钻井总结修正版
2020-03-02 17:15:29 来源：范文大全收藏下载本文
智者见智，仁者见仁石工10-1 MXJ
2013年5月钻井期末考试知识考点总结
根据谭春飞老师复习重点整理
绪论：
1， 钻井：利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大孔眼的过程。
2， 钻井的分类
a , 形状：直井，水平井（大斜度井，大位移井，水平井，丛式井，多底井）
b , 目的：探井，开发井（生产井，注入井）
c , 深浅：浅井，中深井，深井，超深井
d , 井底温度：高温高压井，超高温高压井
e , 钻进方式：人工掘井，人力冲击钻井法，机械顿钻钻井法（冲击钻），旋转钻井法其中旋转钻井法：转盘钻井，井下动力钻井，顶部驱动钻井
3，钻井工艺过程三个阶段：钻前准备，钻进，固井与完井
第一章：钻井的工程地质条件
第一节：地下压力特性
1.静液压力Ph：由液柱自身重力所引起的压力压力梯度：单位高度或深度的压力
2.上覆岩层压力Po：该处以上的地层岩石基质和岩石孔隙中的流体总重力所产生的压力（H增大，Po增大）
3.地层压力Pp：岩石孔隙中的流体所具有的压力（地层孔隙压力）
A．异常高压：地层压力大于正常地层静液柱压力
原因：1地层欠压实，2地质构造作用，3水热增压作用，4流体运移作用，5油田注水
B．异常低压：地层压力小于正常地层静液柱压力
原因：1生产多年而又没有压力补充的枯竭油气层，2地下水位极低
4.基岩应力σ：岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压力（有效上覆岩层压力）Po=Pp+σ
5.PoPp σ关系图见课本第8页（ Po一般保持线性变化，当Po一定，Pp+σ一定）
6.地层压力预测：地震法，页岩电阻率法，声波时差法，
声波时差法：声波传播速度由孔隙度和岩性决定的。
正常情况：深度增大，孔隙度下降，声波速度增大，时差减小。
异常高压：欠压实，孔隙度大，速度小，时差大（根据图像判断异常高压，时差变大处为异常高压层）
7.地层压力监测：dc指数法，标准化钻速法，页岩密度法
dc指数法实质上是机械钻速法（钻速越大，dc越小）,只考虑压差（钻压与地层压力之差），压差越小，机械钻速越大；只考虑深度，深度越大，机械钻速越小。因此在遇到异常高压地层时，地层压力增大，压差变小，机械钻速增大。
8.等效深度：若深度为D的异常压力地层与正常压力地层某一深度De处的地层具有相等的
dc指数，怎认为两处地层压实程度相同，基岩应力相同，两个深度为等效深度。
用于求地层压力Pp=GoD-（Go-Gpm）De
等效深度，及基岩应力相同，正常的上覆岩层压力-基岩应力课本第17页图1-6
9.压持效应：钻进过程中井内始终存在压差，在该压差作用下，井底岩屑难以离开井底，造成钻头重复破岩的现象。
10.地层破裂压力：使地层发生破裂的最小井内液柱压力
计算地层破裂压力伊顿法去年创新班期中考了计算题，但今年老师未画出此重点，但是下面的液压实验法老师画出来了。
伊顿法：Gf=Pp/D+（μ/(1-μ)）*σ/D，Pf= Pp+（μ/(1-μ)）*σ，P井底>Pf就会井漏
11.液压实验法（漏失实验）：课本第21页图1-8
漏失压力PL：开始偏离直线点的压力，其后压力继续上升
开裂压力Pf：压力上升的最大值
传播压力Pr：达到最大值后，压力下降并趋于平稳，及传播压力，
（注意：以上压力都是在井口测量值立管压力，所以破裂压力当量密度要加上实验泥浆密度，而且计算当量密度是以漏失压力PL为准而不是开裂压力Pf）
地层破裂压力当量密度：ρf=ρm+PL/(0.00981 D) D为试验井深，套管下入深度， ρm实验泥浆密度，PL漏失压力。破裂压力计算：Pf=0.00981ρf*D（07-08年考的）
第二节：岩石工程力学性质
