石油鉆井工程石油鉆井發(fā)展簡(jiǎn)史

中國(guó)是世界上最早進(jìn)行石油鉆井的國(guó)家。早在西漢宣帝時(shí)（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(guó)科技史專家李約瑟博士（1900—1995）認(rèn)為頓鉆鉆井是中國(guó)的重大發(fā)明。世界旋轉(zhuǎn)鉆井始于1900年，中國(guó)到1936年開始引進(jìn)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)在新疆獨(dú)山子地區(qū)鉆了一批淺油井。1949年后，中國(guó)石油鉆井的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)時(shí)期：1949—1959年為初創(chuàng)時(shí)期，在這個(gè)時(shí)期主要是引進(jìn)和學(xué)習(xí)蘇聯(lián)、羅馬尼亞等國(guó)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(shí)期，通過(guò)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(shí)期，廣泛吸收了國(guó)外先進(jìn)鉆井技術(shù)，同時(shí)通過(guò)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(hù)油氣層技術(shù)；1998年以后是走向全面市場(chǎng)化的時(shí)期，在這時(shí)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(jì)石油鉆井技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)方向是實(shí)現(xiàn)鉆井的信息化、自動(dòng)化和智能化。中國(guó)石油鉆井要進(jìn)一步提高技術(shù)發(fā)展速度，縮短與世界先進(jìn)水平的差距，并努力實(shí)現(xiàn)鉆井工程的安全、優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保和低成本。 2100433B

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(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)以破碎井底巖石，所產(chǎn)生的巖屑通過(guò)鉆井流體循環(huán)到地面上來(lái)，井就會(huì)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(zhǎng)。隨著井的加深，鉆柱也逐漸增長(zhǎng)，其重量也逐漸加大。過(guò)大的鉆壓將會(huì)引起鉆頭、鉆柱、設(shè)備過(guò)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(lái)，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(yīng)力狀態(tài)，上部被吊懸部分處于拉應(yīng)力狀態(tài)。

鉆進(jìn)時(shí)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(jìn)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(jìn)包括如下作業(yè)：

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

（2）起下鉆。在井底破碎巖石的鉆頭會(huì)逐漸磨損，當(dāng)鉆頭磨損到一定程度后，破巖速度就會(huì)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(guò)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(shí)為了處理井下復(fù)雜情況和事故，進(jìn)行測(cè)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(guò)程所形成的井（筒）壁應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)定的，才能保證繼續(xù)向下鉆進(jìn)。實(shí)際上，井眼所要穿過(guò)的地層性質(zhì)各異：有的地層巖石堅(jiān)硬，井眼形成以后可以維持較長(zhǎng)時(shí)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(qiáng)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(duì)鉆井液產(chǎn)生不良影響等。盡管地層復(fù)雜多變，還是得設(shè)法將這些地層鉆穿。當(dāng)這些地層被鉆穿以后，上述的各種復(fù)雜情況有的可能消失，對(duì)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(huì)形成隱患。為了保護(hù)已鉆成的井眼和使以后的鉆井工作順利進(jìn)行，或?yàn)樯a(chǎn)造成通路，防止各層間竄通，需要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)圻M(jìn)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(jìn)行數(shù)次固井作業(yè)。

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

（5）其他作業(yè)。在鉆井過(guò)程中要進(jìn)行巖屑錄井、氣測(cè)等錄井工作，必要時(shí)還要鉆取巖心、進(jìn)行電法測(cè)井等。探井在鉆遇好的油氣顯示時(shí)要進(jìn)行地層測(cè)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(cè)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(jìn)行替噴、誘導(dǎo)油氣進(jìn)入井筒，進(jìn)而便可進(jìn)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(cè)完聲幅驗(yàn)收合格為止。

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

鉆前 開鉆前的準(zhǔn)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(dāng)井身軸線按鉛垂線設(shè)計(jì)時(shí)，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(yùn)入井場(chǎng)，需要修路。因有時(shí)滿載車總重可達(dá)30～40t或更多，公路應(yīng)能通行重載車。對(duì)于海上鉆井，人員、設(shè)備與物資由專門的補(bǔ)給船或直升機(jī)運(yùn)送。

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

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

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

主要包括石油鉆機(jī)、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(jī)主要由井架及提升裝置、動(dòng)力機(jī)及傳動(dòng)裝置、鉆井泵及鉆井液循環(huán)系統(tǒng)等組成，用于實(shí)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(guò)程中對(duì)地層壓力的控制和對(duì)鉆井工藝參數(shù)的監(jiān)測(cè)與控制等。

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(jī)（見石油鉆機(jī)）使鉆桿和鉆繩產(chǎn)生上下往復(fù)動(dòng)作，從而帶動(dòng)頓鉆鉆具在井內(nèi)作上下往復(fù)動(dòng)作，使頓鉆鉆頭對(duì)井底進(jìn)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(jìn)，如此往復(fù)，逐漸形成井眼。頓鉆鉆井法鉆井具有鉆井成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但由于工藝相對(duì)落后、鉆速慢、不能用于鉆較深的井和高壓油氣井等，現(xiàn)場(chǎng)已很少采用。

石油鉆井工程旋轉(zhuǎn)鉆井法

通過(guò)地面動(dòng)力設(shè)備（轉(zhuǎn)盤、頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置或動(dòng)力水龍頭）或井下動(dòng)力鉆具使連接在鉆柱底部的鉆頭連續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)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(lái)。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(yīng)各種復(fù)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(guò)程中，形成了以下7項(xiàng)應(yīng)用基礎(chǔ)理論組成的學(xué)科：鉆井巖石破碎力學(xué)、鉆井巖石工程力學(xué)、鉆井管柱力學(xué)、鉆井流體化學(xué)、鉆井流體力學(xué)、井下控制工程學(xué)和鉆井技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)。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(gè)沖擊器，使鉆頭在沖擊動(dòng)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(shí)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(yè)巖中較旋轉(zhuǎn)鉆井方法效果不明顯，是對(duì)旋轉(zhuǎn)鉆井方法的一種補(bǔ)充。

利用石油鉆井設(shè)備從地面開始沿設(shè)計(jì)軌道鉆穿多套地層到達(dá)預(yù)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(jìn)過(guò)程中和完鉆后，完成取心、錄井、測(cè)井和測(cè)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(wù)，施工前必須精心做好鉆井設(shè)計(jì)。鉆井設(shè)計(jì)通常包括鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)和鉆井工程設(shè)計(jì)兩個(gè)部分，鉆井工程設(shè)計(jì)包括工藝技術(shù)設(shè)計(jì)、工期設(shè)計(jì)和鉆井費(fèi)用預(yù)算等。

本書是系統(tǒng)研究石油鉆井工程項(xiàng)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(xiàng)目管理的工作手冊(cè)。它在全面總結(jié)、系統(tǒng)研究石油鉆井工程項(xiàng)目運(yùn)作特點(diǎn)和管理實(shí)踐的基礎(chǔ)上，運(yùn)用項(xiàng)目管理的一般原理，提出了石油鉆井工程項(xiàng)目管理的運(yùn)行程序、不同運(yùn)行階段的管理要點(diǎn)、工作目標(biāo)和管理方法。內(nèi)容翔實(shí)，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(xiàng)目管理特色鮮明，具有一定的理論性和較強(qiáng)的操作性。

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