钻井地质实习.docx

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钻井地质实习

阿

钻井地质实习

一、主要目的和任务：

了解钻井过程概况和各种录井方法，掌握单井地质设计内容。

二、实习地点及方式：

地点：

井场。

方式：

参观。

三、时间安排：

三天。

四、教学内容

（一）井场的组成及钻井过程概况

1、井场概况

井场是在陆地上打井时为便于钻井施工，在井口周围平整出来的一片平地，面积根据钻机钻探能力的大小而定，钻6km深井的钻机约需120×90m2，钻3km井深的钻机约需100×60m2，再小于此的钻机，井场可小到60×80m2。

井场用于放置钻井设备如井架、动力机、泥浆泵及循环系统、以及存放钻杆、套管等管材，放置水罐、油罐、洗井液罐及堆放洗井液材料、各种配件等。

并设有值班房、发电房、库房等临时建筑。

井场的空场大小应能满足搬家、安装、固井及处理事故等作业时大批车辆进出、摆放的需要。

井场的形状大体上为长方形，可因地制宜以减少土方量。

但公路应从井架大门前方通入井场，不应从钻井设备后部通入（即所谓倒井场），油罐等也不应放于井场入口附近，以免井场上出现井喷、失火等险情时抢险车辆无法进入井场。

对离矿区较远的探井，尚需有生活设施如宿舍、厨房、饭厅等。

图18钻井井场及设备示意图

1．天车11．鼠洞（接单根用）21．管子坡道31．（脱泥机）泥浆过滤设备

2．井架12．鼠洞（放方钻杆用）22．管架32．脱砂机

3．二层台13．固定大钳23．井架底座33．离心机

4．游动滑车14．接管用大钳24．泥浆返回管线34．泥浆泵

5．大钩15．绞车25．泥浆振动筛35．干水泥储备罐

6．水龙头16．指重表26．节流管汇36．储水罐

7．吊卡17．司钻控制台27．泥浆-天然气分离器37．发电机

8．方钻杆18．井场值班室28．脱气装置38．防喷器组

9．方钻杆补心19．水龙带29．泥浆储备池

10．方补心20．蓄能装置30．泥浆池

如在水面上打井，则用钻井平台完成上述功能。

整个钻井设备的布置情况见图19。

2、钻井过程

一口井从开始钻凿到完成，要经过很多道工序，现分述之。

（1）准备工作

图19钻井设备布置情况

①定井口位置地质师根据地质上或生产上的需要确定井底位置。

当井身轴线按铅垂线设计时，井口中心与井底中心位置在同一铅垂线上，这就是直井。

如果井身轴线对铅直线而言是斜的或是曲线形状，则井口中心位置将不与井底中心在同一铅垂线上，这就是定向井。

②修公路为了将各种设备与物资运入井场，需要修公路。

因有时满载车总重可达30~40t或更多，公路应能通行重车。

公路不平将减小车速，并使车辆过早损坏。

③平井场在井口周围平整出一块场地以供施工之用。

井场面积因钻机而异，大型钻机约需120×90m2，中型钻机约为100×60m2，形状大致呈长方形，可因地制宜。

④打基础为了保证设备在打井过程中不会因下陷不均匀而歪斜，要打基础（或称基墩）。

小些的基础可用方木或预制件，大型的基础则在现场用混凝土浇灌。

⑤安装立井架，安装钻井设备、泥浆泵，安放或挖掘泥浆池、泥浆槽等。

（2）钻进

当前世界各地普遍使用的钻井方法是旋转钻井法（或称转盘钻法），此法始于1900年。

①钻进直接破碎岩石的工具叫钻头。

钻进时用足够的压力把钻头压到井底岩石上，使钻头的刃部吃入岩石中。

