第6章鉆進(jìn)技術(shù)及壓力控制

第6章鉆進(jìn)技術(shù)及壓力控制6.1技術(shù)措施6.2井斜6.3地層壓力6.4井內(nèi)壓力平衡鉆進(jìn)技術(shù)包括的內(nèi)容很多，如設(shè)備、工具性能，人員素質(zhì)及管理水平，技術(shù)措施等。評價(jià)技術(shù)措施好壞的的標(biāo)準(zhǔn)可以不同：完成鉆井目的的好壞：井身質(zhì)量鉆進(jìn)速度的快慢：機(jī)械鉆速鉆井成本高低：每米成本要求：優(yōu)質(zhì)、快速、高效重點(diǎn)介紹兩部分：以提高機(jī)械鉆速為目的的技術(shù)措施井身質(zhì)量方面井斜的概念及原因

6.1技術(shù)措施一、影響鉆速的因素：

分為可控因素與不可控因素

可控因素很多，主要包括鉆壓、轉(zhuǎn)速、水力因素、牙齒磨損、泥漿性能等。為研究各影響因素的作用，一般采用單因素實(shí)驗(yàn)的方法來研究。6.1技術(shù)措施鉆壓(最活躍的參數(shù))oa段：鉆頭切削刃不能吃入巖石(研磨)。ab段：鉆頭切削刃逐步吃入巖石。b點(diǎn)：幾乎全部吃入巖石。若水力作用跟得上，沿1線；若水力作用跟不上則沿2線。w0—門限鉆壓(大小隨巖石而變)(目前通用鉆壓范圍內(nèi))：6.1技術(shù)措施轉(zhuǎn)速鉆速增長率低于轉(zhuǎn)速增長率，原因有：轉(zhuǎn)速增加牙齒作用巖石的時(shí)間縮短牙齒吃入與破碎巖石的效率下降轉(zhuǎn)一周破碎深度減少。井底清潔情況隨巖屑量增加而變差。6.1技術(shù)措施轉(zhuǎn)速與鉆速的關(guān)系水力因素射流作用：凈化井底。保持和擴(kuò)大預(yù)破碎帶裂縫。直接水力破巖。井底凈化過程：巖屑離開母體。推離井底。環(huán)空舉升。6.1技術(shù)措施鉆速與水力參數(shù)關(guān)系曲線離開母體：壓持效應(yīng)(靜壓力或循環(huán)壓力>地層孔隙壓力)，射流沖擊力克服壓持效應(yīng)。推離井底：漫流速度。鉆頭水功率增加沖擊力和漫流速度增加(

)另外，Nb增加，破碎帶裂縫擴(kuò)大，水力破巖。

噴射鉆進(jìn)技術(shù)(高泵壓，高排量)。6.1技術(shù)措施鉆井液性能的影響包括：密度，粘度，固相含量等。密度：主要是壓差(壓持效應(yīng))，壓差增加，鉆速下降。平衡壓力鉆井技術(shù)粘度：粘度鉆速原因：粘度循環(huán)壓耗鉆頭水功率增加壓持效應(yīng)6.1技術(shù)措施固相含量影響增大粘度增大鉆頭磨損泥漿泵的磨損結(jié)果：鉆速下降(采用低固相泥漿，固相<4%)6.1技術(shù)措施6.1技術(shù)措施二、鉆頭磨損1.鉆頭牙齒的磨損鉆壓越大牙齒磨損增加轉(zhuǎn)速增加牙齒磨損增加結(jié)果：鉆速下降。2.軸承磨損(關(guān)系同上)多數(shù)情況下，軸承先于牙齒磨損6.1技術(shù)措施三、鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)優(yōu)選

按某種最優(yōu)原則，選配各種鉆井技術(shù)參數(shù)，一般是優(yōu)選鉆頭類型、鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵壓、排量、鉆頭噴咀直徑等。一般按每米鉆井成本最低為原則，優(yōu)選參數(shù)。6.1技術(shù)措施一、井眼軌道與井眼軌跡井眼軌道：一口井開鉆之前，預(yù)先設(shè)計(jì)的井眼軸線形狀。

