一、准备工作
(1)定井位。根据地质或生产的需要确定井底位置,作出设计。当井身轴线按铅垂线设计时,井口位置和井底位置在同一垂线上,这就是直井;如果井身轴线偏离铅垂线,则井口位置与井底位置不在同-铅垂线上,这就是定向井。
(2)修公路。为了将各种设备与物质运入井场,需要修公路。由于钻井设备是重型物资,公路应确保能通行重型车辆。
(3)平井场。在井口附近平整出一块方地供施工之用。井场面积随钻机而异,形状大致为长方形,大型钻机占地约长120m、宽90m;中型钻机占地约长lOOm、宽60m;钻机占地大小可因地制宜。
(4)打基础。为了保证设备在打井过程中不会下陷或歪斜,要打基础(或称为打基礅)。小型的基础可用方木或预制件,大型的基础在现场用混凝土浇灌。
(5)安装。立井架,安装钻井设备、泥浆泵,安放或挖掘泥浆池等。
二、钻进
广义的钻进指从开钻到完钻一段地层或完钻一口井的过程。在此仅对当前世界上普遍使用的旋转钻井法加以介绍,旋转钻井法的钻进大致可分为以下几道工序。
(1)钻进(狭义)。用钻头直接破碎岩石。钻进时用足够的压力将钻头压到井底岩石上.使钻头的刃部吃入岩石中。钻头上连接着钻柱,用钻柱带动钻头旋转以破碎岩石,井就会逐渐加深,加到钻头上的压力叫钻压。钻柱把地面上的动力传给钻头,所以,钻柱从地面一直延伸到井底。随着井的加深,不断增加钻杆,钻柱渐渐增长,其重量也渐渐加大,以致于超过所需的钻压。过大的钻压将会引起钻头、钻杆、设备的损坏,必须将大于钻压的那一部分钻杆的重量吊悬起来,使之不作用在钻头上。钻进中,由司钻适时地控制加到钻头上的压力,有效地均匀钻进。
(2)洗井。井底岩石被钻头破碎后形成小的碎块,称为钻屑(也常称为砂)。钻屑积多了会影响钻头钻凿新的井底,引起机械钻速下降,所以必须及时地将钻屑从井底清除掉,并携带到地面,这就叫洗井。洗井液经钻杆的内孔注入,从钻头水眼中流出以清洗钻头并冲向井底。将钻屑冲离井底、钻屑随洗井液一同进入井壁与钻柱之间的环形空间,向地面返升,一直到地面。钻屑在地面上从洗井液中分离出来并被清除掉称为除砂。清除了钻屑的洗井液再被注入井中重复循环使用。在钻进时,洗井和破碎岩石同时进行。为了保证洗井液不间断地循环,需要用泥浆泵连续注入。
(3)接单根。在钻进过程中,随着井的不断加深,钻柱也要及时接长,接一根钻杆就叫接单根。
(4)起下钻。为了更换磨损的钻头,须将全部钻柱从井中取出,换上新的钻头以后在重新下到井中继续作业,这叫做起钻和下钻(简称为起下钻)。一口井要用很多只钻头才能钻成,所以,起下钻的次数很多。为了提高效率,节省时间,起下钻时不是以单根钻杆为单位进行接卸,而是三根钻杆为一个接卸单位、称为立根(或立柱)。每根钻杆长8~10m,立根的长度一般为26~30m。为了配合这么长的立根,井架高度一般为40m左右。由于其他原因,如打捞井底落物、解决卡钻等问题时也需要起下钻。
(5)其它作业。在钻井过程中,还要进行岩屑录井、地球物理测井以及地层测试等作业。一般来说,钻井速度越快越好。但是也得有一个度,超过了这个度就难免发生意外。钻井中常常会遇到断钻杆、掉钻头等事故,或者井壁垮塌、卡钻等等。因此,要高效、优质、低耗地钻成一口油气井,就要讲究钻井工艺技术,实行科学打井。在钻井工程设计中,要选定合理的井身结构和钻具结构,使用优质泥浆,采用一系列适合地层条件的钻井技术和措施。其中,钻井时对钻头施加多大的压力?转盘旋转速度是多少?泥浆泵排量多大?这就是人们常说的"钻压、转速、排量"的合理选配问题,是钻井中随井深和地层变化需要及时调整并加以解决的重要问题。—口井一旦开钻,如果没有特殊情况,就按照施工设计正常施工,钻达设计深度即可交井。但是,探井有可能根据地下出现的新情况,或提前完钻,或继续加深。
三、固井
固井是钻井工程中的一道重要工序,其根本目的可概括为两点:加固井壁(防止浅处井壁坍塌)和隔离钻井的油、气、水层(防止开采时层间相互干扰)。固井的方法是将称为套管的无缝钢管下入井中、并在井眼和套管之间灌注水泥浆以固定套管,封闭套管与井壁之间的环形空间,隔开某些地层,这就是下套管、注水泥作业。一口井从开始到完成,常需下入多层套管并注水泥,即需进行数次固井作业。
在不同地区因地层情况和井深的不同,固井实施的情况也不同。有的可以一直钻到底,最后下入套管进行一次固并即可;而有的井,则需下两层或三到四层套管,分别进行固并,才能最终完成。
一口4000m的深井,设计下三层套管,其目的和实施步骤是:第一层为表层套管,下深100~300m左右,目的是用以封住这一井段的粘土层、流沙层、砾石层、及水层,井在表层套管井口安装防止井喷的装置,第二次开钻后,改用小于表层套管直径的钻头,往下钻至2000~3000m处在停钻,下入第二层套管,称之为技术套管。
下技术套管的目的是用以封固易塌层和高压水层,或为保护浅部的油气层等)第三次开钻后再改用更小的钻头,一直钻到目的层以下,最后下入第三层套管,称为油层套管,这主要是为试油和今后采油气创造条件。深井或超深井有时需要下两次技术套管,依据具体需要而定。
有的地区井虽较深,但地层条件较好,可以省去技术套管,只下表层套管和油层套管;有的地区并不太深,如果浅部地层条件允许,深部油气水层的压力不高,还可以省去表层套管,则在全井中,只有一层油层套管。总之,固井要根据实际地质情况来确定,既要保证钻井安全和井身质量,又要尽可能地节约套管和水泥,以降低钻井成本,提高经济效益。
通常注入水泥浆后应候凝约2天,用井温或声波幅度等测井方法检测固井质量——套管处水泥返高、水泥胶结与封固状况等,符合设计要求者为固井质量合格。