鉆井工程復(fù)習(xí)資料全

..鉆井工程緒論第一節(jié)鉆井概述一、鉆井的概念鉆井：利用一定的工具和技術(shù)在地層中鉆出一個較大孔眼〔井眼的過程。二、鉆井的分類〔一按目的分類1.探井：為探明地下地質(zhì)情況、獲取地下油氣資源分布及相應(yīng)性質(zhì)等方面資料而鉆的井?！?區(qū)域探井：為了解地層年代、地層時序、巖性、厚度、生儲蓋組合,并為物探解釋提供參數(shù)而鉆的探井?！?預(yù)探井：在確定含油氣有利構(gòu)造的基礎(chǔ)上,以發(fā)現(xiàn)油氣藏為目的而鉆的探井。〔3詳探井：在已發(fā)現(xiàn)油氣構(gòu)造上,為探明含油氣的面積和儲量,了解油氣層產(chǎn)能為目的而鉆的探井。2.開發(fā)井：以開發(fā)為目的,為了給已探明的地下油氣提供通道所鉆的井,或為了采用各種措施使油氣被開采出來所鉆的井?！?生產(chǎn)井：為完成產(chǎn)能任務(wù)和生產(chǎn)油、氣所鉆的井?！?注入井：為提高油、氣井生產(chǎn)能力所鉆的井?！灿糜谧⑺@的井為注水井,用于注氣所鉆的井為注氣井?！捕磶缀涡螤畈煌诸?.直井：井口與井底在同一條鉛垂線上。2.定向井：井口與井底不在同一條鉛垂線上?！?普通定向井：一個井場內(nèi)僅鉆1口最大井斜角小于60°的定向井?！?大斜度井：最大井斜角在60°～80°范圍內(nèi)的定向井?！?水平井：最大井斜角大于或等于86°,并保持這種井斜角鉆完一定長度井段的井。〔4大位移井：水平位移/垂深>=2的定向井或水平井〔或測深/垂深>=2的定向井或水平井?！?叢式井：在一個井場〔海洋平臺上有計劃地鉆出兩口或兩口以上的定向井組,其中可含1口直井?！?多底井〔分支井：一個井口下面有兩個或兩個以上井底的定向井?！踩淳畈煌诸?.淺井：H<2500m。2.中深井：2500<H<4500m。3.深井：4500<H<6000m。4.超深井：H>6000m。〔H為完鉆垂直井深〔深水鉆井：超過500m水深的海洋鉆井。超深水鉆井：大于1500m水深的海洋鉆井?！菜陌礈囟群蛪毫Φ母叩头诸悺?高溫高壓井：按國際通用概念,地溫超過150度稱為高溫,地層壓力當(dāng)量密度超過1.8g/cm3或用超過70MPa井口裝置時稱高壓,兩者同時具備的井稱為高溫高壓井?！?超高溫高壓井：井底溫度超過220度,井底壓力超過105MPa的井。第二節(jié)鉆井方法一、概念鉆井方法：為了在地下巖層中鉆出所要求的孔眼而采用的鉆孔方法。二、分類〔一人工掘井〔二人力沖擊鉆井法〔三機械頓鉆鉆井法〔沖擊鉆〔四旋轉(zhuǎn)鉆井法1.概念：是靠動力帶動鉆頭旋轉(zhuǎn),在旋轉(zhuǎn)的過程中對井底巖石進(jìn)行破碎,同時循環(huán)鉆井液以清潔井底的鉆井方法。2.分類：分為轉(zhuǎn)盤鉆井、井下動力鉆具鉆井、頂部驅(qū)動鉆井。3.特點是：〔1破巖與清巖相接進(jìn)行?！?旋轉(zhuǎn)動力大,轉(zhuǎn)速高,破碎效率高?！?設(shè)備復(fù)雜,起下鉆繁瑣。第三節(jié)基本鉆井工藝過程一、鉆前準(zhǔn)備修公路、平井場、鉆井設(shè)備的搬運和安排、井口準(zhǔn)備〔打?qū)Ч芎豌@鼠洞、備足鉆井所需要的各種工具、器材等。〔大鼠洞：放方鉆桿和水龍頭；小鼠洞：接單根時存放鉆桿二、鉆進(jìn)鉆進(jìn)是進(jìn)行鉆井生產(chǎn)取得進(jìn)尺的唯一過程?！惨坏谝淮伍_鉆〔一開：從地面鉆出一個大井眼,然后下表層套管?！捕诙伍_鉆〔二開：用較小一些的鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn),若遇到復(fù)雜地層,用鉆井液難以控制時,便要下技術(shù)套管〔中間套管?！踩谌伍_鉆〔三開：再用小一些的鉆頭往下鉆進(jìn),直到設(shè)計井深,下油層套管,進(jìn)行固井、完井作業(yè)?！查_鉆：每改變一次鉆頭尺寸,開始鉆一新井段的工藝叫開鉆三、固井與完井〔一固井：固井即是在已鉆成的井眼內(nèi)下入套管,而后在套管與井眼間的環(huán)形空間內(nèi)注入水泥漿,將套管和地層固結(jié)成一體的工藝過程?！捕昃和昃ㄓ锰囟ǖ姆椒ㄟB通油、氣層和井筒,使用替噴或抽汲等方法誘導(dǎo)油、氣流進(jìn)入井筒,然后進(jìn)行油氣生產(chǎn)。第四節(jié)其他概念1.接單根：向鉆柱上連接一根鉆桿,以便繼續(xù)鉆進(jìn),使井深不斷加深。2.起鉆：為了更換鉆頭,將井內(nèi)鉆柱取出換下舊鉆頭。3.下鉆：換上新鉆頭后,重新將鉆柱下入井內(nèi)。4.立柱：起下鉆時,為了提高效率,一般將三根鉆桿連接在一起作為一個單元,這一單元稱為立柱〔立根?！岔旘?qū)鉆進(jìn)時,無接單根作業(yè)。一個立柱一個立柱的打。5.懸重：鉆柱在泥漿中的總重量〔不鉆進(jìn)時的大鉤負(fù)荷。6.鉆重〔大鉤載荷：鉆進(jìn)時的大鉤負(fù)荷。7.鉆壓：鉆進(jìn)時鉆頭上作用的壓力。〔鉆壓＝懸重－鉆重第一章鉆井的工程地質(zhì)條件第一節(jié)地下壓力特性一、地下各種壓力的概念〔一靜液柱壓力〔p1.概念：由液柱自身的重力所引起的壓力。2.公式：p式中：ph,靜液柱壓力,MPa；ρ,液體的密度,gcm3；H3.壓力梯度：單位高度或單位深度的壓力,單位MPam4.靜液柱壓力梯度：Gh〔二上覆巖層壓力〔p1.概念：地層某處的上覆巖層壓力是指該處以上地層巖石基質(zhì)和巖石孔隙中流體總重力所產(chǎn)生的壓力。2.公式：ppp式中：po,上覆巖層壓力,MPa；H,地層垂直深度,m；Φ,巖石孔隙度,%；ρma,巖石骨架密度,gcm3；ρ,孔隙中流體的密度,gcm3；Hi3.上覆巖層壓力梯度：G式中：G0,上覆巖層壓力梯度,MPam；poi,第i段上覆巖層壓力,MPa；Hi,第i層段厚度,m；〔三地層壓力〔p1.概念：指巖石孔隙中的流體所具有的壓力,也稱地層孔隙壓力。2.正常地層壓力：等于從地表到地下某處的連續(xù)地層水的靜夜壓力?！灿肎p表示正常地層壓力梯度：淡水,Gp3.異常地層壓力：地層壓力大于或小于正常地層壓力?！?異常高壓：超過正常地層靜液壓力的地層壓力<pp〔2異常低壓：低于正常地層靜液壓力的地層壓力<pp4.