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钻井工程

第一章1. 石油钻井是指为了勘探和开发地下石油和天然气而在地表钻凿一个通往地下油气层直径很小的井眼的工作。

简言之,钻井就是:用钻头破碎岩石,建立地下油气流的输出通道。

2.钻井方法:人工掘井、人力冲击钻井法、顿钻钻井法、旋转钻井法、连续管钻井法3. 油气井建井过程(重点)一口井的建井过程按其顺序可分为三个阶段,即钻前准备、钻进、固井和完井。

1、钻前准备(1)修公路;(2)平井场及打基础;(3)钻井设备搬运及安装;(4)井口准备。

2、钻进(1)钻头破岩钻进,洗井;(2)接单根;(3)起、下钻,换钻头。

3、固井和完井固井:在已钻成的井眼内下入套管,并在井壁与套管之间的环形空间内注水泥以固定套管、封固地层的工作。

完井:钻开生产层,确定油气层和井眼的连通方式即完井井底结构,确定完井井口装置,试油4.钻机组成一套陆地钻机通常包括八大系统:(1)起升系统:井架,天车,游车,大钩,绞车。

(2)旋转系统:转盘,水龙头。

(3)循环系统:泥浆泵,三除一筛,泥浆池、泥浆槽,泥浆罐等。

(4)动力系统:(5)传动系统:(6)控制系统:(7)钻机底座:(8)辅助设备:供电,供气,防喷,辅助起重,以及各种仪表等。

“八大件”:绞车、天车、游车、大钩、水龙头、转盘、泥浆泵、井架。

第二章1.岩石的强度:岩石在各种载荷作用下达到破坏时所能承受的最大应力称为岩石的强度2. 在简单应力条件下,岩石的强度有以下顺序关系:抗拉<抗弯≤抗剪<抗压3. 岩石的强度随着围压的增加而明显地增大4. 影响岩石强度的因素:自然因素:岩石的矿物成分、矿物颗粒的大小、岩石的密度和孔隙度、岩石的层理、岩石所处的温度等。

沉积岩的强度有明显的各向异性,垂直于层理的抗压强度最大,平行于层理的抗压强度最小。

工艺技术因素:岩石的受载方式、岩石的应力状态、外载作用的速度、液体介质性质等5岩石在外力作用下破碎前所表现的永久变形的性质叫岩石的塑性,而不呈现永久变形的叫脆性6. 塑性系数:岩石破碎前耗费的总功与弹性变形功的比值,用K表示K=1是塑性7. 影响岩石塑性的因素重要规律:随着围压的增加,岩石表现出从脆性到塑性的转变,并且围压越大,岩石破坏前所呈现的塑性也越大。

8.岩石的硬度是岩石抵抗其它物体表面压入或侵入的能力9. 硬度与抗压强度的区别:硬度只是固体表面的局部对另一物体压入或侵入时的阻力,而抗压强度则是固体抵抗整体破坏时的阻力,10. 影响岩石硬度的因素影响岩石硬度的因素和影响强度的因素相类似,即造岩矿物的成份、颗粒度、孔隙度、胶结物的性质等。

特别注意:层理对硬度的影响与对强度的影响相反,垂直层理方向的硬度值最小,而平行层理方向的硬度值最大。

11. 岩石的研磨性:岩石对钻头的磨损能力12. 岩石的可钻性:在一定钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎它的能力地层可钻性级别越高表示越难钻。

13. 岩石机械性质的影响因素(1)水的影响(2)加载速度的影响(3)地应力的影响(4)液柱压力和孔隙压力的影响(5)温度的影响14. 井底条件岩石受力状态:上覆岩层压力、岩石内孔隙流体的压力、水平地应力、钻井液液柱压力15牙轮钻头的结构钻头体、牙爪(也称巴掌)、牙轮及牙齿、轴承、水眼、储油密封补偿系统16. 牙轮及牙齿的布置方式¾布齿原则:(1)转一周牙齿全部破碎井底,不留下未被破碎的凸起;(2)牙轮在重复滚动时应使牙齿不落入别的牙齿的破碎坑内;(3)牙齿磨损均匀。

