1. 某井测深为5000m ，垂深为3500m ，井筒内钻井液密度为1.30g/cm 3，试求井底静液柱 压力、井筒静液柱压力梯度，画出静液柱压力、压力梯度沿井深的变化。 答：井底静液柱压力 0.009810.00981*1.30*350044.6355h p H MPa ρ=== 井筒静液柱压力梯度 44.63550.007546/3500 h h p G MPa m H = ==
5.说明下面两式的工程（物理）意义： min max f P w g f S S S ρρ≥+++ 1 min max X f P w f k H S S S H ρρ≥+++ 2 答：min f ρ——最小破裂压力当量密度，3/g m max P ρ——该层套管钻井区间最大地层压力梯度当量密度，3/g m w S ——抽汲压力梯度当量密度，3/g m g S ——激动压力梯度当量密度，3/g m f S ——地层压裂安全增值当量密度，3/g m k S ——溢流产生压力梯度当量密度，3/g m X H ——出现溢流的深度，m H ——下推深度，m 1式为正常作业工况（起下钻、钻进）时，对井内有效液柱压力梯度当量密度的要求，即某层套管所对钻进井段中最小破裂压力梯度当量密度min f ρ应大于或等于该段最大地层压力梯度当量密度max P ρ，该井深区间钻进中可能产生的最大抽汲压力梯度当量密度w S ，激动压力梯度当量密度g S 及地层压裂安全增值当量密度f S 之和。 2式为溢流压井工况时，对井内有效液柱压力梯度当量密度的要求，即对于某一层套管所对应井段，在溢流压井工况下，该井段最小破裂压力梯度当量密度min f ρ应大于或等于该井段任意深度X H 处井内溢流产生压力梯度当量密度，最大地层压力梯度当量密度max P ρ，抽汲压力梯度当量密度w S 及地层压裂安全增值当量密度f S 之和。 优 作业认真完成 再接再励 李肖肖 3月12号 油气开采方向一班 吕登宇 1201010434
复杂结构井是具有任意井眼轨迹或者具有多个分支的油水井，随着钻完井技术的提高，采用水平井、多分支井等复杂结构井型是提高产量、降低成本的有效途径。 应用复杂结构井开采复杂油气田具有如下特点：1、复杂结构井能够大幅度提高单井产能。（应用复杂结构井能够最大程度扩大油井与储层的接触面积，连通破碎的断块和油层，建立通畅的油气通道，从而大幅度提高低渗透油气田和断块油气田的单井产能。）2、延缓见水时间。3、最大程度上提高经济效益。（目前水平井钻井成本平均为直井的1.5～2 倍,甚至某些水平井的成本只有直井的1.2 倍; 而水平井的产量平均是直井的2-5 倍, 一口多分支井可以节省18 口直井的井场, 产量却增加20%。直井、水平井和多分支井的吨油成本比, 据北美油田的统计为1∶0.48∶0.39。） 分支井特点：特点1：有利于制定更合理的开采方案，以尽量少的井控制尽量大的含油面积。特点2：可有效开采多产层油藏。特点3：可替代长水平段水平井。特点4：用尽量少的井开采形状不规则的油藏。特点5：可在一口井内实现注采结合，提高采收率。 多分支井技术应用特点：1.多分支水平井在少井高产开发新区块方面有着巨大的优势；2.多分支水平井在老油田挖潜中的作用日益显著，成为增加储量和产量新的工艺技术；3.多分支水平井完井方式类型多、工具配套、成功率高，能够满足不同油藏对完井方式的要求。 丛式井技术可以在一个平台上钻几十甚至上百口不同类型的井，能够对不同储层同时进行开发和开发更大的面积，从而可以节约大量的井场建设投资、节省地面空间，并且便于采油集中建站、统一管理。采用丛式水平井技术可以使整装油田的开采井网更加合理、优配、并能有效增加油层的裸面积、提高采收率。 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。 动力钻具（井下马达）：涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻具。工作特点：在钻进过程中，动力钻具外壳和钻柱不旋转。 地质导向钻井技术是根据地质导向工具提供的实时井下地质信息和定向数据，辨明所钻遇的地质环境并预报将要钻遇的地下情况，引导钻头进入油层并将井眼保持在产层中。地质导向钻井技术以随钻测量多种井底信息为前提，以油气目的层为最终控制目标，体现了现代钻井技术与测井、油藏工程技术的相融合。 几何导向：由井下随钻测量工具测量的几何参数：井斜、方位和工具面的数值传给控制系统，由控制系统及时纠正和控制井眼轨迹。 地质导向:使用随钻测量数据和随钻地层评价测井数据，以人机对话方式来控制井眼轨迹的技术。
井身结构 石油和天然气的开采过程中需要在地面和地下油气层之间建立一条油气通道，这条通道就是井。这条数十米或是几千米的油气通道需要用多层套管和水泥环进行固定、封闭。井身结构是指由直径、深度和作用各不相同，且均注水泥封固环形空间而形成的轴心线重合的一组套管与水泥环的组合。主要由导管、表层套管、技术套管、油层套管和各层套管外的水泥环等组成。是钻井中途遇到高压油气水层、漏失层和坍塌层等复杂地层时为钻至目的地层而下的套管，其层次由复杂层的多少而定。 井身结构主要由导管、表层套管、技术套管、油层套管和各层套管外的水泥环等组成。 1.导管：井身结构中下入的第一层套管叫导管。其作用是保持井口附近的地表层不被冲垮，建立起泥浆循环，引导钻具的钻进，保证井眼钻凿的垂直等。 技术要求：①下入深度一般取决于地表层的深度，通常导管下入深度为2—40m。导管直径一般450mm和375mm。②管外用水泥封牢固。 2.表层套管：井身结构中第二层套管叫表层套管，一般为几十至几百米。下入后，用水泥浆固井返至地面。