钻井工程理论与技术第六章
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
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 第六章 油气井压力控制
pa a gD
a --环空压降的当量泥浆密度。
(6)含岩屑钻井液的压力增加值 (7)井底有效压力 正常钻进时：
pr gr D
phe ph pa pr phe ph pr psb 起钻时： phe ph pr psg 下钻时： 最大井底压力： phemin ph pr psb 最小井底压力： phemax ph pa pr psg
2、欠平衡压力钻井方式
(1)空气钻井 采用空气作为循环介质； 基本工序：
用大功率压风机将压缩空气经钻柱打入井内，从钻头喷嘴喷出。高 速气流冲洗井底并携带岩屑返到井口。井口配置旋转控制头(旋转防喷器)， 用以封闭环形空间，携带岩屑的气流从旋转控制头下面的排放管线排出。
优点：
显著提高机械钻速；保护油气层；解决 井漏问题。
(6)起钻时灌不进泥浆或泥浆灌入量少于正常值；
(7)停止循环时，井口仍有泥浆外溢。
第二节 地层流体的侵入与检测
25
第六章 油气井压力控制
三、地层流体侵入的检测
2、地层流体侵入井眼的检测方法
(1)泥浆池液面检测
利用泥浆池液面传感器。 (2)钻井液返出流量检测 利用泥浆出口流量计
超声波池体积传感器
Psb gSb D
Psg gSg D
Sb——抽汲压力的当量泥浆密度(抽汲压力系数)。 一般 Sb=36～80.kg/m3。 Sg——激动压力的当量泥浆密度(激动压力系数)。 一般 Sg=24～100 kg/m3。
第一节 井眼与地层压力系统
9
第六章 油气井压力控制
一、井眼与地层压力体系
1、井眼内的各种压力
10
第一节
陈庭根、管志川主编,钻井工程理论与技术,石油大学出版社,2000
工程硕士入学考试?石油工程综合测试?大纲〔油气井局部〕主要内容：第一章钻井的工程地质条件地下各种压力的概念、地层压力与地层破裂压力、岩石的工程力学性质第二章钻进工具常用钻头钻头类型、构造、工作原理、使用方法钻柱的组成、功用、钻柱的受力分析、设计方法第三章钻井液钻井液的作用、组成与分类；钻井液的主要性能、主要固控制方法与设备第四章钻进参数优选钻井过程中各参数间的关系、钻速方程、机械破岩钻进参数优选方法、水力参数优化设计方法第五章井眼轨道设计与轨迹控制井眼轨迹的根本概念、轨迹测量及计算、直井防斜技术、定向井眼轨道设计、定向井造斜工具及轨迹控制第六章油气井压力控制与井控井眼与地层压力系统、平衡与欠平衡钻井、地层流体侵入控制第七章固井与完井井身构造的概念与设计方法、套管柱载荷分析与设计方法、注水泥技术、常用完井方法第八章井下复杂情况与事故处理常见的井下复杂情况类型、相应事故处理方法参考书：主要考察学生对油气田开发过程中的各研究对象及工艺流程、设备等内容的理解和掌握程度，主要内容包括油气藏及流体的物理性质、采油〔气〕工程和油气田开发过程中各工艺环节的根本概念、根本技术原理、设备及其功用、主要工艺流程等，进步油气开采技术的根本方法和原理等。
主要考试内容绪论油气田开发的根本概念、任务、目的、根本方法和系统组成。
第1章油层物理根底油藏流体的物理性质；储层岩石的物理性质；含多相流体的储层岩石的渗流机理。
第2章油藏工程根底油气田开发概论；油气田开发动态分析；油气田开发调整。
第3章完井与试油油气井完井方式；试油；油气层保护。
第4章油气井的流入动态、井筒多相流及气体井筒流动油气井的流入动态及其应用；井筒多相流的流动构造；滑脱损失；气体井筒流动。
