钻井工程_管志川_第二章钻进工具
钻井工程钻柱
上方保接头
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下方保接头
第二章 钻 柱 §2-1 钻柱的作用与组成
有效长度
❖ 2、主要作用：(1)给钻头施加钻压; (2)减轻钻头的振动、摆动和跳动等，使钻头工作平稳； (3)控制井斜。
❖ 3、类 型：光钻铤、螺旋钻铤、扁钻铤。 ❖ 常用尺寸：6-1/4，6-1/2 ，7，8，9 英寸
（三）方钻杆
1、类
型：四方形、六方形
2、特
点：壁厚较大，强度较高
3、主要作用：传递扭矩和承受钻柱的全部重量。
第二章 钻 柱
3. 钻柱的旋转运动形式：
§2-1 钻柱工作状态及受力分析
(1)自转。钻柱像一根柔性轴，围绕自身轴线旋转。钻柱自
转时，在整个圆周上与井壁接触，产生均匀磨损。弯曲钻柱 在自转时，受到交变弯曲应力的作用，容易发生疲劳破坏。 在软地层弯曲井段，钻柱自转容易形成键槽，起钻时可能造 成卡钻事故。
114、（4½），127.0（5英寸），139.7
（3）长度： 18～22ft ，27～30ft， 38～45ft
4、接头及丝扣
（1）丝扣连接：
尺寸相等，丝扣类型 相同，公母扣相匹配。
2）钻杆接头点
壁厚较大，外径较大， 强度较高。
（3）钻杆接头类型： 内平、贯眼、正规。
❖
9、要学生做的事，教职员躬亲共做； 要学生 学的知 识，教 职员躬 亲共学 ；要学 生守的 规则， 教职员 躬亲共 守。21 .7.2121 .7.21W ednesd ay , July 21, 2021
02 第二章钻井工程
第二章溢流的检测尽早发现溢流显示是井控技术的关键环节。
从打开油气层到完井，要注重观察井口和钻井液罐液面的变化.”因此，准确、有效地进行溢流的检测是实施井控的首要前提。
在现场施工中，溢流的检测通常分三步进行。
第一，在钻井设计时进行的溢流检测，即对邻近井的资料进行分析对比，表明可能遇到的异常压力地层、含酸性气体（H2S）地层、地质情况复杂的地层或漏失层。
第二，钻井过程中根据井上的直接或间接显示，判断井内地层压力增加或者钻井液静液压力减少，可能发生溢流。
第三，钻井过程中通过观察或判断溢流的显示，表明地层流体侵入井内，已发生溢流。
溢流的发生、发展是有一个过程的，对于潜在的或即将发生的溢流。
钻井人员应密切监控井下的情况，并且考虑和预测可能出现井控问题。
有准备的钻井人员应能够迅速发现井内异常情况，有效地把溢流、地面压力及井控的各种困难减到最小程度。
地层压力的增加或静液压力的减少，必然导致地层压力大于钻井液静液压力，这是溢流的最直接的警告信号，地层流体向井内流动及各种显示也就是溢流的具体显示。
认识与判断这些显示通常需要用关井或把流体从井场分流排出的办法。
若溢流预兆或显示没有及时发现和有效的控制，就可能出现溢流和井喷事故。
因此，钻井人员应做到以下几点：①熟悉各种溢流的原因；②认识溢流的发生、发展过程；③使用适当的设备和技术来检测意外的液柱压力减少；④使用适当的设备和技术来检测可能出现的地层压力增加；⑤能够正确识别静液压力与地层压力之间失衡的各种显示；⑥能够对溢流采取有效控制措施。
第一节溢流的迹象地层流体进入井内，在地面上会从各个方面显示出来。
认真观察和监视这些显示，就能及时的发现溢流。
一、钻井液量的增加地层流体侵入井内，而且变成钻井液循环系统中的一部分时，钻井液量就会增加。
这是发现井内侵入流体的一个可靠、确切的信号，通常需用钻井液罐液面指示器或流量检查来加以确认。
对于不同地层，地层流体进入井内的情况有所不同，钻井液量的增加速度也有所不同。
