钻井工程理论与技术
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。
浅谈水平井钻井工程的设计与施工技术
工 业 出版 社 ． ２ ０ ０ ５ ．
【 ２ 】 吴竞择 ， 罗肇 丰 ． ９ ０年 代 以 来钻 井技 术 进展 与 发展 趋 势 【 Ｊ Ｊ ＿西 南石 油 学院 学报 ．
摘 要： 水 平井钻 井技 术在 油 气 田的勘探 开 发 中具有 重要 作 用 ， 二 十世 纪 末 ， 水平 井钻 井技 术 得到 迅 速发 展 ，发 挥 出愈 发 重 要 的作 用。 本 文 以水平 井钻 井技 术 的发展 为研 究 重点 ， 首先 分析 了影 响水 平 井采收 率 的影 响 因素 ， 在 此基 础上 ， 结 合现 状 ， 阐
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Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｎ ｅ ｗ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ 技 术
浅谈 水平井钻井工程 的设 计与施工技术
刘 志 杰
（ 塔 里木 油 田 第六 勘 探 公 司 ， 新 疆 维吾 尔 自治 区 塔 里 木 ８ ４ １ ０ ０ ０ ）
一
械能 量 和水力 能 量 ， 井 下钻 具 组 合接 在 套 管 柱下 面 ， 边 钻 进 边 下套 管 ， 完 钻 后 套 管 留在 井 中 ， 直接 固 井完 井 ， 节 约 了投 资 ， 缩 短 了钻井 时间 。随 着 发展 ， 出现 了尾管 钻
技 术 广泛 应用 于 油 气藏 开 发 中 。例 如 ， 胜 利油 田中水 平井 钻 井技 术 的应 用 ： 胜 利 油 田属 复式 油 藏 ， 断层 纵 横 ， 构 造 复 杂 长期 以来 因 为油 藏条 件 复杂 ， 虽然 储 量相 当丰 富， 但很 难 得到 充 分 开发 。经 过 长 时 间 的 科 学研 究 和技 术攻 关 ， 最 终完 成 了 多种 水 平井 钻 井技 术 开采 ，极 大提 高 了采 收 率 。 又 如 四川 各 油 田水 平 井 钻 井 技 术 的应 用 与推广； 四川 属水 平 井钻 井 技术 起 步 较早 地区 ， 从２ Ｏ世 纪 中期 开 始 ， 经过 不 断 的科 研 攻关 及 技术 运 用 ， 推广 到新 疆 、 青海 、 辽 河、 冀东 、 泰 国等 地 ， 完成 了多 口各 种 类 型 水平井钻井 、 完井 技 术 ， 都 取得 了 良好 的 经济技 术效 益 。 三、 水 平井钻 井 技术 未来 发展 方 向 我 国 是 继 美 国 和 前 苏 联 之 后 第 三 个 出现 水 平井 的 国家 ， 水 平钻 井 技术 取 得 长 期发 展 。近 年来 ， 世 界 各 国为 了适应 各 种 类 型 油 藏 勘探 开发 的要 求 ，利 用 地 质 导 向系 统 、高效 钻 井 工 具 等 一 系 列 先 进 技 术 ，不 断发展 水平 井钻 井技 术取 得 。目前 看来 ，水平 井 钻技 术 正 向分 支 水平 井 、 大 位移水平井 、 欠平衡水平井 、 套 管 与连 续 油 管 水 平 井 以及 侧 钻 水 平 井 五个 方 向发 展， 为 提 高油 田的勘 探开 发 效 果发 挥 更 大 的作用 。主要体 现在 ： １ 分支 水平 井 。 也 叫多 底井 ， 其组 成 包 括一 个 主 井 眼 和 两 个 或 两个 以 上 的分 支 水平 井眼 。２ ０ 世 纪初 期 ， 分 支井 钻 井理 论 形成 并开 始 不断 发展 ， ２ ０ 世 纪 末 ，得到 迅 速发 展 ， 主要 得 益 于水 平 井完 井 技 术 以及 三维 地震 技 术 的发展 。 ２大位移 水平 井 。指水 平 位移 与 垂 直 深 度之 比大 于 ２的井 。适合 于海 上 油 田和 近海石油的开发 ， 较普通水平井有更长的 钻 穿油 层 ， 能 够更 大 范 围地 探 明储 量 实 际 和控 制含 油 面积 ， 从 而 大 幅度 地 提高 单 井
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。
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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。
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。
