《钻井与完井工程》教学大纲new.doc

钻井与完井工程教学大纲钻井与完井工程课建小组1. 课程性质、目的和任务钻井与完井工程是为石油工程专业本科生讲授的一门专业课程，是一门实践性非常强的学科，也是本科石油工程专业学生必修的一门重要专业课程。钻井与完井工程课程教学的目的就是为了培养高素质的从事石油钻井与完井工作，并具有丰富专业技能的石油工程技术人员或科研人员，造就一批合格的从事石油勘探和开发工作的从业者。本课程总学时为70学时，其中教学64学时，实验6学时。2教学内容与要求第一章 绪论 一、本章教学要求1）通过了解钻井与完井工程的定义及其在石油工业中的地位，明确学习本门功课的重要性；2）过了解钻井与完井工程的主要内容及其衔接关系，建立钻井与完井工程的整体与系统的概念以及各个环节相互之间的关联关系（重点）；3）解钻井与完井工程技术的发展过程。二、教学内容第一节、钻井与完井工程及其在石油工业中的地位（一）、石油、天然气在国民经济中的地位（二）、石油天然气勘探、开发、生产的主要环节（三）、钻井与完井工程在石油工业中的作用和地位 （勘探、开发、提高采收率）第二节、钻井与完井工程的内容（一）、一口井的钻井流程：钻前工程、钻井工程、完井工程（二）、钻井工程设计：地质设计、工程设计（三）、钻井工程设计所包含的内容：井身结构设计、钻机性能、钻井液设计、钻头设计、水力参数和钻井参数设计、钻具组合设计、固井完井设计（四）、钻井过程：旋转钻井系统简介、固井过程、完井方法简介（五）、井史整理第三节、钻井与完井工程技术的发展（一）、深井复杂井钻井技术（二）、特殊工艺井钻井技术（定向井、丛式井、水平井、大位移井、分枝井）（三）、欠平衡钻井技术（四）、连续油管钻井技术（五）、保护油气层的钻井完井技术（六）、小井眼钻井技术三、重点、难点钻井新技术。第二章 井身结构设计一、本章基本要求要求掌握地层压力预测的基本原理、方法和井身结构设计的主要内容（设计步骤及相关计算方法）。了解异常压力形成的环境条件，了解生产套管尺寸设计内容及影响因素。二、教学内容第一节 地层孔隙压力预测方法（一）、几个基本概念 （二）、异常压力形成原因（三）、地层孔隙压力预测方法（掌握dc指数法，了解声波时差、地震法）第二节 地层破裂压力预测方法（一）、破裂压力定义、地应力、构造应力系数 （二）、预测模型建立 （三）、液压法试验测取破裂压力原理、方法、步骤 第三节 井眼坍塌压力预测方法（一）、井眼系统稳定性与安全、快速钻井的关系 （二）、井眼坍塌压力梯度公式推导 （三）、有关岩石力学特性参数测取第四节 井身结构设计（一）、井身结构设计内容（二）、井身结构设计原理 （三）、井身结构设计方法、步骤（四）、井身结构设计例题第五节 生产套管尺寸设计（一）、生产套管设计的影响因素（二）、生产套管尺寸设计三、重点与难点1）地层压力、地层破裂压力、地层坍塌压力的预测方法2）井身结构的设计方法和步骤第三章 钻井液一、本章基本要求掌握钻井液的基本组成、特点、作用原理及不同钻井液体系所适用的条件；掌握粘土胶体化学基本知识；重点掌握钻井液两个工艺性能对钻井工程的影响，了解胶体化学特点及其对钻井液性能的影响。了解相关的化学添加剂类型及其作用原理；了解钻井液性能的测量、维护控制和调整的基本原理和方法，了解常用钻井液体系的类型、原理和使用条件。二、教学内容第一节、钻井液的功用、组成和类型（一）、钻井液的功用（二）、钻井液的组成和类型第二节、粘土胶体化学基础（一）、粘土胶体化学的几个基本概念（二）、主要粘土矿物的晶体构造和特点（三）、粘土-水界面扩散双电层（四）、粘土的水化（五）、粘土-水悬浮体的稳定性重 点：粘土晶体结构、扩散双电层、电动电势、粘土的水化。难 点：粘土晶体结构与扩散双电层概念。第三节：钻井液的工艺性（一）、钻井液的流变性能（二）、钻井液的失水造壁性能（三）、钻井液的其它性能重 点：流变参数及其胶体化学性质；流变性能调节原理；影响静失水的因素分析。难 点：流变参数及其胶体化学性质、影响静失水的因素分析、泥饼质量评价和控制原理。第四节：钻井液常用原材料和处理剂（一）、钻井液常用原材料和处理剂的分类（二）、钻井液原材料和处理剂作用原理（选修内容）重 点：处理剂作用原理和选择方法。难 点：处理剂类型与作用原理的关系。