钻井技术

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/m
11.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。
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。
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
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。
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：
点（钻柱上轴向力等于零的点）。
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
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。
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
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。
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。
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
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);
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)
=1413.196/287.69×10-3×0.856.35×190
+284.69×103×3675/284.69×10-3
=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；
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。
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 =0.9×2229.71200=1806.739(kN)
那么，第二段钻杆的最大允许长 度为：
（1）使用低密度钻井液
（2）减小钻井液粘度
（3）适当增大管路直径
3. 增大钻头压降系数Kb
唯一有效的途径是减小喷嘴直 径。
4. 优选排量Q
钻杆内外压耗：
钻铤内外压耗：
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.
S的物理意义：
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。
钻井技术
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。
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;
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。
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。
按水力参数优选的目的，希望获 得较高的钻头压降和钻头水功率。
提高钻头水力参数的主要途径
1. 提高泵压ps和泵功率Ps
2. 降低循环来自百度文库耗系数Kl
─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，
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
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
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
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。
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：
=1115.49/284.69×10-3×0.856190×1.35/284.69×10-3=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，