钻井方法主要包括哪些因素(石油钻井方法)

1.石油钻井方法有哪些

目前，世界上广泛采用钻井方法来取得地下的石油和天然气。

随着石油工业的不断发展，钻井深度不断增加，油气井的建设速度也随之加快，促使钻井方法、技术和工艺得到很大改进。从已钻成的千百万口油气井的资科中可以看到变化过程：顿钻逐渐被旋转钻代替，井身结构从复杂到简单，井眼直径日趋缩小等等。

一、钻井工艺发展概况和趋势石油钻井是油田勘探和开发的重要手段。一个国家石油工业的发展速度，常与它的钻井工作量及科学技术水平紧密相关。

近20年来，世界石油产量和储量剧增，钻井工作量相应地大幅度增加，钻井科学技术水平也得到了飞速发展。在此期间钻井技术发展的特点是从经验钻井进展到科学化钻井。

钻井深度、斜度、区域和地区也有长足的发展。从钻浅井、中深井发展到钻深井和超深井；从钻直井和一般斜井发展到钻大斜度井和丛式井；从陆上钻井发展到近海和深海钻井；从地面条件好的地区钻井发展到条件恶劣的地区（如沙漠、沼泽和寒冷地区）钻井。

在钻井技术发展的同时，设备、工具和测量仪表也得到了相应的发展。美国钻井工作者曾将旋转钻井技术的发展进程分为四个时期：（1）概念时期（1900—1920年）。

这个时期开始把钻井和洗井两个过程结合在一起，开始使用牙轮钻头并用水泥封固套管。（2）发展时期（1920—1948年）。

这个时期牙轮钻头有所改进，提高了进尺和使用寿命。固井工艺和钻井液有了进一步的发展，同时出现了大功率的钻机。

（3）科学化钻井时期（1948—1968年）。这个时期大力开展钻井科学研究工作，钻井技术飞速发展。

该时期的主要技术成就有：发展和推广了喷射钻井技术；发展了镶齿、滑动、密封轴承钻头；应用低固相、无固相不分散体系钻井液；发展了地层压力检测技术、井控技术和固控技术，提出了平衡钻井的理论及方法。（4）自动化钻井时期（1968年至今）。

这个时期发展了自动化钻机和井口自动化工具。钻井参数自动测量和计算机在钻井工程中得到广泛应用，最优化钻井和全盘计划钻井也初具规模。

目前，钻井人员一般把钻井技术发展的前两个时期称为经验钻井阶段，把后两个时期称为科学化钻井阶段。时期的划分直观地描述了钻井技术发展的过程，揭示了其发展规律。

任何一门科学和技术都有其自身的发展规律和要达到的主要目标。钻井工作是为油田勘探和开发服务的重要手段。

钻井技术的发展首先要保证钻井质量，即所钻油气井要满足油气田勘探和开发的要求，要在此基础上来提高钻井速度、缩短钻井周期、降低钻井成本。近20年来的实践证明，现代钻井工艺技术将围绕以下三个方面发展：（1）提高钻井速度，降低生产成本；（2）保护生产层，减少油气层的污染和损害；（3）改善固井、完井技术，适应采油要求，延长油气井寿命。

新中国成立以来，我国钻井技术发展较快。特别是1978年推广喷射钻井、低固相优质钻井液、四合一牙轮钻头等新技术后，我国的钻井技术水平又有显著提高，进入了科学化的钻井阶段，但与国外先进水平相比，还存在一定的差距。

为了使我国的钻井水平能满足勘探开发的需要，努力赶上世界先进水平，必须要向钻井技术进步要速度、要质量、要经济效益，为加速勘探开发步伐、不断增加油气产量作出贡献。二、冲击钻井方法冲击钻井是一种古老的钻井方法，也是旋转钻井方法出现以前唯一的钻油气井的方法。