地層壓力當(dāng)量密度：指某一深度處地層壓力用等高度的鉆井液柱壓力來等效時,所需鉆井液的密度?！菜幕鶐r應(yīng)力〔σ1.概念：基巖應(yīng)力是巖石顆粒間相互接觸支撐的那一部分上覆巖層壓力,亦稱有效上覆巖層壓力、骨架應(yīng)力或顆粒間壓力。2.上覆巖層壓力、地層壓力和基巖應(yīng)力之間的關(guān)系是：p〔五異常地層壓力的成因1.正常地層壓力的形成：在地層的沉積過程中,隨著上覆沉積物不斷增多,地層逐漸被壓實,孔隙度減小,如果地層是可滲透的、連通的、地層中流體的流動不受限制〔稱之為水力學(xué)開啟系統(tǒng),地層孔隙中流體則隨著地層的壓實被排擠出去,建立起靜液壓力條件,形成正常壓力地層。2.異常地層壓力的成因〔1異常低壓產(chǎn)生原因：①生產(chǎn)多年而又沒有壓力補充的枯竭油氣層。②地下水位極低?！?異常高壓產(chǎn)生原因：①地層欠壓實作用:隨著地層的不斷沉積,上覆巖層壓力逐漸增大,假若該地層被不滲透的圍柵包圍〔蓋層,則該地層孔隙中流體不能被排擠出去,其必然承受部分上覆巖層重力。結(jié)果是地層流體壓力升高,地層得不到正常壓實,孔隙度相對增大,巖石密度相對減小,基巖應(yīng)力相對降低,這種作用稱為欠壓實作用。②地質(zhì)構(gòu)造作用:造成地層上升。如果在抬升過程中有某種因素限制了流體的運移,該地層就會由于深度因素而形成異常高壓。③水熱增壓作用:溫度升高、流體膨脹。④流體運移作用:流體運移效應(yīng)包括鉆開的巖層與超壓層的聯(lián)通以及地層流體等勢面的差異造成的壓力異常。⑤油田注水二、地層壓力評價〔一壓力預(yù)測1.概念：用鄰近井資料進(jìn)行壓力預(yù)測,建立地層壓力剖面。2.壓力預(yù)測的方法：地震法、聲波時差法和頁巖電阻率法。3.聲波時差法〔1聲波在地層中的傳播特性：聲波傳播速度主要是孔隙度和巖性的函數(shù)。如果巖性為泥頁巖時,則聲波測井主要反映孔隙度的變化。正常壓實地層中：隨著井深的增加,巖石密度增大,孔隙度減小,聲波的速度增大,聲波時差減小。異常高壓地層：由于前壓實作用,隨著井深的增加,巖石密度減小,孔隙度增加,聲波速度減小,聲波時差增大?！?聲波時差與井深的關(guān)系式：ln推導(dǎo)過程〔不用背：泥頁巖地層聲波時差與孔隙度之間關(guān)系：Φ=式中：Φ,巖石孔隙度,%；△t,地層的聲波時差,μsm；△tm,基巖的聲波時差,μsm正常沉積條件下,泥頁巖的孔隙度隨深度的變化規(guī)律為：Φ=式中：Φ,泥頁巖的孔隙度,%；Φ0,泥頁巖在地面的孔隙度,%；c,常熟；H,井深,m由式〔1得,在地面的孔隙度為：Φ式中：△t聯(lián)立〔1、〔2、〔3式得：△整理得：△在泥頁巖的巖性一定的情況下,△tm也為一常熟,若△即：ln〔4聲波時差法計算地層壓力的步驟：①在聲波時差測井資料上選擇純泥頁巖層,以5m左右為間隔點在測井曲線上讀出井深和相應(yīng)的聲波時差值,并在半對數(shù)坐標(biāo)紙上描點。②在已知的正常地層壓力井段,根據(jù)盡可能多的數(shù)據(jù)點引出聲波時差隨井深變化的正常趨勢線,并將其延伸至異常高壓井段。③讀出某深度的實測聲波時差△t和該深度所對應(yīng)的正常趨勢線上的聲波時差△tn④在△t-△tn和Gp關(guān)系曲線上讀出△t-△〔二壓力檢測1.概念：根據(jù)所鉆井的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行壓力監(jiān)測,以掌握地層壓力的實際變化規(guī)律。2.dc〔1賓漢鉆速模型：R式中：R,鉆速,ftmin；N,轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速,rmin；W,鉆壓,lbs；D,鉆頭直井,in；a,巖性常數(shù),無量綱；〔2d指數(shù)〔泥頁巖巖層：d=采用工程單位：d=式中：R,鉆速,mh；N,轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速,rmin；W,鉆壓,kN；D,鉆頭直井,〔3dcd式中：ρn,正常地層水密度；ρ〔4基本原理：在正常壓實條件下,巖石強度隨井深增加而增強,若鉆井參數(shù)不變,機械鉆速隨井深增加而降低,泥巖段dc在異常壓力段,由于巖石中孔隙壓力的影響,不再遵循正常壓實的規(guī)律,鉆速隨孔隙壓力的增大而增大,dc3.dc〔1數(shù)據(jù)采集與整理；〔2dc〔3繪制曲線,回歸處理；〔4地層壓力計算4.聲波時差法和dc〔1水力參數(shù)、地層巖性、鉆頭類型、井底壓差等因素的變化都會引起機械鉆速的變化,從而導(dǎo)致dc指數(shù)的變化。因此,dc〔2聲波時差法和dc三、地層破裂壓力〔一概念在井下一定深度出露的地層,承受流體壓力的能力是有限的,當(dāng)液體壓力達(dá)到一定數(shù)值時會使地層破裂,這個液體壓力稱為地層破裂壓力。即：使地層發(fā)生破裂的最小井內(nèi)液柱壓力?！捕绊懙貙悠屏褖毫Υ笮〉囊蛩氐貙悠屏褖毫Φ拇笮∪Q于許多因素,如上覆巖層壓力、地層壓力、巖性、地層年代、埋藏深度以及該處巖石的應(yīng)力狀態(tài)。〔三地層破裂壓力的預(yù)測方法伊頓法G〔四地層破裂壓力確定的現(xiàn)場方法：液壓實驗法實驗步驟如下：1.循環(huán)調(diào)節(jié)泥漿性能,保證泥漿性能穩(wěn)定,上提鉆頭至套管鞋內(nèi),關(guān)閉防噴器。2.用較小排量0.66～3.做立管壓力與累計泵入量的關(guān)系曲線圖。4.從圖上確定各個壓力值漏失壓力為pL即開始偏離直線點的壓力,其后壓力繼續(xù)上升；壓力升到最大值即為開裂壓力pf；最大值過后壓力下降并趨于平緩,稱為傳播壓力5.求地層破裂壓力當(dāng)量密度ρρ式中：ρm,實驗用泥漿密度,gcm3；D第二節(jié)巖石的工程力學(xué)性質(zhì)一、巖石的類型及特點〔一巖石的類型：巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖〔二各向異性：如果物體的某一性質(zhì)隨方向的不同而不同,則稱物體具有各向異性。