《钻井与完井工程》复习资料

1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(FormationPressure)PP: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(FracturePressure)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(CavingPressure)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(Hydrostaticpressure)Ph：由液柱重力引起的压力。4、上覆岩层压力P0(OverburdenPressure)：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：cmEfPPP；pmEPP(PmE—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Sf；④溢流条件Sk；⑤压差匀值Np。11、套管类型：导管、表层套管、技术套管(中间套管)、油层套管(生产套管)、尾管。第三章钻井液)(00981.0ahMPHP21、钻井液的定义：具有满足钻井与完井工程所需要的多种功能的循环流体。2、钻井液的功能：(1)钻井方面：①清洗井底，携带岩屑；②冷却、润滑钻头和钻柱；③形成泥饼，保护井壁；④控制和平衡地层压力；⑤悬浮岩屑和加重材料；⑥提供所钻地层的地质资料；⑦传递水功率；⑧防止钻具腐蚀。(2)在保护储集层方面：①控制固相粒子类型、含量及级配，防止固相粒子对油气层通道的阻塞损害；②保持液相与地层的相容性。3、钻井液的基本成分由分散相+分散介质+化学处理剂组成。各相具体成分可以是：分散介质：水(淡水、盐水、饱和盐水等)，油(轻质油等)，气体(空气、氮气、天然气等)；分散相：膨润土(钠、钙膨润土，有机土，抗盐土等)，加重材料(重晶石、铁矿粉等)，水，气，油。处理剂：各种维护分散体系稳定和调整分散体系性能的化学添加剂。4、钻井液主要类别：(1)水基钻井液：不分散钻井液、分散钻井液、钙处理钻井液、聚合物钻井液、低固相钻井液、盐水钻井液；(2)油基钻井液；(3)合成基钻井液；(4)空气、雾、泡沫和充气钻井流体。5、粘土胶体化学：在一般胶体化学规律指导下，专门研究粘土胶体的生成、破坏和物理化学性质的科学。研究意义:(1)粘土是配浆的基础材料；(2)泥浆是粘土-水的溶胶-悬浮体；(3)地层造浆、井壁稳定、储层保护等均与地层粘土矿物有关。6、常见的粘土矿物：高岭石、蒙脱石、伊利石和绿泥石。7、粘土矿物的水化：粘土表面吸附水分子，使粘土表面形成水化膜，粘土晶格层面间的距离扩大，产生膨胀以至分散的作用。它是影响水基泥浆性能和井壁稳定的重要因素。8、钻井液的基本工艺性能：流变性和失水造壁性。钻井液的全套性能：流变性、失水造壁性、密度、含砂量、pH值、固相含量和油水含量、膨润土含量、滤液化学性质。9、钻井液流变性(rheologicalproperties)：在外力作用下，钻井液流动和变形的特性。如钻井液的塑性粘度、动切力、表观粘度、有效粘度、静切力和触变性等性能都属流变性参数。10、剪切速率(shearrate)：在垂直于流动方向上单位距离内流速的增量；剪切应力(shearstress)：液体流动过程中，单位面积上抵抗流动的内摩擦力。11、粘度(viscosity)：钻井液流动时，固体颗粒之间、固体颗粒与液体之间、以及液体分子之间的内摩擦的总反映。影响泥浆粘度的基本因素：粘土含量(含量大，粘度大)；土粒的分散度(增加塑性粘度)；土粒的聚结稳定状况或絮凝强度(结构粘度)；高分子处理剂的性质、分子量和浓度。12、钻井液的静切应力和动切应力：静切应力：是钻井液静止后形成的凝胶结构强度强弱的反映，从流体力学观点看，它是钻井液从静止到开始塞流流动所需要的最小剪切应力。动切应力：使钻井液开始做层流流动所必需的最小剪切应力。13、触变性：搅拌后泥浆变稀(切力降低)，静置后泥浆变稠(切力升高)的特性。剪切稀释性：表观粘度随剪切速率增大而降低的现象。14、钻井液流变性与钻井的关系：(1)影响钻井速度；(2)影响环空携岩能力；(3)影响井壁稳定；(4)影响岩屑与加重物的悬浮；(5)影响井内压力激动；(6)影响钻井泵压和排量；(7)影响固井质量。15、钻井液的液相和固相全部进入地层的现象称为漏失，滤失则是指钻井液中只有液相进入地层的现象。钻井液中的自由水在压差作用下向多孔性地层滤失渗透的过程叫做失水。失水3类型：瞬时失水、动失水、静失水。在失水的同时，钻井液中的固体物质和固体物质上吸附的少量水滞留在井壁上形成的胶结物叫泥饼。16、失水造壁性与钻井的关系，在钻井过程中如何调节失水造壁性，具体措施有哪些？泥浆失水过大会引起：水敏性泥岩、页岩的垮塌、缩径；损害油气层。泥饼厚会引起：上提力增加，甚至发生泥饼卡钻；钻头泥包，使起下钻压力激动增大；妨碍套管下入，固井时不利于水泥与井壁的胶结。