它是将破碎岩石的工具（钢质尖头钻头）提至一定高度，借钻头本身的重力冲向井底，击碎岩石。然后捞取被击碎的岩屑，以便继续钻进。

因此，冲击钻井方法又被称为顿钻。由于冲击钻井时，破碎岩屑与清除岩屑必须间断地进行，因此钻井速度很慢，不能满足石油生产发展的需要。

冲击钻井现在已基本上被旋转钻井所代替，仅在一些埋藏浅、压力低的油田还能见到。三、旋转钻井方法提高钻速的根本途径是改变钻井方法，这正是旋转钻井法产生的原因。

旋转钻井法的实质是：钻头在压力作用下吃入岩石，同时在转动力矩的作用下连续不断地破碎岩石；被破碎的岩屑由地面输入的钻井液（泥浆、水、空气等）及时带走，钻井液可以连续不断地清除岩屑。这样，一只钻头可以在井底连续钻进十几米、几十米甚至数百米后才起至地面进行更换。

由于使用了钻井液，可长时间稳定井眼、控制复杂地层。旋转钻井的钻井速度高，能适应多种复杂情况，目前世界上大多使用这种方法钻油气井。

旋转钻井通常也称为转盘钻。利用钻杆和钻铤（厚壁钢管）的重力对钻头加压，钻压要使钻头能够吃入岩石。

破碎岩石所需的能量是从地面通过沉重的钢性钻柱传给钻头的。起、下钻的过程比较繁琐，必须将钻柱拆卸成许多立柱，才能起出钻头；而下钻时又必须逐根接上。

为了连续洗井，钻井液从转动的空心钻柱里流向井底，再带着岩屑从钻柱外部与井壁形成的环形空间返回地面。钻头钻进、清洗井底以及起、下钻所需的动力全部由安装在地面上的相应设备提供，这些机器设备总称为钻机。

现代旋转钻井的工艺过程表现为四个环节，即钻进、获取地质资料、完井和安装。钻进环节由一系列按严格的顺序重复的工序组成：把钻柱下入井里；旋转和送进钻头使其在井底破碎。

2.影响钻井过程的因素有哪些

1.钻具对钻井质量和速度的影响 普通钻井通常采用的是常规转盘钻井，然而这种传统的钻井方式的钻井速度很低，已不能适应如今飞速发展的油气行业。

为了提高钻井速度，现有一种“PDC钻头+井下动力钻具+转盘钻”的复合钻井方式，其具有如下优点： （1）由于复合钻进的钻头转速是钻机Ⅱ档速的2倍，接近Ⅰ档速的4倍，大幅度提高机械钻速很容易实现。 （2）复合钻进的高转速适合于PDC钻头剪切地层的切削特点。

（3）井眼轨迹平滑。导向钻进和滑动钻进相结合的间隔变换，易于控制狗腿度，保证井下安全。

（4）钻具结构得到有效简化。复合钻进时钻压一般 （5）高效PDC 钻头配合动力钻具钻井，避免了高转速下牙轮轴承的先期失效，不会发生掉牙轮事故。

（6）导向钻具结构若采用MWD监测井眼轨迹，更能发挥优势。在深部及中深部地层利用井下动力钻具复合钻进技术提高钻井速度，将会有较为明显的效果。

2.钻进参数对钻井质量速度的影响 在钻井过程中，可控因素中的钻进参数对钻井速度的影响不容忽视，如：钻头类型、钻头喷嘴直径、钻头水功率、钻压、转速、泵压、排量等。在客观条件一定的情况下，通常通过控制钻压、转速、泵压及排量来提高机械钻速。

一般情况下钻压越大，转速越高，机械钻速就越高。而且一般遵从的规律是上部地层对转速比较敏感，下部地层对钻压比较敏感。

因此，钻遇上不松软地层时，采用低钻压，高转速；钻遇下部坚硬地层时，采用低钻压，高转速。如果钻压或转速控制不当，一方面会影响机械钻速，另一方面会加剧钻头的磨损，进而影响钻头的使用寿命。