12.岩石强度：岩石在外力作用下达到破坏时的应力，称为岩石强度，是岩石在一定条件下抵抗外力破坏的能力。大小取决于岩石内聚力，颗粒间的内摩擦力，而且一般深度越大强度越大
13.一般情况： 简单应力条件下，大多岩石都接近弹性脆性体，岩石的破坏表现为脆性破坏
抗拉强度
垂直于地层层面的强度 >平行于地层方向的强度
14.岩石的硬度：是岩石抵抗其他物体表面压入或侵入的能力。
石油钻井常用的两种： 史氏硬度（静压入法），摩氏硬度（擦痕法）
硬度与抗压强度的区别：1> 前者固体表面局部对一物体压入侵入的阻力，后者是固体整
体破坏的阻力
2> 前者反应岩石颗粒硬度，对钻进过程中工具磨损影响大3> 后者反应岩石颗粒组合硬度，对钻进时岩石的破碎影响大
15.岩石的脆性和塑形：脆性岩石：岩石在外力作用下，直至破碎而无明显形状改变，这种
岩石为脆性岩石Kp=1
塑形岩石：在外力作用下，岩石只改变形状和大小而不破坏的岩石
Kp无穷大
塑脆性岩石：介于两者之间Kp面积比
16.塑性系数：岩石破碎前耗费的总功与岩石破碎前弹性变形功之比。Kp
17.井眼周围地层岩石受力：上覆岩层压力，地层压力，钻井液液柱压力，水平地应力
18．岩石有效应力：外压与内压之差岩石强度取决于有效应力
19.对于岩石，增大围压，岩石强度塑性都增加，称为各向收缩效应
1 孔隙压力作用降低了岩石的各向收缩效应，孔隙压力的存在降低岩石强度，
可以增加机械钻速
2 液柱压力增加，岩石的硬度，抗压强度，塑性也增加，各向收缩效应加强，
因此机械钻速降低
20.岩石可钻性：指岩石破碎的难易程度。一定的钻头规格，类型及钻井工艺条件下岩石抵抗破碎的能力。（可钻性级值越大，岩石越难破碎。）
21.岩石的研磨性：岩石磨损钻头切削刃材料的能力
第二章：钻进工具
第一节：钻头
1.钻头分类：牙轮钻头，金刚石材料钻头（PDC钻头，天然金刚石钻头，TSP钻头），刮刀钻头
2.牙轮钻头工作原理：
A.牙轮钻头在井底的运动
1.>公转：牙轮随钻头轴线一起旋转，顺时针
自传：牙齿绕牙轮轴线做逆时针方向旋转
2.>钻头的纵向振动：单齿与双齿交替与井底接触引起的钻头沿轴向做上下往复运
动。纵向振动转化为对底层的冲击作用力，与静压入力一起形成对岩石的冲击，
压碎作用（牙轮钻头的破岩主要方式）
3.>对地层的剪切作用：超顶，复锥，移轴引起的滑动剪切
超顶：牙轮锥顶超过钻头轴线，滑动速度随超顶距增加而增加
复锥牙轮由于副锥是超顶的因而产生了滑动
移轴：牙轮轴线相对于钻头轴线平移一段距离。
超顶和复锥引起的切线方向活动除可以在切线方向与冲击压实作用共同
破碎岩石外，还可以剪切掉一圈相邻牙齿破碎坑之间的岩石。移轴则在轴
向产生滑动和切削作用，可以剪切掉齿圈之间的岩石
4.>自洗：钻头通过牙齿布置使得各牙齿的牙齿齿圈互相齿合，一个牙齿的齿圈之
间积存的岩削由另外一个牙齿齿圈牙齿剔除。（自洗不移轴，自洗移轴）
B．牙轮钻头破岩方式：
冲击压碎作用：纵向振动产生的冲击力和静压力一起使牙齿对地层产生冲击，压
碎作用，形成体积破碎坑
滑动剪切作用：牙轮牙齿的径向移动和切向移动对井底地层产生的剪切作用，破碎牙齿间或齿圈间岩石
射流冲蚀作用：喷嘴喷出的高速射流对井底岩石产生冲蚀作用，辅助破碎岩石
3.金刚石钻头分为：（布齿方式）刮刀式布齿方式 ，单齿式布齿方式 ，组合式布齿方式
4.国产牙轮钻头型号表示方法：(估计会考个填空，不然不会单独划出来)
□□□
ABC
A：钻头直径，数字表示 单位：mm、in
B： 系列代号： 速记：X镶齿，H滑动，P喷射式，B保径，M密封，（首字母）；一般都有轴承
C：适应地层，数字表示 1：极软2：软3：中软4：中5：中硬6：硬7：极硬速记：左右对称，正好7个。
第二节：钻柱
5.钻柱（钻头以上，水龙头以下）的组成与作用（考的可能性很大，多次考试都出现过）
A． 钻柱在钻井中的主要作用：1> 为钻井液提供通道2> 给钻头施加适当的压力（钻压）3> 把地面动力（扭矩等）传递给钻头4> 起下钻头5> 根据钻柱长度计算井深
