钻井工程理论与技术
钻井工程基础知识
第一节钻井工程钻井分直井和定向井。
定向井可分为：一般定向井、大斜度井、丛式井、多底井、斜直井、水平井等。
一般定向井：在一个井场内仅有一口最大井斜角小于60°的定向井。
大斜度井：在一个井场内仅有一口最大井斜角在60°～86°范围内的定向井。
丛式井：在一个井场内有打算地钻出的两口或两口以上的定向井组，其中可含一口直井。
多底井：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。
斜直井:用倾斜钻机或倾斜井架完成的，自井口开头井眼轨道始终是一段斜直井段的定向井。
动画3-1一、钻井过程1、预备工作定井位：地质师依据地质上或生产上的需要确定井身轴线或井底的位置。
修大路：主要保障能通行重车，有的满载车总重可达39～40吨或更多。
平井场：在井口四周平坦出一块场地以供施工之用。
井场面积因钻机而异，大型钻机约需120×90m2，中型钻机可为100×60m2。
打根底：为了保证施工过程中各设备不因下陷不均匀而歪斜，要打根底。
小些的根底用预制件，大的根底则在现场用混凝土浇灌。
安装：立井架，安装钻井设备。
2、钻进当前世界各地普遍使用的打井方法是旋转钻井法，此法始于1900年。
钻进：钻进直接裂开岩石的工具叫钻头。
钻进时用足够的压力把钻头压到井底岩石上，使钻头的刃部吃入岩石中。
钻头上边接钻柱，用钻柱带动钻头旋转以裂开并底岩石广井就会渐渐加深。
加到钻头上的压力叫钻压，是靠钻柱在洗井液中的重量(即减去浮力后的重量)的一局部产生的。
钻柱把地面的动力传给钻头，所以，钻柱是从地面始终延长到井底的，井有多深，钻柱就有多长。
随着井的加深，钻柱重量将渐渐加大，以致于将超过钻压的需要。
过大的钻压将会引起钻头、钻柱、设备的损坏，所以必需将大于钻压的那局部钻柱重量吊悬起来，不使作用到钻头上。
钻柱在洗井液中的重量称为悬重，大于钻压需要而吊悬起来的那局部重量称为钻重。
亦即钻压=悬重一钻重。
井加深的快慢，即钻进的速度，用机械钻速或钻时表示。
钻井工程理论与技术
(5)在有利的集油气构造或油气田范围内，为确定油气藏是否存在， 圈定油气藏的边界，并对油气藏进行工业评价，取得油气开发所
需的地质资料。（探 井） (6)为了编制油田开发方案或在开发过程中为某些专题研究取得资料
数据。（资料井）
3.《钻井工艺技术基础》石油大学出版社，王瑞和编著 4.《钻井工程》郝瑞主编（中等专业用书）。 5.《实用钻井工程》中国石油情报研究所，徐云英主编 6.《喷射钻井理论与计算》石油工业出版社，张绍槐编
著。 7.《最优化钻井理论基础与计算》石油工业出版社，郭
学增编著。
常用的石油论坛
绪论
➢石油钻井概述 ➢钻井技术在石油勘探
2、石油钻井平台介绍
钻井平台：石油钻井的地面配套设备，由多种机 器设备组成的一套大功率重型联合机组，可以满足完 成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、 完井及特殊作业和处理井下事故等要求。
3、石油钻井的种类
(1)把钻井按钻井的目的进行分类：
区域普查井：基准井、剖面井、参数井、构造井 探井：预探井、详探井、边探井 开发井：生产井(油井、气井)、注入井(注水井、 注气井)
与技术、定向钻井工艺与技术 油气井压力控制：地层压力的平衡与控制 固井与完井：井身结构、套管柱设计、油井水泥、
固、完井技术 其他钻井作业：事故处理、取心、套管开窗侧钻
主要参考书
1.《钻井工艺原理》(上、中、下)，石油工业出版社， 刘希圣主编。
2.《钻井事故与复杂问题》，石油工业出版社，蒋希文 编著
探井：为了确定油气藏是否存在及其埋藏位置（预探 井），对油气藏进行工业评价及取得油气开发 所需的地质资料（详探井），圈定油气藏边界 及其储量（边探井）。
7钻井工程考题及答案
2008～2009年第一学期钻井工程理论与技术试卷A（闭卷部分）考试班级：⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽学生姓名：⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽学号：⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽考试日期：⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽一、判断题（对的打“ ”，错的打“ ”，每题1分，共15分）1．随着围压的增大，岩石的强度增大、塑性也增大。
（）2．用d指数法检测地层压力时没有考虑到水力因素的影响。
（）3．牙轮钻头牙轮超顶和复锥可以使牙轮产生轴向滑动。
（）4．钻柱设计时应使中性点落在钻杆上，以减少事故。
（）5．钻速方程中的门限钻压主要反映了岩石的抗压入强度。
（）6．在其它条件不变时，井底压差越大机械钻速越高。
（）7．真方位角等于磁方位角加上西磁偏角。
（）8．在倾斜的层状地层中钻进时，钻头一般有平行于地层前进的趋势。
（）9．多压力层系共存于同一裸眼井段时，应以最高压力层为准设计钻井液密度。
（）10．压井时控制井底压力不变的途径是保持立管压力不变。
