钻井费用与钻井设备是什么？
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）。
当油（气）井或探井钻到设计深度后，并不是立即就可以投入使用的。首先要进行测井作业获得井下的地质资料，根据测井和地质录井资料，经综合分析证实有开采价值的油气层时，一般都要下入一层钢管（又称油层套管）并要进行在套管与井壁的环形空间中注入水泥的作业（又称固井作业）。目前，石油钻井中使用的套管全部是钢管（无缝钢管或直缝钢管），根据钻井工程的需要套管一般分为：导管、表层套管、技术套管（或称中间套管）、油层套管（或称生产套管）和尾管。
导管是在一口井开钻时就要下入地下的，其作用是将钻井液从地表引到上部的钻井装置上来，以维持钻井过程中钻井液的循环。表层套管的作用是分隔上部浅层的流沙、砾石、气和水层，下入的深度视钻井的目的层和地层状况而定，一般多为几十米到几百米不等，个别深井有时下入深度还会超过千米。下技术套管的目的是封住钻井过程中钻井液难于控制的复杂地层，有的井有时需要下多层技术套管，特别是在遇到不同压力的地层时，为建立井筒内钻井液的正常循环，必须下入技术套管分隔不同压力的地层，以确保钻井的安全作业施工。油层套管是全井的最后一层套管也称生产套管，若生产套管不从井口下到井底，利用上部已下入的技术套管代替一部分油层套管时，下部的油层套管我们称之为尾管。下尾管的好处是可节约油层套管的钢材，但需要在技术套管和尾管的连接处加一套悬挂装置。钻井过程中下入的各层套管一般都要用水泥封固，其中，油层套管的注水泥质量特别重要，一定要确保套管与水泥、井壁与水泥两个界面的固结质量。因为水泥凝固后在套管的油层部位要进行射孔作业，射孔后油气在压差的作用下自行流到套管内，通过自喷或抽吸的方式进行油气生产。油层套管的作用是把井下的油、气、水层及不同压力的油、气层隔离开，提供油、气从生产层流至地面的通道，保证油、气井的长期稳定生产，并满足油气开发和今后增产措施的需要。因井筒内有油层套管的保护，所以油井一般生产几十年井壁都不会垮塌。
采油丛式井组
完井注水泥叫固井，是为了巩固井壁，方便采油的保护措施。首先下入套管，然后通过在套管和井壁之间的空隙里面注入水泥来实现固定。
注入水泥的是具体是从什么地方输送，不同的工艺有不同的途径，常见的有两种，一种是水泥直接注入套管，然后由套管下端挤入套管和井壁之间的空隙。一种是通过钻杆，钻杆下端和套管下端之间人为密封，水泥从钻杆里面输入，然后同样进入套管和井壁之间的空隙。两种工艺各有优劣，你可以查阅相关资料。
石油钻井一般流程:
油气田开发计划确定后，进入开发过程，包括钻井和生产 钻井环节涉及的设备包括钻机设备系统(包括八个系统)和测井设备。生产环节涉及的设备包括采油设备和测井设备钻井前，应先在地面确定钻井位置(即钻井位置)，然后铺设安装钻机的基础，井架和钻机应安装在钻井位置。
在钻井作业过程中，钻杆和钻头由钻机的动力驱动旋转，钻头连续破碎遇到的岩层并形成井眼(也称为井眼) 钻孔的大小由钻头的大小决定。当钻头破碎地层时，它通过空心钻杆将钻井液(通常称为钻井泥浆)注入地面，将钻头在破碎地层时产生的大量钻屑从循环钻井液带到地面。
地面上的固体控制装置从钻井液中移除钻屑后，钻井泵将钻井液再次泵入井中。钻井液穿过钻杆的内孔到达钻头的水孔，然后从井壁和钻柱之间的环形空间返回地面。钻井过程是钻头破碎岩石，钻井液不断进行钻屑并通过循环形成井筒的过程。
钻至设计深度后，应在井筒内下入专用仪器进行测井作业。目的是确定地下地层的岩性以及每个油、气、水层的位置。然后下入小于钻井孔的无缝钢管(也称为套管)，向套管和井壁之间的环形空间注入水泥浆，将套管固定在井壁上。
最后一步是在油层位置对套管进行射孔，人为地为流入套管的油气形成一个孔。 油气地层压力高时，会自行流出地表。这种井叫做自喷气井。 当油气压力较低时，需要通过外力从地下抽出。这种井叫做非自流井。钻井期间，电缆测井或随钻测井可用于测井活动。