钻头上边接钻柱，用钻柱带动钻头旋转以破碎井底岩石，井就会逐渐加深。

加到钻头上的压力叫钻压，是靠钻柱在洗井液中的重量（即钻柱在空气中的重量减去在洗井液中的浮力后的重量）的一部分产生的。

钻柱把地面上的动力传给钻头，所以，钻柱是从地面一直延伸到井底的，井有多深，钻柱就有多长。

随着井的加深，钻柱也逐渐增长，其重量也逐渐加大，以致于会超过钻压的需要。

过大的钻压将会引起钻头、钻柱、设备的损坏，所以必需将大于钻压的那部分钻柱重量吊悬起来，不使作用到钻头上，如图20所示。

形成钻压的部分钻柱处于受压缩应力状态，被吊悬部分受拉伸应力。

当井刚开钻时，由于井很浅，钻柱重量小于钻压，所以井内钻柱全部受压；当井变深，钻柱重量超过钻压需要时。

上部钻柱被吊悬而处于受拉状态，下部仍处于受压状态。

钻柱在洗井液中的重量称为悬重，大干钻压需要而吊悬起来的那部分重量称为钻重，亦即：

钻压=悬重-钻重

井加深的快慢，即钻进的速度，用机械钻速或钻时表示。

机械钻速是每小时破碎井底岩石的米数，即每小时进尺数，通常简称钻速。

钻时是每进尺lm所需分钟数。

（1）

式中──钻速，m/h；

H──为时间T内的钻头进尺数，m，T单位为h。

（2）

式中Tm──钻时，min/m；

H──t时间内的进尺数，m；

t──钻进H所用时间，min。

②洗井井底岩石被钻头破碎以后形成小的碎块，称为钻屑，也常称为砂。

钻屑积多会妨碍钻头钻凿新的井底，引起机械钻速下降。

所以必需及时地把钻屑从井底清除掉，并携出地面，这就是洗井。

洗井用洗井液进行。

洗井液可以是以水、油为基础的悬浮液，也可以是空气或天然气等气体。

当前用得最多的是以水为基础的水基洗井液，即粘上分散于水中所形成的悬浮液。

也有人把洗井液称为钻井液，但多数人则把各种洗井液统称之为泥浆。

用气体洗井时则称为空气钻井。

钻柱是中空的管柱，把洗井液经钻柱内孔注入井中，从钻头水眼中流出以清洗钻头并冲向井底，将钻屑冲离井底，钻屑随同洗井液一同进入井眼与钻柱之间的环形空间，向地面返升，一直返到地面，其流程见图21。

钻屑在地而上从洗井液中分离出来并被清除掉，称为除砂。

不含钻屑的洗井液再被注入井内，重复使用。

洗井液为气体时则不再回收。

在钻进时，洗井是与破碎岩石同时进行的。

为了维持洗井液不间断地循环，就需用泵连续灌注。

液体在流经管路时是要损耗能量的，即要克服流动阻力而损耗洗井液所具有的压力。

因此，泵的出口压力应较高以维持循环。

③接单根在钻进过程中，由于井在不断加深，钻柱也要及时接长，每次接入一根钻杆叫做接单根。

打一口井要接很多次单根。

④起下钻为了更换磨损了的钻头，需将全部钻柱从井中取出，换了新钻头以后再重新下入井中，叫起钻和下钻。

一口井要用很多只钻头才能钻成，所以起下钻的次数是很多的。

为了提高效率，节省时间，起下钻时不是以单根钻杆为单位进行接卸，而是以二或三根钻杆为一接卸单位，称为立根。

立根长度一般为24~28m。

为了配合这么长的立根，井架高度一般为41m左右。

也可能是其它原因，如打捞落入井中的物件，解决卡钻等工作也需要进行起下钻的操作。

⑤固井一口井在钻凿过程中，要穿过各种性质不同的地层：

有的地层岩石坚硬，井眼形成以后可以维持较长时间而不致坍塌；有的地层则很松软、破碎，形成的井壁不稳定，井壁上的岩石极易坍塌落入井内；有的地层内含有高压油、气、水等流体；有的地层强度不高，易被压裂、造成洗井液漏失；有的地层含有某些盐类，会使洗井液性能变坏等等。

