1、=鉆井技術概述=   經過石油工作者的勘探會發現儲油區塊 , 利用專用設備和技術，在預先選定的地表位置處，向下或一側鉆出一定直徑的圓柱孔眼，并鉆達地下油氣層的工作，稱為鉆井。   在石油勘探和油田開發的各項任務中，鉆井起著十分重要的作用。諸如尋找和證實含油氣構造、獲得工業油流、探明已證實的含油氣構造的含油氣面積和儲量，取得有關油田的地質資料和開發數據，最后將原油從地下取到地面上來等等，無一不是通過鉆井來完成的。鉆井是勘探與開采石油及天然氣資源的一個重要環節，是勘探和開發石油的重要手段。    石油勘探和開發過程是由許多不同性質、不同任

2、務的階段組成的。在不同的階段中，鉆井的目的和任務也不一樣。一些是為了探明儲油構造，另一些是為了開發油田、開采原油。為了適應不同階段、不同任務的需要，鉆井的種類可分為以下幾種。基準井：在區域普查階段，為了了解地層的沉積特征和含油氣情況，驗證物探成果，提供地球物理參數而鉆的井。一般鉆到基巖并要求全井取心。剖面井：在覆蓋區沿區域性大剖面所鉆的井。目的是為了揭露區域地質剖面，研究地層巖性、巖相變化并尋找構造。主要用于區域普查階段。參數井：在含油盆地內，為了解區域構造，提供巖石物性參數所鉆的井。參數井主要用于綜合詳查階段。構造井：為了編制地下某一標準層的構造圖，了解其地質構造特征，驗證物探成果所鉆的井。

3、探井：在有利的集油氣構造或油氣田范圍內，為確定油氣藏是否存在，圈定油氣藏的邊界，并對油氣藏進行工業評價及取得油氣開發所需的地質資料而鉆的井。各勘探階段所鉆的井，又可分為預探井，初探井，詳探井等。資料井：為了編制油氣田開發方案，或在開發過程中為某些專題研究取得資料數據而鉆的井。生產井：在進行油田開發時，為開采石油和天然氣而鉆的井。生產井又可分為產油井和產氣井。注水(氣)井:為了提高采收率及開發速度,而對油田進行注水注氣以補充和合理利用地層能量所鉆的井。專為注水注氣而鉆的井叫注水井或注氣井，有時統稱注入井。檢查井：油田開發到某一含水階段，為了搞清各油層的壓力和油、氣、水分布狀況，剩余油飽和度的分布

4、和變化情況，以及了解各項調整挖潛措施的效果而鉆的井。觀察井：油田開發過程中，專門用來了解油田地下動態的井。如觀察各類油層的壓力、含水變化規律和單層水淹規律等!它一般不負擔生產任務。調整井：油田開發中、后期，為進一步提高開發效果和最終采收率而調整原有開發井網所鉆的井（包括生產井、注入井、觀察井等）。這類井的生產層壓力或因采油后期呈現低壓，或因注入井保持能量而呈現高壓。    在整個油田的開發中，有勘探、建設、生產幾個階段，各階段彼此互有聯系，而且都需要進行大量鉆井工作!高質量、快速和高效率地鉆井是開發油田的重要手段!=鉆機八大系統=    鉆機是

5、在石油鉆井過程中，帶動鉆具向地層鉆進的一系列機械設備的總稱，又叫鉆探機。大家常見在聳立在大地上巍峨的井架，只是鉆機一部分，下邊大家一起來學習鉆機八大系統！石油鉆機概念     鉆機是在石油鉆井過程中，帶動鉆具向地層鉆進的一系列機械設備的總稱，又叫鉆探機。主要作用是帶動鉆具破碎井底巖石，下入或提出在井內的鉆具等 。 鉆機八大系統     鉆機一般有八大系統（起升系統、旋轉系統、鉆井液循環系統、傳動系統、控制系統和監測顯示儀表、動力驅動系統、鉆機底座、鉆機輔助設備系統），要具備起下鉆能力、旋轉鉆進能力、循環洗井能力。其主要設備有：井架、天

