第七章采油工藝基礎(chǔ)

鉆井是石油開發(fā)最主要的手段之一。通過鉆井才能證實(shí)勘探地區(qū)是否含油以及含油多少;

通過鉆井才能將地F的油氣開采出來。鉆井技術(shù)水平不僅直接影響到勘探的效果和油氣的產(chǎn)

量，而且關(guān)系到油田開發(fā)總成本的高低(鉆井成本一般占勘探階段成本的30%?80%,占油氣

田開發(fā)階段投資的50%?80%)。因此，提高鉆井技術(shù)水平和鉆井效率，降低鉆井成本，對油

氣田開發(fā)具有重要意義。一個(gè)國家擁有的鉆井設(shè)備數(shù)量、年鉆井進(jìn)尺、鉆井口數(shù)往往是衡量

這個(gè)國家石油開發(fā)水平的重要標(biāo)志。海上鉆井方法及工藝技術(shù)和陸地鉆井基本相同，所不同

的是在海洋環(huán)境中，需隔著巨大水體作業(yè)而有其特殊性。

第一節(jié)鉆井與完井

一、石油鉆井方法

(-)石油鉆井的分類

石油鉆井按鉆井的目的分為勘探井和生產(chǎn)井；按井身軸向角度分為垂直井和定向井，定

向井包括斜直井和水平井：按鉆井的環(huán)境條件分為陸地鉆井和海洋鉆井，海洋鉆井又按鉆井

裝置分固定鉆井和浮式鉆井等。

1.勘探井和生產(chǎn)井

(1)勘探井

勘探井是以獲取地質(zhì)資料為目的而鉆的井，包括地質(zhì)井、評價(jià)井、探邊井等。勘探井一

般都打垂直井。鉆井過程中，山于地層情況不明，又要取巖心，測井取地質(zhì)資料，與生產(chǎn)井

相比，往往鉆井時(shí)間長、費(fèi)用高。海上一般用活動(dòng)式鉆井裝置打勘探井。

(2)生產(chǎn)井

生產(chǎn)井又叫開發(fā)井。它是在油田開發(fā)階段為油氣生產(chǎn)而鉆的井.包括油(氣)井、注水井、

觀察井等。鉆生產(chǎn)井過程中，山于一般不取巖心，且地層情況清楚，所以鉆井速度快、費(fèi)用低。

2.定向井

石油鉆井中除垂直井外、按設(shè)計(jì)方位打的井都稱為定向井，包括水平井和斜直井。隨著

定向鉆井技術(shù)的發(fā)展和完善，80年代以來朝著大斜度井、大水平位移和鉆水平井方向發(fā)展。

1999年春，法國道達(dá)爾公司(TOTAL)在阿根廷，創(chuàng)海上鉆井水平位移達(dá)10585米的世界記錄。

(1)水平井

水平井是90°的定向井。由于水平井能增加開發(fā)油層的裸露面積，提高油層的產(chǎn)油量和

油田的采收率，所以水平井技術(shù)從80年代開始發(fā)展起來。我國自渤海BZ28-1油田成功地鉆

出一口水平井后，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用到海上油田開發(fā)中。

(2)斜直井

斜直井也是定向井的一種，鉆這種井采用專用的斜井鉆機(jī)，通過井架機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)鉆井角

度和方位，從井口至井底保持同?斜角。用這種鉆機(jī)與常規(guī)直井鉆機(jī)打定向井相比，其優(yōu)點(diǎn)

是容易定向、操作方便、鉆進(jìn)速度快，它代表了新一代鉆井沒備的發(fā)展趨向。我國勝利油田

在堤島油田開發(fā)中，首次引進(jìn)斜井鉆機(jī)打生產(chǎn)井。

海上油田在開發(fā)時(shí)只建立為數(shù)不多的幾個(gè)平臺(tái)。因此，往往要在一座平臺(tái)上鉆一定向井

簇，稱為從式井。井口間距離（井距）一般為2?3m,井簇中包括一垂直井，多口定向井，控制

地下一定出油面積。叢式井可以減少海上平臺(tái)的建設(shè)費(fèi)用，又便于油井的生產(chǎn)管理，所以廣

泛用于海上油田開發(fā)。美國加里福尼亞圣巴巴拉海峽的Gilda平臺(tái)，在一座平臺(tái)上鉆井共鉆了

96口井。我國鉆叢式井技術(shù)已達(dá)國際先進(jìn)水平，在海上油田開發(fā)中，均采用叢式鉆井技術(shù)。

如渤海堤北油田，在6km2油田面積上用兩座平臺(tái)鉆47口生產(chǎn)井。目前在陸上油田開發(fā)中，

為了少占耕地，便于油井集中管理，也推廣叢式鉆井技術(shù)。圖7-1為定向井示意圖。

圖7T定向井示意圖

（-）石油鉆井方法及鉆井工藝過程

目前石油鉆井普遍采用的是旋轉(zhuǎn)鉆井法。其主要工藝過程是：鉆進(jìn)、洗井、保護(hù)和加固

井壁、完井和試油。

1.鉆進(jìn)

鉆進(jìn)是給鉆頭足夠的壓力，使鉆頭牙齒破碎井底巖石。鉆頭接在鉆桿的下端，用動(dòng)力帶

動(dòng)鉆桿連同鉆頭旋轉(zhuǎn)，達(dá)到切削、研磨破碎巖石，加深井眼的目的。施加于鉆頭上的壓力（鉆

壓）是靠鉆柱的重量產(chǎn)生的。

鉆進(jìn)的快慢用鉆速表示：鉆速是單價(jià)時(shí)間里的鉆進(jìn)深度，一般稱之為機(jī)械鉆速，單位為

m/ho鉆進(jìn)快慢的另一種表示法稱鉆時(shí)，即單位進(jìn)尺所需的時(shí)間，單位為min/m。

在鉆井過程中，隨著井眼的加深，鉆桿要不斷接長，鉆頭磨損后要更換，鉆取的巖心要

提取，因此還要進(jìn)行接單根和起下鉆作業(yè)。

（1）接單根

鉆井時(shí)隨井眼的加深，鉆桿桿要接長。鉆桿柱是由每根長9m或12m的單根鉆桿接起來

的，每往下鉆一根鉆桿進(jìn)尺后，就要接入另一根鉆桿，這個(gè)接長鉆桿的操作過程叫接單根。

（2）起下鉆作業(yè)

鉆進(jìn)過程中，鉆頭磨損后要及時(shí)更換。更換鉆頭時(shí)，需要將井內(nèi)的鉆柱全部提出井口，

這種從井內(nèi)提出鉆柱的作業(yè)叫起鉆；鉆頭更換后，要用鉆柱將鉆頭送到井底，下放鉆柱的作

業(yè)叫下鉆。起鉆與下鉆總稱為起下鉆作業(yè)。在取心、測井作業(yè)或處理井下事故時(shí)也需要進(jìn)行

起下鉆作業(yè)。

2.洗井清除巖屑

鉆進(jìn)時(shí)鉆頭破碎井底巖石產(chǎn)生巖屑，如不及忖清除，就會(huì)使巖屑重復(fù)破碎，導(dǎo)致降低鉆

井效率。為此必須及時(shí)清除巖屑，此作業(yè)稱為洗井。洗井采用泥漿，泥漿一般是用水、粘土

和一定化學(xué)藥品配成的具有一定物理化學(xué)性能的溶膠懸浮液。

鉆進(jìn)和洗井是同時(shí)進(jìn)行的。鉆進(jìn)時(shí).，用泥漿泵將泥漿泵入中空的鉆柱內(nèi)，經(jīng)鉆頭流入井

底，沖洗井底，而后攜帶巖屑從鉆柱與井眼之間的環(huán)形空間返回平臺(tái)，在平臺(tái)通過泥漿凈化

系統(tǒng)把巖屑從泥漿中分離出來，再把凈化的泥漿泵入井內(nèi)洗井。這樣的循環(huán)使用，達(dá)到隨鉆

清洗井底清除巖屑的目的。

3.保護(hù)和加固井壁

在井眼形成的過程中，需要鉆穿各種巖層，這樣也就破壞了各巖層的平衡狀態(tài)。如鉆遇

不堅(jiān)固的沙礫巖層或破碎裂隙巖層時(shí)，井壁可能掉塊坍塌；在鉆遇高壓水層時(shí)，水就會(huì)大量

涌入井內(nèi)。沖淡泥漿影響鉆井，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生井噴事故；在鉆穿不同壓力的油氣層時(shí)，還會(huì)

