钻井费用与钻井设备是什么?
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发布时间：2022-05-01 20:16
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时间：2022-06-22 15:09
勘探钻井是所有勘探过程中投资最高的阶段，其费用是地质和地球物理勘探的数倍之多。钻井的结果将直接反映地球科学家们的研究工作是否“命中”靶区。勘探钻井费用的变化幅度很大，它取决于地理条件（陆地或海洋，接近的难易程度或极端环境的地域等），同时也取决于钻井的深度。一些裸眼钻井仅仅向地下钻进几百米，几天就可完成，其费用不足100万美元。然而，一些井则需要向下钻进5000米到6000米甚至7000米，整个钻进过程需要1年左右才能完成，所需费用就会约达1亿美元。下图为钻井设备示意图。
钻井设备示意图
旋转钻井原理钻头的动力来自钻塔顶部的钻井泵或钻机上的旋转台，也可能来自钻具的底部。
旋转钻井是石油钻井所使用的技术。钻头被固定在一根钻杆的终端。裸眼钻井常使用带三个牙轮的钻头。需要钻穿的岩层越硬，钻头牙轮的齿就越短，也更加坚硬。对于一些超硬的岩层或用于取心的井，人们就会使用镶有金刚石的钻头。钻头所需的动力一般由地面设备提供，一部分来自安装在钻塔顶部的动力钻具，另一部分来自安置在钻具底部的转盘。在少数情况下，钻头也可以由安置在钻头上方一个孔内的涡轮直接旋转带动钻进，这项技术叫做涡轮钻井。为了减少钻杆的摩擦及给钻头润滑并冷却，人们采用高压泵将钻井液从钻杆内输往钻头。这种钻井液也起到平衡钻头穿过的地层内所含液体产生的压力的作用，这样就可以避免钻井中失控发生井喷的危险性。钻井液携带着岩屑（被钻头破碎的岩石碎屑）从钻杆外部与井壁之间的空间返到地面。
一支钻井队需要几十位不同领域的专家组成。钻井工程师操作或掌管钻井进程的专家。负责设计钻井工程并对钻井工程实施连续检测和评估。他们确定套管（这是一种支撑钻井井壁的钢管）的直径、使用的工具和钻井液的类型等。司钻要保证钻井尽可能平稳地进行，他们肩负着许多责任，比如决定施加在钻井工具上的压力，以及钻井液返回地面的效率，找到最佳钻井速度，当发生磨损时更换钻头等。
钻井队还有司钻、钻井液工、钻井技术员和其他工程师如专门负责为钻杆增加或减少设备，负责钻进方向、接口作业、应对钻孔事故和处理地下岩层断裂等故障。他们一起工作，尽可能安全、高效，以较低成本完成钻进任务。
“油气目的层——勘探钻井的目标深埋于地下，预计这些油气藏的埋藏深度为2000米到4000米，有时可达6000米（相当于25个埃菲尔铁塔的高度）。”
一旦选定了勘探区域，就必须踏勘，以确定它的边界，还应进行环境保护方面的研究。租借合同，包括合同的标题和关于土地的可通行进入权等必须得到法律授权与合理的评估。对海域来讲，必须得到法律的授权，表明管辖范围。一旦法律条款得以落实，钻井队就可以开始土地的准备工作：（1）清理、平整土地，可能还会铺设进入工地所需的铁路；（2）由于钻井时需要水，所以必须找到就近的水源（如果没有水源，可以钻一口水井）；（3）工程人员要挖一个储存大坑，用于存放钻井过程中产生的钻井液和岩屑，用塑料绳等明显标识拦起来，以免造成环境污染（如果钻井的区域属于生态敏感区，则所产生的岩屑和钻井液就必须运走——用卡车运输取代那种储存大坑）。
