‘壹’ 为什么海上的石油钻井平台上都要搞把火在那里烧
这是因为开采出来的石油往往伴有天然气体(主要成分为甲烷),这种气体和天然气差不多，可燃、有毒。在陆地上可以通过回收作为一种清洁能源.但在海上要建相应的设备成本太高,不划算.所以刚开始的时候都采用直接排入大气中.但随着人类对臭氧层的破坏的认识及对全球变暖的关注.。
人们开始认识到甲烷对臭氧层的破坏紧次于氟氯昂,而甲烷的温室效应是CO2的20倍.因此后来海洋石油钻井平台所产生的天然气全部通过一根管道引到远离平台的地方点燃.将甲烷转化成CO2和水,以减少对大气臭氧层的破坏和尽量减少温室效应.
现在的生产条件多还不能利用这类气体，如果任其逸散就会引起中毒和爆炸事故。所以，在钻井平台上，就把这种气体用管路集中起来，点火烧掉，以保证安全。
以后，随着利用技术的进步，会把这种气体收集利用，那时，就不会有那把火了。
‘贰’ 钻井过程中导致井喷的原因有哪些
井喷是钻井过程中地层流体（石油、天然气、水等）的压力大于井内压力而大量涌入井筒，并从井口无控制地喷出的现象。
发生井喷的原因是对钻开的地层压力情况不清或预计不准，使用的钻井液密度不足以平衡地层压力，导致地层流体大量涌入井筒，再加上地面控制系统失灵无法有效控制。
直接原因：
(1)气侵或注水造成压井液密度的降低;
(2)井控意识不强,思想麻痹;
(3)发现井涌后未果断关井,造成喷势过猛而无法关井;
(4)井口没安装防喷器;
(5)防喷系统安装不合格。
希望你采纳。
‘叁’ 石油开采时，为何要在油井上方点火呢
为什么油井上面总有一把火在燃烧？说浪费的都是外行人
我们在一些采油现场或者视频中有时总会看到一些油井上面会喷火，很多人不明白，为什么要在油井上面点上一把火？
现在随着科技的发展以及人们对环保的要求越来越高，各个国家也都在进行火炬改造项目。天然气正在得到回收利用，其他污染物也一般会设立相关的处理工厂，比如处理含硫量较大的油田，会设立硫酸厂处理酸气，这样即环保还能增加附加值。目前越来越多的油田只有在事故放空时才会点火。
‘肆’ 为何石油钻井平台上，会燃烧火炬不怕爆炸吗
为何石油钻井平台上，会燃烧火炬？不怕爆炸吗？为了不对大气造成更严重的破坏，必须使用火炬。这是一个主动通风火炬。天然气直接通风污染大气，易发生爆炸。油井生产的天然气不回收（不引入出口管道），直接通风燃烧。虽然天然气被回收并导入输气管道出口，但平台上的生产装置也有间歇性和紧急通风的要求，在正常情况下，必须有一个通常着火的辅助喷嘴，该喷嘴必须一直点亮，确保气体在大量通风时立即燃烧。
石油和地下天然气通常与石油、天然气和水共存。根据石油和天然气的比例，它们可以分别称为油井和气井。以油井为例，天然气的比例很小。为了分离和运输天然气，必须增加进口成本。如果进入成本高于天然气的价值，出于经济和社会考虑，最好直接跳井。但是，直接流出会有环境污染和爆炸等风险。因此，考虑控制点火并将其燃烧，通常称为“点燃天灯，燃烧酸性气体。从油气井采集的天然气中通常含有硫化氢和有机硫化物。硫化氢具有剧毒性，与水形成弱硫酸腐蚀。由于石油工业初期的技术和经济限制，管道和设备无法回收。
‘伍’ 井喷的发生条件
如下摘要一段，看是否有所帮助？详见参考资料
引言
2003年12月23日晚10时左右，由四川石油管理局川东钻探公司承钻、位于重庆开县的罗家16H井发生特大天然气井喷失控事故，导致243人死亡，其中井场周围的居民241人，职工2人。该特大井喷事故是天然气开采史上最惨重的事故，也是一起特大环境污染事故[1]。
