《课程讲解》-6钻井方法与钻进工艺技术
钻进工艺方法
制造硬质合金钻头的材料
钻头体钢管
钻头体是用 D35 或 D45 号钢的无缝钢管制成。前苏联是用 9O CT1050 －74 的30 ，35或45 号钢或9OCT－380－71CT．4号钢制造 硬合金钻头体。这种钢可保证钻头体有足够的强度和焊接时对焊料 有良好的浸润性。肋骨钻头的肋骨用与钻头体相同的钢制作。切削 具的垫片和安装薄片用9OCT1050－7410，20和35号或9O CT380－71 号钢制作，以保持硬合金片的稳定性和刚性。固定的支撑片用强度 较高的钢9OCT －7445 号钢制造。 硬质合金 地质勘探钻进中所采用的硬质合金主要是碳化钨（WC—钴（CO） 系硬质合金。它以碳化钨粉末为骨架金属，钴粉末为粘结剂，用粉 末冶金方法制成。这类硬质合金称为YG 类硬质合金。
机 28 械 转 24 速 20 cm/h 16
12 8 4 0
n=381r/min
n=284r/min
n=123r/min
20
30 40 50 60 70 80 90 100
单位压力，kg/cm
不同转速对最优压力的影响
§3-4 硬质合金钻进
利用镶焊在钻头体上的硬质合金切削具，作为破 碎岩石的工具，这种钻进方法通称为硬质合金钻进。 显然，它是以破碎岩石的切削研磨材料而命名的。这 类命名方式还有：金刚石钻进、钢粒钻进等。 硬质合金是一种坚硬材料，前面已经讨论过。但 在实际使用中，硬质合金钻进只适用于钻进中等硬度 以下的地层，即可钻性1 ～7 级和部分8 级地层。若 在更为坚硬的岩层中钻进，则切削效果很差，切削具 磨损很快或易折断而迅速失去钻进能力。当前，软的 和中硬以下的地层，尤其是土层的钻孔工作，主要靠 硬质合金钻进。
钻孔的直径
取决于钻进目的、钻孔结构和钻进方法
油气钻井方法及工艺
油气钻井方法及工艺引言油气钻井是指为了勘探和开发油气资源，在地下进行钻探操作的一种技术方法。
本文将介绍油气钻井的基本概念、方法和工艺，以及主要的钻井设备和操作原理。
油气钻井方法油气钻井方法根据钻井过程中使用的工艺和设备可以分为以下几类：1. 旋转钻法旋转钻法是最常用的油气钻井方法之一。
它是利用转动钻杆和钻头在岩层中形成孔道，并通过钻压和钻速控制钻进速度。
旋转钻法主要适用于软岩和砂岩等较容易钻进的岩层。
该方法的优点是操作简单、成本较低，但对钻井设备的要求相对较低。
2. 挤压钻法挤压钻法是利用泥浆的压力将钻头推进岩层的一种钻井方法。
在挤压钻法中，通过往钻杆内注入泥浆并施加一定的压力，使泥浆经钻杆和钻头进入岩层并将岩层碎屑带出井口。
挤压钻法适用于各种类型的岩层，尤其是在钻进较坚硬的岩层时更为常用。
3. 沉滤钻法沉滤钻法是在岩层中进行钻进操作时，通过自身的重力和钻压共同作用实现的一种方法。
这种方法通常用于制造深井，由于钻杆分为两段，零敲打进行的时间较多，效率较低。
4. 旋喷钻法旋喷钻法是旋转钻法和挤压钻法的结合体，它同时利用旋转和挤压两种力量来完成钻井过程。
旋喷钻法适用于各种类型的岩层，钻进速度较快，并且能够减少对地层的破坏。
油气钻井工艺油气钻井工艺是指在油气钻井过程中，按照一定的顺序和方法进行的一系列操作。
典型的油气钻井工艺包括以下几个步骤：1. 井眼设计钻井前，需要根据勘探结果和钻井目标确定井眼的设计。
井眼设计主要考虑到井径、井深、井的方向等因素。
2. 凿岩凿岩是指使用凿岩工具或钻头切割和击碎地层的过程。
这一步骤旨在将钻杆和钻头推进地层，形成井孔。
3. 钻进钻进是指通过钻杆和钻头推进地层，将井孔扩大到设计的目标尺寸。