第5章自喷与气举采油自喷井的流动过程；自喷的条件和产量；自喷井的管理；气举原理、分类。
第6章有杆泵与无杆泵采油有杆泵的根本装置和原理；泵的分类及根本原理、泵效的计算、影响因素及进步泵效的措施；无杆泵采油的分类、根本装置和原理。
钻井工程理论和技术
Fa Fp MOP
从三者中取最低者最为最大安全静拉力，据此计算钻杆柱 的最大允许长度
目录
1 钻井工程地质条件 2 钻进工具 3 钻进的参数优选 44 固井和完井技术
影响钻速的主要因素及钻速方程
影响钻速的主要因素：
1. 岩石可钻性 2. 钻头类型 3. 钻压 4. 转速 5. 钻头齿磨损量 6. 水力因素 7. 钻井液性能
钻 头（Drill Bit)——刮刀钻头
刮刀钻头（Drag Bit）
（一）刮刀钻头的结构
上钻头体、下钻头体（分水帽）、刀翼、水眼。
刀翼
图2-1 刮刀钻头结构
•三刀翼的称作三刮刀 钻头 •两刀翼的称作两刮刀 钻头或鱼尾刮刀钻头 •四刀翼的称作四刮刀 钻头
钻 头（Drill Bit)——刮刀钻头
（二）刮刀钻头的工作原理 刮刀钻头主要以切削作
由液柱自身的重力所引起的压力
ph 0.0098hl1
Gh 0.00981
p h —— 静液压力，MPa;
—— 液体密度，淡水：1.0g/cm3； 盐水：1.05g/cm3； h l —— 液柱的垂直高度，m。
G h —— 静液压力梯度 ，MPa/m； 淡水：0.00981MPa/m；盐水：0.0105MPa/m。
金刚石钻头
天然金刚石钻头
胎体PDC钻头
金刚石钻头
（切削齿材料）
人造金刚石
聚晶金刚石复合片 （简称PDC）
钢体PDC钻头
热稳定聚晶金刚石（简称TSP）
第二章 钻进工具 §2-1 钻 头（Drill Bit)——金刚石钻头
金刚石钻头
（一）金刚石钻头的结构
金刚石钻头为无活动部件的整体式钻 头。由钢体、胎体（冠部和保径部分）、 水眼及水槽、金刚石切削刃等部分组成。
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。
钻井与完井工程教材第六章
s in B s in B
c os B s in B
B cosB
将代入式得到：
cos sinA cosA sin BcosB sinA sinA sinB sinB cosA cosB
cos cosA cosB sinA sinB cos(B A)
由此解得：
cos 1[cos A cos B sin A sin B cos(B A )]
第六章、井眼轨迹设计与控制 第一节、概述
当今的科学技术提供了预测地下油气藏位置的手段，而从地面确定位置到地下确定油气 藏通道的建立，只有通过钻井工程来达到。钻井工程的钻进原理前面的章节已经阐述，本章 要解决的问题是如何来设计这一条通道的轨迹以及如何控制钻进过程，使实际钻进路径和设 计轨迹一致。一种情况是：当地面井口位置就在地下油气藏的正上方，采用铅直井井眼轨迹 设计，此时设计的轨迹就是从地面井口位置到地下油气藏的一条铅直线，轨迹控制的问题是 如何防止实钻轨迹过大地偏离出铅垂线（这一过程称为“井斜控制”）。另一种情况是：当地 面井口位置不在地下油气藏的正上方或钻井目标有特殊要求，将按专门的钻井目的和要求设 计对应的井眼轨迹，并在钻进过程中一直进行井眼轨迹控制，使井眼沿预先设计的井眼轨迹 钻达预定目标。工程上把第一种情况的井称为直井，第二种情况的井称为定向井或根据目标 和轨迹的情况分为丛式井、侧钻井、水平井、大位移井、分支井等。