〔三不均質(zhì)性如果物體中不同部分的物理、化學(xué)性質(zhì)不同,稱該物體是不均質(zhì)的。二、巖石的工程力學(xué)性質(zhì)〔一幾個概念1.彈性：巖石在外力作用下產(chǎn)生變形,外力撤銷后變形隨之消失,恢復(fù)到原來的形狀和體積的性質(zhì)稱為彈性,相應(yīng)的變形稱為彈性變形。2塑性：巖石在外力作用下產(chǎn)生變形,外力撤銷后變形不能完全恢復(fù)的性質(zhì)。相應(yīng)的殘余變形稱為塑性變形。3脆性：巖石在外力作用下變形很小〔小于3%就發(fā)生破壞的性質(zhì)。相應(yīng)的破壞稱為脆性破壞。〔二巖石的強度1.概念：巖石在外力作用下達(dá)到破壞時的應(yīng)力稱為巖石的強度,是巖石在一定條件下抵抗外力破壞的能力。2.一般規(guī)律〔1在簡單應(yīng)力條件下,大部分巖石都接近彈性脆性體,巖石的破壞表現(xiàn)為脆性破壞?！?一般情況下：抗拉強度＜抗彎強度≤抗剪強度＜抗壓強度?！?垂直于地層層面方向的巖石強度＞平行于地層層面方向的巖石強度?！踩龔?fù)雜應(yīng)力條件下巖石的強度1.常規(guī)三軸試驗：將巖樣放在一個高壓容器中,首先用液壓p使其四周處于三向均勻壓縮的應(yīng)力狀態(tài),然后保持此壓力〔圍壓不變,對巖樣進(jìn)行縱向加載,直到使其破壞。2.一般規(guī)律：〔1巖石在三軸應(yīng)力條件下的強度明顯增加。隨著圍壓的增大,巖石強度增大。〔2隨著圍壓的增大,巖石由脆性向塑性轉(zhuǎn)變,且圍壓越大,巖石破壞前呈現(xiàn)的也塑性越大。巖石從脆性向塑性轉(zhuǎn)變的壓力〔圍壓稱為臨界壓力。不同的巖石,臨界壓力不同?！菜膸r石的硬度1.概念：巖石的硬度是巖石抵抗其它物體表面壓入或侵入的能力。2.硬度與抗壓強度區(qū)別：〔1前者只是固體表面的局部對另一物體壓入或侵入時的阻力,而后者則是固體抵抗固體整體破壞時的阻力?！?前者反映巖石顆粒的硬度,其對鉆進(jìn)過程中工具的磨損起重大影響；〔3后者反映巖石的組合硬度,其對鉆進(jìn)時巖石破碎速度起重大影響?！参鍘r石的脆性和塑性1.按脆性和塑性將巖石分為三類：脆性巖石、塑性巖石和塑脆性巖石。2.分類的標(biāo)準(zhǔn)：巖石在外力作用下,直至破碎而無明顯的形狀改變,這種情況稱為脆性的；在外力作用下,巖石只改變其形狀和大小而不破壞自身的連續(xù)性,這種情況稱為塑性的；介乎于兩者之間的是塑脆性巖石。3.塑性系數(shù)：巖石破碎前耗費的總功與巖石破碎前彈性變形功的比值。三、井底各種壓力對巖石性質(zhì)的影響〔一井眼周圍地層巖石的受力：上覆巖層壓力、巖石內(nèi)孔隙流體的壓力、鉆井液液柱壓力、水平地應(yīng)力?！捕r石有效應(yīng)力：σ〔三各向壓縮效應(yīng)：對干巖石,增大圍壓,巖石的強度、塑性都增大,稱為"各向壓縮效應(yīng)"。四、巖石可鉆性與研磨性〔一巖石可鉆性1.概念：指巖石破碎的難易程度,可以理解為在一定的鉆頭規(guī)格、類型及鉆井工藝條件下巖石抵抗鉆頭破碎的能力。2.評價方法：微鉆頭實驗法為應(yīng)用方便,常用Kd=〔二巖石的研磨性概念：巖石磨損鉆頭切削刃材料的能力稱為巖石的研磨性。鉆機簡介一、鉆機定義石油鉆井的地面配套設(shè)備稱為鉆機,石油鉆機是由多種機器設(shè)備組成的一套大功率重型聯(lián)合工作機組。二、鉆機的綜合功能：完成鉆進(jìn)、接單根、起下鉆、循環(huán)洗井、下套管、固井、完井和處理井下事故等作業(yè)。三、鉆機的分類〔一鉆井深度1.大型鉆機：〔1超重型鉆機；〔2重型鉆機〔3；中型鉆機。2.輕型鉆機〔二動力設(shè)備1.柴油機驅(qū)動鉆機；2.直流電驅(qū)動鉆機；3.交流電驅(qū)動鉆機?！踩褂玫貐^(qū)1.陸地鉆機；2.海洋鉆機。四、鉆機的組成及其功能〔一起升系統(tǒng)1.組成一般由井架、絞車、天車、游車、大鉤、滾筒和鋼絲繩組成。2.功能〔1下放、懸吊或起升鉆柱、套管柱和其它井下設(shè)備進(jìn)、出井眼；〔2起下鉆、接單根和鉆進(jìn)時的鉆壓控制?！捕h(huán)系統(tǒng)1.組成泥漿池〔鉆機的"心臟",泥漿泵,立管,水龍帶,分離裝置。2.功能〔1從井底清除巖屑；〔2冷卻鉆頭和潤滑鉆具。3.泥漿循環(huán)流程〔三旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)1.組成轉(zhuǎn)盤,水龍頭,鉆頭,鉆柱。2.功能保證在鉆井液高壓循環(huán)的情況下,給井下鉆具提供足夠的旋轉(zhuǎn)扭矩和動力,以滿足破巖鉆進(jìn)和井下其它要求?！菜尿?qū)動與傳動系統(tǒng)1.組成動力機,傳動部分；2.功能產(chǎn)生動力,并把動力傳遞給泥漿泵、絞車和轉(zhuǎn)盤?！参鍤饪叵到y(tǒng)1.組成控制機構(gòu)、傳輸管線和閥門、執(zhí)行機構(gòu)〔氣動離合器等以及壓氣機等。2.功能確保對整個鉆機各個工作機構(gòu)及其部件的準(zhǔn)確、迅速控制,使整機協(xié)調(diào)一致的工作。〔六井控系統(tǒng)1.組成防噴器組、節(jié)流管匯、壓井管線以及液、氣壓控制機構(gòu)組成。2.功能控制井內(nèi)的壓力,防止地層流體無控制地流入井中。五、鉆井八大件〔十大件天車,游車,大鉤,水龍頭,轉(zhuǎn)盤,絞車,泥漿泵,井架〔柴油機、傳動裝置。第二章鉆進(jìn)工具第一節(jié)鉆頭一、概述〔一鉆頭類型1.按結(jié)構(gòu)及工作原理分類：刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭〔天然金剛石鉆頭、PDC鉆頭、TSP鉆頭。2.按功用分類：全面鉆進(jìn)鉆頭、取心鉆頭、擴(kuò)眼鉆頭。〔二鉆頭尺寸系列通常為：3-3/4"~36"。常用尺寸：26"、〔三工作指標(biāo)1.鉆頭進(jìn)尺：在鉆頭壽命內(nèi),其鉆進(jìn)的井段長度,單位為m。2.