單元1　鉆井工藝簡(jiǎn)介

1.1　鉆井工藝概述

1.1.1　國(guó)家石油安全與油氣鉆井的重要性

能源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，能源安全關(guān)系國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈和民生大計(jì)。石油是重要的戰(zhàn)略能源和化工原料，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)、軍事安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要影響。

2008年，在世界能源結(jié)構(gòu)中，石油占35%，天然氣占24%，煤炭占29%，其他能源占12%。2017年，我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，石油占18.8%，煤炭占60.4%，天然氣占7.2%，水電、核電、風(fēng)電等其他能源占13.6%。據(jù)專家預(yù)測(cè)，到2020年，中國(guó)石油消耗量將達(dá)（4.5～6.1）×10⁸t，而國(guó)內(nèi)供應(yīng)量卻只有（1.8～2）×10⁸t，缺口達(dá)（2.7～4.1）×10⁸。因此，必須站在戰(zhàn)略高度考慮石油問(wèn)題，依靠我國(guó)豐富的油氣儲(chǔ)量，提高自身的原油供應(yīng)能力，努力減少對(duì)原油進(jìn)口的依賴，避免國(guó)際油價(jià)大幅度變化對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成的沖擊，保證經(jīng)濟(jì)發(fā)展的穩(wěn)定與安全。

油氣鉆井是油氣勘探與油氣開(kāi)發(fā)的主要手段，直觀了解地下情況、證實(shí)已探明的油氣儲(chǔ)量以及把地下的石油和天然氣開(kāi)采出來(lái)，都要通過(guò)鉆井來(lái)實(shí)現(xiàn)。鉆井工程質(zhì)量的優(yōu)劣和鉆井速度的快慢，直接關(guān)系到鉆井成本的高低和油氣勘探開(kāi)發(fā)的綜合經(jīng)濟(jì)效益及石油工業(yè)的發(fā)展速度，因此要加大油氣勘探與開(kāi)發(fā)的鉆井工作量和促進(jìn)鉆井技術(shù)進(jìn)步。

1.1.2　油氣鉆井的發(fā)展

1.1.2.1　世界石油鉆井技術(shù)的發(fā)展

旋轉(zhuǎn)鉆井的發(fā)展可分為初期階段、發(fā)展階段和科學(xué)化鉆井三個(gè)階段。1900～1920年為初期階段，1920～1950年為發(fā)展階段，1950年至今為科學(xué)化鉆井階段?？茖W(xué)化鉆井階段又可分為前期階段和后期階段（現(xiàn)代鉆井階段）。

前期階段（1950～1980年）出現(xiàn)了9項(xiàng)單項(xiàng)技術(shù)：噴射鉆井技術(shù)；優(yōu)選參數(shù)鉆井技術(shù)；平衡壓力鉆井技術(shù)；保護(hù)油氣層技術(shù)；深井鉆井技術(shù)；叢式鉆井技術(shù)；高效鉆井技術(shù)；井控技術(shù)；洗井液技術(shù)。

后期階段主要有三項(xiàng)大成果：實(shí)現(xiàn)了井下信息實(shí)時(shí)檢測(cè)傳輸、處理和分析；開(kāi)發(fā)了井下導(dǎo)向和井下閉環(huán)鉆井系統(tǒng)；發(fā)展了新鉆井技術(shù)（水平井鉆井技術(shù)、多分支井鉆井技術(shù)、欠平衡壓力鉆井技術(shù)），并在此基礎(chǔ)上發(fā)展了新的小井眼鉆井技術(shù)和連續(xù)油管鉆井技術(shù)。

1.1.2.2　新中國(guó)石油鉆井的發(fā)展

我國(guó)是世界上最早發(fā)現(xiàn)、開(kāi)采和利用石油與天然氣的國(guó)家，然而，由于種種歷史原因，我國(guó)的石油鉆井技術(shù)未能得到持續(xù)發(fā)展。新中國(guó)成立后，石油工業(yè)得到政府高度重視，石油工作者堅(jiān)持獨(dú)立自主、自力更生精神，在艱苦創(chuàng)業(yè)中形成了一支以“鐵人”王進(jìn)喜為代表的石油鉆井隊(duì)伍?；仡櫺轮袊?guó)石油鉆井事業(yè)、經(jīng)歷了組建、發(fā)展和現(xiàn)代化鉆井三個(gè)時(shí)期。