事故发生地距离高桥镇约1.5 km，海拔在500 m左右，相对于周围地形而言位于凹处，地形复杂，近地面大气流动性差。在静风条件下，受重力的影响，天然气井喷事故排放的硫化氢扩散有其空间分布上的特殊性，无法使用国家规范推荐的烟羽扩散模式，而国外一些软件应用的结果与实际情况存在明显的差异。
为研究复杂地形条件下，井喷事故排放的硫化氢扩散运动规律，在北京大学环境学院环境风洞试验室进行了井喷事故硫化氢扩散的风洞模拟试验研究。
根据对参加事故处理人员和当地居民等的访谈，以及死亡人员分布情况的调查，说明事故发生时当地处于静风状态，事故发生18个小时后点火成功，导致大量事故人员伤亡的直接因素是硫化氢中毒[2]，且获取了当地的地形矢量坐标。基于获得的基础数据，以几何相似、空气动力学粗糙等为主，该试验研究内容主要对事故发生地的周边地理环境、地面低速风场进行模拟，进行地表硫化氢浓度时间序列测量，对8个风向低速情况下硫化氢浓度给出在井喷过程中的时间演化趋势，以及硫化氢最高浓度分布等值线，从而可以对井喷事故过程中硫化氢浓度的分布进行预测判断。
其中对浓度的时间序列测量在国内外都是不多见的，要求获得的浓度数据能够反映出对时间的变化关系，研究中以采样管中示踪气在空间上的位置来反映出硫化氢浓度与时间的关系，该测量方法在试验技术上具有一定的创新意义。
1 风洞试验分析
1.1 试验风速
井喷事故发生时大气近地面层流动风速很低，几乎为静风。试验风速的确定以排放源处距离地面10m高风速U10为参考风速，统一取U10=0.5m/s，其风洞自由流风速为1.0m/s。对应到现场，这个风速可归为蒲氏1级风，但风向标不能转动。
1.2 点源描述
该试验模拟的点源为井喷事故地表源，尽管在现场的喷射流达到10m量级，按照1：2000的比例，经几何缩比后也只有5mm，淹没在地表粗糙中，其相应参数如表1所示[3-5]。
参考资料：
http://www.safety.com.cn/anlifx/fileview.asp?title=%C6%F8%CC%EF%BE%AE%C5%E7%C1%F2%BB%AF%C7%E2%B7%E7%B6%B4%C4%A3%C4%E2%CA%D4%D1%E9%D1%D0%BE%BF&filename=ns108476.txt
一、事故背景与经过
南方石油公司打2号预探井，该井位于我国南方某市郊区，周边地势平坦，该井口周边2 km范围内有居民7 800余人，井口与周边居民住宅距离不足60m。设计井深550m，目的层为上第三系上新统茨营组第三段气层，不含硫化氢等有害气体。该井由北方石油勘探局钻探公司660钻井队承钻。该井钻井工程设计单位是北方石油勘探局工程技术研究所，该设计的审批部门是南方石油公司勘探开发分公司。
2号预探井于11月22日开钻，11月29日二开钻进。12月1日钻至井深491m后，按设计要求下钻取芯。取芯钻进至498 80 m后起钻，未发生异常现象。12月1日22：30再次下钻到井底，因下钻时疏忽，钻具未按设计要求将回压阀组合到钻具中。石油公司监督虽已发现这一问题，但以剩余进尺不多为由，未下达立即起钻更换钻具组合的指令，致使这一重大隐患未能及时消除。12月2日凌晨1：20钻至井深550 m完钻，循环至2：10后开始起钻。当时钻井液密度、黏度符合工程设计要求，井口无任何异常显示。当2：50起出第3柱钻具，正在起第4柱钻具时，发现钻井液从钻具内突然涌出，井喷随之发生。井队抢接回压阀失败，井喷失控。喷至7：00，井下压力开始减弱，660钻井队立即抢接上回压阀和方钻杆，井喷得到控制。井喷失控约4个小时，险情于7：30解除，随后恢复正常施工。井喷期间，风力1～2级，喷出的天然气和泥浆随风向扩散。
井喷发生后，北方石油勘探局和南方石油公司主要领导及时赶到事故现场，启动应急预案，在当地政府配合下，采取了设立警戒线、向地方政府报告、疏散周边群众等一系列措施。