在考虑钻压和转速的同时，还应调节好泵压，泵压不能太大，也不能太小，泵压适当最好。若泵压太小，则井底破碎的岩屑不能及时返出，造成岩屑的二次破碎；若泵压太大，则产生井底压差，井底压差对刚破碎的岩屑有压持效应，阻碍井底岩屑的及时清除，影响钻头的破岩效率。

总之，在钻井过程中应根据实际情况适时的调节钻进参数，只有这样才能高速有效的钻进。 3.钻井液对钻井质量和速度的影响 钻井液是钻井的血液，所以钻井液的性能对钻井至关重要。

影响机械钻速的主要是钻井液的粘度、钻井液的密度及钻井液中的固相含量三方面。针对现有深井液体系使用的处理剂富含铬离子等其它对环境有极大影响的重金属离子，建议研究应用环保型深井钻井液体系，完善目前国内小范围应用的硅酸盐类钻井液体系、合成基类钻井体系，形成适应各钻探区域地质、工程条件的深井环保型钻井液系列。

针对目前深井钻井液检测手段、检测设备远不能满足深井要求，建议配套完善能够检测粘土容量限、页岩稳定性等系列深井钻井液检测仪器，使现场深井检测达到一个新的水平。 （1）钻井液粘度 若钻井液粘度增大，将会增大环空压降，使井底压差增大，钻速降低；钻井液粘度增大，钻柱内压耗增大，在泵压一定时钻头压降减小，钻头谁功率减小，清岩和破岩能力降低，钻速下降。

若钻井液粘度太小则会降低钻井液的携砂能力，使岩屑不能及时返出井口，进而影响钻速。 （2）钻井液密度 钻井液密度越大，井内液柱压力越大。

在井内液柱压力大于地层空隙压力的情况下，产生一个正压差。在正压差作用下，井底岩屑难以离开井底，造成重复破碎现象，钻速降低。

若密度太小不足以压住井下流体，可能会导致井喷危险。 （3）钻井液中的固相含量 固相含量对钻进速度和钻头消耗量都有严重的影响，一半应尽量采用固相含量低于4%的低固相钻井液。

4.钻井设备对钻井质量、速度的影响 钻井设备对钻井速度的影响不容忽视，在一口井的钻井周期中，由于设备问题导致钻井周期延长的时间占绝大部分。设备的影响大体分为以下几种情况： （1）钻机配置不能满足钻井需要，如钻机动力不足、钻头硬度不够等。

（2）设备没有进行定期维护和检修，经常发生故障而延误工期，如个别井位柴油机、泥浆泵、气泵等大型设备多次发生故障。 （3）钻具陈旧，性能下降，增加了井下事故发生的频率，发生诸如发生过1次钻铤脱扣，1次钻杆脱扣，2次钻杆折断。

（4）井场常用工具配备不齐全而延误工期，如个别井位多次发生钻具折断而无打捞工具公锥和母锥；无备用钻头。深井、超深井的现有钻井液体系中包被剂普遍存在抗温性能达不到设计要求，建议 5.其它影响因素 由于钻井区块的井位基本上都在交通不便的山丘、沙漠等地理特殊位置，所以每逢雨雪天气钻井所需的物资很难运送到井场，进而延误工期。

遇到下雨等天气，水和柴油无法及时供应，也会严重影响工期。针对这种情况，后期提前储备足够的水和柴油，避免了雨雪天气由于缺少水和柴油而延误工期。

对深井复杂情况的预防与处理，深井可能遇到的复杂情况比浅井多的多，在常见的复杂和事故如井涌、井漏、井塌、缩径、断钻具等的预防上，只要把现有的技术运用好，把工作做细，完全能够达到安全生产。预防井下复杂技术，以化学防塌为主、以物理防塌为辅。

