鉆井工程復(fù)習(xí)資料

1、鉆井工程復(fù)習(xí)資料 石工11-10班鉆井工程緒論第一節(jié) 鉆井概述一、鉆井的概念鉆井：利用一定的工具和技術(shù)在地層中鉆出一個(gè)較大孔眼（井眼）的過程。二、鉆井的分類（一）按目的分類1.探井：為探明地下地質(zhì)情況、獲取地下油氣資源分布及相應(yīng)性質(zhì)等方面資料而鉆的井。（1）區(qū)域探井：為了解地層年代、地層時(shí)序、巖性、厚度、生儲蓋組合，并為物探解釋提供參數(shù)而鉆的探井。（2）預(yù)探井：在確定含油氣有利構(gòu)造的基礎(chǔ)上，以發(fā)現(xiàn)油氣藏為目的而鉆的探井。（3）詳探井：在已發(fā)現(xiàn)油氣構(gòu)造上，為探明含油氣的面積和儲量，了解油氣層產(chǎn)能為目的而鉆的探井。2.開發(fā)井：以開發(fā)為目的，為了給已探明的地下油氣提供通道所鉆的井，或?yàn)榱瞬捎酶鞣N措施

2、使油氣被開采出來所鉆的井。（1）生產(chǎn)井：為完成產(chǎn)能任務(wù)和生產(chǎn)油、氣所鉆的井。（2）注入井：為提高油、氣井生產(chǎn)能力所鉆的井。（用于注水所鉆的井為注水井，用于注氣所鉆的井為注氣井。）（二）按幾何形狀不同分類1.直井：井口與井底在同一條鉛垂線上。2.定向井：井口與井底不在同一條鉛垂線上。（1）普通定向井：一個(gè)井場內(nèi)僅鉆1口最大井斜角小于60的定向井。（2）大斜度井：最大井斜角在6080范圍內(nèi)的定向井。（3）水平井：最大井斜角大于或等于86，并保持這種井斜角鉆完一定長度井段的井。（4）大位移井：水平位移/垂深=2的定向井或水平井（或測深/垂深= 2的定向井或水平井）。（5）叢式井：在一個(gè)井場（海洋平臺

3、）上有計(jì)劃地鉆出兩口或兩口以上的定向井組，其中可含1口直井。（6）多底井（分支井）：一個(gè)井口下面有兩個(gè)或兩個(gè)以上井底的定向井。（三）按井深不同分類1.淺井：h2500m。2.中深井 ：2500h4500m。3.深井：4500h6000m。（h為完鉆垂直井深）（深水鉆井：超過500m水深的海洋鉆井。超深水鉆井：大于1500m水深的海洋鉆井。）（四）按溫度和壓力的高低分類（1）高溫高壓井：按國際通用概念，地溫超過150度稱為高溫，地層壓力當(dāng)量密度超過1.8g/cm3或用超過70mpa井口裝置時(shí)稱高壓，兩者同時(shí)具備的井稱為高溫高壓井。（2）超高溫高壓井：井底溫度超過220度，井底壓力超過105mpa

4、的井。第二節(jié) 鉆井方法一、概念鉆井方法：為了在地下巖層中鉆出所要求的孔眼而采用的鉆孔方法。二、分類（一）人工掘井（二）人力沖擊鉆井法（三）機(jī)械頓鉆鉆井法（沖擊鉆）（四）旋轉(zhuǎn)鉆井法1.概念：是靠動(dòng)力帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的過程中對井底巖石進(jìn)行破碎，同時(shí)循環(huán)鉆井液以清潔井底的鉆井方法。2.分類：分為轉(zhuǎn)盤鉆井、井下動(dòng)力鉆具鉆井、頂部驅(qū)動(dòng)鉆井。3.特點(diǎn)是：（1）破巖與清巖相接進(jìn)行。（2）旋轉(zhuǎn)動(dòng)力大，轉(zhuǎn)速高，破碎效率高。（3）設(shè)備復(fù)雜，起下鉆繁瑣。第三節(jié) 基本鉆井工藝過程一、鉆前準(zhǔn)備修公路、平井場、鉆井設(shè)備的搬運(yùn)和安排、井口準(zhǔn)備（打?qū)Ч芎豌@鼠洞）、備足鉆井所需要的各種工具、器材等。（大鼠洞：放方鉆桿和水龍