（）11．下套管时一般将套管引鞋安装在套管鞋之下。
（）12．满眼钻具只能有效地控制井斜角的变化，不能降斜。
（）13．钻具折断往往发生在钻杆本体或钻铤的丝扣。
（）14．起下钻时发生井涌, 应迅速将钻具全部起出, 然后关井。
（）15．钻柱设计中安全系数法是针对钻杆解卡时的安全考虑的。
（）二、填空题（每空1分，共15分）1．在岩石的诸强度中，⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽强度最小。
2．切削型钻头破碎塑脆性岩石主要有⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽三个主要过程。
3．钻井泵在额定泵压工作状态时，获得最大钻头水功率的条件是⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽。
4．平均角法是假设测段为直线，方向是上、下两测点的⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽。
5．射流对井底的清洗作用主要包括⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽和⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽。
6．API规定水泥浆的稠化时间是指从水泥浆达到稠度⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽Bc时的时间。
钻井工程理论与技术课后题简答题答案
钻井⼯程理论与技术课后题简答题答案第⼀章钻井的⼯程地质条件1.简述地下各种压⼒的基本概念及上覆岩层压⼒、地层孔隙压⼒和基岩应⼒三者之间的关系。
答：静液压⼒：是由液柱⾃⾝的重⼒所引起的压⼒，它的⼤⼩与液体的密度、液柱的垂直⾼度或深度有关。
地应⼒：钻井⼯程施⼯之前存在于地下某点的应⼒状态为原地应⼒状态。
地层孔隙压⼒：岩⽯孔隙中流体所具有的压⼒。
也称地层压⼒。
上覆岩层压⼒：是指由上覆岩层重⼒产⽣的铅垂⽅向的地应⼒分量。
该处以上地层岩⽯基质和岩⽯孔隙中流体的总重⼒所产⽣的压⼒。
基岩应⼒：是指由岩⽯颗粒间相互接触⽀撑的那⼀部分上覆岩层压⼒。
也称有效上覆岩层压⼒或⾻架应⼒。
地层破裂压⼒：地层某深度处的井壁产⽣拉伸破坏时的应⼒地层坍塌压⼒：地层某深度处的井壁产⽣剪切破坏时的应⼒上覆岩层的重⼒是由岩⽯基质（基岩）和岩⽯孔隙中的流体共同承担的，即上覆岩层压⼒是地层压⼒与基岩应⼒的和2、简述地层沉积⽋压实产⽣异常⾼压的机理。
答：在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就被破坏。
如果沉积速度很快，岩⽯颗粒就没有⾜够的时间去排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩⽆法增加它的颗粒与颗粒之间的压⼒。
由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，⽽下⾯基岩的⽀撑能⼒没有增加，孔隙中的流体必然开始部分地⽀撑本来应由岩⽯颗粒所⽀撑的那部分上覆岩层压⼒，从⽽导致了异常⾼压。
3、简述在正常压实的地层中岩⽯的密度、强度、孔隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。
答：所以随井深的增加，地层中岩⽯密度逐渐变⼤，⽽岩⽯的孔隙度变⼩。
随着井深的增加，岩⽯的强度增⼤。
在正常地层压⼒井段，随着井深增加，岩⽯的孔隙度减⼩，声波速度增⼤，声波时差减⼩。
在正常地层压⼒情况下，机械钻速随井深增加⽽减⼩，d指数随井深增加⽽增⼤。
所以dc指数也随井深的增加⽽增⼤。
4、解释地层破裂压⼒的概念，怎样根据液压实验曲线确定地层破裂压⼒。
答：在井下⼀定深度的裸露地层，承受流体压⼒的能⼒是有限的，当液体压⼒达到⼀定数值时会使地层破裂，这个液体压⼒称为地层破裂压⼒。
石油钻井工程基础知识ppt
VS
地质灾害防治
通过地质调查和监测等方法，及时发现和 预测地质灾害，采取相应的防治措施，如 加固、搬迁等，以保障人民生命财产安全 。环境保护 Nhomakorabea新能源开发
环境保护
在石油钻井工程中重视环境保护，采取环 保措施，减少对环境的污染和破坏。
新能源开发
在石油钻井工程中积极探索和开发新能源 ，如地热能、太阳能等，推动能源结构的 多元化发展，降低对传统能源的依赖。
石油钻井工程基础知识
2023-10-27
目 录
• 石油钻井工程概述 • 石油钻井工程基本技术 • 石油钻井工程应用领域 • 石油钻井工程发展趋势与挑战 • 石油钻井工程实例分析
01
石油钻井工程概述
石油钻井工程定义与特点
定义
石油钻井工程是一门通过钻探技术手段，在地下寻找、开发、评估和管理石 油和天然气资源的过程。
总结词
该项目利用钻井工程技术成功开发了新能源，为可持续发展做出了贡献。
详细描述
该项目通过地热钻井工程技术，开发了地热资源，为新能源开发提供了新的 途径。同时，通过合理的地热利用和环境保护相结合，实现了可持续发展的 目标。
