钻井技术

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钻井技术范文第1篇

【关键词】井控技术 水合物 浅层气 安全性

随着我国科学技术的不断进步，钻井井控技术也取得了较快的发展。但面临的问题依然非常严峻。众所周知石油钻井工艺是一项风险大、技术含量高、挑战性强的工程。有些低层构造比较特殊，更使得钻井面临存在浅层气、天然气水合物、地基不稳定、地层破裂压力低等诸多问题。井控是保证钻井安全的重中之重，与常规钻井相比，这些地方的井控在工艺和设备上有更严格的特殊要求。所以，针对出现的技术难点，必须制定相应的解决措施，确保井控作业的安全性。

1 钻井井控技术难点

1.1 节流管线长，造成压力损失

我们知道在整个钻井过程中，节流管线必须保证一定的长度，这就导致了在压井循环时出现摩擦压力损失。节流管线内产生的压力损失，加上地层破裂压力梯度低，使得在压井时，容易在开泵时造成薄弱地层破裂。如果气体充当了溢流体，那么气体在进入或排出管线时，体积迅速发生变化，使得环空压力和节流管线内压力也迅速发生变化，这时只能通过调节节流阀来增加套压，保持压力稳定。但事实上，对于操作者来说，要想突然间做到迅速、精确的调节节流阀，明显是有难度的。

1.2 天然气水合物

在钻井过程中，由于压力高、温度低，极易产生天然气水合物，堵塞隔水管、连接器、防喷器和节流管线，给井控作业带来一定的风险。所以，在井控作业的各个环节，都要考虑到天然气水合物可能产生的影响，尽量避免事故的发生。

1.3 浅层气

浅层气主要是指地表以下1000米内的气体。这些气体产生的压力一般都比较高，且随着下潜的距离增加，井底压力和气体的潜在流量都是不断增加的。一旦发生事故造成浅层气井喷，就会使气体迅速向上膨胀、扩展，造成的影响非常大，影响的范围非常广。

1.4 破裂压力与孔隙压力安全窗口窄

不同地方和深度的岩石密度不同，所以当地层的深度相等时，上面覆盖的岩石密度较小，产生的地层表面压力就越低，造成的破裂压力就越低。所以，上面受到的破裂压力要远大于底层受到的破裂压力。这也就使得破裂压力与孔隙压力安全窗口窄，造成隔水管钻井液安全增量、允许的最大关井套压和井涌余量随水深的增加而降低。越往下，地层越疏松，钻井井壁的稳定性也就越差，使得井控作业难度不断加大，甚至会导致井漏等事故的发生。

1.5 防喷器内圈闭气

防喷器内圈闭气是在处理气体溢流时，在防喷器内残存的气体。在钻井井控技术工艺上，圈闭气的压力是不可忽视的，因为节流管线很长，且圈闭气的压力大小与节流线内的静液柱压力相等。如果在压井结束后，直接打开防喷器，就会导致气体迅速在隔水管内膨胀，造成井喷，甚至会造成隔水管破裂。随着深度的增加压力增高，产生的危害就会越大。

2 井控中几种主要难点的对策

2.1 天然气水合物的处理

解决天然气水合物带来的困扰，必须实行预防和处理手段并行的办法。

重在预防，主要有以下几点：

（1）当钻水合物地层时，最好采用无隔水管钻井方式；

（2）在进行井控作业前，通过井场灾害调查，对浅层水合物部分进行评价，在进行井位选择时，应尽量避免水合物区；

（3）在平时，定期对BOP进行水合物抑制剂注射，防止产生水合物；

（4）采用合成油基泥浆和油基泥浆进行钻井操作，这类泥浆含水量低、盐度高，所以一般情况下不会产生水合物。在合成基泥浆不允许使用的场合，可以用高盐度的水基泥浆代替；

（5）针对不同场合，采用不同的钻井工艺，对施工设备进行改良等。

天然气水合物一旦产生将很难除去，主要有以下四种方法解决：

（1）加热法。在压力一定的情况下，可以加入一定的循环热流体，不断增高水合物周围的温度，当温度比平衡温度还要高时，水合物就会慢慢溶解；

（2）机械法。就是采用一些机械力强力破坏水合物，比如施工设备生成水合物时，可以使用ROV将其除去；

（3）化学方法。利用化学反应的原理，注入水合物抑制剂，使水合物与抑制剂直接接触，慢慢溶解；

（4）减压法。当温度一定的时候，可以通过降低水合物表面压力，使其小于水合物的平衡压力的方法，将天然气水合物逐渐溶解。

2.2 浅层气的处理

浅层气的问题若处理不当，就会造成井喷，后果不堪设想。所以，当在井控作业时遇到浅层气，必须采取合理的措施进行处理。

（1）井控作业无隔水管时，要保证钻井液的密度小于压裂梯度。若存在浅层气，则在保证地层不被破坏的情况下，最大排量注入压井液压井。若这样仍不能压住井，必须停止作业，将工作平台移到安全区域。

