鉆井方法主要包括哪些因素(石油鉆井方法)
1.石油鉆井方法有哪些
目前，世界上廣泛采用鉆井方法來取得地下的石油和天然氣。
隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展，鉆井深度不斷增加，油氣井的建設速度也隨之加快，促使鉆井方法、技術和工藝得到很大改進。從已鉆成的千百萬口油氣井的資科中可以看到變化過程：頓鉆逐漸被旋轉鉆代替，井身結構從復雜到簡單，井眼直徑日趨縮小等等。
一、鉆井工藝發(fā)展概況和趨勢石油鉆井是油田勘探和開發(fā)的重要手段。一個國家石油工業(yè)的發(fā)展速度，常與它的鉆井工作量及科學技術水平緊密相關。
近20年來，世界石油產(chǎn)量和儲量劇增，鉆井工作量相應地大幅度增加，鉆井科學技術水平也得到了飛速發(fā)展。在此期間鉆井技術發(fā)展的特點是從經(jīng)驗鉆井進展到科學化鉆井。
鉆井深度、斜度、區(qū)域和地區(qū)也有長足的發(fā)展。從鉆淺井、中深井發(fā)展到鉆深井和超深井；從鉆直井和一般斜井發(fā)展到鉆大斜度井和叢式井；從陸上鉆井發(fā)展到近海和深海鉆井；從地面條件好的地區(qū)鉆井發(fā)展到條件惡劣的地區(qū)（如沙漠、沼澤和寒冷地區(qū)）鉆井。
在鉆井技術發(fā)展的同時，設備、工具和測量儀表也得到了相應的發(fā)展。美國鉆井工作者曾將旋轉鉆井技術的發(fā)展進程分為四個時期：（1）概念時期（1900—1920年）。
這個時期開始把鉆井和洗井兩個過程結合在一起，開始使用牙輪鉆頭并用水泥封固套管。（2）發(fā)展時期（1920—1948年）。
這個時期牙輪鉆頭有所改進，提高了進尺和使用壽命。固井工藝和鉆井液有了進一步的發(fā)展，同時出現(xiàn)了大功率的鉆機。
（3）科學化鉆井時期（1948—1968年）。這個時期大力開展鉆井科學研究工作，鉆井技術飛速發(fā)展。
該時期的主要技術成就有：發(fā)展和推廣了噴射鉆井技術；發(fā)展了鑲齒、滑動、密封軸承鉆頭；應用低固相、無固相不分散體系鉆井液；發(fā)展了地層壓力檢測技術、井控技術和固控技術，提出了平衡鉆井的理論及方法。（4）自動化鉆井時期（1968年至今）。
這個時期發(fā)展了自動化鉆機和井口自動化工具。鉆井參數(shù)自動測量和計算機在鉆井工程中得到廣泛應用，最優(yōu)化鉆井和全盤計劃鉆井也初具規(guī)模。
目前，鉆井人員一般把鉆井技術發(fā)展的前兩個時期稱為經(jīng)驗鉆井階段，把后兩個時期稱為科學化鉆井階段。時期的劃分直觀地描述了鉆井技術發(fā)展的過程，揭示了其發(fā)展規(guī)律。
任何一門科學和技術都有其自身的發(fā)展規(guī)律和要達到的主要目標。鉆井工作是為油田勘探和開發(fā)服務的重要手段。
鉆井技術的發(fā)展首先要保證鉆井質量，即所鉆油氣井要滿足油氣田勘探和開發(fā)的要求，要在此基礎上來提高鉆井速度、縮短鉆井周期、降低鉆井成本。近20年來的實踐證明，現(xiàn)代鉆井工藝技術將圍繞以下三個方面發(fā)展：（1）提高鉆井速度，降低生產(chǎn)成本；（2）保護生產(chǎn)層，減少油氣層的污染和損害；（3）改善固井、完井技術，適應采油要求，延長油氣井壽命。
新中國成立以來，我國鉆井技術發(fā)展較快。特別是1978年推廣噴射鉆井、低固相優(yōu)質鉆井液、四合一牙輪鉆頭等新技術后，我國的鉆井技術水平又有顯著提高，進入了科學化的鉆井階段，但與國外先進水平相比，還存在一定的差距。
為了使我國的鉆井水平能滿足勘探開發(fā)的需要，努力趕上世界先進水平，必須要向鉆井技術進步要速度、要質量、要經(jīng)濟效益，為加速勘探開發(fā)步伐、不斷增加油氣產(chǎn)量作出貢獻。二、沖擊鉆井方法沖擊鉆井是一種古老的鉆井方法，也是旋轉鉆井方法出現(xiàn)以前唯一的鉆油氣井的方法。
它是將破碎巖石的工具（鋼質尖頭鉆頭）提至一定高度，借鉆頭本身的重力沖向井底，擊碎巖石。然后撈取被擊碎的巖屑，以便繼續(xù)鉆進。
因此，沖擊鉆井方法又被稱為頓鉆。由于沖擊鉆井時，破碎巖屑與清除巖屑必須間斷地進行，因此鉆井速度很慢，不能滿足石油生產(chǎn)發(fā)展的需要。
