钻井工程理论

钻井工程理论,李璐2012.07.24,钻井的种类,基准井，剖面井，参数井，构造井，探井，资料井，生产井，注水（气）井，检查井，观察井，调整井。,钻井技术的发展,人工掘井人力冲击钻机械顿钻（冲击钻）旋转钻,钻井的主要方法,旋转钻井国外将旋转钻井分为4个时期：概念时期（1901-1920）发展时期（1920-1948）科学化钻井时期（1948-1969）自动化钻井时期（1969至今）,井的建立过程,钻前准备钻进固井与完井,钻前准备,修公路井场及设备基础准备钻井设备搬运及安装井口设备准备,钻井工程的地质条件,地下压力特性静液压力：由液柱自身的重力所引起的压力上覆岩层压力：目标区域上地层岩石基质和孔隙中流体的总重力所产生的压力地层压力：岩石孔隙中的流体所具有的压力基岩应力：由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那部分上覆岩层压力(颗粒间压力)异常压力：异常低压或者高压,岩石的工程力学性质,岩石的机械性质沉积岩：钻井中主要遇到的岩层种类岩石的弹性(弹性变形与塑性变形)岩石的强度：在受到外力的作用而达到破坏的应力，单位MPa,岩石强度的关系：抗拉抗弯抗剪抗压岩石的脆性和塑性（选择钻头的重要依据）岩石的硬度（硬度与抗压是不同的）,钻进工具,钻头钻头的分类：牙轮钻头，刮刀钻头，金刚石材料钻头,金刚石材料钻头,天然金刚石钻头（金刚石钻头）聚晶金刚石复合钻头（简称PDC钻头）热稳定性聚晶金刚石钻头（简称TSP钻头）,刮刀钻头：石油钻井在上部松软地层中常用的一种带有翼片的切削钻头组成：上钻头体、下钻头体、刀翼、水眼,牙轮钻头,牙轮钻头是使用最广泛的一种钻井钻头。牙轮钻头工作时切削齿交替接触井底，破岩扭矩小，切削齿与井底接触面积小，比压高，易于吃入地层；工作刃总长度大，因而相对减少磨损。牙轮钻头能够适应从软到坚硬的多种地层。,钻柱,钻柱是钻头以上，水龙头以下部分的钢管柱的总成作用：为钻井液提供通道，为钻头提供压力，为钻头提供扭力,钻柱包括：方钻杆，钻杆，下部钻具钻杆包括：钻杆和接头（管体两端加厚）下部钻具：钻铤，有时安装稳定器，减震器，震击器,钻铤：处在钻柱的最下部，是下部钻具组合的主要组成部分特点：壁厚大（一般3853mm,相当于钻杆壁厚的46倍），具有较大的重力和刚度。作用：给钻头施压，保证压缩条件下的必要强度，减轻钻头的振动，使钻头工作平稳，控制井斜,稳定器（扶正器）在钻柱的适当位置安装一定数量的稳定器，组成各种类型的下部钻具组合，可以满足钻直井时防止井斜的要求，钻定向井时可以起到控制井眼轨迹的作用。类型：刚性稳定器，不转动橡胶套稳定器，滚轮稳定器,钻柱的受力分析,轴向拉力和压力扭矩弯曲力矩离心力外挤压力纵向振动扭转振动横向摆动,钻井液,钻井时用来清洗井底并把岩屑携带到地面、维持钻井操作正常进行的流体称为钻井液或者洗井液。功能作用：1从井底清除岩屑2冷却和润滑钻头及钻柱3造壁性能4控制地层压力5循环停止时悬浮钻屑和加重材料，防止下沉6从所钻地层获得资料7传递水力功率,钻井液的分类,1不分散体系（浅井或浅井段）2分散体系（深井，难度大的条件下）3钙处理体系（抑制地层中粘土和页岩的膨胀和分散）4聚合物体系（絮凝钻井液，增加粘度、降低失水）5低固相体系（含固相的类型和体积加以控制，钻速）6饱和盐水体系（维持粘度和清井性能）7完井修井液体系（抑制粘土膨胀保护储层）8油基钻井液体系（维护粘度和胶凝性能）9空气、雾、泡沫和气体体系（欠压平衡力钻井）,钻井液的流变性能,液体分类：牛顿体非牛顿体,非牛顿体分类：塑性液体假塑性液体膨胀型液体,大多数钻井液属于塑性流型，某些钻井液属于假塑性流型，用淀粉类处理剂配制的钻井液有时呈膨胀流型,牛顿流体及非牛顿流体：,科学家牛顿发现,某些液体流动时切应力与切变率D之比为常数,即:=/D水和油都是遵循上述规律的液体.这一公式就是牛顿粘度定律.其中,为液体的粘度.粘度是液体流动时内摩擦或阻力的量度.的单位为Pa.s或mPa.s(帕斯卡.秒).遵循牛顿粘性定律的液体称为牛顿流体,凡是流体运动时其切变率D与切应力不成线性关系的流体称为非牛顿流体.,塑性流型特点施加切应力达到某一个最低值之后开始流动，这个力称作静切应力当切应力超过静切应力（切力，凝胶强度）时，塑性流体并非全部变形，而是靠管壁处先变形，中间未变形或逐层开始变形当切应力继续增大时，液体流速会成直线性上升,。称为动切应力或屈服值,假塑性流型和膨胀流型曲线都过原点即用很小的切力就发生流动假塑性