（1）組建時(shí)期（1949～1958年）

1949年，中國(guó)只有甘肅玉門老君廟油田鑿井部一個(gè)鉆井機(jī)構(gòu)，全國(guó)原油產(chǎn)量只有12×10⁴t，1950年召開(kāi)第一次全國(guó)石油會(huì)議后，開(kāi)始調(diào)配人力、設(shè)備和物資，組建鉆井機(jī)構(gòu)。到1957年，共有鉆井隊(duì)205個(gè)，鉆機(jī)319臺(tái)。與1949年相比，鉆井口數(shù)由9口增加到622口，鉆井進(jìn)尺由5000m上升到52.9×10⁴m。這期間相繼發(fā)現(xiàn)了克拉瑪依、冷湖等油田，石油工業(yè)有了顯著發(fā)展。

（2）發(fā)展時(shí)期（1959～1977年）

1958年后，隨著石油勘探的重點(diǎn)由西向東戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移，整個(gè)鉆井形勢(shì)發(fā)生了很大變化。1958—1977年的20年間，鉆井隊(duì)伍經(jīng)過(guò)幾次大的組建和補(bǔ)充，不斷發(fā)展壯大。鉆井隊(duì)由205個(gè)擴(kuò)大到570個(gè)，鉆機(jī)由319臺(tái)增加到942臺(tái)。1971年，大慶油田1205鉆井隊(duì)使用改進(jìn)后的刮刀鉆頭，創(chuàng)造了中型鉆機(jī)年進(jìn)尺12.7×10⁴m的新紀(jì)錄；勝利油田使用聚晶金剛石（PDC）噴射式刮刀鉆頭，創(chuàng)出一只鉆頭最高進(jìn)尺3135m的好成績(jī)。1976年，大慶油田原油產(chǎn)量突破5000×10⁴t。1977年，全國(guó)累計(jì)完成定向井119口，井深4000m以上的井31口。

（3）現(xiàn)代化鉆井的新階段（1978年以后）

1978年，我國(guó)石油鉆井進(jìn)入現(xiàn)代化鉆井新階段?，F(xiàn)代化鉆井技術(shù)從推廣噴射鉆井開(kāi)始，噴射鉆井技術(shù)的發(fā)展使地層壓力預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)平衡壓力鉆井井控技術(shù)、優(yōu)選參數(shù)鉆井技術(shù)、鉆井液與油氣層保護(hù)技術(shù)等相繼發(fā)展起來(lái)。

從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，定向叢式井和水平井技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展。勝利油田鉆成包括42口井的叢式井組。大港油田形成了平臺(tái)優(yōu)選、叢式井設(shè)計(jì)、防碰掃描、綜合施工服務(wù)等成熟完備的叢式井工藝技術(shù)。

水平井鉆井技術(shù)在整裝油田開(kāi)發(fā)、薄油藏、塊狀底水油藏、特低滲透油藏、老油田剩余油挖潛及相關(guān)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用技術(shù)與欠平衡、分支井鉆井技術(shù)的集約化與集成化，大大提高了油氣井產(chǎn)量和油藏最終采收率，大幅度地降低了原油生產(chǎn)成本。新疆塔里木油田從1994年開(kāi)始用水平井開(kāi)發(fā)4個(gè)整裝油田，共鉆水平井134口，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。2002年12月，大慶油田一口水平井鉆井時(shí)成功穿越2個(gè)油層，創(chuàng)造了我國(guó)水平鉆井在1m左右的薄油層內(nèi)穿行613.7m的紀(jì)錄。我國(guó)目前所鉆水平井基本為單水平井和雙臺(tái)階水平井，而分支水平井和多分支水平井尚未廣泛應(yīng)用，影響了水平井的經(jīng)濟(jì)效益。

復(fù)雜地質(zhì)條件下深井、超深井鉆井技術(shù)處于世界先進(jìn)行列。新疆油田在準(zhǔn)噶爾盆地、塔西南山前構(gòu)造帶及塔里木地區(qū)以研究地層壓力預(yù)測(cè)、井壁穩(wěn)定為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)合理的井身結(jié)構(gòu)和鉆井體系，提高了鉆井速度和固井質(zhì)量，降低了鉆井成本，形成了一套適合復(fù)雜地質(zhì)條件的深井、超深井鉆井技術(shù)。

欠平衡鉆井技術(shù)近年來(lái)有較大發(fā)展，四川石油管理局和西南油氣田分公司應(yīng)用了全過(guò)程欠平衡鉆井技術(shù)，但日前井內(nèi)壓力理論計(jì)算還達(dá)不到鉆井技術(shù)需要的精度范圍。

