钻井基础知识培训.docx
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钻井基础知识培训
钻井培训教材
第一讲：
钻头
主要内容：
牙轮钻头的破岩机理，牙轮钻头破岩时的几种作用，使牙轮钻头产生滑动的几种措施，牙轮钻头的使用方法，PDC钻头的组成及其破岩机理，PDC钻头的使用方法，牙轮钻头的磨损分级。
第一节牙轮钻头的破岩机理
牙轮钻头是依靠牙轮绕钻头轴线的公转和牙轮自身轴线的自转产生的冲击压碎作用和滑动剪切作用来破碎岩石的。
⑴.牙齿的冲击压碎作用。
牙轮在井底滚动时，牙齿与井底的接触是单、双齿交替进行，使钻头沿轴向做上下往复运动，这就是钻头的振动，钻头纵向振动产生的冲击压碎作用是牙轮钻头破碎岩石的主要方式，牙轮钻头的牙齿作用在岩石上的轴向载荷，包括静压和冲击载荷两局部：
加给钻头的钻压为静压局部，冲击载荷是钻头在井底旋转时产生纵向振动，使钻头——钻柱系统不断地压缩与伸张，下部钻柱把这种周期性的弹性变形能传递给牙齿而产生的，这就是钻头破碎岩石时牙齿冲击压力的来源。
加大钻头牙齿对地层的冲击压力，这就能提高钻头破碎岩石的效率。
⑵.牙齿的滑动剪切作用：
在塑性较高的岩石中，除了要求牙齿对井底岩石有冲击压碎作用外，还要求牙齿对地层有一定的滑动作用，使牙齿对岩石进行剪切，以扩大岩石的破碎效果，这一点在软地层中钻进时显得尤其重要，使牙轮在井底滚动时产生滑移的措施有超顶，复椎和移轴。
第二节牙轮钻头、磨损分级为了便于对钻头的管理、掌握地层与钻头的配伍性，就要求现场技术员作好钻头的磨损分级记录，以便造成最适应该地层的钻头，包括牙齿、轴承、钻头直径三种分级，一般应用四级。
1、牙齿的磨损分级牙齿的磨损分级以三个牙轮中磨损最严重的一个牙轮作为评定该钻头的最终级别。
1.铣齿：
磨损分级、以铣齿磨去的高度与新齿高度之比作为定级标准
表1铣点磨损分级
级别代号
Yi
Y2
Y3
Y4
磨损点高度/新齿高度
0.25
0.5
0.75
齿全部磨光
2.镶齿的磨损分级：
用牙轮上断，掉齿数与该牙轮镶齿总数之比值来作为评定该钻头的磨损分级标准。
表2镶齿磨损分级
级别代号
Yi
Y2
Y3
Y4
旧牙轮断、掉齿数/新牙轮总齿数
0.25
0.5
0.75
全断、掉
2、轴承的磨损分级：
轴承的磨损分级也是在三个牙轮中晃动最为严重的一个牙轮
进行评定，它分为普遍轴承和密圭寸轴承两种。
表3普遍轴承磨损分级
级别代号
轴承磨损情况
Z1
牙轮转动灵活，轴承不晃动
Z2
牙轮转动灵活，轴承也晃动，径向1-2mm，轴向v1mm
Z3
牙轮明显晃动，径向晃动〉3mm轴向晃动〉2mm
Z4
滚珠、滚柱掉或破裂、牙轮卡死、轴承完全不能用
表4密封轴承磨损分级
级别代号
轴承磨损程度
Z1
密封完好，牙轮用手不易转动
Z2
密封尚好，牙轮用手易转动
Z3
密封失效，牙轮径向晃动2-3mm，轴向晃动2-3mm
Z4
轴承严重磨损，牙轮掉落或很快将掉落
3、钻头直径磨损及其他部位鉴定。
钻头直径磨损用代号“J〞表示，在它的右下角为数字表示直径磨损的毫米数，如J2表示直径磨损小于2mm。