其作用是封隔上部不稳定的松软地层和水层以利于后续钻进、防止后续钻进中井壁垮塌和钻井液对上部淡水层的污染、安装防止井喷用的设备、支撑技术套管和生产套管的重量。 技术要求：①表层套管的下入深度一般取决于上部疏松岩层的位置，下入深度一般为30—150m（或300—400m）。直径尺寸400mm和324mm。②管外用水泥浆封固牢，水泥上返至地面。 3.技术套管：表层套管与油层套管之间的套管叫技术套管。是钻井中途遇到高压油气水层、漏失层和坍塌层等复杂地层时为钻至目的地层而下的套管，其层次由复杂层的多少而定。作用是封隔难以控制的复杂地层，保持钻井工作顺利进行。 技术要求：下入技术套管的层次、深度以及水泥上返高度，以能够封住复杂的地层为基本原则。其局限性是增大了钻井成本，故现实中很少采用。 4.油层套管：井身结构中最内的一层套管叫油层套管。其作用保护和加固井壁，封隔油、气、水层，建立一条供长期开采油气的通道，保证能够长时期生产和增值措施的要求。 技术要求：①油层套管的下入深度取决于目的油层（生产层）和完井方法，必须满足封固住所有油、气、水层，下入深度一般应超过油层地界30m以上，井在最下一个油层底部要有一个足够的沉沙袋。②管外用水泥浆封固牢，一般要求固井水泥返至最上部油气层顶部100～150米。 5.水泥返高：是指固井时，水泥浆沿套管与井壁之间和环形空间上返面到转盘平面之间的距离。
第一章 钻井概述 1、钻井的定义：利用机械设备，将地层钻成具有一定深度的园柱形孔眼的工程。 2、各类井型： (1)地质基准井<参考井>:为了了解地层的沉积年代、岩性、厚度、生储盖层组合，并为地球物理勘探提供各种参数所钻的井。 (2)预探井:主要上为探明油田面积，油水边界线，为油田计算可靠工业储量提供资料所钻的井。 (3)详探井:在已证实有工业开采价值的油田上，为确定油层参数，查明油田地质特性，为油田开发做好准备的井，这种井在油层部位要求全取心。 (4)生产<或开发>井:在已探明储量，有开采工业价值的油田构造上钻产油产气井 (5)注水<气>井:为了提高采收率，达到稳产所钻的井。注水注气的主要目的是为了给地层提供生产油气所必须的能量。 第二章 井身结构设计 1、井身结构定义：套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸(钻头尺寸)与套管尺寸的配合。 2、三压力： (1)地层压力( Formation Pressure) P P :是指作用在岩石孔隙流体(油气水)上的 压力，也叫地层孔隙压力。 (2)地层破裂压力(Fracture Pressure)Pf:在井中，当地层压力达到某一值时会使地层破裂，这个压力称为地层破裂压力。 (3)地层坍塌压力(Caving Pressure)Pc:当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍塌，我们称这个压力为地层坍塌压力。 3、静液柱压力(Hydrostatic pressure)Ph ：由液柱重力引起的压力。 4、上覆岩层压力 P 0(Overburden Pressure)：某处地层的上覆岩层压力是指覆 盖在该地层以上的地层基质(岩石)和孔隙中流体(油气水)的总重力造成的压力。 5、压力梯度：单位高度(或深度)增加的压力值。 6、有效密度(当量密度)：钻井液在流动过程中有效地作用在井内的压力为有效液柱压力，通过有效压力换算得到的液体密度称为当量密度(ECD)。 7、DC 指数法预测地层压力的原理：机械钻速随压差的减少而增加。正常情况下，钻速随井深的增加而减小，Dc 增加，在异常地层压力地层，钻速增加而dc 减小。 适用范围：岩性为泥岩、页岩；钻进过程中的地层压力监测和完钻后区块地层压力统计分析。 8、地层——井内压力系统的平衡：c m E f P P P ≥≥；p mE P P ≥(P mE —钻井液有效液柱压力) 9、井身结构设计的主要原则：(1)能有效保护油气层；(2)能避免产生井漏、井喷、井塌、卡钻等井下复杂情况,为全井安全、优质、快速和经济地钻进创造条件；(3)当实际地层压力超过预测值使井出现液流时，在一定范围内，具有压井处理溢流的能力。 10、井身结构设计的基础参数： (1)地质方面的数据：①岩性剖面及故障提示；②地层压力梯度剖面；③地层破裂压力梯度剖面。 (2)工程数据：①抽汲压力系数Sw ；②激动压力系数Sg ；③地层压力安全增值) (00981.0a h MP H P ρ=
井身的概念及井身结构 一、井的概念 石油和天然气埋藏在地下几十米到至几千米的油气层中，要把它开采出来，需要在地面和地下油气层之间建立一条油气通道，这条通道就是井。为了开采石油和天然气，在油气勘探和开发过程中，凡是为了从地下获得油气而钻的井，统称为石油井。 对于一口钻完进尺的井眼,井内有钻井液和泥饼保护井壁，这时的井称之为裸眼井。 裸眼井下入套管，再用水泥浆封固套管与井壁之间的环形空间，封隔油气水层后，就形成了可以开采油气的石油井。为达到不同的勘探目的及适应油气田开发的需要，在油气田的不同部位上，分别找着不同类型的井。分以下几种： 探井：在经过地球物理勘探证实有希望的地质构造上，为探明地下构造及含油气情况，寻找油田而钻的井，称为探井。 资料井：为了取得编制油田开发方案所需要的资料而钻的井，称为资料井。这种井要求全部或部分取岩心。 生产井：用来采油、采气的井称为生产井。 注水井：用来向油层内注水保持油层压力的井，称为注水井。 观察井：在油田开发过程中，专门用来观察油田地下动态的井，叫观察井。如观察各类油层的压力、含水变化规律和单层水淹规律等。观察井一般不负担生产任务。 