發(fā)生油、氣、水泥在一起、影晌測取地質(zhì)資料的淮確性。為此，必須保護(hù)和加固井壁。主要

的方法有兩種。

(1)調(diào)整洗井泥漿的液柱壓力，使之略大于鉆穿該巖層需要的壓力。這樣可平衡地層的

壓力，防止井噴、井壁坍塌，隔離不同壓力的油、氣、水層。同時(shí)利用泥漿膠體化學(xué)性質(zhì)，

在并壁上形成一致密的泥皮(泥餅)保護(hù)井壁。泥漿的液柱壓力P是通過調(diào)整泥漿的密度P來達(dá)

到的，即P=PH,H為井的深度。

(2)在鉆進(jìn)過程中，如遇特別復(fù)雜巖層，或在打勘探井時(shí)因?qū)Φ貙訝顩r不清楚，用調(diào)節(jié)

泥漿密度和性能的方法難以保證鉆井順利進(jìn)行時(shí)，需要在井內(nèi)下鋼質(zhì)套管，在套管與井壁之

間用水泥封固，這一工作稱為固井。這種方法可靠性高，但要耗費(fèi)大量的套管。

在鉆井過程中，上述兩種方法可合用。在一般地質(zhì)條件下，盡可能采用合理的鉆井參數(shù)、

調(diào)整泥漿的性能來保證鉆進(jìn)，盡量少下或不下技術(shù)套管，以提高鉆進(jìn)速度和降低鉆井成本.

4.完井及試油

(1)完井

完井是使井眼與油、氣儲(chǔ)集層(產(chǎn)層、生產(chǎn)層)連通的工序。油氣井完井的工藝包括：

鉆開生產(chǎn)層、確定完井的井底結(jié)構(gòu)、安裝井底(下套管固井或下入篩管)、使井眼與產(chǎn)層連通

并安裝井口裝置等工序。完井關(guān)系到井的穩(wěn)產(chǎn)與高產(chǎn)。

(2)試油

試油是將油、氣從油氣生產(chǎn)后里誘導(dǎo)出來，并且測出油井產(chǎn)量及井口壓力等生產(chǎn)參數(shù)。

油井完成以后，石油和天然氣還不能自動(dòng)噴出井口。因?yàn)檫@時(shí)井眼及靠油層壁還充滿著泥漿,

井內(nèi)泥漿柱的壓力大于開采油層的壓力。當(dāng)打開油層后，由于部分棵露的油層浸泡在泥漿中，

堵塞了油層的孔隙，油層的油流不到井中。為此在試油時(shí)要用清水或油代替泥漿，以降低井

內(nèi)液柱壓力。只有當(dāng)液柱壓力低于油層壓力時(shí)，才能使油流向井中或噴出井口。如果降低液

柱壓力后，油仍流不出來，就要采取抽吸或酸化洗井，壓裂油層增大出油孔隙，將油從生油

層誘導(dǎo)出來。至此鉆井工作完成，可正式投產(chǎn)。

二、井身結(jié)構(gòu)及海上油井成井過程

(-)井身結(jié)構(gòu)

在海上建井，一口油井至少要下入三層套管(包括隔

水導(dǎo)管、表層套管和油層套管)，尤其是打勘探井，由于

地層情況不清楚，或者是打生產(chǎn)井遇到地層復(fù)雜、井深和

油層壓力大時(shí)，需要下入三層以上的套管，井身結(jié)構(gòu)如圖

7-2所示。下套管固井的費(fèi)用很高，因此在鉆井前要根據(jù)

鉆井的目的和地層情況，設(shè)計(jì)合理的井身結(jié)構(gòu)，如確定下

入套管的層次、每層套管的直徑、下入深度、固井套管外

水泥返回高度以及與之對應(yīng)的井徑和鉆頭直徑等，參看圖

2—18。根據(jù)套管的功用，可將其分為隔水

套(導(dǎo))管、表層套管、技術(shù)套管和油層套管。一般一

口油井除技術(shù)套管外，其余3種套管是必須下的。在打生

產(chǎn)井時(shí)，由于地層情況清楚，可采用優(yōu)質(zhì)泥漿，選擇合理圖7-2套管層次示意圖

的鉆井技術(shù)參數(shù)配合，以簡化井身結(jié)構(gòu)，不下或少下技術(shù)

套管；而對于深井、地層復(fù)雜的井和勘探井，則往往需要下入數(shù)層技術(shù)套管。

圖7-3海上油井井身結(jié)構(gòu)示例圖

井徑及鉆頭

套管名稱

直徑

井身結(jié)構(gòu)下套管的目的

套管直徑mm(in)X下入深度

mm(in)

m

?!!

1*.

*隔水導(dǎo)管隔離海水；

762(30)X海底以下40914鉆具導(dǎo)向；

(36)形成泥漿回路。

*表層套管

399.7(13的)X200444.5加固上部松軟地層；

(171/2)安裝井口裝置。

技術(shù)套管

244.5(9%8)X1500317.5加固井壁；

(121/2)

kt1隔離油、氣、水復(fù)雜地層；

保證定向井方向。

*技術(shù)套管根據(jù)巖層情況可下

數(shù)層，但應(yīng)盡雖少下或不下。

封隔不同壓力的油、氣、水層；

*

油層套管保證采油生產(chǎn)。

215.9

177.8(7)X3000*油井必須下入油層套管。

(81/2)

(-)海上油井成井過程

海上油井的成井過程如F：

1.下隔水導(dǎo)管，做好鉆前準(zhǔn)備

在鉆井平臺(tái)就位、鉆井機(jī)械設(shè)備調(diào)試完畢后，開始下隔水導(dǎo)管。隔水導(dǎo)管的功用是隔離

海水、控制鉆具方向和提供泥漿循環(huán)返閃平臺(tái)的通路。隔水導(dǎo)管采用直徑500mm以上的大直

徑鋼管，一般是螺紋焊接管。下隔水導(dǎo)管的方法有兩種。

(1)樁入法在固定式平臺(tái)打井時(shí)，導(dǎo)管架安裝固定好以后，按叢式井設(shè)計(jì)井位，由打

樁機(jī)逐一將隔水導(dǎo)管打入井位，擊入深度不小于40m,隔水管的高度位于平臺(tái)井口工作臺(tái)下

0.5m左右。隔水導(dǎo)管每根長度為10?20m。

(2)鉆進(jìn)法在浮動(dòng)式或活動(dòng)式鉆井平臺(tái)打井，先鉆出直徑914mm的井眼，鉆深在50m

左右，然后下762mm的套管固井，最后將井口基盤套人隔水導(dǎo)管，放入海底固定。如圖7-4

所示。

用小于隔水導(dǎo)管內(nèi)徑的鉆頭，在隔水導(dǎo)管內(nèi)鉆進(jìn)。如圖2—18所示，用直徑445mm鉆頭

在直徑762mm的隔水導(dǎo)管內(nèi)往下鉆進(jìn)，鉆過未成巖的第四紀(jì)地層，根據(jù)土層厚度或鉆定向并

造斜的需要，往往鉆入深度在100?1500m,然后下入表層套管，固井。習(xí)慣上將在隔水導(dǎo)管

中鉆進(jìn)稱為第一次開鉆，而把下隔水導(dǎo)管的工作稱為鉆前準(zhǔn)備工作。

下表層套管的目的：一是封隔地表第四紀(jì)未成巖的疏松土層；二是為了安裝井口裝置，

實(shí)行井控，防止井噴；三是為了以后順利鉆進(jìn)和便于定向井造斜。因此每口井必須下表層套

管，而且要求固井時(shí)水泥返至地面。

3.第二次開鉆，下技術(shù)套管

在完成下表層套管和固井工作后，安裝防噴器。在表層套管內(nèi)下入小一級的鉆頭，繼續(xù)

鉆進(jìn)，稱為第二次開鉆。如圖中，在339.7mm的表層套管內(nèi)下318mm的鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)，當(dāng)