（2）井控作业有隔水管时，隔水管主要起到导流的作用，为钻井流体提供了一个环形回流空间。目前，大多数钻井平台的导流系统都是将天然气引向下风，减少火灾发生的几率，但这种情况仅仅满足于小气量、低压的情况。当浅层气数量较大时，也要采用加大钻井液的方法来压井。在保证地层不被破坏的情况下，最大排量注入压井液压井。若这样仍不能压住井，必须停止作业，将工作平台移到安全区域。

（3）钻领眼注意事项。在浅地层可以通过钻领眼的方法对其进行评价，能够一定程度上规避浅层气风险。如果在钻领眼时遇到浅层气，就需要最大排量注入压井液平衡压力，如果气流仍然得不到控制，就必须停止作业，将工作平台移到安全区域，待浅层气释放完毕后，再回到井位继续作业。

2.3 防喷器内圈闭气的处理

压井结束后，关闭的防喷器内残存了一部分气体，这些压力较大的气体就是圈闭气。圈闭气的压力与节流管线内的静液柱压力相等，并且随着钻井深度的增加而增大。处理圈闭气的方法主要有：

（1）关闭下面的防喷器闸板，隔离下部井眼；

（2）从压井线一端注入压井液，并且从节流线返出，直到节流线和压井线内都充满压井液为止；

（3）关闭压井线阀门，使用油气分离器使节流线泄压；

（4）打开环形防喷器，同时关闭分流器，通过压井液不断循环排除剩余气体；

（5）关闭环形防喷器，通过压井液将节流线内的海水和气体排除。

3 结论

尽管钻井井控技术仍然面临着诸多的难点，但通过本文的分析，已经提出主要难点的解决措施，对其它的难点也提出了相应的解决策略。对于天然气水合物的处理，要采取预防和处理并行的手段，具体问题具体分析。对浅层气的处理和防喷器内圈闭气的处理，也具体针对几种特殊情况提出了相应的解决方案。另外，要想更好的完成钻井井控作业，还要注意以下几点：

（1）钻井之前，必须准确预测地层破裂压力和地层孔隙压力，确定钻井液密度和井身结构。对浅层气出现的可能性做出准确分析和评价，在选择井控井位时，尽量避开浅层气位置，减少浅层气伤害。

钻井技术范文第2篇

关键词：钻井；新技术；优化

中图分类号：TD353 文献标识码：A

本文以振动预防为例，阐述了新技术的发展及其对钻井行业的影响。

一、为什么要进行钻井技术优化

钻井成本控制是决定石油和天然气投资的关键因素。在钻井成本高和钻井事故可能发生的情况下，钻井成本控制尤其重要。钻井技术优化的关键在于减少非作业时间，诸如卡钻、MWD/BHA失效、漏失、循环处理井眼、井壁坍塌等等。非生产时间占钻机时间的20%，在复杂地区所占比例更高。在最近的一个关于墨西哥湾浅海钻井非生产时间的研究显示，非生产停工时间达到25%。以美元计算单井损失在1500，000$。因此，降低井下复杂事故发生的概率，可以极大地节约钻井成本。除了降低成本外，钻井优化也是提高钻井效率、安全性和环境保护的关键因素。在一些极具挑战性的钻探环境中（例如在孔隙压力和压裂梯度接近），如果不进行钻井技术优化就无法进行钻探。

出于对以上原因的考虑，钻井行业在过去的20多年中，采取了许多的新技术强化钻井技术优化以提高钻井效率。特别是以计算机为基础的钻井仪器仪表和数据采集系统、钻井现场一体化以及MWD/LWD的应用。

二、什么是钻井技术优化

钻井技术优化就是通过井下和地面传感器、计算机软件、MWD和有经验的专业人士来一起致力于降低井下事故发生率和提高钻井效率。传统的钻井技术优化包括以下几点：①钻前运行表；②实时数据处理与监控；③钻后分析及技术总结。在这个过程中，有经验的技术专家是中心，他们可以提出建议来避免复杂事故的发生，从来提高钻井效率。通常来说，全面的钻井技术优化应包括以下三方面的解决方案：钻柱完整性，水力参数的管理，井眼完整性。

三、新钻井优化技术

新的钻井优化技术强调信息管理和实时决策。传统的3步优化过程将不能满足实时工艺过程，必须进行革新。首先，钻前运行表应该转变为实时建模。这种革新是必须的，因为钻前运行表的数据通常情况下都是过时的和不正确的。因此。这些数据对实时决策的制定是没有多大用处的。其次，一体化的实时建模和数据是必要的，以对井下环境进行详细诊断。最后，井场-办公室的一体化的好处在于，一个信息团队可以24h不间断的监控优化过程。这3个新技术可以概括为：（1）实时建模；（2）一体化实时建模和数据；（3）实时控制中心（RTOC）。