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THANKS
泥浆泵
泥浆泵是钻井液循环系统 中的核心设备，用于提供 高压泥浆。
钻井液与泥浆处理技术
钻井液
钻井液是用于维持地层稳定、润滑钻具、携带岩屑等作用的循环流体。
泥浆处理
泥浆处理包括净化、稀释、调配等操作，以确保泥浆性能符合钻井要求。
钻井工程设计技术
地质设计
根据地质资料，设计钻井 的深度、方位和倾斜度。
工程设计
油气田勘探与开发
油气田勘探
通过地质调查、地球物理勘探 等方法寻找油气资源，确定油
5钻井工程理论与技术_第5章井眼轨道设计与轨迹控制
4．校正平均角法
校正平均角法假设测段形状为一条圆柱螺线。 如图5—11所示，圆柱螺线在水平投影图上是圆
弧。圆柱螺线在圆柱面展平平面上也是圆弧， 即垂直剖面图是圆弧。根据这个假设推导的计 算方法，称为“圆柱螺线法”。这是我国著名 学者郑基英教授首先提出的。这种方法与美国 人提出的“曲率半径法”的公式表达不同，但 计算结果是完全相同的。
(7)在一个测段内，井斜方位角的变化的绝 对值不得超过180 °。在具体计算时，还
要特别注意平均井斜方位角Φc的计算方 法。
三、轨迹计算的方法
1．轨迹计算的顺序 轨迹计算的最终要求是算出每个测点的坐标值。
D1＝Do+∆D1 Lp1＝Lpo+∆Lp1 N1＝No+∆N1 E1＝Eo+∆E1 第0测点已知，即：Do＝Dmo，Lpo＝0，No＝0， Eo＝0。
（三）随钻随测
二、对测斜计算数据的规定
我国钻井行业标准对测斜计算数据有以下规定。
(1)测点编号：测斜时虽然是自下而上进行的，测点编
号却是规定自上而下进行，第一个井斜角不等于零的测 点作为第一测点，向下类推编号。每个测点的参数皆以 该点编号作为下标符号。
(2)测段编号：也是自上而下编号。且规定第i一1点与
多点测斜仪：即一次下井可记录井眼轨迹上多个井深处的井斜参 数：井斜角和井斜方位角。多点测斜仪的下入，在裸眼井中用 电缆送入到井底，然后在上提过程中每隔一定长度进行静止测 量，并将数据用照相的办法记录在胶片上，提出后进行冲洗阅 读。多点测斜仪也可在起钻前从钻柱内投入到靠近钻头处，然 后在起钻过程中利用每起一个立柱静止卸扣的时间进行测量和 记录。
钻井工程理论与技术
在地热发电项目中，钻井工程是实现 地热能转化为电能的关键环节，通过 钻井将地热流体引入发电机组。
地下水资源开发
地下水勘探
钻井工程可以用于地下水资源的勘探，通过钻井揭示地下水层的分布、水位和水 质等特征。
供水井
钻井工程可以钻凿供水井，为城市或农业提供稳定的水源，满足生活和生产的需 要。
其他领域应用
绿色环保发展
随着环保要求的提高，未来钻井工程 将更加注重绿色环保发展，研发更加 环保的钻井技术和装备，减少对环境 的破坏和污染。
THANKS
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经济与社会发展
钻井工程技术的不断进步和应用，对 于推动经济和社会发展具有重要意义 。
02
钻井工程理论
岩石力学基础
岩石力学性质
研究岩石的应力-应变关系、强度准则和破坏模式 等，为钻井过程中岩石的破碎和稳定性分析提供 理论基础。
岩石可钻性
评估岩石的钻凿难度，为钻头和钻井参数的选择 提供依据，以实现高效钻进。
钻井液处理剂
钻井液处理剂是用于改善和控制钻井液性能的化学药剂。例如，增粘剂可以增加钻井液的 粘度，降滤失剂可以降低滤失量等。
固井与完井技术
固井
固井是指向井内注入水泥浆，以加固井壁、封隔油气水层和保证油气顺利开采 的工艺过程。固井质量对油气田的开发效果具有重要影响。
完井
完井是指在油气田开发过程中，完成油气层的勘探和开发任务后，对油气层进 行封闭处理的过程。完井方式的选择需要考虑油气层的特性和开发要求。
钻井工程技术发展趋势
智能化钻井
利用人工智能、大数据等先进技术， 实现钻井过程的自动化、智能化，提 高钻井效率和安全性。
深海和极地钻井技术
针对深海和极地等复杂地区，发展适 用于该地区的特殊钻井技术和装备， 以满足油气资源开发的需求。
《钻井工程理论与技术》课后题答案
第一章 钻井的工程地质条件2.简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。
答：异常高压的形成是多种因素综合作用的结果，对于沉积岩地层的异常高压，目前世界上公认的成因是由于沉积物快速沉降，压实不均匀造成的。
在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就破坏。
如沉积速度很快，岩石颗粒没有足够的时间去排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力，即无法增加它对上覆岩层的支撑能力。
由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应的岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力，从而导致了异常高压。
3.简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、孔隙度、声波时差和d c 指数随井深变化的规律。