即抑制粘土分散、控制失水、改善钻井液性能；坚持使用固控设备除砂补土、加重，边钻边划、端起长起相结合整修井壁，起钻前打重泥浆塞保持井筒当量密度。但在处理这。

3.“钻井工艺”该包括哪些

石油和天然气的勘探和开发中钻成井眼所采取的技术方法。主要包括井身设计、钻头和泥浆的选用、钻具组合、钻井参数配合、井斜控制、泥浆处理、取岩心以及事故预防和处理等。石油钻井工艺的特点是：井眼深、压力大、温度高、影响因素多等。以往主要靠经验钻井，50年代开始研究影响钻井速度和成本的诸因素及其相互关系。钻井新技术、新理论不断出现。井眼方向必须控制在允许范围内。根据油气勘探，开发的地质地理条件和工程需要，分直井和定向井两类，后者又可分为一般定向井、水平井、丛式井等。

直井 井眼沿铅直方向钻进并在规定的井斜角和方位角范围内钻达目的层位，对井眼曲率和井底相对于井口的水平位移也有一定的要求（图1）。生产井井底水平位移过大，会打乱油田开发的布井方案；探井井底水平位移过大，有可能钻不到预期的目的层。井的全角变化率过大会增加钻井和采油作业的困难，易导致井下事故。影响井斜角和方位角的因素有：地质条件，钻具组合，钻井技术措施，操作技术以及设备安装质量等。为防止井斜角和井眼曲率过大，必须选用合理的下部钻具组合。常用的有刚性满眼钻具组合（图2）和钟摆钻具组合（图3）两种。前者可采用较大的钻压钻进，有利于提高钻速，井眼曲率较小，但不能纠斜，后者需控制一定的钻压，响钻速，但可用来纠斜。

定向井 沿预先设计的井眼方向（井斜角和方位角）钻达目的层位的井。主要用于：①受地面地形限制，如油田埋藏在城镇、高山、湖泊或良田之下；②海上丛式钻井；③因地质构造特殊（如断层、裂缝层，或地层倾角太大等）的需要，钻定向井有利于油、气藏的勘探开发；④处理井下事故，如侧钻，为制止井喷着火而钻的救险井等。

定向井的剖面设计，一般由直井段、造斜段、稳斜段和降斜段组成。造斜和扭方位井段常用井下动力钻具（涡轮钻具或螺杆钻具） 加弯接头组成的造斜钻具（图4）。当井眼斜度最后达到或接近水平时，称为水平井。定向钻进时，必须经常监测井眼的斜度和方位，随时绘出井眼轨迹图，以便及时调整。常用的测斜仪有单点、多点磁力照相测斜仪和陀螺测斜仪。近年来，还使用随钻测斜仪，不需起钻就可随时了解井眼的斜度和方位，按信号传输方式分有线及无线两种，前者用电缆传输信号，后者用泥浆脉冲、电磁、声波等。

丛式井 又称密集井、成组井（图5）， 在一个位置和限定的井场上向不同方位钻数口至数十口定向井，使每口井沿各自的设计井身轴线分别钻达目的层位，通常用于海上平台或城市、良田、沼泽等地区，可节省大量投资，占地少，并便于集中管理。

喷射钻井 将泥浆泵输送的高压泥浆通过钻头喷嘴形成高速冲击射流（通常在m/s以上），直接作用于井底，充分利用水力能量（一般使泵水功率的50%以上作用于井底），使岩屑及时冲离井底或直接破碎地层，可大幅度提高钻井速度。合理的工作方式是采用较高的泵压、较低的排量和较小的钻头喷嘴直径。

优选参数钻井 在分析已钻井资料的基础上，以电子计算机为手段，用最优化的方法，将影响钻井速度的各种可控因素（例如钻头类型、钻压、转速、泥浆性能、水力因素等），根据最低成本原则建立数学模型，编成计算程序。进行优选配合，使钻井工作实现优质、快速、低成本。