检查井：在油田开发过程中，为了检查油层开发效果，而钻的井，称为检查井。 调整井：为挽回死油区的储量损失，改善断层遮挡地区的注水开发效果，以调整平面矛盾严重地段的开发效果而补钻的井称为调整井。调整井用以扩大扫油面积，提高采油速度，改善开发效果。 二、井身结构 井身结构是指由直径、深度和作用各不相同，且均注水泥封固环形空间而形成的轴心线重合的一组套管与水泥环的组合。 （一）井身结构的组成及作用 井身结构主要由导管、表层套管、技术套管、油层套管和各层套管外的水泥环等组成。 1.导管：井身结构中下入的第一层套管叫导管。其作用是保持井口附近的地表层。 2.表层套管：井身结构中第二层套管叫表层套管，一般为几十至几百米。下入后，用水泥浆固井返至地面。其作用是封隔上部不稳定的松软地层和水层。 3.技术套管：表层套管与油层套管之间的套管叫技术套管。是钻井中途遇到高压油气水层、漏失层和坍塌层等复杂地层时为钻至目的地层而下的套管，其层次由复杂层的多少而定。作用是封隔难以控制的复杂地层，保持钻井工作顺利进行。 4.油层套管：井身结构中最内的一层套管叫油层套管。油层套管的下入深度取决于油井的完钻深度和完井方法。一般要求固井水泥返至最上部油气层顶部100～150米。其作用封隔油气水层，建立一条供长期开采油气的通道。 5.水泥返高：是指固井时，水泥浆沿套管与井壁之间和环形空间上返面到转盘平面之间的距离。 （二）相关名词及术语 1.完钻井深：从转达盘上平面到钻井完成时钻头所钻井的最后位置之间的距离。 2.套管深度：从转盘上平面到套管鞋的深度。 3.人工井底：钻井或试油时，在套管内留下的水泥塞面叫人工井底。其深度是从转盘上平面到人工井底之间的距离
煤层气井钻井完井技术浅议 蒋作焰 【摘要】：煤层在储层物性、机械力学性质及储集方式等方面具有与常规油气储层不同的特征；这些特征决定了煤层气井钻井、取心、完井及储层保护诸技术的特殊性。据此，我们从钻井完井工程的角度分析了现有技术存在的问题和制约煤层气开发效果的主要因素。研究并形成了一整套煤层气井的取心技术、储层保护技术和完井技术。这套技术应用于中国多个煤层气试验开发区，不仅满足了地质评价的需要，也为实现煤层气工业性开采起到了积极推动作用。 【关键词】：煤层气钻井技术完井技术 【作者】：蒋作焰2006年毕业于长江大学石油工程专业，中原石油勘探局钻井一公司工程师。
前言 煤层气又称煤层甲烷,是一种优质高效清洁能源。凭借良好的安全效益、环保效益和经济效益，煤层气的勘探开发已在国际上引起广泛的关注。我国煤层气资源十分丰富,但是目前我国的天然气勘探开发还处于起步阶段。中原钻井通过多年的攻关研究和试验，形成并掌握了一整套适合煤层气的钻井完井工艺技术，其内容包括：煤层造穴技术、连通技术、煤层井眼轨迹控制技术、水平分支井技术、充气欠平衡钻井技术、煤层绳索取心技术、煤层气完井技术、煤储层保护技术、煤层气井完井技术等。 一、煤层气井钻井完井的特殊性 煤层气钻井完井技术是建立在煤层地质力学性质及开采要求基础之上的。煤层具有不同于其他储层的特殊地质特性表现在以下几个方面： 1、井壁稳定性差，容易发生井下复杂故障。 煤层机械强度低，裂缝和割理发育，均质性差，存在较高剪切应力作用。因而煤层段井壁极不稳定，在钻井完井过程中极易发生井壁坍塌、井漏、卡钻甚至埋掉井眼等井下复杂。 2、煤层易受污染，实施煤层保护措施难度大。 煤层段孔隙压力低且孔隙和割理发育，极易受钻井液、完井液和固井水泥浆中固相颗粒及滤液的污染；但在钻井完井过程中，为安全钻穿煤层，防止井壁坍塌，又要适当提高钻井液完井液的密度，保持一定的压力平衡。这就必然会增加其固相含量和滤失量，加重煤层的污染。因此，存在着防止煤层污染和保证安全钻进的矛盾，从而使实施煤层保护较油气层更为困难。 3、煤层破碎含游离气多，取心困难。
第一章、绪论 第一节、钻井完井工程在石油工业中的地位 石油和天然气作为世界上的主要能源和优质化工原料，是当今社会经济发展中重要的生产力要素之一。目前，世界能源消费的结构比例为：石油40％，天然气22.9％，煤炭27.4％，核能7.1％，水电2.5％，石油和天然气的比例占到世界能源消费的62.9％。一个国家对石油和天然气的拥有量和占有量已成为综合国力的重要标志。石油在一个国家的国民经济中的地位和作用是非常重要的，它对于经济、政治、军事和人民生活都有极大的影响。 石油工业是从事石油勘探、石油开发和石油加工的能源和化工原材料生产部门。钻井是石油勘探、石油开发的一个非常重要的环节和手段。在世界范围内，油田在石油勘探阶段的总投资中钻井的费用达到55%—80%，在石油开发阶段的总投资中钻井的费用超过50%，从中可见钻井工作所占的比重。一个国家在钻井技术上的进步程度，往往反映了这个国家石油工业的发展状况，因此，许多国家竞相宣布本国钻了世界上第一口油井，以显示他们在世界石油工业发展史曾经做出的贡献和所处的地位。 石油勘探有多种方法，但钻井是最重要也是最终判断地下是否有油的手段。当一个地质圈闭经钻探并获得了有工业开采价值的油气流后就算找到了一个油田。下一步的工作就是进一步搞清楚这个油田的具体范围和出油能力。因此，在钻探过程中发现油气后，就应立即查清油层的层数、深度、厚度，并要搞清油层的岩性和其他物理性质，还要对油层进行油气生产能力的测试和原油性质的分析，然后再进行扩大钻探，进一步探明圈闭含油气情况，算出地下的油气储藏量有多少。这样，对一个油田来说，它的初步勘探工作才算结束。通过地质勘探，发现有工业价值的油田以后，就可以着手准备开发油田的工作了。 油田开发是指在认识和掌握油田地质及其变化规律的基础上，在油藏上合理的分布油井和投产顺序，以及通过调整采油井的工作制度和其它技术措施，把地下石油资源采到地面的全过程。