表4牙轮钻头的磨损分级记录
牙轮磨损
Y
1井
断齿
断齿
断齿
掉齿
掉齿
掉齿
轴承磨损
Z
其他局部损坏
以文字的形式说明
第三节三牙轮钻头的操作要点
1、操作要点
⑴.钻头到井后要检查产品合格证，生产日期，厂家，钻头卡片编号是否与钻头本体钢印号一致。
⑵.钻头入井前要严格检查外观，测量钻头外径。
连接螺纹应符合API标准，无损
伤，牙齿和密封件好，牙轮不互碰、焊缝无裂纹、气孔、喷嘴尺寸选择适宜，安装正确，检查结果要作好记录，发现有问题的钻头不能下井使用。
⑶.安装喷嘴时应保证喷嘴和壳体清洁，严禁用锤子敲打，以免损坏喷嘴和密封圈。
⑷.钻头上扣时要使用适合的装卸器，以免损坏喷嘴和钻头体。
（5）.下钻前应校正指重表，下钻操作应平稳，特别在使用镶齿钻头时，应适当控制下钻速度。
在硬地层井段，井斜大和井径不规那么井段要特别小心，以免钻头碰击井壁，引起镶齿折断和掌尖损坏。
导致密封早期失效。
（6）.钻头下钻接近井底，或接单根后下放钻具时，速度不应过快，更不允许突然刹车，以免井下钻具由于惯性作用冲击井底，损坏合金齿或牙轮。
（7）.新钻头下钻到距井底3米处（可视井底沉砂多少而定），要充分循环钻井液，距井底1米左右时旋转下放到井底。
钻头刚接触到井底时要轻压慢转一段时间因为旧钻头
形成的井底与新钻头底面形状往往不相吻合，新钻头的少数牙齿首先接触井底，形成早期应力集中，很大的冲击载荷使牙齿折断，折断的牙齿在井下又会损坏其它牙齿，导致钻头早期损坏，另外钻头在修整井底的同时，轴承也进行了跑合，使密封良好。
轻压慢转中跑合时间主要由该井使用的上一只钻头磨损情况定，一般不少于30分钟。
⑻.任何情况下都不允许加压启动转盘。
（9）.钻头转数应控制在推荐范围内，以免因相对线速度过大，磨擦副出现高温咬合或“O〞型圈先期损坏。
⑽.钻进中，加压必须均匀，不允许间断加压，更应严防溜钻。
（11）.加压钻进中，钻具需要停止转动时，应待指重表恢复原悬重后，才能摘出转盘离合器，以防止钻具扭转数圈后突然停转而恢复原长度，形成相当大的附加钻压而损伤钻头。
（12）.为防止在硬地层钻进时产生过大的冲击和震动，导致钻头镶齿破碎，应安装减震器。
同时，为防止钻进时因钻柱摆动，而使钻压加在一个或两个牙轮上，牙轮齿受力过大易折断，应在钻柱上使用稳定器。
2、三牙轮钻头使用考前须知
⑴.镶齿钻头必须在井底干净，井下无落物时方能下井使用。
井下有硬物撞碰，合金齿很易折断，而断掉的合金齿又会损坏其他牙齿和牙轮基体，使钻头早期损坏。
⑵.井眼缩小或井下复杂，需要长井段划眼时，不能使用镶齿钻头，因为扩眼使牙轮的外排齿受到井壁的较大反力，造成牙轮背锥及牙掌尖磨损，使钻头缩径、密封圈早期失效，轴承提前损坏甚至发生牙轮破裂落井事故。
⑶.当地面设备有损坏，功率缺乏，管线刺漏，指重表不灵以及钻井液性能不符合要求或净化装置达不到预期效果时，都不应下入镶齿钻头，以免井下事故造成经济损失
⑷.禁止在钻头上加热（如焊接、煮沸、火烤）等，以免因高温损害密封圈，导致密封早期失效或喷嘴落井。
⑸.钻井液性能必须满足高压喷射钻井的要求。
尤其严格控制钻井液的含砂量，以免通过喷嘴的高速钻井液中的硬颗粒刺坏钻头体。
