钻井总结.doc
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1、钻井总结钻井总结绪论1、石油钻井的概念石油钻井是指为了勘探和开发地下石油和天然气,而在地表钻凿一个通往地下油气层直径很小的井眼的工作。2、钻井施工的基本工序钻前准备、钻进、固井和完井。3、什么是开钻?改变钻头尺寸(井眼尺寸)开始新的井段的工艺叫开钻。4、简述钻井技术发展所经历的几个阶段及特征。(1)人工掘井:1521年之前(2)人力冲击钻:15211835年是靠人力、捞砂筒、特殊钻头、悬绳、游梁等来完成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:a.破岩与清岩相间进行b.冲击力小,破碎效率低c.设备简单,起下钻方便(3)机械顿钻(冲击钻):18591901年(4)旋转钻:是
2、自1901年发展起来的。旋转钻井是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、顶部驱动旋转钻井。特点是:a.破岩与清岩同时进行。b.旋转动力大,转速高,破碎效率高。c.设备复杂,起下钻繁琐。5.钻井的分类:按目的:区域普查井:基准井、剖面井、参数井、构造井探井:预探井、详探井、边探井开发井:生产井(油井、气井)、注入井(注水井、注气井)特殊用途井:检查井、观察井、调整井、救援井等。井斜角:直井、定向井、水平井所钻井深:浅井:H岩大理岩,石英砂岩石英岩等。沉积岩母岩风化后的产物经过搬运、沉积和成岩作用而形成的
3、岩石。如泥岩、砂岩、石灰岩、白云岩、石膏、岩盐。3、沉积岩类型(碎屑沉积岩、化学沉积岩)(1)碎屑沉积岩:母岩风化后的物质经机械沉积作用后形成的岩石。碎屑颗粒(岩石碎屑、矿物碎屑)由胶结物(泥质、铁质、钙质、硅质)胶结在一起。(2)化学沉积岩(结晶沉积):母岩风化后的溶解物质经化学沉积作用后形成晶质岩石。4.沉积岩的特点(结构特点、构造特点)结构特点:矿物成分不确定、颗粒大小不等、颗粒形状多样、颗粒分布不均匀、胶结强度有强有弱。构造指岩石的宏观组织特征,是指岩石组分的空间分布及其相互间的位置关系。如层理、片理、节理(裂隙)、孔隙度等。5、岩石各向异性的概念如果物体的某一性质随方向的不同而不同,
4、则称物体的这种特性为各向异性。6、岩石的力学性质(受力表现出来的变形特性和强度特性)。7、岩石的强度(抗拉强度抗弯强度抗剪强度抗压强度)8、岩石在三轴应力条件下的强度与变形特性岩石在三轴应力条件下的强度明显增加。随着围压的增大,岩石强度增大。随着围压的增大,岩石由脆性向塑性转变,且围压越大,岩石破坏前呈现的也塑性越大9、有效应力与各向压缩效应的概念;10、岩石硬度和塑性系数的概念、计算硬度:抗其它物体表面压入的能力。塑性系数:征岩石塑性和脆性大小的参数。11、岩石硬度和塑性分级(硬度:6类,12级,塑性3类,6级)12、岩石的可钻性和研磨性岩石可钻性可理解为岩石破碎的难易性,它反映了是岩石抵抗