整个抢救过程中，疏散村民3 000多人，没有造成火灾等二次事故的发生，没有人员伤亡。
与事故发生有关的其他因素：
为防止起钻过程发生井喷，工程设计要求“每起一个立柱灌满一次泥浆”。而在实际操作中，实行“两柱一灌”，致使灌浆时间滞后；同时，在岗人员经验不足，加上夜晚不易观察，不能准确判断实际灌浆效果。
工程设计要求．二开后钻具组合中的回压阀要安装在钻头的上部。钻至491~498.80m井段取芯时，因取芯钻进需投球割芯，故必须将回压阀从钻具组合中拆除。取芯结束后，又重新下钻到井底，但此时忘记将回压阀组合到钻具组合中，而是将回压脚安装到方钻杆保护接头下，当钻井完毕起钻时，回压阀随同方钻杆一同卸下，使得钻具组合完全不具备内防喷功能。以致完钻起钻发生气浸时，井下流体顺利进入钻具内，加之该井系550 m的浅井，流体上升行程短，一经发生气浸，短时便可形成井涌，并迅速造成井喷。
井口安装了全封和半封防喷器，但不具备剪切功能。
二、事故原因分析
(1)井内液柱压力不能有效平衡地层压力，从而导致气浸和井涌。
为防止起钻过程发生井喷，工程设计要求“每起一个立柱灌满一次泥浆”，而在实际操作中，实行“两柱一灌”，致使灌浆时间滞后。同时，坐岗人员经验不足，加上夜晚不易观察，不能准确判断实际灌浆效果。使得井筒内、钻具内液柱压力低于井下地层压力，从而造成气体浸入钻具造成井涌。
(2)未按设计要求组合钻具，是造成井喷失控的直接原因。
工程设计要求，二开后钻具组合中的回压阀要安装在钻头的上部。钻至491～498．80m井段取芯时，因取芯钻进需投球割芯，故必须将回压阀从钻具组合中拆除。取芯结束后，又重新下钻到井底，但此时忘记将回压阎组合到钻具组合中，而是将回压阀安装到方钻杆保护接头下，当钻井完毕起钻时，回压阀随同方钻杆一同卸下，使得钻具组合完全不具备内防喷功能。以致完钻起钻发生气浸时，井下流体顺利进入钻具内，加之该井系550 m的浅井，流体上升行程短，一经发生气浸，短时便可形成井涌，并迅速造成井喷。
(3)现场监督管理不严，是事故发生的间接原因。
钻井过程中，南方石油公司不认真履行监督职责，随意降低工作标准，是造成事故发生的重要原因。660钻井队违反灌浆规定，擅将“一柱一灌”改为“两柱一灌”，甲方监督未及时制止；完钻钻具组合缺少井下回压阀，南方石油公司监督已经发现，却未能果断下达起钻变更钻具组合的指令。致使这些重大隐患未能及时消除，导致井喷事故的发生。
三、防范措施
(1)钻井队必须配齐所有内防喷工具。二开后各趟钻具人井，必须在钻头处安装回压阀。
(2)钻井队除应配备远程控制台外，还必须同时配备使用司钻控制台，确保井下突现异常时，最大限度缩短关、封井时间。
(3)采用连续灌浆，并配备使用专用小型灌浆罐，提高泥浆灌人量的计量精度。
(4)起钻前，充分循环泥浆3周以上，先短起2～3柱，静止一段时间再下至井底，循环测试后，确信井下无气体侵人方可正式起钻。
(5)安装剪切式闸板防喷器。
‘陆’ 国外页岩气钻探开发技术
一、内容概述
页岩气是从页岩（及其页岩夹层）中开采出来的天然气，是一种重要的非常规能源。页岩气的勘探和开发有着自身独特的特点。与常规天然气相比，页岩气的开发具有独特的开发技术，而且与油气田的开发具有一定联系。
国际上页岩气压裂技术的发展趋势，主要表现为开发出更长井、缩小井距（图1）、多级压裂、压井液优选、通过投球（ball drop）多阶段完井，优化井眼方向和泵冲（pumping rate）获得更好的主方向压裂效果；而井下则采用光纤连续监测技术。
图1 页岩钻探（压裂）技术示意图
