钻井法施工中，为了保证井筒的垂直度，一般都采用( )。

钻井法施工中，为了保证井筒的垂直度，一般都采用( )。

A 、增压钻进

B 、减压钻进

C 、等压钻进

D 、高压钻进

参考答案:

【正确答案：B】

煤层气钻井

我国的煤层气地面勘探开发经过十余年的实践，已取得了重大突破。其中具代表性、实现小规模商业性煤层气地面开发的项目有：山西沁水枣园井组煤层气开发试验项目，辽宁阜新刘家井组煤层气开发项目，山西晋城潘庄煤层气地面开发项目，山西沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程——潘河先导性试验项目，山西省沁水县端氏煤层气开发示范工程。

7.2.1 确定井类

煤层气开发活动中使用了3种类型的钻井方式，即采空区钻井、水平钻井和垂直钻井（图7.1）。

图7.1 煤层气井类型

（据苏现波等，2001）

图7.2 排泄孔钻井工艺

（据苏现波等，2001）

采空区钻井是从采空区上方由地面钻入煤层采空区。采空区顶板因巷道支架前移而塌落，产生的裂缝使气体从井中排出。如果采空区附近还有煤层并和采空区相连通，则气体产出量增大。从采空区采出的气体因混有空气往往使热值降低。

水平钻井有两种类型，一种是从煤矿巷道打的水平排气井，主要和煤矿瓦斯抽放有关；另一种是从地面先打直井再造斜，沿煤层水平钻进（排泄孔），其目的是替代垂直井的水力压裂强化（图7.2）。如果煤层出现渗透率各向异性，打定向排泄孔可以获得较高产量，该方法适用于煤厚大于1.5 m的厚煤层，但成本较高。

垂直井是目前用于煤层气开采的主要钻井类型，垂直井直接从地面钻入未开采的煤储层。依据钻井目的不同可将其分为4种类型，即取心资料井、测试试验井、生产井和观测井。在新勘探区为建立地质剖面、掌握煤层及围岩的地质资料、估算资源量，就必须布置取心井，采取岩心和煤心样进行化验分析，特别是煤层顶、底板附近的岩心，应了解其力学性质及封闭性能，同时采集煤心样进行含气量和渗透率测定以及常规工业分析及煤岩分析等。煤心样对于了解煤层深度、厚度、吸附气体含量和吸附等温线的测定以及解吸时间的确定等至关重要。为了满足煤心含气量测试的要求，常常采用绳索半合式取心装置，以缩短取心和装罐时间，减少气体散失。

对于选定的试验区，要进一步了解围岩的地应力和煤层的渗透性，掌握煤层的延伸压力（岩石扩张裂隙的最小应力）、闭合压力（岩石的最小水平应力）和小型压裂压力，选择压裂方向，进行压裂设计，就需要有试验井。由于地应力测试是在裸眼井条件下进行的，所以试验井的钻井，必须保证井壁的稳定性，防止煤层有较大的扩径。为此应采用平衡钻井工艺。

为开采煤层气，就必须打生产井。生产井的主要问题是稳定产层，减少储层污染伤害。因此在生产井钻进时，应严格操作标准，采用平衡-欠平衡钻井工艺，使用低pH值（pH＝5.5～7.5）的非活性泥浆，或采用雾化空气钻进和地层水钻进，尽量减少对煤的基质和矿物成分的影响，确保煤层割理（或裂隙）系统的清洁、畅通。

在生产开发区，为获取储层参数、掌握煤层气井的生产动态，还需要设置观测井，这类井常采用平衡钻井工艺和稳定的裸眼完井技术。

煤层气井的井孔设计应尽可能相互兼顾，做到一井多用，以降低费用。

7.2.2 钻井设计

在尽可能多地获得地层和储层参数并加以分析后，就可以进行钻井的设计工作。钻井设计很大程度上决定了所用钻井、完井、生产工艺类型以及所需的设备。

钻井设计应包括钻井地质设计、钻井工程设计、钻井施工进度设计和钻井成本预算设计4部分。设计的基本原则是：①钻井地质设计要明确提出设计依据、钻探目的、设计井深、目的层、完钻层位及原则、完井方法、取资料要求、井深质量、产层套管尺寸及强度要求、阻流环位置及固井水泥上返高度等；

