油气井钻井新技术.pdf

钻井工程新工艺、新技术与设备检修实用手册 · · %$ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 第九章 油气井钻井新技术 地下油气资源通常都埋藏在地表以下几百、几千，甚至近万米深的各种岩层 内。为了勘探开发这些油气资源，人们必须从地面或海底建立一条条直达地下油 气藏的密闭通道。这种细长的密闭通道，有的与地面垂直，有的要定向弯曲伸向 不能垂直钻达的油气藏，有的还要在油气藏内沿一定方向水平或弯曲延伸。这就 在地下的三维空间内，构成了直井、定向斜井、水平井和多分支井等多种形态的油 气井。因此，油气井工程是勘探开发地下油气资源的基本手段，是扩大油气储量 和提高油气田产量的重要环节。它主要包括钻井、固井、完井和测井等多种工程 技术，涉及地质学、岩石矿物学、物理学、化学、数学、力学、机械工程、系统工程和 遥测遥控等各种学科，是一项多学科多工种、技术复杂、造价昂贵的地下基建工 程。 第一节 概述 ! 世纪初，人们用特制工具（钻头）加压旋转，以机械破岩方式为主的旋转钻 井问世以来，近百年内它始终作为一种最主要的钻井方式，在全世界被广泛采用。 其间虽曾探索了多种非机械破岩的钻井方式，如高压水力冲蚀，等离子切割、电弧 高温熔蚀和连续定向爆破等，但因地下环境复杂，这些钻井方式都未取得富有成 效的突破性进展和商业性应用。 由于长期的地壳运动和自然环境变迁，地下情况非常复杂，其中存在着许多 难以预测的不确定因素。因此在 # 年代以前的近半个世纪内，油气井工程基本 上处在全凭经验钻井的初级发展阶段。 年代以来，由于各大石油公司逐步认 # 识到不断探索钻井规律，深入开展科学研究，对于减少钻井风险和提高经济效益 具有重要作用。因此积极组织力量，广泛开展了优选钻进参数、改进钻头结构、调 节钻井液性能等多方面的室内研究和现场试验。先后研制成功了镶齿密封滑动 轴承三牙轮钻头和金刚石复合片钻头，从而显著提高了破岩效率和钻头寿命。随 着对新型钻井液及其性能处理的深入研究，又显著提高了预防和控制井壁垮塌、 · · 第九章 油气井钻井新技术 ,# !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 钻井液漏失和油气上喷等各种井下复杂故障的能力。尤其是 年代以来，随着 ! 计算机技术的高速发展，不断研制改进成的随钻测量仪器和遥控导向装置，更为 油气井工程提供了遥测遥控的有效手段。目前，欧美等发达国家已钻成逾万米的 超深井（前苏联已钻达的最大井深为 #$$%），以及高难度的大位移定向井（阿根 廷海上一口大位移井的水平位移达 ## 多米）。此外，在高温高压钻井技术、三 维多分支和多目标井的钻井技术，以及油气层保护技术等方面都取得了富有成效 的突破性进展。但因地下岩层复杂多变，地区差别极大，目前还不能在钻井以前 确切了解井下的地质环境，加上各种井下装置都要受细长井眼（井径和井深比最 小达# ’ ）的约束和高温高压等恶劣工况的影响，其技术性能尚难适应各种钻井 和完井工程的要求。因此在油气井工程中还有不少技术难题，尚需在 世纪内 $# 进一步研究解决。 我国的油气井工程是在建国以前极其薄弱的基础上发展起来的。#(! 年清 朝政府在陕西延长七里村用冲击顿钻方式，钻成了大陆上第一口井深)#% 的油 井，日产原油 吨左右。此后在满清政府，军阀混战和国民党统治的 年间， #* + 全国仅钻油气井 口，钻井总进尺 万多米。