美国可开采页岩气的资源十分丰富，目前已经在开采领域形成了完善的商业开发体系。页岩气的开发技术主要包括水平井技术、多层压裂技术、清水压裂技术、重复压裂技术及最新的同步压裂技术。这些技术主要从降低成本和提高产量方面不断提高页岩气井的产量。
二、应用范围及应用实例
正是由于不断采用新技术，大大促进了美国页岩气开发的迅速发展。不过，这些先进技术比较适合国际上整装的海相地层，相对于中国复杂的地质情况，中国可能需要一方面积极引进国际技术和先进经验，一方面发展出适合中国地质情况的开发技术。
比如，荷兰皇家壳牌石油公司已经凭借国际先进技术与中国石油在中国四川盆地的富顺-永川区块进行页岩气勘探、开发及生产。壳牌中国勘探与生产有限公司富顺项目总经理倪盛节（Nick Feast）介绍说，在降低钻井费用方面，技术的发展涵盖了泥浆组分、欠平衡钻井、钻头优化、同井场作业、撬装钻机、多分枝钻井和丛式钻井等；在增产增效方面，技术的发展涵盖了自然应力场预测、射孔优化、压裂增产面积最大化、多级完井压裂、支撑剂、微地震监测等。
三、资料来源
壳牌中国勘探与生产有限公司富顺项目总经理倪盛节（Nick Feast）.2012.国际页岩气开发技术的现状与发展趋势.中国国际矿业大会
‘柒’ 油气井为什么要点火放喷
油气井要点火放喷的原因可能有以下几点：
1、控制成本
虽然说是油井，但是里面会混有少量的天然气，能够把天然气分离出来存储使用固然很好。但是增加一套天然气分离系统的费用，远远比这少量天然气价值要贵出很多倍，所以还不如把它烧掉。
2、确保安全
跟石油一起出来的天然气，属于窒息性气体，会给工作人员带来很大的安全隐患。而且这些天然气直接排到大气中，也很不安全，一旦遇到明火会发生火灾，甚至爆炸。因此油田专门安装了燃烧嘴(也称火炬)，在可控制的条件下，将这些气体烧掉，确保安全。
3、减小井口压力
在石油与天然气钻探开采过程中，由于地层压力掌握不准、钻井液密度偏低、井筒内钻井液液面下降和起钻与下钻过程中失误及控制措施不力等都会引发气侵、溢流、井涌、井喷，需要放喷泄压减小井口压力。
油井产能评价方法：
油井产能评价是通过产能测试完成的。 常规的产能测试是在地下进行的，即通过测量油井产量和井底压力来确定油井的产能指数，从而对油井产能做出评价。
对于某些油井，井底压力测试十分困难，产能评价往往难以实现。 为了有效评价油井的产能，对其评价方法进行了改进，即把产能测试从地下移至地面，通过测试油嘴的产能方程来评价油井的产能，并采用油嘴产能指数的大小来评价油井产能的高低。
通过测量不同油嘴大小的油井产量，即可确定油嘴产能指数。 研究表明，油嘴产能测试不影响油井的正常生产，也不增加任何测试费用，方法简单、实用。
‘捌’ 典型含气地层特殊取心技术
(一)集气式煤层气取心系统
煤层气(亦称瓦斯)钻探采样是煤田勘探中一项重要工作,要求采取接近自然煤层气含量的煤心并收集煤中释出的气体,以查明煤层中赋存的煤层气含量及性质,为煤田开采和通风设计提供原始资料。常用的煤层气取样钻具有集气式单动双管和集气式双动双管两种钻具。
1.集气式单动双管钻具
集气式单动双管钻具由外管、带集气室的内管(试验部分)和带缓冲器的连动部分组成。该钻具结构如图4-26所示。
工作原理:钻具下入孔内预定煤层钻进,煤心顶破密封纸进入内管28,煤心和煤层泄出的煤层气通过内管接头25聚集在气室上部,内管及集气室中的水则经排水管23、阀门套管22、顶管18、支撑杆16、内异径接头7和顶杆3的回水孔排到钻具外。钻进0.3m左右即提钻,卸下试验部分密封后送化验室分析。
操作注意事项:
1)如图4-27所示,下钻前卸下试验部分,把抽气接头3拧在接头4(17)上,然后将试验部分倒立使内钻头垂直朝上。向内管注清水,用一短棍顶开阀门7(20)。当接头4(17)有水外溢时,说明内管中的空气已排出,内管注满水后用约1mm厚塑料纸(31)垫在内钻头端部,套上专用橡皮套,再垫一层塑料纸并用绳捆紧,要求下钻时不被水冲掉,钻进时能被煤心顶破。注水排气是为了保证煤心中煤层气的纯洁性和代表性。注水并封密内钻头后,配好外管下钻。
图4-26 集气式单动双管钻具
1—异径接头;2—保护管;3—顶杆;4—连接器;5—塞线;6—塞线压盖;7—内异径接头;8—限制器;9—减震弹簧;10—轴承;11—钢球;12—短管;13—塞线;14—塞线压盖;15—短管接头;16—支撑杆;17—接头;18—顶管;19—螺母;20—阀门;21—阀门弹簧;22—阀门套管;23—排水管;24—集气室;25—内管接头;26—通孔栓;27—外管;28—内管;29—爪簧;30—内钻头接头;31—薄膜塑料;32—内钻头;33—外钻头
图4-27 抽气接头与集气室阀门构造图
1—启闭螺钉;2—开关壳;3—抽气接头;4—接头(17);5—顶管(18);6—螺帽(19);7—阀门(20);8—阀门套管(22);9—排水管(23);10—阀门弹簧(21);11—胶垫;12—垫圈;13—真空胶皮管。括号中的数字为图426的零件号
2)为绝对保证各丝扣连接处不漏气,必须缠棉丝并涂铅油。
3)下钻速度要慢,尤其是钻具进入钻孔液面前必须放慢速度,防止密封纸被顶破,进入空气,影响煤层气采取质量。
4)钻具下至距孔底0.5m左右时,开泵冲孔5～10min,然后将钻具缓慢放到孔底开始钻进。严禁用此钻具扫孔,正常钻进中,严禁提动钻具。
5)回次终了,减水、稍加压钻进50mm左右,以压紧内钻头之煤心,造成堵塞,不致提钻时煤心中途脱落或因煤层气压力而冲掉。
6)提升钻具时,要求特别平稳,特别轻。
7)钻具提出孔口后应保持钻具向下倾斜,迅速卸下外管,立即用密封盖封住内钻头下端。再由支撑杆16处卸下试验部分,取出顶管18,迅速拧上塞头螺丝(或抽气接头),在其密封处涂上铅油,并将密封好的试验部分沉入水中10min左右检查是否漏气,如漏气则需要重新封闭。然后尽快送化验室。密封后的试验部分如图4-28所示。
图4-28 密封试验部分
1—塞头螺丝;2—排水管;3—煤层气;4—水;5—煤心;6—密封盖;7—胶垫
8)装有煤层气的试验部分应及时编号装箱运送,运送途中切勿冲击与急剧振动,以防漏气甚至煤层气爆炸。
9)钻具使用完毕,必须洗净涂油,三个部分分别放置保管(试验部分内壁不能涂油,因为油会影响化验准确性)。
2.集气式双动双管钻具
集气式双动双管(图4-29)的设计思路是排水集气原理。采样前钻具集气室和内管均充满液体,采样过程中进入内管的煤心失去地层应力,又经钻头的破坏,使赋存其中的煤层气释出并经导气管11的中心孔浮升到集气室顶部。而集气室内的液体受煤层气排挤经回水管10、出水管8、径异径接头1的回水孔排出。于是聚集于集气室液体上部的煤层气不会逸散。
由上述原理可知,如内管过长或集气室过短,大量煤层气进入使回水管下端露出液面,煤层气便会经回水管、出水管、异径接头回水孔跑掉,造成采样失败。因此,集气室和内管的长度应根据所勘探的煤层气含量来决定。
采样操作分为准备工作、采样、密封三个工序。
(1)准备工作
采样前将内管各部件拆洗干净,给丝扣缠棉纱和涂铅油,并在管外连接处涂一层密封胶水,确保密封性良好。连接好的内管应通过5～10大气压或20～30大气压的打压试验。
图4-29 集气式双动双管钻具
1—异径接头;2—外管;3—外管钻头;4—内管钻头;5—胶管夹;6—胶管;7—气嘴;8—出水管;9—内管变丝接头;10—回水管;11—导气管;12—中间接头;13—岩心管;14—隔膜保护圈;15—内管钻头密封圈;16—密封胶圈;17—隔板;18—中间隔板;19—岩心管;20—集气室;21—内管;22—塑料纸隔膜
