石油工程Ⅲ復習資料

1、東北石油大學石油工程學院第一章靜液壓力：由液柱自身的重力所引起的壓力,其大小與液體的密度與液柱的垂直高度或深度。上覆巖層壓力：地層某處的上覆巖層壓力是該處以上地層（包括巖石基質(zhì)和巖石孔隙中流體）總重力所產(chǎn)生的壓力。地層壓力：指巖石孔隙中的流體所具有的壓力，也稱地層孔隙壓力，用pp表示?；鶐r應力：由巖石顆粒間相互接觸支撐的那一部分上覆巖層壓力，稱為基巖應力，亦稱有效上覆巖層壓力、骨架應力或顆粒間壓力，用表示。地層破裂壓力：在井中一定深度處的地層，其承受壓力的能力是有限的，當壓力達到某一值時會使地層破裂，這個壓力稱為地層的破裂壓力pf。聲波時差法 基本原理在正常壓力層段，隨著地層埋藏深度的增加，巖

2、石孔隙度減小，密度增大，逐漸減小。在半對數(shù)坐標中，聲波時差隨井深呈直線變化關系，稱之為正常趨勢線。正常沉積條件下，泥頁巖的孔隙度隨深度 的變化規(guī)律為：tt0e-cD進入異常高壓地層時，由于巖層欠壓實，孔隙度相對增大，聲波時差相對增大，則必偏離正常壓力趨勢線。據(jù)此可預測異常高壓，并可根據(jù)偏離程度的大小定量計算地層壓力。聲波時差法 步驟 1.收集聲波時差測井資料，讀取泥頁巖點的聲波時差數(shù)據(jù)；2.繪制散點圖，引出正常壓力趨勢線；3.讀出異常高壓層段的實際t和該深度D所對應的正常趨勢 線上的聲波時差tn，計算t-tn； 4.從經(jīng)驗圖版上讀出t-tn所對應的當量密度p；5.計算地層壓力：pp=0.009

3、81pD試述dc指數(shù)法預測地層壓力的基本原理P14第3段dc指數(shù)法評價地層壓力的步驟1.收集泥頁巖地層的正常壓力和異常壓力層段的鉆井資料：鉆速、鉆壓、轉(zhuǎn)速、鉆頭直徑、地層水密度、實際鉆井液密度； 2.計算dc指數(shù)； 3.在半對數(shù)坐標中繪制散點圖，求出正常dc趨勢線； 4.計算地層壓力,做出曲線，讀出結(jié)果。巖石可鉆性：巖石破碎的難易性，它反映了是巖石抵抗鉆頭破碎的能力。巖石的研磨性：巖石磨損鉆頭切削刃材料的能力。強度：巖石在外力作用下發(fā)生破壞時的最大應力。 抗拉強度：巖石單純受拉伸應力作用時的強度。 抗壓強度：巖石單純受壓縮應力力作用時的強度。 抗剪強度：巖石單純受剪切應力作用時的強度 抗彎強度

4、：巖石單純受彎曲應力作用時的強度。巖石抗壓強度：巖石抵抗外力壓縮的能力,大小等于在巖樣上施加軸向壓縮載荷直至破壞時單位面積上的載荷。硬度：巖石抵抗其它物體表面壓入的能力。硬度與抗壓強度區(qū)別：硬度是巖石表面的局部抵抗外力壓入的能力，抗壓強度則是巖石整體抗壓的能力。常規(guī)三軸試驗一般規(guī)律：a.巖石在三軸應力條件下的強度明顯增加。隨著圍壓的增大，巖石強度增大。 b.隨著圍壓的增大，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。 c.在各向均勻壓縮狀態(tài)下，巖石永遠不會破壞。第二章刃尖角：刀翼尖端前后刃之間的夾角。

5、它反映了刀翼的尖銳程度。越小，刃部越尖銳， 越容易吃入地層，但強度越低。一般: 軟地層=810；硬地層=1215 切削角： 刀翼前刃和水平面之間的夾角。 在相同鉆壓下，越大，刀刃越容易吃入地層， 但旋轉(zhuǎn)扭矩大，剪切刃 前巖石困難。一般: 松軟地層 70軟地層7080；中硬地層8085刃后角-：刃后角必須大于井底角。 刃前角：90。刮刀鉆頭的工作原理 刮刀鉆頭主要以切削作用破碎地層。 破碎塑性巖石過程： 在鉆壓W作用下，刀翼容易吃入地層；刃前巖石在扭轉(zhuǎn)力T 的作用下不斷產(chǎn)生塑性流動。這和車刀切削軟金屬過程類似。破碎脆性巖石過程： 刮刀鉆頭破碎脆性巖石的過程為： 碰撞 壓碎及小剪切大剪切。 （1）