（1）实时建模

传统的建模通常是在钻井期间运行，提供一组可预测的数据。随着钻井过程的进行，输入的参数会随时改变。因此，传统的计算机软件需要不断地手动更新数据，以产生相关的结果。然而，这样的一个程序，已被证明是不切实际的。与之相比，实时建模是自动更新，使用“合适”的输入数据，毫无疑问更准确。此外，实时建模始终在线，允许连续监测，以防止钻井事故。实时建模还允许实时数据的集成，以实现实时决策（见下一节）。

到目前为止，哈里伯顿已经开发出一些实时建模，或者正在开发的建模如下：

① 底部钻井动力学

② 扭矩和阻力

③ 孔隙压力/破裂压力预测

④ 水力学

⑤ 井眼清洁（现场测试）

⑥ 井眼稳定性（现场测试）

（2）一体化实时建模和数据

虽然实时建模比传统的独立建模取得更好的结果，在“有用”模式下的“有用”信息的传送，以及问题的诊断也需要井下数据建模与集成。例如，以下建模和数据的集成总是有益的：

① 井下钻具振动数据的动力学模型

② PWD和FTWD数据的孔隙压力模型

③ PWD数据的水力模型

④ PWD和固相含量的井眼清洁模型

⑤ LWD成像数据的井眼稳定性模型

（3）实时控制中心（RTOC）

首个实时控制中心是由壳牌石油能源公司于2002年初在新奥尔良建立。此后，根据不同操作者的使用，几个其他的RTOC被开发出来专门用于海上平台。

有许多理由来成立实时控制中心。第一，海上钻井成本比较高，很显然需要最优秀的人员。第二，关键决策通常需要多部门决定，但是来进行决策的多部门专家被安排在一个平台是不现实的。第三，计划的执行需要固定的人员和办公场所，实时控制中心可以满足这一点。最后，24h不间断实时钻井优化监测和信息管理可以避免危险，24h不间断的对关键人员监测最好在实时控制中心。

因此，实时控制中心在钻井优化中扮演着重要的角色。实时MWD数据比如震动、PWD等等在RTOC会实现24h不间断检测。钻井技术优化专家通常是最有经验的员工，他们可以在预期事件偏离钻井计划之前联系钻井队长。RTOC的干预已被证明是最重要的价值之一。

四、案例研究-振动预防

1.实时振动建模

Sperry-Sun开发了一种BHA动力程序“WHIRL?”，用于预测临界转速。该程序由三部分组成：（1）BHA静力分析采用半解析法预测上临界点；（2）以有限元程序为基础计算自热频率；（3）S梅椒计算临界转速。

WHIRL软件通过录井和（MWD）随钻测斜数据已经升级到实时模型。常规录井在模型中使用的数据是底部钻井结构、钻压、转速、和泥浆比重。这些数据可以从地面一体化系统通过（井场信息传输标准）从第三方录井或通过由钻井承包商租赁的其他数字平台监控系统获得。用于建模的MWD（随钻测斜）数据，DLS（狗腿严重度），井眼尺寸（如果声波测径在使用）。

为了调查由于输入错误信息而出现的误差，已经对不同钻压、井斜以及井眼尺寸进行了敏感性研究。该研究所用钻具是一个近钻头稳定器导向组件。结果表明，相比其他因素的影响，临界转速对钻压和井斜特别敏感，钻压和井斜微小数据的变化可能会导致在相当大的误差。例如，模型中井斜从1°变成3°，在关键的RPM（机械钻速）可能产生18%的误差；而钻压从8klbs（千镑）变成10klbs在关键RPM预测中可能产生16%的误差。

2.实时振动建模与数据一体化

没有现场信息系统，如INSITE?钻机现场信息管理系统软件，实时建模与井下振动数据的整合是不可能的。INSITE软件用于采集录井和井下数据，运行工程软件，并对数据进行实时处理和展示。信息集成是通过“各种数据转化为可用的信息智能”组合，并以信息的方式展示出来。此信息可以通过网络上的任何工作站查看，这些工作站可能包括：钻井办公室，钻台，地质师和甲方办公室，实时卫星或网络链接使得这些数据也可以在基地办公室进行展示。INSITE系统通过网络使得平台信息可以在世界的任何角落进行共享。

本文讨论的一体化，实时振动建模和数据系统，于2002年在墨西哥湾进行了首次测试。自井场成功试验以来，这套系统在墨西哥湾，加拿大东海岸，挪威和北海已经运行了20多口井。从客户收到的积极反馈之一是，实时完整性系统提供了清晰、有针对性的信息，极大地促进了实时决策。