定向井的应用范围广阔： 1．地面限制。油田所处地面不利于或不允许设置井场钻井或搬家安装受到极大障碍。如 房屋建筑、城镇、河流、沼泽、高山、港口、道路、海洋、沙漠等地面条件限制。
图 6-1 定向井在油气田勘探开发中的应用 a-勘探海底油田；b-海上钻井利用平台；c-控制断层；d-地面条件限制； e-盐丘附近钻井；f-增大出油量；g-多底井；h-救援井
《钻井与完井工程》复习资料
《钻井与完井工程》复习资料1、钻井的定义：利用机械设备，将地层钻成具有一定深度的园柱形孔眼的工程。
2、各类井型：(1)地质基准井＜参考井＞:为了了解地层的沉积年代、岩性、厚度、生储盖层组合，并为地球物理勘探提供各种参数所钻的井。
(2)预探井:要紧上为探明油田面积，油水边界线，为油田运算可靠工业储量提供资料所钻的井。
(3)详探井:在已证实有工业开采价值的油田上，为确定油层参数，查明油田地质特性，为油田开发做好预备的井，这种井在油层部位要求全取心。
(4)生产＜或开发＞井:在已探明储量，有开采工业价值的油田构造上钻产油产气井(5)注水＜气＞井:为了提升采收率，达到稳产所钻的井。
注水注气的要紧目的是为了给地层提供生产油气所必须的能量。
第二章井身结构设计1、井身结构定义：套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸(钻头尺寸)与套管尺寸的配合。
2、三压力：(1)地层压力(FormationPressure)PP:是指作用在岩石孔隙流体(油气水)上的压力，也叫地层孔隙压力。
(2)地层破裂压力(FracturePressure)Pf:在井中，当地层压力达到某一值时会使地层破裂，那个压力称为地层破裂压力。
(3)地层坍塌压力(CavingPressure)Pc:当井内液柱压力低于某一值时，地层显现坍塌，我们称那个压力为地层坍塌压力。
P=0.00981p H(MP)ha3、静液柱压力(Hydrostaticpressure)Ph：由液柱重力引起的压力。
4、上覆岩层压力P0(OverburdenPressure)：某处地层的上覆岩层压力是指覆盖在该地层以上的地层基质(岩石)和孔隙中流体(油气水)的总重力造成的压力。
5、压力梯度：单位高度(或深度)增加的压力值。
6、有效密度(当量密度)：钻井液在流淌过程中有效地作用在井内的压力为有效液柱压力，通过有效压力换算得到的液体密度称为当量密度(ECD)。
7、DC指数法推测地层压力的原理：机械钻速随压差的减少而增加。
钻井工程专业知识
第一章钻井的工程地质条件1.钻井的工程地质条件：与钻井工程有关的地质因素的综合。
2.静液压力：液柱自身的重力所产生的压力。
3.上覆岩层压力：该处以上地层岩石基质和孔隙中流体的总重力所产生的压力。
4.地层孔隙压力/地层压力：岩石孔隙中的流体所具有的压力。
5.基岩应力：岩石骨架所承担的部分压力。
6.声波时差法：通过测量声波在不同地层中传播的速度可识别地层岩性、判断储集层、确定地层孔隙度和计算地层孔隙压力。
7.声波时差法原理：8.Dc指数法：机械钻速法，只考虑压差的影响，机械钻速随压差的增大而减小。
9.Dc指数法原理：10.泊松比：水平应力与垂直应力之比。
11.地层坍塌压力：钻井液密度过低，井壁应力将超过岩石的抗剪强度而产生剪切破坏（井眼坍塌扩径、屈服缩径），此时的井眼液柱压力即为地层坍塌压力。
12.三轴应力条件下，岩石力学性质：随着围压的增大，岩石表现出从脆性向塑形的转变，并且围压越大，岩石破坏前所呈现的塑形也越大。
13.岩石的可钻性：岩石抗破碎的能力。
14.岩石的研磨性：岩石磨损钻头的能力。