沖擊鉆井現(xiàn)在已基本上被旋轉鉆井所代替，僅在一些埋藏淺、壓力低的油田還能見到。三、旋轉鉆井方法提高鉆速的根本途徑是改變鉆井方法，這正是旋轉鉆井法產(chǎn)生的原因。
旋轉鉆井法的實質是：鉆頭在壓力作用下吃入巖石，同時在轉動力矩的作用下連續(xù)不斷地破碎巖石；被破碎的巖屑由地面輸入的鉆井液（泥漿、水、空氣等）及時帶走，鉆井液可以連續(xù)不斷地清除巖屑。這樣，一只鉆頭可以在井底連續(xù)鉆進十幾米、幾十米甚至數(shù)百米后才起至地面進行更換。
由于使用了鉆井液，可長時間穩(wěn)定井眼、控制復雜地層。旋轉鉆井的鉆井速度高，能適應多種復雜情況，目前世界上大多使用這種方法鉆油氣井。
旋轉鉆井通常也稱為轉盤鉆。利用鉆桿和鉆鋌（厚壁鋼管）的重力對鉆頭加壓，鉆壓要使鉆頭能夠吃入巖石。
破碎巖石所需的能量是從地面通過沉重的鋼性鉆柱傳給鉆頭的。起、下鉆的過程比較繁瑣，必須將鉆柱拆卸成許多立柱，才能起出鉆頭；而下鉆時又必須逐根接上。
為了連續(xù)洗井，鉆井液從轉動的空心鉆柱里流向井底，再帶著巖屑從鉆柱外部與井壁形成的環(huán)形空間返回地面。鉆頭鉆進、清洗井底以及起、下鉆所需的動力全部由安裝在地面上的相應設備提供，這些機器設備總稱為鉆機。
現(xiàn)代旋轉鉆井的工藝過程表現(xiàn)為四個環(huán)節(jié)，即鉆進、獲取地質資料、完井和安裝。鉆進環(huán)節(jié)由一系列按嚴格的順序重復的工序組成：把鉆柱下入井里；旋轉和送進鉆頭使其在井底破碎。
2.影響鉆井過程的因素有哪些
1.鉆具對鉆井質量和速度的影響 普通鉆井通常采用的是常規(guī)轉盤鉆井，然而這種傳統(tǒng)的鉆井方式的鉆井速度很低，已不能適應如今飛速發(fā)展的油氣行業(yè)。
為了提高鉆井速度，現(xiàn)有一種“PDC鉆頭+井下動力鉆具+轉盤鉆”的復合鉆井方式，其具有如下優(yōu)點： （1）由于復合鉆進的鉆頭轉速是鉆機Ⅱ檔速的2倍，接近Ⅰ檔速的4倍，大幅度提高機械鉆速很容易實現(xiàn)。 （2）復合鉆進的高轉速適合于PDC鉆頭剪切地層的切削特點。
（3）井眼軌跡平滑。導向鉆進和滑動鉆進相結合的間隔變換，易于控制狗腿度，保證井下安全。
（4）鉆具結構得到有效簡化。復合鉆進時鉆壓一般 （5）高效PDC 鉆頭配合動力鉆具鉆井，避免了高轉速下牙輪軸承的先期失效，不會發(fā)生掉牙輪事故。
（6）導向鉆具結構若采用MWD監(jiān)測井眼軌跡，更能發(fā)揮優(yōu)勢。在深部及中深部地層利用井下動力鉆具復合鉆進技術提高鉆井速度，將會有較為明顯的效果。
2.鉆進參數(shù)對鉆井質量速度的影響 在鉆井過程中，可控因素中的鉆進參數(shù)對鉆井速度的影響不容忽視，如：鉆頭類型、鉆頭噴嘴直徑、鉆頭水功率、鉆壓、轉速、泵壓、排量等。在客觀條件一定的情況下，通常通過控制鉆壓、轉速、泵壓及排量來提高機械鉆速。
一般情況下鉆壓越大，轉速越高，機械鉆速就越高。而且一般遵從的規(guī)律是上部地層對轉速比較敏感，下部地層對鉆壓比較敏感。
因此，鉆遇上不松軟地層時，采用低鉆壓，高轉速；鉆遇下部堅硬地層時，采用低鉆壓，高轉速。如果鉆壓或轉速控制不當，一方面會影響機械鉆速，另一方面會加劇鉆頭的磨損，進而影響鉆頭的使用壽命。
在考慮鉆壓和轉速的同時，還應調節(jié)好泵壓，泵壓不能太大，也不能太小，泵壓適當最好。若泵壓太小，則井底破碎的巖屑不能及時返出，造成巖屑的二次破碎；若泵壓太大，則產(chǎn)生井底壓差，井底壓差對剛破碎的巖屑有壓持效應，阻礙井底巖屑的及時清除，影響鉆頭的破巖效率。
總之，在鉆井過程中應根據(jù)實際情況適時的調節(jié)鉆進參數(shù)，只有這樣才能高速有效的鉆進。 3.鉆井液對鉆井質量和速度的影響 鉆井液是鉆井的血液，所以鉆井液的性能對鉆井至關重要。
影響機械鉆速的主要是鉆井液的粘度、鉆井液的密度及鉆井液中的固相含量三方面。針對現(xiàn)有深井液體系使用的處理劑富含鉻離子等其它對環(huán)境有極大影響的重金屬離子，建議研究應用環(huán)保型深井鉆井液體系，完善目前國內小范圍應用的硅酸鹽類鉆井液體系、合成基類鉆井體系，形成適應各鉆探區(qū)域地質、工程條件的深井環(huán)保型鉆井液系列。
