钻井基础知识讲课

244.5
215.9
118
套管直 径mm
478
339.7 273.05 244.5
177.8
139.7 101.6
常用钻 铤(φ) 常用钻 杆(φ)
备注
177.8(7)
127(5)
江陵等 复杂地
区
177.8(7) 127(5) 常用
203.2(8) 158.8(61/4)
177.8(7) 158.8(61/4)
二、江汉油田常用钻具组合
钟摆钻具使用特点： ①钟摆钻具能用于不易井斜地区，在使用大钻铤
条件下，保证较高钻压下钻出几乎垂直的井眼。比使 用光钻铤钻具可增加钻压，而不会增大井斜。
②钟摆钻具也是一种有效的纠斜工具，并广泛应 用于各油田。
二、江汉油田常用钻具组合
钟摆钻具使用特点： ③尽可能采用大尺寸钻铤加稳定器，形成的钟摆
钻井参数： 钻压 (kN)
转速 (r/min)
排量 (L/S)
泵压 （MPa）
150-180
67
30
12
二、江汉油田常用钻具组合
适用范围 满眼钻具适用于不易斜或较为易斜的地区（层）。满眼钻 具是在石油及天然气钻井应用最为广泛的钻具组合之一。 力学理论基础 满眼钻具的防斜原理有二点：①能产生较小的钻头倾角 （相对于钟摆钻具而言）；②利用三点（三个稳定器）直 线性来保证井眼的直线性和限制钻头的横向移动。
地层本身并不存在造斜力，这里所说的地层造斜力， 实质上是与地层特性及钻压密切相关的使井眼偏斜的一 种特殊作用。
用地层造斜力的概念解释和描述岩性比较稳定的地 层和一个层段的井斜机理是比较合实际情况的，但不适 用于软硬交界面上突然发生的严重井斜问题。
一、基 本 概 念
3.2 下部钻具弯曲的影响 下部钻具在钻压作用下发生弯曲是引起井斜的另一
二、江汉油田常用钻具组合
推荐的钟摆钻具组合稳定器的安放位置
井眼直径 mm(in)
稳定器高度 m
339.7(13 3/8)及以上
≈36(四根钻铤单根)
244.5(9 5/8)～311.1(12 1/4) ≈27(三根钻铤单根)
193.7(7 5/8)～244.5(9 5/8) ≈18(两根钻铤单根)
二、江汉油田常用钻具组合
2.2 下部 8 1/2″井眼直井段防斜钻具组合
（1）钟摆防斜钻具 （2）满眼防斜钻具 （3）偏心防斜钻具 （4）光钻铤组合
二、江汉油田常用钻具组合
（1）钟摆防斜钻具
Φ215.9mmPDC钻头＋Φ158.8mm无磁钻铤×1根＋ Φ158.8mm钻铤×1根＋Φ214mm扶正器＋Φ158.8mm钻铤 ×1根＋Φ214mm扶正器＋Φ158.8mm钻铤×18根＋ Φ127mm钻杆＋133mm方钻杆
压向井眼下方，以逐渐达到减小井斜的效果。这个横向分 力的作用犹如钟摆一样，故称之为钟摆力。增加钟摆力的 一个办法是尽可能使用较大尺寸的钻铤，这样钻铤不容易 被压弯，切点位置相对较高，利于减斜。另一个办法是在 此切点略高的位置上安装稳定器，以提高切点位置，增大 减斜力。同时，也能减小钻头外侧倾角（指产生增斜效果 的钻头倾角）。
钻井参数：
钻压 (kN)
10-20
转速 (r/min)
67
排量 (L/S)
＞50
泵压 （MPa）
5
二、江汉油田常用钻具组合
2、二开直井段钻具组合 2.1 上部大井眼
（1）不下技套时,采用塔式钻具组合:
Φ244.5mmP2＋Φ177.8mm钻铤×6根＋Φ158.8mm无磁钻铤 ×1根＋Φ158.8mm钻铤×11 根＋Φ127mm钻杆 (r/min)
排量 (L/S)
泵压 （MPa）
20-30
217
30
12
二、江汉油田常用钻具组合
排 量 优 选 ： 一 般 Φ215.9mm 井眼 上 返流速 调 整到 1～ 1.5m/s，Φ244.5mm井眼上返流速调整到0.8～1m/s， Φ311.2mm井眼上返流速调整到0.6～0.8m/s。 力学理论基础: 实际的井眼都是倾斜的，钻柱某点将和井壁接触，称 为上切点。未加钻压时，作用在钻头处侧向力只是钻 头与上切点之间钻铤重量的横向分量，这个力称作钟 摆力，使井眼趋于垂直；当施加钻压时，将在钻头处 产生另一侧向力，此力使井眼偏离原来的方向。这二 个力的合力决定了钻进方向。