6、車、絞車、游動滑車、大鉤、轉盤、水龍頭（動力水龍頭）及鉆井泵（現場習慣上叫鉆機八大件）、動力機（柴油機、電動機、燃氣輪機）、聯動機、固控設備、井控設備等。起升系統    為了起升和下放鉆具、下套管以及控制鉆壓、送進鉆具，鉆具配備有起升系統。起升系統包括絞車、輔助剎車、天車、游車、大鉤、鋼絲繩以及吊環、吊卡、吊鉗、卡瓦等各種工具。起升時，絞車滾筒纏繞鋼絲繩，天車和游車構成副滑輪組，大鉤上升通過吊環、吊卡等工具實現鉆具的提升。下放時，鉆具或套管柱靠自重下降，借助絞車的剎車機構和輔助剎車控制大鉤的下放速度。在正常鉆進時，通過剎車機構控制鉆具的送進速度，將鉆具重

7、量的一部分作為鉆壓施加到鉆頭上實現破碎巖層。旋轉系統    旋轉系統是轉盤鉆機的典型系統，其作用是驅動鉆具旋轉以破碎巖層，旋轉系統包括轉盤、水龍頭、鉆具。根據所鉆井的不同，鉆具的組成也有所差異，一般包括方鉆桿、鉆桿、鉆鋌和鉆頭，此外還有扶正器、減震器以及配合接頭等。其中鉆頭是直接破碎巖石的工具，有刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭等類型。鉆鋌的重量和壁厚都很大，用來向鉆頭施加鉆壓，鉆桿將地面設備和井底設備聯系起來，并傳遞扭矩。方鉆桿的截面一般為正方形，轉盤通過方鉆桿帶動整個鉆柱和鉆頭旋轉，水龍頭是旋轉鉆機的典型部件，它既要承受鉆具的重量，又要實現旋轉運動，同時還提供高

8、壓泥漿的通道。循環系統    為了將井底鉆頭破碎的巖屑及時攜帶到地面上來以便繼續鉆進，同時為了冷卻鉆頭保護井壁，防止井塌井漏等鉆井事故的發生，旋轉鉆機配備有循環系統。循環系統包括鉆井泵，地面管匯、泥漿罐、泥漿凈化設備等，其中地面管匯包括高壓管匯、立管、水龍帶，泥漿凈化設備包括震動篩、除砂器、除泥器、離心機等。     鉆井泵將泥漿從泥漿罐中吸入，經鉆井泵加壓后的泥漿，經過高壓管匯、立管、水龍帶，進入水龍頭，通過空心的鉆具下到井底，從鉆頭的水眼噴出，經井眼和鉆具之間的環行空間攜帶巖屑返回地面，從井底返回的泥漿經各級泥漿凈化設備，除去固相

9、含量，然后重復使用。動力設備     起升系統、循環系統和旋轉系統是鉆機的三大工作機組，它們協調工作即可完成鉆井作業，為了向這些工作機組提供動力，鉆機需要配備動力設備。鉆機的動力設備有柴油機、交流電機、直流電機。柴油機適應于在沒有電網的偏遠地區打井，交流電機依賴于工業電網或者是需要柴油機發出交流電，直流電機需要柴油機帶動直流發電機發出直流電，目前更常用的情況是柴油機帶動交流發電機發出交流電，再經可控硅整流，將交流電變成直流電。傳動系統   傳動系統將動力設備提供的力和運動進行變換，然后傳遞和分配給各工作機組，以滿足各工作機組對動力的不