对失水和泥饼的要求：在成本可行的条件下，尽量降低失水并控制自由水的性质；泥饼薄、致密、韧性好。控制泥浆的失水和造壁性，关键要控制泥饼的渗透性，而泥饼的渗透性决定于构成泥饼的粘土及其它颗粒的尺寸、形状与水化程度。具体措施使用膨润土，以便形成致密泥饼加入适量纯碱、烧碱或有机分散剂，提高粘土颗粒的分散度。加入CMC或其它聚合物，以保护粘土颗粒，CMC起堵孔作用。加入极细的胶体粒子。17、常见的井下复杂情况：漏、塌、喷、卡。第四章钻进工艺1、影响钻进过程的因素：(1)地层岩性:地层岩性是影响因素中不可改变的客观因素，因此对它的研究工作主要是认识它，以便在钻进过程中去适宜它。对地层岩性认识的准确和可靠与否，决定了钻进工艺技术的合理性。要达到这个目的，必须从二方面入手：一是充分了解和掌握岩石的基本物理机械性质、基本破碎规律；二是准确预报、预测钻遇地层的岩石类型。(2)钻井液性能:钻井液性能是影响系统目标的重要可调变量。大量实验证明，钻井液的各性能对钻速都有一定影响，其中对钻速影响较大的钻井液性能主要是：密度，固相含量，粘度，失水，含油量。(3)钻头类型(4)水力参数(5)机械参数(3)、(4)、(5)详见教材P130-131。2、岩石的力学特性包括岩石的变形和强度特性。衡量岩石力学性质的参数包括：弹性、塑性、韧性、强度。岩石的弹性常数：杨氏弹性模量、剪切弹性模量、体积弹性模量和泊松比。岩石的泊松比是指横向应变与纵向应变之比。岩石的强度：岩石受外力作用而达到破坏时的应力。强度包括：单轴抗压强度、抗拉强度、抗剪强度及抗弯强度。岩石的硬度：岩石抵抗其他物体压入其内的能力，也叫抗压入强度。岩石的研磨性：岩石磨损破岩工具表面的能力，它是由钻头工作刃与岩石相互磨擦过程中产4生微切削、刻划、擦痕等造成的。岩石的可钻性：岩石破碎性难易性。3、钻头(Bit)：是破碎岩石形成井眼的主要工具，它直接影响着钻井速度、钻井质量和钻井成本。钻头类型：刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头及特殊用途钻头。牙轮钻头破岩的基本作用：牙轮钻头在井底工作的复合运动；钻头的纵向振动及对地层的冲击、压碎作用；牙齿对地层的剪切作用。4、水力参数包括：射流水力参数：喷射速度、冲击力、水功率；钻头水力参数：钻头压降、钻头水功率。5、钻井液的循环路径：6、机械参数是指钻头的工作参数，包括：钻压和转速。7、钻柱：是从钻头到地面全部管柱的总称。钻柱的功用：施加钻压；建立井内钻井液循环通道,并传递水力能量；将地面的能量传递给钻头(传递扭矩)；使井不断地加深；传递井下信息；中途测试、安放尾管、下电测工具；处理井下复杂和事故。基本钻柱组合：钻铤＋配合接头＋钻杆＋配合接头＋方钻杆。钻柱在钻井过程中的运动形态：自转：钻柱绕自身轴线的旋转。公转：围绕井眼轴线的旋转。涡动：钻柱绕自身轴线自转时，由于钻柱与井壁接触产生磨擦力，使钻柱以一定速度按逆时针方向绕井眼轴线旋转形成涡动。轴向振动扭转振动横向振动钻柱受力分析：轴向力：钻柱自重、泥浆浮力、钻具与井壁间的摩擦力、起下钻动载。扭矩：驱动扭矩、摩擦扭矩。径向挤压力：起下钻卡瓦的作用、DST测试过程中管外液体压力。弯曲力矩：由横向钻具变形引起的力矩。动载：由钻柱旋转引起的力。8、影响机械钻速的因素有哪些？并说明各因素是如何影响机械钻速的？第五章钻井过程压力控制1、气侵：指井内的天然气以渗漏（透）的形式钻井液中。井涌：指井口泥浆有外溢的现象。井喷：指地层流体无控制入井。井控技术：主要是及时发现溢流并在保证井底压力略高于地层压力的条件下，有效地排除溢5流的技术。压井：当出现溢流或井喷时，向井内泵入高密度钻井液以恢复和重建井内压力平衡的作业。2、与压力有关的钻井方式平衡钻井：在钻井时，井内有效液柱压力刚好能够平衡地层压力的钻井技术；近平衡钻井技术：在钻井时，井内有效液柱压力略高于地层压力，起钻时井内有效液柱压力等于地层压力的钻井技术；欠平衡钻井：在钻井时，井内有效液柱压力小于地层压力的钻井技术；过平衡钻井技术：在钻井时，井内有效液柱压力大于地层压力的钻井技术。3、波动压力激动压力：下放管柱过程中所产生的附加压力。激动压力会使井内压力增加。抽吸压力：上提管柱过程中所产生的附加压力。抽吸压力会使井内压力减少。为什么要研究波动压力？由于起钻速度过高导致井喷；下钻速度过快压漏地层，导致井塌、卡钻等井下复杂事故；激动压力是导致产层损害的因素之一；抽汲减少井眼中压力引起井喷；抽汲导致地层流体进入井眼污染泥浆；下钻、下套管引起过高的激动压力而发生井漏；抽汲和压力激动交替变化，使井壁不稳定。4、钻井过程中引发溢流或井喷的原因(钻井过程中导致井喷的原因有哪些？为了避免重大井喷事故的发生，应该采取哪些工艺措施？)：地层压力掌握得不确切：这是在新探区经常会遇到的情况。（参照邻井资料定地层压力，加强随钻地层压力监测。）钻井液液柱高度H降低：起钻过程中未灌及时灌钻井液；井漏没有及时发现。（加强监测，及时处理井漏）钻井液密度降低：这常常是钻开油气层后，油气水不断侵入钻井液所造成的。抽吸压力导致井底压力降低(减少抽吸作用的方法:平衡地层压力的合适泥浆密度，并附加安全系数;尽