答：在正常压实的地层中岩石的密度随井深的增加而增加；强度随井深的增加而增加；孔隙度随井深的增加而减小；声波时差随井深的增加而减小；d c 指数随井深的增加而增大。
5.某井井深2000m ，地层压力25MPa ，求地层压力当量密度。
解： ()()0.00981250.009812000 1.276h h P H ρ==⨯=(g/cm 3)答：地层压力当量密度是1.276 g/cm 36.某井垂深2500m ，井内钻井液密度为1.18 g/cm 3，若地层压力为27.5MPa ，求井底压差。
解：()27.52500 1.180.0098127.5 1.44b h P P P gh MPa ρ∆=-=-=⨯⨯-=答：井底压差是1.44MPa 。
7.某井井深3200m ，产层压力为23.1MPa ，求产层的地层压力梯度。
解： ()23.132000.0072/h h G P H MPa m ===答：产层的地层压力梯度0.0072MPa/m 。
9.岩石硬度与抗压强度有何区别？答：岩石硬度是岩石表面的局部抵抗外力压入的能力，抗压强度则是岩石整体抗压的能力。
10.岩石的塑性系数是怎么样定义的吗？简述脆性、塑脆性和塑性岩石在压入破碎时的特性。
钻井工程理论与技术第六章
2.井眼—地层系统压力基本关系
pb min ph pr -psb pp
phe pP p
d p
p — 安全附加压力； — 安全附加密度；
油井：p 1.5 ~ 3.5MPa， 0.05 ~ 0.10g / cm3 气井：p 3.5 ~ 5.0MPa， 0.07 ~ 0.15g / cm3
第六章 油气井压力控制
本章重点：
（1）井眼与地层间的压力平衡关系； （2）欠平衡压力钻井的使用范围及常用设备； （3）地层流体的侵入的征兆及检测方法； （4）气侵的特点及H2S气体的防护措施； （5）不同情况下的关井程序； （6）压井方法及压井计算。
难点：
（1）气侵时圈闭压力的释放方法； （2）压井计算及特殊情况下的压井方法。
3.平衡压力钻井的优点 提高钻速 保护油气层 能实现安全钻井 4.平衡压力钻井的技术关键 精确掌握地层压力 设计合理的钻井液密度和井身结构
四、欠平衡压力钻井
1.概念
在井底有效压力低于地层压力的条件下进行钻井作 业。在井下，允许地层流体进入井内；在井口，利用 专门的井控装置对循环出井的流体进行控制和处理。 这样可及时发现和有效保护油气层，同时可显著提高 钻进速度。 2.欠平衡适用的地层范围 ：
概述
油气井压力控制 ——在钻井过程中对地层压力进行控制。
井控的基本要求： 有效地控制地层压力，防止井喷； 防止井漏、井塌或缩径等复杂情况； 有效地保护油气层。
井控的技术内容：
地层压力的预测和监测； 钻井液密度的控制； 合理井身结构的设计； 防喷器装置的配套； 溢流后的正确处理。
低压低渗透油气藏 严重水敏性地层的钻进 漏失性底隙压力和坍塌压力的准确预测 (2)钻井液类型选择和密度等性能的控制 (3)井口压力的控制及循环出井的流体的处理 (4)起下钻过程的欠平衡 (5)井底有效压力的计算与监测 (6)井壁稳定 (7)完井
《钻井工程理论与技术》试题
《钻井工程》综合复习资料一、名词解释1、上覆岩层压力：覆盖在该层以上的岩石基质和孔隙内流体的总重力所造成的压力。
2、地层压力：地层孔隙内流体所具有的压力，也称为地层孔隙压力。
3．窜槽：由于各种原因造成注水泥井段的钻井液没有被完全替净，造成该段有未被水泥封固的现象。
4、固井：在已经打好的井眼内下入套管，并在套管与井壁之间注水泥进行封固的工作。
5．岩心收获率：在取心钻井过程中，实际取出岩心的长度与取心进尺的百分比。
6、定向钻井：沿着预先设计好的井眼轴线（轨道）钻到目的层的钻井技术。
7．牙齿磨损量：指牙齿的相对磨损高度。
新钻头时牙齿磨损量为0，牙齿全部磨损时牙齿磨损量为1。
8、钻柱中性点：钻柱上既不受拉又不受压的零轴向力点。
9．顶替效率：在注水泥井段，水泥浆顶替效率为水泥浆在环空内的体积与环空体积的百分比。
10．装置角：以高边方向线为始边，顺时针旋转到装置方向线所转过的角度。
11．压持效应：在钻井过程中，井内存在一定压差，在压差作用下井底的岩石碎屑难以离开井底，造成钻头重复破碎的现象。
12．井斜方位角：在水平投影图上，某点井眼轴线的切线方向与正北方向顺时针所转过的角度。
13、软关井：发现井涌后，先打开节流阀在关闭防喷器的关井方法。
14、反扭角: 作用在动力钻具定子上的反扭矩，使外壳及钻柱反向扭转，在紧靠动力钻具的钻柱断面上所转过的角度15、卡钻：钻具陷在井内不能自由活动的现象。
16．先期裸眼完井：用先下套管至油气层顶部固井，再换小钻头钻开油气层的裸眼完井方法。
二、简答题1．简述井斜的主要原因。
井斜的主要原因有：（1）地质因素：1）地层可钻性的各向异性2）地层可钻性的纵向变化3）地层可钻性的横向变化（2）钻具的原因，即钻具的倾斜和弯曲，造成钻头在井底的不对称切削和侧向切削。
1）钻具和井眼之间的间隙过大2）钻进过程中施加的钻压过大造成下部钻柱弯曲3）下井钻柱本身弯曲4）安装设备时，天车、游车、转盘三点不在同一条铅垂线上，或者转盘安装不水平（3）井眼扩大后，使得钻头左右移动靠向一侧，使得钻头轴线与井眼轴线不重合，导致井斜。