3.RTOC的一体化系统

一体化振动建模和数据系统在RTOC和其他系统有了进一步的“整合”，并已成为一个重要的钻井优化服务，该服务已得到客户的好评。自从2003年一体化系统被应用于RTOC，使用该系统的井场客户反馈中，没有任何与振动相关的BHA或MWD故障发生。这样的记录表明，实时一体化系统可以显着提高钻井性能和效率。由于其巨大的成功，人们也对RTOC其他一体化系统发展趋势进行了探讨。

结论

统计表明，NPT（非生产时间）如卡钻、MWD/BHA失效、漏失、清洁井眼、井壁稳定等，约占钻机时间的25%，在复杂地区钻进的占比更高。钻井优化技术的出现是降低石油工业钻探成本的关键。

全面的钻井优化技术应考虑钻柱的完整性，水力参数管理和井眼完整性。传统的钻井过程包括以下几点：①钻前运行表；②实时数据处理与监控；③钻后分析及技术总结。已开发的新技术使得这3个工艺流程在实时的基础上融合在成为一个。实时一体化的目的是通过协助实时决策来识别不安全的钻井环境并降低NPT（非生产时间）。

此文中探讨的新钻井优化技术，比如：实时建模、一体化实时模型和数据以及RTOC，将会不断地发展以满足充满挑战性的可钻性差的硬岩石、深水、深井、高温高压以及孔隙压力和破裂压力特别接近的地层钻井条件。

参考文献

钻井技术范文第3篇

关键词：钻井防斜钻具

井斜是钻井工作中一个较为普遍的问题 ,它直接影响着钻井井身质量和钻井度。钻井作业不但要求钻速快，而且要求井身质量好。井身质量的好坏是油气井完井质量的前提和基础。它直接关系到泊气田的勘探和开发工作是否成功。

1 井斜的危害

（1）对勘探开发的影响

对于勘探工作来说，井斜大了会使井深发生误差，使所得的地质资料不真实；同时，由于井底远离设计井位，会错过油气层，造成勘探工作的失误，这对断块小油气田显得格外重要；如果井斜过大，也会打乱油气田开发的布井方案。

（2）对钻井施工的影响

如果井斜过大，恶化了钻柱工作条件，钻柱易发生疲劳破坏；易造成井壁坍塌及键槽卡钻等事故；井斜过大，造成下套管困难，套管下入后不易居中，会直接影响固井质量，往往造成面井窜槽和管外冒油、冒气。

（3）对采油工艺的影响

井斜过大会直接影响分层开采及分层注水工作的正常进行，如下封隔器因难、封隔器密封不好等；抽油井常引起油管和抽油扦的磨损和折断，甚至造成严重的井下事故。

2 井斜的原因分析

（1）地质因素对井斜的影响。

地质条件是产生井斜的重要原因，一般影响井斜的地质因素有:地层倾角、层状结构、各向异性、岩性的软硬交错以及断层等。人们提出了许多理论，来解释地质因素导致井斜的原因，其中最本质的是递呈的可钻性的不均匀性和地层的倾斜两个因素。这种地层可钻性的不均性表现许多方面，再与地层倾斜相结合，导致井眼倾斜。

（2）下部钻具对井眼弯曲的影响

导致钻具的倾斜和弯曲的原因一般有以下几点：首先，由于钻具直径小于井眼直径 钻具和井眼之间有一定的间隙，所以钻具在井眼内活动余地很大，这就给钻具的倾斜和弯曲创造了空间条件。其次，由于钻压的作用下部钻具受压后必将靠向井壁一侧而倾斜，当压力超过一定值后，钻柱将发生弯曲，弯曲钻柱将使靠近钻头的钻具倾斜更大。

下部钻具弯曲引起钻头倾斜，在井底形成不对称切削，新钻的井眼将偏离原井眼方向；下部钻具弯曲使钻头受到测向力的作用，迫使钻头进行测向切削，也使新钻的井服将偏离原井眼方向，如图所示。产生下部钻具弯曲的原因主要是钻具和井眼之间有一定的间隙，钻具有弯曲的空间，当压力超过一定值后，钻柱将发生弯曲。

图1 钻头不对称切削导致井斜

3 井斜的控制措施

3.1 钟摆钻具组合控制井斜。

钟摆钻具原理如图2所示，当钟摆摆过一定角度时，在钟摆上会产生一个向回摆的力 Gc，称作钟摆力， 。显然，钟摆摆过的角度越大，钟摆力就越大。如果在钻柱的下部适当位置加一个扶正器，该扶正器支撑在井壁上，使下部钻柱悬空，则该扶正器以下的钻柱就好像一个钟摆，也要产生一个钟摆力。此钟摆力的作用是使钻头切削井壁的下侧，从而使新钻的井眼不断降斜。