钻进过程中需不断提升钻渣，并注入冷却剂。
4. 固井固井是为了防止井壁塌陷并保持钻孔的稳定性，通常在钻井过程中进行。
固井工艺主要包括灌注水泥浆、安装套管和封隔层。
5. 完井完井是指将钻井完工后，对井孔进行处理以便进行油气生产。
钻井技术简介
钻井技术简介钻井技术是石油工程中重要的环节之一，它是通过钻井设备将钻头在地下钻孔，以达到获取地下矿藏或取得地质信息的目的。
本文将对钻井技术进行简要介绍。
一、钻井工艺流程钻井工艺流程包括井选、井设计、钻井液、钻具、钻井工艺等环节。
1. 井选：根据勘探资料、地质构造、矿藏分布等因素，选择合适的井位。
2. 井设计：根据勘探目标和井位条件，设计钻井参数，确定钻井方法、井眼直径、井深等。
3. 钻井液：钻井液是一种循环流动在井孔中的重要物质，它具有冷却钻头、携带岩屑、平衡地层压力等作用。
4. 钻具：包括钻杆、钻铤、钻头等，用于将钻头运行到井底。
5. 钻井工艺：包括井下作业、钻井参数调整、固井、完井等环节，以达到钻井目标。
二、钻井方法常见的钻井方法有旋转钻井、振动钻井、冲击钻井和旋挖钻井等。
1. 旋转钻井：通过旋转钻头，使钻头切削地层，将岩屑带到井口。
2. 振动钻井：利用振动原理，使钻头在井底振动，破碎地层并带出岩屑。
3. 冲击钻井：利用冲击力将钻头推进地层，达到钻井的目的。
4. 旋挖钻井：利用旋转钻头和钻铤，通过推进钻进地层，形成井孔。
三、钻井技术1. 钻头选择：根据地层性质和井设计要求，选择合适的钻头，如钻头形状、刀具结构等。
2. 钻井液控制：钻井液的配方和控制对钻井过程至关重要，需要根据地层条件和钻井目标进行调整。
3. 钻井参数调整：包括钻速、转速、钻压、钻力等参数的调整，以保证钻井的顺利进行。
4. 钻井过程监测：通过测井、岩芯分析、地层测试等手段，获取地下地质信息，指导钻井工作。
5. 固井：在钻完井后，通过注入水泥浆或其他填充材料，将井壁固定，防止地层塌陷和井壁塌陷。
6. 完井：包括井内装置的安装和地面设备的调试，使井口能够正常产生石油或天然气。
四、钻井技术的应用钻井技术广泛应用于石油勘探、开发和生产过程中。
1. 石油勘探：通过钻井技术，获取地下地质信息，确定石油储层的分布、厚度等参数。
2. 石油开发：通过钻井技术，建立油井系统，实现石油的开采、生产和输送。
钻井工艺流程
钻井工艺流程钻井是一项基础性的工程技术，用于地下资源勘探和开采。
钻井工艺流程是指在钻井过程中所采用的一系列工艺步骤和操作方法。
下面将对钻井工艺流程进行详细的介绍。
首先，钻井工艺流程的第一步是确定钻井的目的和区域。
根据勘探或开采的需要，确定钻井的深度和位置，并制定相应的钻井方案。
第二步是选择钻井设备。
根据井深、井径和岩性等因素，选择合适的钻井设备，包括钻井机、钻头、钻杆等。
第三步是钻进。
首先，使用钻机将钻头送入井口，并用适当的方法固定在井口上。
然后，通过旋转钻杆和钻头的方式，将钻头逐渐沿井壁钻入地下。
在钻进过程中，钻头会遇到各种不同的地层。
当遇到较硬的地层时，可以采用旋转钻井和循环泥浆冲洗的方法来钻进。
当遇到较软的地层时，可以采用冲击钻井和快速冲洗的方法。
第四步是钻井液循环。
钻井液是一种重要的钻屑运输工具，同时也具有冷却钻头、控制井壁稳定等功能。
在钻进过程中，钻井液通过钻杆进入井底，然后经过井壁出口排出井口。
第五步是井壁防护。
在钻进过程中，为了保持井壁的稳定，防止井壁塌陷和井涌等事故的发生，需要采取相应的措施。
常见的井壁防护方法包括套管支撑和注浆。
第六步是测井。
在钻井过程中，需进行一系列的测井操作。
