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钻井工程理论 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 ①人工掘井 ②人力冲击钻 ③机械顿钻（冲击钻） ④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： ①概念时期（1901-1920） ②发展时期（1920-1948） ③科学化钻井时期（1948-1969） ④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 ①修公路 ②井场及设备基础准备 ③钻井设备搬运及安装 ④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） 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38~53mm,相当于钻杆壁厚的4~6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 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τ与切变率D之比为常数,即: 　　η=τ/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,η为液体的粘度.粘度是液体流动时内摩擦或阻力的量度.η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τ不成线性关系的流体称为非牛顿流体. 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 假塑性流体随剪切速率增加而变稀，而膨胀流体随剪切速率增大而变稠 * * 李璐 2012.07.24 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 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 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