钻井完井工程_钻井和完井工程
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第一章 绪论
第二章 井身结构设计 钻井完井工程
1、石油钻井类型按性质和用途一般分为： 地质探井、预探井、详探井(评价井)、地质浅井、检查资料井、生产井、注水井。
2、钻机系统：动力系统、提升系统、旋转系统、循环系统、井控系统。
1、井身结构设计的主要任务是确定套管的下入层次、下入深度、水泥浆返深、水泥环厚度、生产套管尺寸及钻头尺寸。
2、井身结构设计应满足以下主要原则：
(1)能有效地保护储集层
(2)避免产生井漏、井喷、井塌、卡钻等井下复杂情况和事故，为安全、优质、高速和经济钻井创造条件
(3)当实际地层压力超过预测值发生溢流时，在一定范围内，应具有处理溢流的能力。
3、地层压力：地层压力是指岩石孔隙中流体的压力，也叫地层孔隙压力。
4、地层破裂压力：在井中，当地层压力达到某一值时会使地层破裂，这个压力称为地层破裂压力。
5、地层坍塌压力：当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍塌，我们称这个压力为地层坍塌压力。
6、异常低压产生原因：（1）生产层长期开采衰竭（2）地下水位很低
7、异常高压产生原因：
(1)沉积物的快速沉积，压实不均匀(2)渗透作用（3）构造作用（4）储集层的机构（5）油田注水
8、地层压力预测（监测）方法：(1)Dc指数法(2)声波时差法(3)地震波法
9、井身结构设计的基础参数：
(1)地质方面的数据：1）岩性剖面及故障提示2）地层压力梯度剖面3）地层破裂压力梯度剖面
(2)工程数据：
1）抽汲压力系数SW2）激动压力系数Sg3）地层压裂安全增值Sf4）溢流条件SK 5）压差允值∆PN（∆Pa）第三章 钻井液
1、钻井液的主要功用:
(1)钻井方面: 1)清洗井底，携带岩屑2)冷却、润滑钻头和钻柱3)形成泥饼，保护井壁
4)控制和平衡地层压5)悬浮岩屑和加重材料6)提供所钻地层的地质资料7)传递水功率 8)防止钻具腐蚀
(2)保护油气储集方面:保护油气层的渗透性，尽量降低对原始油气层物化性质的损害。
2、几种岩石矿物特性
(1)高岭土的结构及性能特点：晶体构造由一个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片组成，硅氧四面体片和铝氧八面体片由共用的氧原子联结在一起。
(2)蒙脱石的结构及性能特点： 蒙脱石的每一构造单位由两层硅氧四面体片和夹在它们中间的一层铝氧八面体片组成。
(3)伊利石的晶体构造和蒙脱石相类似，不同之点在于伊利石中硅氧四面体中有较多的硅被铝取代，因取代所缺的正电荷由处在相邻两个硅氧层之间的K+补偿，因K+存在于晶层之间并进入相邻氧原子网格形成的孔穴中，使各晶胞间拉得较紧，水分不易进入层间，因此它是不易膨胀的粘土矿物
3、钻井液流变性：在外力作用下，钻井液流动和变形的特性。
4、流体的基本流型：牛顿流体、塑性流体、假塑性流体、膨胀流体
5、粘度：钻井液流动时，固体颗粒之间、固体颗粒与液体之间、以及液体分子之间的内摩擦的总反映。
6、钻井液的切力是指静切力，其胶体化学的实质是凝胶强度，凝胶强度取决于单位体积中结构链环的数目和单个链环的强度。
钻井液的动切力：反映层流流动时，粘土颗粒之间及高聚物分子之间的相互作用力（形成空间网架结构的能力）。
7、宾汉塑性流型:τ= τ
n0+ηsγτ0 ：动切力（屈服值）ηs：塑性粘度(PV)γ：剪切速率(s-1)幂律流型：τ=KγK ：稠度系数n：流性指数
卡森流型： τ-τ = ηγτ:卡森动切力η：极限高剪粘度 c∞
nc∞121 21212赫－巴流型： τ=τ+ Kγ y
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第四章 钻进工艺
1、影响钻井过程（钻速）的因素：地层岩性、钻井液性能、钻头类型、水力参数、机械参数
2、衡量岩石力学性质的参数：弹性、塑性、韧性、强度