10、同需求。傳動系統一般包括減速機構、變速機構、正倒車機構以及多動力機之間的并車機構等。由柴油機直接驅動的鉆機多采用統一驅動的形式，傳動系統相對復雜，由交直流電動機驅動的鉆機多采用各機組單獨或分組驅動的形式，傳動系統得到了很大的簡化。控制系統   為了保證鉆機的三大工作機組協調的工作，以滿足鉆井工藝的要求，鉆機配備有控制系統。控制方式有機械控制、氣控制、電控制和液控制等。目前，鉆機上常用的控制方式是集中氣控制。司鉆通過鉆機上司鉆控制臺可以完成幾乎所有的鉆機控制：如總離合器的離合；各動力機的并車；絞車、轉盤和鉆井泵的起、停；絞車的高低速控制等。井架和底座  &

11、#160;井架和底座用來支撐和安裝各鉆井設備和工具、提供鉆井操作場所。井架用來安裝天車、懸掛游車、大鉤、水龍頭和鉆具，承受鉆井工作載荷，排放立根；底座用來安裝動力機組、絞車、轉盤、支撐井架，借助轉盤懸持鉆具，提供轉盤和地面之間的高度空間，以安裝必要的防噴器和便于泥漿循環。輔助設備    為了保證鉆井的安全和正常進行，鉆機還包括其他的輔助設備，如防噴器組，為鉆井提供照明和輔助用電的發電機組，提供壓縮空氣的空氣壓縮設備以及供水、供油設備等。=鉆頭=   鉆頭是石油鉆井中，用來破碎巖石形成井眼的工具，其工作性能的好壞將直接影響鉆井質量、鉆井效率和鉆井

12、成本。1、鉆頭分類按類型可分為刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭和PDC鉆頭等四種；按功用分為全面鉆進鉆頭、取心鉆頭和特殊工藝用鉆頭（比如擴眼鉆頭、定向造斜鉆頭等）。2、刮刀鉆頭    刮刀鉆頭是旋轉鉆井使用最早的一種鉆頭，從十九世紀開始采用旋轉鉆井方法的時候就開始使用這 種鉆頭，而且直到現在某些油田仍在使用。 這種鉆頭主要用在軟地層和粘軟地層，具有很高的機械鉆速和鉆頭進尺。 刮刀鉆頭最大的優點是結構簡單，制造方便，成本低，各油田可自行設計和制造。   1）刮刀鉆頭的結構   刮刀鉆頭由鉆頭體、刮刀片、分水帽和噴嘴四部分組成。鉆

13、頭體是刮刀鉆頭焊接刮刀片和分水帽的 本體，采用中碳鋼材料 加工而成。下端焊接 刮刀片和分水帽，上端車有絲扣和鉆柱連接 。 刮刀片又稱刀翼，是刮刀鉆頭主要工作部 件。   2）刮刀鉆頭工作原理   刮刀鉆頭以切削方式破碎巖石。刮刀鉆頭在 軟的塑性地層工作時，其切削過程類似于刀具切削軟金屬。刀片在鉆壓的作用下吃入地層，與此同時刀刃前面的巖石在扭轉力的作用下不斷產生塑性流動， 井底巖石被層層剝起 。刮刀鉆頭鉆進脆性較大的地層時，破碎巖石的過程則分為碰撞 、壓碎及小剪切和大剪切三個階段：碰撞:刃前巖石破碎后，巖石對刀片的扭轉 阻力減小， 刀片向前推進，

14、碰撞刃前巖石；壓碎及小剪切:刀片在扭轉 力作用下壓碎前方的巖石，使其產生小剪切破碎；扭轉力增大:刀片繼續 擠壓前方巖石，當扭轉力增大到極限值時，巖石沿剪切面產生大剪切破碎，然后扭轉力突然減小 。碰撞、壓碎及小剪切、大剪切這三個過程反復進行，形成刮刀鉆頭破碎塑脆性巖石的全過程。  3）刮刀鉆頭的正確使用    刮刀鉆頭適用于軟地層和粘軟地層。鉆進時需要適當控制鉆壓與轉速，注意防斜、防蹩、防止刀翼斷裂。由于刮 刀鉆頭在軟地層中的機鉆速較快，巖屑量較大，宜采用 大排量鉆進，充分清洗井底和冷卻鉆頭。刮刀鉆頭鉆進時 ，刀翼外側線速度較高，磨損速度較快，鉆頭容易磨損成錐形，此

