地以供施工之用。井場面積因鉆機而異，大型鉆機約需120m×90m，中型鉆機約為100m×60m，形狀大致呈長方形，可因地制宜。

（4）打基礎(chǔ)。為了保證設(shè)備在鉆井過程中不會下陷，要打基礎(chǔ)（或稱基墩）?；A(chǔ)可用方木、水泥預制塊或在現(xiàn)場用混凝土澆灌。

（5）安（裝）設(shè)備。立井架，安裝鉆機、鉆井泵及鉆井液循環(huán)系統(tǒng)等（見鉆機拆遷安裝）。

利用石油鉆井設(shè)備從地面開始沿設(shè)計軌道鉆穿多套地層到達預定目的層（油氣層或可能油氣層），形成油氣采出或注入所需流體（水、氣、汽）的穩(wěn)定通道（即油氣井），并在鉆進過程中和完鉆后，完成取心、錄井、測井和測試工作，取得勘探、開發(fā)和鉆井所需各種信息的系統(tǒng)工程。為了安全快速地完成一口井的鉆井任務，施工前必須精心做好鉆井設(shè)計。鉆井設(shè)計通常包括鉆井地質(zhì)設(shè)計和鉆井工程設(shè)計兩個部分，鉆井工程設(shè)計包括工藝技術(shù)設(shè)計、工期設(shè)計和鉆井費用預算等。

根據(jù)破巖方式的不同，常用的鉆井方法有沖擊鉆井法、旋轉(zhuǎn)鉆井法和旋沖鉆井法3種。

石油鉆井工程沖擊鉆井法

又稱頓鉆鉆井法，利用頓鉆鉆機（見石油鉆機）使鉆桿和鉆繩產(chǎn)生上下往復動作，從而帶動頓鉆鉆具在井內(nèi)作上下往復動作，使頓鉆鉆頭對井底進行沖擊，破碎巖石，破碎后的巖石用撈筒撈到地面，然后再繼續(xù)沖擊鉆進，如此往復，逐漸形成井眼。頓鉆鉆井法鉆井具有鉆井成本低、設(shè)備簡單等優(yōu)點，但由于工藝相對落后、鉆速慢、不能用于鉆較深的井和高壓油氣井等，現(xiàn)場已很少采用。

石油鉆井工程旋轉(zhuǎn)鉆井法

通過地面動力設(shè)備（轉(zhuǎn)盤、頂部驅(qū)動鉆井裝置或動力水龍頭）或井下動力鉆具使連接在鉆柱底部的鉆頭連續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時利用接在鉆頭上部的一段鉆柱（鉆鋌）的重力向鉆頭連續(xù)不斷施加鉆壓，將巖石切削或碾壓成碎屑，巖石碎屑由鉆井流體不斷地將其帶到地面，并從鉆井流體中分離出來。這種鉆井方法較之沖擊鉆井法可大幅度提高鉆井效率及適應各種復雜的井下地層情況，已替代沖擊鉆井法成為世界各地普遍使用的鉆井方法。

在旋轉(zhuǎn)鉆井工藝技術(shù)研究過程中，形成了以下7項應用基礎(chǔ)理論組成的學科：鉆井巖石破碎力學、鉆井巖石工程力學、鉆井管柱力學、鉆井流體化學、鉆井流體力學、井下控制工程學和鉆井技術(shù)經(jīng)濟學。這些工藝技術(shù)的發(fā)展大大提高了鉆井效率。

石油鉆井工程旋沖鉆井法

在旋轉(zhuǎn)鉆井的基礎(chǔ)上，再加上一個沖擊器，使鉆頭在沖擊動載和旋轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用下破碎巖石的一種鉆井方法。從實際使用結(jié)果看，這種鉆井方法適用于鉆硬巖石及深部地層，在淺部及泥頁巖中較旋轉(zhuǎn)鉆井方法效果不明顯，是對旋轉(zhuǎn)鉆井方法的一種補充。

從第一次開鉆起到鉆完全部井深這一階段的工作。以一定壓力作用在鉆頭上，使鉆頭的刃部吃入巖石，并用接在鉆頭上部的鉆柱帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)以破碎井底巖石，所產(chǎn)生的巖屑通過鉆井流體循環(huán)到地面上來，井就會逐漸加深。鉆頭加到地層上的壓力叫鉆壓，是靠鉆柱在鉆井流體中的自重的一部分產(chǎn)生的。鉆柱從地面一直延伸到井底，井有多深，鉆柱就有多長。隨著井的加深，鉆柱也逐漸增長，其重量也逐漸加大。過大的鉆壓將會引起鉆頭、鉆柱、設(shè)備過早的損壞，所以必須將大于所要求鉆壓的那部分鉆柱重量吊懸起來，不使其作用到鉆頭上。下部形成鉆壓的那部分鉆柱處于壓應力狀態(tài)，上部被吊懸部分處于拉應力狀態(tài)。

鉆進時要循環(huán)鉆井流體，鉆井流體可以是以水、油為基礎(chǔ)的懸浮液體，也可以是空氣或天然氣等氣體。鉆井流體經(jīng)中空的鉆柱內(nèi)孔注入，從鉆頭水眼中流出，清洗鉆頭，沖向井底，將鉆屑沖離井底，攜帶著巖屑進入井眼與鉆柱之間的環(huán)形空間向上返到地面（見圖2）。返出地面的鉆井流體在分離出鉆屑后被再次注入井內(nèi)，循環(huán)使用。（見鉆井液循環(huán)系統(tǒng)）

鉆進包括如下作業(yè)：

（1）接單根。在鉆進過程中，由于井在不斷加深，鉆柱也要及時接長，每次接入一根鉆桿叫做接單根。通常每根單根長近10m，打一口井要接很多次單根。用頂部驅(qū)動鉆井裝置時接立根（一般由三個單根組成）。