鉆遇用泥漿難以控制且影響繼續(xù)鉆進(jìn)的地層時(shí).，需要下入技術(shù)套管（中間套管），其目的是隔離

復(fù)雜地層，加固井壁，保證定問井方向，以確保順利鉆達(dá)目的層。技術(shù)套管的下入深度，視

需要加固和封隔的地層深度而定，要求它必須穿過復(fù)雜地層，而且坐落在比較堅(jiān)硬穩(wěn)定的井

段上。固井時(shí)要求水泥返至被封地層以上100m,對于高壓氣井，水泥要求返至地面。

在一口井中，根據(jù)地質(zhì)情況和鉆井工藝需要，可下入一層或數(shù)層技術(shù)套管。但為了加快

鉆井速度，降低鉆井成本，在保證安全鉆進(jìn)的前提下，通過調(diào)整泥漿、優(yōu)化鉆井參數(shù)配合等

措施簡化井身結(jié)構(gòu)，爭取少下或不下技術(shù)會(huì)管。另外，在地質(zhì)條件不復(fù)雜、不太深的垂直生

產(chǎn)井中，一般般也可不下技術(shù)套管。

4.第三次開鉆，下油層套管

在下完技術(shù)套管固井后，仍裝好防噴器。用再小一號(hào)的鉆頭在技術(shù)套管內(nèi)繼續(xù)鉆進(jìn)，稱

為第三次開鉆。第三次升鉆鉆至設(shè)計(jì)井深后下入油層套管(生產(chǎn)套管)。如圖2—18中，在直徑

244.5mm技術(shù)套管內(nèi)，用直徑215.9mm的鉆頭，鉆至設(shè)計(jì)深度3000m,下直徑177.8mm的

油層套管。固井水泥返回高度以保證能封隔不同壓力的油氣層為原則，一般取開采層以上

200mo下油層套管的目的是加固井壁，封隔不同壓力的油、氣、水層，給油氣生產(chǎn)提供穩(wěn)定

的通道，確保采油生產(chǎn)的安全。因此，每口油井必須下入油層套管。

5.下油管、安裝采油樹、試油，鉆井完成

油層套管固井后，在油層套管內(nèi)下入油管。油管常用直徑為50mm或64mm。油管是汕

氣從井底流至井口的通道。下完油管在井口裝上采油樹。采油樹是控制油流生產(chǎn)的閥組。經(jīng)

試油確定油井的生產(chǎn)參數(shù)，至此一口油井完成，即可投入采油生產(chǎn)。

用固定平臺(tái)打生產(chǎn)井時(shí)，為了便于鉆井的集中管理，加快鉆井速度，一般采用將全部井

位鉆完固井后再集中進(jìn)行完井試油作業(yè)。

用活動(dòng)平臺(tái)鉆勘探井時(shí)，如打出的勘探井經(jīng)試油證實(shí)有開采價(jià)值，試完油后要密封井口，

安裝臨時(shí)性的井口保護(hù)裝置，撤走平臺(tái)，待油田進(jìn)入開發(fā)階段(或試采階段)，建好井口平臺(tái)將

井口回接到平臺(tái)上，轉(zhuǎn)為生產(chǎn)井；如果試油后證實(shí)無開發(fā)價(jià)值，則往井內(nèi)注入水泥封井，也

稱打水泥塞、撤走平臺(tái)。

(三)海洋鉆井裝置及主要設(shè)備

海上鉆井在工藝方面與陸地上基本相同，但由于由于鉆井裝置和海底井口之間存在著不

斷動(dòng)蕩著的海水，也出現(xiàn)了與陸地鉆井不同的地方。于是，形成了海上鉆井的特點(diǎn)：

(1)由于處在海上，受到海洋氣象、水文條件的影響，在風(fēng)、浪、潮、流、冰等自然荷載

共同作用下，海上鉆井環(huán)境相當(dāng)惡劣(見圖5)；

(2)海上鉆井對于“鉆井設(shè)備”的要求要高得多，要求建造一個(gè)能夠適應(yīng)上述各種惡劣條

件的安全的工作場所——海上井場(海上鉆井裝置)，以保證海上鉆井安全；

(3)由于鉆井平臺(tái)高出海面，要有一套特殊的通向海底的導(dǎo)引系統(tǒng)和井口裝置，以適應(yīng)泥

漿循環(huán)和鉆具起下以及井下復(fù)雜情況的控制；

(4)由于波浪起伏，鉆井裝置也會(huì)跟著運(yùn)動(dòng)，要有一套定位裝置和升沉補(bǔ)償裝置；

(5)海上腐蝕嚴(yán)重，要有一套防腐設(shè)備和措施。

由于以上這些主要特點(diǎn)，海洋油氣開采極大地依賴海上鉆井平臺(tái)，海洋石油的發(fā)展取決

于海上鉆井平臺(tái)的發(fā)展程度。可以說，海上鉆井平臺(tái)的水平就標(biāo)志著海洋石油工業(yè)的發(fā)展水平。

在海上鉆井時(shí)，不能直接將鉆機(jī)安裝在海里，需要有一個(gè)海上基地，以便安裝鉆機(jī)的各

個(gè)系統(tǒng)，配備相應(yīng)器材、物資和供人員作業(yè)及生活，這樣才能保證在規(guī)定的環(huán)境條件下穩(wěn)定

地進(jìn)行鉆井作業(yè)，并在數(shù)十年或上百年一遇的環(huán)境條件下具備生存能力，這個(gè)海上基地就叫

做海洋鉆井平臺(tái)。在海上鉆井離不了海洋鉆井平臺(tái)。

圖7-5海洋石油工程環(huán)境示意圖

（四）海上鉆井裝置

1.海上鉆井裝置的分類及性能

海上鉆井裝置，依其能否整體移運(yùn)，可分為固定式和移動(dòng)式兩大類；按照裝置的結(jié)構(gòu)特

點(diǎn)和工作時(shí)的狀況還可以細(xì)分如下：

表77各類海上鉆井裝置的優(yōu)缺點(diǎn)對比

分類名稱優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

1、鋼制導(dǎo)管架樁基固穩(wěn)定性好；不能移運(yùn)；

固定式鉆井定平臺(tái)海面氣象條件對缽井作業(yè)造價(jià)高，其成本隨水深而急劇增加；

平臺(tái)2、鋼和混凝土混合建影響小；適用水深有限。

造的混合式平臺(tái)可轉(zhuǎn)為采油平臺(tái)。

坐底式鉆井平臺(tái)鉆井時(shí)固定牢靠；工作平臺(tái)高度恒定不能調(diào)節(jié)；

移動(dòng)式鉆井完井后搬運(yùn)靈活。工作平臺(tái)面積不能過大，否則不易拖

平臺(tái)運(yùn)；

工作水深較淺，一般為20?30m。

白升式鉆井平臺(tái)、對水深適應(yīng)性強(qiáng)；、工作水深受腿長的限制，不適合于深

、穩(wěn)定性好。

在拖航時(shí)易受風(fēng)暴襲擊而受到破壞。

半潛式鉆井平臺(tái)穩(wěn)定性較好；T線高.

移運(yùn)靈活；

適用水深較深。

浮式鉆井船移運(yùn)靈活：穩(wěn)定性差；

停泊簡單；受海上氣象條件影響大。

適用水深大。

2.固定式鉆井平臺(tái)

固定式鉆井平臺(tái)是從海底架起的一個(gè)高出水面的構(gòu)

筑物，上面鋪設(shè)平臺(tái)，用以放置鉆井機(jī)械設(shè)備，可分鋼制

導(dǎo)管架固定平臺(tái)（見圖7-7）及鋼和混凝土混合建造的混

合式平臺(tái)兩種，兩者的結(jié)構(gòu)基本一致。目前，比較典型的

固定式鉆井平臺(tái)是鋼制的獨(dú)立導(dǎo)管架樁基平分。

3.坐底式鉆井平臺(tái)

由于海洋石油開發(fā)事業(yè)的發(fā)展，在勘探初期，采用固

定式平臺(tái)進(jìn)行鉆探很不經(jīng)濟(jì)。因此就要求能設(shè)計(jì)出一種既

能鉆井又能移動(dòng)的海洋鉆井裝置。坐底式鉆井平臺(tái)（圖

7-8）就是其中的一種具有沉墊（浮箱）的移動(dòng)平臺(tái)，打井

時(shí)座在海底，打完井后要能浮得起來，然后再拖到新的井

位下沉打井。

坐底式鉆井平臺(tái)上部工作平臺(tái)靠管柱支撐在沉墊（浮

箱）上，總高度大于水深，山沉墊、工作平臺(tái)、中間支撐

圖7-7鋼制導(dǎo)管架固定平臺(tái)

三部分組成。沉墊又稱浮箱，其中裝有充水和排水的水泵,

利用充水排氣和排水充氣的沉浮原理來控制工作平臺(tái)的沉、浮或上升。鉆井時(shí)，沉墊中注水,

平臺(tái)下降，沉墊坐到海底。完井后，沉墊排水充氣，平臺(tái)升起，以便拖航。

圖7-8坐底式鉆井平臺(tái)

4.自升式鉆井平臺(tái)