5、頭；小鼠洞：接單根時(shí)存放鉆桿）二、鉆進(jìn)鉆進(jìn)是進(jìn)行鉆井生產(chǎn)取得進(jìn)尺的唯一過程。（一）第一次開鉆（一開）：從地面鉆出一個(gè)大井眼，然后下表層套管。（二）第二次開鉆（二開）：用較小一些的鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)，若遇到復(fù)雜地層，用鉆井液難以控制時(shí)，便要下技術(shù)套管（中間套管）。（三）第三次開鉆（三開）：再用小一些的鉆頭往下鉆進(jìn)，直到設(shè)計(jì)井深，下油層套管，進(jìn)行固井、完井作業(yè)。（開鉆：每改變一次鉆頭尺寸，開始鉆一新井段的工藝叫開鉆）三、固井與完井（一）固井：固井即是在已鉆成的井眼內(nèi)下入套管，而后在套管與井眼間的環(huán)形空間內(nèi)注入水泥漿，將套管和地層固結(jié)成一體的工藝過程。（二）完井：完井包括用特定的方法連通油、氣層和井筒，使

6、用替噴或抽汲等方法誘導(dǎo)油、氣流進(jìn)入井筒，然后進(jìn)行油氣生產(chǎn)。第四節(jié) 其他概念1.接單根：向鉆柱上連接一根鉆桿，以便繼續(xù)鉆進(jìn)，使井深不斷加深。2.起鉆：為了更換鉆頭，將井內(nèi)鉆柱取出換下舊鉆頭。3.下鉆：換上新鉆頭后，重新將鉆柱下入井內(nèi)。4.立柱：起下鉆時(shí)，為了提高效率，一般將三根鉆桿連接在一起作為一個(gè)單元，這一單元稱為立柱（立根）。（頂驅(qū)鉆進(jìn)時(shí)，無接單根作業(yè)。一個(gè)立柱一個(gè)立柱的打。）5.懸重：鉆柱在泥漿中的總重量（不鉆進(jìn)時(shí)的大鉤負(fù)荷）。6.鉆重（大鉤載荷）：鉆進(jìn)時(shí)的大鉤負(fù)荷。7.鉆壓：鉆進(jìn)時(shí)鉆頭上作用的壓力。（鉆壓懸重鉆重）第一章 鉆井的工程地質(zhì)條件第一節(jié) 地下壓力特性一、地下各種壓力的概念（一）

7、靜液柱壓力（ph）1.概念：由液柱自身的重力所引起的壓力。2.公式：ph=0.00981h式中：ph，靜液柱壓力，mpa；，液體的密度，gcm3；h液柱的垂直高度，m。3.壓力梯度：單位高度或單位深度的壓力，單位mpam。4.靜液柱壓力梯度：gh=phh=0.00981。（二）上覆巖層壓力（po）1.概念：地層某處的上覆巖層壓力是指該處以上地層巖石基質(zhì)和巖石孔隙中流體總重力所產(chǎn)生的壓力。2.公式：po=基巖重力+流體重力面積po=0.00981h1-ma+po=0.00981oihi （分段計(jì)算）式中：po，上覆巖層壓力，mpa；h，地層垂直深度，m；，巖石孔隙度，%；ma，巖石骨架密度，gc

8、m3；，孔隙中流體的密度，gcm3；hi，第i層段厚度，m；oi，第i層段平均密度，gcm3。3.上覆巖層壓力梯度：g0=poihi=0.00981oihihi式中：g0，上覆巖層壓力梯度，mpam；poi，第i段上覆巖層壓力，mpa；hi，第i層段厚度，m；oi，第i層段平均密度，gcm3。（三）地層壓力（pp）1.概念：指巖石孔隙中的流體所具有的壓力，也稱地層孔隙壓力。2.正常地層壓力：等于從地表到地下某處的連續(xù)地層水的靜夜壓力。（用gp表示正常地層壓力梯度：淡水，gp=0.00981mpam；鹽水，gp=0.0105mpam）3.異常地層壓力：地層壓力大于或小于正常地層壓力。（1）異常高

9、壓：超過正常地層靜液壓力的地層壓力(ppph)稱為異常高壓。（2）異常低壓：低于正常地層靜液壓力的地層壓力(ppqr，ns=nr，pspr只有當(dāng)泵排量等于額定排量時(shí)，鉆井泵才能同時(shí)達(dá)到額定輸出功率和額定泵壓，因此，應(yīng)盡量選用額定排量與實(shí)際排量相近的缸套。（三）獲得最大鉆頭水功率的條件噴嘴直徑與臨界井深的關(guān)系：1.當(dāng)ddpc時(shí)，噴嘴直徑應(yīng)隨井深的增加而逐漸增大。2.當(dāng)dpcdpa，噴嘴直徑應(yīng)隨井深的增加而逐漸增大。dpc，第一臨界井深；dpa，第二臨界井深。（四）水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟舉升效率：ks=vsva=va-vhva=1-vhva式中：ks，巖屑舉升效率，無因此；va，鉆井液環(huán)空反速；v