針對目前深井鉆井液檢測手段、檢測設備遠不能滿足深井要求，建議配套完善能夠檢測粘土容量限、頁巖穩(wěn)定性等系列深井鉆井液檢測儀器，使現(xiàn)場深井檢測達到一個新的水平。 （1）鉆井液粘度 若鉆井液粘度增大，將會增大環(huán)空壓降，使井底壓差增大，鉆速降低；鉆井液粘度增大，鉆柱內壓耗增大，在泵壓一定時鉆頭壓降減小，鉆頭誰功率減小，清巖和破巖能力降低，鉆速下降。
若鉆井液粘度太小則會降低鉆井液的攜砂能力，使巖屑不能及時返出井口，進而影響鉆速。 （2）鉆井液密度 鉆井液密度越大，井內液柱壓力越大。
在井內液柱壓力大于地層空隙壓力的情況下，產(chǎn)生一個正壓差。在正壓差作用下，井底巖屑難以離開井底，造成重復破碎現(xiàn)象，鉆速降低。
若密度太小不足以壓住井下流體，可能會導致井噴危險。 （3）鉆井液中的固相含量 固相含量對鉆進速度和鉆頭消耗量都有嚴重的影響，一半應盡量采用固相含量低于4%的低固相鉆井液。
4.鉆井設備對鉆井質量、速度的影響 鉆井設備對鉆井速度的影響不容忽視，在一口井的鉆井周期中，由于設備問題導致鉆井周期延長的時間占絕大部分。設備的影響大體分為以下幾種情況： （1）鉆機配置不能滿足鉆井需要，如鉆機動力不足、鉆頭硬度不夠等。
（2）設備沒有進行定期維護和檢修，經(jīng)常發(fā)生故障而延誤工期，如個別井位柴油機、泥漿泵、氣泵等大型設備多次發(fā)生故障。 （3）鉆具陳舊，性能下降，增加了井下事故發(fā)生的頻率，發(fā)生諸如發(fā)生過1次鉆鋌脫扣，1次鉆桿脫扣，2次鉆桿折斷。
（4）井場常用工具配備不齊全而延誤工期，如個別井位多次發(fā)生鉆具折斷而無打撈工具公錐和母錐；無備用鉆頭。深井、超深井的現(xiàn)有鉆井液體系中包被劑普遍存在抗溫性能達不到設計要求，建議 5.其它影響因素 由于鉆井區(qū)塊的井位基本上都在交通不便的山丘、沙漠等地理特殊位置，所以每逢雨雪天氣鉆井所需的物資很難運送到井場，進而延誤工期。
遇到下雨等天氣，水和柴油無法及時供應，也會嚴重影響工期。針對這種情況，后期提前儲備足夠的水和柴油，避免了雨雪天氣由于缺少水和柴油而延誤工期。
對深井復雜情況的預防與處理，深井可能遇到的復雜情況比淺井多的多，在常見的復雜和事故如井涌、井漏、井塌、縮徑、斷鉆具等的預防上，只要把現(xiàn)有的技術運用好，把工作做細，完全能夠達到安全生產(chǎn)。預防井下復雜技術，以化學防塌為主、以物理防塌為輔。
即抑制粘土分散、控制失水、改善鉆井液性能；堅持使用固控設備除砂補土、加重，邊鉆邊劃、端起長起相結合整修井壁，起鉆前打重泥漿塞保持井筒當量密度。但在處理這。
3.“鉆井工藝”該包括哪些
石油和天然氣的勘探和開發(fā)中鉆成井眼所采取的技術方法。主要包括井身設計、鉆頭和泥漿的選用、鉆具組合、鉆井參數(shù)配合、井斜控制、泥漿處理、取巖心以及事故預防和處理等。石油鉆井工藝的特點是：井眼深、壓力大、溫度高、影響因素多等。以往主要靠經(jīng)驗鉆井，50年代開始研究影響鉆井速度和成本的諸因素及其相互關系。鉆井新技術、新理論不斷出現(xiàn)。井眼方向必須控制在允許范圍內。根據(jù)油氣勘探，開發(fā)的地質地理條件和工程需要，分直井和定向井兩類，后者又可分為一般定向井、水平井、叢式井等。
直井 井眼沿鉛直方向鉆進并在規(guī)定的井斜角和方位角范圍內鉆達目的層位，對井眼曲率和井底相對于井口的水平位移也有一定的要求（圖1）。生產(chǎn)井井底水平位移過大，會打亂油田開發(fā)的布井方案；探井井底水平位移過大，有可能鉆不到預期的目的層。井的全角變化率過大會增加鉆井和采油作業(yè)的困難，易導致井下事故。影響井斜角和方位角的因素有：地質條件，鉆具組合，鉆井技術措施，操作技術以及設備安裝質量等。為防止井斜角和井眼曲率過大，必須選用合理的下部鉆具組合。常用的有剛性滿眼鉆具組合（圖2）和鐘擺鉆具組合（圖3）兩種。前者可采用較大的鉆壓鉆進，有利于提高鉆速，井眼曲率較小，但不能糾斜，后者需控制一定的鉆壓，響鉆速，但可用來糾斜。
