钻进包括如下作业:
(1)接单根。在钻进过程中,由于井在不断加深,钻柱也要及时接长,每次接入一根钻杆叫做接单根。通常每根单根长近10m,打一口井要接很多次单根。用顶部驱动钻井装置时接立根(一般由三个单根组成)。
(2)起下钻。在井底破碎岩石的钻头会逐渐磨损,当钻头磨损到一定程度后,破岩速度就会很慢,需要更换新钻头。为此,需将钻柱从井中取出(起钻),更换新钻头后再将新钻头及钻柱下入井内(下钻)。这一过程称为起下钻。一口井一般要用多只钻头才能钻成,可能需多次起下钻。有时为了处理井下复杂情况和事故,进行测井、取心等作业,也需要起下钻作业。
(3)固井。一口井在钻凿过程所形成的井(筒)壁应当是稳定的,才能保证继续向下钻进。实际上,井眼所要穿过的地层性质各异:有的地层岩石坚硬,井眼形成以后可以维持较长时间而不致坍塌;有的地层则很松软、破碎,岩石极易坍塌落入井内;有的地层内含高压油、气、水等流体;有的地层强度不高,易被压裂,造成钻井液漏失;有的地层含有盐、石膏、芒硝等成分,对钻井液产生不良影响等。尽管地层复杂多变,还是得设法将这些地层钻穿。当这些地层被钻穿以后,上述的各种复杂情况有的可能消失,对以后的钻井不再危害,有的则继续给钻井工作造成麻烦,也许会形成隐患。为了保护已钻成的井眼和使以后的钻井工作顺利进行,或为生产造成通路,防止各层间窜通,需要在适当的时候对井眼进行加固,称为固井。固井的方法是将套管下入井中,并在井眼与套管之间的环形空间内灌注水泥浆(在套管的下段部分或全部环空)从而将套管和地层固结在一起,隔开某些地层。然后用较小的钻头继续钻出新的井段。一口井从开始到完成,常需下入多层套管并注水泥,即需进行数次固井作业。
(4)处理事故。如物件落入井内,需进行打捞;钻杆断在井内也要打捞;钻柱被卡在井内时则要设法解除卡钻。井喷失控着火是钻井的灾难性事故,处理这种事故难度。
(5)其他作业。在钻井过程中要进行岩屑录井、气测等录井工作,必要时还要钻取岩心、进行电法测井等。探井在钻遇好的油气显示时要进行地层测试等。
中国是世界上早进行石油钻井的国家。早在西汉宣帝时(公元前60—70年),在现在的四川省和陕西省掘凿盐井发现天然气,并用于煮盐。到宋仁宗庆历年间(1041—1048),在四川省自贡地区用人力顿钻设备钻出了“卓筒井”(小口径井),英国科技史专家李约瑟博士(1900—1995)认为顿钻钻井是中国的重大发明。世界旋转钻井始于1900年,中国到1936年开始引进旋转钻机在新疆独山子地区钻了一批浅油井。1949年后,中国石油钻井的发展经历了四个时期:1949—1959年为初创时期,在这个时期主要是引进和学习苏联、罗马尼亚等国家的钻井装备和技术,旋转钻井技术得到初步发展;1960—1978年是发展时期,通过自主攻关,形成了浅井和中深井的钻井配套技术;1979—1998年是提高时期,广泛吸收了国外先进钻井技术,同时通过攻关,形成了深井钻井和多种功能定向井钻井的配套技术,并发展了保护油气层技术;1998年以后是走向市场化的时期,在这时期主要发展了小井眼钻井、大位移井钻井、水平井钻井、分支井钻井、欠平衡钻井、连续管钻井和套管钻井等钻井新工艺技术。
21世纪石油钻井技术发展的主导方向是实现钻井的信息化、自动化和智能化。中国石油钻井要进一步提高技术发展速度,缩短与世界先进水平的差距,并努力实现钻井工程的、优质、、环保和低成本。
钻井是一项系统工程 [2] ,是多专业、多工种利用多种设备、工具、材料进行的联合作业。同时它又是多程序紧密衔接,多环节环环相扣的连续作业。施工的全过程都具有相当的复杂性。
每一口井的完成包括钻前工程、钻进工程和完井作业三个阶段。每一项工程
阶段又有一系列的施工工序。其主要工序一般包括:定井位、道路勘测、基础施工、安装井架、搬家、安装设备、一次开钻、二次开钻、钻进、起钻、换钻头、下钻、完井、电测、下套管、固井作业等。