10、s，巖屑在環(huán)空的實(shí)際上反速度；vh，巖屑下滑速度。第五章 井眼軌跡設(shè)計(jì)與軌跡控制概述一、基本概念（一）井眼軌道一口井開鉆之前，預(yù)先設(shè)計(jì)的井眼軸線形狀。（二）井眼軌跡一口井實(shí)際鉆成后的井眼軸線形狀。第一節(jié) 井眼軌跡的基本概念一、軌跡的圖示方法（一）三維坐標(biāo)法：x、y、z（二）柱面圖示法垂直剖面圖（柱面展開圖）：經(jīng)過井眼軌跡上每一個(gè)點(diǎn)作一條鉛垂線，這些鉛垂線構(gòu)成了一個(gè)曲面，稱為柱面。將此柱面展開到一個(gè)平面上，就形成了垂直剖面圖。水平投影圖：俯視圖。將井眼軌跡這條空間曲線投影到井口所在的水平面上，形成水平投影圖。（三）投影圖示法水平投影圖：俯視圖。將井眼軌跡這條空間曲線投影到井口所在的水平面上，形成

11、水平投影圖。垂直投影圖：側(cè)視圖。將井眼軌跡這條空間曲線投影到設(shè)計(jì)方位線所在的鉛垂面（即：井口和目標(biāo)點(diǎn)所在的鉛錘面）。二、軌跡的基本參數(shù)（一）井深（斜深、測深）1.定義：井口（通常以轉(zhuǎn)盤面為基準(zhǔn)）至測點(diǎn)的軌跡長度。以字母dm表示 ，單位為米（m）。2.井深增量（井段長度）：下測點(diǎn)井深與上測點(diǎn)井深之差。以dm表示。（二）井斜角（）1.概念：指井眼方向線與重力線之間的夾角。單位為（度）。2.井眼方向線：過井眼軸線上某測點(diǎn)作井眼軸線的切線，該切線向井眼前進(jìn)方向延伸的部分稱為井眼方向線。3.井斜角增量（）：下測點(diǎn)井斜角與上測點(diǎn)井斜角之差。（三）井斜方位角（方位角）（）1.概念：在水平投影圖上，以正北方位

12、線為始邊，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過的角度。2.井眼方位線（井斜方位線）：某測點(diǎn)處的井眼方向線在水平面上的投影。3.井斜方位角增量（）：下測點(diǎn)的井斜方位角與上測點(diǎn)的井斜方位角上之差。三、軌跡的計(jì)算參數(shù)（一）垂直深度（d）（垂深）軌跡上某點(diǎn)至井口所在水平面的垂直距離。（二）水平位移（lp）（平移） 軌跡上某點(diǎn)至井口所在鉛垂線的水平距離（或：在水平投影面上，軌跡上某點(diǎn)至井口的直線距離）。（國外：將水平位移稱為閉合距；國內(nèi)：將完鉆時(shí)的水平位移稱為閉合距。）（三）平移方位角（）1.概念平移方位線所在的方位角。2.平移方位線：在水平投影面上，井口至軌跡上某點(diǎn)的連線。（國外：將平移方位角稱作閉合方

13、位角；國內(nèi)：指完鉆時(shí)的平移方位角為閉合方位角。）（四）視平移（v）水平位移在設(shè)計(jì)方位線上的投影長度。（五）水平投影長度（水平長度、平長） ：井眼軌跡上某點(diǎn)至井口的軌跡長度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影長度。 （六）n坐標(biāo)和e坐標(biāo)：井口為原點(diǎn)；南北坐標(biāo)軸，以正北方向?yàn)檎?；東西坐標(biāo)軸，以正東方向?yàn)檎?。（七）井眼曲率（k）1.概念：指單位井眼長度內(nèi)井眼全角的變化值，通常也叫狗腿嚴(yán)重度。2.狗腿角（全角變化）：對于一個(gè)側(cè)段（或井段）來說，上、下二測點(diǎn)處的井眼方向線之間的空間夾角。3.公式：k=30dmlubinski公式：cos=cosacosb+sinasinbcosb-a第三節(jié) 直井防斜

14、技術(shù)一、井斜的原因（一）地質(zhì)因素地層傾斜和地層可鉆性不均勻兩個(gè)方面1.地層可鉆性各向異性因素2.地層可鉆性的縱向變化3.地層可鉆性的橫向變化（二）鉆具因素主要原因是鉆具的傾斜和彎曲：（導(dǎo)致鉆具傾斜和彎曲的原因：鉆具和井眼有一定的間隙；鉆壓的作用，鉆柱受壓靠近井壁或發(fā)生彎曲（“輕壓吊打”）；鉆具本身的彎曲，轉(zhuǎn)盤安裝不平、井架安裝不正等。（三）井眼擴(kuò)大鉆頭在井眼內(nèi)左右移動(dòng)，靠向一側(cè)，鉆頭軸線與井眼軸線不重合，導(dǎo)致井斜。二、滿眼鉆具組合控制井斜（實(shí)質(zhì)是穩(wěn)斜組合）（一）基本原理：增大下部鉆具的尺寸和剛度，近似“填滿井眼”，防止鉆柱彎曲和傾斜。（二）方法在下部鉆具適當(dāng)位置安放34個(gè)扶正器。（三）yxy組