3、石油钻井用钻头类型：刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头
4、刮刀钻头的破岩原理：撞击、压碎及小剪切、大剪切
5、三牙轮钻头的基本结构：(1)钻头本体(2)牙轮：由牙轮体和牙齿组成(3)轴承及其储油密封装置(4)喷嘴
6、牙轮钻头的破岩机理：(1冲击、压碎作用(2)剪切作用
7、金刚石钻头的破岩机理：以切削齿对地层进行切削来破碎岩石。
8、水功率传递原理：
（1）钻井液从钻井泵流出以后，先经过地面高压管线、立管、水龙带、和方钻杆。这部分称为地面管汇，不随井深变化。
（2）钻井液从方钻杆流出后，即进入钻杆和钻铤内部。这部分合称为钻柱内部，随着井深的增加而加大。
（3）钻井液从钻铤流出后即进入钻头喷嘴，形成液射流，清洗井底和破碎岩石。这是水功率传递的目的地
（4）钻井液到达井底以后，又从钻柱与井壁的环形空间返出到达地面上，钻井液在返出时还要完成一个任务——携带岩屑。
9、一般组成钻柱的基本钻具是：方钻杆、钻杆、钻铤、配合接头
钻柱承受载荷特点：轴向力、扭矩、径向挤压力、弯曲力矩、动载
10、钻柱在钻井过程中的运动形态：自转、公转、涡动、轴向振动、扭转振动、横向振动 第五章 钻井过程压力控制
1、波动压力对钻井工程的影响
(1)抽汲减少井眼中压力引起井喷(2)抽汲导致地层流体进入井眼污染泥浆
(3)下钻、下套管引起过高的激动压力而发生井漏(4)抽汲和压力激动交替变化，使井壁不稳定
2、气侵途径与方式：（1）伴随岩石破碎进入井筒（2）储集层中气体通过泥饼向井内扩散
（3）当Pm
溢流的早期发现：（1）钻井液池液面升高（2）钻速变快（3）井返出钻井流体速度增大
（4）立管压力下降（5）地面油、气、水显示（6）钻井液性能变化
3、溢流关井方法：(1)硬关井，在防喷器与四通等的旁侧通道全部关闭的情况下，立即关闭防喷器
（2）软关井，在阻流器通道开启、其他旁侧通道关闭的情况下关防喷器，然后缓慢关闭阻流器
（3）半软关井，先关万能防喷器，后关闸板防喷器，待防喷器关闭后，最后完全关闭阻流器。
4、压井方法：司钻法、工程师法、同步法、边等边加重法 第六章 井眼轨迹设计与控制
1、定向井的基本要素：井深、井斜角、方位角、井斜变化率、方位变化率、垂深、水平位移
2、实钻井眼轨迹计算与作图：平均角法、平衡正切法、曲率半径法、最小曲率法、实钻井眼轨迹作图
3、定向钻井是使井眼沿预先设计的井眼轴线（井眼轨迹）钻达预定目标的钻井过程。
4、造斜工具：钻头+直螺杆+弯接头+钻铤；钻头+弯外壳+钻铤
5、改变井眼轨迹所用的主要工具：造斜器、喷射钻头、容积式液马达（螺杆钻具）、涡轮、下部钻具组合、定向井井眼轨道自动控制系统
6、装置角定义:井斜铅垂面顺时针旋至造斜工具面所转过的角度。（井斜铅垂面与造斜工具面之间的夹角。)第七章 固井
1、为了加固井壁，保证继续钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的分层试油及在整个开采中合理的油气生产，为此入优质钢管，并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。
2、固井的基本过程：
(1)下套管：就是将单根套管及固井所需附件逐一连接下入井内的作业。
(2)注水泥：下完套管之后，把水泥浆泵入套管内，再用钻井液把水泥浆顶替到套管外环形空间设计位置。
(3)当按设计将套管下至预定井深后，装上水泥头，循环钻井液。
(4)候凝：注入井内的水泥浆要凝固并达到一定强度后才能进行后续的钻井施工或是其他施工。
3、套管柱所承受的基本外载可分为三种：
在管柱外壁上的外挤压力、作用在管柱内壁上的内压力和作用在管柱内方向与管柱轴线平行的轴向拉力。
4、套管基本参数：套管尺寸、套管壁厚与套管单位长度名义质量、螺纹类型、套管钢级
5、双向应力椭圆规律：第一象限表示套管受的是轴向拉力与内压力的联合作用，第二象限是轴向压力与内压力的联合作用，第三象限是轴向压缩力与外力的联合作用，第四象限是轴向拉力与外压力的联合作用。