定向井 沿預先設計的井眼方向（井斜角和方位角）鉆達目的層位的井。主要用于：①受地面地形限制，如油田埋藏在城鎮(zhèn)、高山、湖泊或良田之下；②海上叢式鉆井；③因地質構造特殊（如斷層、裂縫層，或地層傾角太大等）的需要，鉆定向井有利于油、氣藏的勘探開發(fā)；④處理井下事故，如側鉆，為制止井噴著火而鉆的救險井等。
定向井的剖面設計，一般由直井段、造斜段、穩(wěn)斜段和降斜段組成。造斜和扭方位井段常用井下動力鉆具（渦輪鉆具或螺桿鉆具） 加彎接頭組成的造斜鉆具（圖4）。當井眼斜度最后達到或接近水平時，稱為水平井。定向鉆進時，必須經(jīng)常監(jiān)測井眼的斜度和方位，隨時繪出井眼軌跡圖，以便及時調整。常用的測斜儀有單點、多點磁力照相測斜儀和陀螺測斜儀。近年來，還使用隨鉆測斜儀，不需起鉆就可隨時了解井眼的斜度和方位，按信號傳輸方式分有線及無線兩種，前者用電纜傳輸信號，后者用泥漿脈沖、電磁、聲波等。
叢式井 又稱密集井、成組井（圖5）， 在一個位置和限定的井場上向不同方位鉆數(shù)口至數(shù)十口定向井，使每口井沿各自的設計井身軸線分別鉆達目的層位，通常用于海上平臺或城市、良田、沼澤等地區(qū)，可節(jié)省大量投資，占地少，并便于集中管理。
噴射鉆井 將泥漿泵輸送的高壓泥漿通過鉆頭噴嘴形成高速沖擊射流（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），使巖屑及時沖離井底或直接破碎地層，可大幅度提高鉆井速度。合理的工作方式是采用較高的泵壓、較低的排量和較小的鉆頭噴嘴直徑。
優(yōu)選參數(shù)鉆井 在分析已鉆井資料的基礎上，以電子計算機為手段，用最優(yōu)化的方法，將影響鉆井速度的各種可控因素（例如鉆頭類型、鉆壓、轉速、泥漿性能、水力因素等），根據(jù)最低成本原則建立數(shù)學模型，編成計算程序。進行優(yōu)選配合，使鉆井工作實現(xiàn)優(yōu)質、快速、低成本。
地層孔隙壓力預測和平衡壓力鉆井 用地震、測井和鉆進時的資料（機械鉆速、頁巖密度、泥漿比重、溫度等）進行綜合分析，預測地層孔隙壓力和判斷可能出現(xiàn)的異常壓力地層，及時采取措施以防止突然發(fā)生井噴、井漏和井塌等井下復雜情況。根據(jù)已知的地層孔隙壓力和地層破裂壓力，確定合理的泥漿比重和套管程序。在井內泥漿液柱壓力和地層孔隙壓力近似平衡的條件下進行鉆井，稱平衡壓力鉆井?？娠@著提高鉆速，也有利于發(fā)現(xiàn)油、氣藏。
井控技術 當鉆達異常高壓地層而發(fā)生泥漿氣侵或井涌時，用計算方法和恰當?shù)募夹g措施，調整泥漿比重和流動特性，配合使用液動高壓防噴設備進行控制和排除井內溢流，以防止井噴。
取巖心技術 按設計要求從井下鉆取所需層位的巖石樣品（巖心），為勘探和開發(fā)油、氣藏取得第一性資料。常用的取心工具主要由取心鉆頭、巖心筒、巖心抓和接頭等部件組成，取心鉆進時，鉆頭連續(xù)呈環(huán)形切削井底的巖石，使鉆成的柱狀巖心不斷進入巖心筒。為適應特殊需要，還有密閉取心、保持壓力取心和用于極疏松和破碎地層的取心工具（橡皮套取心工具）等。
4.“鉆井工藝”該包括哪些
石油和天然氣的勘探和開發(fā)中鉆成井眼所采取的技術方法。
主要包括井身設計、鉆頭和泥漿的選用、鉆具組合、鉆井參數(shù)配合、井斜控制、泥漿處理、取巖心以及事故預防和處理等。石油鉆井工藝的特點是：井眼深、壓力大、溫度高、影響因素多等。
以往主要靠經(jīng)驗鉆井，50年代開始研究影響鉆井速度和成本的諸因素及其相互關系。鉆井新技術、新理論不斷出現(xiàn)。
井眼方向必須控制在允許范圍內。根據(jù)油氣勘探，開發(fā)的地質地理條件和工程需要，分直井和定向井兩類，后者又可分為一般定向井、水平井、叢式井等。
直井 井眼沿鉛直方向鉆進并在規(guī)定的井斜角和方位角范圍內鉆達目的層位，對井眼曲率和井底相對于井口的水平位移也有一定的要求（圖1）。生產(chǎn)井井底水平位移過大，會打亂油田開發(fā)的布井方案；探井井底水平位移過大，有可能鉆不到預期的目的層。