钻井工程理论与技术
第二章钻进工具一、选择题二、填空题三、名词解释1．“PDC”含义是什么？答：“PDC”是聚晶金刚石复合片钻头的简称，它是金刚石材料钻头的一种。
中性点的概念是由鲁宾斯基提出来的。
他认为中性点时钻柱受拉和受压的分届点。
2．何谓钻柱的中性点？答：中性点的概念是由鲁宾斯基提出来的。
他认为中性点时钻柱受拉和受压的分界点。
3．什么叫复合钻柱？答：即采用不同尺寸（上打下小）、或不同壁厚（上后下薄）、不同钢号（上高下低）的钻杆组成的钻杆柱。
4．什么叫最大安全静拉载荷？答：指允许钻杆所承受的由钻柱重力（浮重）引起的最大载荷。
四、简答题1．评价钻头性能的指标有那几项？答：钻头进尺，钻头工作寿命，钻头平均机械钻速，钻头单位进尺成本。
2．简述刮刀钻头破岩原理。
答：刮刀钻头刀翼在钻压W和扭转力T的作用下，一方面作向下的运动，一方面围绕钻头轴线旋转，刀翼以正螺旋面吃入并切削岩层，井底平面与水平面成Ø 角。
刮刀钻头主要以切削和挤压方式破碎地层，具体方式主要取决于钻头的切削结构及所钻地层的岩性。
由于这几种破岩方式主要要克服岩石的抗剪强度，所以它比克服岩石的抗压强度的破岩方式要容易得多。
3．刮刀钻头其刀翼结构角有哪儿个？有什么影响？如何取值？答：刃尖角、切削角、刃前角、刃后角。
刃尖角β、切削角α、刃前角φ、刃后角ψ；刃尖角表示刀翼的减为尖锐程度。
从吃入岩石和提高钻速出发，刃尖角越小越好，但是强度不能保证。
一般要根据上述因素及岩石性能确定角的大小。
岩石软时，β角可以稍小，较硬时硬适当增大，夹层多，井较深时，β角应适当增大。
切削角α刀以前刃和水平面之间的夹角，在其他情况一定时，α越大，吃入深度越深，但α过大时，刃前岩石剪切破碎困难，钻进憋劲大。
一般情况下，松软地层α=70度；软地层α=70—80度；中硬地层，α=80—85度。
刃后角ψ=α-β。
刃后角必须大于井底角。
刃前角与切削角互为补角，刃前角φ=90-α4．铣齿牙轮钻头和镶齿牙轮钻头有哪些不同？答：牙轮钻头按材料不同分为铣齿（钢齿）和镶齿（硬质合金齿）两大类。
钻井工程PPT课件
四、钻井地质பைடு நூலகம்础知识
• 钻井地质基础知识
（一）岩石的机械性质 1、岩石的机械性质 ⑴岩石的强度：岩石的强度是指抵抗外力破坏的能力。 ⑵硬度：岩石的硬度是指岩石抗压入的极限强 ⑶岩石的塑性：在外力作用下，岩石破碎前呈现永久变形
的性质叫岩石的塑性。 ⑷岩石的研磨性：钻头破碎岩石的同时，其本身也受到岩
石磨损，这种岩石磨损钻头的能力称为岩石的研磨性。 ⑸岩石的可钻性：是指在一定条件下，钻进岩石的难易程
（二）、钻机的旋转系统 旋转系统包括转盘和水龙头两大部分。他们的主要作用是在钻具不断钻进及不断循环钻井 液的条件下，保证钻具的旋转。
（三）、钻机的循环系统 为了随时用钻井液清除井底岩屑以保证连续钻进，钻机配备有循环系统。主要包括钻井泵、 地面管汇、钻井液池和钻井液槽、钻井液净化设备、调配钻井液设备等。在井下动力钻井 中，循环系统还担任传递动力的任务。
(四)传动系统 包括减速箱、变速箱、液压变矩器、三角皮带、链条。 (五)控制系统 包括牙嵌、齿式、气动离合器，司钻控制台、控制阀件等。 (六)制动系统 即刹车系统、包括刹把、刹车带、主刹车、辅助刹车等。 （七）井控系统 由井口液压防喷器、节流与压井管汇、液压控制系统 （八）钻井仪表 包括大钩指重表、转盘扭矩表、转盘转速表、泵压表泥浆出口流量表、大钳扭矩表、井深 钻速表以及记录仪等。
(二）钻井液粘度、切力与钻井的关系 1、粘度、切力过大有以下害处。 ⑴流动阻力大，能量消耗多，功率低，钻速慢； ⑵净化不良（固控设备不易充分发挥效力），易引起井下复杂情况； ⑶易泥包钻头，压力波动大，易引起卡、喷、漏和井塌等事故； ⑷脱气较难，影响气测并易造成气侵。
2、粘度和切力过低也不利于钻井，如： ⑴洗井不良，井眼净化效果差； ⑵冲刷井壁加剧，引起井塌等井下事故； ⑶岩屑过细影响录井。
钻井工程理论与技术复习题1
第一章1.上覆岩层压力地层某处的上覆岩层压力是该处以上的岩石基质和岩石孔隙中流体的总重力所产生的压力。
2.地层压力指岩石孔隙中的流体所具有的压力，亦称地层孔隙压力。
3.异常高压产生的机理在地层的沉积过程中，随着上覆沉积物不断增多，地层逐渐被压实，孔隙度减小。
如果地层是可渗透的、连通的，地层中流体的流动不受限制（称之为水力学开启系统）地层孔隙中的流体则随着地层的压实被排挤出去，建立起静液压力条件。
形成正常压力地层。
在地层被不渗透的围栅包围，流体被圈闭在地层的孔隙空间内不能自由流通（称之为水力学封闭系统）的条件下，随着地层的不断沉积，上覆岩层压力逐渐增大，而圈闭在地层孔隙内的流体排不出去，必然承受部分上覆岩层的重力。
结果是地层流体压力升高，异常高压产生。
4.声波时差法预测地层压力的基本原理在正常压力层段，随着地层埋藏深度增加，岩石孔隙度减小，密度增大。
声波时速增大，声波时差减小。
在办对数坐标中，声波时差随井深呈直线变化关系，称之为正常趋势线。
进入异常高压地层时，由于岩石欠压实，孔隙度相对增大，则必偏离正常压力趋势线。
据此可预测异常高压，并可根据偏离程度的大小定量计算地层压力。