②钻井地质设计要为钻井工程设计提供邻区、邻井资料，设计地层水、气及岩石物性，设计地层剖面、地层倾角及故障提示等资料；

③钻井工程设计必须以钻井地质设计为依据，钻井工程设计应有利于取全、取准各项地质工程资料，保护煤层，降低对煤层的伤害，保证井身质量符合钻井地质设计要求，为后期作业提供良好的井筒条件；

④钻井工程设计应根据钻井地质设计的钻井深度和施工中的最大负荷，合理选择钻机，所选钻机不得超过其最大负荷能力的80%；

⑤钻井工程设计要根据钻井地质设计提供的邻井、邻区试气压力资料，设计钻井液密度、水泥浆密度和套管程序；

⑥钻井工程设计必须提出安全措施和环境保护要求。

钻井设计的主要内容包括井径、套管选择以及井身结构。

7.2.3 钻井

由于煤层气储层特性的特殊性，使得煤层气井的钻进过程必须突出两个目标：防止地层伤害和保障井孔安全。需要注意的问题应包括：地层伤害，高渗透层段的钻井液漏失，高压气、水引起的井喷以及井筒稳定性。

7.2.3.1 煤层气井的钻进方式

煤层气井的钻进方式一般有两种：普通回转钻进和冲击回转钻进（图7.3）。

图7.3 煤层气井钻进方式示意图

（据苏现波等，2001）

钻进方式的选择主要取决于煤层的最大埋深地层组合、地层压力和井壁稳定性。对于松软的冲积层和软岩层，可采用刮刀钻头；中硬岩层和硬岩层更适于用牙轮钻头。

一般来说浅煤层钻井地层压力一般较低（小于或等于正常压力），宜选用冲击回转钻进，用清水、空气或雾化空气作循环介质。这一方法钻进效率高，使用非泥浆体系的欠平衡钻进工艺也减少了泥浆滤液对储层的伤害。当钻遇裂隙发育并产生大量水的地层冲击钻头时，以空气和流体混合交替方式钻进往往是最经济、有效的方法，并且对井孔的损害最小。深煤层钻井由于地层压力一般较高（大于正常压力），井壁稳定性较差。因此使用水基泥浆体系的普通回转钻进工艺，以实现平衡压力的目的。当使用泥浆钻进时，应特别注意尽量降低对煤层井段的地层伤害，因为煤中裂隙一般都很发育，即使采用平衡钻进，也会引起少量滤液进入煤层。

在某些超压区进行钻进时，为确保井壁稳定性和钻井安全问题，常常使用微超平衡水基钻液。

7.2.3.2 煤层气井的钻井参数

在煤层段钻井，应采用“三低钻井参数”，即低钻压、低转速和低排量。根据所钻煤层的特殊情况，一般选取钻压为30～50kN，转速为50～70r/min，泵排量为15～20L/s。

在非煤层段钻井时，可根据实际情况增大钻压、转速和泵排量，快速钻进，提高机械转速，缩短钻井时间。钻井参数可参照常规油气井确定的参数进行钻进。

7.2.4 取心

煤层气井的取心作业往往是获得详细的地层描述和储层特性的最直接、最可靠的方法。煤层气储层评价中，许多重要的储层参数都来源于取心样品的分析与测定。如煤中割理、煤质、含气量、吸附等温线、解吸时间和孔隙度等。因此取准、取全第一手资料是煤层气储层评价的关键。具体地说煤层气井的取心目的是：①测定煤层气含量，它是评价煤层气可采性的一个重要指标，也是煤层气储量计算和预测产量与开采期限的重要参数；