井的全角變化率過大會增加鉆井和采油作業(yè)的困難，易導致井下事故。影響井斜角和方位角的因素有：地質條件，鉆具組合，鉆井技術措施，操作技術以及設備安裝質量等。
為防止井斜角和井眼曲率過大，必須選用合理的下部鉆具組合。常用的有剛性滿眼鉆具組合（圖2）和鐘擺鉆具組合（圖3）兩種。
前者可采用較大的鉆壓鉆進，有利于提高鉆速，井眼曲率較小，但不能糾斜，后者需控制一定的鉆壓，響鉆速，但可用來糾斜。 定向井 沿預先設計的井眼方向（井斜角和方位角）鉆達目的層位的井。
主要用于：①受地面地形限制，如油田埋藏在城鎮(zhèn)、高山、湖泊或良田之下；②海上叢式鉆井；③因地質構造特殊（如斷層、裂縫層，或地層傾角太大等）的需要，鉆定向井有利于油、氣藏的勘探開發(fā)；④處理井下事故，如側鉆，為制止井噴著火而鉆的救險井等。 定向井的剖面設計，一般由直井段、造斜段、穩(wěn)斜段和降斜段組成。
造斜和扭方位井段常用井下動力鉆具（渦輪鉆具或螺桿鉆具） 加彎接頭組成的造斜鉆具（圖4）。當井眼斜度最后達到或接近水平時，稱為水平井。
定向鉆進時，必須經(jīng)常監(jiān)測井眼的斜度和方位，隨時繪出井眼軌跡圖，以便及時調整。常用的測斜儀有單點、多點磁力照相測斜儀和陀螺測斜儀。
近年來，還使用隨鉆測斜儀，不需起鉆就可隨時了解井眼的斜度和方位，按信號傳輸方式分有線及無線兩種，前者用電纜傳輸信號，后者用泥漿脈沖、電磁、聲波等。 叢式井 又稱密集井、成組井（圖5）， 在一個位置和限定的井場上向不同方位鉆數(shù)口至數(shù)十口定向井，使每口井沿各自的設計井身軸線分別鉆達目的層位，通常用于海上平臺或城市、良田、沼澤等地區(qū)，可節(jié)省大量投資，占地少，并便于集中管理。
噴射鉆井 將泥漿泵輸送的高壓泥漿通過鉆頭噴嘴形成高速沖擊射流（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），使巖屑及時沖離井底或直接破碎地層，可大幅度提高鉆井速度。合理的工作方式是采用較高的泵壓、較低的排量和較小的鉆頭噴嘴直徑。
優(yōu)選參數(shù)鉆井 在分析已鉆井資料的基礎上，以電子計算機為手段，用最優(yōu)化的方法，將影響鉆井速度的各種可控因素（例如鉆頭類型、鉆壓、轉速、泥漿性能、水力因素等），根據(jù)最低成本原則建立數(shù)學模型，編成計算程序。進行優(yōu)選配合，使鉆井工作實現(xiàn)優(yōu)質、快速、低成本。
地層孔隙壓力預測和平衡壓力鉆井 用地震、測井和鉆進時的資料（機械鉆速、頁巖密度、泥漿比重、溫度等）進行綜合分析，預測地層孔隙壓力和判斷可能出現(xiàn)的異常壓力地層，及時采取措施以防止突然發(fā)生井噴、井漏和井塌等井下復雜情況。根據(jù)已知的地層孔隙壓力和地層破裂壓力，確定合理的泥漿比重和套管程序。
在井內泥漿液柱壓力和地層孔隙壓力近似平衡的條件下進行鉆井，稱平衡壓力鉆井。可顯著提高鉆速，也有利于發(fā)現(xiàn)油、氣藏。
井控技術 當鉆達異常高壓地層而發(fā)生泥漿氣侵或井涌時，用計算方法和恰當?shù)募夹g措施，調整泥漿比重和流動特性，配合使用液動高壓防噴設備進行控制和排除井內溢流，以防止井噴。 取巖心技術 按設計要求從井下鉆取所需層位的巖石樣品（巖心），為勘探和開發(fā)油、氣藏取得第一性資料。
常用的取心工具主要由取心鉆頭、巖心筒、巖心抓和接頭等部件組成，取心鉆進時，鉆頭連續(xù)呈環(huán)形切削井底的巖石，使鉆成的柱狀巖心不斷進入巖心筒。為適應特殊需要，還有密閉取心、保持壓力取心和用于極疏松和破碎地層的取心工具（橡皮套取心工具）等。
5.打井的方法和步驟有哪些