图2 钟摆钻具原理图

（1） 钟摆钻具组合的钟摆力随井斜角的大小而变化。井斜角大则钟摆力大，井斜角等于零，则钟摆力也等于零。所以，钟摆钻具组合多数用于对井斜角已经较大的井进行纠斜。

（2） 钟摆钻具组合的性能对钻压特别敏感，钻压加大，则增斜力增大，钟摆力减小。钻压再增大，还会将扶正器以下的钻柱压弯，甚至出现新的接触点，从而完全失去钟摆组合的作用!所以钟摆钻具组合在使用中必须严格控制钻压。

（3） 在井尚未斜或井斜角很小时，要想继续钻进而保持不斜，只能减小钻压进行“吊打”，由于“吊打”钻速很慢，所以这时多使用满眼钻具组合，仅在对轨迹要求特别严的直井（段）中，才使用钟摆钻具组合进行“吊打”。

（4） 扶正器与井眼间的间隙对钟摆钻具组合性能的影响特别明显，当扶正器直径因磨损而减小时应及时更换或修复。

3.2 满眼钻具组合控制井斜

从上述对井斜原因的分析可知，井斜的原因可归结为：钻头对井底的不对称切削； 钻头轴线相对于井眼轴线发生倾斜；钻头上侧向力导致对井底的侧向切削，我们防斜的措施就是要想办法克服这三个原因，满眼钻具组合就是这样设计的。

（1） YXY组合的结构

YXY组合一般包括四个扶正器，如图3所示，自下而上依次为：近钻头扶正器；中扶正器；上扶正器；第四扶正器。

（2） 满眼钻具组合的使用需要注意的问题：

在已经发生井斜的井内使用满眼钻具组合并不能减小井斜角，只能做到使井斜角的变化（增斜或降斜）很小或不变化。所以满眼钻具组合的主要功能是控制井眼曲率+ 而不能控制井斜角的大小。

使用满眼钻具组合的关键在于一个“满”字，即扶正器与井眼的间隙对满眼钻具组合的性能影响非常显著。在使用中应使间隙尽可能小。设计间隙一般为0.8―1.6mm。在使用中，因扶正器的磨损，间隙将增大。当间隙达到或超过两倍的设计值时，应及时更换或修复扶正器。

保持“满”的另一个关键在于井径不得扩大。这要求有好的钻井液护壁技术，但即使钻井液护壁技术不好，井径的扩大总要经过一定的时间才会发生。只要抢在井径扩大以前钻出新的井眼，则仍可保持“满”的效果。这就要求加快钻速。我国现场技术人员将此概念总结为“以快保满，以满保直”。

在钻进软硬交错，或倾角较大的地层时，要注意适当减小钻压，并要勤划眼，以便消除可能出现的“狗腿”。

4 结束语

钻井技术范文第4篇

关键词：欠平衡钻井；设备；压力控制；连续油管；防喷器

一、欠平衡钻井技术的定义及作用

目前，国内外关于欠平衡钻井的定义有以下几种：

API定义：钻井过程中主体产层流体可流入井眼，并可将其循环到地面，地面可有效控制。

ERCB的定义：设计钻井液柱压力低于产层压力，若液柱压力不够低时，在钻井液中加入空气或氮气，较低液柱压力必然引起地层流体流进井眼，并且这种地层流体必须循环出地面，并在地面进行控制。

CNPC的定义：地层流体受负压差的作用，向井筒内连续流动的条件下，所进行的有控制的钻井过程。

欠平衡钻井的基本概念有多种表述，无论哪种表述都包含以下两个主要方面，即：第一，井筒环空中循环介质的当量循环密度一定要低于所钻地（储）层的孔隙压力当量密度，这个差值即为欠压值。第二，地层流体一定要有控制地流入井筒，并把它循环到地面再分离出来。通俗称欠平衡钻井技术为“边喷边钻”，关键是在钻井过程中使地层流体连续进入井筒，因此欠平衡钻井技术的实质就是二次井控技术。因此它是不同于常规钻井的存在一定技术风险的新型技术。

欠平衡钻井在勘探开发中的作用主要体现在：

（1）在油气勘探上，欠平衡钻井技术可以提高低压、复杂岩性、水敏性、裂缝性等类储层油气的发现和保护，因此，对于油气勘探来说它是一种油气层识别技术；

（2）在油气开发上，欠平衡钻井技术可以通过有效地保护储层，提高单井产量，降低开发综合成本。因此，对于油气开发来说它是一种油气层保护技术；

（3）在工程上，欠平衡钻井技术可以解决低压地层漏失问题，提高机械钻速、减少压差卡钻。因此，对于钻井工程来讲，它是二次井控技术、保护油气层钻井技术、防漏技术和提高机械钻速的方法。

二、欠平衡钻井装备

欠平衡钻井所用的地面常规装备有：氮或压缩气供应装置、容 积小且压力大的注液泵、液-气混合管汇、节流管汇、钻屑或钻井液取样器、化学剂注射泵、采油分离系统和自动燃烧气体系统，以下是国外目前比较先进的专用装备。