15.硬度与抗压强度的区别：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，抗压强度则是固体抵抗固体整体破坏时的阻力。
第二章石油钻机及钻井工具1.石油钻机：用来进行油气勘探、开发的成套钻井设备，是由多种机器设备组成、具有多种功能的联合工作机组。
八大系统：动力驱动系统、传动系统、提升系统、旋转系统、钻井液循环系统、控制系统、钻机底座、辅助设备系统。
三种能力：起下钻能力、旋转钻进能力、循环洗井能力。
2.钻柱：钻头以上、水龙头以下部分工具的总称，其主体包括方钻杆、钻杆、钻铤、转换接头及稳定器等井下工具。
3.中性点：钻柱上轴向力等于0的点（N点）。
4.钻铤：与钻杆相比，钻铤的主要特点是壁厚大，具有较大的重量和刚度，可承受较大的轴向压力而不发生弯曲。
5.钻铤的作用：a.给钻头施加钻压；b.保证压缩条件下的必要强度；c.减轻钻头的振动、摆动和跳动等，使钻头工作平稳；d.控制井斜。
石油工程概论 ：第六章 油气钻井方法及工艺
(4)为全自动化控制提供了很好的条件；
(5)具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。
第二节 钻井类型
井的类型：由于钻井的目的、要求不同而产生的
1.探井 通过钻井而达到探明地质情况，获取地下地 层油气资源分布及相应性质等方面资料的井
为编制油气田开发方案，或在开发过程中为某些专题研究 取得第一手资料数据而钻的井
2.开发井 以开发为目的，为了给已探明的地下油气提供通道， 或为了采用各种措施使油气被开采出来所钻的井
油气井 为开发油气田，用大中型钻机所钻的采 油、采气井，也叫生产井。
注入井 为合理开发油气田，提高采收率及开发 速度，用以对油气田进行注气、注水以 补充和合理利用地层能量所钻的井。
及液、气压控制机构组成。 (2)功能：
控制井内的压力，防止地层流体无控制地流入井中。
十大件 钻 井架 天车 游动滑车 大钩 水龙头
井
现 转盘 绞车 泥浆泵 柴油机 传动装置
场
第四节 钻井工具
井下钻具 井口工具
一、井下工具
岩屑、泥土混合成泥水浆 积累到一定量
提出钻头 下捞砂筒
捞出井内的泥水浆
暴露新井底
设计井深
图6－1 顿钻钻井示意图
2.特点 优点： 起、下钻费时少，设备简单
缺点： (1)破碎岩石，取出岩屑的作业都是不连续的； (2)钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢； (3)不能进行井内压力控制； (4)只适用于钻直井。
③井底动力钻具的动力是由电源或地面泥浆泵提供的、 通过钻柱内孔传递到井下的具有一定动能和压力的洗井 液流体或交流电。
三、连续管钻井法(柔杆钻井法)
1.工艺过程
钻井与完井工程(第一至第四章)
(a)脆性岩石
(b)塑脆性岩石
(c)塑性岩石
W 硬度： p y A
屈服极限： 0 W0
A
AF 面积OABC 塑性系数：k AE 面积ODE
第二节 岩石的研磨性与可钻性
一、岩石的研磨性
岩石研磨性概念：钻井过程中，钻井工具和岩石产生连续的或间歇的接触
和摩擦，从而在破碎岩石的同时，这些工具本身也受到岩石的磨损而逐渐变钝甚 至损坏。岩石磨损这些材料的能力称为岩石的研磨性。 研磨性磨损是由钻头工作刃与岩石相摩擦的过程中产生微切削、刻划、擦痕等 所造成，属表面磨损。这种研磨性磨损除了与摩擦副材料性的性质（如化学组成和 结构）有关外，还取决于摩擦的类型和特点、摩擦表面的形状和尺寸（如表面粗糙 度）及摩擦面的介质等因素。研磨性磨损是一个十分复杂的问题。
σ σ =σ
1
σ
1
2
3
σ
3
σ
(a)液压作用下的压（拉）试验 （常规三轴试验） σ