油田从详探到全面投入开发的工作顺序一般为：在见油的构造带上布置探井，迅速控制含油面积；在已控制的含油面积内，打资料井，了解油层的特征；分区分层试油，求得油层产能参数；开辟生产试验区，进一步掌握油层特性及其变化规律；根据岩心、测井和试油、试采等各项资料进行综合研究，作出油层分层对比图、构造图和断层分布图，确定油藏类型；油田开发设计；根据最可靠、最稳定的油层钻一套基础井网，钻完后不投产，根据井的全部资料，对全部油层的油砂体进行对比研究，然后修改和调整原方案；在生产井和注水井投产后，收集实际的产量和压力资料进行研究，修改原来的设计指标，定出具体的各开发时期的配产、配注方案。由以上油田的开发工作顺序可知，油田开发可以说是用钻井的办法证实油气的分布范围，并且有井可以投入生产而形成一定生产规模。 在石油勘探、开发各个阶段的共同特点是都要钻井。如在地质普查阶段，为了研究地层剖面，寻找储油构造，要钻地质井、基准井、制图井、构造井等。在区域祥探阶段，为了寻找油气藏，并详细研究其储量、性质，要钻预探井、详探井、边探井等。在油田开发阶段，为了把石油、天然气开采出来．更需要钻井，如生产井、注水井、观察井等。石油钻井类型按性质和用途一般分为： 地质探井（基淮参数井）。是指在很少了解的盆地和凹陷中，为了了解地层的沉积年代、岩性、厚度、生储盖层组合，并为地球物理解释提供各种参数所钻的井。 预探井。在地震详查和地质综合研究基础上所确定的有利圈闭范围内，为了发现油气藏所
钻井与完井液主要内容 第一章绪论 一、钻井液的主要作用 1. 清洗孔底，携带和悬浮岩屑 冲洗液清洗孔底和携带岩屑的能力，决定于送入孔内的冲洗液量及冲洗液的性能指标，其次也与钻具和钻头的结构有关。 冲洗液的携带和悬浮岩屑的能力--切力和粘度； 有效携带岩屑的前提下可降低冲洗液的上返速度。 泥浆悬浮岩屑的能力主要取决于泥浆的静切力值。 2、冷却钻头 冷却钻头的效果，取决于单位时间流经孔底的冲洗液量和冲洗介质的热容量和粘度。 水的粘度低，热容量大，冷却能力强。空气的粘度低，热容量小，需要较大的流量，才能有效地冷却钻头。泥浆的粘度大，流速低，冷却能力不如清水 3、润滑钻具和钻头 冲洗液的润滑效果，取决于在钻具和孔壁岩石表面形成的润滑膜的强度。 润滑膜的强度取决于使用的冲洗液类型和往冲洗液中添加的添加剂的种类和数量。 乳状液，表面活性剂溶液，乳化泥浆和油基泥浆的润滑性能远高于空气、清水和普通的水基泥浆。表面活性剂的添加，可提高冲洗液的润滑性能。 4. 保护孔壁 复杂地层：松散、破碎、坍塌、遇水膨胀等岩层 维护孔壁的影响因素：冲洗液类型、冲洗液的性能参数、在环空中的流态。 矿化度高的聚合物泥浆，具有较好的抑制孔壁的效应，特别是含钾的聚合物泥浆。 油基泥浆具有最强的抑制孔壁的能力。 复杂地层钻进时，维护孔壁是能否持续钻进的关键。 二、钻井液类型 泥浆： 概念：粘土分散在液体（水或油）中形成的分散体系，水基泥浆，油基泥浆。 性能：比重；粘度和切力；失水量。可在较大范围内调节，可适应不同地层的要求；对钻头、牙轮轴承、钻具和套管有一定的润滑作用，可减少其磨损。 适用：风化、破碎、松散和遇水失稳地层（复杂地层）。石油和天然气钻井几乎都是在沉积岩中钻进，冲洗液主要使用泥浆。泥浆称为石油钻井的“血液”。固体矿床勘探钻进，泥浆是对付复杂地层的主要手段。 乳状液 概念：液体（油或水）分散在另一种液体（水或油）中形成的稳定的分散体系。分为：水包油乳状液、油包水乳状液。使小口径金刚石钻进的钻进速度和钻进深度大幅度地提高。 无固相冲洗液 概念：含有无机盐和有机高分子（或聚合物）的溶液。适用：裂隙发育、易坍塌和轻微膨胀的地层。小口径金刚石钻进，绳索取芯钻进中，可防止钻杆内壁结泥皮和降低压损。 完井液：在石油钻井中，无固相钻井液用于钻进生产层，可减轻使用泥浆时对油层的损害 第二章泥浆总论 一、泥浆概念及类型：
完井工程 完井工程定义:完井工程是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程，是从钻开油层开始，到下套管注水泥固井、射孔、下生产管柱、排液，直至投产的系统工程。 完井工程的内容 （1）岩心分析及敏感性分析 根据勘探预探井或评价井所取的岩心，进行系统的岩心分析和敏感性分析，并根据实验分析的结果，提出对钻开油、气层的钻井液，射孔液，增产措施的压裂液、酸液，以及井下作业的压井液等的基本技术要求。 岩心分析及敏感性分析项目如下： 1）岩心分析：常规分析、薄片分析、X射线衍射（XRD）、电镜扫描（SEM）。 2）敏感性分析：水敏、速敏、酸敏、碱敏、盐敏。 （2）钻开油层的钻井液 钻井液的选择，主要是考虑如何防止钻井液的滤液侵入油层而造成油层的损害，同时又考虑到安全钻进的问题，如钻遇高压层、低压层、漏失层、岩盐层、石膏层和裂缝层时的钻井液，根据测井资料、岩心分析、敏感性分析数据和实践经验去选择钻井液类型、配方及外加剂。 （3）完井方式及方法 根据油田地质特点及油田开发方式和井别，按砂岩、碳酸岩盐、火成岩和变质岩等岩性去选择完井方式，完井方式基本分为两大类，即裸眼完井和套管射孔完井。裸眼完井又有不同的方法，如裸眼、割缝衬管、绕丝筛管砾石充填；射孔完井也有不同的方法，如套管射孔、尾管射孔、套管内绕丝筛管砾石充填等方法。 （4）油管及生产套管尺寸的选定 根据节点分析（Nodal Analysis）即压力系统分析，进行油层——井筒——地面管线敏感性分析。油管敏感性则是根据油层压力、产量、产液量、流体的粘度、增产措施和开采方式等方面的综合分析去选定油管的直径，然后根据油管尺寸去选定生产套管尺寸。过去传统的作法是先选定生产套管尺寸，然后再确定油管尺寸。