钻具下孔前内管要注满液体,排除其中的空气。灌注时将内管倒立,松开胶管夹5,见胶管6有液体流出时夹紧夹子并将煤心管注满。然后用隔膜保护圈、油纸或塑料膜密封内管钻头,并拧在内管上。最后放平内管,卸去气嘴7,接上异径接头和外管就可以下降钻具。
(2)采样操作
和前述单动双管一样,下钻要缓慢,防止冲破隔膜使泥浆进入内管。接近孔底时应一面冲孔一面下钻,以保证孔底清洁。钻进煤层采样过程中要控制回次进尺长度,一般0.5m左右,为卡牢煤心和封闭钻头底端,在提钻前应用大钻压干钻2～3min。
(3)密封工作
钻具提至地面后应保持垂直状态,迅速拧下外管,拧上钻头密封盖。拧上带胶管的气咀,并事先用夹子夹紧胶管。为确保钻头底端的密封可在钻头密封盖内放入大小适当的泥球再拧紧密封盖。擦洗干净内管外壁,各连接缝处重新涂一层密封胶水并放入水中检查是否漏气,然后迅速送化验室。
(二)页岩气密闭取心系统
页岩气是以多种相态存在,主体上富集于泥页岩及部分粉砂岩地层中,以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集。页岩气勘探阶段钻探不同于普通地质岩心钻探,因为页岩岩心采取后需要进行气体总量和多项参数实验测定分析及井眼含碳量(TOC)测定等,因此需要进行页岩层密闭取心,目前密闭取心钻具类型主要有机械加压式和自锁式两种。
1.机械加压式密闭取心钻具
该密闭取心钻具(图4-30)主要由密闭堵头、取心钻头、岩心爪、内外岩心管总成、机械加压接头五部分组成。该钻具具有如下特点:①整个内管密封并装满密闭液,下端的密闭堵头通过3个销钉固定在钻头进口处;②钻具设计为“双管双动”结构;③取心钻头采用斜水眼且偏向井壁。
图4-30 机械加压式密闭取心钻具结构示意图
1—加压上接头;2—钢球;3—加压杆;4—六方套;5—密封圈;6—六方杆;7—加压下接头;8—悬挂接头;9—承压帽;10—丝堵;11—钢球;12—销钉;13—外管上接头;14—堵头;15—密封圈;16—内管接头;17—外管;18—钻头接头;19—钻头;20—活塞体;21—岩心爪;22—密封圈;23—销钉;24—触压头
钻具工作原理:密闭触压头超前于钻头,所以在钻头接触井底之前,密闭头固定销钉先被剪断,整个密闭头上行,管内的密闭液开始排出并在井底逐渐形成保护区,为密取做好准备。随着岩心不断形成,推动密闭堵头上行,因为内管上端是密封的,所以管内的密闭液就被岩心挤压从内管和岩心柱之间的环形间隙向下作等体积排出,连续均匀地涂抹在岩心表面形成保护膜,从而达到保护岩心免遭泥浆自由水污染的目的。由于在钻进过程中内外岩心管无相对运动,这就使得内管组合与钻头配合面成为可靠的静密封,有效地克服了泥浆浸入内管的可能性。取心钻头的水眼偏向井壁,使射流不直接冲刷岩心根部,有利于护心。取心完上提钻具投球加压割心,借助钻具的重力将承压帽销子剪断,悬挂钢球失去悬挂作用,使内管压在岩心爪上,迫使岩心爪收拢,卡紧岩心,上提钻具将岩心拔断。取出的岩心按规定取样,及时在现场化验分析。当岩心受泥浆污染时,示踪剂也必然浸入岩心,因此利用显色剂可鉴别岩样中有无示踪剂存在,便可换算出泥浆自由水对岩心的浸入量,岩心的密闭率为合格样品数与总样品数的百分比。
2.自锁式密闭取心钻具
大庆钻井工程技术研究院研制的自锁式密闭取心钻具如图4-31所示。该钻具直径Φ215mm,由大接头、丝堵、外管上接头、内外岩心管、外管下接头、内管密封圈、卡箍岩心爪、密闭头、剪销和取心钻头等部件组成,属于双管双动式钻具。钻具特点是:①适用于中深井、深井800～5500m井段密闭取心;②整体式岩心爪稳坐于钻头内腔锥面,卡心牢靠;③内外管悬挂装置简单,组装、拆卸方便,省去了复杂的投球加压法割心工艺;④配有多种类型取心钻头。