1
2
(b)用三个液缸的柱塞进行的 三面压缩试验（真三轴试验） σ
1
σ
σ
2
3
(c)液压作用下的压扭试验
(d)液压作用下的两面柱塞 压缩试验
σ
1
σ
3
（a）压缩试验
（b）拉伸试验
常规三轴试验
P=σ
1
=σ
2
τ
2. 三轴应力下岩石的强度和变形的特点
由岩石可钻性概念和研究方法可知，岩石可钻性会因条件不同，所以实际应用时就有一定 的困难。如果设法固定工作条件，使可钻性指标只反映岩石破碎难易程度，有可能就能克 服应用时的问题，采用微钻头可钻性是行之有效的研究方法。 所谓微钻头岩石可钻性是指在室内固定测试条件下，通过微钻头模拟试验，将所测得 的微钻头指标称之为微钻头岩石可钻性或条件可钻性。我国钻井界目前广泛采用的岩石可 钻性测定仪为华东Ⅲ型微钻头测定仪。测试条件为：钻压W＝889.7牛，转速N＝55转／分， 钻头直径D＝31.75毫米（它是由八片厚2.5毫米硬质合金材料组成的，硬度为HRC ≌ 58）。 实测记录钻孔深度H为2.4毫米所需的时间。测量精度要求控制在测量仪器本身允许的误差 范围以内。 由测量值表示的钻速公式可知，当以钻速作为可钻性指标时，钻进速度V与测量钻进深度 H和钻进时间T之间的表达式为：
钻井工程6油气井压力控制
安全钻井的压力平衡条件： pp phe pf
phe pp ， 地层流体侵入井眼；
phe= pp ，
平衡压力钻井；
phe pf ， 压裂地层，发生井漏；
phe pb pf ，过平衡压力钻井；
phe pp ， 地层流体有控制地进入井眼，欠平衡压力钻井。
一、油气井压力控制的基本概念
井控技术：主要是及时发现溢流并在保证井底压力略高于地 层压力的条件下，有效地排除溢流（即是说，怎样用泥浆柱 压力平衡地层压力；当平衡被破坏，又怎样恢复平衡）。包 括井控工艺和井控装置技术。 溢流：井下关系失去平衡，表现为地层压力大于井底压力时 ，地层流体进入井筒的现象。 井涌：是井喷的一种轻微表现形式，指井内钻井液涌出喇叭 口或转盘面上的情形，是溢流发展到一定程度的表现形式。 井喷： 地层流体（油、气、水）无控制的流入井筒并喷出地 面，通常指井内流体喷至转盘面以上一定高度或通过放喷管 线放喷的情形。或从高压层无控制的流入低压层的现象。
第三节 地层流体侵入控制----关井与压井
控制溢流主要包括两个步骤：
1、阻止地层流体继续侵入井眼——关井 2、用具有合适密度的钻井液将受污染的钻井液循环出井 眼，重新建立地层与井眼系统的压力平衡——压井。
关井：
利用井口防喷器将井口关闭，井口防喷器产生的回压与环空泥 浆液柱压力之和平衡地层压力，阻止地层流体的继续侵入。
在溢流速度不高或者井口装置承压能力较高的情况下，可使用 “硬关井”，否则，应选择“软关井”或“半软关井”。 推荐采用“半软关井”。
（三）关井步骤（以半软关井为例）
1、钻进时发生井涌
（1）立即停止钻进，发出报警信号，停转盘、停泵； （2）上提方钻杆到钻杆接头露出转盘面； （3）适当打开节流阀； （4）关防喷器— 先关环型、再关闸板； （5）关节流阀，试关井，注意套压不能超过极限套压； （6）及时向队长和钻井技术人员报告； （7）认真记录关井立压、关井套压和泥浆池增量。
石油钻井工程基础知识
• 四）、固相含量与钻井的关系
• 钻井液中固相含量越低越好，一般控制 在0.5％以下。固相含量过大，有以下危 害：
• 1、固相含量高，钻井液柱压力大，钻速 降低。
• 2、固相颗粒愈细对钻速影响愈大，而且 深入油层会造成永久性堵塞，油气层受 损害严重。
• 3、固相含量高、滤失量大时，泥饼必然 厚，摩阻系数增大，因而易引起井下复 杂情况的发生。