2018年5月29日，位于安達(dá)市的松科二井成為全國(guó)矚目的焦點(diǎn)。這口井完鉆井深7018m，是亞洲國(guó)家實(shí)施的最深大陸科學(xué)鉆井和國(guó)際大陸科學(xué)鉆探計(jì)劃（ICDP）成立22年來(lái)的最深鉆井，也是全球首個(gè)鉆穿白堊紀(jì)陸相地層的科學(xué)鉆探井，取得地質(zhì)科技四項(xiàng)重大突破與進(jìn)展，創(chuàng)造了多項(xiàng)世界紀(jì)錄。

1.1.3　油氣井的分類

按目的不同，油氣井可以分為探井、生產(chǎn)井和注水井等。

（1）探井

探井是為了探明經(jīng)過(guò)地球物理勘探證實(shí)有希望的地質(zhì)構(gòu)造的地下情況，尋找油氣田而鉆的井。探井一般分為四大類。

參數(shù)井　了解一個(gè)地區(qū)（盆地或凹陷）生油巖和儲(chǔ)集巖存在和分布情況的井。

預(yù)探井　了解一個(gè)圈閉中是否有油氣和儲(chǔ)集巖分布情況的井。

評(píng)價(jià)井　在預(yù)探井發(fā)現(xiàn)含油氣儲(chǔ)集層后，為探明這個(gè)圈閉（油氣藏）含油氣面積和地質(zhì)儲(chǔ)量所鉆的井。

資料井　為獲得油氣藏油層參數(shù)，使用特殊工具鉆取巖心進(jìn)行檢測(cè)與分析所鉆的井。

（2）生產(chǎn)井

生產(chǎn)井是為了采出油氣而鉆的井。根據(jù)開(kāi)發(fā)方案，生產(chǎn)井可分為以下兩類。

開(kāi)發(fā)井　油田開(kāi)發(fā)初期布置的第一批用來(lái)采出油氣的井。

調(diào)整井　在原有井網(wǎng)基礎(chǔ)上，為改善油田開(kāi)發(fā)效果，而補(bǔ)充鉆的一些零散井或成批成排的加密井。

（3）注水井

注水井是用來(lái)向油層內(nèi)注水的井。根據(jù)注水方式，注水井可分為以下兩類。

正注井　從油管向地層注水的井。

反注井　從套管向地層注水的井。

（4）其他油氣井

其他油氣井還包括以下幾類。

更新井　為了完善注采系統(tǒng)，需要鉆的新井。

觀察井　專門用來(lái)觀察油田地下動(dòng)態(tài)的井。

檢查井　為了檢查油層開(kāi)發(fā)效果而鉆的井。

1.1.4　油氣鉆井的基本過(guò)程

油氣鉆井是一個(gè)多專業(yè)、多工種、技術(shù)性很強(qiáng)的施工過(guò)程。鉆一口井包括鉆前工程、鉆進(jìn)工程和完井工程三個(gè)階段。

（1）鉆前工程

鉆前工程是為鉆井作業(yè)施工所進(jìn)行的生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作，包括鉆井設(shè)計(jì)，測(cè)井定位，平整井場(chǎng)，道路施工，打混凝土基礎(chǔ)，鉆井設(shè)備檢修、搬遷及安裝，敷設(shè)水、電、通信線路和安裝保溫或降溫設(shè)施等。

（2）鉆進(jìn)工程

鉆進(jìn)工程是鉆井的基本施工過(guò)程，深井施工時(shí)要分多次鉆進(jìn)。鉆井時(shí)要按工程設(shè)計(jì)組合鉆具、配制鉆井液、選擇鉆井參數(shù)。實(shí)施鉆井施工時(shí)，由司鉆、副司鉆、井架工、內(nèi)鉗工、外鉗工、場(chǎng)地工等崗位協(xié)作完成鉆進(jìn)、起下鉆、接卸鉆桿單根、循環(huán)鉆井液、取心等具體作業(yè)。

（3）完井工程

完井工程是鉆井施工的最后階段，由完井電測(cè)、井壁取心、下套管、注水泥、射孔和試油等環(huán)節(jié)組成。完井工程由鉆井隊(duì)人員和專業(yè)隊(duì)伍交叉進(jìn)行，共同完成。

鉆成一口井的工藝主要包括：選用高效率的鉆頭和最優(yōu)的鉆井技術(shù)參數(shù)，獲得理想的鉆進(jìn)速度和最低成本，有效地控制井眼傾斜和方位，合理地控制地層壓力實(shí)現(xiàn)平衡壓力鉆井，加固井壁和保護(hù)好油氣層，形成油氣流的通道等工藝。