鉆井工程復(fù)習(xí)資料

1、鉆井復(fù)習(xí)資料 1209 白璐鉆井工程緒論鉆井：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。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。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）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：?jiǎn)挝桓叨然騿挝簧疃鹊膲毫Γ瑔挝籑Pam。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

2、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，gcm3；，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

3、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）異常高壓：超過正常地層靜液壓力的地層壓力(pp>ph)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(pp<ph)稱為異常低壓。4.地層壓力當(dāng)量密度：指某一深度處地層壓力用等高度的鉆井液柱壓力來等效時(shí)，所需鉆井液的密度。（四）基巖應(yīng)力（）1.概念：基巖應(yīng)力是巖石顆粒間相互接觸支撐的那一部分上覆巖層壓力，亦稱有效上覆巖層壓力、骨架應(yīng)力或顆粒

4、間壓力。2.上覆巖層壓力、地層壓力和基巖應(yīng)力之間的關(guān)系是：po=pp+（五）異常地層壓力的成因1.正常地層壓力的形成：在地層的沉積過程中，隨著上覆沉積物不斷增多，地層逐漸被壓實(shí)，孔隙度減小，如果地層是可滲透的、連通的、地層中流體的流動(dòng)不受限制（稱之為水力學(xué)開啟系統(tǒng)），地層孔隙中流體則隨著地層的壓實(shí)被排擠出去，建立起靜液壓力條件，形成正常壓力地層。2.異常地層壓力的成因（1）異常低壓產(chǎn)生原因：生產(chǎn)多年而又沒有壓力補(bǔ)充的枯竭油氣層。地下水位極低。（2）異常高壓產(chǎn)生原因：地層欠壓實(shí)作用:隨著地層的不斷沉積，上覆巖層壓力逐漸增大，假若該地層被不滲透的圍柵包圍（蓋層），則該地層孔隙中流體不能被排擠出去，

5、其必然承受部分上覆巖層重力。結(jié)果是地層流體壓力升高，地層得不到正常壓實(shí)，孔隙度相對(duì)增大，巖石密度相對(duì)減小，基巖應(yīng)力相對(duì)降低，這種作用稱為欠壓實(shí)作用。地質(zhì)構(gòu)造作用:造成地層上升。如果在抬升過程中有某種因素限制了流體的運(yùn)移，該地層就會(huì)由于深度因素而形成異常高壓。水熱增壓作用:溫度升高、流體膨脹。流體運(yùn)移作用:流體運(yùn)移效應(yīng)包括鉆開的巖層與超壓層的聯(lián)通以及地層流體等勢(shì)面的差異造成的壓力異常。油田注水二、地層壓力評(píng)價(jià)（一）壓力預(yù)測(cè)1.概念：用鄰近井資料進(jìn)行壓力預(yù)測(cè)，建立地層壓力剖面。2.壓力預(yù)測(cè)的方法：地震法、聲波時(shí)差法和頁(yè)巖電阻率法。3.聲波時(shí)差法（1）聲波在地層中的傳播特性：聲波傳播速度主要是孔隙度

6、和巖性的函數(shù)。如果巖性為泥頁(yè)巖時(shí)，則聲波測(cè)井主要反映孔隙度的變化。正常壓實(shí)地層中：隨著井深的增加，巖石密度增大，孔隙度減小，聲波的速度增大，聲波時(shí)差減小。異常高壓地層：由于前壓實(shí)作用，隨著井深的增加，巖石密度減小，孔隙度增加，聲波速度減小，聲波時(shí)差增大。（2）聲波時(shí)差與井深的關(guān)系式：lnt=lnt0-cH=a·H+b推導(dǎo)過程（不用背）：泥頁(yè)巖地層聲波時(shí)差與孔隙度之間關(guān)系：=t-tmtf-tm 1式中：，巖石孔隙度，%；t，地層的聲波時(shí)差，sm；tm，基巖的聲波時(shí)差，sm；tf，地層孔隙內(nèi)流體的聲波時(shí)差，sm。正常沉積條件下，泥頁(yè)巖的孔隙度隨深度的變化規(guī)律為：=0e-cH 2式中：，泥

7、頁(yè)巖的孔隙度，%；0，泥頁(yè)巖在地面的孔隙度，%；c，常熟；H，井深，m。由式（1）得，在地面的孔隙度為：0=t0-tmtf-tm 3式中：t0，泥頁(yè)巖在地面的聲波時(shí)差。聯(lián)立（1）、（2）、（3）式得：t-tmtf-tm=t0-tmtf-tme-cH整理得：t-tm=t0-tme-cH在泥頁(yè)巖的巖性一定的情況下，tm也為一常熟，若tm=0，則：t=t0e-cH即：lnt=lnt0-cH=a·H+b（4）聲波時(shí)差法計(jì)算地層壓力的步驟：在聲波時(shí)差測(cè)井資料上選擇純泥頁(yè)巖層，以5m左右為間隔點(diǎn)在測(cè)井曲線上讀出井深和相應(yīng)的聲波時(shí)差值，并在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上描點(diǎn)。在已知的正常地層壓力井段，根據(jù)盡可能多

8、的數(shù)據(jù)點(diǎn)引出聲波時(shí)差隨井深變化的正常趨勢(shì)線，并將其延伸至異常高壓井段。讀出某深度的實(shí)測(cè)聲波時(shí)差t和該深度所對(duì)應(yīng)的正常趨勢(shì)線上的聲波時(shí)差tn，并計(jì)算t-tn。在t-tn和Gp關(guān)系曲線上讀出t-tn所對(duì)應(yīng)的Gp，用Gp乘以井深H，得其深度的地層壓力。（二）壓力檢測(cè)1.概念：根據(jù)所鉆井的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓力監(jiān)測(cè)，以掌握地層壓力的實(shí)際變化規(guī)律。2.dc指數(shù)法（1）賓漢鉆速模型：RN=a·WDd式中：R，鉆速，ftmin；N，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，rmin；W，鉆壓，lbs；D，鉆頭直井，in；a，巖性常數(shù)，無量綱；d，壓實(shí)指數(shù)，無量綱。（2）d指數(shù)（泥頁(yè)巖巖層）：d=logRNlogWD采用工程單位：d=l

