钻探工程

第一章 绪论

一， 钻探工程分类：

（1）地质普查钻探 （5）油，气田钻探

（2）矿产勘查钻探 （6）工程技术钻探

（3）水文地质钻探 （7）工程施工钻探

（4）工程地质钻探

二，钻探方法：

根据破碎岩石基理不同，钻探方法分为 机械，物理，化学 三种。

（一） 机械钻探

（1）冲击钻探 ：①钢绳冲击 ②钻杆冲击

（2）回转钻探 ：轴向压力 和 水平回转力 同时作用。

孔底：切削，压皱，压碎，剪切 来破碎岩石。

分类：

Ⅰ，根据切削具（磨料）：①硬质合金钻进，②钢粒钻进，③金刚

石钻进。

Ⅱ，根据破碎孔底岩石：①无岩心钻探（全面钻进），②岩心钻探。

（3）冲击回转钻探：

根据动力介质不同：⑴液动冲击回转钻探⑵风动冲击回转钻探 二， 钻探工作的程序：

1个钻进回次：从每次下降钻具，经过钻进，到采取岩矿心，

提取钻具，为1个钻程，叫1个钻进回次。

第二章 岩石的性质与可钻性

一， 岩石的基本状态：①坚硬，②可塑性，③松散性。

二， 地壳的岩石（按成因特征）：①岩浆岩，②变质岩，③沉积岩。

其中，①和②占95%，③占5% 。

三， ⒈地表风化作用变质的变质岩较软（如高岭土），

⒉温度和压力作用变质的变质岩较硬（如矽卡岩，石英岩）。

第一节 岩石的物理性质

岩石的物理性质：①块体密度和孔隙度②含水性，透水性和裂隙性③松散性，流散性④稳定性。

一，块体密度，孔隙度：

块体密度公式：

块体密度终类: ①天然块体密度，②块体干密度，③块体饱和密度

孔隙度公式：

三， 透水性：单位面积和时间内通过岩石的水量。

岩石孔隙度↑，透水性↑，岩石的强度和稳定性↓。

第二节 岩石的力学性质

一， 岩石的力学性质：岩石在机械外力作用下所表现的性质。

有：①强度，②硬度，③研磨性。

第三节 岩土的可钻性及其分级

我国岩心钻探采用的是12级岩石分类。

一， 机械钻速：以每小时进尺米数为指标（指纯钻进时间）。 二，一次提钻长度：以每回次进尺数为指标。

第三章 硬质合金钻进

一， 硬质合金钻进，一般适用于可钻性为1—6级和部分7—8级的

岩石。可钻进任何角度的钻孔。钻孔直径是35.5mm—2000mm，常用的钻头直径是75mm，91mm，110mm，130mm，150mm。 二， 影响硬质合金钻进效率的主要因素：①岩石的性质，②硬质合

金钻头的质量，③钻进时的操作技术和钻进规程。

第二节 钻头用硬质合金

一，硬质合金：主要是碳化钨（WC）—钴（Co）类压结式合金。主

要成分：碳化钨（WC），这类硬质合金统称是YG类硬质合金，也称为钨钴合金。

第二篇：钻井与完井工程重点总结

第一章 绪论

1、 钻井分类：地质探井、预探井、详探井（评价井）、地质浅井、检查资料井、生产井、注水井。

地质探井：了解地层的沉积年代、岩性、厚度、生储盖组合。

预探井：以发现未知新油气藏为目的所钻的井。

第二章 井身结构设计

1、 井深结构设计的任务：确定套管的下入层次、下入深度、水泥浆返深、水泥环厚度、生产套管尺寸及钻头尺寸。

井身结构设计应满足以下主要原则：

A. 能有效保护储层；

B. 避免产生井漏、井喷、井塌、卡钻等井下复杂情况和事故，为安全、优质、高速和经济钻井创造条件；

C. 当实际地层压力超过预测值发生溢流时，在一定范围内，应具有处理溢流的能力。

2、 选择井身结构的客观依据：地层压力剖面、地层破裂压力剖面、井眼坍塌压力剖面。

3、 上覆地层压力p0：指该处以上地层岩石基质和孔隙中流体的总重量（重力）产生的压力。

4、 地层压力pp：指岩石孔隙中流体的压力，亦称地层孔隙压力。

5、 骨架压力?：由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那部分上覆地层压力（亦称有效上覆地层压力或颗粒压力）。