機械鉆速：用鉆頭的進(jìn)尺除以純鉆進(jìn)時間,即單位純鉆時間的鉆頭進(jìn)尺,表示鉆頭破碎巖石的能力和效率,單位為m/〔鉆頭壽命：在整個使用過程中,鉆頭在井下的純鉆時間〔包括劃眼——在已鉆出的井眼內(nèi)旋轉(zhuǎn)送鉆、修整井壁的過程,單位為h二、刮刀鉆頭〔一結(jié)構(gòu)上鉆頭體、下鉆頭體、刀翼〔刮刀片、水眼。〔二刮刀鉆頭的工作原理1.工作原理刀翼在鉆壓作用下吃入巖石,并在扭矩作用下剪切破碎巖石。2.破巖方式：以刮削、擠壓和剪切為主。3.適用地層：松軟－軟地層三、牙輪鉆頭〔一結(jié)構(gòu)牙輪鉆頭由鉆頭體、牙爪〔巴掌、牙輪及牙齒、噴嘴、軸承、儲油潤滑密封系統(tǒng)等部分組成。1.牙輪：由合金鋼經(jīng)過模鍛而成的錐體,錐面銑齒或鑲裝硬質(zhì)合金齒,內(nèi)腔有軸承跑道?！?單錐牙輪：主錐+背錐,硬地層?！?復(fù)錐牙輪〔指牙輪由兩個或更多錐面的錐體組成：主錐+副錐+背錐,軟到中硬地層。2.牙齒：〔1銑齒〔鋼齒——在牙輪錐面上直接銑出,楔形?！?鑲齒〔硬質(zhì)合金——鑲裝在牙輪錐面的齒孔中,有多種齒形適應(yīng)不同地層。3.軸承：軸承有大軸承、中軸承、小軸承和止推軸承,共四副。根據(jù)軸承副的結(jié)構(gòu)〔主要承載軸承即大軸承,可分為兩大類：滾動軸承和滑動軸承。4.儲油潤滑密封系統(tǒng)〔既潤滑軸承,又防止鉆井液進(jìn)入軸承〔1結(jié)構(gòu)：①儲油潤滑補償系統(tǒng)；②密封系統(tǒng)：橡膠密封圈、金屬密封圈?！?工作原理：儲油壓力補償系統(tǒng)〔傳壓孔、壓力補償膜、油杯等保持軸承腔內(nèi)的油壓與井內(nèi)鉆井液柱壓力相平衡。當(dāng)軸承腔內(nèi)油壓降低,儲油杯中的潤滑油在鉆井液柱壓力作用下補充到軸承腔內(nèi)；當(dāng)軸承腔內(nèi)的油壓升高,則流入儲油杯。其中,有效密封是關(guān)鍵。4．噴嘴：鉆井液流出鉆頭射向井底的流道。高壓鉆井液流經(jīng)噴嘴后產(chǎn)生高速流動的水射流,清除井底巖屑,輔助破碎巖石。5.幾個概念〔1復(fù)錐：指牙輪由兩個或更多錐面的錐體組成。〔2超頂：牙輪的錐頂超過鉆頭的中心。〔復(fù)錐產(chǎn)生超頂效果：主錐頂與鉆頭中心重合,復(fù)錐頂?shù)难由炀€是超頂?shù)?。?移軸：牙輪的中心線與鉆頭的軸線不相交。6.牙輪及牙齒的布置方式〔1布齒原則①轉(zhuǎn)一周牙齒全部破碎井底,不留下未被破碎的凸起；②牙輪在重復(fù)滾動時應(yīng)使牙齒不落入別的牙齒的破碎坑內(nèi)；③牙齒磨損均勻?！?牙輪布置方案①非自洗無滑動布置：各牙輪牙齒齒圈不嵌合,單錐、不超頂,不移軸,用于硬地層；②自洗不移軸布置：各牙輪牙齒齒圈相互嵌合,副錐、超頂,不移軸,用于中硬地層；③自洗移軸布置：各牙輪牙齒齒圈相互嵌合,副錐、超頂,移軸,用于軟地層?！捕垒嗐@頭工作原理1.牙輪鉆頭在井底的運動<1>公轉(zhuǎn)：牙輪隨鉆頭繞鉆頭軸線一起旋轉(zhuǎn)?！岔槙r針<2>自轉(zhuǎn)：牙齒繞牙輪軸線作逆時針方向旋轉(zhuǎn)稱為自轉(zhuǎn)。<3>縱向振動：牙輪在滾動過程中,其中心上下波動,使鉆頭做上下往復(fù)運動?！惨鹂v向振動的原因：單、雙齒交替接觸井底,使牙輪中心上下波動；井底凹凸不平。<4>滑動：牙齒相對于井底的滑動,包括徑向〔軸向和切向〔周向滑動?！惭垒喕瑒訉ζ茙r的作用：切向滑動剪切掉同一齒圈牙齒之間的巖石?！矎?fù)錐、超頂；軸向滑動剪切掉齒圈之間的巖石?！惨戚S2.牙輪鉆頭的破巖作用〔1沖擊、壓碎作用：縱向振動產(chǎn)生的沖擊力和靜壓力〔鉆壓一起使牙齒對地層產(chǎn)生沖擊、壓碎作用,形成體積破碎坑。〔2滑動剪切作用：牙輪牙齒的徑向滑動和切向滑動對井底地層產(chǎn)生剪切作用,破碎牙齒間或齒圈間巖石?！?射流的沖蝕作用：噴嘴噴出的高速射流對井底巖石產(chǎn)生沖蝕作用,輔助破碎巖石。〔三牙輪鉆頭的正確使用1.根據(jù)地層合理選擇鉆頭類型,標(biāo)準(zhǔn)是每米鉆進(jìn)成本最低。地層較軟時：選用牙齒高度大并帶有超頂或移軸的鉆頭；地層較硬時：選用牙齒高度小,無超頂或移軸的鉆頭；2.優(yōu)選鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓、轉(zhuǎn)速、水力參數(shù)等。四、金剛石鉆頭〔一金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)金剛石鉆頭為無活動部件的整體式鉆頭。由鉆頭體、冠部、水力結(jié)構(gòu)〔水眼及水槽、排屑槽、保徑、切削齒組成?！矊τ谟迷谘心バ暂^強地層的鉆頭都要增強鉆頭外徑部位的耐磨性,這種做法稱為保徑。保證井徑不致縮小的作用。1.鉆頭體和冠部鉆頭體為鋼質(zhì)材料體,上部車制絲扣和鉆柱連接,下部與冠部胎體燒結(jié)在一起。胎體是鑲嵌金剛石的基體,為硬質(zhì)合金材料,用粉末冶金技術(shù)燒結(jié)在鉆頭鋼體上?！蹭擉w金剛石鉆頭－－鉆頭體與冠部為一整體2.水力結(jié)構(gòu)〔水眼和水槽鉆井液由水眼流出,經(jīng)過水槽流過鉆頭表面,清洗井底,冷卻和潤滑金剛石。常用水力結(jié)構(gòu)：逼壓式水槽,輻射型水槽,輻射型逼壓式水槽,螺旋形水槽。3.金剛石切削齒〔1金剛石的缺點：①脆性大,受沖擊載荷易碎裂；②具有熱敏性,高溫下〔450℃以上石墨化?！?金剛石的種類：天然金剛石,人造金剛石單晶和聚晶?！?熱穩(wěn)定聚晶金剛石鉆頭〔TSP：熱穩(wěn)定聚晶金剛石是用金剛石單晶微粉在高溫高壓下制成的?！睺SP鉆頭的熱穩(wěn)定性、耐磨性和抗沖擊能力都高于一般的金剛石鉆頭。適用于中至硬地層。〔二金剛石鉆頭的正確使用1.適用于中至堅硬、研磨性地層,渦輪鉆井,深井鉆井,取心作業(yè)。壽命長,進(jìn)尺高。2.鉆頭下井前,井底打撈干凈,確保沒有金屬落物。3.先用小鉆壓、低轉(zhuǎn)速跑合,然后用合適鉆壓和高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)。4.采用低鉆壓〔30-50kN、高轉(zhuǎn)速、大排量鉆進(jìn)。