6、碰 撞：刃前巖石發(fā)生剪切破碎后，刀刃在旋轉(zhuǎn)扭矩作用下向前推進， 碰撞刃前巖石。 （2）壓碎及小剪切：扭轉(zhuǎn)力增大，壓碎刃前巖石，產(chǎn)生小剪切破壞。 （3）大剪切：扭轉(zhuǎn)力繼續(xù)增大到某一極限值，刃前巖石沿剪切面破碎，而后扭轉(zhuǎn)力突然減小。牙輪鉆頭工作原理 （1）牙輪鉆頭在井底的運動 公轉(zhuǎn)：牙輪隨鉆頭一起旋轉(zhuǎn)。 自轉(zhuǎn)：牙齒繞牙輪軸線作逆時針方向旋轉(zhuǎn)稱自轉(zhuǎn)。 滑動：牙輪齒相對于井底的滑移，包括徑向（軸向）和切向（周向）滑動。 引起滑動的原因： 超頂和復錐引起切向（周向）滑動 移軸引起徑向（軸向）滑動 縱向振動：牙輪在滾動過程，其中心上下波動，使鉆頭做上下往復運動。 引起縱向振動的原因： 單、雙齒交替接觸井底

7、，使牙輪中心上下波動； 井底凹凸不平 牙輪滑動對破巖的作用: 牙輪的超頂和復錐引起的切向滑動剪切掉牙齒之間的巖石。 超頂引起的軸向滑動剪切掉齒圈之間的巖石。(2)牙輪鉆頭的破巖作用1）沖擊、壓碎作用 縱向振動產(chǎn)生的沖擊力和靜壓力（鉆壓）一起使牙齒對地層產(chǎn)生沖擊、壓碎作用，形成體積破碎坑。 2）滑動剪切作用 牙輪牙齒的徑向滑動和切向滑動對井底地層產(chǎn)生剪切作用， 破碎齒間巖石。 3）射流的沖蝕作用 由噴嘴噴出的高速射流對井底巖石產(chǎn)生沖蝕作用，輔助破碎巖石。中性點：鉆柱上軸向力等于零的點(點) (亦稱中和點，Neutral Point )。 垂直井眼中鉆柱的中性點高度： 式中：LN 中性點距井底的高

8、度，m。 重要意義： 1）設計鉆柱時要確保中性點始終落在鉆鋌上？ 2）指導松扣、造扣等特殊作業(yè)。 3）中性點附近鉆柱受交變應力作用，易疲勞破壞。強度較核（1）抗外擠強度較核： 式中: Pac 最大安全外擠載荷,MPa； Pc 鉆桿的最小抗擠壓力，MPa； Sc 安全系數(shù)，一般應不小于1.125。 （2）抗扭強度較核： 式中： M - 鉆桿承受的扭矩,kNm； P - 使鉆柱旋轉(zhuǎn)所需的功率，kW； n - 轉(zhuǎn)速，rpm。 （3）抗內(nèi)壓強度較核： 不同尺寸、鋼級和級別的鉆桿的最小抗內(nèi)壓力可在API RP7G標準中查得，用適當?shù)陌踩禂?shù)去除它，即得其許用凈內(nèi)壓力.典型鉆柱的設計舉例P97第四章門限鉆

9、壓M：牙齒開始吃入地層時的鉆壓,其值的大小主要取決于巖層性質(zhì),并具有較強的地區(qū)性。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。極軟地層1，隨著巖石硬度增大，值減小。影響鉆速的主要因素及鉆速方程1.鉆壓對鉆速的影響：鉆壓(W )與鉆速(Vpc)的定量關系2.轉(zhuǎn)速對鉆速的影響：鉆速隨轉(zhuǎn)速的增大而增大，并呈指數(shù)關系變化。3.牙齒磨損對鉆速的影響：隨著鉆頭牙齒的磨損，鉆速下降。4.水力因素對鉆速的影響（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。（2）水力輔助破巖：井底比水功率越大，輔助破巖能力越強，鉆速越快。 5.鉆井液性能對鉆速的影響 （1）鉆井液密度對鉆速的影響：鉆井液密度