②测定煤的吸附等温线，用来确定煤层气的临界解吸压力、解吸时间及可采储量；

③割理、裂隙描述及方向测定，包括割理或裂隙的频数、方向、长度、宽度和矿化程度。这些数据是预测储层条件下流体扩散及渗透趋向等所必需的，其中割理或裂隙的方向是设计布井方向和射孔或割缝方向的重要依据。

为达到取心目的，煤层气井取心必须满足以下要求：

1）高的煤心采取率：提供足够数量的煤心，满足各种测试要求和保证测试精度。

2）短的气体散失时间：减少取心时间和出筒装罐时间，提高含气量测定的准确性。取心时间与取心方法和井深有关，取心后装罐时间一般应小于15min。

3）较大的煤心直径：通常以7.6～10.2cm较为适宜，以提高生产层评价质量。

4）保持完好的原始结构：进行割理、裂隙描述与方向测定，反映储层真实面目；降低煤心污染程度，提高数据质量。

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。

煤矿竖井施工方法

竖井掘进 (shaft sinking)矿山建设由地面垂直向下挖掘竖井(又称立井)的施工过程。竖井掘进方法分普通施工法和特殊施工法两种。普通施工法适用于井筒涌水量小，岩层比较稳定的竖井掘进。特殊施工法适用于不稳定岩层(包括流砂、淤泥、破碎的岩层)的竖井掘进。另外还有一种全面机械化施工的钻井法。竖井普通施工法 用人工或机械凿岩爆破的方法进行竖井掘进。掘进程序是先进行锁口施工，然后进行表土施工和基岩施工。锁口施工 由井颈上部的临时井壁和锁口框组成。锁口框采用木材、钢材、钢木结构；临时井壁段长度一般为1～2m，采用砖、料石、混凝土块砌筑。如表土层稳定，可采用一次施工永久锁口。表土施工 常用的方法有井圈背板、吊挂井壁、板桩、锚喷临时支护施工法等。根据井筒涌水量大小，可以采用工作面水窝集水、排水法，超前小井竖井降低水位法和井外疏干孔降低水位法进行涌水处理。表土施工提升有标准掘进井架提升系统(见井巷施工提升)和简易提升两种。简易提升方式可以采用：

(1)慢动卷扬机、小吊桶和简易井架。简易井架可用人字架、三角架、双三角架、帐幕式木井架、单龙门架和双龙门架。

(2)汽车起重机、小吊桶。

(3)大抓斗。表土施工主要包括表土掘进和表土支护。(1)表土掘进。在无水而稳定的土层中，可用镐、锹等工具人工进行挖掘或用抓斗直接取土，土层坚硬时可用风镐或风铲松土，或打浅眼、放小炮破土。施工中要加强集水、排水工作。

(2)表土支护。井颈段一般以钢筋混凝土或素混凝土作永久支护。施工方法有：

(1)边下掘边进行临时支护，挖掘至井颈段壁座后，由下而上边拆临时支护边进行永久支护施工。

(2)采用吊挂井壁作临时支护。当挖掘井颈段壁座后再自下往上浇筑永久井壁。

(3)用板桩进行临时支护。

(4)对易风化、易片帮、遇水易散的土层，采用素喷、锚喷和锚网喷混凝土的方法进行临时支护。当采用吊挂井壁永久支护时，随掘进分段紧接进行支护。基岩施工 也称凿岩爆破法。用于井筒涌水小于30m3 ／h，稳定、中等稳定的岩层。施工时将井筒全深划分为若干个井段，自上而下逐段施工。段长主要取决于井筒里围岩的稳定程度、涌水量、施工设备等条件。段长2～6m称短段，30～60m称长段。竖井施工作业方式按掘进、砌筑、安装三项作业在时间上、空间上的不同可以分为掘砌单行作业(又有长段单行、短段单行和混合短段平行之分)。