测井可以提供有关地层的物理和化学特性的信息，如井深、井径、岩性、含油含气层的位置和性质等。
第七步是固井。
固井是指将水泥浆注入井外的井壁中，以加固井壁，防止井壁塌陷和井涌的现象发生。
同时，固井还可以防止地下水和油气的相互干扰。
最后，进行油气测试。
在钻井完成后，需要进行油气测试，以了解地下油气的产能、含量和利用效益等。
油气测试可以通过人工提钻液和使用钻井液测试机等方法进行。
总结来说，钻井工艺流程包括确定钻井目的和区域、选择钻井设备、钻进、钻井液循环、井壁防护、测井、固井以及油气测试等步骤。
钻井工艺流程的具体操作方法和工艺参数会根据不同的地质条件和钻井目的进行调整和优化，以实现高效、安全的钻井作业。
钻进工艺技术
为了提高钻速，应尽可能采用低固相 不分散体系洗井液。
第二节 钻进参数选择
钻进是钻压、钻速、水力参数、洗井 液性能等共同作用的过程。 要达到高效率、低成本钻井的目的， 必须合理确定出钻进施工中的各参数值及 其相互的配合关系，采用先进技术，提高 钻进效益。
一、平衡压力钻井技术
基本原理
在井内洗井液压力与地层压力相平 衡的条件下进行钻进，以便有效地保护 油、气层不受洗井液的侵污，保证油气 井的生产能力，同时保证较高的钻进速 度，缩短建井周期，降低钻井成本。
最大冲击力理论及其工作方式
优选排量和喷嘴直径 ，保证钻头喷嘴的压力降和 水功率达到泵许用压力及输出功率的1/2以上。
最大喷射速度理论
三、优选参数钻井技术
1．钻速模式
使用最广泛 杨格(Young F．S)
修正公式
n Vm K C p Ch (W W0 ) 1 C2 h
n Vm (W W0 ) 1 C2 h
难以保证。 ◎会对以后的采油、修井等作业带来困难。
第三节 井斜及控制
井斜的标准:
表7－1 胜利油田生产井的井斜标准
井别 优质井 合格井 优质井 合格井 2800 井深 m 2400 最大井斜角 (°) 3 4 4 5 最大水平位移 m 30 50 50 60 最大井斜变化率 °/100m 2 3 3 3
●保持和扩大预破碎带裂缝； ●直接水力破岩。
最主要的作用
三、水 力 因 素
保持井底清洁要经过三个过程：
首先是使破碎的岩屑离开岩石母体； 然后是岩屑在井底被移动； 对钻速的 影响最大
最后由上返的洗井液将其从环空举升到地面。
压持效应：由于井内洗井液柱所形成的静
液压力大于地层压力，使得岩屑被压持在井 底不易脱离的现象。
《钻井方法及工艺》课件
循环钻井技术
循环钻井技术是指利用循环液 （如水、泥浆等）将钻屑从钻 孔中带出地面的钻井技术。
该技术通过循环液的循环流动 ，将钻屑从钻孔中带出地面， 并保持钻孔的清洁和稳定。
循环钻井技术需要先进的循环 液技术和钻孔设计，以确保钻 孔的安全性和稳定性。
人工智能在钻井中的应用
01
人工智能在钻井中的应用是指利用人工智能技术来优化和自动 化钻井过程。
02
通过人工智能技术，可以对大量的数据进行分析和处理，从而
精确预测地层结构和地下资源分布。
人工智能还可以用于自动化控制钻井设备和工具，提高钻井效
03
率和安全性。
感谢您的观看
THANKS
05
钻井新技术与发展趋势
水平井钻井技术
水平井钻井技术是指钻出一段水平或大角度的井段，通常用于提高油、气、水等资 源的开采效率。
该技术通过精确控制钻头方向和角度，使钻孔在地下形成水平或大角度的延伸，从 而增加与油、气、水等资源的接触面积。
水平井钻井技术需要先进的定向钻井技术和钻井液技术，以确保钻孔的精确性和稳 定性。