5.dc指数法检测地层压力的基本原理在正常压力阶段，若岩性和钻井条件不变，机械钻速随井深增加而减小，则dc指数随井深的增大而增大。
在半对数坐标中，dc指数与井深呈线性关系，称之为正常压力趋势线。
当钻遇异常高压层，由于地层欠压实，机械钻速增大，dc指数则相对减小，偏离正常趋势线。
根据偏离程度可计算出地层压力。
6.地层破裂压力概念能够使井下一定深度出露的地层承受流体压力的能力是有限的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂的压力称为地层破裂压力。
预测方法：休伯特和威利斯法、马修斯和凯利法、伊顿法、黄荣樽法。
液压试验：漏失压力、破裂压力、传播压力。
7.岩石强度①定义：.岩石在一定条件下受外力的作用而达到破坏时的应力称为岩石在这种条件下的强度。
钻井工程理论与技术复习题
钻井工程理论与技术复习题1.静液压力由液柱自身的重力所引起的压力,其大小与液体的密度与液柱的垂直高度或深度有关。
2.静液压力梯度的大小与液体中溶解的矿物或气体的浓度有关。
3.液柱的静液压力随液柱垂直高度的增加而增加4．上覆岩层压力地层某处的上覆岩层压力是该处以上的岩石基质和岩石孔隙中流体的总重力所产生的压力。
5.上覆岩层压力随深度增加而增大。
6.地层压力指岩石孔隙中的流体所具有的压力，亦称地层孔隙压力。
7.异常高压超过正常地层静液压力的地层压力(Pp >Ph)称为异常高压。
异常低压低于正常地层静液压力的地层压力(Pp <Ph)称为异低压8.异常地层压力地层压力大于或小于正常地层压力。
9.基岩应力是由岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压力，称为基岩应力。
10.异常低压是压力梯度小于0.00981MPa/m11.正常的流体压力体系可以看成是一个水力学的“开启”系统。
12.异常高压被公认的成因只要有沉积压实不均、水热增压、渗透作用和构造作用等。
13.与正常压实的地层相比，欠压实地层的岩石密度低，孔隙度大。
14.地层压力预测典型的方法有地震法、声波时差法、页岩电阻（电位）法。
15.在正常地层压力井段，随着井深增加岩石的孔隙度减小，声波速度增大，声波时差减小。
16.地层压力监测常用的方法有dc指数法、d指数法、页岩密度法、标准化钻速法。
17.机械钻速会随井深增加而减小，d指数随井深增加而增大。
18.地层破裂压力概念能够使井下一定深度出露的地层承受流体压力的能力是有限的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂的压力称为地层破裂压力。
19.层理是指沉积岩在垂直方向上岩石成分和结构的变化。
20.页理是岩石沿平行平面分裂为薄片的能力。
21.岩石的孔隙度为岩石中孔隙的体积与岩石体积的比值。
22.物体在外力作用下产生变形，外力撤除以后变形随之消失，物体恢复到原来的形状和体积的性质为弹性变形，当外力撤除后变形不能消失的为塑性变形。
钻井工程理论与技术 第七章 固井和完井
∆PN = + ρ p min − Sb 0.00981Dmin
在地层压力曲线上找出 的下深 D 。 2
ρpper 所在的深度即为中间套管
3、求钻井尾管下入深度的初选点 D 、 31
根据中间套管鞋处的地层破裂压力当量密度 ρ f 2 ，求 出继续向下钻进时 裸眼井段所允许的最大地层压力当量密度： 裸眼井段所允许的最大地层压力当量密度：
五、井身结构设计方法 1、求中间套管下入深度的初选点 、 （1）不考虑发生井涌 ） 由 ρf = ρpm + Sb + Sg + S f ax 计算出 ρf ，在破裂压力曲线上查出 ρf 所在的井 即为中间套管下入井深的初选点。 深 D ，即为中间套管下入井深的初选点。 21 （2）考虑可能发生井涌 ） 由 ρf = ρpm + Sb + S f + Sk * Dpm / D ax ax 21 用试算法求 D ；先试取一个 D ，计算 ρf ， 21 21 比较， 将计算出的 ρf 与 D 所查得的 ρf 比较，若计算值与实 21 际值相差不大且略小于实际值， 际值相差不大且略小于实际值，可以确定 D 为中间套管 21 的初选点，否则，重新进行试算。 的初选点，否则，重新进行试算。 一般情况下，在新探区，取以上（ ）、（ ）、（2） 一般情况下，在新探区，取以上（1）、（ ）两 的较大值。 种条件下的 D 的较大值。 21
：最小地层孔隙压力所处的井深，m （当有多个最小 最小地层孔隙压力所处的井深， 地层压力点时，取最大井深） 地层压力点时，取最大井深） • 若 ∆P < ∆P ，则确定 D 为中间套管的下入深度 D 。 21 2 N • 若 ∆P > ∆P ，则中间套管应小于初选点的深度，需根据压 则中间套管应小于初选点的深度， N 差卡钻条件确定中间套管的下深。 差卡钻条件确定中间套管的下深。 求在压差 ∆P 条件下所允许的最大地层压力为： N 条件下所允许的最大地层压力为：
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钻井工程理论与技术复习题1. 静液压力由液柱自身的重力所引起的压力,其大小与液体的密度与液柱的垂直高度或深度有关。
2.静液压力梯度的大小与液体中溶解的矿物或气体的浓度有关。
