1.3钻井完井技术发展概述在线视频

今天我们就把整个这个井

怎么建井的

怎么钻井的

怎么完井的过程

给大家做了一个介绍

下面我再简要介绍一下

我们在建井过程中

我们有哪些主要的工程技术

在讲这个之前

我们先来介绍一下

我们井里面

井筒里面的

压力系统

首先我们井筒里面

有地层的压力

所谓地层压力

就是地层中孔隙

各种孔隙里面它的流体

所承受的压力

也称为地层的孔隙压力

在钻井的时候

如果我们

刚才讲了

井筒里面都是钻井液

环形空间都是钻井液

比如说往上返的

这个钻井液

它对整个井筒

有一个压力

叫钻井液的液柱压力

这个压力

和地层压力

如果不平衡的话

就会出现问题

如果说

我的孔隙压力

如果大于

液柱压力的时候

它地层的流体

可能就会进入井筒里面来

进入以后

可能就会产生井喷

井喷是一个非常严重的事故

还有一个压力

是井中井眼钻开以后

它暴露的一个地层

当我们钻井液的

液柱压力

达到一定压力值的时候

可能会把

地层给压破

压开新的裂缝

这个是

这个时候压力

我们称为

地层的破裂压力

在钻井的时候

如果说我的液柱压力过高

钻井液的液柱压力过高

把井壁

把它压开口的时候

这个时候

会产生井漏

所谓井漏

就是井筒里面的液体

突然通过这个裂缝

就流走了

还有一个压力

是所谓的坍塌压力

坍塌压力是指

我们在钻井的过程中

井中暴露出来的

裸眼

就是裸露的地层

这个时候

因为它原来

是靠井筒里面的岩石支撑

支撑周围的

我现在把中间打一个孔

它就没有支撑了

这时候

靠我们的液柱压力

去支撑它

这是我们钻井液的液柱压力

去支撑周围的井壁

如果说

我这个

液柱压力

低到某一个程度的时候

它就不足以支撑它

这个井壁就垮塌了

这个时候的压力

我们称为坍塌压力

所以我们在钻井的时候

要注意三个压力

如果说井筒里面压力

低了

低于孔隙压力

可能要产生井喷

如果井筒里面的

液柱压力高了

高于破裂压力

可能要井漏

如果井筒里面

液柱压力稍微低了

低于坍塌压力

井眼要垮塌

所以说我们钻井的过程中

就要怎么样

确定我的

合理的

液柱的压力

去适应

我刚才讲的

孔隙压力

破裂压力

和坍塌压力

所以说

钻井里面

要保证井眼安全

最关键的一项技术

就是井内压力控制技术

如果说不能控制井内的压力

这个井

是打不成的

也可能井漏了

也可能井喷了

也可能井塌了

首先

要有一套

压力预测技术

我要知道

地层压力是多少

破裂压力是多少

坍塌压力是多少

但是这些预测

直到今天

都还没有

完全解决

因为刚才讲了

我们这个

地下的工程

还有很多

隐蔽性

有很多不确定性

它不像我们

往天上走

我们现在发射卫星

发射导弹

我们的航天飞机

我们可以看到

地球以外

很多光年

我们可以看见

但是地下

直到今天

我们才能

看到一万米

我们现在

最深的井深是一万米

而在太空

可以

以光年计

所以说

地下的这块

确实

它的不确定性

它的隐蔽性

造成了我们

压力预测

到今天

都不准确

另外一个就是井控技术

就是说

我在预测压力的情况下

我怎么来控制

井眼

使他安全

不要出事

不要井喷

不要井漏

第三项技术

就是

井壁稳定技术

怎么样使我的井

不垮塌

才能钻成我的井眼

这个也就是

我们井内压力控制

几项关键的技术

最后就是

我们整个控压

我们整个通过控制压力

能够来

最好最经济

最高效的钻井

就是我们所谓的

控压钻井技术

整个这一块组合到一块

就是我们

钻井的

最关键的

一个技术

就是

井内压力控制技术

这个井控系统

刚才我画给大家看了

就是在我们的钻台

上面是转盘

钻台下边

下边是井口

我们安装所有的

防喷器

这个防喷器

有两种类型

这一个

这一个

这一个