¾牙轮布置方案:(1)非自洗无滑动布置:各牙轮牙齿齿圈不嵌合,单锥、不超顶,不移轴,用于硬地层;(2)自洗不移轴布置:各牙轮牙齿齿圈相互嵌合,副锥、超顶,不移轴,用于中硬地层;(3)自洗移轴布置:各牙轮牙齿齿圈相互嵌合,副锥、超顶,移轴,用于软地层17. 牙轮钻头的工作原理:(1)牙轮的公转与自转(2)冲击、压碎作用:单齿、双齿交错接触井底,纵向振动3)剪切作用¾剪切作用主要是通过牙轮在井底滚动的同时还产生牙齿对井底的滑动实现的。

¾产生滑动的原因是由牙轮钻头的超顶、复锥和移轴三种结构特点引起的。

¾超顶:剪切掉同一齿圈相邻牙齿破碎坑之间的岩石复锥:与超顶原理相同。

¾移轴:剪切掉齿圈之间的岩石总结:牙轮钻头主要靠冲击、压碎和滑动剪切破碎岩石。

18.19. 刮刀钻头主要由上钻头体、下钻头体、刀翼、水眼四部分组成20. 刮刀钻头工作原理主要以切削、剪切和挤压方式破碎地层21. PDC钻头结构:钻头体、聚晶金刚石复合片切削齿、水力结构等22. PDC钻头工作原理:与刮刀钻头基本相同,主要靠犁削和剪切破碎岩石第三章1.钻柱(Drill String):钻头以上,水龙头以下的钢管柱的总称。

2钻柱组成:方钻杆(Kelly)、钻杆(Drill Pipe)、钻铤(Drill Collar)、各种接头(Joint)及稳定器(Stabilizer)等井下工具3.钻杆加厚形式:①内加厚,②外加厚,③内外加厚4.钻杆接头(1)内平接头----字母代号→NP,API代号→IF,习惯用数字代号→1。

(2)贯眼接头----字母代号→GY,API代号→FH,习惯用数字代号→2。

(3)正规接头----字母代号→ZG,API代号→REG,习惯用数字代号→3。

5.丝扣连接原则:①尺寸相等;②扣型相同;③公母扣相配6.钻柱组配及书写形式:[例] 某钻柱为:f215.9mm钻头0.35m +接头(430×520)0.4m +f177.8mm钻铤186m +接头(521×410)0.4m+f127mm钻杆2160m +接头(411×520)0.4m +f133mm方钻杆(521×630反)方入4.5m书写形式:f215.9mm钻头(431)0.35m +接头(430×520)0.4m +f177.8mm钻铤(521×520)186m +接头(521×410)0.4m+f127mm钻杆(411×410)2160m +接头(411×520)0.4m +f133mm方钻杆(521×630反)7.我国现场习惯用三位数字表达:[][][]个位→表示公母扣:公扣--记“1”,母扣--记“0”;十位→接头类型:内平--记“1”,贯眼--记“2”,正规--记“3”;百位→反映接头通称尺寸大小(与之对焊的钻杆外径)。

如“114内平公扣”表示114mm或127mm钻杆内平公扣,4 ½REG表示4 ½〃正规扣8.方钻杆主要作用:传递扭矩,承受钻柱的全部重量尺寸是指:中部断面方形的对边宽(毫米或英寸)比钻杆单根长2~3米,一般为13~16米,壁厚比钻杆大3倍左右9.钻杆主要作用:传递扭矩,输送钻井液,延伸钻柱钻杆通称尺寸:指钻杆管体外径(毫米或英寸)。

钻杆壁厚一般为9~11毫米,杆单根长度8~12米10.钻铤主要作用:①靠其重量给钻头施加钻压;②控制井斜尺寸:指钻铤外径(毫米或英寸)钻铤壁厚一般为38~53毫米,相当于钻杆壁厚的4~6倍,其长度般为8~12米。

11.钻柱的工作状态1、起下钻时受拉伸的直线稳定状态。

2、钻进时①当钻压较小时,在直井中----钻柱呈直线状态。

②当钻压达到(或超过)某一临界值时,下部钻柱将会失去直线稳定状态,而发生弯曲,并在某处与井壁稳定地接触形成“切点”。

12.钻柱的受力分析(重点)1、轴向拉力和压力(1)钻柱在垂直井眼中的起钻过程(2)钻柱在垂直井眼中的下钻过程(3)钻柱在垂直井眼中的悬挂状态(4)钻柱在垂直井眼中的钻进过程13钻杆柱设计的强度条件①钻杆的最大允许拉力Fy为最小屈服强度下的抗拉力。