第五节：钻井液体系（一）、水基钻井液体系（二）、油基钻井液体系（三）、气基钻井液体系重 点：水基钻井液（分散型、抑制型、聚合物钻井液）。难 点：钻井液各组分的基本物理化学作用原理。第四章 钻井工艺一、本章基本要求要求学生掌握钻井工艺的基本思想、基本原理、基本方法。了解钻井过程的系统分析方法，掌握与钻井工艺有关的地层岩性，掌握常用钻头的基本特征和工作原理，掌握水力参数和机械参数的计算原理和方法，掌握钻具的基本组成及设计方法，了解相关的钻井经济技术指标。二、教学内容第一节、钻井过程的系统分析（一）、系统特征（二）、影响因素（三）、研究方法第二节、地层岩性（一）、岩石的物理机械性质（二）、岩石的强度（三）、岩石的硬度和塑性系数（四）、岩石的研磨性五、岩石的可钻性重 点：岩石的研磨性和可钻性第三节、钻头（一）、钻头类型（二）、破岩机理（三）、钻头选择重点：破岩机理第四节、水力参数（一）、水功率传递原理（二）、水力参数计算（三）、钻头喷嘴组合（四）、水力参数设计方法五、实例重点：水力参数设计方法第五节：机械参数（一）、牙轮钻头机械参数（二）、金刚石钻头机械参数（三）、取心钻头机械参数（四）、机械参数优选方法重点：机械参数优选方法第六节：钻具（一）、钻柱（二）、其它钻具（三）、深井钻柱的设计重点：深井钻柱的设计第七节：钻井经济技术指标（自学） 第五章 钻井过程压力控制一、本章基本要求掌握压力控制钻井中的基本概念，井内波动压力计算的原理、方法、步骤及计算方；，掌握溢流及井喷原因、溢流关井井筒压力变化及压井基本数据的计算；掌握司钻法、工程师压井法的定义、方法、计算步骤。本章为英语教学，相关内容的英语建材不甚丰富，具体教学内容由任课教师酌情增减，但应照顾到中文教材的教学内容，以保证教学内容的完整性，以下教学内容供任课教师参考。二、教学内容第一节 井控的基本概念（一）、介绍平衡钻井、欠平衡钻井和过平衡钻井的概念和基本过程（二）、介绍与井控有关的地面设备和地面管汇第二节 井内波动压力计算方法（一）、井内波动压力的定义 （二）、稳定井内波动压力计算原理、方法步骤及计算方法 （三）、公式推导 （四）、例题讲解 第三节 溢流及井喷控制（一）、溢流及井喷原因 （二）、气浸特性 （三）、溢流及关井方法 （四）、压井基本数据计算 （六）、司钻法压井定义、方法、步骤及计算方法 （七）、工程师法定义、方法、步骤及计算方法（八）、非常规井控 （九）、井控装置选择原则 （十）、例题讲解第四节：欠平衡钻井技术（自学）三、重点与难点（一）、波动压力的计算（二）、溢流及井喷的原因分析（三）常用的压井方法及其计算第六章 井眼轨迹设计与控制一、本章基本要求（一）掌握的概念和分析方法a) 井眼轨迹描述的基本概念和定义b) 引起井眼弯曲的原因c) 井斜和方位控制的基本原理和方法（二）掌握的设计计算方法：a) 二维定向井轨迹的设计b) 实钻井眼轨迹的计算与作图c) 扭方位计算d) 下部钻具组合与井眼轨迹控制（三）了解的内容：a) 实钻井眼轨迹测量b) 多稳定器钻具组合力学分析c) 井下闭环钻井系统（AutoTrak & PowerDrive）d) 地质导向钻井(Geosteering System)二、教学内容第一节、概述定向井的应用、发展现状、最新技术。第二节、定向井井眼轨迹设计（一）基本概念（井斜角、方位角、井深、水平位移、垂深）（二）井眼曲率（三）轨迹设计原则（四）二维剖面设计方法（S型井眼）第三节、井眼轨迹测量计算（一）井眼轨迹测量目的和测量方法（简述，属了解内容）（二）井眼轨迹计算（主要讲述曲率半径法和最小曲率法）（三）实钻轨迹作图（视平移、投影图、剖面图）第四节、井眼轨迹控制（一）影响井眼弯曲原因1）地层及其各向异性2）钻柱弯曲引起的钻头侧向力3）钻头结构引起的各向异性（二）井斜控制方法（了解理论分析方法，掌握钟摆钻具稳定器位置计算）1）钟摆钻具（引用纵横弯曲梁理论导出钻头侧向力、转角计算式）2）多稳定器钻具（属了解内容，简介其力学分析原理）3）其它方法简介（偏重钻铤、井下动力钻具）（三）方位控制方法1）装置角及其计算（扭方位公式推导见附录）2）扭方位计算（解析法）3）反扭角及其计算三、重点与难点（一）二维轨迹设计计算（二）定向井井斜控制方法（三）定向井方位控制方法第七章 固井一、本章基本要求掌握固井工程的基本概念；掌握套管柱强度设计的基本原理和方法，能进行基本的套管柱强度设计；掌握水泥浆（石）性能与固井工程的关系以及提高注水泥顶替效率措施的原理，能进行基本的注水泥设计。