属于闸板防喷器

这种形式

这上边的一个

最上面这个

叫做

环形防喷器

在钻井的过程中

整个钻柱

是通过

这几个防喷器的中心

进入我们井筒里面

进行钻井

在钻井的过程中

如果一旦发现

有地层流体

要进入了井筒

我要对它进行控制

怎么办

它不同的防喷器

采取不同的方法

比如说

环形防喷器

它靠这个橡胶

黑色的是橡胶

是个环形的橡胶

这是一个斜面

一个斜面

它靠液压

把它往上推

把这个斜面往上推

然后这个环形橡胶

因为它往上推的时候

它的环形橡胶

就会报警

出现这个孔

就我们的钻柱

给抱住了

把整个钻柱

因为钻柱在钻井的时候

是通过它的

把钻柱包住了

然后就把整个

环形空间

给密封了

这个闸板防喷器

它是靠两边

两边

也是一边一半的

环形的闸板

闸板这个前面是

橡胶的密封

当需要关井的时候

它把这个环形闸板

通过液压

往中间推

把这个钻杆

或者钻柱

抱住

抱住以后

它整个环形空间

就给封住了

这个是

一个井控的一个

关键的装备

叫做防喷器

如果一旦发现流体

进入井筒

马上

就要把它启动

然后关闭

环形空间

就是我们这个时候

环形空间钻柱

钻井液往上返

就是关闭以后

它就出不来了

进入了流体

不管是

天然气

还是

高压油

就不会达到地面

这个是我们整个钻机的

所谓的井控系统

这是

我们只把

井控相关的

部件画出来

为了突出

这是

它这么的水龙头

方钻杆

转盘

钻柱下去

这防喷器

它通过防喷器

然后进入井筒

要关闭这个防喷器

它的这个两个位置

可以

关闭

如果一个是在钻台

钻台面上

所谓这

司钻控制台位置

它有一套

关闭系统

为了可靠

它还在

距离井场

一定距离的地方

有另外一套

关闭系统

当这个系统出问题以后

如果井喷出来了

这个地方已经不能去人了

这个时候

这个地方

还可以进行关闭

关闭这个环形空间

它关闭以后

关闭以后

然后要采取措施

采取措施

把下边的

进入井筒的流体

再把它压回去

怎么压回去

就是采取

在我们钻井液里面

加入

高密度的物质

因为钻井液的液柱压力

它等于

它的密度

再乘以它的体积

体积是不变的

但是密度是可以变的

所以在钻井液里面

加入高密度的物质

这个时候使整个液柱的压力

就会提高

我们要计算好

使它要高于

地层的

孔隙压力

这个时候

把这个

高压的高密度的

钻井液

通过这个钻井泵

把它

通过这个水龙头

注入这个钻柱

注入钻柱的时候

往下注的话

他就要往上返

这个时候

我们通过这一块

所谓的节流管汇

节流管

它主要一个

阀门

这个阀门

是控制

这个流出的大小

本来这个环形空间

出来的钻井液

是敞开的

压力为0

直接出来后就到大气了

这个压力了

但是这个时候

因为井口是关闭了

所以它出来

通过这个节流阀以后

这个节流阀要产生一个

流动阻力

来控制

我这个往上返的速度

和它的压力大小

通过节流阀的控制

我们就可以

有效的

重泥浆的加入

来压住这个井喷

这样来

制服这个井喷事故

这就是我们这个

整个

井控的过程

这个是我们钻井的里面

非常重要的一项

保证安全的技术

当然

刚才讲的是

这个压力控制不好

高于

液柱压力

低于地层孔隙压力

造成井喷

造成事故

我们怎么控制它

但是

随着钻井技术的发展

发现这个不利的因素

可以变成

有利的因素

现在

根据原来的井控技术

再发展到

所谓的

欠平衡钻井技术

所谓欠平衡

一定是

我的钻井的过程中

在钻井的过程中

我在井控

也就是说钻井的时候

我有意识的把井口

防喷器关闭

然后

打开这个节流阀

靠节流阀来控制

我这个整个

环形空间的压力

这个时候

地层的流体

再有控制的

进入井筒

刚才

井喷是失控了

它进入井筒没法控制