6、 异常高压的成因：

A. 沉积物的快速沉积，压实不均匀；

B. 渗透作用；

C. 构造作用；

D. 储集层的结构。

7、 地层压力预测方法：（要求掌握d（dc）指数法的原理）

d（dc）指数法检测原理：机械钻速是钻压、钻速、钻头类型及尺寸、水力参数、钻井液性能、地层岩性等因素的函数。当其他因素一定时，只考虑压差对钻速的影响，则机械钻速随压差减小而增加。在正常地层压力情况下，如岩性和钻井条件不变，机械钻速随井深的增加而下降。当钻入压力过渡带之后，由于压差减小，岩石孔隙度增大，机械钻速转而加快。d指数则正是利用这种差异预报异常高压。

8、 地层破裂压力：当液体压力达到某一数值时会使地层破裂，这个液体压力称为地层破裂压力。

9、 地应力：指地下环境中某一岩层深度所处的应力状态。可用三个主应力表示，即垂直主应力?z、最大水平地应力?H、

最小水平地应力?h。

10、 井眼坍塌压力预测

井眼失稳破坏准则：石油工程对脆性泥页岩——般采用摩尔—库尔强度准则。

11、 井深结构设计时井内压力系统必须满足：pf>=pmE>=pR（原则）

Pf——地层破裂压力；

pmE——钻井液有效液柱压力；

pR——地层压力。

12、 井身结构设计的基础参数：

A. 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。

B. 工程数据

1) 抽汲压力系数Sw（起钻）；

2) 激动压力系数Sg（下钻）；

3) 地层破裂安全增值Sf；

4) 溢流条件Sk；

5) 压差允值?pN（?pa）。（避免差压卡钻）

13、 套管层次：导管，表层套管，中间套管（或技术套管），生产套管（或油层套管）。

14、 井身结构设计步骤：

A. 根据区域地质情况，确定按正常作业工况或溢流工况选择式；

B. 利用压力剖面图中最大地层压力梯度求中间套管下入深度假定点；

C. 验证中间套管下入深度H3是否有卡套管的危险；

D. 计算钻井（或中间）尾管的最大下入深度；

E. 计算表层套管下入深度H1；

F. 进一步校核中间尾管；

G. 生产套管下入目的层中，应进行压差卡钻和溢流条件校核。

第三章 钻井液

1、 钻井液主要功能：

A. 清洗井底，携带岩屑；

B. 冷却、润滑钻头和钻柱；

C. 形成泥饼，保护井壁；

D. 控制和平衡地层压力；

E. 悬浮岩屑和加重材料；

F. 提供所钻地层的地质资料；

G. 传递水功率；

H. 防止钻具腐蚀。

2、 主要的粘土矿物：高岭石、蒙脱石、伊利石。

3、 粘土矿物的水化作用：指水分子被粘土表面及其所带阳离子极化后定向排列而形成的水化膜的作用。包括表面水

化（主要有粘土表面吸附产生）和渗透水化（主要由吸附阳离子在表面和本体的浓度差产生）两种。

4、 扩散双电层的形成与结构

由于胶体粒子带电，在它周围分布着与其电荷数相等的反离子，于是在固液界面形成双电层。反离子分布不均匀，靠固体表面密度高，形成紧密层（吸附层）。

扩散双电层：从固体表面到过剩反离子为零处得这一层称为扩散双电层。

5、 钻井液的工艺性能

A. 钻井液的流变性能：钻井液在流动过程中的流变性和静止状态下触变性的流体力学表现，主要由粘度、静切

应力等流变参数表示。

钻井液流变行为模式：幂律流体模式；宾汉流体模式；卡森流体模式；赫——巴流体模式。

B. 钻井液的失水造壁性能

失水：钻井液在屡失过程中，其中的自由水在压差作用下向多孔性地层屡失渗透的过程叫做失水。

造壁：井壁上泥饼的形成叫做造壁。

失水类型：瞬间失水、动失水、静失水。

6、 影响失水的因素：