钻进工程理论与技术钻井技术及作业教学课件PPT
井喷、井漏、卡钻、钻具事故、井底落物等。
一、井喷
地层流体侵入井眼发生井涌，且失去控制的现象。 井喷的原因与溢流的原因相同。 井喷的处理：地面灭火压井；打救援井压井。
二、井漏及处理
钻井过程中钻井液或水泥浆漏入地层中的现象。
1、井漏的原因及类型
（1）井漏原因
➢井内钻井液液柱压力加大于地层破裂压力。 ➢地层破裂压力低，岩层孔隙度大、渗透性好，或有裂缝、溶洞等； ➢钻井工艺措施不当。如钻井液密度大、压力过高，或开泵过猛以及下 钻速度过快而造成井下压力激动等。
反循环打捞篮
平底铣（磨）鞋
第二节 取心技术
一、取心的目的
•研究地层 •研究生油层 •研究油气层性质 •指导油、气田开采 •检查开发效果
二、钻进取心的几个环节
•环状破碎井底岩石，形成岩心（圆柱体）。 •保护岩心。 •取出岩心。
三、取心钻进的评价指标
四、取心工具
取心钻头；岩心筒；岩心爪。
1、取心钻头
（2）井漏类型
➢渗透性漏失。漏速不大，一般在 10 m3／h以内。 ➢裂缝性漏失。漏速～般为20～ 100 m3／h不等。 ➢溶洞性漏失。漏速一般在 100 m3／h以上，属最严重的井漏。
2、井漏的处理
（1）渗透性井漏的处理
➢降低井下压差；降低钻井液密度，采Байду номын сангаас平衡钻井。
➢适当提高钻井液粘度和切力，以增大钻井液流入地层空隙的阻力。
（6）落物卡钻
2．卡钻事故的处理
（1）上提（键槽卡钻除外）、下放和转动钻具解卡。 （2）浴井解卡。井内泡油、泡盐水、泡酸或采用清水循环。 （3）上击（键槽卡钻除外） 、下击解卡。 （4）倒扣套铣解卡。 （5）爆炸倒扣、套铣。 （6）爆炸、侧钻新井眼。
钻井工程课件
绪论 钻井技术的发展
二、钻井技术的发展
绪论 钻井技术的发展
3．旋转钻井技术的发展
（1）概念时期（1901～1920年）：这个时期内开始将 钻井和洗井结合在一起，并使用了牙轮钻头和注水泥 固套管技术。
（2）发展时期（1920～1948年）：这个时期牙轮钻头、 固井工艺、钻井液等得到进一步发展，同时出现了大 功率钻井设备。
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 气构造而钻的井。
参数井：为了解区域构造，提供岩石物性参数而钻的井。 构造井：为了了解地质构造特征、验证物探成果，并编
制地下某一标准层的构造图。 探井：为了确定油气藏是否存在及其埋藏位置（预探
（1）人工掘井：1521年之前 （2）人力冲击钻：1521～1835
年，是靠人力、捞砂筒、特 殊钻头、悬绳、游梁等来完 成的。 实际上是利用了杠杆原理及 自由落体的下落冲击作用来 钻井的。
特点是：
1）破岩与清岩相间进行。 2）冲击力小，破碎效率低。 3）设备简单，起下钻方便。
绪论 钻井技术的发展
支游 架梁
绪论 石油钻井概述
2．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） 特殊用途井：检查井、观察井、调整井、
救援井等。
绪论
一、石油钻井概述 石油钻井概述
检查井：油田开发到某一含水阶段，为了搞清各油层 的压力和油、气、水分布状况，剩余油饱和 度的分布和变化情况，
钻井与完井工程第一至第四章
二、简单应力 条件下岩石的
强度
主要内容
五、岩石 的抗压入 破碎强度
三、复杂应力条 件下岩石的强度
四、岩石的 弹性
一、岩石的应力—应变曲线 BC段：随着荷载的继续增大，变形和荷载呈非线性关系，裂隙进入不稳定发展状
态，这是破坏的先行阶段。这一段应力-应变曲线的斜率随着应力的增加逐渐减小 到零，曲线向下凹，在岩石中引起不可逆变化。塑性变形阶段。
于破坏面(或剪
切滑动面)的垂
直(法向)压应力
σ
的增加而增大
的。
f C
f tan
库仑剪切强度曲线
1 2
1 3
1 2
1 3
c os2
1 2
1 3
sin 2
三轴应力作用下岩石机械ห้องสมุดไป่ตู้质的变化
一个显著变化是：随着围压的增大，岩石强度极限明显增大，但对
两
于不同的类型的岩石，增大幅度和倍数是不一样的；同时，围压对
直径与最大颗粒尺寸的比值至少营为10：1。因此， 原则上应尽量采用较大直径的试件。建议采用 2.2~2.6厘米直径的试件。
岩石抗拉伸强度
可通过直接和间接抗拉伸强度试验来确定 直接测量：
把岩样加工成拉伸试样，置于材料 拉伸试验机上进行简单应力状态下(或称 单轴抗拉伸状态)的拉伸试验。岩样拉断 时的应力值即为岩石的抗拉伸强度。
用与全尺寸钻头形状相似的微型模拟钻头在一定的钻进参数下与岩石钻 磨，测量给定时间内钻头切削刃的外形磨损，以比较各类岩石的研磨性。