打井機主要用于開發(fā)地下水資源，包括生活用水、農業(yè)用水和工業(yè)用水等鉆井工作，同時也適用于水文地質勘探、建筑工程、橋梁基礎打孔等。天津打井的打井機機結構形式，牽引式、車載式、車載背機式。一般打井機的組成，柴油機、摩擦離合器、變速箱、分動箱、傳動軸、泥漿泵、清水泵、真空泵、轉盤、水龍頭、卷揚機、液壓系統(tǒng)、操縱機構、桅桿、鉆具、車架等。打井機的工作方式是泵吸反循環(huán)式。其工作原理是在大氣壓力的作用下，循環(huán)液由沉淀池經(jīng)回水溝沿著井孔的環(huán)狀間隙流到井底，此時轉盤驅動鉆桿，帶動鉆頭旋轉進行鉆進，由泥漿泵抽吸建立的負壓把碎屑泥漿吸入鉆桿內腔，隨后上升至水龍頭，經(jīng)泥漿泵排入沉淀池，沉淀后的循環(huán)液繼續(xù)流入井孔，如此周而復始，形成了反循環(huán)的鉆進工作。打井機的工作方式是泵吸反循環(huán)式。其工作原理是，在大氣壓力的作用下，循環(huán)液由沉淀池經(jīng)回水溝沿著井孔的環(huán)狀間隙流到井底，此時轉盤驅動鉆桿，帶動鉆頭旋轉進行鉆進，由泥漿泵抽吸建立的負壓把碎屑泥漿吸入鉆桿內腔，隨后上升至水龍頭，經(jīng)泥漿泵排入沉淀池，沉淀后的循環(huán)液繼續(xù)流入井孔，如此周而復始，形成了反循環(huán)的鉆進工作。
打井步驟是配置適宜的水泵，成井后要根據(jù)打井時施工排水情況，實測出水井的動靜水位和相應的出水量，然后根據(jù)地面到動水位的高差以及你所采用的灌溉方式，所需要水泵工作揚程確定水泵的總揚程，水泵的流量不準超過井的出水流量，由以上兩項條件，購買相應的水泵。合理的井孔布局，井孔的位置布局要根據(jù)當?shù)貙嶋H水文地質情況進行合理的布局，沒有水文地質資料的可參考附近已有水源井作為井的布置依據(jù)。在淺層地下水不豐富的地區(qū)，絕不能盲目地打淺井；在淺層地下水比較豐富的地區(qū)，適宜農民自建的淺井，但井孔布置也不能過密，以免造成相鄰水源井之間的相互影響。采用正確的施工方法，大口井的施工方法有兩種：一是大開槽法，人工開挖或爆破施工；二是沉井法，排水施工或不排水施工。對口抽式的施工，一般采用機械吊錘和人工吊錘兩種方法，利用吊錘的重力作用將吸水管直接打入地下。
6.鉆井方法及原理是什么
1 人工挖井方法1973年出土于浙江余姚縣的河姆渡古井是世界上目前已知的最古老的水井，經(jīng)14C測定表明它是5700多年前的產(chǎn)物。
挖掘井階段大約從遠古到西周末年，我們的祖先用原始的工具，諸如石鏟等手工挖井，井的深度很淺。在公元前15世紀前后我國的甲骨文中就出現(xiàn)有“井”字。
2 沖擊鉆井方法 沖擊鉆井方法經(jīng)過了三個階段，即頓鉆大口井階段、頓鉆小口井（卓筒井）階段和機械頓鉆階段。1）頓鉆大口井階段 最初的頓鉆設備，主要由“踩架”和井架組成。
“踩架”上有碓板，碓板一端懸掛著鉆頭，它是直接鉆鑿巖石的工具；碓板另一端供人踩踏，使鉆頭反復上提、下頓，產(chǎn)生沖擊運動。2）頓鉆小口井（卓筒井）階段 從北宋開始，我國古代鉆井技術又有了新的發(fā)展。
一是頓鉆大口井發(fā)展為頓鉆小口井。當時把口徑只有“碗口大小”的小口井稱為卓筒井，卓筒井地面設備、井身結構示意圖如圖6-11所示。
圖6-11 卓筒井地面設備、井身結構示意圖3）機械頓鉆階段 從19世紀中葉到20世紀初是用鋼鐵工具和設備，用蒸汽機作動力，進行沖擊鉆井的近代頓鉆階段，也稱機械頓鉆階段。1842年，蒸汽動力用于石油鉆井；1859年，德雷克使用蒸汽動力的繩式頓鉆鉆機鉆出第一口具有商業(yè)開采價值的油井。
繩式頓鉆鉆機此后獨占主流，20世紀初被旋轉鉆機所取代。機械頓鉆與卓筒井技術一脈相承，是在中國人的原創(chuàng)技術上，應用工業(yè)社會的成果發(fā)展起來的。
3 旋轉鉆井方法 石油鉆井是在鉆頭上給所鉆的地層加一定的壓力，使鉆頭的牙齒嵌入地層，然后旋轉鉆頭，利用旋轉鉆頭的扭矩來切削巖石，并用循環(huán)的鉆井液將巖屑帶出井眼，以保證持續(xù)鉆進。轉盤旋轉鉆井示意圖見圖6-12，石油鉆井的地面配套設備稱為鉆機，石油鉆機是由多種機器設備組成的一套大功率重型聯(lián)合工作機組，它的每一種設備和機構都是為有針對性地滿足鉆井過程中某一工藝需要而設置的，整套鉆井設備由六個系統(tǒng)組成：圖6-12 轉盤旋轉鉆井示意圖1—天車；2—游動滑車；3—大鉤；4—動力機；5—鉆井泵；6—空氣包；7—鉆井液池；8—鉆井液槽；9—旋流除砂器；10—鉆井液振動器；11—表層套管；12—鉆桿；13—鉆鋌；14—鉆頭；15—井眼；16—防噴器；17—轉盤；18—絞車；19—方鉆桿；20—水龍頭 （1）動力系統(tǒng)。
