[科普中国]-石油天然气钻探

钻探工艺

油气井的钻探工艺主要包括：

①钻进。破岩成屑，由钻井液携至地面。

②取岩心。仅在油气层位及换层部位，为了解含油气情况及岩石物理性质与化学成分，要取少量岩心。在钻探过程中，要观察、研究岩屑与岩心，作出钻井的地质剖面图，称录井。

③测井。用电、声、放射性探测等手段，识别岩性与油气水层。

④注水泥固井。下入一层或多层套管，在管外与井壁之间灌注水泥，使其固结，以强化井筒的承压能力，并为在套管顶部装防喷器、控制井喷、进行压井等作业创造条件。

⑤中测。钻遇油气层时，立即用钻杆测试器在油气层未遭到污染、损害之前，测出油气的原始生产能力及地层参数。如在完钻后测试，还可根据生产能力的大小，决定是否下入油层套管。

⑥射孔完井。下入油层的生产套管用射孔弹射穿，然后下入油管、装地面采油树，替清水诱喷。

⑦试井与生产，也叫完井测试。自下而上分层测试其地层压力、地层温度、不同回压下的油气产量。计算油气的最大产量，确定安全可采产量。为了计算储量及相互对比，还要取油气流体样品在常温常压或高温高压下进行实验分析。试井作业完了，即可投产。

海洋油气钻探在海洋勘查和开发油气，是近代海洋地质勘查工作的重点。它需要用大型钻探船或平台装载钻探设备在滨海或近海进行钻探。钻探船有单体、双体之分（适应水深为 30～200米）。平台有坐底式（适应水深小于30米）及插桩式（适应水深约90米）固定式平台，以及半潜式浮动平台（适应水深大于200米），可根据实际需要选用。固定平台航行到位并抛锚固定后，其钻探工艺与陆地钻探基本相同。但钻探船与半潜式平台，因允许在水深5%的范围内随风浪漂移颠簸，随潮汐上下起伏，所以通常采用伸缩钻杆或大钩补偿器以补偿钻柱的升沉（因长钻杆柱的柔性较好，故不必补偿其摇摆）。用伸缩隔水管和挠性接头以补偿隔水管的升沉与摇摆。但仍须根据船位仪的显示，调节锚链的松紧，以校正船位。以半潜式平台（见彩图）为例，钻一口油气探井的具体工艺为：①用岸上电台无线电系统或卫星定位系统,精确测定井位及锚位，并抛下指示锚标。抛锚就位，调准船位。②用钻杆送井口盘至海底，作为海底井口。③用导向臂沿导向绳下入 915毫米的钻头开始钻进,钻至下导管深度。④用钻杆将导向架及762毫米的导管一同下入。导管入井，导向架坐于井口盘上。注水泥固井后；取出送入的工具。⑤下入660毫米钻头，钻至表层套管的深度后，将井内海水换为泥浆以保护井壁。⑥下入508毫米的套管、坐于762毫米的导管头上注入水泥固井，使水泥返至海底井口。⑦下入连接器防喷器组及隔水管系统等全套水下器具。至此，便可与陆地一样正常钻探和完井。1

生态环境问题在石油天然气的勘探、开发到生产整个过程中，常常产生一系列危害自然、生态环境的因素，其中有些是为了获取油气资源无法避免的，有些则是施工过程管理不严造成的，在钻探开发环节中产生的污染对生态环境的危害尤为突出主要体现在以下几方面：

钻井过程钻井过程中产生的固体废弃物主要有废弃泥浆、钻井岩屑和生活垃圾等;钻井废水主要包括机械废水、废钻井液、冲洗废水等；钻井施工中的动力设备在运转过程中产生的烟气、烟尘等；从井口溢出的天然气、硫化氢等气体也会造成空气污染;还有钻井设备在运转时产生的噪声污染

测井过程在测井过程中会产生被放射源污染的放射性废气、废水、废物同时在施工过程中还会产生一些废水、固体废弃物及噪声，或者存在不慎而溅、洒、滴入环境中的活化液

井下作业井下作业过程中产生的固体污染物有废弃钻井泥浆，冲砂施工时携带出井口的砂及压裂施工时散落的砂，起油管、抽油杆时带出的蜡，施工时由洗井液带出井口的蜡，作业冲盐时自井内冲出的盐，作业人员产生的生活垃圾等液体污染物有：洗井、压井、冲砂、套铣等施工时产生的废水，酸化、酸压后排出的废酸液，压裂施工后剩余的液体和压裂设备设施的清洗废水，压井、洗井、冲砂等施工时带出的原油废气主要是施工过程中挥发的烃类气体，压裂车、酸化车、通井机等车辆产生的尾气，油气井作业时逸出的或水井酸化、管线酸洗时产生的硫化氢气体。

采油采气过程在采油、集输过程中产生的主要污染源有采油污水、落地原油、固体废物、采油废气、采油噪声采油污水主要来自于采出水和注水井洗井水，其中主要是含油污水落地原油主要来源于自喷井投产前射孔替喷时大量原油外喷及管线穿孔或断裂、泄漏等生产事故时产生的大量落地原油；采油过程中管线、阀门跑冒滴漏的原油采油固体废物主要是沉淀于储油罐、沉降罐等底部的含油污泥、油泥砂采油废气主要来源于燃料废气和工艺废气：加热炉、锅炉、高压蒸汽发生器消耗大量燃料产生的废气及烟尘；工艺废气主要来源于采油现场、联合站和油气集输系统轻烃的挥发此外还有采油过程中的机械噪声。2

发展趋势近年来，油气钻探技术发展迅速。开发了涡轮钻、电钻及螺杆钻钻探新技术；实现了空气和泡沫冲洗、电动钻探（交流-可控硅整流-直流）；发展了定向钻井、超深井钻探（深于6000米）。由常规钻探发展到以下3种钻探；①喷射钻探，利用钻头喷嘴每秒大于100米的高速射流破岩、排除岩屑。②平衡钻探，使钻井液的液柱压力与地层压力接近相等，以防止污染、损害油气层。③优化钻探，用计算机采集、处理、反馈钻探参数，使钻探工程的整体经济效果达到优化。

为了进一步提高钻速、保证钻井质量，必须采用计算机辅助钻探，研制高耐磨性钻头、高强度钻杆、各种防斜器具、随钻测量仪等。为了取得原始承压地层岩心，需开发新型压力密闭取心工具，同时又需继续研制新型的钻井液处理剂与净化设备，发展钻井液流变性能的调控技术，完善中途测试技术，地层压力检测技术以及新型完井液等。

正在研究的新技术、新方法：①把喷射、平衡、优化钻探三者结合起来，用计算机优选水力参数与其他钻探参数。②提高钻机和钻井泵的工作能力，强化水力参数，发挥水力破岩作用。③进一步完善聚合物钻井液及净化技术。