其实质是确定一个转动的金属圆环在岩石表面上相互摩擦时的磨损量， 以此作为度量岩石研磨性的指标。
摩擦磨损法
实验证明，金属环的单位摩擦路程的 磨损不取决于圆盘的转速，而只与载W成 正比，因而可用一个比例常数来表示：
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。
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水平井
桩 314 井
完钻井深：3750米 完钻垂深：2632.44米，
水平位移：2051.55米。
5、大位移钻井技术
大位移井是指水平位移与垂直深度之比大于2以上的定向 井和水平井，比值大于3为特大位移井。 大位移井的主要特征是斜井段长，钻柱磨阻和井眼清洁是 两大难题，需要应用旋转导向技术和工具。 大位移井对海上钻井、海油陆采具有突出意义。 1997年5月19日,在南海东部海域钻成了国内第1口大位移 井—西江24-3-A14井。该井完钻井深9238m ,水平位移 8062.7m 世界水平位移已突破万米,水垂比接近7。 发展了旋转导向、变径稳定器、防扭接头、随钻测量等先 进的工具和仪器。 在世界范围内,水平位移超过7000m 的井在20口以上; 水 平位移超过10 000m 的井有3 口: 英国1998 年完成的M11 井(水平位移10 114m ,总井深10 658m) 和1999 年完成的 M16 井(水平位移10 728m ,总井深11 728m) ,以及阿根廷 1999年完成的CN-1井(水平位移10 585m ,总井深11 184m)
支 架 悬 绳 钻 头 井 底 井 壁
游 梁
(3)机械顿钻(1859～1901年)
优点： ① 设备简单； ② 起下钻方便。 缺点： ① 靠冲击作用破岩，钻 头功率小，破岩效率 低，钻井速度慢； ② 破岩和清岩相间进行
(4)旋转钻(1901年～至今)
旋转钻井是靠动力带动钻头 旋转，在旋转的过程中对井底 岩石进行破碎，同时循环钻井 液以清洁井底的钻井方法。 旋转钻井又分为转盘钻井、 井下动力钻具钻井、顶部驱动
随钻测量特点： 在地层未被钻井液污染时测得的。 实时进行地层对比与评价。
实时检测异常高压层。
对比分析钻井液侵入情况。 随钻测井不占用钻井时间。 实现钻井数据自动采集。
进入90年代以来MWD和LWD日趋结合形成了新的随钻地层评价测试 技术FEMWD如斯伦贝谢的聚成钻井信息系统，可测井斜方位、钻 压、扭矩波动、应力状态、流动压力、钻井液密度、地层电阻率 （射线）、孔隙度（补偿热中子、岩石密度）。成为地质导向和 全功能闭环钻井系统中的重要一环
二、钻井技术在石油勘探、开发中的重要作用
1、钻井技术在油气勘探阶段的重要作用：
(1)了解地层的沉积特征和含油气情况，验证物探成果，全井取心。 (基准井) (2)揭示区域地质剖面，研究地层岩性、岩相变化并寻找构造。 (区域 查)、(剖面井)
(3)在含油盆地内，了解区域构造，提供岩石物性参数。（综合详 查）（参数井）
注气井)
特殊用途井：检查井、观察井、调整井、救援井等
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
油气构造而钻的井。
参数井：为了解区域构造，提供岩石物性参数而钻的井 构造井：为了了解地质构造特征、验证物探成果，并 编制地下某一标准层的构造图。 探井：为了确定油气藏是否存在及其埋藏位臵（预探
(2)发展时期(1920年-1948年)
(3)科学化钻井时期(1948年-1969年)
这个阶段开展了大量的科学研究，使钻井技术得以
迅速发展。突出的技术成就有：
高压喷射钻井
高效牙轮钻头 （镶齿、滑动密封轴承钻头） 优质钻井液（低固相、无固相不分散体系钻井液） 优选参数钻井（优选钻压、转速和水力参数） 地层压力检测技术、油气井压力控制技术 钻井液固相控制技术 平衡压力钻井技术。
观察油气层压力、含水变化规律和单层水淹规律（不
生产）。（观察井） (5)油气田开发中后期，为进一步提高开发效果和最终采 收率而调整原有开发井网。（调整井）
三、钻井技术发展简史
1、钻井的发展史
中国是钻井的起源地。以卓筒井为代表的中国井盐凿井技术在 盐卤凿井中发现了石油矿藏，从而掀起了石油的勘探和开发。 2100多年前，中国就在四川自贡应用顿钻钻井方法开始了钻 井，目的是为了获得地下的盐。 1521年在四川乐山钻盐井偶得石油，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 1850年，钻井深度突破1000米，中国第一口产油的油井在陕西 延长油矿。 1834年，欧洲人才正确地把中国钻井技术应用于打盐井，1841 年才开始用于钻油井。1848年，俄国钻成他们的第一口油井。 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。