②钻杆的最大安全静拉力(1)安全系数法:(2)拉力余量法:(3)深井钻柱:考虑卡瓦挤压的设计系数法。

一般取(1)(2)中较低值作为最大安全静拉力。

第四章1.井深、井斜角、井斜方位角称为定向井的三要素2.定向钻井应用场合l 地面条件限制l 地下地质要求l钻井技术需要3.全角变化值:γ,某井段相邻两测点间井斜和方位的空间角度的变化量,又称狗腿角。

4.全角变化率(井眼曲率):K,单位长度井段全角的变化值,又称狗腿严重度(或狗腿度)、井眼曲率5.井眼轨迹的图示法投影图表示法:水平投影图,垂直投影图,柱面图表示法:水平投影图,垂直剖面图6.井深:L井口至测点间的井眼长度井斜角:α该点处的井眼方向线与重力线之间的夹角井斜方位角:φ以正北方位线为始边,顺时针旋至井斜方位线所转过的角度垂直深度:D 指轨迹上某点至井口所在水平面的距离南北位移东西位移:指轨迹上某点在以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值水平投影长度S:指井口至测点的井眼轨迹在水平面上的投影长度水平位移C:至轨迹上某点至井口所在的铅垂线的距离平移方位角θ:以正北方位线为始边,顺时针旋至平移方位线上所转过的角度视平移V:水平位移在设计方位线上的投影长度7.掌握:测斜数据处理的规定,平均角法计算公式,井眼轨迹计算的思路。

熟悉:正切法、平衡正切法、圆柱螺线法、校正平均角法的假设条件第五章:1钻井液:在钻进过程中用来清洗井底岩屑,并把岩屑携带到地面,维持钻井操作正常进行的流体,也称洗井液2.根据液体流动时的剪切应力与速梯的关系可将液体流动分为四种流型:牛顿流型塑性流型假塑性流型膨胀流型大多数钻井液都是属于塑性流型第六章1. 静液压力:液柱自身重力产生的压力Ph2.地层压力:指地层孔隙内流体所具有的压力Pp3.上覆地层压力:指计算深度以上的地层岩石基质和孔隙内流体的总重力产生的压力Po4.基岩应力:指岩石颗粒间相互接触来支撑的那部分上覆地层压力5.地层破碎压力:在井下一定深度裸露的地层,承受流体压力的能力是有限的,当液体压力达到一定数值时使地层破裂,井筒流体会流入地层,此时的液体压力称为地层破碎压力6.井深结构:全井下人套管的层次,各次开钻的钻头直径和井深,各层套管直径及下深,各次固井水泥返高等7.套管类型:表层套管技术套管生产套管钻井尾管8.井深结构设计原则:①有效保护油气层②避免井漏、井喷等复杂情况③不致压裂薄弱地层④不发生压差卡套管⑤出现溢流时,在一定范围内允许压井施工第七章、八章(略)1.套管柱:油气钻井工程中,依据不同的用途和目的而向定向井下入钢管串。

2.卡钻类型及其原因①粘吸卡钻井壁上存在粘滞系数大的泥饼,且井内液柱压力与地层压力之间存在正压差②井塌卡钻地质原因物理化学方面的原因工艺方面的原因③沉砂卡钻④缩径卡钻⑤键槽卡钻⑥落物卡钻⑦泥包卡钻3. 卡钻事故的处理4.解卡方法:①浴井解卡②震击解卡③倒扣、套铣解卡④爆炸倒扣、套铣解卡⑤爆炸、侧钻新井眼5.常见的钻具事故①钻具折断②钻杆滑扣、脱扣6.钻具打捞工具:①公锥打捞②母锥打捞③卡瓦打捞筒打捞④打捞矛打捞⑤辅助打捞工具7.落物事故的常用方法和工具①井壁埋藏法②一把抓打捞③随钻打捞④磁力打捞器打捞⑤反循环打捞篮打捞⑥多功能一把抓打捞篮⑦取心筒式打捞器打捞⑧磨鞋磨碎落物法⑨捞绳器打捞⑩卡板式打捞筒打捞8.取心三个基本环节:形成岩心、保护岩心、取出岩心9.取心工具组成:取心钻头岩心筒及其悬挂装置岩心爪10.岩心收获率:指实取岩心长度与取心进尺比值的百分数11.套管开窗工序:①确定开窗位置②打水泥塞③通径和洗井④下斜向器⑤套管开窗⑥侧钻。

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