大口径钻井设计

一、钻井结构与钻井次序

每一口钻井都要根据对钻井的要求，地质情况，水文地质资料进行钻井结构的设计，其中包括钻井次序。

钻井结构，是进行钻井的依据，设计的是否合理，关系到该井的成败，所以是很重要的。

在设计钻井结构时，还要考虑到钻井工艺，现有设备能力等因素。

设计程序，应从终井直径向上推，遇地层变化或需下入井管等要求进行变径。

设计原则：

1.应全面满足工程或地质对钻井的目的和要求，如钻井斜度，井径的控制。

2.要有充分可靠的技术措施，在井径上要有余地，如终井直径，在设计时只要有条件就要从上至下加大一级，以免中途地层有所变化或水文地质条件的因素而缩一级井径。

3.充分掌握地质资料、地层变化，应严格掌握。在大口径钻井的井位处，必须先钻一小口径孔，以便确切地掌握井位处地层情况才能设计出正确的钻井结构。

4.应充分注意经济效益：在充分掌握上述诸条件的前提下，钻井结构应力求简化，井径过大时破岩量增加，不仅效率低，刀具费用也加大，如果能用泥浆固壁时，就尽量不下入井管，节约井管的费用，降低钻井成本。

二、钻进结构示范

图1为一常见地层的标准钻井结构。

井位处有较厚的表土覆盖层，基岩表层风化，浅层破碎漏水，终井直径960毫米。

结构设计，地表挖下了3~5米下入井口管，管脚用粘土夯实。用直径1300毫米钻头，泥浆固壁通过覆盖层进入基岩并通过强风化层，下入直径1240毫米钢板制井管，管脚进行水下水泥浆封闭。然后用直径1160毫米钻具通过破碎带，下入直径1130毫米钢板制井管同样进行水下水泥砂浆封闭管脚，在这情况下可以采用终井直径钻具至终井。但考虑到井较深，先用直径1060毫米钻头钻一段，经验证地层已经稳定再改直径960毫米钻头钻至终井。

这口井的设计较为复杂，因终井后需下人进行地质描述和做试验。若为水源井或其他要求不高的井可以大大的简化钻井结构，甚至在通过松散层后仍用泥浆固壁也可以一径到底。

图1 常见地层的标准钻井机构

三、钻进次序

所谓钻井次序，是当钻井的地层较复杂或表土覆盖层较厚时，应怎么样钻进的问题。

实质上是由于钻井中护壁方法诸因素与次序有直接关系，如钻覆盖层时需用泥浆作为冲洗液，可以起到护壁作用。当通过覆盖层进入基岩后，岩石稳定不需护壁时，可以采用清水钻进。这样不仅节约了泥浆费用，又由于清水反循洗井使底清洁。故能提高钻井效率，延长刀具寿命，从而降低了钻井成本。究竟使用哪种方法钻进更为恰当？这时应充分考虑两者经济效益进行对比。

一般情况下，均采用下入井管的方法，因为不仅仅是井管与泥浆费用的对比，若一次到底，不仅造成上述情况，还存在着井筒稳定的问题，所以只有在确有把握，上层不坍塌的情况下，才采用一次成井的方式。

所以，通常情况下，还应选择先通过覆盖层，下入护壁井管后，再进行基岩钻进。

四、井场

钻前的准备工作，除搞好钻井设计及技术措施，机具检查维修外，主要是井场的准备。

1.井场布局：井场布局应根据钻井直径、深度、所用钻井工艺和机械设备性能而定。

（1）取心钻井的井场布局：取心钻井多为直径不大于1.5米，井深在50米以内的井。与此相近的全断面钻井，也可以采用这种布局方式，具体布局方式见图2。

图2 取心钻进钻场布局

（2）反循环全断面钻井的布局：反循环钻井，设备及辅助装备较多，同时钻具重量大，钻井口径大，深度也大，故井场占地多布局也较复杂，如采用泥浆作为冲洗液时，还需添上泥浆净化设备。

（3）槽钻进井场布局：当钻槽或大面积联钻套钻时，钻井机必须移动，同时在造槽完成之后，还需下置钢筋笼和浇水下混凝土，所以进场布局更为复杂，图3为钻地下连续墙时的井场布局。

图3 槽井钻进钻场布局

2.井口保护：钻井时，主要重载都集中在井口，如钻塔脚，粗径钻具升降时吊挂在井口同时不管正循环洗井还是反循环洗井，都有大量冲洗液从井口灌入或排出。在漏失地层或有流砂层时，井壁的稳定要靠抬高井内冲洗液面高度给以反压，所以井口保护是一项具有很重要作用的作业。

通常在有松散覆盖层的井位，需工人下挖3~5米，下入钢板制的井口管，井口管的下部填以优质粘土并夯实，井管外也回填钻土并夯实，若为永久性井，也可以结合地面建筑，浇注混凝土井口管。

在基岩井位处，或覆盖层浅时，也要人工下挖，或凿眼爆破3~5米，并下入井口管，这是因为除了上述诸因素外，粗径钻具长度往往在4~5米左右，如没有足够的空间，就无法正常钻进。

3.井场地基：由于设备多重量大，场地应全部落在坚实的地盘上。如地面窄小必须填方时，应有墩或桩作为支撑，场地面积一般均需50平方米以上，要求有可能通重型汽车路及相应的给水、排水管路和沟。

地基的重点是井口周围，在钻大井深井时，井口应构筑混凝土基台，使钻塔脚，机架同时落在这一基台上，小井或浅井则需预埋木枕或混凝土枕，不管时筑机台还是埋枕均需整体保持在一个水平面上。

4.设备安装：正确的安装，不仅可以保证机械设备正常运转，还可以保证钻井质量。

必须做到，钻井机架与基台用螺栓连接紧固，安装时调整机架保持水平。同时要做到天车、大钩、转盘三者中心要对准钻井中心，钻塔要保持垂直。

辅助卷扬机，钻塔绷绳，拖卸钻杆大钳死绳，均应埋置地锚，与机件紧固，钻塔绷绳要松紧适度，使钻塔保持在正确状态。

设备装好后，进行试运转，并进行必要的调整，直到运转正常时，才能交付使用。

来源：苹果的天