现在我是

有控制的

让地层流体

进入井筒

这样的话

我就有很多好处了

第一个

可以提高我的钻井速度

因为它井筒压力高了以后

它钻屑

被压在井底

液柱压力高了以后

把钻屑压在井底

重复破碎

然后钻井速度就会降低

而且

可以及时发现

气层

因为我们之前钻井的时候

为了安全

一般来讲

我液柱压力要高于

地层孔隙压力

万一哪一些

低渗的地压的

一些油气田

可能在钻井过程中

发现不了

因为我的钻井液

液柱压力很高

把它全部

压到地层里面去了

我钻井的时候

没法发现它

这个时候

我们采用

欠平衡技术的时候

就可以发现

这些气层

而且可以

保护储层

因为

储层被损害

主要是我们钻井的过程中

我们的钻井液

里面有固相颗粒

如果它压力高于

地层孔隙压力的话

钻井液

它会进入地层

把那些孔隙

堵塞住

这个时候我们

完井

我们采油

所不需要的

但是

欠平衡的时候

这种情况不会发生

因为它

不会进入地层

因为地层流体的压力高于它

还有呢

可以防止井漏

很多地区

特别是在一些

低压

低渗的一些油田

很头疼的事

就是井漏

稍微压力一高

井就漏了

稍微压力一低

井又喷了

这个时候

采用欠平衡的时候

因为它就不会漏

为什么

我的压力很低了

肯定是远远低于我的

破裂压力

它比孔隙压力都低

怎么会高于地层破裂压力

所以说这个

欠平衡

给我们带来了

很多

就是对我们发现油层

保护油层

提高钻井速度

的好处

这是我们进行控制压力

钻井的好处

刚才是坏处

这个是好处

我们再给大家

介绍第二个

比较关键的技术

叫做

井眼轨迹控制技术

这个是我们

钻井过程里面

也是一个关键的技术

这个时候

我们在钻井的时候

就会发现

第一个

我们钻很多油田的时候

开发油田的时候

要受地面条件的限制

就是说

我们在

高山脚下

发现油层

我们一个做法

是在山顶上

架一个钻机

然后往下钻

那这个山本来就很高

可能就是

几百米几千米

然后你钻到山脚

这才开始

我们下钻

最后钻到油层

如果我在山脚下

斜着钻一口井

马上就可以

钻到储层

这个地面条件的限制

还有说

比如说我们在滩海

我们的滩海油田

我们的辽河油田

胜利油田

它在探海

它的油层是在海里

海床里面

如果他要从

海床里面钻井的话

就要用刚才的海上钻机

海上钻机成本是非常高的

它可以在陆上立钻机

然后把这个井

斜着往海底下打

地面条件的限制

可能我们要钻一些

带方向控制的井

还有一个

地下油层 的限制

油层

比如说我们油层

是很薄的一个油层

薄薄的

一个水平状的油层

如果我钻井下去的话

它这个油层的

交界

交叉接触面

很少

如果说我这个井

拐个弯

沿着油层走

增加接触面积

这样就能

提高它的产量

还有很多的断层

还有它的岩丘

各种地质条件

都需要我们

要钻这种

带方向变化的井

带方向变化的井

这个时候

我们就要用到

钻井的另一项

关键技术

就是

井眼轨迹控制技术

井眼轨迹控制

主要是两个方面的内容

一个是

如果说我要钻一口直井

怎么样保证我这个井

不能打歪

就垂直的往下钻

这也是一个

要控制的

不控制的话

它要斜着跑

另外一个

刚刚我们说了

有意识的根据我的

地面目标

地下目标

我要定一个

就是变方向的井

这个时候

我怎么控制

我井眼的方向

就是在

两种情况下

一个是什么

防止井斜

怎么来

人造井斜

达到我所需要的目标

我们先来看

防止井斜

首先

这个井

为什么会斜

我们刚才讲了

我们钻头

加压

是靠我们钻柱自身的重量

所以说

我这个钻头

这个钻头

加了多少压

我下面的钻柱

就会受多少的压力的影响

我们在压杆理论知道

如果一根杆

两段加压的时候

它就会

使我们弯曲

一加压后