A. 静失水量Vf与时间t的关系；（正相关）

B. 静失水量与压差的关系；（正相关）

C. 静失水量与滤液粘度的关系；（负相关）

D. 静失水量与固相含量及类型的关系；（Vf?(Cc/Cm-1)1/2）

E. 静失水量与泥饼厚度的关系；（正相关）

F. 静失水量与泥饼渗透率的关系。（正相关）

7、 钻井液分类：水基钻井液、油基钻井液、气态钻井液。

第四章 钻进工艺

1、 影响钻井速度的因素：

A. 地层岩性；

B. 钻井液性能：密度、固相含量、粘度、失水，尤其是初失水、含油量；（具体分析见图4-2）

C. 钻头类型；

D. 水力参数：由于射流形成的影响；

E. 机械参数：钻压、钻速是直接作用于井底借以破碎岩石的基本参数，二者需合理配合。

2、 岩石的物理机械性质

弹性：除去外力，物体能恢复原状的特性；

塑性：除去外力，物体不能恢复原状的特性。

3、 岩石的强度

强度：物体受外力作用而达到破坏时的应力；

单轴抗压强度：在单向受压情况下，岩石发生破坏的应力；

抗拉强度：在拉张力的作用下岩石发生破坏时的应力；

抗剪强度：在剪切力的作用下岩石发生破坏时的应力；

抗弯强度：在弯曲力矩作用下岩石发生破坏时的应力。

4、 岩石的硬度：岩石抵抗其他物体压入其内的能力，即岩石的抗压入强度。

5、 岩石的可钻性：一般理解为岩石破碎的难易性，由此把岩石分为难钻的和易钻的。

6、 钻头类型

A. 刮刀钻头

B. 牙轮钻头：作用机理为钻头的冲击、压碎和剪切破碎岩石的作用；

C. 金刚石钻头：作用机理为切削。

7、 水力参数对钻速的影响机理：水力破岩作用、水力清岩作用。

8、 机械参数对钻速的影响：钻压、钻速、排量。

9、 钻具：井下钻井工具。

10、 钻柱：基本钻具：方钻杆、钻杆、钻铤、配合接头；辅助四器：稳定器、减震器、震击器、悬浮器。

11、 确定钻柱最大允许静拉符合Pa的三种方法：

A. 安全系数法；

B. 考虑卡瓦挤毁钻杆的设计系数法；

C. 拉力余量法。

第五章 钻井过程压力控制

1、 平衡钻井：指钻进时井内有效钻井液柱压力等于地层压力的钻井技术。

2、 近平衡钻井：指钻进时井内有效液柱压力低于地层压力，允许地层流体进入井筒，有控制地循环至地面装置的钻

井技术。

3、 波动压力：激动压力和抽汲压力称为管柱在充有流体的井内运动时的波动压力。

激动压力：下放管柱产生的附加压力；

抽汲压力：上提管柱产生的附加压力。

4、 溢流：指当井底压力低于地层压力时，井口返出钻井液流量大于泵入量，停泵后井筒流体从井口自动外溢出井口

的现象。

控制溢流的方法：

A. 初次控制：保持井筒钻井液压力略高于地层压力并配合以合理的操作技术，地层流体不能进入井筒而维持正

常钻井；

B. 二次井控：当地层——井筒压力系统失去平衡时，采用井控技术重新建立井筒——地层压力系统控制溢流；

C. 三次井控：当地层压力很大，溢流发现较晚，进入井筒的高压油气数量过多，在井口装置完好可控条件下，

无法用保持井底压力不变的方法排除高压油气溢流时，采取紧急的处理办法，如泵入重晶石或打水泥塞。

引发溢流及井喷的原因：

A. 地层压力Pp预测不准确；

B. 井筒内钻井液高度h降低；

C. 钻井液密度降低；

D. 起钻中抽汲压力降低了井筒内液柱压力。

溢流的早期征兆：

A. 钻井液池液面升高；

B. 钻速变快；

C. 井口返出钻井流体速度增大；

D. 立管压力下降；

E. 地面油、气、水显示；

F. 钻井液性能变化。

5、 常规油气井控制井的压井方法