图4-31 自锁式密闭取心钻具结构示意图
1—大接头;2—丝堵;3—接头;4—外管;5—内管;6—下接头;7—岩心爪;8—钻头;9—密闭头
钻具工作原理:取心钻进时,内外管同时旋转,内管里注满密闭液。当密闭头通过岩心爪进入内管,密闭液则从其间隙流出,并均匀地涂在岩心表面上,形成一层保护膜,防止泥浆浸入岩心。钻取的岩心克服岩心爪的摩擦力进入内管。割心时,上提钻具,岩心爪沿钻头内锥面下行,将岩心卡紧。当上提拉力达到岩心断面极限拉断力时,岩心即被割断。
(三)天然气水合物保压、保真取心系统
天然气水合物(亦称可燃冰)主要成分是甲烷(CH4),遇热迅速分解,可燃。1m3天然气水合物在标准温度、压力下能释放出164m3甲烷气体。天然气水合物大都赋存于高原永冻层和海底,它在地下储层中以固体状态存在。用常规钻探取心方法,天然气水合物将随着钻具提升(温度上升、压力变小)而从固态变为气态和液态,从而无法获取天然气水合物储层的地质资料。所以,天然气水合物钻探必须有特殊的保温、保压取心钻具。近年来,我国对天然气水合物的勘探十分重视,中国石油大学(华东)和中国石化胜利油田钻井工艺研究院共同研制的“天然气水合物深水深孔钻探取心系统”进行了下井试验,并获得成功。
该取心系统(图4-32)由钻具悬挂总成,锁定机构、取心内管、保温保压管、取心外管球阀机构、取心钻头、压力补偿装置、测温测压记录系统及内管回收装置等组成。
深部岩心钻探技术与管理
1—打捞头;2—限位及锁定总成;3—外限位体;4—密封机构;5—转动轴承;6—压力补偿装置及泄压机构;7—保温保压管;8—内管扶正体;9—外管;10—过渡接头;11—内管鞋;12—岩心爪;13—球阀关闭机构;14—保温保压记录系统;15—取心钻头
系统工作原理:用取心专用钻杆将绳索取心内管组合送入海底进行取心作业,取心结束后,通过绳索提起取心内管总成,带动活塞上行,产生负压使球阀关闭,实现保温保压取心。需要进行全面钻进时,从井口投入钻头塞堵塞流道,实现取心钻头的全面钻进。连续取心时,用绳索提出钻头塞组合,然后投入取心内管总成,实现取心作业。
系统的结构特点:
1)考虑钻具外形尺寸的限制,优选金属真空保温管,内外表面喷涂等离子保温材料的被动保温方式,系统保温管设计如图4-33所示。
图4-33 保温管示意图
2)在球阀关闭机构附近设有压力温度记录仪,起钻后现场可测出保温保压管内的温度、压力并与压力温度记录仪的回放值进行比较,得出取心系统的保温保压结果。
3)保温保压取心管及内部结构单动,避免了对岩样的干扰,有利于提高岩样收获率。
4)钻具外管带周向锁定机构,可实现取样与全孔钻进的转换。
5)靠液压和绳索机构的联合作用实现球阀机构关闭和释放机构的工作,安全可靠。
6)岩心管采用低摩阻复合材料或铝合金,有利于岩心的进入。
7)取心钻头配有多种切削齿,以适应软硬程度不同的地层,利用绳索使岩样从井底到地面的时间缩短,有利于实现保温保压目的。
天然气水合物深水深孔取心系统在山东渤海湾浅海地区胜利CB25GA-6井进行现场取心试验,在井深375～379.3m间进行了2次作业,共取心4.3m,平均岩心收获率为95.35%。最多一次取心3.1m,收获率为100%;钻具出井口后通过现场快速测试技术对保压情况进行了测试,实行不同时间段间隔测试,第一次测试压力为4.25MPa,在16.5h后测压为4.213MPa,降低0.037MPa,获得了较好的效果。
‘玖’ 钻井的目的是什么