9、og0.0547RNlog0.0684WD式中：R，鉆速，mh；N，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，rmin；W，鉆壓，kN；D，鉆頭直井，mm。（3）dc指數(shù)：dc=dnd式中：n，正常地層水密度；d，所使用的鉆井液的密度。（4）基本原理：在正常壓實(shí)條件下，巖石強(qiáng)度隨井深增加而增強(qiáng)，若鉆井參數(shù)不變，機(jī)械鉆速隨井深增加而降低，泥巖段dc指數(shù)隨井深增加而增大；在異常壓力段，由于巖石中孔隙壓力的影響，不再遵循正常壓實(shí)的規(guī)律，鉆速隨孔隙壓力的增大而增大，dc指數(shù)則相應(yīng)減小，偏離原來的正常趨勢(shì)線。3.dc指數(shù)法地層壓力檢測(cè)步驟（1）數(shù)據(jù)采集與整理；（2）dc指數(shù)的計(jì)算；（3）繪制曲線，回歸處理；（4）地層壓力計(jì)算4.聲波時(shí)

10、差法和dc指數(shù)法的不足（1）水力參數(shù)、地層巖性、鉆頭類型、井底壓差等因素的變化都會(huì)引起機(jī)械鉆速的變化，從而導(dǎo)致dc指數(shù)的變化。因此，dc指數(shù)法評(píng)價(jià)地層壓力存在較大的誤差。（2）聲波時(shí)差法和dc指數(shù)法只適用于泥頁(yè)巖地層（砂泥巖剖面），對(duì)于碳酸鹽巖地層，目前尚無合適的方法。三、地層破裂壓力（一）概念在井下一定深度出露的地層，承受流體壓力的能力是有限的，當(dāng)液體壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)會(huì)使地層破裂，這個(gè)液體壓力稱為地層破裂壓力。即：使地層發(fā)生破裂的最小井內(nèi)液柱壓力。（二）影響地層破裂壓力大小的因素地層破裂壓力的大小取決于許多因素，如上覆巖層壓力、地層壓力、巖性、地層年代、埋藏深度以及該處巖石的應(yīng)力狀態(tài)。（三

11、）地層破裂壓力的預(yù)測(cè)方法伊頓法Gf=ppD+1-po-ppD=ppD+1-D（四）地層破裂壓力確定的現(xiàn)場(chǎng)方法：液壓實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)步驟如下：1.循環(huán)調(diào)節(jié)泥漿性能，保證泥漿性能穩(wěn)定，上提鉆頭至套管鞋內(nèi)，關(guān)閉防噴器。2.用較小排量0.661.32 L/s向井內(nèi)注入泥漿，并記錄各個(gè)時(shí)期的注入量及立管壓力。3.做立管壓力與累計(jì)泵入量的關(guān)系曲線圖。4.從圖上確定各個(gè)壓力值漏失壓力為pL即開始偏離直線點(diǎn)的壓力，其后壓力繼續(xù)上升；壓力升到最大值即為開裂壓力pf；最大值過后壓力下降并趨于平緩，稱為傳播壓力pr；5.求地層破裂壓力當(dāng)量密度f(wàn)f=m+pL0.00981D式中：m，實(shí)驗(yàn)用泥漿密度，gcm3；D，實(shí)驗(yàn)井深，

12、指套管下入深度，m。第二節(jié) 巖石的工程力學(xué)性質(zhì)一、巖石的類型及特點(diǎn)（一）巖石的類型：巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖（二）各向異性：如果物體的某一性質(zhì)隨方向的不同而不同,則稱物體具有各向異性。（三）不均質(zhì)性如果物體中不同部分的物理、化學(xué)性質(zhì)不同，稱該物體是不均質(zhì)的。二、巖石的工程力學(xué)性質(zhì)（一）幾個(gè)概念1.彈性：巖石在外力作用下產(chǎn)生變形，外力撤銷后變形隨之消失，恢復(fù)到原來的形狀和體積的性質(zhì)稱為彈性，相應(yīng)的變形稱為彈性變形。2塑性：巖石在外力作用下產(chǎn)生變形，外力撤銷后變形不能完全恢復(fù)的性質(zhì)。相應(yīng)的殘余變形稱為塑性變形。3脆性：巖石在外力作用下變形很小（小于3%）就發(fā)生破壞的性質(zhì)。相應(yīng)的破壞稱為脆性破壞。（二

13、）巖石的強(qiáng)度1.概念：巖石在外力作用下達(dá)到破壞時(shí)的應(yīng)力稱為巖石的強(qiáng)度，是巖石在一定條件下抵抗外力破壞的能力。2.一般規(guī)律（1）在簡(jiǎn)單應(yīng)力條件下，大部分巖石都接近彈性脆性體，巖石的破壞表現(xiàn)為脆性破壞。（2）一般情況下：抗拉強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度。 （3）垂直于地層層面方向的巖石強(qiáng)度平行于地層層面方向的巖石強(qiáng)度。（三）復(fù)雜應(yīng)力條件下巖石的強(qiáng)度1. 常規(guī)三軸試驗(yàn)：將巖樣放在一個(gè)高壓容器中，首先用液壓p使其四周處于三向均勻壓縮的應(yīng)力狀態(tài)，然后保持此壓力（圍壓）不變，對(duì)巖樣進(jìn)行縱向加載，直到使其破壞。2.一般規(guī)律：（1）巖石在三軸應(yīng)力條件下的強(qiáng)度明顯增加。隨著圍壓的增大，巖石強(qiáng)度增大。 （2）隨著

14、圍壓的增大，巖石由脆性向塑性轉(zhuǎn)變，且圍壓越大，巖石破壞前呈現(xiàn)的也塑性越大。巖石從脆性向塑性轉(zhuǎn)變的壓力（圍壓）稱為臨界壓力。不同的巖石，臨界壓力不同。（四）巖石的硬度1. 概念：巖石的硬度是巖石抵抗其它物體表面壓入或侵入的能力。2. 硬度與抗壓強(qiáng)度區(qū)別：（1）前者只是固體表面的局部對(duì)另一物體壓入或侵入時(shí)的阻力，而后者則是固體抵抗固體整體破壞時(shí)的阻力。（2）前者反映巖石顆粒的硬度，其對(duì)鉆進(jìn)過程中工具的磨損起重大影響；（3）后者反映巖石的組合硬度，其對(duì)鉆進(jìn)時(shí)巖石破碎速度起重大影響。（五）巖石的脆性和塑性 1.按脆性和塑性將巖石分為三類：脆性巖石、塑性巖石和塑脆性巖石。 2.分類的標(biāo)準(zhǔn)：巖石在外力作用