钻井参数：
钻压 (kN)
转速 (r/min)
排量 (L/S)
泵压 （MPa）
150-180
67
＞40
12
二、江汉油田常用钻具组合
2、二开直井段钻具组合 对可钻性差的海相地层： 减震器的安放位置： 直接安放在钻头之上减震效果最佳。 随钻震击器的安放位置：
其结构复杂、壁厚受限，不能长期处于压缩弯曲状态， 应安放在钻柱受拉部位。一般安放在钻铤柱顶部效果最 佳，如错误地放在中和点上，交替承受拉、压载荷会使 其很快损坏。
钻压 (kN)
转速 (r/min)
排量 (L/S)
泵压 （MPa）
50-80 67～217
30
12
二、江汉油田常用钻具组合
2、二开直井段钻具组合 （2）下技套时, 采用刚性满眼钻具组合:
Φ311.2mmP2 ＋ Φ203.2mm 无 磁 钻 铤 ×1 根 ＋ Φ203.2mm 钻 铤 ×1根＋Φ310mm扶正器＋Φ203.2mm钻铤1根＋Φ310mm扶正 器＋Φ203.2mm钻铤×3根＋Φ178.8mm 钻铤×9根+Φ127mm 钻杆 +133mm方钻杆
公式：允许最小钻铤直径 = 2倍套管接箍外径 - 钻头直径 有效井眼直径 =（钻头直径 + 钻铤直径）÷20 在大于215.9mm(8 1/2in)的井眼中，应采用塔式钻铤
组合，钻铤柱中最下一段钻铤(一般应不少于1立柱)的外 径应不小于这一允许最小外径，才能保证套管的顺利下入。
一、基 本 概 念
3、井斜的原因
二、江汉油田常用钻具组合
1、一开钻具组合 2、二开直井段钻具组合 3、造斜段钻具组合 4、增斜段钻具组合 5、微增、稳斜钻具组合 6、复合钻具组合
二、江汉油田常用钻具组合
1、一开钻具组 合 深度根据上部平原组的底界确定，一般为：50～150m；
Φ444.5mm P2 ＋Φ177.8mm钻铤×6根＋Φ127mm钻杆＋ 133方钻杆
钻铤直径 mm(in)
254.0(10)～279.4(11) 228.6(9)～279.4(11) 228.6(9)～254.0(10) 228.6(9)～254.0(10) 177.8(7)～228.6(9)
一、基 本 概 念
241.3(91/2)～250.8(97/8) 212.7(83/8)～222.2(83/4) 190.5(71/2)～200.0(77/8) 158.8(61/4)～171.4(63/4) 142.9(55/8)～152.4(6)
152.4(6) 及以下
≈9(一根钻铤单根)
注：每根钻铤单根长度按9m左右计
二、江汉油田常用钻具组合
（1）满眼防斜钻具
Φ215.9mm三牙轮钻头＋Φ214mm扶正器＋Φ158.8mm短 钻铤（2-3m）×1根＋Φ214mm扶正器＋Φ158.8mm无磁 钻铤×1根＋Φ214mm扶正器＋Φ158.8mm钻铤×23根＋ Φ127mm钻杆＋133mm方钻杆
二、江汉油田常用钻具组合
钟摆钻具设计要点和操作要求 操作中应严格控制钻压。同满眼钻具相比，钟摆钻具
只能使用较小的钻压。对钟摆钻具来说，稳定器的安放位 置十分重要。如安放位置偏低则减斜力小，效果差；如安 放位置偏高则稳定器以下钻铤会与井壁形成新切点，使钟 摆钻具失效；因此钟摆钻具中稳定器的理想安放位置应在 保证稳定器以下钻铤不与井壁接触的条件下尽量提高些。 稳定器安放位置主要取决于钻铤尺寸、钻压大小和井眼斜 度等。
二、江汉油田常用钻具组合
满眼钻具的设计要点和操作方法 主要有三点： ①保证下部钻铤有尽可能大的刚度； ②保证稳定器之间具有合适的长度； ③保证稳定器与井眼之间的间隙尽可能小。满眼钻具能承 受较大钻压（相对于钟摆钻具），因而能获得较高的机械 钻速。但满眼钻具在发生井斜后其纠斜效果不如钟摆钻具， 此时需要起下钻换钟摆钻具纠斜。
个重要原因，其弯曲程度越严重，井斜也越严重，它对 井斜的影响表现在两方面：
①下部钻具弯曲使钻头偏斜（相对于井轴），其钻进的 方向偏离原井眼轴线，直接导致井斜。
一、基 本 概 念
②下部钻具弯曲，使钻压改变了作用方向即不再沿 井眼轴线方向施加给钻头，而是偏斜了一个角度 —— 即钻头偏斜角，从而产生一个引起井斜的横向偏斜力FB。 下部钻具组合自身的特性（包括与井眼的间隙）及钻压 决定它的弯曲程度和对井斜的影响。