1、高压旋转分流器-防喷器系统

又称旋转防喷器(BOP)。国外有好几个厂家都有专利产品，其中美国Williums工具公司生产的旋转防喷头使用最多，压力级别最为齐全。该公司供应的高压系统有7000型和7100型两种：7000型的静试验压力为21MPa，工作压力为10.5MPa；7100型包括旋转控制头总成、热传递-装置、遥控监控台和遥控防爆电源设备。旋转控制头总成壳体试验动压力可达70MPa，静压力为35MPa，工作压力为17.5MPa。

2、液流导向系统

国外研制了一种电磁阀导向系统，可增加钻深。马达被设计成一种金属对金属的叶片，采用非弹性体制成的正容积马达，不会由于失速而使转速过快。

3、地面分离系统

2006年前后，国外加强了地面分离系统研制，包括压力额定值为35MPa的地面分离装置、自动节流系统及各种分离器，这些设备可处理大量液体、岩屑和钻井液。此外，有一种密封循环分离器，每天可处理566336立方米容量的液流；还有一种高效小型分离器，适用于近海地区。委内瑞拉Mamdbo湖有一口近岸井，为了降低化学剂成本，首次使用密封循环地面分离系统，还使用配有全套连续油管的驳船和2000bbl（原油标准桶）容量的泡沫装置。泡沫循环液密度降低到179.74～359.4千克/立方米，在分离后，泡沫可再循环使用，以降低配制化学剂和水的成本。

4、隔水管帽(Riser Cap)旋转防喷器系统

一种回流装置，所用主要设备是旋转控制头，装在水上隔水管顶部，可代替隔水管系统的滑动接头、球形接头和分流器。将高压软管接到旋转控制头双流管出口端，可提高井控能力，防止钻井液流失。高压机械密封置装于钻台下面的钻杆与隔水管之间，钻井液通过软管回流井下。

5、实用隔水管(Virtual Riser)装置

该装置包括旋转控制头、封隔器―锁定总成和环形压力控制―排放系统三大部件，其中封隔器―锁定总成是一个经改进的直径508mm可膨胀套管封隔器，起到控制头及井口下面套管间的压力密封作用。其元件是一个3m长的密封，置于660.40～914.40mm套管里面，用遥控船可遥控该封隔器。

6、地面数据采集系统

欠平衡钻井时，要测量并记录压力、速度、气含量、液含量和温度，并实时显示这些数据，避免出现过平衡和井喷现象。该系统可在钻井作业时，通过与现有钻井控制与监测系统接口，提供实时信息，还可与动态多相流量模型接口，允许将实际参数与计算参数加以比较。

三、欠平衡钻井设计

1、欠平衡钻井取得成功的关键

欠平衡钻井要想取得成功必须做到以下几点：完全搞清楚油藏和地质情况；选择合适的欠平衡钻井技术；合理的设计与多相流计算机模拟和制定应急计划。

2、欠平衡钻井参数设计

参数设计主要体现在以下几点：气体钻井主要是设计携带岩屑所需要的最小气体流量；雾化钻井主要是设计携带岩屑和液体所需要的气体流量；泡沫、充气钻井设计气体流量和液体流量；溢流钻井主要是设计钻井液密度和气体、雾化、泡沫和充气要用多相流软件设计。

多相流流动模型：常用的模型有均相流模型、分相流模型和漂移流动模型等；气体、雾化、泡沫钻井采用均相流模型，即气、液两相的运行速度相同；而充气、溢流钻井采用漂移模型，漂移模型考虑了各相之间的相互作用和相对运动，即气相滑脱速度和油相的漂移速度。

四、对国内欠平衡钻井技术的建议

1、进一步研究欠平衡钻井工艺技术

虽然国内对欠平衡钻井技术已进行了一些理论上的研究，并已取得一些研究成果，但是，研究的范围较窄，过去的研究工作，主要放在自然形成欠平衡条件下的边喷边钻技术上，其它方式的欠平衡钻井技术，如使用空气、氮气、泡沫、充气钻井液进行欠平衡钻井，还很少涉及到，或者还没有深入地涉及到，所以需扩大研究内容。

2、加强国内欠平衡钻井设备系列配套的研制

随着欠平衡钻井技术的发展，开发出了一些较先进的欠平衡钻井地面设备，如旋转防喷器（额定的动密封压力已达17.5MPa）、闭式四相分离处理系统等，这为安全、有效地欠平衡钻井提供了必要条件，有些设备国内有些油田已引进。而国内也早在1980年代就开始进行研制旋转防喷器和钻井液/气体分离器，但这些设备在某些设计结构上及技术指标上，与国外相比，还有一些差距，因此，还需在吸收国外设备先进技术的基础上，加强国内的研制工作，使其系列配套，满足欠平衡钻井的需要。