A. 司钻法（两步控制法）：分两个循环周进行，第一循环采用原密度?m钻井液循环排出环空气侵的钻井流体；第

二循环泵入按关井立管压力求得的所需密度的?mk钻井液置换出井筒内?m的钻井液而恢复建立井筒压力系统平衡时的压井方法；

特点：第一循环周结束，关井立管压力等于套压；第二循环周结束，立管压力等于循环压降，套压为零。停止循环后立管压力和套压等于零。

B. 工程师法（等候加重法）：根据关井立管压力求得地层压力，待配制好所需压井密度的钻井液后，通过一个循

环周内同时排出环空气侵流体的压井方法。

6、 防喷器类型：环形防喷器、闸板防喷器（单、双）、旋转防喷器。

第六章 井眼轨迹设计与控制

1、 定向井井眼轨迹设计的基本要素

A. 井深：井眼轴线上任一点到井口的井眼长度；

B. 井斜角：井眼轴线上任一点的井眼方向线（切线，指向前方）与通过该点的重力线间之间的夹角；

C. 方位角：井眼轴线上任一点的正北方向线与该点的井眼方向线在水平面投影线间的夹角；

D. 井斜变化率：单位长度段内井斜角的改变值；

E. 垂深：井眼轴线上任一点到井口所在水平面的距离；

F. 水平位移：井眼轴线上任一点到井口所在的铅垂线的距离。

2、 井眼曲率：单位长度段内井眼切线倾角的改变。（）

第七章 固井

1、 固井：向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业。包括下套管和注水泥两大部分。

2、 套管柱外载类型

A. 外挤压力：主要来自钻井液液柱压力、水泥浆液柱压力、地层中流体压力、易流动岩层的侧压力等；

分为：外压力、支撑内压力、有效外压力

B. 内压力：主要来自钻井液、地层流体（油、气、水）压力以及特殊作业（如压井、酸化压裂、挤水泥等）时

所施加的压力；

分为：内压力、支撑外压力、有效内压力

C. 轴向拉力：套管自重、动载，遇卡上提多提的拉力等产生的附加拉力等。

3、 套管强度：套管柱具有的抵抗外载的能力称为套管强度。

抗挤强度：套管所能承受的最大外挤压力；

抗内压强度：套管所能承受的最大内压力；

抗拉强度：套管所能承受的最大轴向拉力。

4、 水泥浆（石）的性能：水泥浆密度、水泥浆稠化时间、水泥浆流变性、水泥浆失水量、水泥浆稳定性、水泥石抗

压强度、水泥石渗透率。

5、 提高注水泥顶替效率的措施：

A. 加扶正器降低套管在井眼中的偏心程度；（避免窜槽现象）

B. 注水泥时活动套管；（要求井壁规则，转速低）

C. 采用紊流或塞流流态注水泥；（在紊流塞流流态，断面流速分布相对平缓，因而有利于水泥浆均匀推进顶替钻

井液）

D. 使用注水泥前置液；

E. 注水泥前调整钻井液性能；

F. 增加紊流接触时间

G. 顶替液与钻井液的密度差；（一般要求钻井液、前置液、水泥浆的密度应逐级增大（所谓正密度差），因正密

度差将对钻井液产生浮力作用，有利于顶替）

第八章 完井

1、 完井：指油气井的完成，即根据油气层的地质特性和开发开采的技术要求，在井底建立油气层与油气井井筒之间

的合理连通渠道或连通方式。

2、 几种主要完井方法适用的地质条件（垂直井）

射孔完井：

A. 有气顶、或有底水、或有含水夹层，易塌夹层等复杂地质条件，因而要求实施分隔层段的储层；

B. 各分层之间存在压力、岩性等差异，因而要求实施分层测试、分层采油、分层注水、分层处理的储层；

C. 要求实施大规模水力压裂作业的低渗透储层；

D. 砂岩储层、碳酸盐岩裂缝性储层。

裸眼完井：

A. 无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层；