地层孔隙压力预测和平衡压力钻井 用地震、测井和钻进时的资料（机械钻速、页岩密度、泥浆比重、温度等）进行综合分析，预测地层孔隙压力和判断可能出现的异常压力地层，及时采取措施以防止突然发生井喷、井漏和井塌等井下复杂情况。根据已知的地层孔隙压力和地层破裂压力，确定合理的泥浆比重和套管程序。在井内泥浆液柱压力和地层孔隙压力近似平衡的条件下进行钻井，称平衡压力钻井。可显著提高钻速，也有利于发现油、气藏。

井控技术 当钻达异常高压地层而发生泥浆气侵或井涌时，用计算方法和恰当的技术措施，调整泥浆比重和流动特性，配合使用液动高压防喷设备进行控制和排除井内溢流，以防止井喷。

取岩心技术 按设计要求从井下钻取所需层位的岩石样品（岩心），为勘探和开发油、气藏取得第一性资料。常用的取心工具主要由取心钻头、岩心筒、岩心抓和接头等部件组成，取心钻进时，钻头连续呈环形切削井底的岩石，使钻成的柱状岩心不断进入岩心筒。为适应特殊需要，还有密闭取心、保持压力取心和用于极疏松和破碎地层的取心工具（橡皮套取心工具）等。

4.“钻井工艺”该包括哪些

石油和天然气的勘探和开发中钻成井眼所采取的技术方法。

主要包括井身设计、钻头和泥浆的选用、钻具组合、钻井参数配合、井斜控制、泥浆处理、取岩心以及事故预防和处理等。石油钻井工艺的特点是：井眼深、压力大、温度高、影响因素多等。

以往主要靠经验钻井，50年代开始研究影响钻井速度和成本的诸因素及其相互关系。钻井新技术、新理论不断出现。

井眼方向必须控制在允许范围内。根据油气勘探，开发的地质地理条件和工程需要，分直井和定向井两类，后者又可分为一般定向井、水平井、丛式井等。

直井 井眼沿铅直方向钻进并在规定的井斜角和方位角范围内钻达目的层位，对井眼曲率和井底相对于井口的水平位移也有一定的要求（图1）。生产井井底水平位移过大，会打乱油田开发的布井方案；探井井底水平位移过大，有可能钻不到预期的目的层。

井的全角变化率过大会增加钻井和采油作业的困难，易导致井下事故。影响井斜角和方位角的因素有：地质条件，钻具组合，钻井技术措施，操作技术以及设备安装质量等。

为防止井斜角和井眼曲率过大，必须选用合理的下部钻具组合。常用的有刚性满眼钻具组合（图2）和钟摆钻具组合（图3）两种。

前者可采用较大的钻压钻进，有利于提高钻速，井眼曲率较小，但不能纠斜，后者需控制一定的钻压，响钻速，但可用来纠斜。 定向井 沿预先设计的井眼方向（井斜角和方位角）钻达目的层位的井。

主要用于：①受地面地形限制，如油田埋藏在城镇、高山、湖泊或良田之下；②海上丛式钻井；③因地质构造特殊（如断层、裂缝层，或地层倾角太大等）的需要，钻定向井有利于油、气藏的勘探开发；④处理井下事故，如侧钻，为制止井喷着火而钻的救险井等。 定向井的剖面设计，一般由直井段、造斜段、稳斜段和降斜段组成。

造斜和扭方位井段常用井下动力钻具（涡轮钻具或螺杆钻具） 加弯接头组成的造斜钻具（图4）。当井眼斜度最后达到或接近水平时，称为水平井。

定向钻进时，必须经常监测井眼的斜度和方位，随时绘出井眼轨迹图，以便及时调整。常用的测斜仪有单点、多点磁力照相测斜仪和陀螺测斜仪。

近年来，还使用随钻测斜仪，不需起钻就可随时了解井眼的斜度和方位，按信号传输方式分有线及无线两种，前者用电缆传输信号，后者用泥浆脉冲、电磁、声波等。 丛式井 又称密集井、成组井（图5）， 在一个位置和限定的井场上向不同方位钻数口至数十口定向井，使每口井沿各自的设计井身轴线分别钻达目的层位，通常用于海上平台或城市、良田、沼泽等地区，可节省大量投资，占地少，并便于集中管理。