3.液柱的静液压力随液柱垂直高度的增加而增加 4．上覆岩层压力地层某处的上覆岩层压力是该处以上的岩石基质和岩石孔隙中流体的总重力所产生的压力。
5.上覆岩层压力随深度增加而增大。
6.地层压力指岩石孔隙中的流体所具有的压力，亦称地层孔隙压力。
7.异常高压超过正常地层静液压力的地层压力(Pp >Ph)称为异常高压。
异常低压低于正常地层静液压力的地层压力(Pp <Ph)称为异低压8. 异常地层压力地层压力大于或小于正常地层压力。
9.基岩应力是由岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压力，称为基岩应力。
10.异常低压是压力梯度小于0.00981MPa/m11.正常的流体压力体系可以看成是一个水力学的“开启”系统。
12.异常高压被公认的成因只要有沉积压实不均、水热增压、渗透作用和构造作用等。
13.与正常压实的地层相比，欠压实地层的岩石密度低，孔隙度大。
14.地层压力预测典型的方法有地震法、声波时差法、页岩电阻（电位）法。
15.在正常地层压力井段，随着井深增加岩石的孔隙度减小，声波速度增大，声波时差减小。
16.地层压力监测常用的方法有dc指数法、d指数法、页岩密度法、标准化钻速法。
17.机械钻速会随井深增加而减小，d指数随井深增加而增大。
18.地层破裂压力概念能够使井下一定深度出露的地层承受流体压力的能力是有限的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂的压力称为地层破裂压力。
19.层理是指沉积岩在垂直方向上岩石成分和结构的变化。
20.页理是岩石沿平行平面分裂为薄片的能力。
21.岩石的孔隙度为岩石中孔隙的体积与岩石体积的比值。
22.物体在外力作用下产生变形，外力撤除以后变形随之消失，物体恢复到原来的形状和体积的性质为弹性变形，当外力撤除后变形不能消失的为塑性变形。
23.岩石在一定条件下受外力的作用而达到破坏时的应力称为岩石在这种条件下的强度。
24.岩石强度的大小取决于岩石的内聚力和岩石颗粒间的内摩擦力。
25.影响岩石强度的因素自然因素为岩石的矿物成分、矿物颗粒的大小、岩石的密度和孔隙度。
26.岩石的强度一般情况下随着埋藏深度的增加而增加。
27. 抗拉强度＜抗弯强度≤抗剪强度＜抗压强度28.随着围压的增大，岩石由脆性向塑性转变，且围压越大，岩石破坏前呈现的塑性也越大。
29.塑性系数为岩石破碎前耗费的总功与岩石破碎前弹性变形功的比值。
30.硬度的概念岩石抵抗其它物体表面压入的能力31.硬度只是固体表面的局部对另一物体压入或侵入时的阻力，而抗压强度是固体抵抗固体整体破坏时的阻力。
32.增大围压一方面增大岩石的强度，另一方面也增大岩石的塑性，统称“各向压缩效应”。
33.在一定的液柱压力下岩石从脆性破坏转为塑性破坏。
34.随着井的加深或钻井液密度的增大，钻速的下降不仅是由于岩石硬度的增大，而且也由于岩石塑性的增大。
35.岩石的研磨性表现在对钻头刃部表面的磨损即研磨性磨损 36.岩石的可钻性是岩石抗破碎的能力37.钻头的工作指标钻头进尺、钻头工作寿命、机械钻速、单位进尺成本 38.刮刀钻头的结构上钻头体、下钻头体、刀翼、水眼。
39.刮刀钻头破碎塑脆性岩石的过程为：碰撞→压碎及小剪切→大剪切。
40.牙轮钻头上使用的硬质合金是碳化钨——钴系列硬质合金 41.牙轮钻头轴承由牙轮内腔、轴承跑道、牙掌轴颈、锁紧元件等42.滚动轴承结构：滚柱—滚珠—滚柱—止推和滚柱—滚珠—滑动一止推滑动轴承结构：滑动—滚珠—滑动—止推及滑动—滑动（卡簧）—滑动—止推 43.牙轮钻头的工作原理①牙齿的公转和自转②钻头的纵向振动及对地层的冲击、压碎作用③牙齿对地层的剪切作用④牙轮钻头的自洗44.牙轮超顶产生滑动滑动速度随超顶距的增加而增加45.金刚石钻头为无活动部件的整体式钻头。
由钻头体、冠部、水力结构、保径、切削刃等部分组成 46.人造金刚石材料主要有聚晶金刚石复合片（PDC）和热稳定聚晶金刚石复合片（TSP） 47.TSP的耐磨性高于PDC ，抗冲击能里力强 48.牙轮钻头选型的原则及应考虑的问题①地层的软硬程度和研磨性②钻进井段的深浅③易斜地层④软硬交错地层49.金刚石材料钻头的钻压低于牙轮钻头50.TSP钻头适合与在具有研磨性的中等至硬地层钻井，PDC钻头适用于软到中等硬度地层 51.金刚石钻头不同冠部形状分类：双锥阶梯型、双锥型、B型、脊圈式B型。
52.复合片在钻头上安装时，具有后倾角α和侧倾角β。
钻柱是由方钻杆、钻柱段和下部钻具组合三大部分组成。
下部钻具组合主要是钻挺，也可以安装稳定器、减震器、震击器、扩眼器及其它特殊井下工具。
常用的加厚形式有内加厚(a)、外加厚(b)、内外加厚(c)三种. 丝扣连接条件：尺寸相等，丝扣类型相同，公母扣相匹配。
钻杆接头类型：内平（IF）、贯眼（FH）、正规（REG）。
内平式：主要用于外加厚钻杆。
特点是钻杆通体内径相同，钻井液流动阻力小；但外径较大，容易磨损。
方钻杆上端至水龙头的连接部位的丝扣均为左旋丝扣（反扣），方钻杆下端至钻头的所有连接丝扣均为右旋扣（正扣）。
贯眼式：主要用于内加厚钻杆。
其特点是钻杆有两个内径，钻井液流动阻力大于内平式，但其外径小于内平式。