绪
论
石油钻井概述
钻井技术在石油勘探
开发中的重要作用 钻井技术发展简史
现代钻井技术主要进展 我国钻井技术的现状、
难点及展望 钻井施工工序
本章重点：
1.现代钻井技术的进展 2.我国钻井技术的现状及难点 3.钻井施工程序
本章难点
1.钻井施工程序
一、石油钻井概述
1、石油钻井的概念 所谓石油钻井是指利用专用设备和技术， 在预先选定的地表位臵处，向下或一侧钻出一 定直径的孔眼，一直达到地下油气层的工作。
钻井工程理论与技术
本课程主要内容
绪论
第一章
第二章 第三章
钻井的工程地质条件：地下压力特性和岩石力学性质
钻进工具：钻头、钻柱 钻井液：组成、类型、性能、防塌和保护油气层
第四章
第五章 第六章 第七章 第八章
钻进参数优选：钻压、转速、钻进方程、水力参数
井眼轨道设计及轨迹控制：轨道设计、防斜理论 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
2、钻井技术的发展历程
(1)人工掘井(公元前3世纪～1041年之前)
井的口径大到二三十丈（古长度单位），井身浅， 每挖一井投入几百人,凿挖工具都是铲锄等农用工具。 自秦汉至南北朝,凿挖的都是上土下石的裸眼井；南北 朝至五代，始用木制井筒护壁。
(2)人力冲击钻(1401～1835年) 口径小，一般如碗大 （5～9寸），深度自几十丈到 百余丈。是靠人力、捞砂筒、 特殊钻头、悬绳、游梁等来完 成的。实际上是利用了杠杆原 理及自由落体的下落冲击作用 来钻井的。 特点是： 1）破岩与清岩相间进行。 2）冲击力小，破碎效率低。 3）设备简单，起下钻方便
4、水平井钻井技术
90年代大规模推广，已成为常规钻井技术水平井的钻井成 本降至直井的1.5-2.0倍 水平井的产量是直井的4-8倍 水平井全世界1985年20口，1989年500口，1995年7000 口，2000年20000口，2006年30000口 水平井向大位移水平井、多分支水平井、小井眼水平井方 向发展，用于油田整体开发，控制产量递减 国内水平井技术的研究与应用从“八五”初期逐步兴起。 截 至2002年底,共完钻水平井350 口左右。已经形成了长、 中半径水平井钻井、完井配套技术。 2006年中石油计划打水平井500口，实际打560口，钻井成 本是直井的1.5倍，但平均产量达三倍以上，主要是增加 钻头在储层的钻遇率和长度，以提高单井产量，采收率和 储量动用率。
(4)编制地下某一标准层的构造图，了解其地质构造特征，验证物探 成果。（构造井） (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）
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、
的压力和油、气、水分布状况，剩余油饱和 度的分布和变化情况， 观察井：油田开发过程中专门用来了解地下动态的井 调整井：油田开发中后期，为进一步提高开发效果和
最终采收率，而调整原有开发井网所钻的井
救援井：为了救援而钻的井。
(2)把钻井按井斜角不同分类：
直井、定向井、水平井
直井：井口与井底在同一条铅垂线上
2、钻井技术在油气开发阶段的重要作用：
(1)油气田开发建立油气生产通道。（生产井） (2)为了提高采收率及开发速度，进行注水、注气以补充 和合理利用地层能量。（注入井） (3)油田含水阶段，为了搞清各油层的压力，油、气、水
分布状况，剩余油饱和度分布和变化情况，了解各项
调整挖潜措施的效果。（检查井） (4)在油气开发过程中，专门用来了解油气田地下动态，
2、地质导向钻井技术
地质导向钻井技术以人机对话方式来控制井眼轨迹 的技术。它是以井下实际地质特征来确定和控制井眼 轨迹进行钻井。不是按预先设计的井眼轨道进行钻井 地质导向可以随时知道钻头周围几米范围内的地质 特征、钻头与地质界面以及地层流体界面的相对位 臵，可以控制钻头始终在油层中钻井。 地质导向钻井是在钻井过程中，将井下随钻测量和 随钻测井工具发送至地面的实时测井数据与模拟数据 相对比，如果模拟数据与随钻实时数据一致，说明命 中了最佳地质目标，否则应按井下实时地质特征修正 和改变井眼轨道。
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 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。