土地准备好以后，就须挖几个孔以备安装钻机和定位主井眼。在真正实施钻井的位置四周需要挖一个长方形的孔，我们称它为“井口圆井（或方井）”。方井可以在钻孔四周为工人们和钻井所需配件的存储提供一个工作区。接下来，钻井工人就开始钻一个主井眼，常常先用一个较小的钻井车而不用主钻井设备。首先钻的钻孔要比钻孔的主要井段直径大些，也浅一些，并用一个直径较大的导管实施固定。随后，还会挖一些坑以便暂时存放设备，完成这些工作之后，就可以将钻井设备运至工地着手安装。根据钻井地点和附近的道路情况，可以采用卡车、直升机或驳船将钻具运至目的地。在内陆水域，由于没有支撑钻机的基础（如在沼泽或湖泊中钻井作业），可以将钻井设备安装在驳船或轮船上。在船底开一个孔用于钻井施工。井架（或桅杆式井架）是钻井系统的支撑。那是一种高达30米甚至更高的金属塔，它可以把钻井设备垂直立起来。在第一根钻杆的末端处，安装的就是钻井工具，一般是上面镶有坚硬钢粒或齿状三牙轮（大直径钻头）的钻头。
这种大直径钻头“啃食”岩石，它只能提供较小的压力，但它的旋转速度很快，可以将岩石破碎成小碎屑。随着钻头深入地层，就再接上一根9米左右长的钻杆。它以螺纹的方式与前一根相连接，如此以往，一根接一根地向地下钻进。带有大直径钻头的钻杆装置称为钻具。对付那些极为坚硬的岩石，大直径钻头上的齿就显得力不从心。对此，就要换上镶有金刚石颗粒的单块式钻头；用这种钻头就会所向披靡，攻无不克。为了避免井壁坍塌，需沿井壁插入一套空心的钢制圆形筒，而且会从地表直插井底（与钻杆一样，它们也像无线电收音机的拉杆天线那样节节相套，以螺纹相互连接），这就是套管作业。一旦完成了下套管作业，钻进就可重新开始，但套管之下的孔径会略小一些：套管会占据一些先前钻好的钻孔空间，使原来的孔径缩小。因此，开始钻进时的一个50厘米直径的孔径在几次下套管之后孔径就会减少至20厘米左右。钻井设备的形状和大小多种多样，它们将根据所钻井的深度和安装地点而定。所钻的井越深，钻井设备的功率就应越大，当然，费用也就越高。在海上钻井，钻机可以固定的方式站立在海底（自升式钻井平台），也可以漂浮方式（半潜式钻井平台）进行固定，钻井设备的选择取决于作业水域的深度、大气环流和海洋的地理条件，比如风速、海浪和潮汐等。在过去的20年中，钻井技术有了长足的进步。现在，人们已经能在水深3000米以上的海域进行钻探作业，水平钻井和定向钻井技术等都代表着主要技术潮流。
钻井设备原理示意图
什么是钻机？
钻机由钻孔的钻头和地面设备组成。钻机可以是能用于钻水井、油井和天然气井的大型机械设备，也可以是由一个人就可移动的小型设备。它们可以采集地下矿物样品，检测岩石、土壤和地下水的物理性质，还可以安装一些地下装置，如地下水设备、仪器、管子或井等。
（1）陆地过渡带（坐底式钻井装置）、浅水区（自升式钻井平台）。钻井装置包括了钻井所需的所有设备。钻井过程中，有一些辅助设备（如钻头、套管）和产物（如钻井液），这些都是在钻进过程中所使用的。在钻进过程中，还需要大量的服务工作，比如与储层相关的知识以及完井的工艺与技术。
（2）钻井的形式多样化，它们不再仅仅是垂直状的。人们用水平井和定向钻井来提高油气藏的开发速度及多套含油气层的开采。高水平的钻井是复杂而智慧的技术。在这类钻井的完井作业中，将一些仪器安置在井孔的不同深度处，可以测量那里的液体和气体含量，并且可以遥控终止井孔内某一特定井段的生产（当某一井段的产水量过多时采用此方法处理）。