6、目前国内外使用的油井水泥主要是硅酸盐水泥，是由水硬性硅酸钙为主要成分，加入适量石膏和助磨剂（或是加入适量的石膏或石膏和水），磨细制成的产品。
7、水泥浆性能：水泥浆密度、水泥浆稠化时间、水泥浆流变性、水泥浆失水量、水泥浆稳定性、水泥石抗压强度、水泥石渗透率
8、提高注水泥顶替效率的措施：
(1)加扶正器降低套管在井眼中的偏心程度(2)注水泥时活动套管(3)采用紊流或塞流流态注水泥
(4)使用注水泥前置液(5)注水泥前调查整钻井液性能(6)增加紊流接触时间(7)顶替液与钻井液的密度差
9、水泥浆密度：单位体积内所含的水泥浆的质量
10、水泥浆稠化时间：用加压稠度仪模拟井下温度压力条件，从给水泥浆加温加压时起至水泥浆稠度达100Bc所经历的时间
11、水泥浆流变性：水泥浆在外加剪切应力作用下流动变形的特性
12、水泥浆失水量：水泥浆中的自由水通过井壁渗入地层的现象
13、水泥浆稳定性：在静止状态下，由于颗粒沉降而导致水泥浆上下密度不一致的现象
14、水泥石抗压强度：水泥石在压力作用下达到破坏前单位面积上所能承受的力
15、水泥石渗透率：在一定压差下，水泥石允许流体通过的能力 第八章 完井
1、完井，油气井的完成方式，即根据油气层的地质特性和开发开采的技术要求，在井底建立油气层与油气井井筒之间的合理连通渠道或连通方式。
2、常规完井方法主要有：
(1)射孔完井方法(2)裸眼完井方法(3)割缝衬管完井方法(4)砾石充填完井(5)其他方法
3、射孔完井适用的地质条件：
①有气顶、或有底水、或有含水夹层、易塌夹层等复杂地质条件，因而要求实施分隔层段的储层 ②各分层之间存在压力、岩性等差异，因而要求实施分层测试、分层采油、分层注水、分层处理的储层。③要求实施大规模水力压裂作业的低渗透储层。④砂岩储层、碳酸盐岩裂缝性储层。
4、裸眼完井适用的地质条件：
①岩性坚硬致密，井壁稳定不坍塌的碳酸盐岩或砂岩储层。
②无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层③单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多储层。④不准备实施分隔层段，选择性处理的储层。
5、割缝衬管完井适用的地质条件：
①无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层。②单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多储层。③不准备实施分隔层段，选择性处理的储层。④岩性较为疏松的中、粗砂粒储层。
6、裸眼砾石充填完井适用的地质条件：
①无气顶、无底水、无含水夹层的储层。②单一厚储层，或压力、物性基本一致的多储层。③不准备实施分隔层段，选择性处理的储层。④岩性疏松出砂严重的中、粗、细砂粒储层。
7、套管砾石充填完井适用的地质条件：
①有气顶、或有底水、或有含水夹层、易塌夹层等复杂地质条件，因而要求实施分隔层段的储层。②各分层之间存在压力、岩性差异，因而要求实施选择性处理的储层。
③岩性疏松出砂严重的中、粗、细砂粒储层。
3、一口井从上往下是由井口装置、完井管柱和井底结构三部分组成。井口装置包括套管头、油管头和采油（气）树三部分 第九章 储层保护
1、储层损害：在钻井、完井井下作业及油气田开采全过程中，造成储层渗透率下降的现象。
2、储层保护技术：认识和诊断储层损害原因及损害过程的各种手段、防止和解除储层损害的各种技术措施
3、钻井过程中储层损害原因：
(1)钻井液中固相颗粒堵塞储层(2)钻井液滤液与储层岩石不配伍引起的损害
(3)钻井液滤液与储层流体不配伍引起的损害(4)油相渗透率变化引起的损害
(5)负压差急剧变化造成的储层损害
4、钻井过程中影响储层损害程度的工程因素：
（1）压差（2）浸泡时间（3）环空返速（4）钻井液性能
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