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术是指钻井过程中，利用各种方法使地层流体在井内保持 欠平衡状态，以防止地层流体对钻头的冲蚀和地层压力对井壁的破坏。
该技术通过控制钻井液的密度和压力，使地层压力略高于钻井液柱压力 ，从而降低钻头和钻具的磨损，提高钻井效率。
欠平衡钻井技术需要先进的钻井液技术和钻井设备，以确保钻孔的安全 性和稳定性。
钻井方法的比较与选择
适用范围
不同钻井方法适用于不 同的地层和井深，需要
根据实际情况选择。
钻井效率
不同方法的钻井效率不 同，需根据需求选择。
成本
油气钻井方法与钻进工艺技术、采油方式、注水与油水井措施、提高采收率原理与方法
1.钻头
直接破碎岩石形成井眼的工具
影响钻井速 度最直接的 因素之一
第四节 钻井工具
衡量钻头破岩效率高低的主要指标
钻头寿命：
在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间(包括 划眼——在已钻出的井眼内旋转送钻、修整井壁的过程)， 单位为h；
钻头进尺：
在钻头寿命内钻进的井段长度，单位为m；
机械钻速：
用钻头的进尺除以纯钻进时间，即单位纯钻进时间的 钻头进尺，表示钻头破碎岩石的能力和效率，单位为 m/h。
性能： 具有较高的抗拉强度和抗扭强度
形状：
断面：中空的正方形或六边形 壁厚：比一般钻杆大三倍左右 材料：强度较大的优质合金钢 长度：一般为13～16米
图6－11 国产方钻杆
第四节 钻井工具
2.钻柱
②钻杆与钻杆接头
作用： 传递扭矩与输送洗井液
形状：
材料：无缝圆钢管制成的； 壁厚：一般为9～11mm； 钻杆单根： 两端分别接上带粗扣
第二节 钻井类型
井的类型：由于钻井的目的、要求不同而产生的
1.探井
通过钻井而达到探明地质情况，获取地下地 层油气资源分布及相应性质等方面资料的井
2.开发井
以开发为目的，为了给已探明的地下油气提 供通道，或为了采用各种措施使油气被开采出来 所钻的井。
第二节 钻井类型
探
井
地质浅井 为配合地面地质和地球物理工作，以了解区域地质构
破岩形式：具有冲击、压碎和剪切等多种形式。
适用地层： 从软到坚硬的各种地层。
第四节 钻井工具
(2)牙轮钻头
特点
牙齿与井底接触面积小、比压高、 工作扭矩小等
分类 牙轮数目
单牙轮钻头 双牙轮钻头 三牙轮钻头 多牙轮钻头
钻井工艺技术培训
04
钻井技术
直井钻井技术
直井钻井技术是钻井工程中最基础的技术之一，主要用于开 采地下石油、天然气等资源。其特点是垂直钻入地层，钻孔 轨迹保持垂直。
直井钻井技术包括钻孔设计、钻机选择、钻头和钻具的选用 、钻进参数的确定等。在钻进过程中，需要控制钻压、转速 、泥浆泵量等参数，以保证钻孔质量和安全。
斜井钻井技术
水平井钻井技术包括水平井设计、轨迹控制、钻柱设计等技术。在钻进过程中， 需要控制钻压、转速、泥浆泵量等参数，同时还需要进行随钻测量，及时调整钻 孔轨迹。
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术是指在钻进过程中，利用各种方法使地层流体进入井筒，从而保持井筒内的压力低于 地层压力的钻井技术。
欠平衡钻井技术可以减少地层流体对钻头的冲蚀作用，提高钻速和延长钻头寿命。同时，欠平衡钻井 技术还可以减少对地层的伤害和防止地层流体污染。在欠平衡钻井过程中，需要控制好泥浆性能、返 排量等参数，以保证钻进安全和质量。
下。
根据钻探需求，钻机可分为陆地 钻机和海洋钻机。陆地钻机又分 为车载钻机、井架钻机和泥浆槽
钻机等。
钻机的性能参数包括最大钻井深 度、钻井直径、转速和加压力等 ，选择合适的钻机对于钻井效率