自升式鉆井平臺(tái)是一種具有自行升降樁腿，并將樁腿插入海底而穩(wěn)定地坐于海底的平臺(tái)。

平臺(tái)上可安放鉆井設(shè)備、器材等；樁腿則插到海底并通過特殊的升降機(jī)構(gòu)將平臺(tái)支托于海面

之上，以進(jìn)行正常鉆井。完井后，通過升降機(jī)構(gòu)，可將平臺(tái)降到水面上，并將大腿拔離海底,

進(jìn)行拖航移運(yùn)。到新井位后，通過升降機(jī)構(gòu)，先將大腿插到海底，后使平臺(tái)沿大腿逐步上升

離開海面一定高度，并固定住，從而繼續(xù)鉆井。見圖9。

自升式鉆井平臺(tái)一般由樁腿和工作平臺(tái)兩部分組成。樁腿可分成桁架型和圓柱型兩種。

就位工作時(shí)它插在海底，搬遷時(shí)將它從海底提起，樁腿上有升降機(jī)構(gòu)。工作平臺(tái)本身是個(gè)

駁船甲板，用以安放鉆井設(shè)備，并為工作人員提供工作和休息的場所。搬遷時(shí)，靠它的浮力

使平價(jià)浮在水面上。

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第桂髭一旅日升式平臺(tái)uwHiwn開乂f自

圖7-9各類自升式鉆井平臺(tái)

5.半潛式鉆井平臺(tái)

半潛式鉆井平臺(tái)，又稱“支柱穩(wěn)定平臺(tái)”，它是在坐底式鉆井平臺(tái)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

它的結(jié)構(gòu)與坐底式基本相似，下部為一浮筒構(gòu)架，上部為平臺(tái)，如圖10所示。它與沉底式不

同之處在于：它在工作時(shí)不是座在海底，而是像船體一樣漂浮在海面上。當(dāng)水深較淺時(shí)，半

潛式平臺(tái)的沉墊（浮箱）直接坐于海底，這時(shí)，將它用作坐底式鉆井平臺(tái)。當(dāng)工作水深＞30m時(shí),

平臺(tái)漂浮于海水中，相當(dāng)于鉆井浮船。

圖7-10半潛式鉆井平臺(tái)

半潛式鉆井平臺(tái)主要山上部平臺(tái)、下浮體（浮室）和立柱三部分組成。沉墊又稱浮箱，制成

船形沉沒于水，有中空艙室，內(nèi)有進(jìn)水和排水水泵。

6.浮式鉆井船

浮式鉆井船是利用改裝的普通輪船或?qū)ｉT設(shè)計(jì)的船體作為工作平臺(tái)。船體主要用鋼材制

成也有用鋼筋混凝土制成的。后者節(jié)約金屬且耐腐蝕，但要用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，以保證其

強(qiáng)度、抗沖擊及抗震能力。

浮式鉆井船一般由船體和定位設(shè)備組成，船體用以安裝鉆井和航行動(dòng)力設(shè)備，為工作人

員提供工作和生活場所。而浮式鉆井船到達(dá)井位后要定位，定位設(shè)備使鉆井船保持在一定的

位置內(nèi)。鉆井時(shí)特別是在風(fēng)浪作用下，浮式鉆井船船身產(chǎn)生上下升沉及前后左右擺動(dòng)，因此,

在鉆井船上，應(yīng)合理布置機(jī)械設(shè)備，增設(shè)升沉補(bǔ)償裝置、減搖設(shè)備、自動(dòng)動(dòng)力定位設(shè)備等來

保持船體定位。

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圖7-11浮式鉆井船

7.海洋鉆機(jī)

(1)鉆井工藝對鉆機(jī)的要求

鉆機(jī)是實(shí)現(xiàn)鉆井工作的一套綜合性機(jī)組。鉆井工藝對機(jī)械設(shè)備的基本要求是：

①為有效破碎巖石形成井眼，鉆具要有旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的能力，因此要求機(jī)械設(shè)備必須給鉆具

提供足夠轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，并維持一定的鉆壓；

②為了滿足鉆具送進(jìn)、起下鉆具、更換鉆頭、下套管和處理井下事故的需要，機(jī)械設(shè)備

應(yīng)有一定的起重能力及提升速度；

③為了清洗井底、排出巖屑，要求洗井機(jī)械設(shè)備具有一定的泵壓和排量。

鉆機(jī)的工作能力是根據(jù)以上三項(xiàng)基本要求而定的。鉆機(jī)機(jī)組的技術(shù)參數(shù)有：轉(zhuǎn)盤的功率

與轉(zhuǎn)速，井架大鉤的提升重量及速度，泥漿泵的功率與泵壓。我國鉆機(jī)習(xí)慣以名義鉆深

定型。

(2)海洋鉆機(jī)與陸地鉆機(jī)的區(qū)別

總的來說海洋鉆機(jī)與陸地鉆機(jī)基本相同，大部分設(shè)備可通用，特殊的地方有：

①驅(qū)動(dòng)形式不同

陸地鉆機(jī)基本上采用柴油機(jī)聯(lián)合機(jī)械驅(qū)動(dòng)；而海洋鉆機(jī)基本上采用SCR電驅(qū)動(dòng)，即采用

柴油機(jī)——交流發(fā)電機(jī)+可控硅整流輸出直流電——直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)各工作機(jī)。

②轉(zhuǎn)盤開口直徑不同

因?yàn)橐b大直徑的水下器具，所以海洋鉆機(jī)要用開口直徑大的轉(zhuǎn)盤。

③設(shè)備要求高

由于許多設(shè)備在海洋環(huán)境中工作，而海洋環(huán)境的腐蝕比陸地腐蝕要大得多，因此海洋鉆

機(jī)要采取嚴(yán)格的防腐措施。如井架要進(jìn)行防腐熱鍍鋅處理，防噴器也要進(jìn)行防腐處理等。由

于空間條件的限制，設(shè)備布置更緊湊。

④設(shè)備先進(jìn)

山于海洋鉆井比陸地鉆井成本要高得多，為了提高鉆井效率，海洋鉆井用的設(shè)備比較先

進(jìn)。例如比常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)效率高得多的頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)在海洋鉆井中用得很多，但在陸地

鉆井中卻用得很少。

8.海洋鉆機(jī)的組成

根據(jù)鉆井工藝中鉆進(jìn)、洗井、起下鉆具各工序的需要，一套海洋鉆機(jī)搬由以下各主要

統(tǒng)和設(shè)備組成。

(1)起升(提升)系統(tǒng)

為了起下鉆具、下套管、更換鉆頭以及控制鉆頭送進(jìn)等，鉆機(jī)裝有一套起升系統(tǒng)。主要

包括井架、鉆井絞車、大鉤、天車游動(dòng)滑車、立根運(yùn)移機(jī)構(gòu)、鉆桿排放裝置及起下鉆作業(yè)的

工具(如機(jī)械手等)。

⑵旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)

為了轉(zhuǎn)功鉆具、破碎巖石，鉆機(jī)配有轉(zhuǎn)盤、水龍頭、鉆頭和鉆桿柱等。在浮式鉆井裝置

上鉆井，還配有升沉補(bǔ)償裝置，以克服因波浪引起鉆井裝置的升沉對鉆井工作的影響。

⑶泥漿循環(huán)系統(tǒng)

為了隨時(shí)清洗井底己破碎的巖石，確保連續(xù)鉆進(jìn)，鉆機(jī)配有泥漿循環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括

泥漿池、泥漿泵、控制管匯、泥漿管線、泥漿振動(dòng)篩、除泥器、除氣器以及泥漿調(diào)節(jié)和配制

設(shè)備等。

(4)動(dòng)力系統(tǒng)

石油鉆機(jī)的動(dòng)力一般有機(jī)械驅(qū)動(dòng)和電驅(qū)動(dòng)兩種，海上鉆機(jī)的驅(qū)動(dòng)形式多采用電驅(qū)動(dòng)，即

以柴油機(jī)為動(dòng)力，帶交流發(fā)電機(jī)，通過可控硅整流，以直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絞車、轉(zhuǎn)盤和泥

漿泵。

(5)防噴器系統(tǒng)

鉆井時(shí)，為了防止及起下鉆或鉆到高壓油、氣、水層時(shí)發(fā)生井噴，必須在井口裝防噴設(shè)

備。防噴器系統(tǒng)是在發(fā)生井噴時(shí)，能迅速把井封住的重要井口安全沒備。防噴器系統(tǒng)主要包

括防噴器組，壓井、節(jié)流管匯及防噴器控制系統(tǒng)三部分。

6、控制系統(tǒng)

為了指揮各系統(tǒng)協(xié)調(diào)地工作，在整套鉆機(jī)中還裝備各種控制設(shè)備，如機(jī)械、氣動(dòng)、液壓

或電控制裝置，以及集中控制臺(tái)和觀測記錄儀表等。

另外，還有鉆機(jī)輔助系統(tǒng)(供氣、供油、供水系統(tǒng))、鉆井儀表、鉆井工具及鉆井機(jī)械化設(shè)