B．钻柱的特殊作用：
1> 通过钻柱可观察和了解钻头，井眼及地层情况等2> 进行取心，挤水泥，打捞井下落物，处理事故等作业
3> 对地层流体及压力状况进行测试与评价，钻杆测试又叫中途测试
C．组成：方钻杆，钻杆段和下部钻具三大部分(方钻杆、钻杆、钻铤、各种接头、稳定器)
6.钻杆：钻柱的基本组成。作用1.传递扭矩2.传输钻井液3.延长钻柱
由钻杆管体与钻杆接头组成，连接方式：对焊连接（无丝扣钻杆）和细丝扣连接（有丝扣钻杆）（淘汰）
7.API标准接头：内平式，贯眼式，正规式
8.钻铤：在钻柱的最下部，是下部钻具组合的主要组成部分，具有较大重力和刚度。 作用：1> 给钻头施加钻压2>保证压缩应力条件下的必要强度
3> 减轻钻头振动，摆动和跳动，使钻头平稳工作4> 控制井斜
9.钻柱受力分析：1，井口断面：拉力最大，扭矩最大2，下部受压弯曲3，中性点：拉压交变
10：轴向力：自身重力产生的轴向拉力，浮力产生的轴向力，钻压压力，
11.中性点：钻柱上轴向力等于零的点。设计钻柱，中性点始终落在钻铤上，钻铤刚度大，抗弯强。斜井： Ln=W/qc*Kb*cosα 直井α为0.
中性点落在钻铤上，所以钻铤的浮重不得小于钻压——浮重原则
12.钻铤长度确定：
Lc=Sn*Wmax / qc*Kb*cosαSn为安全系数，
13.钻铤选择：先计算总长度，再计算需要多少根，总长度不得小于中性点长度
第四章：钻进参数的优选
第一节：钻井工程中各参数关系
1影响钻速的原因：（很可能考哦）
不可变因素：地层的岩性，储层的埋藏深度，地层压力
可变因素：钻头类型，钻压，转速，泵压，排量，钻井液性能
其中可变因素的具体影响：
1.1 钻压对钻速的影响：Vpc∝（W-M）钻压越大，钻速越大
门限钻压：牙齿开始压入地层时的钻压（名词解释）
1.2 转速对钻速的影响：转速越大，钻速越大
1.3 牙齿磨损对钻速的影响：磨损越严重，钻速越小
1.4 水力因素对钻速的影响：
a水力净化井底：井底水功率越大，净化越好，钻速越高
b水力辅助破岩：井底水功率越大，辅助破岩能力越强，钻速越高
1.5 钻井液性能对钻速的影响：
a密度：钻井液密度大，井内液柱压力大于地层孔隙压力，产生一个正压差，在压差
作用下，井底岩削很难离开井底，降低钻速。压持效应。
b粘度：粘度大，钻速小
c固相：固相多，钻速小
d分散性：越分散钻速低
2 M（门限钻压）和λ（转速指数）确定方法：五点法钻速实验
第三节：水利参数优化设计
3 水力参数：
A． 射流水力参数：a.射流喷射速度b.射流冲击力c.射流水功率
B． 钻头水力参数：a.钻头压力将b.钻头水功率
C． 循环压耗
D． 地面泵水力特性
4 提高钻头水力参数途径：a提高泵压和泵功率b降低循环压耗系数（1降低泥浆密度2
降低泥浆粘度3增大管路内径）c增大钻头压降系数d优选排量
5 岩屑举升效率：Ks=Vs/VaVs岩屑在环空中实际上反速度，Va钻井液环空速度
第五章：经验轨道设计与轨迹控制
1.井眼轨道：一口井开钻前预先设计的井眼轴线形状
井眼轨迹：一口井实际钻成后的井眼轴线形状
2．轨迹的基本参数：井深，井斜角，井斜方位角
1>井深（斜深，测深） ：井口至测点的轨迹长度，Dm。
2>井斜角α：井眼方向线与重力线之间的夹角
3>井斜方位角Φ：在水平投影图上，以正北方位线为始边，顺时针旋转到井眼方位线上所转过的角度。
3.轨迹图示法：1>水平投影法2>垂直投影法3>垂直剖面图
4.测斜仪分类：
1>工作方式分：单点式，多点式，随钻测斜仪
2>工作原理分：磁性测斜仪，骆驼测斜仪
测量内容：井深Dm，井斜角α，方位角Φ
5.第0测点：不是实测的。而是人为规定的。
当第一测点井深大于25m时，规定第0测点的井深比第1测点的井深 小于25m，规定井斜角为0；当第一测点井深小于或等于25m时，规定第0测点的井深和井斜角都为0.