现代完井工程没有沿用过去传统概念和做法，而是建立了用油管尺寸去确定生产套管尺寸的新思路和新方法。 套管系统设计本应包括表层套管、技术套管与生产套管，但这里仅仅论述了生产套管设计，至于表层套管和技术套管，它有专门的设计要求，这应按钻井工程要求进行设计，这里就不涉及了。 （5）生产套管设计 以下述井别、油气层物理性质、地应力及工程措施等方面的资料，作为套管设计基础依据： 1）井别：油井、气井或注蒸汽采油井、注水井、注气井或注汽井。 2）油层压力及油层温度。 3）地下水性质、pH值、矿化度以及对套管的腐蚀程度。 4）天然气中是否含H2S或CO2等腐蚀性气体。 5）油层破裂压力梯度，压裂、酸化增产措施的最高压力。 6）地应力走向、方位及大小。 7）注蒸汽时的压力、温度。 8）盐岩层的蠕动。 9）注水开发后的压力变化及油层间窜通状况。 10）油层出砂情况。 根据选定完井方式，在依据上述因素，选择套管的钢级、强度、壁厚以及连接螺纹类型和螺纹密封脂的类型，以及上扣的扭矩等。若用衬管完成，这要设计悬挂深度及方式。对于注蒸汽井，这要考虑到套管受热时套管螺纹承受的拉力和螺纹的密封性，以及预应力完成。对于定向井、水平井，同样考虑套
井身的基本要素：测深、井斜角、井斜方位角。 测深（Measured depth ）：井身轴线任意一点到钻盘补心面的井身长度。通常用字母L 表示，单位米或英尺。 井斜角（Hole Inclination or Hole Angle ）：某测点处的井眼方向线与通过该点的重力线之间的夹角称为该点的井斜角。通常用希腊字母α表示。 井斜方位角（Hole Direction ）：是以正北方位线为始边，顺时针旋转至井斜方位线所转过的角度。通常以?表示，单位度。它还可以用象限值表示，是指它与正方位线或与正南方位线之间的夹角，象限值在0-90°之间变化，并要注明象限。 井斜变化率和方位变化率 井斜变化率：单位井段内井斜角的绝对变化值。通用的单位是：度/10米，度/30米和度/100米。 计算公式： K α=（△α/△L ）*100 井斜方位变化率：单位井段内井井斜方位角的绝对变化值。通用的单位是：度/10米，度/30米和度/100米。计算公式： K?=（△?/△L ）*100 其它井身参数：垂深、水平长度、水平位移、闭合方位角或总方位。 垂深：（Vertical Depth Or True Vertical Depth ）即测点到钻盘补心面的垂直深度。通常用H 表示，如A 、B 点的垂深分别表示为HA 、HB 。 水平长度：是指自井口至测点的井眼长度在水平面上的投影长度。用S 表示，如A 点的水平长度表示为SA 。 水平位移：（Displacement or Closure Distance ）即井眼轴线某一点在水平面上的投影至井口的距离也称闭合距。用A 表示，如A 点的水平位移表示为AA 。 闭合方位角或总方位：（Closure Azimuth ）是指以正北方位线为始边顺时针转至闭合距方位线上所转过的角度。用θ表示，如A 点的闭合方位角表示为θA 。 N （北）坐标和E （东）坐标：是指测点在以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。 视平移：（Vertical Section ）是井身上某点在某一垂直投影面上的水平位移，它不是真实的水平位移，所以称之为视平移。AA 为闭合位移，V A 为视平移。 视平移与水平位移越接近，说明井眼方位控制的越好。水平位移都是正值，而视平移可能是正值，也可能是负值。负值的视平移说明闭合方位线与设计方位线的差值已大于90度，这种情况常出现于造斜前的直井段。 定向井的一些述语或专用名词 最大井斜角：（Maximum Hole Angle ）略 磁偏角：（Declination ）在某一地区内，磁北方向线与地理北极方位线之间的夹角，称为该地区的磁偏角。以地理北极方位线为起点，顺时为正值，逆时为负，正值为东磁偏角，负值为西磁偏角。 造斜点（Kick off point ） 造斜率：造斜工具的造斜能力。它等于造斜工具所钻出的井段的井眼曲率，不等于井斜变化率。增（降）斜率：井斜变化率正值为增斜，负值为降斜。 全角变化率：（Dogleg Severity ）全角变化率、狗腿严重度、井眼曲率都是相同的意义，指的是单位井段内三维空间的角度变化。其常用单位为度/30m 。 计算公式：()()??? ???+?+?=-?-?225sin 222b a b a b a L K ab ab ?? 式中：a ? b ? －A 、B 两点井斜角；a ? b ? －A 、B 两点方位角 目标点（Target ） 靶区半径：包含目标点在内的一个区域称为靶区。在大斜度井和水平井中，靶区为包含设计井眼轨道的一个柱状体。 靶心距：靶区平面上,实钻井眼轴线与目标点之间的距离 。 工具面（Tool Face ）：在造斜钻具组合中，由弯曲工具的两个轴线所决定的那个平面，称为工具面。
