石油工程Ⅲ復(fù)習(xí)資料

1、東北石油大學(xué)石油工程學(xué)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(chēng)地層孔隙壓力，用pp表示?；鶐r應(yīng)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(chēng)為基巖應(yīng)力，亦稱(chēng)有效上覆巖層壓力、骨架應(yīng)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(dāng)壓力達(dá)到某一值時(shí)會(huì)使地層破裂，這個(gè)壓力稱(chēng)為地層的破裂壓力pf。聲波時(shí)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(duì)數(shù)坐標(biāo)中，聲波時(shí)差隨井深呈直線(xiàn)變化關(guān)系，稱(chēng)之為正常趨勢(shì)線(xiàn)。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：tt0e-cD進(jìn)入異常高壓地層時(shí)，由于巖層欠壓實(shí)，孔隙度相對(duì)增大，聲波時(shí)差相對(duì)增大，則必偏離正常壓力趨勢(shì)線(xiàn)。據(jù)此可預(yù)測(cè)異常高壓，并可根據(jù)偏離程度的大小定量計(jì)算地層壓力。聲波時(shí)差法 步驟 1.收集聲波時(shí)差測(cè)井資料，讀取泥頁(yè)巖點(diǎn)的聲波時(shí)差數(shù)據(jù)；2.繪制散點(diǎn)圖，引出正常壓力趨勢(shì)線(xiàn)；3.讀出異常高壓層段的實(shí)際t和該深度D所對(duì)應(yīng)的正常趨勢(shì) 線(xiàn)上的聲波時(shí)差tn，計(jì)算t-tn； 4.從經(jīng)驗(yàn)圖版上讀出t-tn所對(duì)應(yīng)的當(dāng)量密度p；5.計(jì)算地層壓力：pp=0.009

3、81pD試述dc指數(shù)法預(yù)測(cè)地層壓力的基本原理P14第3段dc指數(shù)法評(píng)價(jià)地層壓力的步驟1.收集泥頁(yè)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(shí)際鉆井液密度； 2.計(jì)算dc指數(shù)； 3.在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)中繪制散點(diǎn)圖，求出正常dc趨勢(shì)線(xiàn)； 4.計(jì)算地層壓力,做出曲線(xiàn)，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(qiáng)度：巖石在外力作用下發(fā)生破壞時(shí)的最大應(yīng)力。 抗拉強(qiáng)度：巖石單純受拉伸應(yīng)力作用時(shí)的強(qiáng)度。 抗壓強(qiáng)度：巖石單純受壓縮應(yīng)力力作用時(shí)的強(qiáng)度。 抗剪強(qiáng)度：巖石單純受剪切應(yīng)力作用時(shí)的強(qiáng)度 抗彎強(qiáng)度

4、：巖石單純受彎曲應(yīng)力作用時(shí)的強(qiáng)度。巖石抗壓強(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(qiáng)度則是巖石整體抗壓的能力。常規(guī)三軸試驗(yàn)一般規(guī)律：a.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。 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(chēng)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(yuǎn)不會(huì)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(qiáng)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(guò)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(dòng)。這和車(chē)刀切削軟金屬過(guò)程類(lèi)似。破碎脆性巖石過(guò)程： 刮刀鉆頭破碎脆性巖石的過(guò)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(jìn)， 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(yùn)動(dòng) 公轉(zhuǎn)：牙輪隨鉆頭一起旋轉(zhuǎn)。 自轉(zhuǎn)：牙齒繞牙輪軸線(xiàn)作逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)稱(chēng)自轉(zhuǎn)。 滑動(dòng)：牙輪齒相對(duì)于井底的滑移，包括徑向（軸向）和切向（周向）滑動(dòng)。 引起滑動(dòng)的原因： 超頂和復(fù)錐引起切向（周向）滑動(dòng) 移軸引起徑向（軸向）滑動(dòng) 縱向振動(dòng)：牙輪在滾動(dòng)過(guò)程，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： 單、雙齒交替接觸井底