钻井工具及工艺流程
地球的构造
地球的内部结构：从外到里是由 地壳、地幔、地核三部分组成。地壳 的厚度一般为30~40km，石油钻井的 深度都在地壳的深度范围内。
第三章 钻井地质基础知识
地壳中的岩石分类：
按成因分为三大类：岩浆岩、沉积岩和变质岩。 1、岩浆岩：是高温高压下的岩浆从地层深处侵入或喷出地 表冷凝而成的岩石。主要有花岗岩和玄武岩等，特点是无层理、 块状。 2、沉积岩：是在地壳表层条件下，主要是母岩（即岩浆岩、 变质岩及早期形成的沉积岩）的风化产物，经搬运、沉积后再 经成岩作用而形成的岩石。常见的沉积岩有：泥岩及页岩、砂 岩、砾岩、石灰岩等。
第三章 钻井地质基础知识
石油
1）化学组成 石油是一种成分非常复杂的天然有机化合物的混合物，其中 主要成分是液态烃。 2）物理性质 颜色 石油的颜色是多种多样的，一般为黄褐色、棕色、淡 黄色及暗绿色，也有白色、淡红色等。颜色决定于石油的化学 成分，一般轻质油色浅，重质油色深。 比重 石油在20℃时的重量与同体积4℃的纯水重量之比称为 石油的比重，一般用γ表示。石油比重变化很大，一般在0.75 ～1.0之间，个别的大于1或小于0.75。 粘度 石油的粘度决定于石油的化学成分和温度、压力。温 度增高石油粘度降低，而压力增加则粘度增大，石油中轻质油 组分增加，粘度随着降低。石油粘度在不同油田和不同油层中 变化是很大的。
泉头组
三段
二段
一段 四段 三段 二段 一段
0~479
0~181 0~562 0~700 0~119
暗紫色、褐色泥岩夹棕灰色砂岩、粉砂岩
灰白、灰绿色砂岩与紫褐色泥岩，砂质泥岩互层 灰白、棕灰色砂岩夹灰黑色泥岩，砂质泥岩 灰黑、紫褐色泥岩，砂质泥岩夹棕灰色砂岩 灰绿，棕红，深灰色砾岩
钻井工程(建工)
常规取心工艺、密 闭取心、 保压密闭取心、
定向取心
第五章 固井 ：井身结构、套管柱、油井水泥
第六章 完井技术： 钻开储集层、完井方法、完井井口装置
第七章：钻井事故处理
于久远 电话：
()
（）
钻井工程课件
作者简介： 于久远 男 岁 渤海石油职业学院石油工程系钻井教研室教
师。 年月毕业于华北石油职工大学石油工程专业。 年月～年月钻井四公司钻井队任实习技术员。 年月～年月在华北石油技工学校从事钻井工程理论 与
高。 ）设备复杂，起下钻繁琐。
绪论 钻井技术的发展
二、钻井技术的发展
绪论 钻井技术的发展
．旋转钻井技术的发展
（）概念时期（～年）：这个时期内开始将钻井和洗 井结合在一起，并使用了牙轮钻头和注水泥固套管技 术。
（）发展时期（～年）：这个时期牙轮钻头、固井工 艺、钻井液等得到进一步发展，同时出现了大功率钻 井设备。
美国年月在宾夕法尼亚洲泰特斯维尔小镇才打了 一口深的油井，也就是所谓的世界上的第一口
二、钻井技术的发展
．钻井方法的发展
（）人工掘井：年之前
（）人力冲击钻：～年， 是靠人力、捞砂筒、特 殊钻头、悬绳、游梁等 来完成的。
实际上是利用了杠杆原 理及自由落体的下落冲 击作用来钻井的。
特点是：
）破岩与清岩相间进行。
井），对油气藏进行工业评价及取得油气开发所需
的地质资料（详探井），圈定油气藏边界及其储量
（边探井）。
一、石油钻井概述
绪论 石油钻井概述
生产井：在进行油田开发时，为开采石油和天然气而
钻的井。
注入井：开发后期为了提高采收率及开发速度，而对
钻井工程理论与技术（第二版）课后题简答题答案
钻井⼯程理论与技术（第⼆版）课后题简答题答案第⼀章钻井的⼯程地质条件1.简述地下各种压⼒的基本概念及上覆岩层压⼒、地层孔隙压⼒和基岩应⼒三者之间的关系。
答：静液压⼒：是由液柱⾃⾝的重⼒所引起的压⼒，它的⼤⼩与液体的密度、液柱的垂直⾼度或深度有关。