l 荧光录井的方法
• ⑴ 岩屑干照法。
• ⑵ 点滴分析法。
• 5、气测录井
l 概念：用气测仪器通过直接测定钻井 液中气体含量，从而判断油气层的过程 叫做气测录井。
• 三、地球物理测井
• 1、 电法测井
• 是通过研究井下岩层及所含流体的电学 性质，进而研究岩层的岩性、储油物性 和含油性的方法。
• 2、 声波测井
• 2、通过PH值的变化，可以预测井下情况。 如盐水侵、石膏侵、水泥侵等都会引起 PH值的变化。
• 二、有机处理剂
• 一）、稀释剂（降粘剂）
• 稀释作用主要是通过稀释剂分子在粘土 颗粒某些部位的吸附，改变粘土颗粒的 表面水化状态，减弱或拆散钻井液内部 的网状结构来达到稀释的目的。
• 1、单宁碱液：代号NaT
石油钻井工程基础知识
• 第一章、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。
4、发挥水力效能，传递动力，冲击井底， 帮助钻头破碎井底岩石，提高钻井速度。
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美国1859年8月在宾夕法尼亚洲泰特斯维尔小镇才打了 一口20m深的油井，也就是所谓的世界上的第一口油 井；
前苏联在1863年才打出20m深的井。
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二、钻井技术的发展
2．钻井方法的发展
（1）人工掘井：1521年之前 （2）人力冲击钻：1521～1835
2004年10月取得教师任职资格证并从事钻井井控技术培训 工作。
2005年9月渤海石油职业学院从事钻井工程理论与钻井实习 教学。
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钻井工程课件
主要参考书：
1.《钻井工艺原理》（上、中、下），石油工业 出版社，刘希圣教授主编。
2.《钻井工程理论与技术》石油大学出版社，陈 庭根与管志川教授编著。
二、钻井技术的发展
绪论 钻井技术的发展
1、钻井的发展史
2100多年前，中国就开始了钻井，应用的是顿钻钻井 方法，这是在四川自贡，目的是为了获得地下的盐。
1521年钻盐井偶得石油，这是我国的第一口油井。
1835年在四川钻成了一口天然气井——兴海井，井深 达1200m，是当时世界上最深的井
到1820年，及鸦片战争前夕，钻井深度突破1000米，
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） 特殊用途井：检查井、观察井、调整井、
救援井等。
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绪论
一、石油钻井概述 石油钻井概述
基准井：在区域普查阶段，为了了解地层的沉积特征和
含油气情况、验证物探成果而钻的井。
剖面井：是为了研究地层岩性、岩相变化，为寻找含油
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钻井工程课件
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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
4.欠平衡压力钻井方式 ：
3.钻井液静液柱压力 ph 9.81103 d D
4.环空循环压降
Δpa
=
0.57503ρm0.8
μ Q 0.2 1.8 pv
(Kp