钻井与完井工程(高起专)阶段性作业1 一、单选题 1. 为了了解地层的沉积年代、岩性、厚度、生储盖层组合，并为地球物理勘探提供各种参数所钻的井称为_______。(A) 参考井(B) 预探井(C) 详探井(D) 生产（或开发）井标准答案是：A 2. 下列哪一项不是井身设计的内容？_____。(6分) (A) 必封点深度(B) 油层套管下深(C) 设计井深(D) 井身结构设计的基础参数标准答案是：C 3. 在井的类型当中，有一种井主要为探明油田面积，油水边界线，为油田计算可靠工业储量提供资料的井，它是_______。(A) 参考井(B) 预探井(C) 详探井(D) 生产（或开发）井标准答案是：B 4. 当井内液柱压力低于某一压力值时地层出现坍塌或者缩径，该压力称为_____。(6分) (A) 井内有效液柱压力(B) 地层破裂压力(C) 地层坍塌压力(D) 上覆岩层压力标准答案是：C 5. 下列哪项不是异常高压的形成原因_______。(6分) (A) 沉积物的快速沉积，压实不均匀(B) 渗透作用；构造作用 (C) 储集层的机构(D) 水力压裂标准答案是：D 6. 下列哪些不是井身结构设计的基础参数的工程数据？_____。(5分) (A) 抽汲压力系数(B) 上覆地层压力(C) 地层压裂安全增值(D) 激动压力系数标准答案是：B 二、判断题 1. 常见的套管下入层次是导管，层套管，中间套管（技术套管）生产套管，尾管。(5分) 正确错误标准答案是：正确 2. 由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那部分上覆地层压力称为压力梯度。(5分) 正确错误标准答案是：错误 3. 可行裸露段的长度是只由工程条件决定的井深区间。(5分)正确错误标准答案是：错误 4. 目的层是裸露段的底界，油层套管的下深根据完井方式不同而定。(5分) 正确错误标准答案是：正确 5. 井身结构设计的地质方面的数据：岩性剖面及故障提示；地层破裂压力梯度剖面。(5分) 正确错误标准答案是：正确 三、填空题 1. 钻井与完井工程的主要内容是___(1)___ 、___(2)___ 、___(3)___ 。(5分) (1). 标准答案是: 钻井 (2). 标准答案是: 固井 (2). 标准答案是: 确定井底完成方法 5. 在证实有工业开采价值的油田上，为确定油层参数，查明油田地质特性，为油田开发做好准备的井，这种井在油层部位要求全取心，这样的井称为___(9)___ 。(5分) (2). 标准答案是: 声波时差法 7. 对于岩性为泥岩、页岩；钻进过程中的地层压力监测和完钻后区块地层压力统计分析，所需的地层压力的预测方法是___(12)___ 。(5分)
《钻井工程》课程设计 一、课程安排: 学期结束时请按照课程设计要求完成课程设计作业。可以手写，也可以打印。 二、课程内容与要求 1 掌握钻井与完井工程设计流程和设计规范、格式； 2 掌握井身结构的设计方法； 3 掌握钻井工具的选用及钻井参数的设计计算； 4掌握固井工程设计方法，包括套管柱强度设计、注水泥设计等； 三、考核方式及成绩评定 课程设计的成绩为百分制，课程考核标准组成： 1．格式、规范10分 评分依据：工程设计规范 评分标准：10＊符合程度％ 2．设计的依据与原则准确性30分 评分依据：工程设计依据与原则 评分标准：30＊符合程度％ 3 . 过程的参数选择的合理性和计算过程的可靠性30分 评分依据：参数符合工程实际;计算过程可靠 评分标准：30＊符合程度％ 4. 结果准确性30分 5. 上交时间：4月1号，过期不收。
《钻井工程》课程设计 绪论 钻井设计包括地质设计和钻井与完井工程设计。《钻井与完井工程设计》主要是指钻井工程师得到地质设计后，如何以地质设计为依据，完成一口井的综合、合理的钻井与完井工程设计。 钻井与完井工程是一个多学科、多工种的大系统工程。钻井与完井工程设计是以现代钻井工艺理论为准则，采用新的研究成果，以现代计算技术用最优化科学理论去设计和规划钻完井工程中的工艺技术及实施措施。 钻井与完井工程设计是完成地质钻探目的、开发油气层、保证钻井与完井工程质量、保护油气资源、保护环境，实现安全、优质、高速和经济钻井的重要程序，是钻井与完井工程施工的指南和技术依据。钻井公司将根据钻井与完井工程设计的内容和要求组织施工和技术协作，并按照设计进行单井预算和决算。钻井队必须遵循钻井与完井工程设计施工，不能随意变动，如因井下情况变化，原设计确需变更时，必须提交公司主管单位重新讨论研究。 钻井与完井工程设计的科学性，先进性关系到一口井钻井工程和完井工程的成败和效益。科学钻井水平的提高依靠钻井与完井工程设计水平的提高。 钻井与完井工程设计的任务和内容 钻井与完井工程设计的任务是根据地质部门提供的地质设计书内容，进行一口井施工工程参数及技术措施设计，并给出钻井进度预测和成本预算。 钻井与完井工程设计内容包括： 一、井身结构设计； 二、固井工程设计： 1．套管柱强度设计； 2．套管柱管串结构及扶正器安放； 3．水泥及水泥浆设计； 4．注水泥浆及流变学设计； 三、钻柱组合和强度设计； 四、钻机选择； 五、钻进参数设计： 1．机械破岩参数； 2．钻井液体系及性能； 3．水力参数； 4．下部防斜钻具结构； 六、油气井压力控制设计； 七、完井工程设计（钻开生产层、完井井底结构、完井井底装置）； 八、钻前工程设计； 九、环境保护要求； 十、各次开钻或分段施工的特殊点要求； 十一、材料及成本预算；
井身结构的基本知识 井身结构的基本知识 搜刮了点井身结构的基本知识与大家共享 一、井身结构设计所需要的基本钻井地质环境 资料 二、井身结构设计基本参数的确定 三、井身结构设计方法 （一）需要的基本钻井地质环境资料 地质分层及地层岩性剖面 地区钻井事故统计剖面 卡钻、坍塌、井漏、异常压力等 地层孔隙压力剖面 地层坍塌压力剖面 地层破裂压力剖面 井身结构设计的合理与否,其中一个重要的决定因素是设计中所用到的抽吸压力系数、激动压力系数、破裂压力安全系数、井涌允量和压差卡钻允值这些基础系数是否合理。1、抽吸压力系数Sb和激动压力系数Sg的确定 a.收集所研究地区常用泥浆体系的性能，主要包括密度、粘度以及300转和600转读数。 b.收集所研究地区常用的套管钻头系列、井眼尺寸及钻具组合。 c.根据稳态或瞬态波动压力计算公式，计算不同泥浆性能、井眼尺寸、钻具组合以及起下钻速度条件下的井内波动压力，根据波动压力和井深计算抽吸压力和激动压力系数。 