15、下，直至破碎而無明顯的形狀改變，這種情況稱為脆性的；在外力作用下，巖石只改變其形狀和大小而不破壞自身的連續(xù)性，這種情況稱為塑性的；介乎于兩者之間的是塑脆性巖石。3.塑性系數(shù)：巖石破碎前耗費(fèi)的總功與巖石破碎前彈性變形功的比值。三、井底各種壓力對(duì)巖石性質(zhì)的影響（一）井眼周圍地層巖石的受力：上覆巖層壓力、巖石內(nèi)孔隙流體的壓力、鉆井液液柱壓力、水平地應(yīng)力。（二）巖石有效應(yīng)力：'=-pp（三）各向壓縮效應(yīng)：對(duì)干巖石，增大圍壓，巖石的強(qiáng)度、塑性都增大，稱為“各向壓縮效應(yīng)”。四、巖石可鉆性與研磨性（一）巖石可鉆性1.概念：指巖石破碎的難易程度，可以理解為在一定的鉆頭規(guī)格、類型及鉆井工藝條件下巖石抵抗

16、鉆頭破碎的能力。2.評(píng)價(jià)方法：微鉆頭實(shí)驗(yàn)法為應(yīng)用方便，常用Kd=log2t作為可鉆性指標(biāo)，稱為可鉆性級(jí)值。可鉆性級(jí)值越大，巖石越難破碎。（二）巖石的研磨性概念：巖石磨損鉆頭切削刃材料的能力稱為巖石的研磨性。第二章 鉆進(jìn)工具第一節(jié) 鉆頭一、概述（一）鉆頭類型1.按結(jié)構(gòu)及工作原理分類：刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭（天然金剛石鉆頭、PDC鉆頭、TSP鉆頭）。2.按功用分類：全面鉆進(jìn)鉆頭、取心鉆頭、擴(kuò)眼鉆頭。（二）工作指標(biāo)1.鉆頭進(jìn)尺：在鉆頭壽命內(nèi)，其鉆進(jìn)的井段長(zhǎng)度，單位為m。2.機(jī)械鉆速：用鉆頭的進(jìn)尺除以純鉆進(jìn)時(shí)間，即單位純鉆時(shí)間的鉆頭進(jìn)尺，表示鉆頭破碎巖石的能力和效率，單位為m/h。（鉆頭壽命：

17、在整個(gè)使用過程中，鉆頭在井下的純鉆時(shí)間（包括劃眼在已鉆出的井眼內(nèi)旋轉(zhuǎn)送鉆、修整井壁的過程），單位為h）三、牙輪鉆頭（一）結(jié)構(gòu)牙輪鉆頭由鉆頭體、牙爪（巴掌）、牙輪及牙齒、噴嘴、軸承、儲(chǔ)油潤(rùn)滑密封系統(tǒng)等部分組成。1.牙輪：由合金鋼經(jīng)過模鍛而成的錐體，錐面銑齒或鑲裝硬質(zhì)合金齒，內(nèi)腔有軸承跑道。 （1）單錐牙輪：主錐+背錐，硬地層。 （2）復(fù)錐牙輪（指牙輪由兩個(gè)或更多錐面的錐體組成）：主錐+副錐+背錐，軟到中硬地層。2.牙齒：（1）銑齒（鋼齒）在牙輪錐面上直接銑出，楔形。（2）鑲齒（硬質(zhì)合金）鑲裝在牙輪錐面的齒孔中，有多種齒形適應(yīng)不同地層。3.軸承：軸承有大軸承、中軸承、小軸承和止推軸承，共四副。根據(jù)

18、軸承副的結(jié)構(gòu)（主要承載軸承即大軸承），可分為兩大類：滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。4.儲(chǔ)油潤(rùn)滑密封系統(tǒng)（既潤(rùn)滑軸承，又防止鉆井液進(jìn)入軸承）（1）結(jié)構(gòu)：儲(chǔ)油潤(rùn)滑補(bǔ)償系統(tǒng)；密封系統(tǒng)：橡膠密封圈、金屬密封圈。（2）工作原理： 儲(chǔ)油壓力補(bǔ)償系統(tǒng)（傳壓孔、壓力補(bǔ)償膜、油杯等）保持軸承腔內(nèi)的油壓與井內(nèi)鉆井液柱壓力相平衡。當(dāng)軸承腔內(nèi)油壓降低，儲(chǔ)油杯中的潤(rùn)滑油在鉆井液柱壓力作用下補(bǔ)充到軸承腔內(nèi)；當(dāng)軸承腔內(nèi)的油壓升高，則流入儲(chǔ)油杯。其中，有效密封是關(guān)鍵。4噴嘴：鉆井液流出鉆頭射向井底的流道。高壓鉆井液流經(jīng)噴嘴后產(chǎn)生高速流動(dòng)的水射流，清除井底巖屑，輔助破碎巖石。5.幾個(gè)概念（1）復(fù)錐：指牙輪由兩個(gè)或更多錐面的錐體組成。（2

19、）超頂：牙輪的錐頂超過鉆頭的中心。（復(fù)錐產(chǎn)生超頂效果：主錐頂與鉆頭中心重合， 復(fù)錐頂?shù)难由炀€是超頂?shù)?。?（3）移軸：牙輪的中心線與鉆頭的軸線不相交。6. 牙輪及牙齒的布置方式（1）布齒原則 轉(zhuǎn)一周牙齒全部破碎井底，不留下未被破碎的凸起； 牙輪在重復(fù)滾動(dòng)時(shí)應(yīng)使牙齒不落入別的牙齒的破碎坑內(nèi)； 牙齒磨損均勻。（2）牙輪布置方案 非自洗無滑動(dòng)布置：各牙輪牙齒齒圈不嵌合，單錐、不超頂，不移軸，用于硬地層； 自洗不移軸布置：各牙輪牙齒齒圈相互嵌合，副錐、超頂，不移軸，用于中硬地層； 自洗移軸布置：各牙輪牙齒齒圈相互嵌合，副錐、超頂，移軸，用于軟地層。（二）牙輪鉆頭工作原理1.牙輪鉆頭在井底的運(yùn)動(dòng)(1)公

