單元1　鉆井工藝簡介

1.1　鉆井工藝概述

1.1.1　國家石油安全與油氣鉆井的重要性

能源是經濟社會發展和提高人民生活水平的重要物質基礎，能源安全關系國家的經濟命脈和民生大計。石油是重要的戰略能源和化工原料，對國家經濟、軍事安全和國民經濟發展有重要影響。

2008年，在世界能源結構中，石油占35%，天然氣占24%，煤炭占29%，其他能源占12%。2017年，我國的能源消費結構中，石油占18.8%，煤炭占60.4%，天然氣占7.2%，水電、核電、風電等其他能源占13.6%。據專家預測，到2020年，中國石油消耗量將達（4.5～6.1）×10⁸t，而國內供應量卻只有（1.8～2）×10⁸t，缺口達（2.7～4.1）×10⁸。因此，必須站在戰略高度考慮石油問題，依靠我國豐富的油氣儲量，提高自身的原油供應能力，努力減少對原油進口的依賴，避免國際油價大幅度變化對我國經濟發展造成的沖擊，保證經濟發展的穩定與安全。

油氣鉆井是油氣勘探與油氣開發的主要手段，直觀了解地下情況、證實已探明的油氣儲量以及把地下的石油和天然氣開采出來，都要通過鉆井來實現。鉆井工程質量的優劣和鉆井速度的快慢，直接關系到鉆井成本的高低和油氣勘探開發的綜合經濟效益及石油工業的發展速度，因此要加大油氣勘探與開發的鉆井工作量和促進鉆井技術進步。

1.1.2　油氣鉆井的發展

1.1.2.1　世界石油鉆井技術的發展

旋轉鉆井的發展可分為初期階段、發展階段和科學化鉆井三個階段。1900～1920年為初期階段，1920～1950年為發展階段，1950年至今為科學化鉆井階段。科學化鉆井階段又可分為前期階段和后期階段（現代鉆井階段）。

前期階段（1950～1980年）出現了9項單項技術：噴射鉆井技術；優選參數鉆井技術；平衡壓力鉆井技術；保護油氣層技術；深井鉆井技術；叢式鉆井技術；高效鉆井技術；井控技術；洗井液技術。

后期階段主要有三項大成果：實現了井下信息實時檢測傳輸、處理和分析；開發了井下導向和井下閉環鉆井系統；發展了新鉆井技術（水平井鉆井技術、多分支井鉆井技術、欠平衡壓力鉆井技術），并在此基礎上發展了新的小井眼鉆井技術和連續油管鉆井技術。

1.1.2.2　新中國石油鉆井的發展

我國是世界上最早發現、開采和利用石油與天然氣的國家，然而，由于種種歷史原因，我國的石油鉆井技術未能得到持續發展。新中國成立后，石油工業得到政府高度重視，石油工作者堅持獨立自主、自力更生精神，在艱苦創業中形成了一支以“鐵人”王進喜為代表的石油鉆井隊伍。回顧新中國石油鉆井事業、經歷了組建、發展和現代化鉆井三個時期。

（1）組建時期（1949～1958年）

1949年，中國只有甘肅玉門老君廟油田鑿井部一個鉆井機構，全國原油產量只有12×10⁴t，1950年召開第一次全國石油會議后，開始調配人力、設備和物資，組建鉆井機構。到1957年，共有鉆井隊205個，鉆機319臺。與1949年相比，鉆井口數由9口增加到622口，鉆井進尺由5000m上升到52.9×10⁴m。這期間相繼發現了克拉瑪依、冷湖等油田，石油工業有了顯著發展。

（2）發展時期（1959～1977年）

1958年后，隨著石油勘探的重點由西向東戰略轉移，整個鉆井形勢發生了很大變化。1958—1977年的20年間，鉆井隊伍經過幾次大的組建和補充，不斷發展壯大。鉆井隊由205個擴大到570個，鉆機由319臺增加到942臺。1971年，大慶油田1205鉆井隊使用改進后的刮刀鉆頭，創造了中型鉆機年進尺12.7×10⁴m的新紀錄；勝利油田使用聚晶金剛石（PDC）噴射式刮刀鉆頭，創出一只鉆頭最高進尺3135m的好成績。1976年，大慶油田原油產量突破5000×10⁴t。1977年，全國累計完成定向井119口，井深4000m以上的井31口。

（3）現代化鉆井的新階段（1978年以后）

1978年，我國石油鉆井進入現代化鉆井新階段。現代化鉆井技術從推廣噴射鉆井開始，噴射鉆井技術的發展使地層壓力預測與監測平衡壓力鉆井井控技術、優選參數鉆井技術、鉆井液與油氣層保護技術等相繼發展起來。