（2）起下鉆。在井底破碎巖石的鉆頭會逐漸磨損，當鉆頭磨損到一定程度后，破巖速度就會很慢，需要更換新鉆頭。為此，需將鉆柱從井中取出（起鉆），更換新鉆頭后再將新鉆頭及鉆柱下入井內(nèi)（下鉆）。這一過程稱為起下鉆。一口井一般要用多只鉆頭才能鉆成，可能需多次起下鉆。有時為了處理井下復雜情況和事故，進行測井、取心等作業(yè)，也需要起下鉆作業(yè)。

（3）固井。一口井在鉆鑿過程所形成的井（筒）壁應當是穩(wěn)定的，才能保證繼續(xù)向下鉆進。實際上，井眼所要穿過的地層性質(zhì)各異：有的地層巖石堅硬，井眼形成以后可以維持較長時間而不致坍塌；有的地層則很松軟、破碎，巖石極易坍塌落入井內(nèi)；有的地層內(nèi)含高壓油、氣、水等流體；有的地層強度不高，易被壓裂，造成鉆井液漏失；有的地層含有鹽、石膏、芒硝等成分，對鉆井液產(chǎn)生不良影響等。盡管地層復雜多變，還是得設(shè)法將這些地層鉆穿。當這些地層被鉆穿以后，上述的各種復雜情況有的可能消失，對以后的鉆井不再危害，有的則繼續(xù)給鉆井工作造成麻煩，也許會形成隱患。為了保護已鉆成的井眼和使以后的鉆井工作順利進行，或為生產(chǎn)造成通路，防止各層間竄通，需要在適當?shù)臅r候?qū)圻M行加固，稱為固井。固井的方法是將套管下入井中，并在井眼與套管之間的環(huán)形空間內(nèi)灌注水泥漿（在套管的下段部分或全部環(huán)空）從而將套管和地層固結(jié)在一起，隔開某些地層。然后用較小的鉆頭繼續(xù)鉆出新的井段。一口井從開始到完成，常需下入多層套管并注水泥，即需進行數(shù)次固井作業(yè)。

（4）處理事故。如物件落入井內(nèi)，需進行打撈；鉆桿斷在井內(nèi)也要打撈；鉆柱被卡在井內(nèi)時則要設(shè)法解除卡鉆。井噴失控著火是鉆井的災難性事故，處理這種事故難度最大。

（5）其他作業(yè)。在鉆井過程中要進行巖屑錄井、氣測等錄井工作，必要時還要鉆取巖心、進行電法測井等。探井在鉆遇好的油氣顯示時要進行地層測試等。

完井 從鉆完全部井深起到交井或棄井這一階段的工作。完井階段的工藝包括測井、確定完井方式、下生產(chǎn)套管固井、下油管、射孔、裝油管頭和采油樹，然后進行替噴、誘導油氣進入井筒，進而便可進行采油生產(chǎn)。鉆井意義上的完井是從鉆完全部井深起到下生產(chǎn)套管（如需要）固井并測完聲幅驗收合格為止。

中國是世界上最早進行石油鉆井的國家。早在西漢宣帝時（公元前60—70年），在現(xiàn)在的四川省和陜西省掘鑿鹽井發(fā)現(xiàn)天然氣，并用于煮鹽。到宋仁宗慶歷年間（1041—1048），在四川省自貢地區(qū)用人力頓鉆設(shè)備鉆出了“卓筒井”（小口徑井），英國科技史專家李約瑟博士（1900—1995）認為頓鉆鉆井是中國的重大發(fā)明。世界旋轉(zhuǎn)鉆井始于1900年，中國到1936年開始引進旋轉(zhuǎn)鉆機在新疆獨山子地區(qū)鉆了一批淺油井。1949年后，中國石油鉆井的發(fā)展經(jīng)歷了四個時期：1949—1959年為初創(chuàng)時期，在這個時期主要是引進和學習蘇聯(lián)、羅馬尼亞等國家的鉆井裝備和技術(shù)，旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)得到初步發(fā)展；1960—1978年是發(fā)展時期，通過自主攻關(guān)，形成了淺井和中深井的鉆井配套技術(shù)；1979—1998年是提高時期，廣泛吸收了國外先進鉆井技術(shù)，同時通過攻關(guān)，形成了深井鉆井和多種功能定向井鉆井的配套技術(shù)，并發(fā)展了保護油氣層技術(shù)；1998年以后是走向全面市場化的時期，在這時期主要發(fā)展了小井眼鉆井、大位移井鉆井、水平井鉆井、分支井鉆井、欠平衡鉆井、連續(xù)管鉆井和套管鉆井等鉆井新工藝技術(shù)。

21世紀石油鉆井技術(shù)發(fā)展的主導方向是實現(xiàn)鉆井的信息化、自動化和智能化。中國石油鉆井要進一步提高技術(shù)發(fā)展速度，縮短與世界先進水平的差距，并努力實現(xiàn)鉆井工程的安全、優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保和低成本。 2100433B

本書是系統(tǒng)研究石油鉆井工程項目管理理論的一部著作，也是一本總結(jié)、探索石油鉆井工程項目管理的工作手冊。它在全面總結(jié)、系統(tǒng)研究石油鉆井工程項目運作特點和管理實踐的基礎(chǔ)上，運用項目管理的一般原理，提出了石油鉆井工程項目管理的運行程序、不同運行階段的管理要點、工作目標和管理方法。內(nèi)容翔實，專業(yè)跨度大，緊密貼近石油鉆井工程建設(shè)和生產(chǎn)施工管理。石油鉆井工程項目管理特色鮮明，具有一定的理論性和較強的操作性。

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