钻井基础知识

钻井基础知识绪论一、钻井施工工序钻井是一项复杂的系统工程，每一口油气井的完成都包括钻前施工、钻井施工和固井作业三个阶段。

第一章、钻井地质基础知识一、岩石的机械性质1、岩石的机械性质⑴岩石的强度：岩石的强度是指抵抗外力破坏的能力。

根据外力性质的不同，分为抗压、抗拉、抗剪和抗弯强度等。

一般情况下，岩石的几种强度关系为：抗拉＜抗弯＜抗剪＜抗压。

岩石的强度与岩石的孔隙度有关，孔隙度孔隙度大，岩石的强度就小。

岩石的强度还与组成岩石的物质成分有关，由硬度较高的矿物组成的岩石其强度也较高。

⑵硬度：岩石的硬度是指岩石抗压入的极限强度。

在钻井过程中，钻头接触的岩石处在多向压缩的应力状态下，其岩石的硬度反映了多向应力状态下的抗压强度。

岩石的硬度与造岩矿物的成分、孔隙度、胶结物⑶岩石的塑性：在外力作用下，岩石破碎前呈现永久变形的性质叫岩石的塑性。

⑷岩石的研磨性：钻头破碎岩石的同时，其本身也受到岩石磨损，这种岩石磨损钻头的能力称为岩石的研磨性。

⑸岩石的可钻性：是指在一定条件下，钻进岩石的难易程度。

也可理解为钻进过程中岩石抗破碎强度的大小。

2、岩石性质对钻井的影响其影响主要表现在：影响钻进速度与钻头进尺：使钻进过程中出现井漏、井喷、卡钻等复杂情况：钻井液受到污染，性能变坏，井径不规则，进而影响到测井、固井等。

⑴粘土岩层。

泥岩和页岩一般较软，钻速快，但容易产生钻头泥包。

这种地层极易吸收钻井液中的自由水而膨胀，导致井径缩小。

随着浸泡时间的延长，井壁会产生垮塌现象，井径扩大。

⑵砂岩层。

砂岩一般来说是较好的渗透层，在井壁上易形成较厚的滤饼，易引起泥饼粘附卡钻。

另外滤饼对测井也有影响，所以必须使用优质钻井液。

⑶砾岩层。

在砾岩层中钻进易发生跳钻、蹩钻和井壁垮塌。

⑷在当地层软硬交错时，易发生井斜，地层倾角较大者也易发生井斜。

⑸当岩层中含有可溶性盐类，即钻到石膏层、盐岩层时，要注意对钻井液性能的影响。

二、钻井中地质录井工作1、钻时录井概念：是通过计时器把实钻一个规定的单位进尺的时间反映并记录下来的过程，一般用“分／米”表示。

钻时录井的方法：⑴ 井深计算井深＝钻具总长+方入钻具总长＝钻头长度+接头长度+钻铤长度+钻杆长度⑵ 方入的计算到底方入＝井深-钻具总长整米方入＝新钻杆到底方入+前一根单根打完时的井深与其紧邻的整米井深之差值钻时录井中常用是到底方入和整米方入。

到底方入就是钻头接触井底时的方入。

钻进时，由于每个单根的长度不同，所以，到底方入也不相同。

因此，每换一次单根就必须计算一次到底方入。

整米方入就是井深为整米时的方入。

⑶ 记录方法就是将转时、接单根、停钻、停泵、变泵等一些情况详细记录在钻时记录表上，如表。

钻时的变化能反映地层的坚硬或松散程度。

根据钻时的大小可以粗略地判断岩性和进行地层对比。

根据钻时记录绘制钻时曲线，并结和有关地质资料，对地层、岩性、含油气等情况进行综合分析。

2、岩屑录井概念：在井深不断加深过程中，按照一定的取样间距和迟到时间，将岩屑连续收集起来，进行观察、分析，并综合运用各种录井资料进行岩屑归位，以恢复地下原始剖面的过程。

岩屑录井的方法⑴ 管理好下井钻具⑵ 测量计算准迟到时间。

岩屑从井底返到井口的时间就是通常所说的岩屑迟到时间。

迟到时间可以用理论计算和实际测定两种方法可以求得。

这里只介绍实测法，既方便又准确。

在做迟到时间时，用密度与岩屑接近相等、形状与岩屑接近的物质作指示物（如红砖块、白瓷砖等），接单根时把它们从井口投入钻杆内，指示物从井口随钻井液经过钻杆到井底，又从井底随钻井液沿环空返至振动筛处，这个过程叫一个循环周。