20、轉(zhuǎn)：牙輪隨鉆頭繞鉆頭軸線一起旋轉(zhuǎn)。（順時(shí)針）(2)自轉(zhuǎn)：牙齒繞牙輪軸線作逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)稱為自轉(zhuǎn)。(3)縱向振動(dòng)：牙輪在滾動(dòng)過程中，其中心上下波動(dòng)，使鉆頭做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。（引起縱向振動(dòng)的原因：?jiǎn)?、雙齒交替接觸井底，使牙輪中心上下波動(dòng)；井底凹凸不平。）(4)滑動(dòng)：牙齒相對(duì)于井底的滑動(dòng)，包括徑向（軸向）和切向（周向）滑動(dòng)。（牙輪滑動(dòng)對(duì)破巖的作用：切向滑動(dòng)剪切掉同一齒圈牙齒之間的巖石。（復(fù)錐、超頂）；軸向滑動(dòng)剪切掉齒圈之間的巖石。（移軸）2.牙輪鉆頭的破巖作用（1）沖擊、壓碎作用：縱向振動(dòng)產(chǎn)生的沖擊力和靜壓力（鉆壓）一起使牙齒對(duì)地層產(chǎn)生沖擊、壓碎作用，形成體積破碎坑。 （2）滑動(dòng)剪切作用：牙輪牙齒的徑

21、向滑動(dòng)和切向滑動(dòng)對(duì)井底地層產(chǎn)生剪切作用，破碎牙齒間或齒圈間巖石。（3）射流的沖蝕作用：噴嘴噴出的高速射流對(duì)井底巖石產(chǎn)生沖蝕作用，輔助破碎巖石。（三）牙輪鉆頭的正確使用1. 根據(jù)地層合理選擇鉆頭類型，標(biāo)準(zhǔn)是每米鉆進(jìn)成本最低。 地層較軟時(shí)：選用牙齒高度大并帶有超頂或移軸的鉆頭； 地層較硬時(shí)：選用牙齒高度小，無超頂或移軸的鉆頭； 2. 優(yōu)選鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓、轉(zhuǎn)速、水力參數(shù)等。四、金剛石鉆頭（一）金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)金剛石鉆頭為無活動(dòng)部件的整體式鉆頭。由鉆頭體、冠部、水力結(jié)構(gòu)（水眼及水槽、排屑槽）、保徑、切削齒組成。（對(duì)于用在研磨性較強(qiáng)地層的鉆頭都要增強(qiáng)鉆頭外徑部位的耐磨性，這種做法稱為保徑。保證井徑不致縮

22、小的作用。）1.鉆頭體和冠部鉆頭體為鋼質(zhì)材料體，上部車制絲扣和鉆柱連接，下部與冠部胎體燒結(jié)在一起。胎體是鑲嵌金剛石的基體，為硬質(zhì)合金材料，用粉末冶金技術(shù)燒結(jié)在鉆頭鋼體上。（鋼體金剛石鉆頭鉆頭體與冠部為一整體）2. 水力結(jié)構(gòu)（水眼和水槽）鉆井液由水眼流出，經(jīng)過水槽流過鉆頭表面，清洗井底，冷卻和潤(rùn)滑金剛石。常用水力結(jié)構(gòu)：逼壓式水槽，輻射型水槽，輻射型逼壓式水槽，螺旋形水槽。3.金剛石切削齒（1）金剛石的缺點(diǎn)： 脆性大，受沖擊載荷易碎裂； 具有熱敏性，高溫下（450以上）石墨化。（2）金剛石的種類：天然金剛石，人造金剛石單晶和聚晶。（3）熱穩(wěn)定聚晶金剛石鉆頭（TSP）：熱穩(wěn)定聚晶金剛石是用金剛石單晶

23、微粉在高溫高壓下制成的。（TSP鉆頭的熱穩(wěn)定性、耐磨性和抗沖擊能力都高于一般的金剛石鉆頭。適用于中至硬地層。）（二）金剛石鉆頭的正確使用1.適用于中至堅(jiān)硬、研磨性地層，渦輪鉆井，深井鉆井，取心作業(yè)。壽命長(zhǎng)，進(jìn)尺高。 2.鉆頭下井前，井底打撈干凈，確保沒有金屬落物。 3.先用小鉆壓、低轉(zhuǎn)速跑合，然后用合適鉆壓和高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)。 4.采用低鉆壓（30-50kN）、高轉(zhuǎn)速、大排量鉆進(jìn)。五、PDC鉆頭（一）概念聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭（Polycrystalline Diamond Compact Bit）簡(jiǎn)稱PDC鉆頭，是將人造聚晶金剛石復(fù)合片鑲焊于鉆頭體上而成的一種新型切削型鉆頭。 （二）分類（按鉆頭體材

24、料及切削齒結(jié)構(gòu)）1.鋼體：鉆頭體用整塊合金鋼制成。切削齒鑲嵌在鉆頭體上。2.胎體：冠部用鑄造碳化鎢燒結(jié)而成，燒結(jié)時(shí)在鉆頭工作面留下窩槽，切削齒焊接在窩槽里。（三）PDC鉆頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1. 切削元件聚晶金剛石復(fù)合片（PDC）特點(diǎn)：PDC具有金剛石的硬度和耐磨性。弱點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差，350以上加速磨損。抗沖擊能力較差。（四）PDC鉆頭破巖機(jī)理PDC主要以切削方式破碎巖石。（五）PDC鉆頭的正確使用1.PDC鉆頭適應(yīng)于軟到中硬的大段均質(zhì)地層，不適合鉆軟硬交錯(cuò)的地層和礫石層。2.與牙輪鉆頭相比，PDC鉆頭宜采用低鉆壓、高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)。3.鉆頭下井前，井底要清潔，無金屬落物，新鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，先用小鉆壓和低轉(zhuǎn)速磨