+
Kc)
5.井内波动压力
抽吸压力： Psb 9.81103 sbD，sb 0.036 ~ 0.08g / cm3 激动压力： Ps g 9.81103 sg D，sg 0.024 ~ 0.1g / cm3
第二节 溢流的侵入及其检测
一、溢流的概念
1. 油、气、水侵 油、气、水侵入钻井液，使其性能变坏的过程。
2.溢流 当井底压力小于地层压力时，地层流体侵入井内，使井口返
出的钻井液量大于泵入量，停泵后钻井液从井口自动外溢的现象 3.井涌
溢流的进一步发展，在循环或者停泵后，钻井液涌出井口的 现象。 4. 井喷
二、安全钻井的压力平衡条件： PP PbPf
pbpp ， 地层流体侵入井眼； pb=pp ， 平衡压力钻井； pbpf ， 压裂地层，发生井漏； pppbpf 过平衡压力钻井； pbpp, 地层流体有控制地进入井眼，欠平
衡压力钻井
三、平衡压力钻井
1.概念
在有效地控制地层压力和维持井壁稳定的前提下，尽可能 降低钻井液密度，使钻井液液柱压力刚好平衡或略大于地层压 力，达到解放钻速和保护油气层的目的。这种钻井方法称为平 衡压力钻井。
(1)空气钻井
采用空气作为循环介质； 基本工序：用大功率压风机将压缩空气经钻柱打入 井内，从钻头喷嘴喷出。高速气流冲洗井底并携岩返 至井口。井口配置旋转控制头（旋转防喷器），用以 封闭环形空间，携带岩屑的气流从旋转制头下面的放 管线排出。
特点：适用于干燥、低渗透、高水敏性、易漏失地 层。能明显提高钻速，但遭遇碳氢化合物容易引起爆 炸，地层水进入井眼，携岩困难。
(2)雾化钻井
主要特点：在空气中渗入水或轻质钻井液，自钻头 喷嘴喷出后形成雾状流体，冲洗井底和携带岩屑； 主要优点：不易着火和爆炸；有少量底层水进入井 眼也能有效携带岩屑。
(3)泡沫钻井
主要特点：采用稳定泡沫作为循坏介质进行钻井。 稳定泡沫由气体（氮气或CO2）、液体和表面活性剂配 制。 主要优点：密度低，年度和切力高，携岩能力强。
6.环空内岩屑重力在井底引起的附加压力
pr 9.81103 r D
7.井底有效压力：
正常钻进时： pb= ph+pa +pr
起钻时：
pb= ph +pr -psb
下钻时：
pb= ph +pr +psg
最大井底压力：pbmax =ph +pa+psg+pr
最小井底压力：pbmin=ph+pr -psb
井控的分类 一级井控：利用钻井液密度，建立井内压力平衡。 二级井控：发生溢流后，利用井口防喷器憋回压后压井，恢 复井内压力平衡。
三级井控：井喷后的处理与压力控制。
第一节 井眼—地层系统的压力平衡
一、井眼内的各种压力
1.地层孔隙压力 Pp 9.81 103 p D
2.地层破裂压力 p f = 0.00981ρ f D
地层流体失去控制地喷出地面。
二、地层流体侵入井内的原因
1、地层压力掌握不准，使设计的钻井液密度偏低； 2、地层流体（油、气、水）侵入，使钻井液密度降低； 3、起钻未按规定灌泥浆，或井漏使井内液面降低； 4、起钻速度过快，引起抽吸压力过大，地层流体侵入井
内； 5、停止循环时，环空循环压降消失，使井底压力减小。 统计表明，近70%的井涌或井喷发生在起钻（或起完钻）
过程中。
三、气侵的特点
(4)充气钻井
主要特点：在钻井液中掺入气体，从而降低钻井液 密度。充气钻井液密度可控制在0.45-1.20克/立方厘 米范围内； 主要优点：密度可调范围大；能消除空气钻井可能 引起的井下爆炸；较一次性的泡沫钻井经济；可用于 易出水底层。
(5)边喷边钻
主要特点：采用低密度钻井液，控制井底有效压力 低于底层孔隙压力。 主要优点：适用于底层压力较高的油气藏。