備等。對半潛式鉆井平臺(tái)和鉆井船所用的鉆機(jī)系統(tǒng)，除上述系統(tǒng)外還需再加升沉補(bǔ)償裝置，

用于調(diào)整浮式鉆井裝置因波浪引起的位置偏離，保證鉆井作業(yè)的正常進(jìn)行。

五、完井方法

完井，顧名思義指的是油氣井的完成(WellCompletion),即根據(jù)油氣層的地質(zhì)特性和開

發(fā)開采的技術(shù)要求，在井底建立油氣層與油氣井井筒之間的合理連通渠道或連通方式。

一口井鉆成之后，主要的工作就是在井底建立油氣層與油氣井井筒之間的合理連通渠道,

也就是完井。在井底建立的油氣層與油氣井井筒之間的連通渠道不同，也就構(gòu)成了不同的完

井方法。所以，本章主要介紹完井方法及其選擇、井口裝置及完井管柱、完井投產(chǎn)措施。其

中最重要的是完井方法及其選擇。目前國內(nèi)外各油氣田所采用的完井方法有多種類型，但各

有其各自的使用條件和局限性。經(jīng)過研究和實(shí)踐，人們認(rèn)識(shí)到只有根據(jù)油氣藏類型和油氣層

的特性考慮開發(fā)開采的技術(shù)要求去選擇最合適的完井方法，才能有效地開發(fā)油氣田、延長油

氣井壽命、提高采收率、提高油氣田開發(fā)的總體經(jīng)濟(jì)效益。

因此，合理的完井方法應(yīng)該力求滿足以F幾點(diǎn)要求：

(1)油、氣層和井筒之間應(yīng)保持最佳的連通條件，油、氣層所受的損害最小；

(2)油、氣層和井筒之間應(yīng)具有盡可能大的滲流面積，油、氣入井的阻力最小；

(3)應(yīng)能有效地封隔油、氣、水層，防止氣竄或水竄，防止層間的相互干擾；

(4)應(yīng)能有效地控制油層出砂，防止井壁垮塌，確保油井長期生產(chǎn)；

(5)應(yīng)具備進(jìn)行分層注水、注氣、分層壓裂、酸化等分層處理措施以及便于人工舉

升和井下作業(yè)等條件；

(6)對于稠油油藏，則稠油開采能達(dá)到熱采(主要是蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū))的要求；

(7)油田開發(fā)后期具備側(cè)鉆定向井及水平井的條件

(8)施工工藝盡可能簡便，成本盡可能低。

1.常規(guī)完井方法

常規(guī)的完井方法是指目前國內(nèi)外油氣田用得最多的完井方法，主要有四種。

(1)射孔完井方法

射孔完井是國內(nèi)外使用最為廣泛的一種完井方法，在直井、定向井、水平井中都可采用。

射孔完井包括套管射孔完井和尾管射孔完井。在射孔完井的油氣井中，射孔孔眼是溝通產(chǎn)層

和井筒的唯一通道。

射孔過程一方面是為油氣流建立若干溝通油氣層和井筒的流動(dòng)通道，另一方面又對油氣

層造成一定的損害。

套管射孔完井是用同一尺寸的鉆頭鉆穿油層直至設(shè)計(jì)井深，然后下油層套管至油層底部

并注水泥固井，最后射孔，射孔彈射穿油層套管、水泥環(huán)并穿透油層一定深度，從而建立起

油(氣)流的通道。圖7-12為直井套管射孔完井示意圖。

尾管射孔完井是在在鉆頭鉆至油層頂界后，下技術(shù)套管注水泥固井，然后用小一級的鉆

頭鉆穿油層至設(shè)計(jì)井深，用鉆具將尾管送下并懸掛在技術(shù)套管上。尾管和技術(shù)套管的重合段

一般不小于50m。再對尾管注水泥固井，然后射孔。圖7-13為直井尾管射孔完井示意圖。

對于水平井，一般是技術(shù)套管下過直井段注水泥固井后，在水平井段內(nèi)下入完井尾管、

注水泥固井。完井尾管和技術(shù)套管宜重合100m左右。最后在水平井段射孔，見圖7-14。

(2)裸眼完井方法

裸眼完井就是井眼完全裸露，井內(nèi)不下任何管柱。分先期裸眼完井和后期裸眼完井。

先期裸眼完井是鉆頭鉆至油層頂界附近后，下技術(shù)套管注水泥固井。水泥漿上返至預(yù)定

的設(shè)計(jì)高度后，再從技術(shù)套管中下入直徑較小的鉆頭，鉆穿水泥塞，鉆開油層至設(shè)計(jì)井深完

井。見圖7-15。

后期裸眼完并不更換鉆頭，直接鉆穿油層至設(shè)計(jì)井深，然后下技術(shù)套管至油層頂界附近,

注水泥固井。見圖7-16。

水平井裸眼完井見圖7-17。

圖7-15直井先期裸眼完井圖7-16直井后期裸眼完井

圖7-17水平井裸眼完井

（3）割縫襯管完井方法

割縫襯管完井是在裸眼完井的基礎(chǔ)上，在裸眼井內(nèi)下入割縫襯管。在直井、定向井、水

平井中都可采用。與裸眼完井相對應(yīng)，割縫襯管完井方法也有兩種完井工序：先期固井和后

期固井。

割縫襯管完井（先期固井）：鉆頭鉆至油層頂界后，先下技術(shù)套管注水泥固井，再從技術(shù)

套管中下入直徑小一級的鉆頭鉆穿油層至設(shè)計(jì)井深。最后在油層部位下入預(yù)先割縫的襯管，

依靠襯管頂部的襯管懸掛器（卡瓦封隔器），將襯管懸掛在技術(shù)套管上，并密封襯管和套管之

間的環(huán)形空間，使油氣通過襯管的割縫流入井筒，如圖7T8所示。

割縫襯管完井（后期固井）：用同一尺寸鉆頭鉆穿油層后，套管柱下端連接襯管下入油層

部位，通過管外封隔器和注水泥接頭固井封隔油層頂界以上的環(huán)形空間，如圖7T9所示。

割縫襯管就是在襯管壁上沿著軸線的平行方向或垂直方向割成多條縫眼，如圖7-20所示。

圖7-19割縫襯管完井（后期固井）

軸向割縫（

徑向割縫（《速儂黝

圖7-20割縫襯管

（4）礫石充填完井

對于膠結(jié)疏松出砂嚴(yán)重的地層，一般應(yīng)采用礫石充填完井方法。它是先將繞絲篩管下入

井內(nèi)油層部位，然后用充填液將在地面上預(yù)先選好的礫石（礫石可以是石英砂、玻璃珠、樹

脂涂層砂或陶粒）泵送至繞絲篩管與井眼或繞絲篩管與套管之間的環(huán)形空間內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)礫

石充填層，以阻擋油層砂流入井筒，達(dá)到保護(hù)井壁、防砂入井之目的。

礫石充填完井在直井、定向井中都可使用。但在水平井中應(yīng)慎重，因?yàn)橐装l(fā)生砂卡，從

而使礫石充填失敗，達(dá)不到有效防砂的目的。為了適應(yīng)不同油層特性的需要，裸眼完井和射

孔完井都可以充填礫石，分別稱為裸眼礫石充填和套管礫石充填。

①裸眼礫石充填完井

在地質(zhì)條件允許使用裸眼，而又需要防砂時(shí)，就應(yīng)該采用裸眼礫石充填完井方法。其工

序是：鉆頭鉆達(dá)油層頂界以上約3m后，下技術(shù)套管注水泥固井。再用小一級的鉆頭鉆穿水泥

塞，鉆開油層至設(shè)計(jì)井深。然后更換擴(kuò)張式鉆頭將油層部位的井徑擴(kuò)大到技術(shù)套管外徑的1.5

至2倍，以確保充填礫石時(shí)有較大的環(huán)形空間，增加防砂層的厚度，提高防砂效果，見圖7-21。

②套管礫石充填完井

套管礫石充填的完井工序是：鉆頭鉆穿油層至設(shè)計(jì)井深后，下油層套管于油層底部，注

水泥固井，然后對油層部位射孔。要求采用高孔密（30孔/m左右），大孔徑（20mm左右）射

孔，以增大充填流通面積，有時(shí)還把套管外的油層砂沖掉，以便于向孔眼外的周圍油層填入

礫石，避免礫石和地層砂混和增大滲流阻力。由于高密度充填（高粘充填液）緊實(shí)，充填效

率高，防砂效果好，有效期長，故當(dāng)前大多采用高密度充填。套管礫石充填完井見圖7-22。

圖7-21裸眼礫石充填完井示意圖圖7-22套管礫石充填完井示意圖

③礫石質(zhì)量要求

充填礫石的質(zhì)量直接影響防砂效果及完井產(chǎn)能。因此，礫石的質(zhì)量控制十分重要。礫石

質(zhì)量包括以下幾個(gè)參數(shù)：

1）礫石粒徑。國內(nèi)外推薦的礫石粒徑是油層砂粒度中值ds。的5?6倍。

2）礫石尺寸合格程度。礫石尺寸合格程度的標(biāo)準(zhǔn)是大于要求尺寸的礫石重量不得超過砂

樣的0.1%,小于要求尺寸的礫石重量不得超過砂樣的2%。

3）礫石的強(qiáng)度。

4）礫石的球度和圓度。要求礫石的平均圓度應(yīng)大于0.6。

5）礫石的酸溶度。礫石酸溶度的標(biāo)準(zhǔn)是:在標(biāo)準(zhǔn)土酸（3%HF+12%HC1）中礫石的溶解

重量百分?jǐn)?shù)不得超過1%。

6）礫石的結(jié)團(tuán)。要求為：礫石應(yīng)由單個(gè)石英砂粒所組成，如果砂樣中含有1%或更多個(gè)