喷射钻井 将泥浆泵输送的高压泥浆通过钻头喷嘴形成高速冲击射流（通常在m/s以上），直接作用于井底，充分利用水力能量（一般使泵水功率的50%以上作用于井底），使岩屑及时冲离井底或直接破碎地层，可大幅度提高钻井速度。合理的工作方式是采用较高的泵压、较低的排量和较小的钻头喷嘴直径。

优选参数钻井 在分析已钻井资料的基础上，以电子计算机为手段，用最优化的方法，将影响钻井速度的各种可控因素（例如钻头类型、钻压、转速、泥浆性能、水力因素等），根据最低成本原则建立数学模型，编成计算程序。进行优选配合，使钻井工作实现优质、快速、低成本。

地层孔隙压力预测和平衡压力钻井 用地震、测井和钻进时的资料（机械钻速、页岩密度、泥浆比重、温度等）进行综合分析，预测地层孔隙压力和判断可能出现的异常压力地层，及时采取措施以防止突然发生井喷、井漏和井塌等井下复杂情况。根据已知的地层孔隙压力和地层破裂压力，确定合理的泥浆比重和套管程序。

在井内泥浆液柱压力和地层孔隙压力近似平衡的条件下进行钻井，称平衡压力钻井。可显著提高钻速，也有利于发现油、气藏。

井控技术 当钻达异常高压地层而发生泥浆气侵或井涌时，用计算方法和恰当的技术措施，调整泥浆比重和流动特性，配合使用液动高压防喷设备进行控制和排除井内溢流，以防止井喷。 取岩心技术 按设计要求从井下钻取所需层位的岩石样品（岩心），为勘探和开发油、气藏取得第一性资料。

常用的取心工具主要由取心钻头、岩心筒、岩心抓和接头等部件组成，取心钻进时，钻头连续呈环形切削井底的岩石，使钻成的柱状岩心不断进入岩心筒。为适应特殊需要，还有密闭取心、保持压力取心和用于极疏松和破碎地层的取心工具（橡皮套取心工具）等。

5.打井的方法和步骤有哪些

打井机主要用于开发地下水资源，包括生活用水、农业用水和工业用水等钻井工作，同时也适用于水文地质勘探、建筑工程、桥梁基础打孔等。天津打井的打井机机结构形式，牵引式、车载式、车载背机式。一般打井机的组成，柴油机、摩擦离合器、变速箱、分动箱、传动轴、泥浆泵、清水泵、真空泵、转盘、水龙头、卷扬机、液压系统、操纵机构、桅杆、钻具、车架等。打井机的工作方式是泵吸反循环式。其工作原理是在大气压力的作用下，循环液由沉淀池经回水沟沿着井孔的环状间隙流到井底，此时转盘驱动钻杆，带动钻头旋转进行钻进，由泥浆泵抽吸建立的负压把碎屑泥浆吸入钻杆内腔，随后上升至水龙头，经泥浆泵排入沉淀池，沉淀后的循环液继续流入井孔，如此周而复始，形成了反循环的钻进工作。打井机的工作方式是泵吸反循环式。其工作原理是，在大气压力的作用下，循环液由沉淀池经回水沟沿着井孔的环状间隙流到井底，此时转盘驱动钻杆，带动钻头旋转进行钻进，由泥浆泵抽吸建立的负压把碎屑泥浆吸入钻杆内腔，随后上升至水龙头，经泥浆泵排入沉淀池，沉淀后的循环液继续流入井孔，如此周而复始，形成了反循环的钻进工作。

