钻井工程理论与技术

1、钻井工程理论与技术复习题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。上覆岩层压力随深度增加而增大。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 Qr时，Ps=Pr , pS pr8 .12.08.08.138.4)()(57

2、503.0QLDDDDdBPpphphp p 8.12.08.08.138.4)()(57503.051655.0QLDDDDdPcchchcc cpglKKKK ccgmLKKn 口 n mLKl 8 .1)(QamDpL钻井泵的实际工作状态取决于所选用钢套的大小。只有当泵排量等于额定排量时，钻井泵才能同时达到额定输出功率和额定泵压。因此，应尽量选用额定 排量与实用排量相近的缸套。各水力参数随排量变化的规律：由曲线可知，选择一个排量不可能使四个参数同时达到最大，那麽究竟按照什麽标准选择排量呢？三种选择方式：以Nb为标准选排量称为最大水功率工作方式。以Fj为标准选排量称为最大冲击力工作方式。以

3、 Vo为标准选排量称为最大喷射速度工作方式。当QQr时：当QVQr时：不同井深和排量下钻头水功率的变化规律图象如图4-21所示。其中，D0VD1VD2VD3VDNcVD5VDNaVD7。1-2, DWDNc时：钻头水功率最高时的排量为额定排量，此时泵处于额定功率工作状态。2-3，井深DNcDNa 时，Qopt= QaQa为满足携带岩屑所需要的最低排量。2点和3点是两个转折点，有特殊意义。2点对应的深度LNC为第一临界井深，该井深是钻井泵由额定功率工作方式向额定泵压工作方式的 转折点。3点对应的深度Lna为第二临界井深。当L=LNc时，最优排量当井深L=Lna时，最优排量：水力参数优化设计的主要

4、任务是确定钻井液排量、选择合适的钻头喷嘴直径和泵的钢套直径。井眼轨道：一口井开钻之前，预先设计的井眼轴线形状。井眼轨迹：一口井实际钻成后的井眼轴线形 状。井斜方位角少（井眼方位角、方位角）：在水平投影图上，以正北方位线为始边，顺时针方向旋转 到井眼方位线上所转过的角度。井斜角（a）：指井眼方向线与重力线之间的夹角。单位为度（ ）。水平投影长度Lp （水平长度、平长）： 井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。水平位移S （平移）：轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离（或：在水平投影面上，轨迹上某点至井口的距离）。 平移方位角。:平移方位线所在的方位角。即以正北方位为

5、始边顺时针转至平移线上所转过的角度。井眼曲率K（“狗腿严重度”、“全角变化率”）：指井眼轨迹曲线的曲率。平均曲率：Lubinski 公式：钻井行业标准计算公式：Y该测段的狗腿角，（ ）;Kc该测段的平均井眼曲率，（ ）/30m； ac该测段的平均井斜角，（）。mcDK30）cos（sinsincoscoscosABBABA2sin222BAcc我国钻井行业标准规定，手工计算时用平均角法，计算机计算时用校正平均角法。（4）校正平均角法 我国钻井行业标准规定使用的方法（校正平均角法）：测段计算公式：其中: 注意：以上二式中的Aa和的单位为弧度。测段计算公式与平均角法公式的形式相似，只是在平均角法公

6、式的基础上乘以校正系数fD和fH,因 而称之为校正平均角法。井斜的原因：地质因素，钻具因素。沉积岩特性：垂直层面方向的可钻性高，平行层面方向的可钻性低。钻头总是有向着容易钻进的方向前进的趋势。地层倾角小于45时，钻头偏向垂直地层层面的方向。 地层倾角超过60时，钻头沿着平行地层层面方向下滑，地层倾角在4560。之间时，井斜方向属 不稳定状态。满眼钻具组合的使用.只能控制井眼曲率，不能控制井斜角的大小。不能纠斜。（2）. “以快保满，以满保直”。间隙对满眼 钻具组合性能影响显著。设计间隙一般为Ad=dh-ds=0.81.6mm。当间隙Ad达到或超过两倍的设计值 时，应及时更换或修复扶正器。在井径

7、扩大井段不适用。要抢在井径扩大以前钻出新的井眼（3）.不宜在井眼曲率大的井段使用。防止卡钻。（4）.在钻进软硬交错，或倾角较大的地层时，要注意适当减小钻压，勤划眼，以便消除可能出现的“狗 腿”。（5）.为了发挥满眼钻具的防斜作用，在钻具上至少要有3个稳定点。即：至少要安放3个稳定器。钟 摆钻具组合的使用（1）.多数用于井斜角较大的井纠斜。直井内无防斜作用。（2）.其性能对钻压特别敏感。钻压增大，则增斜力增大，钟摆力减小。使用时必须严格控制钻压。（3）. 只能使用小钻压“吊打”。如果使用大钻压,可能形成新的支点。（4）.不能有效控制井眼曲率，易形成“狗 腿”。.间隙对钟摆钻具组合性能的影响比较明

8、显。二维定向井：是指设计的轨道都在一个铅垂平面上变化，即设计轨道只有井斜角的变化而无井斜方位角 的变化。常规二维定向井轨道设计1 .设计原则（1）能实现钻定向井的目的。（2）有利于安全、优质、快速钻井。轨道形状简单，尽量保持较长的直井段，容易实现钻进；尽量减小最大井斜角，以便减小钻井难度；1530,小倾角定向井；3060,中倾角定向井；大于60,大倾角定向井。最大井斜角不得小于15,否则井斜方位不易稳定。（3）有利于采油工艺的要求；常规二维定向井轨道有四种类型：三段式，多靶三段式，五段式和双增式。扶正器钻具组合仅用于已有一定斜度的井眼内进行增斜、降斜或稳斜。以高边方向线为始边，顺时针旋转到装置

9、方向线上所转过的角度，称为造斜工具的装置角。用3表示。OA 线称为高边方向线。C点是钻头中心，OC线称为装置方向线。装置角井身结构：主要包括套管层次和每层套管的下深，以及套管和井眼尺寸的配合。井身结构设计的主要依据是地层压力和地层破裂压力剖面。设计系数：抽系压力系数Sb； 0.0240.048 g/cm3激动压力系数Sg； 0.0240.048 g/cm3压裂安全系数Sf； 0.030.06 g/cm3 井涌允量 Sk；： 0.05 0.08 g/cm3压差允值 p；PN: 1518 MPa，PA： 21 23 MPa套管和井眼之间间隙值最小一般在9.512.7 mm范围内，最好为19 mm。

10、API标准把套管钢级分为：H、J、K、C、L、N、C、P、Q八种共计10级。API标准规定的各种套管 壁厚范围在5.2116.13 mm。套管柱（套管串）通常是由同一外径、相同或不同钢级、不同壁厚的套管用接箍连接组成的，应符合强 度及生产的要求。在不同类型的井中或一口井的不同生产时期，套管拄的受力是不同的。套管柱所受的基本载荷可分为轴 向拉力、外挤力及内压力。套管柱受轴向拉力一般为井口处最大，是危险截面。套管柱受拉应力引起的破坏形式：套管本体被拉断、螺纹处滑脱（滑扣）。双向应作用下套管强度的变化：第一象限：拉伸与内压联合作用，轴向拉力的存在下使套管的抗内压强度增加。套管的应用趋于安 全，因此设计中一般不予考虑。第二象限：轴向压缩与内压联合作用。在轴向受压条件下套管抗内压强度降低。少见