2、破裂压力安全系数Sf的确定 Sf是考虑地层破裂压力预测可能的误差而设的安全系数，它与破裂压力预测的精度有关。直井中美国取Sf=0.024 g/cm3，中原油田取Sf=0.03 g/cm3。在其他地区的井身结构设计中，可根据对地层破裂压力预测或测试结果的信心程度来定。测试数据（漏失试验）较充分、生产井或在地层破裂压力预测中偏于保守时，Sf取值可小一些；而在测试数据较少、探井或在地层破裂压力预测中把握较小时，Sf取值需大一些。一般可取Sf=0.03～0.06 g/cm3。 收集所研究地区不同层位的破裂压力实测值和破裂压力预测值。 根据实测值与预测值的对比分析，找出统计误差作为破裂压力安全系数。 3、关于井涌允量Sk的确定 a.统计所研究地区异常高压层以及井涌事故易发生的层位、井深和地层压力值。 b.根据现有地层压力检测技术水平以及井涌报警的精度和灵敏度，确定允许地层流体进入井眼的体积量（如果井场配有综合录井仪，一般将地层流体允许进入量的体积报警限定为3～5m3）。
钻井新技术及发展方向分析 1 钻井技术新进展 1.1石油钻机 钻机是实现钻井目的最直接的装备,也直接关系到钻井技术进步。近年来,国外石油钻机能力不断增强,自动化配套进一步完善,使钻机具备更健康、安全、环保的功能,并朝着不断满足石油工程需要的方向发展。主要进展有: (1) 采用模块化结构设计,套装式井架,减少钻机的占地面积,提高钻机移运性能,降低搬家安装费用。 (2) 高性能的“机、电、液”一体化技术促进石油钻机的功能进一步完善。 (3) 采用套管和钻杆自动传送、自动排放、铁钻工和自动送钻等自动化工具,提高钻机的智能化水平,为提高劳动生产率创造条件。 1.2随钻测量技术 1.2.1随钻测量与随钻测井技术 21 世纪以来, 随钻测量(MWD) 和随钻测井(LWD) 技术处于强势发展之中,系列不断完善,其测量参数已逐步增加到近20种钻井工程和地层参数,仪器距离钻头越来越近。与前几年的技术相比,目前,近钻头传感器离钻头只有0.5～2 m 的距离,可靠性高,稳定性强,可更好地评价油、气、水层,实时提供决策信息,有助于避免井下复杂情况的发生,引导井眼沿着最佳轨迹穿过油气层。由于该技术的市场价值大,世界范
围内有几十家公司参与市场竞争,其中斯伦贝谢、哈里伯顿和贝克休斯3 家公司处于领先地位。 1.2.2电磁波传输式随钻测量技术 为适应气体钻井、泡沫钻井和控压钻井等新技术快速发展的需要,电磁波传输MWD(elect romagnetic MWD tool s ,EM MWD) 技术研究与应用已有很大进展,测量深度已经达到41420 km。 1.2.3随钻井底环空压力测量技术 为适应欠平衡钻井监测井筒与储层之间负压差的需要,哈里伯顿、斯伦贝谢和威德福等公司研制出了随钻井底环空压力测量仪（annular pressure measurement while drilling，APWD) ,在钻井过程中可以实时测量井底环空压力,通过MWD 或EMMWD 实时将数据传送到地面,指导欠平衡钻井作业。 1.2.4 随钻陀螺测试技术 美国科学钻井公司将航天精确陀螺定向仪封装在MWD 仪器中研制出随钻陀螺测试仪( gyro measurement-while-drilling ,gMWD) ,截至2007 年底,gMWD 已经在美国的多分支井中成功应用数百口井,特别是在需要精确定向或对接井中起到了关键作用。 1.2.5 井下随钻诊断系统 美国研究人员开发出了井下随钻诊系统(diagnostics-whiledrilling，DWD)包括井下温度、压力、钻头钻压、钻头扭矩、井斜方位和地层参数等各种参数测量仪器,高速实时数据传输系统及其相关的仪器,地面
简答题 1．简述异常高压地层形成得原因。 答：地层在沉积压实过程中，能否保持压实平衡主要取决于四个因素：（1）上覆岩层沉积速度得大小，（2）地层渗透率得大小，（3）地层孔隙减小得速度，（4）排出孔隙流体得能力。 在地层得沉积过程中，如果沉积速度很快，岩石颗粒没有足够得时间去排列，孔隙内流体得排出受到限制，基岩无法增加它得颗粒与颗粒之间得压力，即无法增加它对上覆岩层得支撑能力。由于上覆岩层继续沉积，岩层压力增加，而下面得基岩得支撑能力并没有增加，孔隙流体必然开始部分地支撑本应有岩石颗粒所支撑得那部分上覆岩层压力。如果该地层得周围又有不渗透得地层圈闭，就造成了地层得欠压实，从而导致了异常高压得形成。 2．简述牙轮钻头在井底得运动形式及破岩机理。 答：牙轮钻头在井底产生得运动形式主要有： （1）在钻柱得带动下产生得公转； （2）由于牙轮安装在牙轮轴上，在公转得同时产生自转； （3）单、双齿着地使得牙轮钻头得重心上下移动所形成得上下振动； （4）牙轮钻头得三种特殊结构——超顶、移轴、复锥使得牙轮在滚动得同时产生滑动。 牙轮钻头得破岩机理： （1）在钻压作用下形成得压碎作用； （2）牙轮得上下振动与滚动形成得冲击破碎作用； （3）三种特殊结构使得牙轮滚动得同时形成滑动所造成得剪切破碎。 3．简述地层流体侵入井眼得主要检测方法。 答：检测地层流体侵入井眼得主要方法有： （1）在不改变任何钻进参数得条件下，钻速突然加快； （2）钻井液池液面上升； （3）钻井液返出流量增加； （4）返出得钻井液温度升高； （5）返出得钻井液密度降低； （6）返出得钻井液导电率变化，一般油气侵导电率变低，盐水侵变高； （7）返出得钻井液粘度变化； （8）循环压力下降； （9）返出得钻井液有油气显示（即地面有油气显示）； （10）由于钻井液粘度降低，使得大钩负荷增大。 4．述注水泥过程中提高顶替效率得主要措施。 答：（1）采用套管扶正器，改善套管居中条件； （2）注水泥过程中活动套管，增大水泥浆流动得牵引力； （3）调整水泥浆性能，使其容易顶替钻井液； （4）注水泥过程中使水泥浆在环空得流动形成紊流或塞流，有利于水泥浆得顶替； （5）在注水泥前，打入一定量得隔离液或清洗液，增加二者得密度差，形成有利得“漂浮”。 5、对完井得基本要求? 答：（1）最大限度得保护储集层，防止对储集层得损害；