正规式：主要用于内加厚钻杆及钻头、打捞工具。
其特点是接头内径加厚处内径管体内径，钻井液流动阻力大，但外径最小，强度较大。
稳定器类型：旋转叶片型（旋转叶片、直叶片）、不转动套、滚轮。
钻柱的旋转运动形式：（1）自转（2）公转（3）公转与自转的结合垂直井眼中钻柱的中性点高度：中性点是钻柱受拉与受压的分界点（钻柱上轴向力等于零的点）。
设计钻铤长度不能小于中性点高度，也就是说钻铤的浮重不能小于钻压，这就是所谓的“浮重原则”。
典型钻柱的设计举例（1）设计参数①井深:5000m;②井径:215.9mm(8-1/2in); ③钻井液密度:1.2g/cm3; ④钻压:180kN; ⑤井斜角:3°;⑥拉力余量:200kN(本例假设); ⑦卡瓦长度:406.4mm;⑧安全系数：1.30(本例假设)。
（2）钻铤选择：①选用外径158.75mm(6-1/4in)、内径57.15mm(2-1/4in)钻铤，每米重力qc=1.35kN/m。
②计算钻铤长度:式中: ─最大钻压,180 kN; ─安全系数,取 =1.18;─每米钻铤在空气中的重力,1.35 kN/m；─浮力系数,计算得 =0.85; ─井斜角, =3°。
计算得： =180×1.18/1.35×0.85×cos3°=185(m) 按每米钻铤10m计，需用19根钻铤,总长190m。
（3）选择第一段钻杆（接钻铤）①选用外径127mm、内径108.6mm，每米重284.69N/m，E级新钻杆，最小抗拉载荷=1760KN。
②最大长度计算:最大安全静拉载荷为:Fa1=0.9Fy /St=0.9×1760/1.30=1218.46(kN) Fa1=0.9Fy /(σy/σt) =0.9×1760/1.42=1115.49( kN)Fa1=0.9Fy -MOP =0.9×1760-200=1384(kN)由上面的计算可以看出,按卡瓦挤毁比值计算的最小，则第一段钻杆的许用长度为： =1115.49/284.69×10-3×0.856-190×1.35/284.69×10-3=3675(m) （4）选择第二段钻杆①选用外径127mm,内径108.6mm，每米重284.69N/m，X-95级新钻杆，最小抗拉载荷为=2229.71 kN。
②最大长度计算: 最大安全静拉载荷计算如下: Fa2 =0.9×2229.71/1.30=1543.645(kN) Fa2 =0.9×2229.71/1.42=1413.196(kN) Fa2 =0.9×2229.71-200=1806.739(kN) 那么，第二段钻杆的最大允许长度为： =1413.196/287.69×10-3×0.856-.35×190 +284.69×10-3×3675/284.69×10-3 =1221(m) 钻柱总长已超过设计井深。
C2 —称为牙齿磨损系数,与钻头齿形结构和岩层性质有关,由现场数据统计得到。
水力净化能力通常用水力净化系数 CH 表示,其含意为实际钻速与净化完善时的钻速之比. 即：压差影响系数：实际钻速与零压差条件下的钻速之比钻速方程（修正杨格模式）其中：vpc —钻速,m/h； W —钻压,kN； M —门限钻压,kN； n —转速,r/min λ—转速指数； C2—牙齿磨损系数； CH —水力净化系数； Cp—压差影响系数； h —牙齿磨损相对高度； KR —地层可钻系数。
当钻压等于Z2／Z1时,牙齿的磨损速度无限大。
Z2／Z1是该尺寸钻头的理论极限钻压。
牙齿磨损速度方程：式中：Af 称为地层研磨性系数. 需根据现场钻头资料统计计算确定。
轴承磨损量用B表示。
轴承磨损速度用dB/dt表示。
式中：b称为轴承工作系数，与钻头类型与钻井液性能有关，现场资料确定。
衡量钻井技术经济效果的标准：其中: C pm—单位进尺成本，元/m；C b—钻头成本，元/只；Cr—钻机作业费，元/h； tt—起下钻、接单根时间，h； t—钻头工作时间,h； H----钻头总进尺,m。
J的物理意义：牙齿磨损量 h=0（新钻头）时的初始钻速.PmpeVVS的物理意义：牙齿磨损量 h =0 时牙齿的初始磨速。
它的倒数相当于不考虑牙齿磨损影响时的钻头理论寿命。
E的物理意义：考虑牙齿磨损对钻速和牙齿磨损速度影响后的进尺系数。
它是牙齿最终磨损量的函数。
J/S的物理意义：不考虑牙齿磨损影响时的理论进尺。
射流的扩散角：射流纵剖面上周界母线的夹角称为射流扩散角（如图4-13中的α）。
射流扩散角α表示了射流的密集程度。
显然，α越小，则射流的密集性越高，能量就越集中。
速度分布规律在射流轴线上①在喷嘴出口断面，各点的速度基本相等，为初始速度。
②射流中心部分保持初始速度流动的流束，称为射流等速核。
③等速核长度与喷嘴直径和流到形状有关。
在等速核以内，射流轴线上的速度等于出口速度；超过等速核以后，射流轴线上的速度迅速降低。
射流轴线上的速度衰减规律④在射流任一横截面上，射流轴心上的速度最高，由中心向外速度很快降低，到射流边界上速度降为零。
射流对井底的清洗作用：（1）射流的冲击压力作用（2）漫流的横推作用)1ln(2221221ffhCCCChCCE ESJH射流水力参数包括：1. 射流喷射速度2. 射流冲击力3.射流水功率钻头水力参数是射流水力能量和喷嘴损耗能量的综合反映，包括钻头压力降和钻头水功率。