完整的钻井指南

什么是钻孔？

从广义上讲，钻孔是指使用镗孔工具在固体材料或硬质表面上打孔的任何过程。钻探在各个行业中都有成千上万的应用，无疑是人类文明最伟大的发明之一。

什么是钻孔机？

钻孔机是用于钻孔的多种设备中的任何一种。所有类型的钻孔机都具有一个钻头，该钻头去除了钻入的部分材料以形成孔。该钻头最典型地绕其轴线旋转以实现此目的。

根据在车间，工厂和建筑工地所使用的工作，有几种常见的钻孔机类型：

-立式灵敏钻床：这是一种用于轻型作业且手动操作的钻孔机。

-立式钻床：立式灵敏钻床的重负荷表亲，可以用于手动操作，也可以使用电源操作，因为它用于加工较硬或较大材料的较大孔。

-径向臂钻床：径向臂钻床可能是车间中用途最广泛的钻孔机，它可以在需要钻孔的物料上移动，而不是操作员必须移动物料以将其定位以便进行钻孔。

-专用钻孔机：顾名思义，它们用于特殊任务，例如一次钻两个打孔（例如，排钻和多主轴钻床）或钻很小的孔（微型钻床）。

钻孔类型

从微孔到油井和采矿隧道，钻头用于制造各种孔。根据尺寸，我们区分三种主要的钻探类型：

微钻：此类钻孔是指直径小于0.5毫米的孔的钻孔。对于这么小的直径，司钻使用的主轴转速高的钻头可以以10,000 RPM以上的转速旋转。

深钻：石油和天然气工业中使用的那种钻探，是指钻出比其深得多的孔。它们的直径和深度之间的比率通常大于300：1。

拨动：这是一种钻孔类型，其中直径与深度之间的比率与深钻孔相反。严格来说，这甚至不是适当的钻孔，因为它涉及到一台切割机，该切割机例如是从诸如金属薄板之类的坚硬表面上去除大直径圆盘的。

钻井作业类型

在建筑，车间和房屋外，钻探最广泛用于采矿，科学（用于采集岩石或土壤样本），供水以及油气勘探和生产。在这些行业中，所使用的钻床要大得多，可分为以下两种：冲击式和旋转式。基于此区别，有两种主要类型的工业钻探：

在采矿作业中使用冲击钻来破碎岩石。在这里，行业将潜孔钻和顶锤钻区别开来。

潜孔钻井涉及由压缩空气沿钻杆驱动的锤子。潜孔钻探用于破碎较硬的岩石。在这些钻机中，锤子附着在钻柱的底部，并以很高的频率撞击岩石。

顶部锤钻是冲击钻的另一种子类型，它涉及带有活塞的钻机，如DTH中那样，将冲击力传递到锤上，但在这里，钻头还绕着其轴线旋转，除了将锤击传递到需要冲击的岩石上。被钻透。

旋挖钻是石油钻探和天然气钻探中最流行的一种，也用于采矿。旋转钻孔中没有锤击动作，但是有很多旋转动作，因此得名。旋转钻头中的钻头沿其轴线旋转以去除岩石头并形成孔。在现代旋转钻机中，钻头和钻轴（统称为钻柱）均绕各自的轴旋转。

旋转钻孔相对于冲击钻孔的一个主要优点是，可以通过向钻杆中添加流体来冷却钻头。由于钻头无需停止旋转即可冷却，因此可以进行更长的连续钻孔。

采矿中的钻井作业

采矿业区分三种钻探类型。

勘探钻探：这涉及钻探以收集岩石样品。收集样品的目的是检查岩石中矿产资源的质量。在收集样本形状之后，也称为岩心钻孔。这些是岩石圆柱体，可通过专用钻机将其从地层中取出，该钻机的作用类似于孔锯。

技术钻探：技术钻探包括与地下矿井开发相关的钻探操作，包括排水，边坡稳定和在生产开始之前进行地基测试的钻探。

爆破孔钻孔：这是在岩石上钻一个洞并用炸药装填以松动岩石并使矿石适合开挖的过程。爆炸孔钻探，有时也称为生产钻探，在露天开采和露天开采中都用于勘探和生产目的。

采矿机械

根据钻井作业的目的，采矿中使用的钻机有几种类型，通常分为两类：

-凿岩机用于在矿山和金属矿山中钻孔。所用钻头的大小取决于矿山的大小及其深度。这些钻机中有一些是专门为钻爆孔而设计的，而另一些则是在非常狭窄的隧道中操作的。还有其他一些设计用于钻深孔并挖掘大量矿石。