25、合井底。4.PDC鉆頭屬于整體式鉆頭，無任何活動(dòng)部件，適合高轉(zhuǎn)速的渦輪鉆井。第二節(jié) 鉆柱一、鉆柱的作用與組成（一）鉆柱鉆柱是用各種接頭將方鉆桿、鉆桿和鉆鋌等部件連接起來組成的入井管柱，通常指鉆頭以上的鉆具。（二）鉆柱的作用1.提供鉆井液流動(dòng)通道；2.給鉆頭提供鉆壓；3.傳遞扭矩；4.起下鉆頭；5.計(jì)量井深；6.觀察和了解井下情況（鉆頭情況、井眼狀況、地層情況）；7.進(jìn)行其它特殊作業(yè)（取芯、擠水泥、打撈等）；8.鉆桿測(cè)試，又稱中途測(cè)試。（三）鉆柱的組成1.方鉆桿，鉆桿，鉆鋌，各種接頭等。2.鉆具連接滿足三個(gè)條件：尺寸相等，扣型相同，公母相配。3.基本鉆柱組合：鉆鋌配合接頭鉆桿配合接頭方鉆桿4.鉆

26、柱的其它可選組件：穩(wěn)定器（提高鉆頭工作的穩(wěn)定性），振擊器（防止鉆具被卡），減振器（減少鉆具的沖擊振動(dòng)），螺桿，加重鉆桿。（四）鉆桿1.作用：傳遞扭矩和輸送鉆井液，延長(zhǎng)鉆柱。2.結(jié)構(gòu)：管體+接頭3.名義重量（線密度、線重）：在空氣中的重量，N/m。（五）鉆鋌 1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：管體兩端直接車制絲扣，不另加專門接頭；壁厚大（38-53毫米），重量大，剛度大。 2.主要作用：（1）給鉆頭施加鉆壓；（2）保證壓縮應(yīng)力條件下的必要強(qiáng)度; （3）減輕鉆頭的振動(dòng)、擺動(dòng)和跳動(dòng)等，使鉆頭工作平穩(wěn)； （4）控制井斜。 3.類型：光鉆鋌（圓形的，平滑的）、螺旋鉆鋌（有淺而寬的螺旋槽，減少與井壁的接觸面積，防止卡鉆）、扁

27、鉆鋌。 （六）方鉆桿1.概念：位于鉆柱的最上端，其上部與水龍頭相接，下部與鉆桿連接。2.作用：傳遞扭矩和承受鉆柱的全部重量。3.性能：具有較高的抗拉強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度。4.形狀：斷面為中空的正方形或六邊形，壁厚比一般鉆桿大三倍左右，而且由強(qiáng)度較大的優(yōu)質(zhì)合金鋼制成。一般長(zhǎng)度為1316米，比一般鉆桿長(zhǎng)2米以上（避免接單根后方鉆桿不能進(jìn)入轉(zhuǎn)盤面以下）。（七）穩(wěn)定器（扶正器）1.類型：剛性穩(wěn)定器、不轉(zhuǎn)動(dòng)橡膠套穩(wěn)定器、滾輪穩(wěn)定器。 2.作用：（1）防斜，控制井眼軌跡；（2）提高鉆頭的工作穩(wěn)定性。二、鉆柱的工作狀態(tài)（一）起下鉆工況下整個(gè)鉆柱被懸掛起來，在重力的作用下，鉆柱受拉伸作用。1.直井：直的拉伸、滑動(dòng)

28、2.斜井：隨井眼傾斜和彎曲，滑動(dòng)。（二）正常鉆進(jìn)工況下部分鉆柱（主要是鉆鋌）的重量作為鉆壓施加在鉆頭上。上部鉆柱受拉伸，下部鉆柱受壓縮；在扭矩作用下旋轉(zhuǎn)。（下部鉆柱彎曲的原因：鉆壓的作用使下部鉆柱受壓縮，當(dāng)壓力達(dá)到鉆柱的臨界壓力，鉆柱將失去直線穩(wěn)定狀態(tài)而發(fā)生彎曲并與井壁接觸（接觸點(diǎn)稱為切點(diǎn)）。壓力較大時(shí)可能發(fā)生多次彎曲。）（三）鉆柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形式1.公轉(zhuǎn)：鉆柱象一個(gè)剛體，圍繞著井眼軸線旋轉(zhuǎn)并沿著井壁 滑動(dòng)。 產(chǎn)生偏磨。2.自轉(zhuǎn)：彎曲鉆柱象一根柔性軸，圍繞自身軸線旋轉(zhuǎn)。均勻磨損，易發(fā)生疲勞破壞。3.公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)的結(jié)合：彎曲鉆柱圍繞井眼軸線旋轉(zhuǎn)，同時(shí)圍繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。4.縱向振動(dòng)：鉆頭振動(dòng)引起鉆柱的

29、縱向振動(dòng)，產(chǎn)生交變應(yīng)力。 （振動(dòng)周期和鉆柱本身固有的振動(dòng)周期相同（或成倍數(shù)），產(chǎn)生共振現(xiàn)象，稱“跳鉆”。）5.扭轉(zhuǎn)振動(dòng)：井底對(duì)鉆頭旋轉(zhuǎn)的阻力不斷變化時(shí)，會(huì)引起鉆柱的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，產(chǎn)生交變扭剪應(yīng)力。6.橫向擺振：達(dá)到某一臨界轉(zhuǎn)速，鉆柱可能產(chǎn)生橫向無規(guī)則擺動(dòng)，產(chǎn)生交變彎曲應(yīng)力。三、鉆柱的受力分析（一）鉆柱的受力1.拉力：自重產(chǎn)生2.壓力：鉆壓產(chǎn)生3.浮力：鉆井液產(chǎn)生4.摩擦阻力：井壁及鉆井液對(duì)鉆柱的摩擦力 5.循環(huán)壓降產(chǎn)生的附加拉力：鉆柱內(nèi)及鉆頭水眼上的壓力降6.起下鉆時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)載荷：速度變化（軸向力，井眼軸線方向）7.剪應(yīng)力：扭矩作用8.彎曲應(yīng)力：下部鉆柱產(chǎn)生彎曲變形9.離心力：鉆柱繞井眼軸線公轉(zhuǎn)1