这个杆就要弯曲

在我们钻井的条件下

这个压力

远远大于

使他弯曲的临界压力

所以说

这个钻柱

在钻井条件下

肯定要

弯曲的

它一旦弯曲的时候

这样它的钻头

它就有一个偏转

这个时候再钻井

这个井

就打斜了

所以说

在我们钻直井的时候

如果说我们要

加足钻压

快速往下钻的时候

这个钻头

肯定是偏斜的

这个时候

井就要斜

怎么使他不斜

最好的办法

就是吊打

就是我

加很少的压力

使他不发生弯曲

但是

这带来一个坏处

就是我钻井速度

会大大降低

因为压力

高的时候

我肯定钻井速度就会提高

另外

我们可以采取

在我们的

钻柱的下部

加上

这四段位置

加稳定器

这个稳定器

它实际是一个

短的钻柱

短钻柱

这个钻柱的外径

和井眼的直径

是一致的

和井眼的直径一样

所以它全部

撑在井壁上

这个是位置

在不同我位置加上

就可以

你看这个

这个是在这个位置加上

这是一个力学示意图

如果井打斜以后

这加一个以后

这个时候

它是相当于一个支点

这下面钻柱的重量

这重力

它就有一个

横向分力

这个分力

使钻头

要回到垂直的

铅直的位置上

就像我们

早期的钟的钟摆一样

它有回到垂直的位置

的这种趋势

这就是钟摆钻井

另外

刚才讲的

多加几个稳定器

使这个井眼

这个下部的钻柱

它不要

不要发生弯曲

也可以使他

钻直井

当然

我们最新的

是我们自动垂直钻井系统

它是在钻井的过程中

自动跟踪

地心引力

然后自动调整

我们钻头的方向

使他在加注钻压的时候

可以

钻出一个垂直井眼来

这是我们最新的

自动垂直钻井

刚才讲的是第一个问题

第二个问题

就是说

我们怎么有意识的

让我们这个井

朝我们所需要的方向偏斜

就是我们怎么控制它的井斜

控制它的方向

一般来讲

在我们钻井工程里面

有四个手段

第一个手段

是加斜向器的手段

就是这个图

加斜向器

我们先下入一个

有斜面的

一个井下工具

把它下到井筒里面去

这个斜面它的方向

就是指向

我需要偏离的方向

而这个斜面的

这个斜度的话

就是它

要偏离出去的快慢速度

把这个下入井里以后

我再重新下入一个钻具

尺寸变小的钻具

它这个钻具就会

渗入这个斜面

就钻出一个新井眼来

这个时候

就朝我需要的地方钻出去

这个是我们的一种方式

第二种方式

是我们

井下动力钻井方式

就刚才我们讲了

我们旋转钻柱的

第二种方式

是井下动力钻柱旋转

井下动力钻柱旋转

好处就是它

在钻井过程中

井下的所有的钻柱

都是不旋转的

它只有最下面

那几根钻柱

就是它的井下动力钻具

它的心轴

带动钻柱旋转

这样的话就跟我们控制

井眼的方向

提供了非常有利的条件

它这个井下的动力钻具

它是外壳是弯的

外壳是弯的

比如说

这是一个钻具

这是钻头

如果说

它有一个

有一个弯度

这个下面钻具是弯曲的

放到井里面

放到井里面的话

我就可以

通过地面控制

转盘

把它转到我所需要的方向

所需要的方向

所需要的方向后

比如说

我现在要把

整个钻柱

向左旋转

向左钻进

这个时候我把

地面上

开动转盘

使他转到

这个方向的

这个时候把它

固定住

开泵

开泵以后这个心轴旋转了

这个钻头就钻起来了

钻头钻起来后

外壳是没有旋转的

它一直指向

我所需要的方向

所以说

这个是钻头

就是朝我需要的方向钻进

比如说我要

使这个井斜增加

我这个时候

只需要在地面上

把这个整个钻柱

下部钻柱的方向

把它拧过来

把它固定住

这个时候开动转盘

这个时候钻出的井眼

就往上翘了

同样是

往下

往右

往任何一个方向都可以

这也是我们的

弯外壳的

井下动力钻具

控制方向的技术

当然还有就是

刚才说

防斜打直的技术

一样的

就是我加稳定器

就是我们这个加稳定器的方法