钻井参数：
钻压 (kN)
转速 (r/min)
排量 (L/S)
泵压 （MPa）
50-80
67
＞40
12
二、江汉油田常用钻具组合
2、二开直井段钻具组合 对可钻性差的海相地层：
Ø311.2HA537+ Ø311扶正器+ Ø228.6减震器+ Ø311扶正器＋ Ø228.6钻铤×1根+ Ø311扶正器+ Ø 228.6钻铤×2根+ Ø 203.2钻铤×7根+ Ø177.8钻铤×6根+ Ø 158.8上击器+ Ø127 加重钻杆×7根+ Ø127钻杆+133mm方钻杆
钻井实践表明，井斜的原因是多方面的，如地质条 件、钻具结构、钻进技术措施以及设备安装质量等。但 归纳起来，造成井斜的原因主要有两个方面：第一是钻 头与岩石的相互作用方面的原因，即由于所钻地层的倾 斜和非均质性使钻头受力不平衡而造成井斜；第二是钻 柱力学方面的原因，即下部钻具受压发生弯曲变形使钻 头偏斜并加剧钻头受力不平衡而造成井斜。
长，减斜效果好。在具体操作中应严格控制钻压，避 免因加压过大使稳定器以下出现新切点致使钟摆失效； 还应与处理地层交界面和加强划眼结合起来。
④缺点：在直井内无防斜作用，与光钻铤一样由 于刚度小不能有效控制井斜变化率。为满足易斜区快 速钻井的要求还须使用其他类型的防斜钻具。
二、江汉油田常用钻具组合
钟摆钻具工作原理 利用斜井内钻柱切点以下钻铤重量的横向分力把钻头
提纲
一、 基本概念 二、 江汉油田常用钻具组合综述 三、 井口工具 四、 固控设备
一、基 本 概 念
1、江汉内部常规井身结构； 2、常用钻具尺寸； 3、井斜的原因。
一、基 本 概 念
1、江汉内部常规井身结构
开钻次 序
导管
一开
二开
三开
开窗侧 钻
井眼直 径mm
515
444.5 393.7
311.15
一、基 本 概 念
②沉积岩层不同方向的物性和强度是有差异的，一 般来就，垂直层面方向岩石的强度低，可钻性高，所以 在钻经这种地层时，钻头总是要保持沿这个破碎阻力最 小的方向钻进的趋势，当地层呈倾斜状态时，这种自然 趋势必然导致井斜。
一、基 本 概 念
③在软硬交错地层钻进时，可能产生突发性的严重 井斜问题，当钻头从软地层进入硬地层时，由于钻头在 A、B两侧的破碎阻力不均，使钻头的钻进方向向地层上 倾方向倾斜，当钻头从硬地层进入软地层时，由于类似 前面所述小变向器作用，迫使钻头沿地层上倾方向钻进。
一、基 本 概 念
3.1 地层因素
不同的地区、不同构造部位甚至不同的地层，井斜程度 的显著差异表明地层因素往往是影响井斜的主要原因。
①在倾斜的层状地层中钻进时，由于在层面交界处的岩 石不能长时间支持钻压而趋向沿垂直面发生破碎，因而 井眼下倾一侧的层面上形成小斜台，它对钻头施加一个 横向作用力，把它推向地层的上倾方向，从而引起井斜 这就是所谓地层的“小变向器”作用。地层倾角越大， 成层性越强，钻压越大，这种作用也越大。
120.6(43/4)
177.8(7)～203.2(8) 158.8(61/4)～171.4(63/4) 127.0(5)～158.8(61/4) 120.6(43/4)， 127.0(5) 104.7(41/8)， 120.6(43/4) 79.3(31/8)， 88.9(31/2)
一、基 本 概 念
158.8(61/4)
101.6(4)
127(5)
127(5) 73(27/8)
常用
常用 特殊井
一、基 本 概 念
2、常用钻铤尺寸与钻头直径关系对照表
钻头直径 mm(in)
508.0(20)～660.4(26) 444.5(171/2) 374.6(143/4) 311.1(121/4) 269.9(105/8)
④钻头在破碎呈倾斜的层状岩石时，牙齿在地层上 倾方向一侧C形成较多的岩屑量。由于两侧破碎的不均 衡产生的增斜力，也迫使钻头改变方向。
一、基 本 概 念
⑤地层造斜力及计算模式。
Ff
1 hsin2(
2
) W
或
Ff K W
(1) （2）
式中：
－地层倾角，°；
α－井斜角，°；
W －钻压，。
一、基 本 概 念