砂粒結(jié)團(tuán)，該砂樣不能使用。

④繞絲篩管縫隙尺寸的選擇

礫石充填完井一般都使用不銹鋼繞絲篩管而不用割縫襯管。其原因有：

1）割縫襯管的縫口寬度由于受加工割刀強(qiáng)度的限止，最小為0.25?0.5mm。因此，割縫

襯管只適用于中、粗砂粒油層。而繞絲篩管的縫隙寬度最小可達(dá)0.12mm,故其適用范圍要大

得多。

2）繞絲篩管是由繞絲形成一種連續(xù)縫隙，它的流通面積要比割縫襯管大得多，流體通過

篩管時(shí)幾乎沒有壓力降。

3）繞絲篩管以不銹鋼絲為原料，其耐腐蝕性強(qiáng)，使用壽命長，綜合經(jīng)濟(jì)效益高。

繞絲篩管應(yīng)能保證礫石充填層的完整。故其縫隙應(yīng)小于礫石充填層中最小的礫石尺寸,

一般取為最小礫石尺寸的1/2?2/3。例如根據(jù)油層砂粒度中值，確定礫石粒徑為16-30目,

其礫石尺寸的范圍是0.58?1.19mm。所選的繞絲縫隙應(yīng)為0.3~0.38mm。

2.其它完井方法

（1）貫眼套管（尾管）完井

貫眼套管（尾管）完井也稱地面預(yù)鉆孔套管（尾管）完井，這是在地面按一定的布孔參

數(shù)預(yù)先在套管（尾管）上鉆孔，然后象割縫襯管一樣完井。一般的布孔參數(shù)為：孔密20?24

孔/m,孔眼直徑10mm,相位角60?90度，交錯(cuò)布孔。

貫眼套管（尾管）的加工成本要比割縫襯管低得多，適用于不出砂的碳酸鹽巖地層及其

它裂縫性油藏。貫眼套管（尾管）完井在直井、定向井、水平井中都可使用。

（2）預(yù)充填礫石繞絲篩管完井

預(yù)充填礫石繞絲篩管是在地面預(yù)先將符合油層特性要求的礫石填入具有內(nèi)外雙層繞絲篩

管的環(huán)形空間而形成的防砂管。將此種篩管下入裸眼井內(nèi)或射孔套管內(nèi)，對準(zhǔn)出砂層位進(jìn)行

防砂。該種防砂方法其油井產(chǎn)能略低于井下礫石充填，但工藝簡便、成本低，國內(nèi)外均經(jīng)常

采用。該種完井方法在直井、定向井、水平井中都可使用。

預(yù)充填礫石粒徑的選擇，雙層繞絲篩管縫隙的選擇等，皆與井下礫石充填完井相同。外

篩管外徑與套管內(nèi)徑的差值應(yīng)盡量小，一般10mm左右為宜,以增加預(yù)充填礫石層的厚度，從

而提高防砂效果。預(yù)充填礫石層的厚度應(yīng)保證在25mm左右。內(nèi)篩管的內(nèi)徑應(yīng)大于中心管外徑

2mm以上，以便能順利組裝在中心管上。

（3）其它防砂篩管完井

①金屬纖維防砂篩管

不銹鋼纖維是主要的防砂原件，由斷絲、混絲經(jīng)滾壓、梳分、定形而成。它的防砂原理

是：大量纖維堆集在一起時(shí)，纖維之間就會(huì)形成若干縫隙，利用這些縫隙阻擋地層砂粒通過,

其縫隙的大小與纖維的堆集緊密程度有關(guān)。通過控制金屬纖維縫隙的大小（控制纖維的壓緊

程度）達(dá)到適應(yīng)不同油層粒徑的防砂要求。此外，由于金屬纖維富有彈性，在一定的驅(qū)動(dòng)力

下，小砂粒可以通過縫隙，避免金屬纖維被填死。砂粒通過后，纖維又可恢復(fù)原狀而達(dá)到自

潔的作用。金屬纖維防砂篩管結(jié)構(gòu)見圖7-23。

1-基管,2一堵頭;3-保護(hù)管;4一金屬纖維;5—金屬網(wǎng)

圖7-23金屬纖維篩管結(jié)構(gòu)圖

金屬纖維篩管防砂工藝與其他防砂工藝相比有以下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：

1)滲透率高，孔隙度大。

2)耐高溫、耐腐蝕，在井下的壽命長。

3)防砂效果好。

4)結(jié)構(gòu)簡單，強(qiáng)度高，連接方便。

5)施工工藝簡單，動(dòng)用設(shè)備少，防砂總成本低。

6)應(yīng)用范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)。

②多孔冶金粉末防砂篩管

這種防砂篩管是用鐵、青銅、鋅白銅、銀、蒙乃爾合金等金屬粉末作為多孔材料加工而

成的。

③多層充填井下濾砂器

美國保爾(Pall)油井技術(shù)公司推薦種多層充填井下濾砂器，它是由基管、內(nèi)外泄油

金屬絲網(wǎng)、3?4層單獨(dú)纏繞在內(nèi)外泄油網(wǎng)之間的保爾(Pall)介質(zhì)過濾層及外罩管所組成。

該介質(zhì)過濾層是主要的濾砂原件，它是由不銹鋼絲與不銹鋼粉末燒結(jié)而成的。因此可根據(jù)油

層砂粒度中值，選用不同粒徑的不銹鋼粉末燒結(jié)，其控制范圍廣。

該種完井方法在直井、定向井、水平井中都可使用。

(4)化學(xué)固砂完井

化學(xué)固砂是以各種材料(水泥漿、酚醛樹脂等)為膠結(jié)劑，以各種硬質(zhì)顆粒(石英砂、

核桃殼等)為支撐劑，按一定比例拌合均勻后，擠入套管外堆集于出砂層位。凝固后形成具

有一定強(qiáng)度和滲透性的人工井壁防止油層出砂。或者不加支撐劑，直接將膠結(jié)劑擠入套管外

出砂層位，將疏松砂巖膠結(jié)牢固防止油層出砂。化學(xué)固砂雖然是一種防砂方法，但其在使用

上有其局限性，僅適用于單層及薄層，防砂油層一般以5m左右為宜，不宜用在大厚層或長井

段防砂。化學(xué)固砂完井主要在直井中使用。

(5)壓裂礫石充填防砂完井

在礫石充填工藝上的突破主要是將礫石充填與水力壓裂結(jié)合起來，稱為壓裂礫石充填技

術(shù)，包括清水壓裂充填、端部脫砂壓裂充填、膠液壓裂充填等三種。其原理就是在射孔井上

礫石充填之前，利用水力壓裂在地層中造出短裂縫，然后在裂縫中填滿礫石，最后再在篩管

與套管環(huán)空充填礫石。同樣，壓裂礫石充填完井在直井、定向井中都可使用。但在水平井中

應(yīng)慎重，因?yàn)楦悴缓靡装l(fā)生砂卡，從而使礫石充填失敗，達(dá)不到有效防砂的目的。

六、投產(chǎn)措施

1.投產(chǎn)前的準(zhǔn)備

(1)通井

通井的目的是檢驗(yàn)井筒是否暢通無阻。通井用的主要工具是通徑規(guī)、鉛模等。

(2)刮管

刮管的目的是把套管內(nèi)壁上的水泥及炮眼毛刺清除掉，以保證下井工具正常工作及封隔

器坐封成功。常用刮削工具有膠筒式套管刮削器和彈簧式套管刮削器。

(3)洗井

洗井目的在于把井筒內(nèi)的贓物用洗井液沖洗帶出井筒，為以后的施工作好準(zhǔn)備。常用的

洗井液主要是鹽水，有時(shí)也加入一些添加劑，對洗井液總的技術(shù)要求是對油氣層不造成損害。

2.排液措施

(1)替噴排液

有的油氣井在正壓差射孔后，由于液柱壓力高于油層壓力，油井不能自噴。替噴排液法

的實(shí)質(zhì)就是減小井內(nèi)液體的相對密度，使井內(nèi)液柱的壓力低于油層的壓力而達(dá)到誘噴的目的。

具體施工是用低比重液體替出井中的壓井液。替噴排液有三種方法：

①一般替噴法

②一次替噴法

③二次替噴法

替噴法排液誘導(dǎo)油流的優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)壓差的形成均勻緩慢，不致引起由于井壁的班塌而

