钻井技术概要修改.ppt
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1、1,钻井技术概要,2011.3.,2,钻井技术概要,提 纲 钻井史话 钻井工程目标、程序 岩石物理力学性质 钻井参数及其优化,3,钻井史话,我国是世界上最早开始进行钻井的国家。最迟在公元前1世纪,我们的祖先已开始有组织地钻井来采盐水;提取地内的天然气用于燃烧和照明。先民们用传统的方法,于清道光6年(1835年)钻成了第一口超1000m深的井,被联合国教科文组织认定为19世纪中叶前的钻井世界纪录。自18351997年沿用传统的方法(裸眼采气、竹管输气)累计产气1.4亿m。,4,钻井史话,英国的李约瑟博士在中国古代科学技术文明史一书中认为,中国钻探科学技术对世界石油天然气勘探开发技术产生了巨大的启
2、蒙、奠基和推动作用,在国际上领先数百年至一千多年。被誉为是继指南针、火药、造纸、印刷术之后的中国古代第五大发明。,5,钻井史话,随着工业技术的进步,破岩磨料及钻探设备、工具都在不断的改进: 19世纪初叶,出现以碳化钨为基体的硬质合金。 19世纪末期,美国在硬岩(裂隙性)岩石中使用钢粒钻进。 19531954年瑞典和美国GE公司合成了单晶人造金刚石,前苏联1966年开始用人造金刚石钻头。我国从20世纪70年代末开始大批量生产人造金刚石钻头。,6,钻井史话,钻头及切削具的改进,7,钻井史话,冲洗循环方式和冲洗介质的改进 冲洗循环方式 全孔正循环;孔底局部反循环,全孔 反循环; 孔底局部正循环(节水
3、钻井法) 冲洗介质 泥浆;加重冲洗液;充气冲洗液;乳化液; 饱和盐溶液;清水;冷的压缩空气(气体),8,钻井史话,钻井设备的改进表现为: 专业化、标准化、易搬迁、尽可能的自动化; 井底动力装置: 涡轮钻进;冲击(潜孔锤)回转钻进;螺杆钻进;电钻进; 柔性钻杆、随钻定位装置。 碎岩方式的探索。,9,钻井工程目标、程序,钻探(井)工程 为采取岩矿样品,探明矿产赋存状态和分布规律,或为实现其它地质和技术目的,利用专门的机械设备、工具和一整套工艺措施,在地壳内钻凿出圆柱形孔(井)的过程。 钻井工程的总目标 以最低的成本、高效的钻出高质量的井眼。 钻探(井)的主要程序 破碎岩石;清除岩屑;保护孔壁;升降
4、钻具。即两个基本工序:钻进、起下钻。,定井位 道路勘察 基础施工 安装井架(塔型井架) 搬迁(车载钻机方便) 安装设备及调试,7. 一次开钻 二次开钻 钻进 起钻 换钻头 下钻,13.完井、电 测 14.下套管、固井,钻前施工,钻井施工,完井施工,钻井工程目标、程序,10,11,岩石物理力学性质,岩石物理力学性质 岩石的研磨性 岩石的可钻性,12,岩石物理力学性质,钻井的工作目标是破碎岩石、形成孔井。要优质、高效、低成本的完成钻井任务,就必然要面对两个基本问题: 如何有效地破碎岩石?钻井(孔)形成后,原始地压失去了平衡,如何保持和稳定井(孔)壁?它们均与岩石的各种性质有密切的关系,对其有所了解
5、是必要的。,13,岩石物理力学性质,岩石是矿物颗粒的自然混合体。按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。 岩浆岩 是内力地质作用的产物,是地壳深处的岩浆沿地壳裂隙上侵占位或喷出地表冷凝而成。成分有相应矿物的晶体或玻璃质; 沉积岩 是母岩在地表条件下风化剥蚀的产物,经搬迁、沉积和硬结成岩等作用而形成的岩石。组成沉积岩的物质成分有矿物碎屑颗粒和胶结物;,14,岩石物理力学性质,变质岩 是已有岩石在地壳中受到高温、高压及化学活动性流体的影响而变质形成的岩石。除原岩矿物变晶外,还有变质岩特有的变质矿物晶体,如石墨、滑石、蛇纹石、红柱石、硅灰岩等。 组成岩石的矿物解理和岩石劈理、层理的发育程度及方向,矿物硬
6、度、晶体结构等特征,一定程度上决定着岩石抵抗外力的能力。,15,岩石物理力学性质,造岩矿物和胶结物 硬度大的矿物组成的岩石,强度及硬度也较大。通常造岩矿物中石英含量愈多,胶结物的强度愈大,矿物颗粒愈细,岩石的强度愈大;粘土矿物愈多,岩石的硬度愈低。从硅质铁质钙质泥质胶结的岩石,强度及硬度往往依次下降。,16,岩石物理力学性质,岩石的结构 结构是岩石的微观组织特征,指组成岩石的矿物成分、粒度、形状和矿物颗粒之间的连结方式,反映了岩石非均质性和孔隙性。 致密、胶结牢固、空隙少的岩石,坚固性较好;结构疏松,薄弱多面、空隙多的岩石坚固性差。 岩石的坚固性越高,钻进就越困难;但越利于井壁的稳定性。,17
7、,图1 晶体结构类型,图2 胶结支撑类型,岩石物理力学性质,18,岩石物理力学性质,岩石的构造 构造指岩石的宏观特征,即组成岩石的矿物间的相互关系,空间排列等。如岩石的层理、劈理、片理等,往往是岩石的弱面,反映了岩石的各向异性。 层理之间的联结力较弱,在沿平行层理方向加压时,岩石首先从层理面裂开;垂直于岩石层理的抗压强度大,平行层理面的抗压强度小。,19,岩石物理力学性质,由于岩石的构造特征使岩石的抗压、抗拉、抗剪、抗弯和变形特征均存在各向异性。,20,沉积岩和变质岩的主要构造分别为层理和片理。,岩石物理力学性质,21,岩石物理力学性质,岩石的自然性质 岩石的自然性质:岩石在生成过程中,由构造
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