7、，使牙輪中心上下波動(dòng)； 井底凹凸不平 牙輪滑動(dòng)對(duì)破巖的作用: 牙輪的超頂和復(fù)錐引起的切向滑動(dòng)剪切掉牙齒之間的巖石。 超頂引起的軸向滑動(dòng)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(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， 破碎齒間巖石。 3）射流的沖蝕作用 由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。中性點(diǎn)：鉆柱上軸向力等于零的點(diǎn)(點(diǎn)) (亦稱(chēng)中和點(diǎn)，Neutral Point )。 垂直井眼中鉆柱的中性點(diǎn)高度： 式中：LN 中性點(diǎn)距井底的高

8、度，m。 重要意義： 1）設(shè)計(jì)鉆柱時(shí)要確保中性點(diǎn)始終落在鉆鋌上？ 2）指導(dǎo)松扣、造扣等特殊作業(yè)。 3）中性點(diǎn)附近鉆柱受交變應(yīng)力作用，易疲勞破壞。強(qiáng)度較核（1）抗外擠強(qiáng)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(yīng)不小于1.125。 （2）抗扭強(qiáng)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(qiáng)度較核： 不同尺寸、鋼級(jí)和級(jí)別的鉆桿的最小抗內(nèi)壓力可在A(yíng)PI RP7G標(biāo)準(zhǔn)中查得，用適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)去除它，即得其許用凈內(nèi)壓力.典型鉆柱的設(shè)計(jì)舉例P97第四章門(mén)限鉆

9、壓M：牙齒開(kāi)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),并具有較強(qiáng)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(guān)。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(duì)鉆速的影響：鉆壓(W )與鉆速(Vpc)的定量關(guān)系2.轉(zhuǎn)速對(duì)鉆速的影響：鉆速隨轉(zhuǎn)速的增大而增大，并呈指數(shù)關(guān)系變化。3.牙齒磨損對(duì)鉆速的影響：隨著鉆頭牙齒的磨損，鉆速下降。4.水力因素對(duì)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(qiáng)，鉆速越快。 5.鉆井液性能對(duì)鉆速的影響 （1）鉆井液密度對(duì)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(gè)正壓差。在正壓差作用下，井底巖屑難以離開(kāi)井底，造成重復(fù)破碎現(xiàn)象，鉆速降低。此現(xiàn)象稱(chēng)為壓持效應(yīng)。（2）鉆井液粘度對(duì)鉆速的影響 鉆井液粘度增大，將會(huì)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(shí)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(duì)鉆速的影響 鉆井液固相含量增大，機(jī)械鉆速降低。 （4）鉆井液分散性對(duì)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(duì)鉆速的影響越大。五點(diǎn)鉆速法：P133、135M 和 的確定五點(diǎn)法

11、鉆速試驗(yàn) （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(jìn)同一地層，可得到兩個(gè)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(jìn)同一地層，可得到兩個(gè)不同鉆速值Vpcmin、Vpcmax，代入鉆速方程，聯(lián)立求解門(mén)限鉆壓M。J的物理意義： 牙齒磨損量 h=0（新鉆頭）時(shí)的初始鉆速。S的物理意義： 牙齒磨損量 h =0 時(shí)牙齒的初始磨速。它的倒數(shù)相當(dāng)于不考慮牙齒磨損影響時(shí)的鉆頭理論壽命。E的物理意義： 考慮牙齒磨損對(duì)鉆速和牙齒磨損速度影響后的進(jìn)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(shí)的理論進(jìn)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(dāng)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(guò)管嘴或孔口過(guò)水?dāng)嗝嬷芙绮慌c固體壁接觸的液流。射流對(duì)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(gè)翻轉(zhuǎn)力矩，從而離開(kāi)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(duì)井底巖屑產(chǎn)生一個(gè)橫向推力，使其

13、離開(kāi)原來(lái)的位置。漫流：射流沖到井底后形成的沿井底的橫向流動(dòng)。射流的基本原理：P145計(jì)算：P155-160公式，p3設(shè)計(jì)舉例第五章井眼軌道：一口井開(kāi)鉆之前，預(yù)先設(shè)計(jì)的井眼軸線(xiàn)形狀。井斜角()：指井眼方向線(xiàn)與重力線(xiàn)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(xiàn)為始邊，順時(shí)針?lè)?向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線(xiàn)上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。滿(mǎn)眼鉆具、鐘擺鉆具組合定義：滿(mǎn)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(mǎn)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(dāng)位置安裝一個(gè)扶正器，當(dāng)發(fā)生井斜時(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