使油層出砂。

(2)抽汲排液

抽汲就是用一種專用工具把井內(nèi)液體抽到地面，以達(dá)到壓低液面，即降低液柱對油層的

回壓的一種排液措施。

由于抽汲的誘流強(qiáng)度比替噴大些，所以它一般適用于噴勢不大的自噴井或有自噴能力但

在鉆井過程中，由于泥漿漏失，失水嚴(yán)重使油層受到損害的油井。

抽汲的主要工具：油管抽子。常用的抽子有無凡爾抽子(又稱兩瓣抽子)和凡爾抽子。

抽汲不但有降壓誘噴的作用，還有解除油層某種堵塞的作用。抽汲的效率取決于抽汲的

強(qiáng)度，而抽汲強(qiáng)度又與抽汲速度、抽子與管壁間的密封程度和抽子的沉沒度三個(gè)因素有關(guān)。

合理的抽汲工藝參數(shù)應(yīng)當(dāng)根據(jù)排液的要求經(jīng)過計(jì)算確定。

對油層壓力低于靜水柱壓力的極低壓、低滲、低產(chǎn)的油井也常用提撈法排液誘流。主要

工具是提撈筒，但這種方法費(fèi)工又費(fèi)時(shí)、效率低。

(3)氣舉排液

氣舉排液就是采用高壓氣體壓縮機(jī)把氣體壓入井中使井中壓井液排出的誘導(dǎo)油流的方

法。氣舉只準(zhǔn)許采用氮?dú)狻⑻烊粴狻⒍趸細(xì)狻?/p>

氣舉排液最突出的特點(diǎn)是井內(nèi)液體回壓急速下降。所以它只能適用于油層巖石膠結(jié)牢固

的砂巖或碳酸鹽巖的油井的排液，對于一些膠結(jié)疏松的砂巖，要控制好撈空深度和氣舉排液

速度，以免破壞油層結(jié)構(gòu)而出砂。氣舉排液有以下幾種方式：

①常規(guī)氣舉排液：常規(guī)氣舉排液又有正、反舉之分。正舉把氣體從油管中壓入，氣液混

合物從油套管環(huán)形空間上升噴至地面；反舉則反之。

②多級氣舉凡爾氣舉排液：這種氣舉排液方法，就是根據(jù)排液的需要設(shè)計(jì)好多級氣舉凡

爾管柱。

③連續(xù)油管氣舉排液：連續(xù)油管是指管內(nèi)通徑和管外直徑在整根管長上處處等同的小直

徑油管。

（4）混氣水排液

用氣水混合物替出井中的壓井液，由于混合物的密度小于壓井液的密度，可使井內(nèi)液柱

對油層的回壓降低。

混氣水排液的方法是從套管（有時(shí)也可以從油管）用壓風(fēng)機(jī)和水泥車同時(shí)注氣和泵水來

替置井內(nèi)液體。

這種排液的方法適用于那些既不能用替噴排液，也不宜于用氣舉排液的油井。

混氣水排液法的優(yōu)點(diǎn)是：

①排液速度大大提高。抽汲法降低液面到1600~1700米的時(shí)間一一般在60~70小時(shí)，而

用混氣水排液法只需要4~5小時(shí)。

②對于稠油井，由于油稠，抽子下不去，無法使用抽汲方法，可用混氣水排液的方法來

解決。

③只要套管強(qiáng)度允許和油層需要，可以將液面降得很低。

④混氣水排液法對井下管柱的內(nèi)徑?jīng)]有嚴(yán)格的要求，并且保證井內(nèi)無落物，使井筒保持

干凈。

（5）泡沫排液

泡沫流體由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，使它具有靜液柱壓頭低、濾失量小、攜砂性能好、摩阻損

失小、助排能力強(qiáng)，對油層損害小等特性。因此，泡沫流體已廣泛地用作鉆井液、完井液、

洗井液、壓裂液、酸化液等。由于液氮設(shè)備的發(fā)展與配套，使泡沫流體技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大。

①泡沫

泡沫流體指由不溶性或微溶性氣體分散于液體中所形成的分散體系，其中氣體為分散相,

液體為分散介質(zhì)。產(chǎn)生泡沫的首要條件是氣體與液體發(fā)生接觸：其次，須加入某些表面活性

劑（稱為起泡劑）及穩(wěn)定劑，使產(chǎn)生的泡沫穩(wěn)定。

泡沫質(zhì)量（也稱泡沫干度，英文名為Foamquality）是指在一定溫度和壓力下，泡沫流

體中氣體體積與泡沫體積之比。

②泡沫組成

1）氣相。主要采用氮?dú)夂投趸肌?/p>

2）液相。適用于泡沫流體的液相種類繁多，可以是水基、醇基、煌基和酸基。

3）起泡劑。常用的起泡劑主要有非離子表面活性劑和離子型表面活性劑。目前一般以

陽離子型表面活性劑為主，典型代表為烷基硫酸鹽、烷基磺酸鹽和烷基芳基磺酸鹽。

③泡沫發(fā)生設(shè)備

目前國內(nèi)研制成功的泡沫發(fā)生設(shè)備有PC-160型泡沫作業(yè)車。

3.解堵措施

如果通過上述排液措施處理的井還不能投產(chǎn)的話，則需要進(jìn)行解堵處理。解堵的目的是

要最大限度地溝通地層與井筒之間的流通通道，使井順利投產(chǎn)并確保油氣井獲得盡可能高的

產(chǎn)能。

常見的解堵措施有化學(xué)劑解堵、擠油解堵、酸化解堵、水力壓裂解堵、高能氣體壓裂解

堵、超聲波振蕩解堵、水力振蕩解堵等。

(1)化學(xué)劑解堵

化學(xué)解堵劑主要由有機(jī)溶劑、水溶性聚合物溶劑、粘土防膨劑、降粘劑等按一定的比例

混合配制而成。地層情況不同，配方也不一樣。所以，具體配方一般都根據(jù)地層情況由實(shí)驗(yàn)

而定。化學(xué)劑解堵的機(jī)理為：

①有機(jī)溶劑對石油中的高分子物質(zhì)有強(qiáng)烈的溶解能力；

②對地層巖石中的易膨脹粘土具有較強(qiáng)的防止膨脹作用和穩(wěn)定粘土作用；

③對稠油乳液具有較好的降粘作用；

④對外來的高分子聚合物具有良好的溶解性能。

(2)擠油解堵

擠油解堵主要用于解除“水鎖”損害。將凝析油或輕質(zhì)油擠入地層，通過擠入地層的油

提高水浸帶的油相滲透率，從而解除“水鎖”損害，恢復(fù)地層原貌。常規(guī)擠油解堵的用量為

20?25nl3,大型常規(guī)擠油解堵的用量可達(dá)100m3左右。

(3)基質(zhì)酸化解堵

基質(zhì)酸化解堵是在低于地層破裂壓力的條件下，通過向地層中注入酸液，酸溶蝕地層中

的膠結(jié)物和部分砂粒或者溶解孔隙中的堵塞物，經(jīng)過返排把反應(yīng)產(chǎn)物排出地層，達(dá)到恢復(fù)或

提高酸化帶內(nèi)地層滲透率的目的。

(4)水力壓裂解堵

水力壓裂解堵包括加砂水力壓裂和酸壓裂。在砂巖地層，只能進(jìn)行加砂水力壓裂。而在

碳酸鹽巖地層及其他變質(zhì)巖地層，既可以進(jìn)行加砂水力壓裂，也可以進(jìn)行酸壓裂。

加砂水力壓裂解堵是在高于地層破裂壓力的條件下，向地層中注入壓裂液，形成裂縫，

再注入攜砂液(攜帶有支撐劑的壓裂液)，其特點(diǎn)是必須加支撐劑。

酸壓裂解堵則是在高于地層破裂壓力的條件下，向地層中注入酸液，形成裂縫，其特點(diǎn)