⑹.新钻头不能用油浸泡或强行活动牙轮。
讨论：
如何使用牙轮钻头？
第四节PDC钻头（金刚石钻头）
1、PDC与金刚石钻头的区别；
2、金刚石钻头的结构；
3、PDC钻头的结构与特征；
1.结构：
PDC钻头由钻头体与切削齿组成。
2.特点：
a.无活动零件；
b.具有高效切削作用；
c.钻头寿命较长；
d.与其他类型钻头相比，有较高的机械钻速；
e.抗冲击性能差；
f.最适合于井下动力钻井。
3.PDC钻头的破岩机理
PDC钻头的破岩机理对软地层主要是犁，对硬地层靠剪切，就象车刀切削金属一样，由于岩石本身抗剪强度小得多，对于同样的岩石用剪切方式破碎比用压碾方式破碎需要的能量小〔剪切是压碾的1/8〕，所以使用PDC钻头钻进，只需要较轻的钻压就可以获得较高的机械钻速。
第五节PDC钻头的操作规程
1、下井前准备：
a.井下情况正常，起下钻畅通无阻；
b.井底干净，无金属落物；
c.钻井液符合钻井设计要求，净化设备运转正常；
d.用好钻杆滤清器，其最大孔径应小于钻头最小喷嘴直径。
2、下钻：
a.钻头螺纹要涂好标准的润滑脂，上部钻头要用钻头装卸器；
b.钻头入井要扶正、慢放。
至防喷器时更要找中，防止碰坏PDC切削点。
通过阻
流流量时，尤其减慢下放速度，注意防喷。
c.下钻遇阻划眼时，戈服钻压应控制在20KN以下〔钻头直径小于216mm寸，要低于10KN转速低于50rpm,严禁大段划眼和不循环钻井液划眼。
下钻接近井底时应提前开泵。
钻头距井底0.5m以上，应缓慢上下活动和转动钻具，充分循环钻井液。
待井底清洁后，校正指重表，待泵压正常前方可井底造型。
3、井底造型确认钻头接触井底后，采用50rpm左右的转速和5-20KN的钻压参数磨合井底，进尺0.5-1.0米。
4、钻井：
a.钻速试验，井底造型后，可在推荐钻井参数范围内，选用不同的钻压转速进行钻速试验，直到找到一个最优钻速为止。
正常钻进时假设遇地层变化，可再做钻速试验。
b.钻速试验完毕，即可按最优参数正常钻进。
钻进中要确保排量满足要求，送钻要均匀。
在钻遇泥岩井段时，钻速会明显下降，这时，司钻要耐心，并可适当提高钻压，降低转速，但钻压也不宜过大，一般提高10-30KN为宜。
假设钻遇硬夹层发生轻微蹩钻现象时，可适当降低钻压，同时降低钻速，等钻穿后再采用正常参数钻进。
c.每钻进300-400米要进行一次短起下钻，以防止起钻拔活塞。
d.钻头使用到后期，PDC切削齿的磨损平面加大，降低了PDC切削齿切入地层的深度，因此可适当提高钻压以维持较高的机械钻速。
5、起钻：
遇到以下情况之一应考虑起钻：
a.地层岩性变化不大，而机械钻速和转盘扭距明显降低；
b.有连续蹩跳现象且没有进尺；
c.立管压力明显上升或降低。
考前须知：
a.钻头搬动时要小心轻放，防止PDC切削齿损伤；
b.钻头不允许采用堵喷嘴的方法钻进，以防止降低对PDC切削齿的冷却效果；
c.本钻头不适合钻砾石层；
d.防止带钻压启动转盘；
e.正常钻进时，钻井液排量必须保持在推荐范围内，以确保岩屑能及时排出，以
及PDC切削齿充分冷却；