钻井技术范文第5篇

关键词：高职；钻井技术专业；钻井模拟培训系统；实训教学

中图分类号：G718 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2013）07-0171-02

高职钻井技术专业的培养目标是具备石油与天然气钻井专业理论与实际操作基本知识和基本技能，可在石油与天然气勘探开发生产一线从事钻井、完井、试油及井下作业等生产技术和管理方面工作的高技能应用型人才。

该类专业是实践性很强的专业，学生通常在接受了一定的理论知识后，通过相应的实训和实习来锻炼素质和培养自身技能。所以，实践教学是该专业教学的一个重要环节。但实践教学也是目前教学的薄弱环节，主要体现在学生实践经验缺乏、工程意识淡薄、技术及原理讲解困难等方面。

目前，高职钻井技术专业在实践教学的组织上，采用的方法主要有案例教学、课程设计教学、校内实训教学和校外实习教学，其中校内实训教学主要采用仿真模拟教学方法。仿真模拟可以分为物理模拟和计算机模拟两大类，物理模拟主要通过对实物模型的观摩认识、讲解说明、模拟演示、拆装练习等方式完成实训，它的优点是直接、形象、易信，但模型受限、易破坏、难以重用。钻井模拟培训系统属于计算机模拟。计算机模拟在实践教学中有很多优势，它可以模拟先进的工艺措施、仪器设备，而且可以重复演示、反复使用，这种模拟是多方面、多角度的。

高职钻井技术专业钻井模拟培训系统的特点

钻井模拟培训系统能够创造出一种以锻炼受训者专业实践技能为目的，与钻井施工现场非常相似的模拟实训环境。受训者在该环境下进行实践操作，能强化他们对理论知识的理解和掌握，同时也能提高他们将理论转化为实际应用的能力。以西南石油大学计算机学院开发的DS-7B钻井模拟培训系统为例，该系统提供了钻井现场共23种工况的模拟，每一种工况按照现场施工预先设计了操作程序，受训者必须按照现场的操作程序一步一步地进行操作才能够完成相应的工况。而在完成每一种工况的操作过程中，受训者需要不断思考自己所学的钻井工程理论知识，不断尝试每一个步骤的操作。DS-7B钻井模拟培训系统的绝大多数操作和真实钻机完全相同，司钻操作台、司钻关井控制台、远程控制系统等设备都是按照一比一的比例仿真实钻机设计，操作者有完全真实的操作体验和感受。钻井模拟培训系统的优点如下。

经济性 对像钻井施工这种设备复杂、耗材多的大型工程项目，若使用真实的钻机进行现场实战性培训，其费用是相当惊人的。而钻井模拟器的使用可以使受训者在最终接受实战训练前，对钻井施工中的各种工况进行反复练习，达到相当的熟练程度，并大大减少实战培训的次数和恶性事故发生的几率可以极大地减少费用。

可重复性 对于钻井施工人员来说，除了熟练掌握常规钻井技术和操作外，对突发性事件也需要进行快速的判断和处理。在实际钻井中，突发事件的发生应是尽量避免的。而如果使用钻井模拟器，则可以重复性地模拟各种突况，使受训者有足够的机会接受突发事件的挑战。

高效性 在具体操作训练中，钻井模拟培训系统省去了对材料、仪器、设备的准备过程，操作完成后，也节省了回收时间。学员可以轻松地对操作过程初始化，有些实际操作只需要按一个按钮就能完成，这极大地提高了培训效率。

直观性 钻井模拟培训系统通过大量动画直观再现钻井工艺过程和原理。在DS-7B系统中，可以看到环形防喷器和闸板防喷器开关井的动作，可以看到钻头在地层中钻进的情形。在压井过程中，可以看到压井液循环的情形和立管压力、套管压力变化曲线，而这些在实钻现场都是看不到的。

可普及性 由于钻井模拟培训系统主要是通过计算机程序结合一些硬件设备来完成相应操作的，它不受实际钻机设备和材料的影响，也不受时间和环境限制，因此可以在任何油田企业或职业教育培训部门安装应用，具有很好的推广普及性。

钻井模拟培训系统实训教学法的实施

制定钻井模拟实训计划 教师在授课之前应根据高职钻井技术专业人才培养方案和《钻井施工技术》课程标准制定钻井模拟实训计划，实训计划包括实训科目及要求、计划及进度、课时分配、重难点、时间及地点等内容。然后，根据实训计划制定课表并告诉学生相应的安排。