15、時要特別注意防斜和防止井徑縮小。3、牙輪鉆頭     從1909年第一只牙輪鉆頭問世后，牙輪鉆頭便在全世界范圍內得到了最廣泛的應用。三牙輪鉆頭是目前旋轉鉆井作業中使用地最普遍的鉆頭。 這種類型的鉆頭具有不同的牙齒設計和軸承結類型，因此能夠適應各種類型地層。在鉆井作業中，根據所鉆地層性質正確選用合適結構的牙輪鉆頭，就可獲得令滿意的鉆進速度和鉆頭進尺。1）三牙輪鉆頭的基本結構鉆頭本體：有三 片牙掌組裝焊接在一起,上部有連接絲扣。牙輪：由牙輪體和牙齒組成 錐形的 金屬體。牙齒分銑齒和鑲齒兩種類型軸承及其儲油密封裝置  噴嘴2）牙輪鉆頭的工作原理

16、60;   牙輪鉆頭在井底工作時，鉆頭整體圍繞鉆頭軸線旋轉稱之為公轉，三個牙輪則依其自己的軸線在井底滾動稱之為自轉。鉆頭承受的鉆壓通過牙齒作用在巖石上，使巖石破碎（壓碎作用）。 牙輪在滾動過程中，以單齒、雙齒交替接觸井底，牙輪中心的位置忽高忽低，使鉆頭產生縱向振動。這種縱向振動使鉆柱不斷壓縮與伸張，下部鉆柱把這種周期性變化的彈性變形能通過牙齒轉化為對地層的沖擊作用力用以破碎巖石。這種沖擊、壓碎作用是牙輪鉆頭破碎巖石的主要方式。    牙輪鉆頭除了對井底巖石產生沖擊、壓碎作用外，還對井底巖石產生剪切作用。牙輪在井底滾動的同時還產生牙齒對井底的滑動，牙齒的滑

17、動對井底巖石形成剪切作用， 像刮刀鉆頭那樣刮削井底。牙齒的滑動主要是由牙輪的超頂、副錐和移軸布置引起的。牙輪的超頂布置復錐牙輪引起切線方向的滑動， 牙輪的移軸布置則引起軸向方向的滑動。一般地，鉆軟到中硬地層的鉆頭兼有超頂、復錐和移軸；鉆中硬到硬地層的鉆頭在設計上有超頂和復錐；鉆極硬和研磨性較強地層的鉆頭常采用單錐牙輪，不超頂也不移軸。3）牙輪鉆頭的分類及選用    牙輪鉆頭生產廠商眾 多，這些鉆頭廠商提供了多種類型和結構的鉆頭。為了便于牙輪鉆頭的選擇和使用， 國際鉆井承包商學會(IADC)制定了全世界統一的牙輪鉆頭分類標準及編號方法。 鉆頭三位數字代表什么？IAD

18、C規定，每一類鉆頭用三位數字代表，個數字意義如下：第一位數字表示牙齒 類型及適鉆地層： 1- 銑齒，軟地層； 2- 銑齒，中到中硬地層； 3- 銑齒，硬、研 磨性或半研磨性地層； 4- 備用； 5- 鑲齒，軟到中等地層； 6- 鑲齒，中硬地層； 7- 鑲齒，硬、研磨性或半研磨性地層； 8- 鑲齒，極硬、高研磨性地層。 第二位數字表示所鉆地層再細分為1，2，3，4四個硬度等級。第三 位數字表示鉆頭的結構特征： 1- 無密封滾動軸承； 2- T型外排齒保徑；3- 規 徑上有鑲齒保徑；4- 密封滾動軸承； 5- 密封滾動軸承，規徑上有鑲齒保徑； 6- 密封滑動軸承； 7- 密封滑動軸承，規