鉆井好像是一座流動性大的獨立作業(yè)的小型工廠。鉆機所需的各工作系統(tǒng)大多數(shù)是用柴油機作發(fā)動機，通過變速箱直接驅動或由柴油機發(fā)電來驅動鉆井設備的。
動力系統(tǒng)的作用是產(chǎn)生動力，并把動力傳遞給鉆井泵、絞車和轉盤。（2）起升系統(tǒng)。
起升系統(tǒng)主要用來起升、下放或懸吊鉆柱、套管柱等，主要完成起下鉆、接單根和鉆進時的鉆壓控制任務。這個系統(tǒng)主要由井架、天車、游車、大繩、大鉤、吊環(huán)及絞車等組成。
一般用最小的提升速度和最大的負載來確定提升系統(tǒng)的能力。（3）旋轉系統(tǒng)。
旋轉系統(tǒng)主要由轉盤、轉盤變速箱、水龍頭、方鉆桿組成，主要功能是保證在洗井液高壓循環(huán)的情況下，給井下鉆具提供足夠的旋轉扭矩和動力，以滿足破巖鉆進和井下的其他要求。旋轉系統(tǒng)還有接、卸鉆柱和鉆具的功能。
（4）循環(huán)系統(tǒng)。鉆機循環(huán)系統(tǒng)最主要的功能是在鉆進中通過循環(huán)洗井液從井底清除巖屑、冷卻鉆頭和潤滑鉆具。
鉆機循環(huán)系統(tǒng)主要包括鉆井泵、鉆井液凈化裝置（固相控制設備）和鉆井液槽、罐等。整個循環(huán)系統(tǒng)的中心設備是鉆井泵。
（5）氣控系統(tǒng)。氣控系統(tǒng)主要包括控制面板（控制機構）、傳輸管線和閥門、執(zhí)行機構（如氣動離合器、氣缸和氣馬達等）以及壓風機等。
氣控系統(tǒng)的功能是確保對整個工作機構及其部件的準確、迅速控制，使整機協(xié)調一致地工作。（6）井控系統(tǒng)。
在整個鉆井作業(yè)過程中，井控系統(tǒng)要對井下可能發(fā)生的復雜情況進行控制和處理，以恢復正常作業(yè)。井控系統(tǒng)包括四個主要部分：防噴器組、儲能器機組和防噴器組遙控面板、節(jié)流管匯、壓井管匯。
7.目前的鉆井方法有哪兩種
旋轉鉆是當前最通用的鉆井方法，按動力傳遞方式不同，分轉盤鉆和井下動力鉆兩種。 1、轉盤鉆 在鉆臺的井口處裝有轉盤，轉盤中心旋轉部分有方孔，鉆柱最上端的方鉆桿穿過該方孔，方鉆桿下接鉆柱和鉆頭。動力機驅動轉盤時帶動鉆柱和鉆頭一起旋轉，破碎巖石，井眼隨鉆柱不斷加長而加深，巖屑隨循環(huán)泥漿返至地面。
2、井下動力鉆 利用井下動力鉆具帶動鉆頭破碎巖石。特點是鉆進時鉆柱不轉動，磨損小、使用壽命長、特別適于打定向井。井下動力鉆有渦輪鉆、螺桿鉆、電動鉆具等。前兩種靠高壓泥漿驅動，后一種是用電驅動。30年代初蘇聯(lián)首先使用渦輪鉆鉆井，中國從50年代起先后使用渦輪鉆和螺桿鉆，主要用于鉆定向井。電動鉆需要特殊的帶電纜的鉆柱，尚未大量使用。
8.鉆井技術是什么
為滿足不同條件的鉆井需要，優(yōu)質、安全、快速鉆進，鉆井工作者幾十年來研究了各種鉆井技術，現(xiàn)已發(fā)展成為以噴射鉆井及優(yōu)化參數(shù)鉆井為核心的鉆井綜合配套技術。
下面重點介紹噴射鉆井技術、優(yōu)選參數(shù)鉆井技術、直井防斜技術、定向井技術、鉆井取心技術等。 一、噴射鉆井技術 噴射鉆井技術在我國是從1978年開始試驗并在生產(chǎn)上逐漸推廣的。
噴射鉆井的實質就是鉆井水力參數(shù)的優(yōu)化。噴射鉆井的一個顯著特點是從鉆頭噴射出來的鉆井液射流具有很高的噴射速度，井底得到較大的沖擊力和水功率，從而及時清除井底巖屑，破碎井底巖石，提高鉆井速度。
（一）射流對井底的水力作用 1.射流特性 圖4-7 射流結構 射流是指通過管嘴或孔口，過水斷面周界不與固體壁接觸的液流，見圖4-7。射流出噴嘴后，由于摩擦作用，射流流體與周圍流體產(chǎn)生動量交換，帶動周圍流體一起運動，使射流的周界直徑不斷擴大。
射流縱剖面上周界母線的夾角稱為射流擴散角（α）。α越小，則射流的密集性越高，能量就越集中。
在射流中心，各點的流速等于出口流速（vjo）部分稱等速核。在射流的任一橫截面上，從等速核向外速度很快降低，到射流邊界上速度為零。