和安全性至关重要。
钻头
钻头是钻井工艺中的重要组成 部分，负责破碎地下岩石。
钻头有多种类型，如刮刀钻头 、牙轮钻头和金刚石钻头等， 每种类型适用于不同的地层和 钻井需求。
钻井工艺技术培训
contents
目录
• 钻井工艺简介 • 钻井设备与工具 • 钻井液技术 • 钻井技术 • 钻井工程实例分析
01
钻井工艺简介
钻井工艺的定义与重要性
钻井工艺的定义
钻井工艺是石油和天然气勘探开 发过程中的关键技术之一，它涉 及到钻孔设计、钻机选择、钻井 液配置、钻进技术等多个方面。
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转盘旋转钻井法
图6－2 转盘旋转钻井法
特点
①钻杆完成起下钻具、传递扭矩、 为钻头施加钻压、提供洗井液的入 井渠道等任务；
②钻头在一定的钻压作用下旋转破 岩，提高了破岩效率；
③在破岩的同时，井底岩屑被清除 出来；
④提高了钻井速度和效益。
第一节 钻井方法（旋转钻井法） 井底动力钻具旋转钻井法
钻头 钻柱加压
洗井: 清洗井底、运移岩屑出井的工艺过程。
的 洗井的主要任务：
组
➢保证井眼清洁;
成
➢循环过程中能够将岩屑冲离井底，从环
及
空中携带岩屑上返到地面。
功
➢循环中断时将岩屑悬浮在洗井液中不让
观察井 在已开发的油气田内，为了研究开发过 程中地下情况的变化所钻的井。
第三节 钻井设备
图6－4 大庆I－130型钻机
钻机：石油钻井的地面配
套设备，由多种机器设备 组成的一套大功率重型联 合工作机组，可以满足完 成钻进、接单根、起下钻、 循环洗井、下套管、固井、 完井及特殊作业和处理井 下事故等要求。
了解油气层结构变化和产能为目的所钻的井
资料井 为编制油气田开发方案，或在开发过程中为某些专题
研究取得第一手资料数据而钻的井
第二节 钻井类型
开发 井
油气井 为开发油气田，用大中型钻机所钻的采 油、采气井，也叫生产井。
注入井 为合理开发油气田，提高采收率及开发 速度，用以对油气田进行注气、注水以 补充和合理利用地层能量所钻的井。
的 动力设备 直流电驱动钻机
分
交流电驱动钻机
类 使用地区
第三节 钻井设备
钻井深度
钻
机
的 动力设备
分
类
陆地钻机
使用地区
海洋钻机
自升式钻井平台 半潜式钻井平台 钻井固定平台
钻井船
第三节 钻井设备
钻
1.起升系统
机
2.旋转系统
的 组
3.循环系统
成
4.驱动与传动系统
及
5.气控系统
功
6.井控系统
能
第三节 钻井设备
(4)为全自动化控制提供了很好的条 件；
(5) 具 有 巨 大 的 发 展 潜 力 ， 目 前 正 在 发展、完善中。
第二节 钻井类型
井的类型：由于钻井的目的、要求不同而产生的
1.探井
通过钻井而达到探明地质情况，获取地下地 层油气资源分布及相应性质等方面资料的井
2.开发井
以开发为目的，为了给已探明的地下油气提 供通道，或为了采用各种措施使油气被开采出来 所钻的井。
第三节 钻井设备
超重型钻机
大型钻机 重型钻机
钻 机
钻井深度
H>5000m，中W型>钻80机0kN，
89～140mm钻杆，井径
轻>便16钻0m机m，深井
H<3000m，W<300kN，42～
的
动力设备
89mm钻杆，井径<150mm，勘
分
探井、水井
类 使用地区
第三节 钻井设备
钻井深度
钻
机
柴油机驱动钻机
1.起升系统
钻
(1)组成
机
井架、天车、游动滑车、
的
大绳、大钩及绞车
组
(2)功能
成
①下放、悬吊或起升钻
及
柱、套管柱和其它井下
功
设备进、出井眼；
能