30、0.外擠力：鉆桿測(cè)試 11.振動(dòng)產(chǎn)生的交變應(yīng)力 （二）鉆柱受力最嚴(yán)重的部位1.井口斷面：拉力最大，扭矩最大（轉(zhuǎn)盤鉆）。2.下部受壓彎曲部分：交變軸向應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、扭剪應(yīng)力。3.中性點(diǎn)：拉壓交變載荷。（三）軸向力1.自重產(chǎn)生的軸向拉力（井內(nèi)掏空時(shí)，空氣中）：F0=qpLp+qcLc2.浮重產(chǎn)生的軸向力：Fm=KBqpLp+qcLc=KBF0式中：KB，浮力系數(shù)，KB=1-ds；d，鉆井液密度；s，鋼材密度，7.8 gcm3。3.正常鉆進(jìn)時(shí)的軸向力（1）直井：Fw=KBqpLp+qcLc-W（2）斜井：Fw=KBqpLp+qcLccos-W式中：，井斜角。（3）鉆柱軸向力的分布：上部鉆柱受拉伸作

31、用，井口最大，向下逐漸減??；下部鉆柱受壓力作用，井底處最大； 在某一深度處，軸向力為零。（四）中性點(diǎn)（中和點(diǎn)）1.概念：鉆柱上軸向力等于零的點(diǎn)。2.鉆柱的中性點(diǎn)高度（1）直井：LN=WqcKB（2）斜井：LN=WqcKBcos3.中性點(diǎn)特點(diǎn)：（1）設(shè)計(jì)鉆柱時(shí)要確保中性點(diǎn)始終落在鉆鋌上；（鉆鋌剛度大，抗彎能力強(qiáng)） （2）中性點(diǎn)附近鉆柱受交變應(yīng)力作用，易疲勞破壞。四、鉆柱設(shè)計(jì)（一）鉆鋌長(zhǎng)度的確定：1.浮重原則：鉆鋌的浮重不能小于鉆壓（鉆鋌的長(zhǎng)度不能小于中性點(diǎn)高度） 即保持中性點(diǎn)始終處在鉆鋌上。保證在最大鉆壓時(shí)鉆桿不承受 壓縮載荷。2.計(jì)算公式：Lc=SNWmaxqcKBcos式中：Lc，鉆鋌長(zhǎng)度，

32、m；Wmax，設(shè)計(jì)的最大鉆壓，kN；SN，安全系數(shù)，一般取1.15 1.25；qc，每米鉆鋌在空氣中的重力，kN/m；KB，浮力系數(shù)；，井斜角。第四章 鉆進(jìn)參數(shù)的優(yōu)選第一節(jié) 鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系一、不同因素對(duì)鉆速的影響（一）鉆壓對(duì)鉆速的影響VpcW-W0式中：W0，門限鉆壓，它是ab線在鉆壓軸上的截距，認(rèn)為是鉆頭牙齒剛開始吃入地層時(shí)的鉆壓，其值的大小主要取決于巖層性質(zhì)，有較強(qiáng)的地區(qū)性。（二）轉(zhuǎn)速對(duì)鉆速的影響Vpcn式中：，轉(zhuǎn)速指數(shù)，一般小于1，數(shù)值大小主要與巖層性質(zhì)有關(guān)。極軟地層 =1，隨巖石硬度的增大，值減小。（三）牙齒磨損對(duì)鉆速的影響Vpc11+C2h式中：C2，牙齒磨損系數(shù)，與鉆

33、頭齒形結(jié)構(gòu)和巖石性質(zhì)有關(guān)；h，牙齒磨損量，h=s牙齒磨損掉高度H（原齒高），新鉆頭h=0 ；牙齒全部磨損時(shí)h=1 。（牙齒磨損級(jí)別8*h）（四）水力因素對(duì)鉆速的影響比水功率：?jiǎn)挝幻娣e上的平均水功率。1.水力凈化井底井底比水功率越大，凈化程度越好，鉆速越快。CH=VpcVpcs=PPs式中：CH，水力凈化系數(shù)，小于或等于1，井底完全凈化后，隨著水功率進(jìn)一步提高，鉆速不會(huì)再由于凈化；Vpcs，凈化完善時(shí)的鉆速；P，實(shí)際比水功率；Ps，凈化完善時(shí)所需的比水功率。 的原因而提高。 2.水力輔助破巖井底比水功率越大，輔助破巖能力越強(qiáng)，鉆速越快。（原因：水力破巖作用使得門限鉆壓降低。）（五）鉆井液性能對(duì)鉆

34、速的影響1.鉆井液密度對(duì)鉆速的影響（1）壓持效應(yīng)：鉆井液密度越大，井內(nèi)液柱壓力越大，在井內(nèi)液柱壓力大于地層孔隙壓力的情況下，產(chǎn)生一個(gè)正壓差。在正壓差作用下，井底巖屑難以離開井底，造成重復(fù)破碎現(xiàn)象，鉆速降低。（2）壓差影響井底壓差與鉆速的關(guān)系Vpc=Vpcoe-p（3）壓差影響系數(shù)：Cp=e-p=VpcVpco式中：Vpco，零壓差時(shí)的鉆速；。p，壓差；，與巖性有關(guān)的系數(shù)。2.鉆井液粘度對(duì)鉆速的影響鉆井液粘度增大，鉆柱內(nèi)外壓耗增大，在泵壓一定時(shí)鉆頭壓差減小，鉆頭水功率減小，清巖和破巖能力降低，鉆速下降。3.鉆井液固相含量對(duì)鉆速的影響鉆井液固相含量增大，機(jī)械鉆速降低。4.鉆井液分散性（固相顆粒的分

35、散程度）對(duì)鉆速的影響分散性鉆井液比不分散性鉆井液鉆速低。（為了提高鉆速，應(yīng)盡可能采用的鉆井液為：低密度、低粘度、低固相、不分散體系鉆井液。）二、鉆速方程Vpc=KRW-Mn11+C2hCpCH式中：Vpc，鉆速，m/h；KR，地層可鉆系數(shù)，與地層巖石的機(jī)械性質(zhì)、鉆頭類型及鉆井液性能等因素有關(guān)；W，鉆壓，kN；M，門限鉆壓，kN；n，轉(zhuǎn)速，r/min；，轉(zhuǎn)速系數(shù)；C2，牙齒磨損系數(shù)，；h，牙齒磨損量；Cp，壓差影響系數(shù)；CH，水力凈化系數(shù)；第三節(jié) 水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)一、噴射鉆井的概念采用大功率的泥漿泵和可以產(chǎn)生高速射流的鉆頭噴嘴，使高壓鉆井液流過噴嘴時(shí)產(chǎn)生高速流動(dòng)的水射流，給井底以很大的沖擊力。把