五、PDC鉆頭〔一概念聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭〔PolycrystallineDiamondCompactBit簡稱PDC鉆頭,是將人造聚晶金剛石復(fù)合片鑲焊于鉆頭體上而成的一種新型切削型鉆頭。〔二分類〔按鉆頭體材料及切削齒結(jié)構(gòu)1.鋼體：鉆頭體用整塊合金鋼制成。切削齒鑲嵌在鉆頭體上。2.胎體：冠部用鑄造碳化鎢燒結(jié)而成,燒結(jié)時在鉆頭工作面留下窩槽,切削齒焊接在窩槽里?！踩齈DC鉆頭的結(jié)構(gòu)特點1.切削元件—聚晶金剛石復(fù)合片〔PDC特點：PDC具有金剛石的硬度和耐磨性。弱點是熱穩(wěn)定性差,350℃以上加速磨損?？箾_擊能力較差?！菜腜DC鉆頭破巖機理PDC主要以切削方式破碎巖石?！参錚DC鉆頭的正確使用1.PDC鉆頭適應(yīng)于軟到中硬的大段均質(zhì)地層,不適合鉆軟硬交錯的地層和礫石層。2.與牙輪鉆頭相比,PDC鉆頭宜采用低鉆壓、高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)。3.鉆頭下井前,井底要清潔,無金屬落物,新鉆頭鉆進(jìn)時,先用小鉆壓和低轉(zhuǎn)速磨合井底。4.PDC鉆頭屬于整體式鉆頭,無任何活動部件,適合高轉(zhuǎn)速的渦輪鉆井。第二節(jié)鉆柱一、鉆柱的作用與組成〔一鉆柱鉆柱是用各種接頭將方鉆桿、鉆桿和鉆鋌等部件連接起來組成的入井管柱,通常指鉆頭以上的鉆具。〔二鉆柱的作用1.提供鉆井液流動通道；2.給鉆頭提供鉆壓；3.傳遞扭矩；4.起下鉆頭；5.計量井深；6.觀察和了解井下情況〔鉆頭情況、井眼狀況、地層情況；7.進(jìn)行其它特殊作業(yè)〔取芯、擠水泥、打撈等；8.鉆桿測試,又稱中途測試。〔三鉆柱的組成1.方鉆桿,鉆桿,鉆鋌,各種接頭等。2.鉆具連接滿足三個條件：尺寸相等,扣型相同,公母相配。3.基本鉆柱組合：鉆鋌＋配合接頭＋鉆桿＋配合接頭＋方鉆桿4.鉆柱的其它可選組件：穩(wěn)定器〔提高鉆頭工作的穩(wěn)定性,振擊器〔防止鉆具被卡,減振器〔減少鉆具的沖擊振動,螺桿,加重鉆桿?！菜你@桿1.作用：傳遞扭矩和輸送鉆井液,延長鉆柱。2.結(jié)構(gòu)：管體+接頭3.名義重量〔線密度、線重：在空氣中的重量,N/m?！参邈@鋌1.結(jié)構(gòu)特點：管體兩端直接車制絲扣,不另加專門接頭；壁厚大〔38-53毫米,重量大,剛度大。2.主要作用：〔1給鉆頭施加鉆壓；〔2保證壓縮應(yīng)力條件下的必要強度;〔3減輕鉆頭的振動、擺動和跳動等,使鉆頭工作平穩(wěn)；〔4控制井斜。3.類型：光鉆鋌〔圓形的,平滑的、螺旋鉆鋌〔有淺而寬的螺旋槽,減少與井壁的接觸面積,防止卡鉆、扁鉆鋌。〔六方鉆桿1.概念：位于鉆柱的最上端,其上部與水龍頭相接,下部與鉆桿連接。2.作用：傳遞扭矩和承受鉆柱的全部重量。3.性能：具有較高的抗拉強度和抗扭強度。4.形狀：斷面為中空的正方形或六邊形,壁厚比一般鉆桿大三倍左右,而且由強度較大的優(yōu)質(zhì)合金鋼制成。一般長度為13～16米,比一般鉆桿長2米以上〔避免接單根后方鉆桿不能進(jìn)入轉(zhuǎn)盤面以下?！财叻€(wěn)定器〔扶正器1.類型：剛性穩(wěn)定器、不轉(zhuǎn)動橡膠套穩(wěn)定器、滾輪穩(wěn)定器。2.作用：〔1防斜,控制井眼軌跡；〔2提高鉆頭的工作穩(wěn)定性。二、鉆柱的工作狀態(tài)〔一起下鉆工況下整個鉆柱被懸掛起來,在重力的作用下,鉆柱受拉伸作用。1.直井：直的拉伸、滑動2.斜井：隨井眼傾斜和彎曲,滑動?！捕ｃ@進(jìn)工況下部分鉆柱〔主要是鉆鋌的重量作為鉆壓施加在鉆頭上。上部鉆柱受拉伸,下部鉆柱受壓縮；在扭矩作用下旋轉(zhuǎn)?！蚕虏裤@柱彎曲的原因：鉆壓的作用使下部鉆柱受壓縮,當(dāng)壓力達(dá)到鉆柱的臨界壓力,鉆柱將失去直線穩(wěn)定狀態(tài)而發(fā)生彎曲并與井壁接觸〔接觸點稱為切點。壓力較大時可能發(fā)生多次彎曲。〔三鉆柱的旋轉(zhuǎn)運動形式1.公轉(zhuǎn)：鉆柱象一個剛體,圍繞著井眼軸線旋轉(zhuǎn)并沿著井壁滑動。產(chǎn)生偏磨。2.自轉(zhuǎn)：彎曲鉆柱象一根柔性軸,圍繞自身軸線旋轉(zhuǎn)。均勻磨損,易發(fā)生疲勞破壞。3.公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)的結(jié)合：彎曲鉆柱圍繞井眼軸線旋轉(zhuǎn),同時圍繞自身軸線轉(zhuǎn)動。4.縱向振動：鉆頭振動引起鉆柱的縱向振動,產(chǎn)生交變應(yīng)力?！舱駝又芷诤豌@柱本身固有的振動周期相同〔或成倍數(shù),產(chǎn)生共振現(xiàn)象,稱"跳鉆"。5.扭轉(zhuǎn)振動：井底對鉆頭旋轉(zhuǎn)的阻力不斷變化時,會引起鉆柱的扭轉(zhuǎn)振動,產(chǎn)生交變扭剪應(yīng)力。6.橫向擺振：達(dá)到某一臨界轉(zhuǎn)速,鉆柱可能產(chǎn)生橫向無規(guī)則擺動,產(chǎn)生交變彎曲應(yīng)力。三、鉆柱的受力分析〔一鉆柱的受力1.拉力：自重產(chǎn)生2.壓力：鉆壓產(chǎn)生3.浮力：鉆井液產(chǎn)生4.摩擦阻力：井壁及鉆井液對鉆柱的摩擦力5.循環(huán)壓降產(chǎn)生的附加拉力：鉆柱內(nèi)及鉆頭水眼上的壓力降6.起下鉆時產(chǎn)生的動載荷：速度變化〔軸向力,井眼軸線方向7.剪應(yīng)力：扭矩作用8.彎曲應(yīng)力：下部鉆柱產(chǎn)生彎曲變形9.離心力：鉆柱繞井眼軸線公轉(zhuǎn)10.外擠力：鉆桿測試11.振動產(chǎn)生的交變應(yīng)力〔二鉆柱受力最嚴(yán)重的部位1.井口斷面：拉力最大,扭矩最大〔轉(zhuǎn)盤鉆。2.下部受壓彎曲部分：交變軸向應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、扭剪應(yīng)力。3.中性點：拉壓交變載荷?！踩S向力1.自重產(chǎn)生的軸向拉力〔井內(nèi)掏空時,空氣中：F2.