15、合的結(jié)構(gòu) 1.近扶正器：緊裝在鉆頭之上，抵抗鉆頭所受側(cè)向力、防止側(cè)向切削和不對稱切削。2.中扶正器：保證中扶正器和鉆頭之間的鉆具不發(fā)生彎曲，其安放位置需要嚴(yán)格計(jì)算。3.上扶正器：保證鉆具上至少有三個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)與井壁接觸，從而保證井眼的直線性，距中扶 1 鉆鋌單根。4.第四扶正器：增大下部鉆柱的剛度，協(xié)助中扶防止鉆柱彎曲。一般不裝，特別易斜地層才用。（四）yxy組合“中扶”位置的計(jì)算lp=416cejqmsin式中：lp，中扶距鉆頭的最優(yōu)長，m；c，扶正器與井眼的間隙，m，c=dh-ds2；dh，井眼直井，m；ds，扶正器直井，m；e，鉆鋌鋼材的楊式模量，knm2；j，鉆鋌的截面的軸慣性矩，m4，j

16、=dco4-dci464；dco，鉆鋌外徑，m；doi，鉆鋌內(nèi)徑，m；qm，鉆鋌在鉆井液中的線重，kn/m；，允許的最大井斜角，（度）。三、鐘擺組合控制井斜（一）鐘擺鉆具組合的原理 在下部鉆柱的適當(dāng)位置安裝一個(gè)扶正器，當(dāng)井斜時(shí)，該扶正器支撐在井壁上形成支點(diǎn)，使下部鉆柱懸空。則該扶正器以下的鉆柱就好像一個(gè)鐘擺，產(chǎn)生一個(gè)鐘擺力，鉆頭在此鐘擺力的作用下切削下井壁。從而使新鉆的井眼不斷降斜。四、其它直井防斜技術(shù)1.塔式鉆具（鐘擺鉆具）；2.偏心鉆鋌（形成公轉(zhuǎn)和鐘擺力）；3.方鉆鋌（滿眼鉆具組合）；4.鉆鋌偏心短節(jié)（形成鉆鋌公轉(zhuǎn)）；5.微機(jī)控制自動(dòng) 垂直鉆井系統(tǒng)（vds）。第五節(jié) 定向造斜工具及軌跡控制

17、一、概念1.造斜：由垂直井段開始鉆出一定方位的斜井段的工藝過程。2.造斜點(diǎn)：開始造斜時(shí)的深度。垂直井段開始傾斜的起點(diǎn)。二、造斜工具（一）井底動(dòng)力鉆具造斜工具；1.彎接頭；2.彎外殼；3.偏心墊塊。（二）轉(zhuǎn)盤鉆造斜工具。斜向器、射流鉆頭和扶正器組合。四、扭方位的計(jì)算1.裝置角（工具面角）（w）：以高邊方向線為始邊，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到裝置方位線所轉(zhuǎn)過的角度，稱為“裝置角”。2.裝置方位線：井底平面上自井眼低邊指向井眼高邊的方向線 oa線稱為“高邊方向線”，c點(diǎn)是鉆頭中心，oc線稱為“裝置方位線”。3. 工具面：造斜工具作用方向線與鉆柱軸線構(gòu)成的平面（彎接頭的兩條交叉軸線所在的平面，圖中的三角形）。4.裝

18、置方位角w：裝置角與井斜方位角之和。（裝置角和裝置方位角在 0 360度內(nèi)變化，順時(shí)針為“+”，逆時(shí)針為“-”）5. 反扭角（n）：由于動(dòng)力鉆具反扭矩，使鉆柱反時(shí)針扭轉(zhuǎn)的角度，稱為動(dòng)力鉆具的反扭角。（反扭角將使已確定好的裝置角減小。）6. 定向方位角（s）：造斜工具定向時(shí)的方位角稱為定向方位角s=w+n=1+wn7. 擺工具面：把造斜工具的工具面擺在預(yù)定的定向方位線上。第六章 油氣井壓力控制第一節(jié) 井眼與地層壓力系統(tǒng)一、井眼內(nèi)的各種壓力（一）地層孔隙壓力（pp）pp=0.00981pd（二）地層破裂壓力（pf）pf=0.00981fd（三）地層坍塌壓力（pc）pc=0.00981cd（四）鉆井液靜液柱壓力（ph）ph=0.00981dd（五）環(huán)空循環(huán)壓降（pa）pa=0.57503m0.8pv0.2q1.8kp+kc（六）井內(nèi)波動(dòng)壓力（1）抽吸壓力（psb）：ps