地应⼒：钻井⼯程施⼯之前存在于地下某点的应⼒状态为原地应⼒状态。
地层孔隙压⼒：岩⽯孔隙中流体所具有的压⼒。
也称地层压⼒。
上覆岩层压⼒：是指由上覆岩层重⼒产⽣的铅垂⽅向的地应⼒分量。
该处以上地层岩⽯基质和岩⽯孔隙中流体的总重⼒所产⽣的压⼒。
基岩应⼒：是指由岩⽯颗粒间相互接触⽀撑的那⼀部分上覆岩层压⼒。
也称有效上覆岩层压⼒或⾻架应⼒。
地层破裂压⼒：地层某深度处的井壁产⽣拉伸破坏时的应⼒地层坍塌压⼒：地层某深度处的井壁产⽣剪切破坏时的应⼒上覆岩层的重⼒是由岩⽯基质（基岩）和岩⽯孔隙中的流体共同承担的，即上覆岩层压⼒是地层压⼒与基岩应⼒的和2、简述地层沉积⽋压实产⽣异常⾼压的机理。
答：在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就被破坏。
如果沉积速度很快，岩⽯颗粒就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与颗粒之间的压⼒。
由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，⽽下⾯基岩的⽀撑能⼒没有增加，孔隙中的流体必然开始部分地⽀撑本来应由岩⽯颗粒所⽀撑的那部分上覆岩层压⼒，从⽽导致了异常⾼压。
3、简述在正常压实的地层中岩⽯的密度、强度、孔隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。
答：所以随井深的增加，地层中岩⽯密度逐渐变⼤，⽽岩⽯的孔隙度变⼩。
随着井深的增加，岩⽯的强度增⼤。
在正常地层压⼒井段，随着井深增加，岩⽯的孔隙度减⼩，声波速度增⼤，声波时差减⼩。
在正常地层压⼒情况下，机械钻速随井深增加⽽减⼩，d指数随井深增加⽽增⼤。
所以dc指数也随井深的增加⽽增⼤。
4、解释地层破裂压⼒的概念，怎样根据液压实验曲线确定地层破裂压⼒。
答：在井下⼀定深度的裸露地层，承受流体压⼒的能⼒是有限的，当液体压⼒达到⼀定数值时会使地层破裂，这个液体压⼒称为地层破裂压⼒。
钻井工具
二、螺杆钻具的原理 螺杆钻具是以泥浆为动力的一种井下工具，由传动轴总成、 马达总成、万向轴总成、防掉总成和旁通阀总成五大部分组成 。 见下图。 泥浆泵输出的泥浆，流经旁通阀进入马达，在马达进出口 形成一定压差推动马达的转子旋转，并将扭矩和转速通过万向 轴和传动轴传递给钻头。 螺杆钻具的马达是一种新型的内啮合回转式容积马达。主 要工作部件是偏心螺杆（转子）和固定的衬套（定子）。
1LZ203Bx7.0- Ⅷ L 技术参数：
钻具参数 公称直径 马达头数 马达级数 井眼尺寸 钻头螺纹 英制 8 in 1:2 4 97/8-121/4 in 65/8 REG 公制 203 mm 1:2 4 251-311 mm 65/8 REG
连接螺纹
钻头水眼压降 流量 钻头转数 马达工作压力降 马达最大压力降 工作扭矩 最大扭矩 功率
钻头螺纹
连接螺纹 钻头水眼压降 流量 钻头转数 马达工作压力降 马达最大压力降 工作扭矩 最大扭矩
65/8 REG
65/8 REG 200-1000 psi 300-590 gpm 77-141 rpm 466 psi 659 psi 3704 ft-lb 4920 ft-lb
一、螺杆钻具的应用范围 螺杆钻具比较适合于钻各种弯曲半径的定向斜井，钻水平 井段和进行侧钻、分支井眼的钻进。 由于螺杆钻具的直径可以做得很小，长度也可以比较短， 并可以分成几节连结使用，因此在造斜的弯曲井段、在小直径 的井眼都可以方便地使用。在无法使用转盘或顶驱钻进的井， 螺杆钻具能发挥其功能。 螺杆钻具的转速与牙轮钻头、金刚石钻头都能很好地匹配， 可以选用不同的螺杆头数，得到不同的转速和扭矩，钻进的速 度比较高。 螺杆钻具可以与普通钻杆配合，也可以与连续油管配合使 用。 螺杆钻具的出现，使水平井、侧钻井、分支井、小井眼井 得到成功。