要完成上述一系列石油钻井工作流程，需要钻机设备系统中八个子系统的协调运行。 它们分别是:提升系统、旋转系统、钻井液循环系统、传动系统、控制系统、动力驱动系统、钻机底座和钻机辅助设备系统。
扩展资料：
在石油勘探和油田开发的各项任务中，钻井起着十分重要的作用，诸如寻找和证实含油气构造、获得工业油流、探明已证实的含油（气）构造的含油气面积和储量，取得有关油田的地质资料和开发数据，最后将石油从地下取到地面上来等等，无一不是通过钻井来完成的。
钻井是勘探与开采石油及天然气资源的一个重要环节，是勘探和开发石油的重要手段。
北宋中期，卓筒工艺的开创，乃是我国也是世界最早发明的钻井技术。这种工艺技术，与现代石油(包括天然气)工业中应用的顿钻钻井方法类同。它比美国创造的顿钻技术至少要早七个多世纪。
关于卓筒井的出现，北宋苏东坡、文同、范镇三位四川名人，在他们的著作中，都有明确的记载，其中苏轼记述最详尽：
“自庆历、皇祐(1041-1054)以来，蜀始创筒井。用圜刃，凿如碗大，深者数十丈。以巨竹去节，牝牡相衔(公母榫连接)为井，以隔横入淡水，则咸泉自上。又以竹之差小者出入井中为桶，无底而窍其上，悬熟皮数寸，出入井中，气自呼吸而启闭之，一筒致水数斗。凡筒井皆用机械，利之所在，人无不知”。
苏轼不愧为文豪，文笔非常简练，介绍卓筒井的内容十分丰富。卓筒井的发明，其工艺技术主要特点和成就，是开创了现代深井(如盐井油气井)的维形，即包含了现代钻井三大基本程序，或称三大基本要素：第一，用圜刃钻头破碎岩石；第二，用泥筒取出井内的岩砂(岩屑)第三，下木竹套管固井保全井壁。
一、世界钻井史上发明的第一个钻头——“圜刃”锉“圜刃”锉是人类钻探史上发明的第一个钻头。它的发明，创造了现代深井钻头的雏形，因而，成为现代钻头的始祖。
凿井钻头的发明和发展，同其事物进展一样，由简单到复杂，由低级到高级，即早期的“圜刃”钻头发展到现代的鱼尾钻头、齿轮钻头、涡轮钻头及巴拉斯钻头。
现代深井钻探技术，尤其目前世界上超深井的钻井钻头和基本原理，追根溯源，它的祖先乃是我国北宋初发明的“圜刃”钻头和“卓筒井”工艺的继承和发展。
11世纪中叶，中国四川井研盐区的井匠技师们，经过长期的探索和实验，在世界上最早研制成功了第一个深井钻头—— “圜刃”锉。
“圜刃”是开创卓筒井的钻头，它的形制和结构，根据苏文的记载和古代钻头及钻井原理等进行考证，认为：苏轼以“圜刃，凿如碗大”六个字，描绘了“圜刃”钻头的基本形状。其一，圜刃钻头原始形状呈圆形；其二，在圆形的钻头上有刃锋；其三，锉头的直径与碗口(径)相当；其四，碗的口径就是“卓筒井”的井径。
因圜圆相通，圜和刃的结合，故名“圜刃”锉，即“圜刃”钻头。圆为主体，其底部横凸“一”字刃，锐利，易于破碎岩石。由于这种钻头先进，井匠在地面操作机械，钻凿卓筒井，比汉唐时期，人工手持锄、锸、锹等原始农用工具于井下艰苦作业，挖掘大口盐井，具有钻井工艺先进、工效高、劳动负荷轻、获利丰厚等优越性。因此，“圜刃”钻头的问世和卓筒井的诞生，是世界钻井史上一次大革命。同时为现代深井钴头的出现和发展奠定了基础。
无独有偶，继我国圜刃钻头和卓筒井发明700多年后，美国人拉夫纳兄弟俩开始用冲击式钻井的方法，即一种十分简单的机械原理，开创了“卓筒井”似的盐井，其井深18米(59英尺)，凿井钻头直径7.6-10.2厘米(3-4英寸)，是用铸钢制作的，它的规格、形制与“圜刃”钻头大致类同。
二、世界钻井史上最早研制的第一个井下取岩(屑)工具——“泥筒”北宋初，用圜刃钻头开创的卓筒井，是一种冲击式顿钻方法，它与现代石油(天然气)工业中所用的绳式顿钻钻头技术基本相同。
在冲击式顿钻钻井中，及时取出井内粉碎的岩屑，十分重要。一是能提高钻井速度，加快进度；二是能及时考察井身质量是否符合要求(即是否出现井斜或并身不圆的情况)，如钻井质量不符合要求，便立即采取措施，进行处理、纠正；三是在钻井时，发现了新的来水(卤水)和天然气的征兆，必须推水或多搧泥，直到井底泥砂(岩屑) 搧净，推水把气拉顺，以免所出的西水或天然气受到泥砂的阻塞和影响。