打井步骤是配置适宜的水泵，成井后要根据打井时施工排水情况，实测出水井的动静水位和相应的出水量，然后根据地面到动水位的高差以及你所采用的灌溉方式，所需要水泵工作扬程确定水泵的总扬程，水泵的流量不准超过井的出水流量，由以上两项条件，购买相应的水泵。合理的井孔布局，井孔的位置布局要根据当地实际水文地质情况进行合理的布局，没有水文地质资料的可参考附近已有水源井作为井的布置依据。在浅层地下水不丰富的地区，绝不能盲目地打浅井；在浅层地下水比较丰富的地区，适宜农民自建的浅井，但井孔布置也不能过密，以免造成相邻水源井之间的相互影响。采用正确的施工方法，大口井的施工方法有两种：一是大开槽法，人工开挖或爆破施工；二是沉井法，排水施工或不排水施工。对口抽式的施工，一般采用机械吊锤和人工吊锤两种方法，利用吊锤的重力作用将吸水管直接打入地下。

6.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。

7.目前的钻井方法有哪两种

旋转钻是当前最通用的钻井方法，按动力传递方式不同，分转盘钻和井下动力钻两种。 1、转盘钻 在钻台的井口处装有转盘，转盘中心旋转部分有方孔，钻柱最上端的方钻杆穿过该方孔，方钻杆下接钻柱和钻头。动力机驱动转盘时带动钻柱和钻头一起旋转，破碎岩石，井眼随钻柱不断加长而加深，岩屑随循环泥浆返至地面。

2、井下动力钻 利用井下动力钻具带动钻头破碎岩石。特点是钻进时钻柱不转动，磨损小、使用寿命长、特别适于打定向井。井下动力钻有涡轮钻、螺杆钻、电动钻具等。前两种靠高压泥浆驱动，后一种是用电驱动。30年代初苏联首先使用涡轮钻钻井，中国从50年代起先后使用涡轮钻和螺杆钻，主要用于钻定向井。电动钻需要特殊的带电缆的钻柱，尚未大量使用。

8.钻井技术是什么

为满足不同条件的钻井需要，优质、安全、快速钻进，钻井工作者几十年来研究了各种钻井技术，现已发展成为以喷射钻井及优化参数钻井为核心的钻井综合配套技术。

下面重点介绍喷射钻井技术、优选参数钻井技术、直井防斜技术、定向井技术、钻井取心技术等。 一、喷射钻井技术 喷射钻井技术在我国是从1978年开始试验并在生产上逐渐推广的。

喷射钻井的实质就是钻井水力参数的优化。喷射钻井的一个显著特点是从钻头喷射出来的钻井液射流具有很高的喷射速度，井底得到较大的冲击力和水功率，从而及时清除井底岩屑，破碎井底岩石，提高钻井速度。

（一）射流对井底的水力作用 1.射流特性 图4-7 射流结构 射流是指通过管嘴或孔口，过水断面周界不与固体壁接触的液流，见图4-7。射流出喷嘴后，由于摩擦作用，射流流体与周围流体产生动量交换，带动周围流体一起运动，使射流的周界直径不断扩大。

射流纵剖面上周界母线的夹角称为射流扩散角（α）。α越小，则射流的密集性越高，能量就越集中。

在射流中心，各点的流速等于出口流速（vjo）部分称等速核。在射流的任一横截面上，从等速核向外速度很快降低，到射流边界上速度为零。

超过等速核以后，射流轴线上的速度迅速降低。当射流撞击井底后，形成井底冲击压力波和井底漫流。

L为射流轴线上某点距出口的距离，vjm为距出口L处的最大射液速度。 2.射流对井底的清洗作用 射流撞击井底后形成的井底冲击压力波和井底漫流是射流对井底清洗的两种主要形式。