f.当钻遇大段疏松砂岩地层时，要适当降低机械钻速，以稳固裸眼井壁，防止下
套管遇阻。
g.在定向井中，严禁使用本钻头在井口进行动力钻具试运转，以防止损坏PDC切
削齿。
讨论：
1.PDC钻头与三牙轮钻头的使用区别。
2.起钻将三牙轮钻头换PDC钻头，下钻钻进，作业指令的书写〔技术员必会〕。
第二讲钻井工艺
第一节一开前的准备工作
设备安装就绪后，要进行第一次开钻，目的是为了下入表层套管而进行的钻井施工。
讨论：
一开目的意义！
1、一开前的准备工作
1.下井钻具及套管要清洗丝扣、检查、丈量编号，并记录清楚〔包括各种入井工具长度、内外径、扣型等〕；
2.挖出固井和循环沟，冲〔钻〕大，小鼠洞，下好鼠洞管；
3.按设计要求配好钻井液；
4.安装好向井内灌钻井液的管线；
5.接好一开钻头，提出转盘大方瓦，下入钻具，放回转盘大方瓦；
6.对试运转的设备再进行一次全面检查整改；
7.设备试运转，到达开钻要求；
8.振动筛、罐区或泥浆坑位置不得影响节流管汇的安装。
2、一次开钻的技术要求
⑴钻头进入圆井后开泵，钻具结构、钻井参数、水力参数应满足工程设计要求；
⑵严格控制参数保证领眼打直，确保下步井身质量，采用高转速、低钻压钻进，前
30米要求单泵，低转速，轻钻压10-20KN吊打，前30米严禁划眼和较长时间洗井，以确保井眼开正和防止导管鞋处串槽；
⑶一开要求泥浆采用高坂含和高粘切，有利于岩屑携带和防漏；
⑷必须使用好振动筛，除砂器和离心机，控制固相含量和含砂量，以确保井壁稳定和下套管作业的顺利；
⑸套管设计下深与实际下深误差小于土5米；
⑹表层套管联接不得错扣，双钳紧扣，余扣不超过1扣；
⑺表层套管必须在井口找正固定好后再固井；
⑻固井时，水泥浆必须返至地面，假设未能返出，一定要打水泥帽子；
⑼固井替入量要计算准确，不得替空，管内留水泥塞高度不大于10米；
⑽表层完钻测单点一次（浅层井除外）；
（11）全井必须把好井口，井队应做好井口防落物铁皮盖子严格防止井下落物；
（12）表层完钻洗井时，应连续活动钻具；
（13）假设套管鞋处在二开发现窜槽，那么必须用水泥封固，以防根底坍塌，井架下沉。
第二节安装井口装置，高压试运转。
一、安装井口装置
1、井队技术员对所有送井防喷装置应进行全面检查，验收和签字，对送井装置无合格证和试压报告的，一律不接收、不安装、确保井控装置的灵活、可靠。
2、每次开始的井口装置应保持四通出口的高度尽量不变。
3、安装闸板防喷器时，手动锁紧装置的手轮及操纵杆应位于大门两侧，油路接头出口与井架大门方向相反。
根据使用的钻具尺寸，装相应的闸板芯子，并在司钻控制台和远程控制台上挂牌标明所装闸板尺寸，以防关错。
手动锁紧装置要装全，联接好，并在手轮处挂牌标明开关圈数。
4、安装好防喷器后，要校正天车、转盘及防喷器，但三者中心在同一条垂线上，
其中心偏差不大于10mm校正好后，将防喷装置用直径18mmi钢丝绳四道与井架底座绷紧并使其牢固。
5、放喷压井管汇方向不得有任何影响压井作业的设备和障碍物，按标准安装节流管汇压井管汇、放喷管汇，保证各闸门开启关闭灵活，管线畅通，放喷管线选用外径114mm钻杆接出井口30米（稠油）50m（稀油），每隔10-15m用水泥墩固定，管线如遇拐弯处，