在长期的钻井实践过程中，四川自贡盐场的匠师总结了一条宝贵的经验：“黄卤推砂，黑卤推气。”即把井内泥砂取净后，岩层裂缝不受泥砂的阻塞，卤气流动畅通，可获取丰富的卤气。
为取出进底的岩屑，我们的先民发明了“泥筒”。苏轼在《蜀盐说》中述到：
“又以竹之差小者出入井中为桶，无底而窍其上，悬熟皮数寸，出入水中，气自呼吸而启闭之，一筒致水数斗。”
由此得知，当时不仅发明推卤汲筒，而且也发明了搧“泥筒”。汲筒和泥筒有区别，但工作原理完全相同，两者都是竹制，筒底“悬熟皮”(即单向阀)，入水则启，出水则闭。因岩砂和泥水在筒内下坠，熟皮受压紧贴简底，不泄漏。通过泥简在井底一上一下来回往复运动，水与岩屑混合，由阀门进入筒内，然后提出地面，以达到清除井底岩屑之目的。如果没有发明搧“泥筒”，卓筒井也是无法钻成的。为此，搧“泥筒”的发明，十分巧妙地解决了钻井取砂的一大关键问题，从而为向地层深部开拓提供了可靠保障，标志着我国古代钻井技术已达到了一个新阶段。
现代西方如美国标准顿钻凿井应用的“捞砂简”(又名“抽砂筒”)，其工作原理、操作方法，同我国900多年前发明的搧“泥筒”基本一致。
而现代旋钴法钻进，则采用机械动力加压力，促使井内液体循环流动，不断将岩屑从井中返出地面，实现了钻井不停、除砂不断的新工艺，这是继“泥筒”取砂法之后又一次重大的突破。
三、世界钻井史上最早创造的钻井保全井壁及止水的方法——下“木竹”套管固井卓筒井在11世纪中叶问世，同时也创造了楠竹制作成套管，下入井中，构成井壁，解决了钻井、生产两大难关：其一，保护井壁。竹制套管下入井内固井，可防止因井壁(松软地层)的垮塌，发生井下卡钻事故，从而保证了大口(窍)以下裸眼井段钻井的安全；其二，止水。封隔上部地层淡水渗入井中，避免淡水冲淡了天然水的矿化度，确保盐井下部生产层咸卤的开采。
因此，苏轼说：“‘卓筒井’深者数十丈，以巨竹去节，牝牡相衔为井，以隔横入淡水，则咸泉自上。”由此可知，竹制套管，其结构是利用大楠竹通节中空，“牝牡相衔”(即公母棒连接)的竹筒。南宋爱国诗人陆游在四川荣州(今四川荣县)做官时，亲自看到的卓筒井“绝小”:“荣州，则井绝小，仅容一筒，真海眼也。”盐井下入竹制套管止水，即“隔横入淡水”和保护井壁的功用，这同现代石油(天然气)钻井中下钢管固井的目的和作用是一致的。
古代井匠利用竹制套管是与四川盛产楠竹、斑竹密切相关的。四川土地肥沃，气候温和，雨量充沛，地下湿润，宜于竹子生长，因而竹林遍布，各地竹子用途非常广泛，民众就地取材，用竹子制成日常生活需要的各种器物，如竹房、竹门、竹席、竹椅、竹筐、竹架，到农业灌溉等都广泛使用竹子，简直是竹的世界。
北宋四川大文学家苏东坡，目睹了竹子的广泛用途，尤其是与人们生活有着密切关系，曾深有体会地说：“可使食无肉，不可居无竹”。
四川竹子材源丰富，同时又有独特的优点：伸直挺拔，具有天然圆形管状；质密坚硬，有较高的抗拉、抗压强度；耐腐蚀性能强，作套管固井寿命长达20～50年；产地广，材源丰富，价廉物美；加工制作简便等。如川北有的地区，现在遗存的卓筒井，仍是用楠竹或斑竹作套管固井，为北宋“始创筒井”提供了实物见证。
为此，我国木竹固井技术的创造和发展，无疑为现代钻井固井技术开辟了道路。
在我国北宋“圜刃”钻头和“卓筒井”发明之后，俄国和美国的钻井技术相继得到发展。据两国史载，初始置的盐井，仍是一种小井，同我国北宋发明的卓筒井非常近似。
据俄国和美国早期的钻井史看来，俄国的钻井技术，始于12世纪，至少比我国11世纪中叶发明的钻井技术要晚约1个世纪。美国的钻井技术肇始于19世纪初，比我国要晚7个多世纪。由此可知，我国北宋中期开创的“卓筒井”工艺，是世界上最早发明的钻井技术，理应推崇为现代钻井技术的先驱。