第2章-钻井概述
(3)科学化钻井时期（1948～1968年）：这个时期钻井技术有了迅速发展。 采用了喷射钻井，镶齿、滑动密封轴承钻头，低固相、无固相不分散体 系钻井液及固相控制技术，总结出了影响机械钻速的有关因素，采用了 地层压力检测、井控技术及平衡压力钻井技术。
探井：为探明地下地质情况、获取地下油气资源分布及相应性 质等方面资料而钻的井。
开发井：以开发为目的，为了给已探明的地下油气提供通道所 钻的井，或为了采用各种措施使油气被开采出来所钻的井。
2.1 基本概念
1. 探井：目的是探明地质情况、油气分布及性质等。
1) 地层探井(参数井)：目的是了解地层年代、岩性、厚度、生 储盖组合等，为地球物理解释提供各种参数； 2) 预探井：区域勘探阶段以发现油气藏为目的； 3) 详探井(评价井)：在发现油气构造上，研究油气藏特点(面积 、储量、产能等)为目的。
旋转钻井
靠动力带动钻头旋转，在旋转的过程中对井底岩石进行破 碎，同时循环钻井液以清洁井底的钻井方法。
旋转钻井又分为转盘钻井、井下动力钻具钻井、顶部驱动钻井。
特点
1）破岩与清岩相接进行。 2）旋转动力大，转速高，破碎效率高。 3）设备复杂，起下钻繁琐。
2.1 基本概念
旋转钻井技术的发展
(1)概念时期（1901～1920年）：这个时期内开始将钻井和洗井结合在一起， 并使用了牙轮钻头和注水泥固套管技术。Leabharlann .1 基本概念三、钻井方法
为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。
钻井方法 分类
人工钻井法 机械顿钻钻井法(冲击钻)
依据：
5第二章 钻进工具——钻柱
第二节 钻 柱—作用和组成
（4）钢级与强度
物理性能
最小屈 服强度
最大屈 服强度
最小抗 拉强度
MPa lb/in2
MPa lb/in2
MPa lb/in2
D 379.21 55000 586.05 85000 655.00 95000
E 517.11 75000 723.95 105000 689.48 100000
弯曲钻柱围绕井眼轴线旋转，同时围绕自身轴线转动，即不是沿着井壁滑动而 是滚动。钻柱磨损均匀，但受交变应力的作用，循环次数比自转时低得多。
（4） 纵向振动—钻头振动引起，产生交变应力。 （5）扭转振动—由井底对钻头旋转阻力的变化引起，产生交变扭剪应力。 （6）横向摆振—达到某一临界转速，可能产生无规则摆动，产生交变弯曲应力。 ❖ 一般认为弯曲钻柱旋转的主要形式是自转，但也可能产生公转或两种运动
（3）钻杆的最大安全静拉力Fa： ① 安全系数法（考虑起下钻时的动载及摩擦力）
Fa Fp / St
式中：St —安全系数，一般取1.30。
② 设计系数法（考虑卡瓦挤压）
③ 拉力余量法
Fa
Fp
y t
1
Fa Fp MOP
式中：MOP—拉力余量，一般取200～500KN。
第二节 钻 柱—设计
2. 钻杆柱强度设计
（一）钻柱的作用
(1)提供钻井液流动通道；
(2)给钻头提供钻压；
(3)传递扭距；
(4)起下钻头；
(5)计量井深。
(6)观察和了解井下情况（钻头工作情况、井眼状况、地层情况）；
(7)进行其它特殊作业（取芯、挤水泥、打捞等）；
(8)钻杆测试 ( Drill-Stem Testing),又称中途测试。