钻井方法及原理是什么？

1　人工挖井方法

1973年出土于浙江余姚县的河姆渡古井是世界上目前已知的最古老的水井，经14C测定表明它是5700多年前的产物。

挖掘井阶段大约从远古到西周末年，我们的祖先用原始的工具，诸如石铲等手工挖井，井的深度很浅。在公元前15世纪前后我国的甲骨文中就出现有“井”字。

2　冲击钻井方法

冲击钻井方法经过了三个阶段，即顿钻大口井阶段、顿钻小口井（卓筒井）阶段和机械顿钻阶段。

1）顿钻大口井阶段

最初的顿钻设备，主要由“踩架”和井架组成。“踩架”上有碓板，碓板一端悬挂着钻头，它是直接钻凿岩石的工具；碓板另一端供人踩踏，使钻头反复上提、下顿，产生冲击运动。

2）顿钻小口井（卓筒井）阶段

从北宋开始，我国古代钻井技术又有了新的发展。一是顿钻大口井发展为顿钻小口井。当时把口径只有“碗口大小”的小口井称为卓筒井，卓筒井地面设备、井身结构示意图如图6-11所示。

图6-11　卓筒井地面设备、井身结构示意图

3）机械顿钻阶段

从19世纪中叶到20世纪初是用钢铁工具和设备，用蒸汽机作动力，进行冲击钻井的近代顿钻阶段，也称机械顿钻阶段。1842年，蒸汽动力用于石油钻井；1859年，德雷克使用蒸汽动力的绳式顿钻钻机钻出第一口具有商业开采价值的油井。绳式顿钻钻机此后独占主流，20世纪初被旋转钻机所取代。机械顿钻与卓筒井技术一脉相承，是在中国人的原创技术上，应用工业社会的成果发展起来的。

3　旋转钻井方法

石油钻井是在钻头上给所钻的地层加一定的压力，使钻头的牙齿嵌入地层，然后旋转钻头，利用旋转钻头的扭矩来切削岩石，并用循环的钻井液将岩屑带出井眼，以保证持续钻进。

转盘旋转钻井示意图见图6-12，石油钻井的地面配套设备称为钻机，石油钻机是由多种机器设备组成的一套大功率重型联合工作机组，它的每一种设备和机构都是为有针对性地满足钻井过程中某一工艺需要而设置的，整套钻井设备由六个系统组成：

图6-12　转盘旋转钻井示意图

1—天车；2—游动滑车；3—大钩；4—动力机；5—钻井泵；6—空气包；7—钻井液池；8—钻井液槽；9—旋流除砂器；10—钻井液振动器；11—表层套管；12—钻杆；13—钻铤；14—钻头；15—井眼；16—防喷器；17—转盘；18—绞车；19—方钻杆；20—水龙头

（1）动力系统。

钻井好像是一座流动性大的独立作业的小型工厂。钻机所需的各工作系统大多数是用柴油机作发动机，通过变速箱直接驱动或由柴油机发电来驱动钻井设备的。动力系统的作用是产生动力，并把动力传递给钻井泵、绞车和转盘。

（2）起升系统。

起升系统主要用来起升、下放或悬吊钻柱、套管柱等，主要完成起下钻、接单根和钻进时的钻压控制任务。这个系统主要由井架、天车、游车、大绳、大钩、吊环及绞车等组成。一般用最小的提升速度和最大的负载来确定提升系统的能力。

（3）旋转系统。

旋转系统主要由转盘、转盘变速箱、水龙头、方钻杆组成，主要功能是保证在洗井液高压循环的情况下，给井下钻具提供足够的旋转扭矩和动力，以满足破岩钻进和井下的其他要求。旋转系统还有接、卸钻柱和钻具的功能。

（4）循环系统。

钻机循环系统最主要的功能是在钻进中通过循环洗井液从井底清除岩屑、冷却钻头和润滑钻具。钻机循环系统主要包括钻井泵、钻井液净化装置（固相控制设备）和钻井液槽、罐等。整个循环系统的中心设备是钻井泵。