-锚杆钻机或采矿锚杆机是既可以钻孔，又可以在地下采矿隧道的天花板和墙壁中安装安全螺栓的机器。其中一些钻机设计为用途更广的钻机，可用于安全螺栓的钻孔和长孔钻孔（用于矿石钻孔）。

在采矿中选择合适的钻机取决于许多因素，包括将要钻入的岩石类型，矿产前景的大小以及矿工想要钻的孔的类型（勘探，爆破孔，生产孔）或采矿隧道。

石油钻井作业

进行石油和天然气钻井是出于以下三个目的之一：

勘探：当已确定某矿床可能包含商业数量的碳氢化合物时，则需要钻探勘探井以确认或拒绝这些碳氢化合物的存在。

评价：一旦确定了石油和天然气的存在，便要钻一口井，以查看它们是否确实数量足以证明该油田的商业开发是合理的。

生产：一旦确定了油气含气田的前景，就在碳氢化合物浓度最高的地方钻探生产井。

钻孔设备

为了钻探石油或天然气井，勘探和生产公司使用钻机。根据是将其用于陆上还是海上钻探，两者之间存在一些差异，但是陆上和海上钻机共享其主要组件：钻头，连接钻头的钻柱以及旋转钻机的旋转工作台。钻柱和钻头。

除钻柱和钻头外，钻井设备通常还包括防喷器，钻杆，泥浆罐和泵，离心机，以及将气体与油，沙子和水与碳氢化合物分离的一组装置。

钻机组件

钻机的某些组件会根据位置（海上还是陆上）以及要执行的钻探类型而有所不同。但是，无论类型如何，所有钻机都共享几个基本组件。

-德里克：支撑钻柱，钻头和相关设备的钢塔。

-绞车：安装在钻机上的一组系统，用于提升和安装钻柱和钻头；旋转装置，支撑钻柱和钻头的重量，并用压力密封井的开口；旋转台和凯利旋转钻头。

-凯利驱动器：方形或六边形的轴，通过称为衬套的板在碗上的部件连接到旋转台。所述方钻杆是中空的，以容纳泵入井中以冷却钻头的水或钻探泥浆。

- 轮盘：旋转钻柱的部件，通常由链条和驱动链轮组成。

-旋转：旋转时用于降低钻柱并支撑其重量的手柄。另外，还有用于钻探泥浆的导管。

-钻杆：这些管道连接到方钻杆，并降低到井中。它们是钻机上的地面设备与地下设备（即钻柱和钻头）之间的连接。在将井钻至目标深度后，将其取出。

-井底总成：这是钻头及其上方金属结构的总称，其目的是为钻头提供足够的力来破坏岩石。

- 防喷器：防喷器是一种阀系统，安装在井的开口处，以确保防止石油和天然气的自发释放，并且还可以防止在压力作用下将钻杆和井壁从井中吹出。坐骑。

-钻头：钻头通常是根据勘探区的地质特征定制的。钻头可大致分为三种类型：碾碎岩石的牙轮钻头；金刚石钻头（PDC），它们能磨碎而不是压碎岩石，并且在软岩石中更耐用，速度更快；定向钻头在顶部装有可操纵的马达，可沿不同方向进行钻探，大多数情况下是在海上钻探，单个井眼既可以容纳多口井，也可以容纳页岩。

除了这些基本组件之外，钻探现场还具有电源（通常是柴油发电机）以及用于钻探泥浆的泥坑，将泥浆送入井中然后从井中排出的泵以及离心机。在钻井过程中将固体与液体分离。

钻机类型

通常，钻机根据其使用的动力源，用于钻柱的管道和旋转方法进行分类。

在石油和天然气中，钻机在电源方面是机械的。它们绝大多数由柴油发动机提供动力。

至于管道，石油和天然气钻井平台使用连续油管，这是一种细长的金属管，可将井架连接到井底组件。

石油钻井平台就是这种情况。但是，就钻机类型而言，陆上和海上钻探之间存在明显差异。对于陆上站点，大多数钻机看起来都一样。在海上，这完全取决于要钻的深度。

在海上，有八种类型的钻机用于不同的深度范围。

固定平台：固定平台的名称来自将其连接到海底的钢制或混凝土支腿。这些钻机用于长达1,700英尺（即530米）的浅水区。

自升式钻机：这些平台的支腿像固定钻机一样，但是可以抬起这些支腿以将平台从一个位置移动到另一位置，然后放低以将其再次连接到海底。自升式钻机是固定平台的一种，也广泛用于浅水区。

合规塔楼：这些类似于固定平台，但塔架更窄（在海上相当于井架），因此平台可以随风和波浪向侧面移动。这种更大的灵活性使它们适合于比3,000英尺或约900米的固定平台更大的深度。