浮重產(chǎn)生的軸向力：Fm式中：KB,浮力系數(shù),KB=1-ρdρs3.正常鉆進(jìn)時的軸向力〔1直井：F〔2斜井：F式中：α,井斜角。〔3鉆柱軸向力的分布：上部鉆柱受拉伸作用,井口最大,向下逐漸減??；下部鉆柱受壓力作用,井底處最大；在某一深度處,軸向力為零。〔四中性點〔中和點1.概念：鉆柱上軸向力等于零的點。2.鉆柱的中性點高度〔1直井：L〔2斜井：L3.中性點特點：〔1設(shè)計鉆柱時要確保中性點始終落在鉆鋌上；〔鉆鋌剛度大,抗彎能力強〔2中性點附近鉆柱受交變應(yīng)力作用,易疲勞破壞。四、鉆柱設(shè)計〔一鉆鋌長度的確定：1.浮重原則：鉆鋌的浮重不能小于鉆壓〔鉆鋌的長度不能小于中性點高度即保持中性點始終處在鉆鋌上。保證在最大鉆壓時鉆桿不承受壓縮載荷。2.計算公式：L式中：Lc,鉆鋌長度,m；Wmax,設(shè)計的最大鉆壓,kN；SNqc,每米鉆鋌在空氣中的重力,kN/m；KB,浮力系數(shù)；第四章鉆進(jìn)參數(shù)的優(yōu)選概述一、影響鉆速的因素〔一不可變因素〔調(diào)節(jié)可變因素適應(yīng)之指客觀存在、無法改變的因素,如：所鉆地層的巖石物理機械性質(zhì)、儲層埋藏深度、地層壓力等。〔二可變因素〔優(yōu)選、設(shè)計指可人為選擇和改變的因素,如：地面機泵設(shè)備、鉆頭類型、鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵壓、排量、鉆井液性能等。二、鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選指在一定的客觀條件下,根據(jù)不同參數(shù)配合時各因素對鉆進(jìn)速度和鉆頭壽命的影響規(guī)律,采用最優(yōu)化方法,選擇合理的鉆進(jìn)參數(shù)配合,使鉆進(jìn)過程達(dá)到最優(yōu)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。〔機械破巖參數(shù)：鉆壓、轉(zhuǎn)速；水力參數(shù)：噴嘴直徑、泵壓、泵排量。第一節(jié)鉆進(jìn)過程中各參數(shù)間的基本關(guān)系一、不同因素對鉆速的影響〔一鉆壓對鉆速的影響V式中：W0〔二轉(zhuǎn)速對鉆速的影響V式中：λ,轉(zhuǎn)速指數(shù),一般小于1,數(shù)值大小主要與巖層性質(zhì)有關(guān)。極軟地層λ=1,隨巖石硬度的增大,λ值減小。〔三牙齒磨損對鉆速的影響V式中：C2h,牙齒磨損量,h=s牙齒磨損掉高度H（原齒高〔牙齒磨損級別＝8*〔四水力因素對鉆速的影響比水功率：單位面積上的平均水功率。1.水力凈化井底井底比水功率越大,凈化程度越好,鉆速越快。C式中：CH,水力凈化系數(shù),小于或等于1,井底完全凈化后,隨著水功率進(jìn)一步提高,鉆速不會再由于凈化；Vpcs,凈化完善時的鉆速；P,實際比水功率；的原因而提高。2.水力輔助破巖井底比水功率越大,輔助破巖能力越強,鉆速越快。〔原因：水力破巖作用使得門限鉆壓降低。〔五鉆井液性能對鉆速的影響1.鉆井液密度對鉆速的影響〔1壓持效應(yīng)：鉆井液密度越大,井內(nèi)液柱壓力越大,在井內(nèi)液柱壓力大于地層孔隙壓力的情況下,產(chǎn)生一個正壓差。在正壓差作用下,井底巖屑難以離開井底,造成重復(fù)破碎現(xiàn)象,鉆速降低。〔2壓差影響井底壓差與鉆速的關(guān)系V〔3壓差影響系數(shù)：C式中：Vpco,零壓差時的鉆速；?！鱬,壓差；2.鉆井液粘度對鉆速的影響鉆井液粘度增大,鉆柱內(nèi)外壓耗增大,在泵壓一定時鉆頭壓差減小,鉆頭水功率減小,清巖和破巖能力降低,鉆速下降。3.鉆井液固相含量對鉆速的影響鉆井液固相含量增大,機械鉆速降低。4.鉆井液分散性〔固相顆粒的分散程度對鉆速的影響分散性鉆井液比不分散性鉆井液鉆速低。〔為了提高鉆速,應(yīng)盡可能采用的鉆井液為：低密度、低粘度、低固相、不分散體系鉆井液。二、鉆速方程V式中：Vpc,鉆速,m/h；KR,地層可鉆系數(shù),與地層巖石的機械性質(zhì)、鉆頭類型及鉆井液性能等因素有關(guān)；W,鉆壓,kN；M,門限鉆壓,kN；n,轉(zhuǎn)速,r/min；λ,轉(zhuǎn)速系數(shù)；C2,牙齒磨損系數(shù),；h,牙齒磨損量；C三、影響鉆頭壽命的主要因素〔一鉆壓對牙齒磨損速度的影響d式中：Z1、Z2,鉆壓影響系數(shù),〔二轉(zhuǎn)速對牙齒磨損速度的影響d式中：a1、a〔三牙齒磨損狀況對牙齒磨損速度的影響d式中：C1四、牙齒磨損方程d式中：Af五、軸承磨損方程d式中：b,軸承工作系數(shù)。第二節(jié)鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選〔一每米鉆井成本C=式中：C,每米鉆井成本,元/米；Cb,鉆頭成本,元/只；Cr,鉆機作業(yè)費,元/h；tr,起下鉆、接單根時間,h；第三節(jié)水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計一、噴射鉆井的概念采用大功率的泥漿泵和可以產(chǎn)生高速射流的鉆頭噴嘴,使高壓鉆井液流過噴嘴時產(chǎn)生高速流動的水射流,給井底以很大的沖擊力。把巖屑及時的沖離井底,并輔助破碎巖石,該技術(shù)稱為噴射鉆井技術(shù)。二、噴射式鉆頭的水力特性〔一射流及其對井底的作用1.鉆頭噴嘴射出的射流為淹沒非自由連續(xù)射流。2.井底漫流：射流撞擊井底后受井底限制,鉆井液從沖擊中心向四周高流速作橫向流動,形成漫流。3.射流對井底的清洗作用〔1射流的沖擊壓力作用射流沖擊井底后形成的沖擊壓力極不均勻<射流作用中心壓力最高,離開中心壓力急劇下降>,極不均勻的沖擊壓力使巖屑受到一個翻轉(zhuǎn)的力矩,從而離開井底?！?漫流的橫推作用射流沖擊井底后形成的漫流是一層很薄的高速液流〔高速漫流,對井底巖屑產(chǎn)生一個橫向推力,使其離開原來的位置。4.射流對井底破巖作用〔1在巖石強度較低的地層,射流的沖擊力超過了地層的破碎強度,直接破碎巖石?！?