②起下钻、接单根和钻
进时的钻压控制。
图6－4 大庆I－130型钻机
第三节 钻井设备
2.旋转系统
钻
(1)组成 转盘、水龙头
机 的
(2)功能
组
保证在洗井液高压循
下放至井底
为动力机提供动力
循环洗井液 钻头旋转，破碎岩石
清洗井底
延伸井眼
第一节 钻井方法（旋转钻井法）
连续管钻井法(柔杆钻井法)
图6－3 连续管钻井示意图
特点：
(1)连续管钻井实现了起、下钻的连 续机械化，节省了时间和劳动量；
(2)在起下钻时仍能保持洗井液的正 常循环；
(3)由洗井液直接提供破岩钻进的能 量，大大提高了能量的有效利用率；
(4)只适用于钻直井。
第一节 钻井方法（旋转钻井法）
第一节 钻井方法（旋转钻井法）
转盘旋转钻井法
分 类 井底动力钻具旋转
钻井法
图6－2 转盘旋转钻井法
第一节 钻井方法（旋转钻井法） 转盘旋转钻井法
图6－2 转盘旋转钻井法
钻头 钻柱加压
吃入地层 转盘旋转
破碎岩石 循环洗井液
清洗井底
设计井深
第一节 钻井方法（旋转钻井法）
第六章
油气钻井方法 与钻进工艺技术
第一节 钻井方法
钻井
利用一定的工具和技术在地层中钻出一个 较大孔眼的过程。
钻井方法
为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而 采用的钻孔方法。
人工掘井
钻 井 人力冲击钻井法
方 顿钻钻井法 法
目前普遍使用
分 旋转钻井法
类 连续管钻井法
第一节 钻井方法（顿钻钻井法）
图6－1 顿钻钻井示意图
吃入地层 动力钻具旋转
破碎岩石 循环洗井液
清洗井底
设计井深
第一节 钻井方法（旋转钻井法） 井底动力钻具旋转钻井法
旁通阀
涡轮钻具 上轴承
分 螺杆钻具 中心轴
类
下轴承
电动钻具
转子 定子和转子 定子
方向轴
第一节 钻井方法（旋转钻井法）
井底动力钻具旋转钻井法
特点
①转动钻头的动力由地面移到井下， 直接接在钻头之上；
第二节 钻井类型
探
井
地质浅井 为配合地面地质和地球物理工作，以了解区域地质构
造，地层剖面和局部构造为目的的浅井
地质探井 以了解地层的时代、岩性、厚度、生储盖层组合，并
为地球物理解释提供各种参数为目的而钻的井
预探井 在地震详查和地质综合研究所确定的有利构造上以发
现油气藏为目的所钻的探井
详探井 在已发现油气的构造上，以探明含油气的面积和储量，
成
环的情况下给井下钻具
及
提供足够的旋转扭矩和
功
动力，以满足破岩钻进
能
和井下其它要求。
图6－4 大庆I－130型钻机
第三节 钻井设备
3.循环系统
钻
(1)组成
机
泥浆泵、泥浆净化装置
的
(固相控制设备)和泥浆 槽、罐等
组
成
及
功
能
图6－4 大庆I－130型钻机
洗井循环流程
第三节 钻井设备
洗井与洗井液
钻 机
②钻柱的功能只是给钻头施加一定的 钻压、形成洗井液通路和承受井下动 力钻具外壳的反扭矩；
③井底动力钻具的动力是由电源或地 面泥浆泵提供的、通过钻柱内孔传递 到井下的具有一定动能和压力的洗井 液流体或交流电。
第一节 钻井方法（旋转钻井法） 连续管钻井法(柔杆钻井法)
图6－3 连续管钻井示意图
钻头、加压装置、动力机 连续管
钢丝绳提升钻头
下放
冲击井底，击碎岩石
向井内注水
岩屑、泥土混合成泥水浆
积累到一定量
提出钻头
下捞砂筒
捞出井内的泥水浆
暴露新井底
设计井深
第一节 钻井方法（顿钻钻井法）
图6－1 顿钻钻井示意图
优点：起、下钻费时少，设备简单
缺点：
(1)破碎岩石，取出岩屑的作业 都是不连续的；
(2)钻头功率小，破岩效率低， 钻井速度慢； (3)不能进行井内压力控制；