36、巖屑及時(shí)的沖離井底，并輔助破碎巖石，該技術(shù)稱為噴射鉆井技術(shù)。二、噴射式鉆頭的水力特性（一）射流及其對(duì)井底的作用1.鉆頭噴嘴射出的射流為淹沒非自由連續(xù)射流。2.井底漫流：射流撞擊井底后受井底限制，鉆井液從沖擊中心向四周高流速作橫向流動(dòng)，形成漫流。3.射流對(duì)井底的清洗作用（1）射流的沖擊壓力作用射流沖擊井底后形成的沖擊壓力極不均勻(射流作用中心壓力最高，離開中心壓力急劇下降)，極不均勻的沖擊壓力使巖屑受到一個(gè)翻轉(zhuǎn)的力矩，從而離開井底。（2）漫流的橫推作用射流沖擊井底后形成的漫流是一層很薄的高速液流（高速漫流），對(duì)井底巖屑產(chǎn)生一個(gè)橫向推力，使其離開原來的位置。4.射流對(duì)井底破巖作用 （1）在巖石強(qiáng)度

37、較低的地層，射流的沖擊力超過了地層的破碎強(qiáng)度，直接破碎巖石。（2）在巖石強(qiáng)度較高的地層，射流擠入巖石中由鉆頭機(jī)械力造成的微裂紋和微裂縫內(nèi)，形成“水楔”，使微裂紋和裂縫擴(kuò)展，從而大大降低巖石的破碎強(qiáng)度。（二）射流水力參數(shù)1.射流噴射速度；2.射流沖擊力；3.射流水功率。（三）鉆頭水力參數(shù)1.鉆頭壓力降；2.鉆頭水功率。三、水功率傳遞的基本關(guān)系壓力分配：ps=pg+pst+pan+pb式中：ps，鉆井泵壓力；pg，地面管匯壓耗；pst，鉆柱內(nèi)壓耗；pan，環(huán)空壓耗；pb，鉆頭壓降；pg+pst+pan，循環(huán)系統(tǒng)壓耗。四、提高鉆頭水力參數(shù)的途徑1、提高泵壓ps和泵功率Ns；2、降低循環(huán)壓耗系數(shù)KL；

38、（1）使用低密度鉆井液；（2）減小鉆井液粘度；（3）適當(dāng)增大管路內(nèi)徑（影響最大）。3、增大鉆頭壓降系數(shù)Kb；4、優(yōu)選排量Q。五、鉆井泵的工作特性（一）鉆井泵的性能參數(shù)1.額定功率鉆井泵的最大輸出功率，kW；2.額定泵壓所用缸套的允許工作壓力，MPa；3.額定排量在額定功率和額定泵壓時(shí)的排量，L/s；4.額定泵沖額定排量時(shí)的泵沖數(shù)，次分鐘。（額定功率、額定泵壓和額定排量關(guān)系：Nr=prQr）（二）鉆井泵的工作狀態(tài)1.額定泵壓工作狀態(tài)：QQr，ps=pr，NsNr2.額定功率工作狀態(tài)：Q>Qr，Ns=Nr，ps<pr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，

39、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)DPc<DDPs時(shí)，噴嘴直徑應(yīng)隨井深的增加而逐漸減小。3.當(dāng)時(shí)D>DPa，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；vs，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

40、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)（

41、一）井深（斜深、測(cè)深）1.定義：井口（通常以轉(zhuǎn)盤面為基準(zhǔn)）至測(cè)點(diǎn)的軌跡長(zhǎng)度。以字母Dm表示 ，單位為米（m）。2.井深增量（井段長(zhǎng)度）：下測(cè)點(diǎn)井深與上測(cè)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(cè)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(cè)點(diǎn)井斜角與上測(cè)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(cè)點(diǎn)處的井眼方向線在水平面上的投影。3.井斜方位角增

42、量（）：下測(cè)點(diǎn)的井斜方位角與上測(cè)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）水平投影長(zhǎng)度（水平長(zhǎng)度、平長(zhǎng)） ：井眼軌跡上某點(diǎn)至井口的軌跡長(zhǎng)度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影長(zhǎng)度。 （三）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粬|西坐標(biāo)軸，以正東方向?yàn)檎?。（四）井眼曲率（K）1.概念：指單位井眼長(zhǎng)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(duì)于一個(gè)側(cè)段（或井段）來說，上、下二測(cè)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+sin

43、AsinBcosB-A第三節(jié) 直井防斜技術(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

44、當(dāng)位置安放34個(gè)扶正器。（三）YXY組合的結(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(duì)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=416C·E·Jqm·sin式中：Lp，中扶距鉆頭的最優(yōu)長(zhǎng)，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

45、，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=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)）

46、；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

47、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.

48、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）：psb=0.00981sbD，sb=0.00360.08gcm3（2）激動(dòng)壓力（psg）：psg=0.00981sgD，sg=0.0240.1gcm3（七）不同時(shí)刻的井底有效壓力（pb）（1）正常鉆進(jìn)時(shí)：pb=ph+p（2）起鉆時(shí)：pb=ph-psb（3）下鉆時(shí)：pb=ph+psg（4）最大井底壓力：pbmax=ph+p+psg（5）最小井底壓力：pbm

49、in=ph-psb（八）安全鉆井的壓力平衡條件：pppbpf，pb>pc（九）不同壓力條件的井下情況：（1）pb<pp：地層流體侵入井眼；（2）pb=pp：平衡壓力鉆井；（3）pb>pp：壓裂地層，發(fā)生井漏；（4）pp<pb<pf：過平衡壓力鉆井；（5）pb<pp：欠平衡壓力鉆井。二、井眼地層系統(tǒng)壓力基本關(guān)系pb=pp+pb=p+式中：p，安全附加壓力；，安全附加密度。對(duì)于油井：p=1.53.5MPa，=0.050.1gcm3對(duì)于氣井：p=3.55.0MPa，=0.070.15gcm3三、平衡與欠平衡壓力鉆井（一）平衡壓力鉆井1.概念：在有效的控制地層壓力和