在巖石強度較高的地層,射流擠入巖石中由鉆頭機械力造成的微裂紋和微裂縫內(nèi),形成"水楔",使微裂紋和裂縫擴(kuò)展,從而大大降低巖石的破碎強度?！捕淞魉?shù)1.射流噴射速度；2.射流沖擊力；3.射流水功率?！踩@頭水力參數(shù)1.鉆頭壓力降；2.鉆頭水功率。三、水功率傳遞的基本關(guān)系壓力分配：p式中：ps,鉆井泵壓力；△pg,地面管匯壓耗；△pst,鉆柱內(nèi)壓耗；△四、提高鉆頭水力參數(shù)的途徑1、提高泵壓ps和泵功率N2、降低循環(huán)壓耗系數(shù)KL〔1使用低密度鉆井液；〔2減小鉆井液粘度；〔3適當(dāng)增大管路內(nèi)徑〔影響最大。3、增大鉆頭壓降系數(shù)Kb4、優(yōu)選排量Q。五、鉆井泵的工作特性〔一鉆井泵的性能參數(shù)1.額定功率——鉆井泵的最大輸出功率,kW2.額定泵壓——所用缸套的允許工作壓力,MPa3.額定排量——在額定功率和額定泵壓時的排量,L/s；4.額定泵沖——額定排量時的泵沖數(shù),次／分鐘?！差~定功率、額定泵壓和額定排量關(guān)系：N〔二鉆井泵的工作狀態(tài)1.額定泵壓工作狀態(tài)：Q2.額定功率工作狀態(tài)：Q>只有當(dāng)泵排量等于額定排量時,鉆井泵才能同時達(dá)到額定輸出功率和額定泵壓,因此,應(yīng)盡量選用額定排量與實際排量相近的缸套。〔三獲得最大鉆頭水功率的條件噴嘴直徑與臨界井深的關(guān)系：1.當(dāng)D≤2.當(dāng)DPc3.當(dāng)時D>DDPc,第一臨界井深；D〔四水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的步驟舉升效率：K式中：Ks,巖屑舉升效率,無因此；va,鉆井液環(huán)空反速；vs第五章井眼軌跡設(shè)計與軌跡控制概述一、基本概念〔一井眼軌道一口井開鉆之前,預(yù)先設(shè)計的井眼軸線形狀?！捕圮壽E一口井實際鉆成后的井眼軸線形狀。第一節(jié)井眼軌跡的基本概念一、軌跡的圖示方法〔一三維坐標(biāo)法：X、Y、Z〔二柱面圖示法垂直剖面圖〔柱面展開圖：經(jīng)過井眼軌跡上每一個點作一條鉛垂線,這些鉛垂線構(gòu)成了一個曲面,稱為柱面。將此柱面展開到一個平面上,就形成了垂直剖面圖。水平投影圖：俯視圖。將井眼軌跡這條空間曲線投影到井口所在的水平面上,形成水平投影圖。〔三投影圖示法水平投影圖：俯視圖。將井眼軌跡這條空間曲線投影到井口所在的水平面上,形成水平投影圖。垂直投影圖：側(cè)視圖。將井眼軌跡這條空間曲線投影到設(shè)計方位線所在的鉛垂面〔即：井口和目標(biāo)點所在的鉛錘面。二、軌跡的基本參數(shù)〔一井深〔斜深、測深1.定義：井口〔通常以轉(zhuǎn)盤面為基準(zhǔn)至測點的軌跡長度。以字母Dm表示,單位為米〔m2.井深增量〔井段長度：下測點井深與上測點井深之差。以△D〔二井斜角〔α1.概念：指井眼方向線與重力線之間的夾角。單位為〔度。2.井眼方向線：過井眼軸線上某測點作井眼軸線的切線,該切線向井眼前進(jìn)方向延伸的部分稱為井眼方向線。3.井斜角增量〔△α〔三井斜方位角〔方位角〔Φ1.概念：在水平投影圖上,以正北方位線為始邊,順時針方向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過的角度。2.井眼方位線〔井斜方位線：某測點處的井眼方向線在水平面上的投影。3.井斜方位角增量〔△Φ三、軌跡的計算參數(shù)〔一垂直深度〔D〔垂深軌跡上某點至井口所在水平面的垂直距離?！捕轿灰啤睱p軌跡上某點至井口所在鉛垂線的水平距離〔或：在水平投影面上,軌跡上某點至井口的直線距離?！矅猓簩⑺轿灰品Q為閉合距；國內(nèi)：將完鉆時的水平位移稱為閉合距?！踩揭品轿唤恰拨?.概念平移方位線所在的方位角。2.平移方位線：在水平投影面上,井口至軌跡上某點的連線?！矅猓簩⑵揭品轿唤欠Q作閉合方位角；國內(nèi)：指完鉆時的平移方位角為閉合方位角。〔四視平移〔V水平位移在設(shè)計方位線上的投影長度?！参逅酵队伴L度〔水平長度、平長：井眼軌跡上某點至井口的軌跡長度在水平面上的投影,即井深在水平面上的投影長度?！擦鵑坐標(biāo)和E坐標(biāo)：井口為原點；南北坐標(biāo)軸,以正北方向為正；東西坐標(biāo)軸,以正東方向為正?！财呔矍省睰1.概念：指單位井眼長度內(nèi)井眼全角的變化值,通常也叫狗腿嚴(yán)重度。2.狗腿角〔全角變化：對于一個側(cè)段〔或井段來說,上、下二測點處的井眼方向線之間的空間夾角。3.公式：K=Lubinski公式：cos第三節(jié)直井防斜技術(shù)一、井斜的原因〔一地質(zhì)因素地層傾斜和地層可鉆性不均勻兩個方面1.地層可鉆性各向異性因素2.地層可鉆性的縱向變化3.地層可鉆性的橫向變化〔二鉆具因素主要原因是鉆具的傾斜和彎曲：〔導(dǎo)致鉆具傾斜和彎曲的原因：鉆具和井眼有一定的間隙；鉆壓的作用,鉆柱受壓靠近井壁或發(fā)生彎曲〔"輕壓吊打"；鉆具本身的彎曲,轉(zhuǎn)盤安裝不平、井架安裝不正等?！踩蹟U(kuò)大鉆頭在井眼內(nèi)左右移動,靠向一側(cè),鉆頭軸線與井眼軸線不重合,導(dǎo)致井斜。二、滿眼鉆具組合控制井斜〔實質(zhì)是穩(wěn)斜組合〔一基本原理：增大下部鉆具的尺寸和剛度,近似"填滿井眼",防止鉆柱彎曲和傾斜?！捕椒ㄔ谙虏裤@具適當(dāng)位置安放3~4個扶正器。〔三YXY組合的結(jié)構(gòu)1.近扶正器：緊裝在鉆頭之上,抵抗鉆頭所受側(cè)向力、防止側(cè)向切削和不對稱切削。2.中扶正器：保證中扶正器和鉆頭之間的鉆具不發(fā)生彎曲,其安放位置需要嚴(yán)格計算。3.上扶正器：保證鉆具上至少有三個穩(wěn)定點與井壁接觸,從而保證井眼的直線性,距中扶1鉆鋌單根。4.第四扶正器：增大下部鉆柱的剛度,協(xié)助中扶防止鉆柱彎曲。一般不裝,特別易斜地層才用?！菜腨XY組合"中扶"位置的計算L式中：Lp,中扶距鉆頭的最優(yōu)長,mC,扶正器與井眼的間隙,m,C=ddh,井眼直井,mds,扶正器直井,mE,鉆鋌鋼材的楊式模量,kNmJ,鉆鋌的截面的軸慣性矩,m4,J=dco,鉆鋌外徑,mdoi,鉆鋌內(nèi)徑,mqm,鉆鋌在鉆井液中的線重,kN/mα,允許的最大井斜角,〔度。