6.井斜原因：地质因素、钻具因素、井眼扩大
1>地质因素：a地层倾斜b地层可钻性不均匀两方面（地层可钻性各向异性，地层可钻性纵向、横向变化）
2>钻具因素：钻具的倾斜和弯曲（钻具与井眼有一定间隙，钻进措施不当，钻具本身弯曲，三点不一线 ，安装不正）
3>井眼扩大：钻头在井眼内左右移动，靠向一侧，钻头轴线与井眼轴线不重合，导致井斜
井斜本质：各种因素导致钻头在井底形成不对称切削
7.直井防斜技术：
满眼钻具组合控制井斜：只能稳斜不能增斜或减斜
钟摆钻具组合：多用于井斜角较大的井进行纠斜，直井内无防斜作用
8.定向井轨道类型：（老师上课说过必考，书上188页图）
轨道有四种基本段：垂直段，增斜段，稳斜段，降斜段
常规二维定向井轨道类型：a三段式（垂、增、稳）
b多靶三段式（四段式垂、增、稳、稳）
c五段式（垂、增、稳、降、稳）
d双增式（垂、增、稳、增、稳）
9.定向造斜工具：
1>造斜：由垂直井段开始钻出一定方位的斜井段的工艺工程
2>造斜点：开始造斜时的深度，垂直井段开始倾斜的起点
3>造斜工具：井底动力造斜钻具，转盘钻造斜工具
4>井底动力钻具（井下马达）： 涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻具
5>动力钻具造斜工具：弯接头、弯外壳、偏心垫块
6>转盘造斜工具：斜向器、射流钻头（1大2小喷嘴，不旋转）、（扶正器组合，非重点）
10.装置角：以高边方向线为始边，顺时针旋转到装置方位线所转的角度，称为装置角ω
11.高边方向线：井底平面上自井眼低边指向井眼高边的方向线称为高边方向线。
11.装置方位角：装置角与井斜方位角之和。Φw=ω+Φω、Φw 在0-360度变化，顺时针+逆时针为-。
12.反扭角：由于液流作用于动力钻具的反扭矩使钻柱反时针扭转的角度，称为动力钻具的反扭角。Φn
第六章：油气井压力控制
1.平衡压力钻井：在有效的控制地层压力和维持井壁稳定的前提下，尽可能降低钻井液密度，使钻井液柱压力刚好等于或大于地层压力，达到解放钻速和保护油气层的目的
2．欠平衡钻井：钻井过程中，允许地层流体进入井内，循环出井，井在地面得到控制。五种欠平衡钻井： 1，空气钻井2，泡沫钻井3，雾化钻井4，充气钻井（1-4为气体钻井）5，边喷边钻（低密度钻井液）
3.溢流（井涌）：地层流体进入井内，井口反出的液量大于泵入量或停泵以后井液从井口自动外溢
4.井喷：地层流体失控喷出地面
5.地层流体侵入地层的原因：
1>钻井液密度低
2>环空钻井井液液柱降低
3>起钻抽汲
4>停止循环
6.气侵情况下环空两相流流型：
1>泡状流2>段塞流3>搅拌流4>环状流
7.地层流体侵入井眼的检测方法：
1>钻井液池液面检测法
2>反出钻井液流量检测法
3>声波气侵早期检测法
8.关井方法：1>硬关井（节流阀关闭情况下，关防喷器）
2>软关井（先打开节流阀，再关防喷器）
3>半软关井（适当打开节流阀，再关防喷器）
9.压井基本原则：
1>在整个压井过程中，通过调节节流阀的开启始终保持井底稍大于地层压力，并且使井底压力保持不变。 井底常压原则
2>压井过程中套压不得超过以下压力
a． 井口装置的额定工作压力
b． 套管抗内强度的80%
c． 套压与环空内的液柱压力和不能超过地层最小破裂压力
10.泵速：Q’=（1/3-1/2）QQ’压井排量Q钻进时钻井泵正常排量
低泵速：目的便于在压井过程中控制节流阀和立压
11.压井方法：
常规压井方法：1>二次循环压井（司钻法）
2>一次循环压井（工程师法压井，等待加重法压井）
3>边循环边加重法压井
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