我只要在不同的位置

加不同的稳定器

我通过力学计算

这个稳定器加了以后

这个时候

这个钻头

它的

它的这个弯曲的程度

就会发生改变

就会发生改变

这个时候

它的改变钻头方向的能力

也会发生改变

这个也可以控制

但是这个控制

它只能在重力方向

因为它要改变这个钻头方向

是全靠重力

它只能是

增加井斜

往上翘

或者是减少井斜

往下

它只能是这个方向

而不能控制

方向

只能控制井斜

这个是它的

第二种

就是第三种

最现代的

是我们的第四种

叫做旋转导向工具

这种工具

它的出现

使我们钻井的方向控制

达到了一个新的高度

它的原理

是在我们

这个是我们的井眼

现在井眼变成水平井了

井眼的一个截面

井眼的一个截面

大家可以想象一下

这个图

相当于水平井

水平井井眼的截面

中间黄色的

黄色的是钻柱

这个钻柱下面

就接的是钻头

接的是钻头

这个不是动力钻机了

它是要旋转的

这个钻柱是要旋转钻进的

这个是钻柱

蓝色的是一个外壳

这个外壳不太长的

几米

1米2米长的一个外壳

就套在

套在这个钻柱上

这个外壳上

这个蓝色的外壳上

有几个

几个支撑点

这个支撑点

这个支撑点是靠液压

控制的

它可以撑出去

缩进来

撑出去

缩进来

撑出去

缩进来

在钻井的时候

这个蓝色的外壳

它是固定的

在井筒里面

它跟着钻柱一块往下滑动

但是它不旋转

但是黄色的钻柱

它在旋转

下面带着钻头在钻进

就是通过控制这三个叶片

它的不同的伸出度

因为三个叶片

它不同的伸出度的话

它就可以把这个黄色的钻柱

下面360度的任何的一个方向

那么偏斜

它一偏斜的话

就带动钻头

向所需要的地方钻进

这个时候

整个黄色的钻柱

它是在旋转

这个叫旋转导向工具

这个是我们最新式的工具

这个工具

它整个液压系统

液压系统控制的话

这个控制

全部在井下自动控制

下面有CPU

有计算机

进行控制的

它整个的钻井过程中

它的这些井的这些数据

测量

直接进入井下的计算机

计算机把它变成指令

把它变成三个叶片的撑出度

不同的撑出度

来控制我们的井

朝我们需要的地方钻进

所以说

我事先

只要把我井眼的轨迹

把它事先存贮在

我井下的计算机的芯片里面

然后我就加压往下钻

往下钻的时候

一会这面偏

一会那面偏

这没关系

它下面的测量系统

测量出来以后

随时通过计算

改变这个叶片

使钻头垂直到

你需要的

事先设计的轨迹进行钻进

所以说

这个时候只需要加压

这个打出来井眼

就是你所需要的井眼

到了目标

这个就是旋转导向

这个就是我们最新的

井眼控制方位的方法

由于有了刚才的这些工具

我们就可以

打出各种方向的井

比如说我们的大位移井

大位移井就是

滩海

上面是这个湖泊

就是我们滩海井

我们在这个路上

在路上

开采海洋里面的油

这个是在海上平台里面

打那种边际油田

打很远的边际油田的油

它这个水平位移

现在打的指标是很高的

可以到一万米

这个水平方向可以到一万米

十公里

十公里的话

从这都到

都已经到成都了

这个距离

就是十公里的距离

可以打到

就是可以打出这种

大位移的井

也可以打出水平井

刚才讲了

水平井的话

对特殊的油层

我们用水平井开发

可以达到最好的效果

这里

比如说

现在我们国家的

苏里格气田

主要采用的就是水平井钻井

还有我们现在新能源

我们的页岩气开发

几乎全部是采用

水平井钻井技术

这个必须要用我们刚才讲的

各种控制井眼轨迹的工具

才能达到这个效果

这个是我们钻到分支井

根据下面油藏的情况

不一样

我们在一个主系统里面

可以再开一个窗口

然后钻出各个分支来

每一个分支

到一个油层

每一个分支到一个油块

这样的话

一口井可以达到

多口井的效果

这个技术也要靠我们刚才的

刚才讲的井眼轨迹控制技术