三、鐘擺組合控制井斜〔一鐘擺鉆具組合的原理在下部鉆柱的適當(dāng)位置安裝一個扶正器,當(dāng)井斜時,該扶正器支撐在井壁上形成支點,使下部鉆柱懸空。則該扶正器以下的鉆柱就好像一個鐘擺,產(chǎn)生一個鐘擺力,鉆頭在此鐘擺力的作用下切削下井壁。從而使新鉆的井眼不斷降斜。四、其它直井防斜技術(shù)1.塔式鉆具〔鐘擺鉆具；2.偏心鉆鋌〔形成公轉(zhuǎn)和鐘擺力；3.方鉆鋌〔滿眼鉆具組合；4.鉆鋌偏心短節(jié)〔形成鉆鋌公轉(zhuǎn)；5.微機控制自動垂直鉆井系統(tǒng)〔VDS。第五節(jié)定向造斜工具及軌跡控制一、概念1.造斜：由垂直井段開始鉆出一定方位的斜井段的工藝過程。2.造斜點：開始造斜時的深度。垂直井段開始傾斜的起點。二、造斜工具〔一井底動力鉆具造斜工具；1.彎接頭；2.彎外殼；3.偏心墊塊?！捕D(zhuǎn)盤鉆造斜工具。斜向器、射流鉆頭和扶正器組合。四、扭方位的計算1.裝置角〔工具面角〔w：以高邊方向線為始邊,順時針旋轉(zhuǎn)到裝置方位線所轉(zhuǎn)過的角度,稱為"裝置角"。2.裝置方位線：井底平面上自井眼低邊指向井眼高邊的方向線OA線稱為"高邊方向線",C點是鉆頭中心,OC線稱為"裝置方位線"。3.工具面：造斜工具作用方向線與鉆柱軸線構(gòu)成的平面〔彎接頭的兩條交叉軸線所在的平面,圖中的三角形。4.裝置方位角Φw〔裝置角和裝置方位角在0~360度內(nèi)變化,順時針為"+",逆時針為"-"5.反扭角〔Φn6.定向方位角〔ΦsΦ7.擺工具面：把造斜工具的工具面擺在預(yù)定的定向方位線上。第六章油氣井壓力控制第一節(jié)井眼與地層壓力系統(tǒng)一、井眼內(nèi)的各種壓力〔一地層孔隙壓力〔pp〔二地層破裂壓力〔pp〔三地層坍塌壓力〔pp〔四鉆井液靜液柱壓力〔pp〔五環(huán)空循環(huán)壓降〔△△〔六井內(nèi)波動壓力〔1抽吸壓力〔psbp〔2激動壓力〔psgp〔七不同時刻的井底有效壓力〔p〔1正常鉆進(jìn)時：p〔2起鉆時：p〔3下鉆時：p〔4最大井底壓力：p〔5最小井底壓力：p〔八安全鉆井的壓力平衡條件：p〔九不同壓力條件的井下情況：〔1pb〔2pb〔3pb〔4pp〔5pb二、井眼—地層系統(tǒng)壓力基本關(guān)系pρ式中：△p,安全附加壓力；△對于油井：△p=1.5~3.5MPa對于氣井：△p=3.5~5.0MPa三、平衡與欠平衡壓力鉆井〔一平衡壓力鉆井1.概念：在有效的控制地層壓力和維持井壁穩(wěn)定的前提下,盡可能降低鉆井液密度,使鉆井液液柱壓力剛好等于或略大于地層壓力,達(dá)到解放鉆速和保護(hù)油氣層的目的,這種鉆井方法稱為平衡壓力鉆井。〔二欠平衡壓力鉆井：1.概念：指鉆井液作用于井底的有效壓力小于地層孔隙壓力的鉆井,即pb2.優(yōu)點：〔1減少油層損害?！?有利于識別評價低壓油氣藏。〔3提高機械鉆速?！?減少或避免壓差卡鉆和井漏事故。3.原理：井底壓差小,降低了"壓持效應(yīng)",鉆頭破巖效率上升,鉆速提高。4.欠平衡鉆井適用的儲層：〔1高滲透固結(jié)砂巖和碳酸巖油氣藏；〔2裂縫性油氣藏；〔3致密性〔低孔低滲油氣藏；〔4壓力衰竭的低壓油氣藏。5.欠平衡鉆井的方式〔依據(jù)欠平衡產(chǎn)生條件〔1流鉆〔邊噴邊鉆：低密度鉆井液,邊噴邊鉆?！?氣體鉆井：人工誘導(dǎo)產(chǎn)生欠平衡。①空氣鉆井：采用空氣作為循環(huán)介質(zhì)。②霧化鉆井〔以氣體為主③泡沫鉆井④充氣鉆井〔以鉆井液為主第二節(jié)溢流的侵入及其檢測一、溢流和井噴的概念1.溢流〔又稱為井涌、氣侵地層流體〔油、氣、水侵入井內(nèi),井口返出的鉆井液量大于泵入量,或停泵后鉆井液從井口自動外溢的現(xiàn)象。2.井噴地層流體失去控制地噴出地面。二、地層流體侵入井內(nèi)的原因1.地層壓力掌握不準(zhǔn),使設(shè)計的鉆井液密度偏低2.地層流體〔油、氣、水侵入,使鉆井液密度降低3.起鉆未按規(guī)定灌泥漿,或井漏井內(nèi)液面降低4.起鉆速度過快,抽吸壓力過大,地層流體侵入井內(nèi)5.停止循環(huán)時,環(huán)空循環(huán)壓降消失,使井底壓力減小?！步y(tǒng)計表明,近70%的井涌或井噴發(fā)生在起鉆〔起完鉆過程中。第三節(jié)油氣井壓力控制——關(guān)井與壓井一、井口防噴器組合1.萬能防噴器：南瓜形的多瓣橡膠芯,可以抱緊任何尺寸的鉆鋌、鉆桿、鉆桿接頭,但萬能防噴器承受壓力的能力有限,不能承受很高的壓力。所以,萬能防噴器僅僅在閘板防噴器不能起作用的時候使用。2.半封閘板防噴器：是防噴器的主要部分,在出現(xiàn)井噴溢流時,它可以抱緊鉆桿本體,封閉鉆桿外環(huán)形空間。3.全封閘板防噴器：是當(dāng)井內(nèi)沒有鉆柱并需要關(guān)井時使用。4.剪切閘板防噴器：發(fā)生井噴事故,防噴器只能封閉環(huán)形空間,井噴流體從鉆柱內(nèi)孔噴出,此時為了緊急控制,使用剪切閘板迅速將鉆桿擠扁,封住內(nèi)孔,制止井噴?；蛟诰畠?nèi)有鉆柱,遇到臺風(fēng)或其他緊急情況,需要立即撤離平臺時,又來不及起鉆,這時使用剪切閘板迅速將井內(nèi)鉆柱剪斷,平臺即可撤離。二、關(guān)井程序關(guān)井：利用井口防噴器將井口關(guān)閉,井口防噴器產(chǎn)生的回壓與環(huán)空泥漿液柱壓力之和平衡地層壓力,防止地層流體的繼續(xù)侵入。〔一關(guān)井方式及選擇1.硬關(guān)井〔1概念：發(fā)生溢流后,在節(jié)流閥關(guān)閉的情況下關(guān)閉防噴器?！?優(yōu)點：關(guān)井程序簡單,時間短,地層流體侵入量小?！?缺點：產(chǎn)生"水擊",使井口裝置、套管和地層所承受的壓力急劇增加,可能超過井口裝置的額定壓力、套管抗內(nèi)壓強度和地層破裂壓力。2.軟關(guān)井〔1概念：發(fā)生溢流后,先打開節(jié)流閥,然后關(guān)閉防噴器,再關(guān)閉節(jié)流閥?！?優(yōu)點：