從20世紀90年代開始，定向叢式井和水平井技術得到長足發展。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優選、叢式井設計、防碰掃描、綜合施工服務等成熟完備的叢式井工藝技術。

水平井鉆井技術在整裝油田開發、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領域獲得廣泛應用，其應用技術與欠平衡、分支井鉆井技術的集約化與集成化，大大提高了油氣井產量和油藏最終采收率，大幅度地降低了原油生產成本。新疆塔里木油田從1994年開始用水平井開發4個整裝油田，共鉆水平井134口，取得了良好的經濟效益。2002年12月，大慶油田一口水平井鉆井時成功穿越2個油層，創造了我國水平鉆井在1m左右的薄油層內穿行613.7m的紀錄。我國目前所鉆水平井基本為單水平井和雙臺階水平井，而分支水平井和多分支水平井尚未廣泛應用，影響了水平井的經濟效益。

復雜地質條件下深井、超深井鉆井技術處于世界先進行列。新疆油田在準噶爾盆地、塔西南山前構造帶及塔里木地區以研究地層壓力預測、井壁穩定為基礎，設計合理的井身結構和鉆井體系，提高了鉆井速度和固井質量，降低了鉆井成本，形成了一套適合復雜地質條件的深井、超深井鉆井技術。

欠平衡鉆井技術近年來有較大發展，四川石油管理局和西南油氣田分公司應用了全過程欠平衡鉆井技術，但日前井內壓力理論計算還達不到鉆井技術需要的精度范圍。

2018年5月29日，位于安達市的松科二井成為全國矚目的焦點。這口井完鉆井深7018m，是亞洲國家實施的最深大陸科學鉆井和國際大陸科學鉆探計劃（ICDP）成立22年來的最深鉆井，也是全球首個鉆穿白堊紀陸相地層的科學鉆探井，取得地質科技四項重大突破與進展，創造了多項世界紀錄。

1.1.3　油氣井的分類

按目的不同，油氣井可以分為探井、生產井和注水井等。

（1）探井

探井是為了探明經過地球物理勘探證實有希望的地質構造的地下情況，尋找油氣田而鉆的井。探井一般分為四大類。

參數井　了解一個地區（盆地或凹陷）生油巖和儲集巖存在和分布情況的井。

預探井　了解一個圈閉中是否有油氣和儲集巖分布情況的井。

評價井　在預探井發現含油氣儲集層后，為探明這個圈閉（油氣藏）含油氣面積和地質儲量所鉆的井。

資料井　為獲得油氣藏油層參數，使用特殊工具鉆取巖心進行檢測與分析所鉆的井。

（2）生產井

生產井是為了采出油氣而鉆的井。根據開發方案，生產井可分為以下兩類。

開發井　油田開發初期布置的第一批用來采出油氣的井。

調整井　在原有井網基礎上，為改善油田開發效果，而補充鉆的一些零散井或成批成排的加密井。

（3）注水井

注水井是用來向油層內注水的井。根據注水方式，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，需要鉆的新井。

觀察井　專門用來觀察油田地下動態的井。

檢查井　為了檢查油層開發效果而鉆的井。

1.1.4　油氣鉆井的基本過程

油氣鉆井是一個多專業、多工種、技術性很強的施工過程。鉆一口井包括鉆前工程、鉆進工程和完井工程三個階段。

（1）鉆前工程

鉆前工程是為鉆井作業施工所進行的生產技術準備工作，包括鉆井設計，測井定位，平整井場，道路施工，打混凝土基礎，鉆井設備檢修、搬遷及安裝，敷設水、電、通信線路和安裝保溫或降溫設施等。

（2）鉆進工程

鉆進工程是鉆井的基本施工過程，深井施工時要分多次鉆進。鉆井時要按工程設計組合鉆具、配制鉆井液、選擇鉆井參數。實施鉆井施工時，由司鉆、副司鉆、井架工、內鉗工、外鉗工、場地工等崗位協作完成鉆進、起下鉆、接卸鉆桿單根、循環鉆井液、取心等具體作業。

（3）完井工程

完井工程是鉆井施工的最后階段，由完井電測、井壁取心、下套管、注水泥、射孔和試油等環節組成。完井工程由鉆井隊人員和專業隊伍交叉進行，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的鉆井技術參數，獲得理想的鉆進速度和最低成本，有效地控制井眼傾斜和方位，合理地控制地層壓力實現平衡壓力鉆井，加固井壁和保護好油氣層，形成油氣流的通道等工藝。