14、器以下的鉆 柱就好象一個(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。井眼軌跡設(shè)計(jì)：P188不同軌道類(lèi)型的關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算 造斜段井眼曲率半徑R的計(jì)算公式： Kc的單位是（/30m），R（m）。 （1）三段式 a給定Dt、St、q0、Dkop、Kz 時(shí)，計(jì)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(shí)，計(jì)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(shí)，計(jì)算 Dkop 、Dmw； Dkop=Dt-St/tanb-Rztan(b/2) Dmw=(Dt-Dkop-Rzsinb)/cosb 裝置角：以高邊方向線(xiàn)為始邊，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到裝置方向線(xiàn)上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，稱(chēng)為造斜工具的裝置角。用表示。第六章溢流（又稱(chēng)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(dòng)外溢的現(xiàn)象。關(guān)井方式1、硬關(guān)井 發(fā)生溢流后，在節(jié)流閥關(guān)閉的情況下關(guān)閉防噴器。優(yōu)點(diǎn)：關(guān)井程序簡(jiǎn)單，時(shí)間短，地層流體侵入量少。 缺點(diǎn)：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(guò)井口裝置的額定壓力、套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度和地層破裂壓力。2、軟關(guān)井 發(fā)生溢流后，先打開(kāi)節(jié)流閥，然后關(guān)閉防噴器，再關(guān)閉節(jié)流閥。優(yōu)點(diǎn)：可避免“水擊”現(xiàn)象。 缺點(diǎn)：關(guān)井程序較復(fù)雜，時(shí)間長(zhǎng)，地層流體侵入量較大。3、半軟關(guān)井 發(fā)現(xiàn)井涌后，先適當(dāng)打開(kāi)節(jié)流閥，再關(guān)防噴器。或邊開(kāi)節(jié)流閥邊關(guān)防噴器。 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。壓井鉆井液密度設(shè)計(jì)：地層壓力和所需鉆井液密度的計(jì)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(guān)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(jìn)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(guān)井等侯配制壓井重鉆井液，然后開(kāi)啟節(jié)流閥并開(kāi)泵注入壓井液；在一個(gè)循環(huán)周內(nèi)用重泥漿將原來(lái)鉆井液替出，恢復(fù)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(duì)完井的要求 （1）最大限度地保護(hù)儲(chǔ)集層，防止對(duì)儲(chǔ)集層造成傷害。 （2）減少油氣流進(jìn)入井筒時(shí)的流動(dòng)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(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)，延長(zhǎng)井的壽命。 （5）可以實(shí)施注水、壓裂、酸化等增產(chǎn)措施。 （6）工藝簡(jiǎn)

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(diǎn)至井口所在鉛垂線(xiàn)的距離.水泥漿的稠化時(shí)間：水泥漿從配制開(kāi)始到其稠度達(dá)到其規(guī)定值所用的時(shí)間。裸眼完井：指完井時(shí)井底的儲(chǔ)集層是裸露的，只在儲(chǔ)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)系數(shù)： Sb=0.036 ；Sg=0.04 ； Sk=0.06 ；Sf=0.03；pA =18 MPa；pN=12 MPa，試進(jìn)行該井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 P254例題：某井17

19、7.8mm（7英寸）油層套管下至3500m，下套管時(shí)的鉆井液密度為1.30g/cm3，水泥返至2800m，預(yù)計(jì)井內(nèi)最大內(nèi)壓力35MPa，試設(shè)計(jì)該套管柱（規(guī)定最小段長(zhǎng)500m）。（p8）解：規(guī)定的安全系數(shù)： Sc=1.0， Si=1.1， St=1.8。計(jì)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(qiáng)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(shè)計(jì)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(qiáng)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(zhǎng)期的侵蝕。四、提高注水泥質(zhì)量的措施 1、對(duì)注水泥質(zhì)量的基本要求 （l）對(duì)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(shè)計(jì)要