10、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)生一個正壓差。在正壓差作用下，井底巖屑難以離開井底，造成重復破碎現(xiàn)象，鉆速降低。此現(xiàn)象稱為壓持效應。（2）鉆井液粘度對鉆速的影響 鉆井液粘度增大，將會增大環(huán)空壓降，使井底壓差增大，鉆速降低； 鉆井液粘度增大，鉆柱內(nèi)壓耗增大，在泵壓一定時鉆頭壓降減小，鉆頭水功率減小，清巖和破巖能力降低，鉆速下降。（3）鉆井液固相含量對鉆速的影響 鉆井液固相含量增大，機械鉆速降低。 （4）鉆井液分散性對鉆速的影響 分散性鉆井液比不分散性鉆井液的鉆速低；鉆井液中小于1m的固體顆粒越多，對鉆速的影響越大。五點鉆速法：P133、135M 和 的確定五點法

11、鉆速試驗 （1）基本思路 保持鉆壓和鉆速方程中的其它參數(shù)恒定，采用兩種轉(zhuǎn)速Nmin、Nmax鉆進同一地層，可得到兩個不同鉆速值Vpcmin、Vpcmax，代入鉆速方程，聯(lián)立求解轉(zhuǎn)速指數(shù)。 保持轉(zhuǎn)速和鉆速方程中的其它參數(shù)恒定，采用兩種鉆壓Wmin、Wmax鉆進同一地層，可得到兩個不同鉆速值Vpcmin、Vpcmax，代入鉆速方程，聯(lián)立求解門限鉆壓M。J的物理意義： 牙齒磨損量 h=0（新鉆頭）時的初始鉆速。S的物理意義： 牙齒磨損量 h =0 時牙齒的初始磨速。它的倒數(shù)相當于不考慮牙齒磨損影響時的鉆頭理論壽命。E的物理意義： 考慮牙齒磨損對鉆速和牙齒磨損速度影響后的進尺系數(shù)。它是牙齒最終磨損量的

12、函數(shù)。J/S的物理意義： 不考慮牙齒磨損影響時的理論進尺。提高鉆頭水力參數(shù)的主要途徑 1. 提高泵壓ps和泵功率Ps 2. 降低循環(huán)壓耗系數(shù)Kl （1）使用低密度鉆井液 （2）減小鉆井液粘度 （3）適當增大管路直徑 3. 增大鉆頭壓降系數(shù)Kb 唯一有效的途徑是減小噴嘴直徑。 4. 優(yōu)選排量Q射流：指通過管嘴或孔口過水斷面周界不與固體壁接觸的液流。射流對井底的清洗作用 （1）射流的沖擊壓力作用 射流撞擊井底后形成的沖擊壓力極不均勻。極不均勻的沖擊壓力使巖屑受到一個翻轉(zhuǎn)力矩，從而離開井底。 （2）漫流的橫推作用 射流撞擊井底后形成的漫流是一層很薄的高速液流（漫流），對井底巖屑產(chǎn)生一個橫向推力，使其

13、離開原來的位置。漫流：射流沖到井底后形成的沿井底的橫向流動。射流的基本原理：P145計算：P155-160公式，p3設計舉例第五章井眼軌道：一口井開鉆之前，預先設計的井眼軸線形狀。井斜角()：指井眼方向線與重力線之間的夾角。單位為度()。井斜方位角 （井眼方位角、方位角）：在水平投影圖上，以正 北方位線為始邊，順時針方 向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過的角度。滿眼鉆具、鐘擺鉆具組合定義：滿眼鉆具基本原理： 增大下部鉆具組合的尺寸和剛度，近似“填滿井眼”，防止鉆柱彎曲和傾斜。鐘擺鉆具組合的原理（圖）在下部鉆柱的適當位置安裝一個扶正器，當發(fā)生井斜時，該扶正器支撐在井壁上形成支點，使下部鉆柱懸空。則該扶正

14、器以下的鉆 柱就好象一個 鐘擺，產(chǎn)生一 個鐘擺力。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。井眼軌跡設計：P188不同軌道類型的關鍵參數(shù)計算 造斜段井眼曲率半徑R的計算公式： Kc的單位是（/30m），R（m）。 （1）三段式 a給定Dt、St、q0、Dkop、Kz 時，計算b、Dmw； De=Dt-Dkop Se=St Re=Rz Dmw=(De2+Se2-2ReSe)0.5 b=2arctan(De-Dmw)/(2Re-Se)b給定Dt、St、q0、Dkop、 b 時，計算Kz 、Dmw； Rz=(Dt-Dkop-St/tanb)/tan(b/2) Kz=171

15、9/Rz Dmw=(Dt-Dkop-Rzsinb)/cosb c給定Dt、St、q0、Kz 、b 時，計算 Dkop 、Dmw； Dkop=Dt-St/tanb-Rztan(b/2) Dmw=(Dt-Dkop-Rzsinb)/cosb 裝置角：以高邊方向線為始邊，順時針旋轉(zhuǎn)到裝置方向線上所轉(zhuǎn)過的角度，稱為造斜工具的裝置角。用表示。第六章溢流（又稱為井涌、靜侵）：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外溢的現(xiàn)象。關井方式1、硬關井 發(fā)生溢流后，在節(jié)流閥關閉的情況下關閉防噴器。優(yōu)點：關井程序簡單，時間短，地層流體侵入量少。 缺點：產(chǎn)生“水擊”，使井口