井身结构设计标准 1 设计依据 1.1钻井地质设计 1.1.1地层孔隙压力、地层破裂压力及坍塌压力剖面 1.1.2地层岩性剖面 1.1.3完井方式和油层套管尺寸要求 1.2相邻区块参考井、同区块邻井实钻资料 1.3钻井装备及工艺技术水平 1.4井位附近河流河床底部深度、饮用水水源的地下水底部深度、附近水源分布情况、地下矿产采掘开采层深度、开发调整井的注水层位深度。 1.5钻井技术规范 2设计参数及取值范围 2.1根据当地统计数据分析确定 2.2取值范围 2.2.1抽汲压力当量密度b S 和激动压力g S 一般取3(0.0150.040)/g cm : 2.2.2地层破裂压力当量密度安全允许值f S 一般取30.03/g cm 2.2.3溢流允许值k S 根据井控技术水平确定，一般取3(0.050.10)/g cm : 2.2.4正常压力地层压差卡钻临界值n p ?，一般取(1215)MPa :，异常压力地层压差卡钻临界值(1520)MPa : 3设计约束条件 3.1钻井液密度 钻井液密度即最小液柱压力当量密度大于或等于裸眼井段的最大地层孔隙压力当量密度，见公式（1）。 max m p ρρρ≥+? （1） 式中： m ρ——钻井液密度，3/g cm ； max p ρ——裸眼井段最大的地层孔隙压力当量密度，3 /g cm ；
ρ?——钻井液密度附加值，3/g cm 。 考虑地层坍塌压力对井壁稳定的影响，确定裸眼井段的最大钻井液密度，见式（2）。 (){ }max max max max ,m p c ρρρρ=+? （2） 式中： max m ρ——裸眼井段最大钻井液密度，3/g cm ； max p ρ——裸眼井段最大的地层孔隙压力当量密度，3 /g cm ； ρ?——钻井液密度附加值，3/g cm ； max c ρ——裸眼井段最大地层坍塌压力当量密度，3/g cm 。 3.2最大井内压力当量密度 3.2.1正常作业时最大井内压力当量密度见式（3）。 max max bn m g S ρρ=+ （3） 式中： max bn ρ——正常作业时最大井内压力当量密度，3/g cm ； max m ρ——裸眼井段最大钻井液密度，3/g cm ； g S ——激动压力当量密度，3/g cm 。 3.2.2发生溢流关井时的最大井内压力当量密度见式（4）。 max max m ba m k x D S D ρρ=+ ? （4） 式中： max ba ρ——发生溢流关井时的最大井内压力当量密度，3/g cm ； max m ρ——裸眼井段最大钻井液密度，3 /g cm ； m D ——裸眼井段最大地层孔隙压力当量密度对应的顶部井深，m ； x D ——裸眼井段最浅井深，m ； k S ——溢流允许值，3/g cm 。
简答题 1．简述异常高压地层形成的原因。 答：地层在沉积压实过程中，能否保持压实平衡主要取决于四个因素：（1）上覆岩层沉积速度的大小，（2）地层渗透率的大小，（3）地层孔隙减小的速度，（4）排出孔隙流体的能力。 在地层的沉积过程中，如果沉积速度很快，岩石颗粒没有足够的时间去排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒和颗粒之间的压力，即无法增加它对上覆岩层的支撑能力。由于上覆岩层继续沉积，岩层压力增加，而下面的基岩的支撑能力并没有增加，孔隙流体必然开始部分地支撑本应有岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力。如果该地层的周围又有不渗透的地层圈闭，就造成了地层的欠压实，从而导致了异常高压的形成。 2．简述牙轮钻头在井底的运动形式及破岩机理。 答：牙轮钻头在井底产生的运动形式主要有： （1）在钻柱的带动下产生的公转； （2）由于牙轮安装在牙轮轴上，在公转的同时产生自转； （3）单、双齿着地使得牙轮钻头的重心上下移动所形成的上下振动； （4）牙轮钻头的三种特殊结构——超顶、移轴、复锥使得牙轮在滚动的同时产生滑动。 牙轮钻头的破岩机理： （1）在钻压作用下形成的压碎作用； （2）牙轮的上下振动和滚动形成的冲击破碎作用； （3）三种特殊结构使得牙轮滚动的同时形成滑动所造成的剪切破碎。 3．简述地层流体侵入井眼的主要检测方法。 答：检测地层流体侵入井眼的主要方法有： （1）在不改变任何钻进参数的条件下，钻速突然加快； （2）钻井液池液面上升； （3）钻井液返出流量增加； （4）返出的钻井液温度升高； （5）返出的钻井液密度降低； （6）返出的钻井液导电率变化，一般油气侵导电率变低，盐水侵变高； （7）返出的钻井液粘度变化； （8）循环压力下降； （9）返出的钻井液有油气显示（即地面有油气显示）； （10）由于钻井液粘度降低，使得大钩负荷增大。 4．述注水泥过程中提高顶替效率的主要措施。 答：（1）采用套管扶正器，改善套管居中条件； （2）注水泥过程中活动套管，增大水泥浆流动的牵引力； （3）调整水泥浆性能，使其容易顶替钻井液； （4）注水泥过程中使水泥浆在环空的流动形成紊流或塞流，有利于水泥浆的顶替； （5）在注水泥前，打入一定量的隔离液或清洗液，增加二者的密度差，形成有利的“漂浮”。 5、对完井的基本要求?