钻井的目的就是开采能源，为人类生存发展提供必要的能源支撑。像石油钻井就是为了开采石油，石油是一个国家的战略物资。天然气钻井就是为了开采天然气；地热钻井就是采暖等。
‘拾’ 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着提高，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岩石，同时循环钻井液；随着井筒的加深而接长钻柱；起、下钻柱以更换被磨损的钻头；洗井，净化或配制钻井液，处理复杂情况和事故等辅助作业。
为了获得全面准确的地质资料，钻井过程中不仅需要进行岩屑、钻时、钻井液录井工作，而且还要进行钻取岩心、测井等工作。通过各种地球物理测井方法，可以获得井径、井斜、方位、岩性等基本数据，掌握和了解井眼质量以及地层和油气层的某些特性。
在钻穿油气层以后，需要下入油层套管，并注入水泥以隔离油气层与其他地层，使油气顺利地流到地面上来。根据油气井生产的要求做好井底完成工作是很重要的一道工序。
从确定井位开始，就需要平整井场、挖基础坑、泥浆池、圆井等土方工程；为运输机器设备而修筑公路；铺设油、水、气管线，架设电线，以输送油、水、气和电力;打好地基以安装设备、井架等。基础工作完成后，要进行大量的井架、设备等搬运和安装工作，还需做好开钻前的一切准备工作，如检查机器设备、试车、固定导管、钻鼠洞、调配钻井液、接好钻具等。
旋转钻井过程中，驱动钻柱旋转、克服钻柱与井壁的摩擦消耗了部分能量。为了减少这些无益的能量损失，1940年前后出现了井下动力钻井方法。井下动力钻井所用设备与旋转钻井基本相同，只是钻头不再由转盘带动旋转，而是由井下动力钻具直接驱动。典型的井下动力钻具是涡轮钻具，因此井下动力钻井又常称为涡轮钻井。目前，井下动力钻井在定向钻井技术中得到了广泛的应用。
近年来，一些工业发达国家还竞相开展了热力钻井、高压冲蚀钻井、等离子射流钻井和激光钻井等新型钻井方法的研究。随着科学技术的进步，新的钻井方法还将不断涌现，钻井工程也必将进入一个全新的科学化时期。
四、井身结构井身结构是油气井全部基本数据的总称。它包括以下数据：从开钻到完钻所用的钻头、钻柱尺寸和钻柱长度;套管的层次、直径;各层套管的下入深度、钢级和壁厚;各层套管注水泥的数据。由此可见，井身结构是全部钻井过程计划和施工的重要依据。图5-1为井身结构的示意图。
图5-1井身结构
首先下入长度约4～6m的短套管，也称导管，用于加固地表以免被钻井液冲毁，保护井口完整。同时将循环的钻井液导入泥浆净化系统内。
第二次下入的套管叫表层套管，用于封隔地表不稳定的疏松地层或水层、安装井口防喷器。一般深度为40～60m，有时可达500～600m。
当裸眼(未被套管隔离的井眼)长度超过2000～3000m或者地层剖面中存在高、低压油层、气层、水层和极不稳定的地层时，钻进过程中为避免发生工程事故需要下入中间套管，又叫技术套管。目的是封隔复杂地层，防止喷、漏、卡、塌等恶性事故发生，保证安全钻井。技术套管的层次和下入的深度根据地质和钻井条件确定。
最后下入的套管叫油层套管，用于采油、采气或者向生产层注水、注气，封隔油层、气层和水层，保证油气井正常生产。油层套管的下入深度取决于井底的完成方法。油层套管一般从井口下到生产层底部或者只从生产层顶部下到底部。实际工作中对部分下入的油层套管，根据作用取不同的名称，如尾管、筛管、滤管以及衬管等。
井身结构是由钻井方法、钻井目的、地质条件与钻井技术水平决定的。周密考虑各种影响因素，制定合理的井身结构，是保证高速度钻井与油气井投产后正常产出的关键。
综上所述，现代石油钻井工程是一项复杂的系统工程。由多工序、多工种联合作业，需要各种先进的科学技术和生产组织管理水平。