16、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)壓強度和地層破裂壓力。2、軟關井 發(fā)生溢流后，先打開節(jié)流閥，然后關閉防噴器，再關閉節(jié)流閥。優(yōu)點：可避免“水擊”現(xiàn)象。 缺點：關井程序較復雜，時間長，地層流體侵入量較大。3、半軟關井 發(fā)現(xiàn)井涌后，先適當打開節(jié)流閥，再關防噴器?；蜻呴_節(jié)流閥邊關防噴器。 特點：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。壓井鉆井液密度設計：地層壓力和所需鉆井液密度的計算地層壓力：壓井鉆井液密度：司鉆法和工程師法區(qū)別：1）二次循環(huán)壓井法（司鉆法） 發(fā)現(xiàn)溢流關井后，先用原鉆井液循環(huán)一周排除井內(nèi)受污染鉆井液。然后用配制好的

17、重鉆井液進行第二次循環(huán)，建立地層-井眼系統(tǒng)的壓力平衡。 2）一次循環(huán)壓井法（工程師法，等待加重法） 關井等侯配制壓井重鉆井液，然后開啟節(jié)流閥并開泵注入壓井液；在一個循環(huán)周內(nèi)用重泥漿將原來鉆井液替出，恢復地層 - 井眼系統(tǒng)的壓力平衡。工程師法適用于井口裝置承壓及地層破裂壓力較低的情況；司鉆法適用于井下易卡鉆的情況。第七章1、對完井的要求 （1）最大限度地保護儲集層，防止對儲集層造成傷害。 （2）減少油氣流進入井筒時的流動阻力。 （3）有效地封隔油氣水層，防止各層之間的互相干擾。 （4）克服井塌或產(chǎn)層出砂，保障油氣井長期穩(wěn)產(chǎn)，延長井的壽命。 （5）可以實施注水、壓裂、酸化等增產(chǎn)措施。 （6）工藝簡

18、單、成本低。 2、完井井底結(jié)構(gòu)因素：P287水平位移（平移）：軌跡上某點至井口所在鉛垂線的距離.水泥漿的稠化時間：水泥漿從配制開始到其稠度達到其規(guī)定值所用的時間。裸眼完井：指完井時井底的儲集層是裸露的，只在儲集層以上用套管封固的完井方法。射孔完井：指下入油層套管封固產(chǎn)層后再用射孔彈將套管、水泥環(huán)、部分產(chǎn)層射穿，形成油氣流通道的完井方法。某井設計井深為 4400 m，地層孔隙壓力梯度和地層破裂壓力梯度剖面如圖7-2。給定設計系數(shù)： Sb=0.036 ；Sg=0.04 ； Sk=0.06 ；Sf=0.03；pA =18 MPa；pN=12 MPa，試進行該井的井身結(jié)構(gòu)設計。 P254例題：某井17

19、7.8mm（7英寸）油層套管下至3500m，下套管時的鉆井液密度為1.30g/cm3，水泥返至2800m，預計井內(nèi)最大內(nèi)壓力35MPa，試設計該套管柱（規(guī)定最小段長500m）。（p8）解：規(guī)定的安全系數(shù)： Sc=1.0， Si=1.1， St=1.8。計算最大內(nèi)壓力，篩選符合抗內(nèi)壓要求的套管 抗內(nèi)壓強度Pimax Si =38500 kPa 篩選套管： C-75，L-80，N-80，C-90，C-95，P-110。 按成本排序： N-80 C-75 L-80 C-90 C-95 P-110注水泥的基本要求： （l）水泥漿返高和套管內(nèi)水泥塞高度必須符合設計要求； （2）注水泥井段環(huán)形空間內(nèi)的鉆井液全部被水泥漿替走，不存在殘留現(xiàn)象； （3）水泥石與套管及井壁巖石有足夠的膠結(jié)強度，能經(jīng)受住酸化壓裂及下井管柱的沖擊； （4）水泥凝固后管外不冒油、氣、水，環(huán)空內(nèi)各種壓力體系不能互竄； （5）水泥石能經(jīng)受油、氣、水長期的侵蝕。四、提高注水泥質(zhì)量的措施 1、對注水泥質(zhì)量的基本要求 （l）對固井質(zhì)量的基本要求 水泥漿返高和水泥塞高度必須符合設計要