（1）射流的冲击压力作用。射流撞击井底后形成的冲击压力波并不是作用在整个井底，而是作用在如图4-8所示的小圆面积上，井底岩屑所受冲击压力极不均匀。

极不均匀的冲击压力使岩屑产生一个翻转力矩，从而离开井底，如图4-9所示，这就是射流对井底岩屑的冲击翻转作用。 （2）漫流的横推作用。

射流撞击井底后形成的漫流是一层很薄的高速液流层，具有附面射流的性质。这层具有很高速度的井底漫流，对井底岩屑产生一个横向推力，使其离开原来的位置。

因此，井底漫流对井底清洗有非常重要的作用。 图4-8 射流作用 图4-9 岩屑翻转 3.射流对井底的破岩作用 当射流的水功率足够大时，射流不但有清洗井底的作用，而且还有直接或辅助破碎岩石的作用。

（二）射流水力参数和钻头水力参数 射流水力参数包括射流的喷射速度、射流冲击力和射流水功率。钻头喷嘴出口处的射流速度称为射流喷射速度，习惯上称为喷速。

射流冲击力是指射流在其作用的面积上的总作用力的大小。单位时间内射流所具有的做功能量就是射流水功率。

钻头水力参数包括钻头压力降和钻头水功率。钻头压力降是指钻井液流过钻头喷嘴以后钻井液压力降低的值。

钻头水功率是指钻井液流过钻头时所消耗的水力功率。 二、最优化钻井技术（优选参数钻井技术） 钻进过程中的机械破岩参数主要包括钻压和转速。

为寻求一定的钻压、转速参数配合，使钻进过程达到最佳的技术经济效果，首先需要确定一个衡量钻进技术经济效果的标准，并将各参数对钻进过程影响的基本规律与这一标准结合起来，建立钻进目标函数。然后，运用最优化数学理论，在各种约束条件下，寻求目标函数的极值点。

满足极值点条件的参数组合，即为钻进过程的最优机械破岩参数。利用这个最优参数实施的钻井方法称为最优化钻井。

因此，最优化钻井的实质就是对影响钻进速度的主要因素以及钻进过程中的基本规律进行分析，并建立相应的数学模型。 （一）影响钻速的主要因素 除了前面已经介绍的岩石特性和钻头类型对钻速有重要影响外，钻进过程中的钻压、转速、水力因素、钻井液性能以及钻头的牙齿磨损等也是影响钻速的主要因素。

1.钻压对钻速的影响 在钻进过程中，钻头牙齿在钻压的作用下吃入地层、破碎岩石。钻压的大小决定了牙齿吃入岩石的深度和岩石破碎体积的大小。

因此，钻压是影响钻速的最直接和最显著的因素之一。钻进实践表明，在其他钻进条件保持不变的情况下，钻压与钻速的典型关系近似于线性关系。

2.转速对钻速的影响 转速对钻速的影响是人们早就认识到，并已研究解决了的问题。在钻压和其他钻井参数保持不变的条件下，随着转速的提高，钻速是以指数关系变化的，但指数一般都小于1。

3.牙齿磨损对钻速的影响 钻进过程中钻头在破碎地层岩石的同时，其牙齿也受到地层的磨损。随着钻头牙齿的磨损，钻头工作效率将明显下降，钻进速度也随之降低。

4.水力因素对钻速的影响 表征钻头及射流水力特性的参数统称为水力因素，其总体指标通常用井底单位面积上的平均水功率（称为比水功率）来表示。水力因素对钻速的影响表现为两个方面：一是水功率大，钻头喷嘴所产生的钻井液射流对井底岩屑的冲洗作用大。

但当实际水功率大于净化所需的水功率时，井底达到完全净化后，水功率的提高不会进一步提高钻速。二是水力能量的破岩作用。

当水功率超过井底净化所需的水功率后，机械钻速仍有可能增加。 5.钻井液性能对钻速的影响 钻井液性能对钻速的影响规律比较复杂，其复杂性不仅在于表征钻井液性能的各参数对钻速都有不同程度的影响，而且几乎不可能在改变。