50、維持井壁穩(wěn)定的前提下，盡可能降低鉆井液密度，使鉆井液液柱壓力剛好等于或略大于地層壓力，達(dá)到解放鉆速和保護(hù)油氣層的目的，這種鉆井方法稱為平衡壓力鉆井。（二）欠平衡壓力鉆井：1.概念：指鉆井液作用于井底的有效壓力小于地層孔隙壓力的鉆井，即pb<pp，在鉆井過程中允許地層流體進(jìn)入井內(nèi)，循環(huán)出井，并在地面得到控制。2.優(yōu)點(diǎn)：（1）減少油層損害。（2）有利于識(shí)別評(píng)價(jià)低壓油氣藏。（3）提高機(jī)械鉆速。（4）減少或避免壓差卡鉆和井漏事故。3.原理：井底壓差小，降低了“壓持效應(yīng)”，鉆頭破巖效率上升，鉆速提高。4.欠平衡鉆井適用的儲(chǔ)層：（1）高滲透固結(jié)砂巖和碳酸巖油氣藏；（2）裂縫性油氣藏；（3）致密性（低

51、孔低滲）油氣藏；（4）壓力衰竭的低壓油氣藏。5.欠平衡鉆井的方式（依據(jù)欠平衡產(chǎn)生條件）（1）流鉆（邊噴邊鉆）：低密度鉆井液，邊噴邊鉆。（2）氣體鉆井：人工誘導(dǎo)產(chǎn)生欠平衡。空氣鉆井：采用空氣作為循環(huán)介質(zhì)。霧化鉆井（以氣體為主）泡沫鉆井充氣鉆井（以鉆井液為主）第二節(jié) 溢流的侵入及其檢測(cè)一、溢流和井噴的概念1.溢流（又稱為井涌、氣侵）地層流體（油、氣、水）侵入井內(nèi)，井口返出的鉆井液量大于泵入量，或停泵后鉆井液從井口自動(dòng)外溢的現(xiàn)象。2.井噴地層流體失去控制地噴出地面。二、地層流體侵入井內(nèi)的原因1.地層壓力掌握不準(zhǔn)，使設(shè)計(jì)的鉆井液密度偏低2.地層流體（油、氣、水）侵入，使鉆井液密度降低3.起鉆未按規(guī)定灌

52、泥漿，或井漏井內(nèi)液面降低4.起鉆速度過快，抽吸壓力過大，地層流體侵入井內(nèi)5.停止循環(huán)時(shí)，環(huán)空循環(huán)壓降消失，使井底壓力減小。（統(tǒng)計(jì)表明，近70% 的井涌或井噴發(fā)生在起鉆（起完鉆）過程中。）第三節(jié) 油氣井壓力控制關(guān)井與壓井二、關(guān)井程序關(guān)井：利用井口防噴器將井口關(guān)閉，井口防噴器產(chǎn)生的回壓與環(huán)空泥漿液柱壓力之和平衡地層壓力，防止地層流體的繼續(xù)侵入。 （一）關(guān)井方式及選擇1.硬關(guān)井（1）概念：發(fā)生溢流后，在節(jié)流閥關(guān)閉的情況下關(guān)閉防噴器。（2）優(yōu)點(diǎn)：關(guān)井程序簡(jiǎn)單，時(shí)間短，地層流體侵入量小。（3）缺點(diǎn)：產(chǎn)生“水擊”，使井口裝置、套管和地層所承受的壓力急劇增加，可能超過井口裝置的額定壓力、套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度和地層

53、破裂壓力。2.軟關(guān)井（1）概念：發(fā)生溢流后，先打開節(jié)流閥，然后關(guān)閉防噴器，再關(guān)閉節(jié)流閥。（2）優(yōu)點(diǎn)：可避免“水擊”現(xiàn)象。（3）缺點(diǎn)：關(guān)井程序較復(fù)雜，時(shí)間長(zhǎng)，地層流體侵入量大。 3.半軟關(guān)井 （1）概念：發(fā)現(xiàn)井涌后，先適當(dāng)打開節(jié)流閥，再關(guān)防噴器，或邊開節(jié)流閥邊關(guān)防噴器。（2）特點(diǎn)：適用于井涌速度較高、井口裝置承壓能力較低、裸眼井段有薄弱地層的情況。（關(guān)井方式的選擇：在溢流速度不高或者井口裝置承壓能力較高的情況下，可使用“硬關(guān)井”，否則，應(yīng)選擇“軟關(guān)井”或“半軟關(guān)井”。）（二）“圈閉壓力”的釋放概念：油水侵時(shí)：在關(guān)井后，立壓和套壓達(dá)到一定值后趨于穩(wěn)定。（圈閉壓力?。馇謺r(shí)：在關(guān)井后，氣體在滑脫上升

54、過程中，侵入的氣體不能自由膨脹，會(huì)帶壓上升。因此，即使是立壓或套壓與泥漿液柱壓力之和達(dá)到了可平衡地層壓力值以后，立壓和套壓還可能隨時(shí)間不斷升高。有可能壓漏地層或超過設(shè)備的承壓能力。這種在立壓或套壓記錄上超過平衡地層壓力值以后，壓力繼續(xù)升高的增量，稱為圈閉壓力。（針對(duì)氣侵）（為了防止套壓超過極限套壓，較為準(zhǔn)確地確定地層壓力，對(duì)圈閉壓力可進(jìn)行釋放。）三、壓井液密度計(jì)算（一）關(guān)井時(shí)的壓力平衡關(guān)系（靜態(tài)關(guān)系）psp+phi=pp=pa+pha式中：psp，關(guān)井立管壓力，psp=pp-phi；phi，鉆柱內(nèi)靜液柱壓力；pp，地層壓力；pa，關(guān)井套壓；pha，環(huán)空內(nèi)靜液柱壓力。（二）循環(huán)時(shí)的壓力平衡關(guān)系（動(dòng)態(tài)關(guān)系）pT+phi-pld=pp+pla=pa+pha+pla式中：pT，循環(huán)時(shí)的立管壓力；pld，管柱內(nèi)和鉆頭水眼內(nèi)循環(huán)壓耗；pla，環(huán)空內(nèi)循環(huán)壓耗；pa，循環(huán)時(shí)的套壓。pT=pp-phi+pla+pld=pp-phi+pL=psp+pL式中