钻井模拟实训教学的具体方法 （1）观摩认识。学生第一次接触钻井模拟培训系统时，应该先对整个系统作一个初步了解，内容包括了解系统各部分的名称和组成、各部分的作用和工作原理、系统的工作原理、操作注意事项、开关系统的步骤、初始状态的调节、简单故障的处理等。这些内容可以减少学生在后续实训中遇到的麻烦。（2）理论讲解。每一个工况实训之前都应有讲解说明，讲解内容包括该工况最基本的原理，操作时的准备工作、操作步骤、注意事项等。以DS-7B钻井模拟培训系统为例，在模拟正常钻进条件下的关井工况时，必须讲清楚什么是关井，为什么要关井，关井的原理是什么，关井要用到哪些设备，“四七”动作是如何进行关井操作的，关井的准备工作和注意事项有哪些。这些内容可以消除学生在实训操作时的许多疑问。（3）操作示范。理论讲解完毕并基本理解之后，由教师对具体的工况进行操作示范，操作示范可以重复2～3次，在操作示范中对每一个操作步骤进行详细讲解。操作示范必须严格按照模拟器操作使用指导书进行规范操作，这可能需要教师在上课之前做较长时间的准备。（4）操作训练。操作示范之后，由学生进行尝试性操作，也就是操作训练，这个过程持续的时间比较长，原则是要保证每名学生都有充分的时间来熟练每一个工况的操作，同时注意操作的规范性和准确性。在学生操作过程中，教师要注意与学生的交流互动，对出现的问题进行及时解答并参与探讨。（5）操作点评。所有学生操作训练完成之后，要进行操作点评，当然可以针对某一名学生的情况进行点评，或者对多数学生的共同特点进行点评，指出其操作的可取之处和需要努力改进的方向。（6）实训考核。实训考核是校内实训教学一个很重要的环节。DS-7B钻井模拟培训系统设计的考试系统，将实训考核变得简单方便。可以预先在主控机上将培训模式设置成考试模式，这样每个学生在操作完毕之后，计算机就会对他们的操作给出相应的成绩。

钻井模拟实训教学的实施 以DS-7B钻井模拟培训系统为例，它共设计了23种工况的模拟，这些工况可以概括为6大类，分别是下钻操作、起钻操作、钻进操作、事故及复杂处理、关井操作和压井操作。在实训教学中，可以将这6大类工况分为6个项目或6个情境进行组织和实施，每一个项目作为一个独立的教学单元，有教学目的和要求，教学重点和难点，教学方法和实施步骤，教学效果的评估等。实训教学最好能与《钻井施工技术》课程进度相适应，在学生掌握一定专业知识的基础上，重点讲解和训练每一个项目中的一两种工况，其余的工况可以作为课外延伸的内容让学生自己思考和探索，从而有助于他们综合能力的提高。

钻井模拟培训系统的应用效果

钻井工艺过程变得更直观 DS-7B钻井模拟培训系统的所有操作都是通过动画展现在受训者面前的，这些动画形象地展现了现实的场景、设备动作、人员操作、施工过程，再结合逼真的音响效果，使复杂的钻井工艺过程变得一目了然。

钻井工艺操作变得更现实 DS-7B钻井模拟培训系统的绝大多数操作和现场是完全一致的，而且很多设备也是按照一比一的比例设计的。比如，刹把的外形和手感、指重表的反映、离合器的操作都和真实钻机完全相同。这样，学生就有更多机会接触并感受钻井工艺的操作。

钻井工艺理论变得更有趣 对于一些复杂抽象的钻井工艺理论，单向和被动的接受通常会使人感觉乏味和无趣。DS-7B钻井模拟培训系统可以充分调动人的各种感官和肢体动作，同时结合大脑的记忆、分析、联想和决策，将所学复杂抽象理论应用到实际中，这样就使学习变得更有趣味。

钻井工艺课程教学变得更有效 钻井模拟培训教学具有很好的交互性，学生在培训中完全沉浸在模拟器所设置的钻井场景中，与虚拟环境之间有多维信息交互作用。学生在定性和定量综合集成的虚拟环境中，可以获得对操作对象的感性和理性认识。

钻井模拟培训系统发展展望

钻井模拟培训系统还在不断的发展和完善中，其发展趋势有以下三方面。

精细化 DS-7B钻井模拟培训系统主要模拟带顶驱的电动钻机在陆地钻井时的相关操作，随着钻井技术的发展，各种钻井新技术不断出现，各种钻井新设备不断应用，这就需要更为精细的钻井模拟设备和程序来完成相应模拟。

智能化 DS-7B钻井模拟培训系统将具体的钻井操作设计成了一系列固定的程序，这些程序的智能化程度还不是很高，不能完全按照钻井现场的操作进行训练。如果能够将这些程序变得更智能化，使它们模拟的场景和现场完全一致，就可以进一步提高培训的效率。

网络化 DS-7B钻井模拟培训系统属于单机版培训系统，不能在线升级，也不能提供其他网络服务。如果钻井模拟培训系统能够和互联网结合起来，通过网络实现网上模拟、更新、升级等，模拟培训功能将会变得更强大。

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