（5）气控系统。

气控系统主要包括控制面板（控制机构）、传输管线和阀门、执行机构（如气动离合器、气缸和气马达等）以及压风机等。气控系统的功能是确保对整个工作机构及其部件的准确、迅速控制，使整机协调一致地工作。

（6）井控系统。

在整个钻井作业过程中，井控系统要对井下可能发生的复杂情况进行控制和处理，以恢复正常作业。井控系统包括四个主要部分：防喷器组、储能器机组和防喷器组遥控面板、节流管汇、压井管汇。

如果只是钻井的话，海上不知道，但是在陆地上钻井工作区域可以分为钻台，机房，发电房，如果是电动的话，就是机电房，泥浆灌区，泵房这向个大类，要是细说设备可多的
机房：柴油机，发电机，VFD房，压风机，气瓶等
钻台：绞车，转盘，风动绞车，B型钳，液压盘刹站，液气钳，机钻房及各种仪表等等
泥浆罐区：罐，搅拌器，振动筛，除砂除泥器，加重泵，剪切泵，液面尺，砂泵等等
泵房：主要是泥浆泵及地面管汇，
此外还有井控装备，及井下工具及钻井工具，东西太多就不一一例举了，你可以上网搜，
至于最快，最好的时间完成钻井，呵呵 ，这个不好说，总的来说一个原则不要出事，只要不出井下事故复杂，一般都还可以，另外就是选用好工具，至于工具选择除了钻头，其它的都是公司会根据情况配的，井队只是用就行了，因为选择工具关系到费用的问题，像国外的就要比较国内的好处很多，时间可能是国内使用时间的二倍，三倍，可是费用也很高，一般有时候用不起。最后多了解邻井的情况，看看别人是怎么干的，心理有个底，这样的话，一般也不会慢。

这个问题简单地说——钻进时，高压泵不断地循环钻井液，以最及时的速度将井底钻头破碎的岩屑和地层中的物质（包括水、石油、天然气、H2S等）携带返出地面，录井工作人员就开始录井了，录井的工具主要是录井仪（像雪狼仪SW），录井的项目包括1、荧光录井：对返出的岩屑进行荧光的照射，如果地层中含有油气，岩屑中的就会发光，一般发光的颜色有淡，暗等。2、岩屑录井：由地质工在钻井液返出的振动筛处捞取岩屑并清洗返出的岩屑，烘烤岩屑，然后将岩屑装入百格盒中，由地质员描述岩性。3、气测录井：在钻井液返出口处，录井工作人员将一台脱气器放在该处，脱气器将脱出的气体通过管线输送到气谱发生器，这台仪器可以很快地分析钻井液中气体的含量，气体的成分是甲烷，乙烷，还是丙烷。4、钻井液录井：主要是分段测量钻井液的密度和粘度。
通过以上录井工作就可以定性地判断储层、分析储层流体的性质从而定性地判断油层、水层、还是气层、干层、油水同层等等。
录井工作和钻井工作一样都必须在现场及时地收集第一手资料，目前国内的录井技术主要还是上述所说的内容，工作环境一般都是在比较荒凉、沙漠的野外。录井时间和钻井时间差不多，在野外干得时间长了难免寂寞！

随着现代检测技术、计算机及其软件技术的飞速发展，目前采集与传输地表钻进参数并不困难。前苏联СГ-3超深井钻探的实践证明，当井深超过5km时地表测得的钻头和井底动力机工作参数的准确性明显下降，因此必须直接对井底钻进参数进行检测。