在实测过程中，记下开泵时间和发现第一块指示物的时间。

循环周时间即为二者的时间差。

所求迟到时间是指示物从井底到井口的上行时间，这个时间等于循环周时间减去下行时间（下行时间等于钻杆内容积加上钻铤内容积除以泵排量）。

⑶ 捞取砂样。

根据规定的取样间距和测算的迟到时间捞取砂样。

砂样取出后用清水洗净，晾干（或烘干）。

不能用火烤，以免变质。

含油的砂样不要用水洗，应立即进行化验。

管理好的砂样用布袋或塑料袋包好，逐袋注明井号、井深和取样日期，并依次编号，妥善保管。

3、岩心录井概念：利用取心工具，将井下一定深度地层的岩石以柱状形式取上来，并对其进行分析、研究而取得各项资料的过程。

岩心录井的方法⑴ 根据取心原则，确定取心层位。

⑵ 合理的选择取芯工具。

⑶ 充分做好取芯准备工作（准确丈量取芯工具和方入，合理选择割心位置，取芯用器材、现场人员的合理分工等）。

⑷ 岩芯取出后，应将外部钻井液洗去，有油则用刀刮去钻井液，用蜡封好按顺序排列，准确丈量长度后，放入岩心盒内，进行妥善保管。

岩心是反映地层最真实、最准确、最宝贵的资料，在取芯钻进时要努力提高岩心收获率。

4、荧光录井概念：石油中的油质、沥青等在紫外光的照射下，能发出一种特殊光亮，就是荧光。

根据荧光显示的亮度及颜色的差别，测定出石油的含量和组成成分，对油气层进行定性和定量解释，就是荧光录井。

荧光录井的方法目前应用荧光分析的方法有：岩屑干照、点滴分析、系列对比、毛细对比、组份分析及荧光显微镜分析等。

在现场受条件限制，一般只采用岩屑干照、点滴分析的方法。

下面分别作介绍。

⑴ 岩屑干照法。

⑵ 点滴分析法。

5、气测录井概念：用气测仪器通过直接测定钻井液中气体含量，从而判断油气层的过程叫做气测录井。

气测录井除了在钻井中直接判断油气层外，还可预告井喷。

气测值突然增高，就说明钻井液气侵严重。

钻井液密度下降，井内液柱压力小于地层压力时，就有可能发生井喷。

三、地球物理测井1、电法测井是通过研究井下岩层及所含流体的电学性质，进而研究岩层的岩性、储油物性和含油性的方法。

2、声波测井就是利用岩石等介质的声学特性来研究钻井地质剖面，判断固井质量等问题的一种测井方法。

其又分为声波时差测井和声波幅度测井。

3、放射性测井是根据岩石和井内介质的核物理性质研究钻井剖面，寻找有用矿藏及研究油井工程质量的地球物理测井方法。

其可分为探测伽马射线和探测中子的方法。

4、其它测井方法⑴井温测井⑵地层倾角测井第二章、钻头钻头是破碎岩石形成井眼的主要工具。

按结构分：刮刀钻头、牙轮钻头和金刚石钻头三种。

按功用分：全面钻进用钻头（全径钻头），环状钻进用钻头（取心钻头）两种。

按破岩作用分：切削型，冲击型，复合作用型等。

还可按钻井液水力能量的利用，牙齿与轴承的不同类型作多种分类。

目前，国内钻井现场普遍采用牙轮钻头、金刚石钻头、取心钻头。

一、牙轮钻头1、牙轮钻头的组成由于牙轮钻头旋转时具有冲击、压碎和剪切破碎岩石的作用；牙齿与井底接触面积小、比压高；工作扭矩小；工作刃总长度大等优点，适用于多种性质的岩石，而成为使用最广泛的钻头。