直井軌道：過井口的鉛垂線

定向井軌道：二維定向井：過井口和目標(biāo)點(diǎn)的鉛錘面上的曲線。三維定向井：具有不同曲率的空間曲線。

軌道設(shè)計(jì)：定向井、水平井、側(cè)鉆井、大位移井等。井眼軌跡：一口井實(shí)際鉆成后的井眼軸線形狀。

軌跡控制：直井防斜打直；特殊工藝井控制井斜和方位，使軌道和軌跡相一致。6.2井眼軌道描述井眼狀態(tài)的幾個(gè)概念：井深：轉(zhuǎn)盤補(bǔ)心到井下一點(diǎn)的井眼軸線長度。井斜角：某深度井眼軸線切線與鉛垂線的夾角。方位角：某一井深處井眼軸線投影的切線與正北方向的夾角。井底水平位移：井口與井底在水平面上投影的直線距離。井斜角變化率：單位井身長度井斜角變化值。方位角變化率：指單位井身長度方位角變化值。6.2井眼軌道二、井斜的原因地質(zhì)因素(地層)工程因素：鉆柱彎曲鉆頭傾向于沿阻力最小的方向鉆進(jìn)。1.地質(zhì)因素地層傾角(45-60°)層狀地層地層各向異性巖性軟硬交錯(cuò)6.2井眼軌道地層軟硬交錯(cuò)2.鉆柱彎曲6.2井眼軌道主要原因是鉆具的傾斜和彎曲：引起鉆頭傾斜，在井底形成不對稱切削；使鉆頭受側(cè)向力作用，產(chǎn)生側(cè)向切削?！暗撞裤@具組合”(BottomHoleAssembly)，簡稱BHA

導(dǎo)致鉆具傾斜和彎曲的原因：鉆具和井眼有一定的空隙；鉆壓的作用，鉆柱受壓靠近井壁或發(fā)生彎曲；鉆具本身的彎曲，轉(zhuǎn)盤安裝不平、井加安裝不正等。

地層中有油、氣、水，且有一定壓力。這些壓力的大小沿不同的井深，差別很大。正常情況這些壓力由泥漿柱壓力平衡著。若由于某種原因(如高壓層、抽吸、氣浸等)引起泥漿柱壓力小于地層壓力，則會發(fā)生井涌，井噴等事故；若泥漿柱壓力大于地層破裂壓力或遇到低壓層，則會發(fā)生井漏事故。6.3地層壓力靜液壓力：

上覆巖層壓力：該層以上巖石+孔隙流體總重產(chǎn)生的壓力。地層孔隙壓力：某地層的巖石孔隙或裂縫中含油氣水等流體所具有的壓力。地層破裂壓力：地層沿強(qiáng)度最弱處破裂形成裂縫時(shí)的壓力。某壓力的當(dāng)量泥漿密度：若井眼內(nèi)充滿了這種密度的泥漿，則它在該處所具有的靜壓力正好等于該壓力。

壓力梯度：單位深度壓力變化值。6.3地層壓力地下客觀存在的壓力：地層孔隙壓力：Pp地層破裂壓力：Pf井眼內(nèi)可以調(diào)整控制的壓力：井內(nèi)泥漿柱實(shí)際壓力：Pm平衡：Pp

<Pm<Pf失衡：Pm<Pp

發(fā)生溢流井涌井噴

Pm>Pf

發(fā)生地層破裂井漏6.4井內(nèi)壓力平衡一、地層孔隙壓力的分類正常壓力(靜水壓力)：淡水1000～鹽水1070kg/m3異常高壓(大于靜水壓力)異常低壓(小于靜水壓力)異常壓力的預(yù)測是鉆井很重要的內(nèi)容(略)。6.4井內(nèi)壓力平衡二、井內(nèi)泥漿壓力指井內(nèi)地層受到的泥漿作用的壓力。有幾個(gè)方面：靜壓力起鉆抽吸壓力下鉆激動壓力環(huán)空壓降引起的壓力增量。開泵蹩壓引起的壓力增量。起鉆未灌泥漿引起液面降低，減少的壓力。

這些壓力不會同時(shí)出現(xiàn)，分別出現(xiàn)在不同的作業(yè)過程中，最基本的是靜液柱壓力，其值加減相應(yīng)的增量即是泥漿實(shí)際壓力。6.4井內(nèi)壓力平衡三、井內(nèi)壓力平衡要維持壓力平衡狀態(tài)：必須準(zhǔn)確地預(yù)測Pp和Pf。必須合理設(shè)計(jì)泥漿密度，一般是最低使：經(jīng)驗(yàn)值：(油層)

(氣層)在某些特殊地層很難保證平衡：Pp～Pf范圍很窄。6.4井內(nèi)壓力平衡四、壓井溢流、井涌或井噴后，向井內(nèi)打入一定密度的重泥漿以制止井噴的工藝過程叫壓井：重建井眼壓力平衡的過程。過程為：關(guān)井求壓；設(shè)計(jì)泥漿密度；循環(huán)重泥漿，替出輕泥漿。6.4井內(nèi)壓力平衡◆射流的擴(kuò)散角：射流縱剖面上周界母線的夾角，可表示射流的密集程度。◆初始速度：噴嘴出口斷面上的速度（基本相等）◆射流流速核：射流中心保持初始速度流動的流束。其長度主要受噴嘴直徑和噴嘴內(nèi)流道的影響?！羯淞鞯膭幽苻D(zhuǎn)換成對井底的壓能，形成井底沖擊壓力波。◆井底漫流：射流在井底限制下沿井底方向流動返回射流的水力特性：(1)射流的沖擊壓力作用對巖屑的沖擊翻轉(zhuǎn)作用：作用在井底巖屑上的壓力極不均勻，使