121 井下数据采集的方式及仪器

整个井下数据的检测过程主要以信号流的形式出现，包括信号的采集、信号的转换、信号的处理与显示。测量不同的物理量，须采用不同的传感器，常用的井下参数测量传感器包括：

1）温度传感器：主要用热敏传感器和热电阻抗震传感器。

2）压力传感器：国际石油界把石英晶体压力计作为行业压力测量标准。

3）工具面向角、顶角（井斜角）和方位角传感器：主要用三轴磁通门磁强度传感器和三轴加速度传感器。

4）地层参数传感器：主要有伽马测井、电阻测井和电磁测井等抗震传感器。

近年来国内外迅速发展的随钻测量（MWD）和随钻测井（LWD）技术已把上述井下参数传感器及其后续的信号转换、处理与传输功能集成于一体，可实现钻进过程中实时地采集和传输井下参数。

目前处于国际领先地位的随钻测量（MWD）仪器厂家及产品如表12所示。

表12 处于领先地位的随钻测量厂家及产品

122 井下数据传输的方式及仪器

按井下信号向地表传输方式的不同可把仪器分为“井下存储”和“直接传输”式两类；向地表“直接传输”的通道又分为“有线”、“无线”两大类。目前可用的“无线”传输通道包括：泥浆脉冲、声波和电磁波通道（如表13所示）。由于声波方式目前很少在生产中应用，故下面主要介绍其他传输方式。

表13 孔底信号传输通道类别

（1）井下存储方式

不实时将采集的数据传输到地面，而是将这些数据保存在SD卡内。每个回次结束后起钻读取数据，或通过自浮式仪器将存储的数据读取到计算机中，从而可节约升降钻柱的大量辅助作业时间。

为保证井下数据采集的可靠性，德国KTB科学钻探工程在采用泥浆脉冲方式传输数据的基础上还准备了备用方案：在井下仪器中安装一个存储器，不断记录钻井过程中传感器测量的数据，待提钻后将仪器存储器中的数据导入计算机，实现井下数据的回放与存储。

中国CCSD-1科学钻探工程也是采用井下存储方式。

（2）有线随钻传输方式

有线方式在钻进过程中通过铠装电缆把井下测量参数传至地表，具有成本低、对冲洗循环系统要求低、数据传输准确、可直接向井下供电和响应性好等优点，但电缆会影响正常钻进过程，加接钻杆耗时长。

（3）泥浆脉冲随钻传输方式

泥浆脉冲信息传输方式有压力正脉冲、负脉冲和连续脉冲3种形式，最大信号传输井深8000m左右。其信号形成机理及工作特点见表14所示。常用泥浆脉冲式随钻测量仪如表15所示。

表14 三种泥浆脉冲信号的产生方式

俄罗斯的СГ-3超深井和德国KTB科学钻探工程，均使用泥浆脉冲发射器将经过处理并编码的信号传至地表，地表信号接收器接收信号并对信号进行解码，从而获得井下测量数据。俄罗斯采用井底发电机向泥浆脉冲器供电，并引入“所需功率系数K”以评价深井随钻测量的能耗。考虑到设备的可能性和15000m深处所需液力条件，系数K应不超过5%。

科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（下册）

式中：Nr为井底发电机所需水马力；N为泵的水马力。

表15 常用的泥浆脉冲式MWD仪器一览表

德国KTB为减少井深对泥浆脉冲信号的影响，当钻进到较深井段时，通过延长泥浆脉冲的时间间隔来实现井下数据的传输。由于井下温度高，KTB主要通过井下发电机供电，同时有锂电池供电备用方案。

（4）电磁波随钻传输方式

采用电磁波传输孔底信号是近年来发展起来的一种无线随钻测量技术。其优越性在于：①可在泥浆、气体、泡沫等任何冲洗液中使用；②停钻、停泵时仍可传输数据；③可在滑行钻进和转盘钻进中使用（有线方式只能在滑行钻进中使用）。但深孔（＞4000m）条件下信号受地层电阻率影响大。

俄罗斯的ZTS型电磁波随钻测量仪主要技术参数如表16所示。

表16 俄罗斯ZTS电磁波随钻测量仪主要技术参数

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