超過等速核以后，射流軸線上的速度迅速降低。當射流撞擊井底后，形成井底沖擊壓力波和井底漫流。
L為射流軸線上某點距出口的距離，vjm為距出口L處的最大射液速度。 2.射流對井底的清洗作用 射流撞擊井底后形成的井底沖擊壓力波和井底漫流是射流對井底清洗的兩種主要形式。
（1）射流的沖擊壓力作用。射流撞擊井底后形成的沖擊壓力波并不是作用在整個井底，而是作用在如圖4-8所示的小圓面積上，井底巖屑所受沖擊壓力極不均勻。
極不均勻的沖擊壓力使巖屑產(chǎn)生一個翻轉力矩，從而離開井底，如圖4-9所示，這就是射流對井底巖屑的沖擊翻轉作用。 （2）漫流的橫推作用。
射流撞擊井底后形成的漫流是一層很薄的高速液流層，具有附面射流的性質。這層具有很高速度的井底漫流，對井底巖屑產(chǎn)生一個橫向推力，使其離開原來的位置。
因此，井底漫流對井底清洗有非常重要的作用。 圖4-8 射流作用 圖4-9 巖屑翻轉 3.射流對井底的破巖作用 當射流的水功率足夠大時，射流不但有清洗井底的作用，而且還有直接或輔助破碎巖石的作用。
（二）射流水力參數(shù)和鉆頭水力參數(shù) 射流水力參數(shù)包括射流的噴射速度、射流沖擊力和射流水功率。鉆頭噴嘴出口處的射流速度稱為射流噴射速度，習慣上稱為噴速。
射流沖擊力是指射流在其作用的面積上的總作用力的大小。單位時間內射流所具有的做功能量就是射流水功率。
鉆頭水力參數(shù)包括鉆頭壓力降和鉆頭水功率。鉆頭壓力降是指鉆井液流過鉆頭噴嘴以后鉆井液壓力降低的值。
鉆頭水功率是指鉆井液流過鉆頭時所消耗的水力功率。 二、最優(yōu)化鉆井技術（優(yōu)選參數(shù)鉆井技術） 鉆進過程中的機械破巖參數(shù)主要包括鉆壓和轉速。
為尋求一定的鉆壓、轉速參數(shù)配合，使鉆進過程達到最佳的技術經(jīng)濟效果，首先需要確定一個衡量鉆進技術經(jīng)濟效果的標準，并將各參數(shù)對鉆進過程影響的基本規(guī)律與這一標準結合起來，建立鉆進目標函數(shù)。然后，運用最優(yōu)化數(shù)學理論，在各種約束條件下，尋求目標函數(shù)的極值點。
滿足極值點條件的參數(shù)組合，即為鉆進過程的最優(yōu)機械破巖參數(shù)。利用這個最優(yōu)參數(shù)實施的鉆井方法稱為最優(yōu)化鉆井。
因此，最優(yōu)化鉆井的實質就是對影響鉆進速度的主要因素以及鉆進過程中的基本規(guī)律進行分析，并建立相應的數(shù)學模型。 （一）影響鉆速的主要因素 除了前面已經(jīng)介紹的巖石特性和鉆頭類型對鉆速有重要影響外，鉆進過程中的鉆壓、轉速、水力因素、鉆井液性能以及鉆頭的牙齒磨損等也是影響鉆速的主要因素。
1.鉆壓對鉆速的影響 在鉆進過程中，鉆頭牙齒在鉆壓的作用下吃入地層、破碎巖石。鉆壓的大小決定了牙齒吃入巖石的深度和巖石破碎體積的大小。
因此，鉆壓是影響鉆速的最直接和最顯著的因素之一。鉆進實踐表明，在其他鉆進條件保持不變的情況下，鉆壓與鉆速的典型關系近似于線性關系。
2.轉速對鉆速的影響 轉速對鉆速的影響是人們早就認識到，并已研究解決了的問題。在鉆壓和其他鉆井參數(shù)保持不變的條件下，隨著轉速的提高，鉆速是以指數(shù)關系變化的，但指數(shù)一般都小于1。
3.牙齒磨損對鉆速的影響 鉆進過程中鉆頭在破碎地層巖石的同時，其牙齒也受到地層的磨損。隨著鉆頭牙齒的磨損，鉆頭工作效率將明顯下降，鉆進速度也隨之降低。
4.水力因素對鉆速的影響 表征鉆頭及射流水力特性的參數(shù)統(tǒng)稱為水力因素，其總體指標通常用井底單位面積上的平均水功率（稱為比水功率）來表示。水力因素對鉆速的影響表現(xiàn)為兩個方面：一是水功率大，鉆頭噴嘴所產(chǎn)生的鉆井液射流對井底巖屑的沖洗作用大。
但當實際水功率大于凈化所需的水功率時，井底達到完全凈化后，水功率的提高不會進一步提高鉆速。二是水力能量的破巖作用。
當水功率超過井底凈化所需的水功率后，機械鉆速仍有可能增加。 5.鉆井液性能對鉆速的影響 鉆井液性能對鉆速的影響規(guī)律比較復雜，其復雜性不僅在于表征鉆井液性能的各參數(shù)對鉆速都有不同程度的影響，而且?guī)缀醪豢赡茉诟淖儭?/p>