B. 岩性坚硬致密，井壁稳定不坍塌的碳酸盐岩或砂岩储层；

C. 单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多储层；

D. 不准备实施分隔层段，选择性处理的储层。

割缝衬管完井：

A. 无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层；

B. 单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多储层；

C. 不准备实施分隔层段，选择性处理的储层；

D. 岩性较为疏松的中、粗砂粒储层。

裸眼砾石充填完井：

A. 无气顶、无底水、无含水夹层的储层；

B. 单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多储层；

C. 不准备实施分隔层段，选择性处理的储层；

D. 岩性疏松出砂严重的中、粗、细砂粒储层。

套管砾石充填完井：

A. 有气顶、或有底水、有含水夹层、易塌夹层等复杂地质条件，因而要求实施分隔层段的储层；

B. 各分层之间存在压力、岩性差异，因而要求实施选择性处理的储层；

C. 岩性疏松出砂严重的中、粗、细砂粒储层。

第九章 储层保护

1、 储层敏感性：速敏、水敏、盐敏、碱敏、酸敏。

速敏：指因流体流动速度变化引起地层微粒运移、堵塞喉道，导致渗透率下降的可能性及其程度；

水敏：原始状态处于盐水环境中的地层的某些矿物遇淡水或低矿化度水后发生膨胀、分散、脱落和运移，从而减小或堵塞储层喉道，造成储层渗透率下降的可能性及其程度；

盐敏：渗透率随注入液矿化度降低而变化的可能性及其程度；

碱敏：碱性环境下，粘土颗粒易于分散、运移，诱发粘土矿物失稳，碱性介质与储层岩石反应是矿物颗粒分散，与地层水相互作用生成无机垢等，从而造成储层渗透率下降的可能性及其程度；

酸敏：酸液进入地层后，与地层中的酸敏性矿物发生反应，产生沉淀或释放出微粒，使地层渗透率下降的可能性及其程度。

2、 钻井过程中造成储层损害原因分析

A. 钻井过程中储层损害原因；

1) 钻井液中固相颗粒堵塞储层

2) 钻井液滤液与储层岩石不配伍一起的损害；（水敏、盐敏、碱敏、润湿反转、表面吸附）

3) 钻井液滤液与储层流体不配伍引起的损害；（无机盐沉淀、形成处理剂不溶物、发生水锁效应、形成乳化

堵塞、细菌堵塞）

4) 油相渗透率变化引起的损害；（钻井液滤液进入储层，改变了井壁附近地带的油气水分布，导致油相渗透

率下降，增加油流阻力）

5) 负压差急剧变化造成的储层损害；（中途测试或负压差钻井时，如选用的负压差过大，可诱发储层速敏，引起储层出砂及微粒运移。此外，还会诱发地层中原油组分形成有机垢和产生应力敏感损害）

B. 钻井过程中影响储层损害程度的工程因素；

1) 压差：压差是造成储层损害的主要因素之一。通常钻井液的滤失量随压差的增大而增加，因而钻井液进

入储层的深度和损害储层的严重程度均随正压差的增加而增大；

2) 浸泡时间：当储层被钻开时，钻井液固相或滤液在压差作用下进入储层，其进入数量和深度及对储层损

害的程度均随钻井液浸泡储层时间的增长而增加；

3) 环空返速：环空返速越大，钻井液对井壁泥饼的冲蚀越严重，因此，钻井液的动滤失量随环空返速的增

高而增加，钻井液固相和滤液对储层侵入深度及损害程度亦随之增加；

4) 钻井液性能：钻井过程中起下钻、开泵所产生的激动压力随钻井液的塑性粘度和动切力增大而增加。

第十章 环境保护

时间仓促，难免错漏，同学们复习的时候请参考书本，祝大家考得好成绩，考研的童鞋们GOOD LUCK！