应采用大于120o弯头〔铸钢〕，所有管线采取防堵、防冻措施，保证经常畅通。
6、放喷管线应考虑风向、居民区、道路邻井及基地设施等要求安装平直。
7、液控台应摆放在井架右前方，距井口25米以外，距放喷或压井管线有一定的角度距离。
8、液控台的电源线要单独联接，不得与照明线路串接〔为什么？
讨论〕储能器压力要始终保持在工作压力范围内。
二、高压试运转二次开钻前，对循环系统进行联合高压试运转，用以检查安装压量，保证设备和循环系统在钻进过程中不出现问题。
同时发现薄弱环节，以便整改，在进行高压试运转时
1.高压试运转前做好准备工作：
钻井泵、立管、水龙头、水龙带及方补芯等保险装置，必须可靠；
2.装配适宜的钻头水眼，使之在确定的排量下，到达在钻进过程中的最高压力；
3.试压时钻具结构为：
钻头+钻杆+方钻杆，要双钳紧扣；
4.泵的上水良好，排量由小到大，逐渐到达正常确定的排量；
5.试运转时，应做到水龙带不摆不跳运转平稳，钻井泵、高压管线、立管水龙带水龙头、泵压表等各处不刺不漏方为合格；
6.试运转过程中，人员应远离高压区，待运转平稳前方可靠近对各处进行检查做到罐区不跑泥浆，固挤设备运转正常。
第三节钻进参数和水力参数
一、钻井参数包括：
钻头类型及参数、钻井液性能、钻进参数、水力参数。
钻进参数：
钻压、转速、排量、立管压力〔泵压〕。
水力参数：
上返速度、喷射速度、钻头压降、环空压耗、钻头水功率、钻头比水功率、最大水马力、射流冲击力等。
二、喷射钻井技术：
就是利用钻井液流经钻头喷嘴所形成的高压射流充分地清洗井底，使岩屑免于重复
破碎，并与机械作用联合破碎岩石，到达提高机械钻速的先进钻进技术。
1、喷射钻井技术开展史〔了解〕；
2、喷射钻进技术为什么能提高机械钻速〔掌握〕。
三、取芯钻进技术
取芯的概念：
就是利用取芯工具，从地下取出岩样〔芯〕的作业。
取芯过程包括：
钻出岩芯〔包括割芯〕、保护岩芯和取出岩芯。
取芯收获率：
概念：
实取岩心长度
取芯收获率=x100%
取芯进尺数
四、定向井钻井技术〔了解〕
了解增斜、降斜、稳斜、造斜、造斜率、工具面、方位角、反扭矩、水平位移，视平移等概念。
了解定向井的根本过程〔培养员工对新知识的了解，增强钻井认识〕。
第四节各种工况操作知识及特殊情况的处理〔了解〕
一、特殊情况：
①.泵压变化；②.悬重变化；③.压力变化；④.扭矩变化；⑤进状态变化等等。
二、各种工况下的操作
1、起钻：
①.准备工作；②.起钻挂卡的处理方法。
2、换钻头。
3、下钻：
①.下钻前准备工作；②.下钻遇阻的处理。
三、完井电测内容
井径、井斜、井温、声幅、磁性定位
检查井身质量、固井质量，为射孔、采油提供依据，〔考前须知讨论〕。
四、下套管固井
施工工序的了解，固井前的准备工作，下套管考前须知，注水泥考前须知〔讨论〕掌握：
钻进、喷射钻井、机械钻速、方入、方余的概念。
钻进参数和水力参数包括哪些内容。
特殊情况的处理方法。
讨论题：
一口井的全过程控制
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