半潜水平台：半潜艇是漂浮的结构，站在浮潜状的腿上，被淹没在水中。它们是恶劣天气条件下钻井位置的首选平台，并且可以在深度达10,000英尺或3,000米的浅水和深水中使用。

根据所用锚固的类型，半潜式潜水艇可以是：张力腿和海星平台，它们都通过柔性钢腿连接到海底；和翼梁平台，它们漂浮在空心圆柱体顶部的水面上，使平台保持在原位。

FPSO：浮动生产，存储和卸载系统是海上钻井平台最通用的类​​型。它们可以在诸如半潜式潜水器的浅水或中深度水域中作业，也可以在诸如钻井船的超深水域中作业。但是，由于它们将生产与存储和卸货相结合，因此它们最常用于不超过6,000英尺（或1,800米）的中等深度水域，这种组合最经济。

钻井船：钻探船用于在半潜艇无法操作的深水中进行钻探。为了保持在原位，钻探船使用了各种锚固方式。锚固类型包括多个锚和动态定位：一种螺旋桨和推进器系统，可通过计算机控制的程序将船只自动保持在适当的位置。

钻孔过程

在进入钻井过程之前，这里简要概述了石油和天然气勘探与生产公司所钻的油井类型。他们区分：

野猫好：第一个井是在新勘探区上钻的，该勘探区在地质学上已明确定义为油气勘探区，但位于任何已知的油气田之外。

评价良好：钻一口井，以确定通过地震成像发现的范围和大小；换句话说，评估已探明碳氢化合物矿床的特征。

生产良好：在油田的最佳位置钻探的一口井，具有经证实的商业石油和/或天然气储量，以提取用于商业目的的碳氢化合物。

钻孔过程可以大致分为三个主要阶段：准备，打结和完成。

制备

在陆地上，需要平整要钻探井的土地，以便船员可以组装井架，还需要修建道路以引入所有钻井设备。

然后，在钻探过程中，需要挖出泥坑和存储坑，以便从液体中分离出任何固体。在某些辖区，禁止使用泥坑，而将用过的泥浆收集在金属储罐中，在准备阶段需要将它们放在一起。

最后，工作人员将建造业内称为地下室的地方：将要钻井的地方和所有钻井机械的组装地方。

在海上，这都不适用。在那里，一切都发生在平台上和平台上，在平台上通过空运或乘船运送钻井设备，并安装在平台本身上，从那里钻井将钻柱降到水中和海底。

布丁

这是实际钻孔开始的时间。首先从导体孔的钻孔开始：在100至200英尺之间或30至40米之间的浅孔，该孔被胶合在适当位置或衬有所谓的导体套管（钢管）。导孔的目的是防止井眼顶部自身塌陷。

钻孔

导体孔就位并装好后，即可开始钻孔。井架被组装在井眼上并且钻探设备被组装。

适当的钻井分阶段进行。适当的钻探的第一阶段是钻一个约300-500英尺（即100-250米）的孔，其目的是首先将该井与该地区的地表含水层密封起来，并稳定井眼的顶部。

这是通过在井眼中安装井套管（钢管），然后通过钻柱将水泥倒入其中来完成的。水泥到达井底后，将其沿套管侧面向上推回，将井眼固定在适当的位置并使井筒与含水层隔离。在钻井过程的每个阶段都重复进行这种套管固井过程。

这第一个适当的钻井阶段是最重要的，因为这是在套管上安装防喷器以防止井喷的阶段。完成此操作并激活BOP后，钻孔将继续向下至所需深度。在页岩油钻探和页岩气钻探中，一旦达到最大所需深度，就会有一个附加的横向钻探阶段，也称为定向钻探或水平钻探。

在钻探过程中，将水（或更常见的钻探泥浆）注入井眼中，以冷却钻头，并冲洗掉钻头产生的岩屑，如果钻屑堆积在钻头周围，将迫使钻头停止钻探。这些钻屑收集在地表的坑或储层中。

一旦对井的最后部分进行钻探，套管和固井，井就完成了并准备开始生产。典型的常规井仍是裸眼的，这意味着井眼的端部仍向烃类储层开放，并且它们笔直向上流动。

另一方面，非常规井需要打孔以允许碳氢化合物开始流入。这被称为套管完井，在钻探过程中涉及一个额外的阶段，在此阶段，将射孔枪插入井眼中进行射孔。套管，因此可以将水力压裂液泵入孔中并使周围的页岩破裂，从而释放出碳氢化合物。

钻一口油井需要几个月的时间，而且要全天候进行。这是一个复杂，劳动密集的过程，通常在充满挑战的环境（例如深水甚至北极）中进行。然而，整个石油和天然气行业以及世界上许多能源供应都依赖这一过程。