是不加支撐劑。

水力壓裂解的機(jī)理：

①滲流方式得到改善，由徑向滲流變?yōu)榫€性滲流。

②滲流面積大大提高，增大倍數(shù)可達(dá)兒十到幾千倍。

③產(chǎn)生的裂縫解除了或繞過了近井帶的堵塞，并有可能溝通遠(yuǎn)處的高滲透區(qū)。

(5)高能氣體壓裂解堵

高能氣體壓裂是利用特定的發(fā)射藥或推進(jìn)劑在油井(或注水井)的目的層段高速燃燒，產(chǎn)

生高溫、高壓氣體,壓裂油層形成多條自井眼為中心呈放射狀的徑向裂縫。由于高能氣體壓裂

屬于無支撐劑壓裂，因此它不能用于低滲透地層的壓裂改造，而更多地是用于近井地帶的解堵。

(6)聲波法解堵

聲波法解堵包括聲音共振法解堵和超聲波振蕩解堵。

聲音共振法解堵是在井內(nèi)下入一種專用聲波共振工具，對準(zhǔn)產(chǎn)層部位，產(chǎn)生頻率為

200?10000HZ、聲強(qiáng)高達(dá)200db以上的聲波，使井下工具、近井地帶的地層發(fā)生共振，從而達(dá)

到解堵的目的。

超聲波的應(yīng)用很廣泛，如醫(yī)學(xué)上用于粉碎人體內(nèi)的尿結(jié)石等。所以，石油工程中也利用

超聲波發(fā)射裝置在井內(nèi)產(chǎn)生超聲波振蕩，從而解除近井地帶的地層堵塞。

(7)水力振蕩解堵

水力振蕩解堵是近年來發(fā)展起來的種解除近井地帶地層堵塞的新技術(shù)。其核心是振蕩

器，其結(jié)構(gòu)如圖7-24所示。高壓水流從地面經(jīng)油管進(jìn)入水力振蕩器，高壓水先從進(jìn)口噴嘴A

射入軸對稱腔室B后再從出口噴嘴C射出。從出口噴嘴C射HI的高壓水就成為高頻振蕩射流,

利用此高頻振蕩射流即可解除地層的堵塞。

A人口(噴嘴)

圖7-24振蕩器結(jié)構(gòu)示意圖

第二節(jié)采油生產(chǎn)系統(tǒng)

1.海上采油井口裝置

HKY65-21型海上井口裝置主要由油管頭總成、PHK平板閘閥、井口安全閥、截止閥、卡

箍總成、小四通和節(jié)流器等組成，如圖7-25所示。

油管頭總成的底法蘭與套管頭采用插式連接，底法蘭與油管頭采用插入式連接。通過頂

絲可調(diào)整井口的方向，以適應(yīng)海洋平臺(tái)作業(yè)的需要。在油管頭上法蘭與油管懸掛器之間有井

下安全閥通道、毛細(xì)管測壓通道、注化學(xué)劑通道和3條電動(dòng)潛油泵電纜通道。閘閥采用暗桿

閥板結(jié)構(gòu)，其上下行程可以限位，閘板處于任何位置均與浮動(dòng)閥座始終保持緊密貼合。井口

通道上裝有液壓控制的井口安全閥，安全閥由閘閥和控制裝置組成。控制裝置采用機(jī)-液聯(lián)動(dòng),

液壓油經(jīng)過加壓進(jìn)入液壓缸壓縮彈簧，推動(dòng)活塞下行，閘門開啟；當(dāng)發(fā)生意外事故時(shí)，切斷

壓縮液，彈簧復(fù)位，閘閥關(guān)閉，能在6s內(nèi)關(guān)閉井口。在作業(yè)過程中，帶上安全鎖帽進(jìn)行保護(hù),

正常生產(chǎn)時(shí)，卸下鎖帽即可。

圖7-25HKY65-21型海上井口裝置示意圖

1一底法蘭;2-底法蘭頂絲;3—油管頭;4—頂

絲;5—懸掛器;6-上法蘭;7—電纜孔密封堵頭;8—卡

箍;9—安全閥；10一閘閥；11一節(jié)流器：12一小四

通；13一截止閥；14—液控管線接頭

2.采油管柱結(jié)構(gòu)

（1）自噴井生產(chǎn)管柱

A.合采自噴管柱（非防砂油/氣井）如圖7-26所示:

適用范圍

有自噴能力的高溫/高壓油、氣井。

優(yōu)點(diǎn)

管柱安全。

缺點(diǎn)

a.管柱結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；

b.因是合采生產(chǎn)，因此，若是多個(gè)油氣層

合采，很難準(zhǔn)確了解各層的實(shí)際生產(chǎn)情況。

圖7-26合采自噴管柱（非防砂油/氣井）

操作注意事項(xiàng)

a.下入管柱時(shí)，輕輕地將密封件插入密封孔內(nèi)，防止損壞密封件;

b.下生產(chǎn)管柱時(shí),應(yīng)特別注

意避免安全閥以上的兩根管子相互纏繞而（可能）損壞安全閥控制管線;

C.定期檢查和更換控制盤內(nèi)液壓泵上的濾網(wǎng)，防止贓物堵塞控制管線;

油曾拄

甦雕雕

并根金間

催

齦件

犍甑

N060霞頭

導(dǎo)眼

生產(chǎn)楣

人甘底

圖7-27合采自噴管柱（防砂井/非防砂井）圖7-28分采自噴管柱（防砂井/非防砂井）

d.若安全閥本身不帶平衡機(jī)構(gòu)，打開安全閥之前，必須先給油管內(nèi)打平衡壓力；否則，

將損壞密封件和有關(guān)運(yùn)動(dòng)部件；

e.正常情況下，油井允許安全閥泄漏400cm③/分鐘；氣井允許安全閥泄漏15立方英尺/分

鐘。

B.合采自噴管柱（防砂井/非防砂井）如圖7-27所示：

適用范圍

有自噴能力的、低溫油、氣井。

優(yōu)點(diǎn)

管柱結(jié)構(gòu)簡單、安全。

缺點(diǎn)

因是合采生產(chǎn),因此,很難準(zhǔn)確了解各層的實(shí)際生產(chǎn)情況。

操作注意事項(xiàng)

a.生產(chǎn)管柱應(yīng)略在壓縮狀態(tài)卜.座井口，以補(bǔ)償油管收縮可能帶來的密封問題；

b.輕輕地將密封件插入密封孔內(nèi)，防止損壞密封件；

c.定期檢查和更換控制盤內(nèi)液壓泵上的濾網(wǎng)，防止贓物堵塞控制管線：

d.若安全閥本身不帶平衡機(jī)構(gòu)，打開安全閥之前，必須先給油管內(nèi)打平衡壓力；否則，

將損壞密封件和有關(guān)運(yùn)動(dòng)部件；

e.正常情況下，油井允許安全閥泄漏400cm3/分鐘；氣井允許安全閥泄漏15立方英尺/分

鐘。

C.分采自噴管柱（防砂井/非防砂井）如圖7-28所示：

適用范圍

有自噴能力的、低溫、需要分采的油、氣井。

優(yōu)點(diǎn)

管柱結(jié)構(gòu)簡單、安全；因?yàn)榭梢苑植桑虼耍谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)有利于合理調(diào)節(jié)各層的產(chǎn)

量，滿足生產(chǎn)要求。

缺點(diǎn)

分采的層數(shù)越多，使用的滑套（或其他分采工具）越多，為了達(dá)到分采的目的，需要進(jìn)行

頻繁的鋼絲作業(yè)，這樣，不僅鋼絲作業(yè)量大，而且增加了事故的可能性；

操作注意事項(xiàng)

a.分層密封接頭的長度不得短于2m；

b.生產(chǎn)管柱應(yīng)略在壓縮狀態(tài)下座井口，以補(bǔ)償油管收縮可能帶來的密封問題；

c.輕輕地將密封件插入密封孔內(nèi)，防止損壞密封件；

d.定期檢查和更換控制盤內(nèi)液壓泵上的濾網(wǎng)，防止贓物堵塞控制管線：

e.若安全閥本身不帶平衡機(jī)構(gòu)，打開安全閥之前，必須先給油管內(nèi)打平衡壓力，否則，

將損壞密封件和有關(guān)運(yùn)動(dòng)部件；

f.正常情況下，油井允許安全閥泄漏400cm3/分鐘；氣井允許安全閥泄漏15立方英尺/

分鐘。

D.雙管自噴分采管柱（非防砂井）如圖7-29所示：

圖普通電泵合采管柱

7-30