了解固井质量检测和评价的常规方法。二、教学内容第一节 套管与固井工艺流程（一）、油气井套管 简单介绍单根套管结构、套管尺寸、螺纹类型及套管钢级。（二）、常规固井工艺流程 简单介绍常规固井施工的工艺流程。第二节 套管柱强度设计（一）、套管柱外载计算 外挤压力、内压力、轴向拉力。（二）、套管强度 1）套管强度 抗挤强度、抗内压强度、抗拉强度 2）复合外载作用下的套管强度 重点是复合外载作用下套管的抗挤强度。（三）、套管柱强度设计方法 设计原理（等安全系数）、设计安全系数、设计方法、设计举例。要求：掌握套管柱外载计算方法、套管强度概念、以及复合外载作用下套管抗挤强度的计算，能进行基本的套管柱强度设计。 重点：本节内容全是重点。 难点：复合外载作用下的套管强度。第三节 油井水泥（一）、油井水泥 油井水泥级别和类型、水泥的水化反应。（二）、水泥浆性能与固井工程的关系 水泥浆密度、水泥浆的稠化时间、水泥浆流变性、水泥浆失水量、水泥浆自由水含量、水泥石抗压强度、水泥石渗透率（三）、油井水泥外加剂 简单介绍处理剂类型。要求：了解油井水泥及油井水泥外加剂，掌握水泥浆性能与固井工程的关系。 重点：密度、稠化时间、流变性、失水量、自由水含量、抗压强度。第四节 注水泥 （一）、提高注水泥顶替效率的措施 顶替效率概念措施：加扶正器降低套管在井眼中的偏心程度、注水泥时活动套管、采用紊流或塞流流态注水泥、使用注水泥前置液、注水泥前调整钻井液性能、增加紊流接触时间、顶替液与钻井液的密度差。 （二）、水泥浆在凝结过程中的失重与油、气、水窜问题 简单介绍失重与窜的原理。 （三）、注水泥计算 浆体量计算、临界排量计算、施工压力计算。 （四）、水泥环质量检测和评价 井温测井、声幅测井（水泥胶结测井）、声波变密度测井。要求：掌握提高注水泥顶替效率措施的原理，了解水泥浆在凝结过程中的失重与油、气、水窜问题，掌握浆体量、临界排量及施工压力的计算方法，了解水泥环质量检测和评价。 重点：提高注水泥顶替效率的措施，注水泥计算。 难点：失重与窜的机理解释。 第八章 完井一、本章基本要求掌握完井的定义、合理完井方法应满足的要求，掌握常规完井方法及其适用的地质条件，掌握完井方法的选择。了解完井井口装置及完井管柱，了解完井投产措施。二、教学内容第一节 完井方法完井的定义、合理完井方法应满足的要求（一）、常规完井方法1）射孔完井；2）裸眼完井；3）割缝衬管完井；4）砾石充填完井；5）几种常规完井方法适用的地质条件。（二）、其它完井方法1）贯眼套管（尾管）完井；2）预充填砾石绕丝筛管完井；3）其它防砂筛管完井；4）化学固砂完井；5）压裂砾石充填完井；6）欠平衡打开产层的完井。第二节 完井方法选择1）完井方法分类2）生产过程中井眼的力学稳定性判断3）生产过程中地层出砂的判断4）完井方法选择的地质及工程依据5）完井方法选择的原则与思路第三节 完井井口装置及完井管柱1）井口装置2）完井管柱第四节 完井投产措施（自学） 1）投产前的准备 2）排液措施 3）解堵措施第九章 储层保护一、本章基本要求要求学生掌握储层保护技术的基本概念，研究思路及室内评价方法。了解油气层损害的普遍性、各种不同作业条件下潜在损害因素的特殊性、钻井完井过程中储层保护技术的针对性。掌握在钻井完井过程中对储层保护技术各项基础资料的收集、分析及处理方法。二、教学内容第一节：储层损害的室内评价技术（一）、储层敏感性评价讲清速敏、水敏、盐敏、碱敏、酸敏的基本概念，五敏评价的目的，如何评价及评价指标。（二）、工作液对储层的损害评价讲清工作液包括的范围、评价的目的，如何评价损害程度、动静态损害评价的区别及如何评价损害深度。重 点：“五敏”概念难 点：“五敏”的原因和实质。第二节：钻井过程中的储层保护技术（一）、储层损害原因分析（掌握）重点讲清钻井液滤液与储层岩石不配伍引起的损害和钻井液滤液与储层流体不配伍引起的损害。（二）、保护储层的钻井液技术（理解）1）保护储层对钻井液的五点要求2）钻开储层的三大类十一种钻井液3）屏蔽暂堵保护储层钻井液技术的原理、技术要点及其适用范围（三）、保护储层的钻井工艺技术（了解）重 点：油气层损害原因分析及保护油气层的钻井液技术