19、徑上有鑲齒保徑；8- 定向井造斜鉆頭； 9- 其它。4、金剛石鉆頭    金剛石鉆頭是指靠鑲嵌在鉆頭胎體上的金剛石顆粒破碎巖石的鉆頭。金剛石是目前人類所知材料中硬度最大、耐磨性最高的材料，因此金剛石鉆頭用于硬的、高研磨性地層，可獲得比較高的鉆頭進尺。雖然金剛石比較昂貴，但金剛石鉆頭磨損，單只鉆頭進尺高，在當今的石油鉆井仍有較強的競爭力。目前，金剛石鉆頭在普通的旋轉鉆井以及渦輪鉆井和取芯作業中都得到了廣泛的使用，其中熱穩定聚晶金剛石齒（TSP），應用尤其廣泛。1）金剛石鉆頭結構特點      金剛石鉆頭屬一體式鉆頭，整個鉆頭無活動部件，主要有鉆頭

20、體，冠部，水力結構（包括水眼或噴嘴、水槽亦稱流道，排屑槽），保徑、切削刃（齒）五部分 ，金剛石鉆頭的冠部是鉆頭切削巖石的工作部分，其表面（工作面）鑲裝有金剛石材料切削齒，并布置有水力結構，其側面為保徑部分（鑲裝保徑齒）它和鉆頭體相連，由碳化鎢胎體或鋼質材料制成。鉆頭體是鋼質材料體，上部是絲扣和鉆柱相連接，其下部與冠部胎體連結在一起（鋼質的冠部則與鉆頭體成為一個整體）。 2）金剛石鉆頭的工作原理     金剛石鉆頭鉆進時，鉆頭表面上的多粒金剛石同時作用于巖石。金剛石破碎巖石的作用在不同性質的巖石中表現出不同的特性。在塑性地層（或巖石在應力作用下呈

21、塑性的地層），金剛石在鉆壓的作用下吃入地層并在鉆頭扭矩的作用下使前方的巖石發生破碎或塑性流動，該破巖過程類似于"犁地"過程，故稱作"犁削"。    在脆性較大的地層中鉆進時，金剛石破碎巖石的作用主要是"壓碎"，在鉆壓和扭矩作用下所產生的應力可使刃下巖石沿最大剪應力面開裂，在金剛石移動的后部形成被壓裂了溝槽，這種情況下巖石破碎的體積遠大于金剛石吃入后破碎的體積，巖石破碎具有體積破碎的性質，破巖效率較高。    在堅硬地層（如燧石、硅質白云巖等）中，一般采用將細顆粒金剛石包鑲在胎體內部的孕鑲式金剛石

22、鉆頭鉆進，其破巖過程同砂輪的磨削相似。鉆頭上每一個包孕的金剛石都是小刃齒，鉆頭可看作有無數個刃的刀具。鉆頭鉆進巖石時，鉆頭上出露的棱角鋒利的金剛石刃齒以微切削、刻劃等方式來破碎巖石。磨削破巖屬于表面破碎，破巖效率較低。3）金剛石鉆頭的正確使用     金剛石鉆頭適用鉆中到堅硬、研磨性地層和渦輪鉆井、深井超深井鉆井以及取芯作業。使用金剛石鉆頭前，井底要打撈干凈，保證沒有金屬落物。鉆頭剛下到井底時，要先用小鉆壓、低轉速跑合。然后采用相對較低的鉆壓（和牙輪鉆頭相比），較高的轉速和較大的排量鉆進。應盡量避免劃眼。如果必須進行劃眼，應采用低鉆壓和低轉速，操作要均勻，防止鉆頭規徑部分金剛石碎裂和過度磨損。5、PDC鉆頭（Polycrystalline Diamond Compact Bit）     PDC鉆頭是聚晶金剛石復合片鉆頭的簡稱，亦稱聚晶金剛石切削塊鉆頭或復合片齒鉆頭。從1973年美國通用電氣公司引入PDC切削塊，研制出第一