根据牙轮的数目可将其分为单牙轮钻头和多牙轮钻头。

目前使用最多的是三牙轮钻头。

三牙轮钻头的结构可分为五个部分，即钻头体、巴掌、牙轮、轴承和水眼。

密封喷射式钻头还有储油补偿系统。

⑴钻头体与巴掌牙轮钻头的钻头体上部车有丝扣与钻具相连下部带有三个巴掌与牙轮的轴颈相连，起支撑牙轮的作用。

钻头体的底端中部镶焊水眼板或安装喷嘴。

⑵牙轮牙轮是一个外面带有牙齿，内腔加工成与轴颈相对应的滚动体跑道（或滑动摩擦面）的锥体，分单锥和复锥两种结构。

单锥牙轮有主锥和背锥组成，适用于硬或研磨性较高的地层；复锥牙轮有主锥、复锥和背锥组成，适用于软或中硬地层。

⑶牙齿牙齿是破岩的主要元件，牙轮钻头的牙齿有铣齿（钢齿）和硬质合金齿（镶齿）两种。

由牙轮毛胚铣削加工而成的牙齿叫铣齿。

铣齿钻头的牙齿均为楔形齿，为防止钻头直径过度磨损外排齿座成π型、Υ型和L型以提高其对井壁的切削能力，它们被称为保径齿。

将硬质合金材料加工成一定形状的牙齿，镶嵌并固定在轮壳上的钻头叫镶齿钻头，镶齿钻头的齿型种类繁多，主要有楔形齿、锥形齿和球形齿等。

⑷轴承牙轮钻头的轴承是决定钻头寿命的重要因素之一，按结构不同分为滚动轴承和滑动轴承两类。

若使用不当，易出现轴承先期损坏，即轴承先于钻头牙齿及其他部分而报损的现象。

⑸储油密封补偿系统其作用是将轴承内腔与外界的钻井液分开，并在钻头工作时，随时向轴承腔内补充润滑脂，从而改善轴承的工作条件。

2、牙轮钻头的产品系列1）牙轮钻头的直径系列⑴国产钻头的直径系列，共有15种。

江汉常用的有17 1／2″、12 1／4″、9 5／8″、8 1／2″、3 7／8″。

⑵进口钻头尺寸进口钻头直径系列非常复杂，例如美国休斯公司所产钻头从3 3／4″到26″共46种直径系列。

国产牙轮钻头的结构系列钢齿钻头全称普通三牙轮钻头喷射式三牙轮钻头滚动密封轴承三牙轮钻头滚动密封轴承喷射式三牙轮钻头滚动密封轴承保径喷射式三牙轮钻头滑动密封轴承喷射式三牙轮钻头滑动密封轴承保径喷射式三牙轮钻头简称普通钻头喷射式钻头密封钻头密封喷射式钻头密封喷射式保径钻头滑动喷射式钻头滑动喷射式保径钻头符号YPMMPMPBHPHPB镶齿钻头全称镶硬合金齿普通三牙轮钻头镶硬合金齿密封滚动轴承三牙轮钻头镶硬合金齿滑动密封轴承三牙轮钻头镶硬合金齿滚动密封轴承喷射式三牙轮钻头镶硬合金齿滑动密封轴承喷射式三牙轮钻头空气钻井用镶硬合金齿三牙轮钻头简称镶齿普通钻头镶齿密封钻头镶齿滑动钻头镶齿密封喷射式钻头镶齿滑动喷射式钻头空气钻头符号XXMXHXMPXHPK2）国产三牙轮钻头产品型号表示法例如：215XHP5表示用于中硬地层、直径为215毫米的镶齿密封滑动喷射式钻头。

3）江钻油用牙轮钻头型号表示法由四部分组成钻头直径代号、钻头系列代号、钻头分类号、钻头附加结构特征代号⑴钻头直径代号：用数字（整数或分数）表示，其数字代表钻头直径英寸数。

⑵钻头系列代号：对于三牙轮钻头，按其轴承及密封结构主要特征分9个标准系列，在此基础上又细分24个特殊系列，如：常用的H、HA、HJ、HAT、HJT等系列。

⑶钻头分类号：由三位数组成，首位数为切削结构类别及地层系列号，第二位数为地层分级号，末位数为钻头结构特征代号。

⑷钻头附加结构特征代号：为满足某些特殊需要，钻头需改进或加强时，则在分类号后附加结构特征，用1个或多个字母表示。

例如：8 1／2″HJT 537 G L钻头表示的意义是：8 1／2″：钻头直径为8 1／2″HJT：滑动轴承金属密封特别保径537：低抗压强度、软至中地层、镶齿钻头G：掌背强化L：掌背扶正块江汉油田钻井现场常用的江钻生产的三牙轮钻头类型有H126、H136、H517、HT517、HAT517等。

3、牙轮钻头在井下工作情况判断牙轮钻头在井下工作状态复杂，不但要公转、自转还要纵向振动、剪切滑动，不仅受钻压的作用，还要受扭矩的作用。

因此，牙轮钻头在井下很容易出现异常情况，若操作者不能及时发现和处理或分析判断的错误处理不当，便会出现井下复杂情况甚至钻头事故。

其判断方法：⑴正常情况当地层岩性无变化时，正常钻压下，转盘转动均匀，转盘链条无上下跳动；钻时正常无明显变化；指重表、泵压表指示平稳；刹把无异常感觉。