尽管地层复杂多变，还是得设法将这些地层钻穿，否则无法继续向下钻进。

当这些地层被钻穿以后，上述的各种复杂情况有的可能消失，对以后的钻井工作不再造成危害，而有的则继续给钻井工作造成麻烦，也许会形成隐患。

为了保护已钻成的井眼和使以后的钻井工作顺利进行，或为生产造成通路，防止各层间串通，应当在适当的时候对井眼进行加固，称为固井。

固井的方法是将称为套管的薄壁无缝钢管下入井中，并在井眼与套管之间灌注水泥浆以固定套管，封闭环形空间，隔开某些地层。

这就是下套管，注水泥作业。

一口井从开始到完成，常需下入多层套管并注水泥，即需进行数次固井作业。

⑥事故处理如物件落入井内，需进行打捞，钻杆断在井内也要打捞；钻柱被卡在井内时则要设法解除卡钻。

除落物外，引起井内复杂情况而需要处理的原因多系洗井液性能不符合要求所造成的。

⑦其它作业在钻井过程中要进行钻屑录井、气测井、电法测井以及地层测试；交井以后还可能有射孔、替喷、试油、酸化压裂等项作业。

（二）各种录井方法

1、岩心录井

岩心录井就是在钻井过程中用专门的取心工具，将井下岩石取上来（这种岩石叫岩心）并对其进行分析、研究取得各项资料的过程。

岩心是最直观、最可靠的反映地下岩层特征的通过对岩心的分析、研究可以了解下列问题：

①了解岩性、岩相的特征，进一步分析判断沉积环境。

②观察古生物特征，确定地层时代，进行地层对比。

③测定储集层的储油物性及有效厚度，搞清储集层的四性（岩性、物性、电性、含油性）关系。

④研究生油层特征及生油指标。

⑤了解地层倾角、接触关系、裂隙、溶洞及断层发育情况等。

⑥检查开发效果，了解开发过程中所必须的资料数据。

可见，岩心录井可以为制定合理的勘探和开发方案，准确计算储量，采取有效的增产措施，提供可靠的依据，因此，取心工作是石油勘探和开发中重要的一环。

我们应当高度重视。

（1）取心原则及取心层位的确定

①取心原则

由于钻井取心成本高，钻进速度慢，钻井技术较复杂，因而不可能在油田勘探开发过程中，对每口井都取心，但为了掌握地下情况，取心又不能过少或不取心，取心应当本着既要提高钻速、降低成本，加速油、气田勘探，又不碍于解决重大地质问题为原则。

新探区的第一批探井不取心，以便尽快了解全区的含油、气情况；勘探阶段的取心工作应注意点面结合，充分利用少数取心井，以获得全区地层、构造、含油性等各项资料，开发阶段的检查井视取心目的而定。

特殊目的取心井可根据具体情况临时决定。

②取心层位

取心层位的确定原则：

A、主要含油、气层位。

B、预计主要地质界线、岩性标准层、化石层和电性标准层（了解岩性与电性的关系）的层位。

C、具有特殊地质意义的层位，如岩性复杂、层位不清、断层通过层位，油水过渡带等。

（2）提高岩心收获率的措施

取心的关键在于如何提高岩心收获率。

岩心收获率=（3）

①取心前做好准备工作

现场地质人员应根据设计，结合实钻剖面情况，分析对比，确定设计取心部位的具体取心井段。

地质和工程人员共同检查取心工具，并认真丈量取心工具与钻具的长度。

作好组织分工及物质准备。

②取心钻进中要采取以下措施

A、准确记录下井钻具，核实井深，每次下钻到底必须校对打入。

一般情况下，计算井深与实际情况是相符的，如有不符的现象，分析是否由于以下原因造成：

井底沉砂太多，井内有余心；井内可能有落物；计算上有误差；井斜影响。

在查清钻具的基础上，消除不符现象，使井深准确无误。

B、仔细观察并详细记录在取心钻进中出现的各种现象，如蹩、跳钻、放空、井漏、蹩泵……等。

在油、气层取心时，应观察有无油、气显示。

C、选择好割心层位是提高岩心收获率行之有效的措施。

如割心位置选择不当，岩心收获率会很低，尤其是疏松油砂岩的取心更是如此。

理想的割心层位是岩心顶部到底部是一段较致密的地层，卡住岩心（通常讲的“穿鞋戴帽”），提高岩心收获率。

一般多选择泥岩或泥质粉砂岩井段为割心层位。

具体选择时，应当认真对比本井与邻井资料。

D、保持泥浆性能稳定，应特别注意保持泥浆失水量在5毫升以下，否则泥浆失水量过大会浸泡油层部位的岩心。

E、在取心钻进操作上，不能随意上提下放钻具。

根据取心筒长度掌握好取心进尺。

起钻时操作要平稳，严禁用转盘卸扣和猛提猛刹，避免甩掉岩心或因岩心爪未卡死而把岩心掉入井内。

（3）岩心录井资料的整理

岩心从井下取出后，要倍加爱护，尽可能保持岩心的完整性，以便提供更多的地质资料。

岩心要经过许多步骤，最后整理出较系统的资料。

从岩心出筒、岩心丈量、岩心整理、编号、观察描述（内容丰富，主要包括描述颜色、岩石定名、成分、结构、胶结物性质及程度、特殊矿物及化石，缝缝洞洞的发育情况、岩心倾角的测定、断层及接触关系等等）、含油气试验到岩心采样，最后编绘出岩心录井草图。

岩心录井工作才算结束。

2、岩屑录井

钻井时，地质人员按照一定的深度间隔和迟到时间，及时地把被钻头破碎的岩屑收集起来，进行观察描述，建立地层