5、钻头破碎的能力。岩石磨损钻头切削刃材料的能力称为岩石的研磨性。第二章钻进工具第一节钻头1.钻头类型、钻头尺寸系列及工作指标。钻头类型按结构及工作原理分类:刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头(聚晶金刚石复合片钻头PDC钻头、天然金刚石钻头简称金刚石钻头)。按功用分类全面钻进钻头、取心钻头、扩眼钻头钻头尺寸系列:43/436in工作指标:钻头进尺:H(米)钻头工作寿命:t(小时)机械钻速:ROP(米/小时)单位进尺成本:C(元/米):2.各类钻头(刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头、PDC钻头)的结构、类型、工作原理及选择应用特点。刮刀钻头结构:钻头体、下钻头体(分水帽)、刀翼、水眼。类型:三刀翼的称作三
6、刮刀钻头两刀翼的称作两刮刀钻头或鱼尾刮刀钻头四刀翼的称作四刮刀钻头工作原理刮刀钻头主要以切削作用破碎地层。破碎塑性岩石过程:在钻压W作用下,刀翼容易吃入地层;刃前岩石在扭转力T的作用下不断产生塑性流动。这和车刀切削软金属的过程类似。破碎脆性岩石过程:(1)碰撞:刃前岩石发生剪切破碎后,刀刃在旋转扭矩作用下向前推进,碰撞刃前岩石。(2)压碎及小剪切:扭转力增大,压碎刃前岩石,产生小剪切破坏。(3)大剪切:扭转力继续增大到某一极限值,刃前岩石沿剪切面破碎,而后扭转力突然减小。应用刮刀钻头制造工艺简单,成本低;刮刀钻头适用于软地层,钻速快,每米钻进成本低;刮刀钻头容易磨损成锥形,造成缩径和井斜;刮刀
7、钻头产生剧烈的扭转振动,破坏钻具和设备;刮刀钻头目前逐渐被PDC钻头取代。牙轮钻头结构:轮钻头由钻头体、牙抓(巴掌)及牙轮轴、牙轮及牙齿、轴承、储油润滑密封系统、喷嘴等部分组成。类型1.国产牙轮钻头分类方法(1)按结构分类:Y,P,MP,MPB,HP,HPB,XMP,XH共8个系列(2)按地层分类:JR,R,ZR,Z,ZY,Y,JY牙轮钻头的破岩作用(1)冲击、压碎作用纵向振动产生的冲击力和静压力(钻压)一起使牙齿对地层产生冲击、压碎作用,形成体积破碎坑。(2)滑动剪切作用牙轮牙齿的径向滑动和切向滑动对井底地层产生剪切作用,破碎齿间岩石。(3)射流的冲蚀作用由喷嘴喷出的高速射流对井底岩石产生冲
8、蚀作用,辅助破碎岩石。金刚石钻头结构:刚石钻头为无活动部件的整体式钻头。由钢体、胎体(冠部和保径部分)、水眼及水槽、金刚石切削刃等部分组成。破岩机理概括地讲,金刚石钻头以磨削(研磨)方式破碎岩石,类似于砂轮磨削金属的过程。(1)在钻进某些硬地层时,在钻压作用下压入岩石,使与金刚石接触的岩石处于极高的应力状态而使岩石呈现塑性;(2)在塑性地层(或岩石在应力作用下呈塑性的地层),使前方的岩石内部发生破碎或塑性流动,脱离岩石基体,形成岩屑,称作犁削。(3)在脆性较大的岩石中,在钻压和扭矩作用下所产生的应力使岩石表现为脆性破碎,即属于以剪力和张力形式破碎岩石。(4)在坚硬岩石(如隧石、硅质白云岩、硅质
9、石灰岩等)中,是要靠金刚石的棱角实现微切削、刻划等方式来破碎岩石。PDC钻头结构特点1.切削元件聚晶金刚石复合片(PDC)2.工作剖面形状3.切削齿布置4.切削齿工作角5.喷嘴流道系统破岩机理PDC钻头主要以切削方式破碎岩石。切削刃在钻压作用下吃入地层,刃前岩石在旋转力作用下发生剪切破坏。切削塑性岩石和脆性岩石的过程类似于刮刀钻头。由于多个切削齿同时工作,井底岩石自由面多,因此破岩效率高。金刚石切削刃耐磨性高,钻头寿命长,单只钻头进尺高。3、应当掌握牙轮移轴、超顶的目的和作用超顶和复锥引起切向(周向)滑动,轴引起径向(轴向)滑动牙轮滑动对破岩的作用:牙轮的超顶和复锥引起的切向滑动剪切掉牙齿之间
10、的岩石。超顶引起的轴向滑动剪切掉齿圈之间的岩石。4、请解释8XHP5的意义用于中硬地层、直径为8in(215.9mm)的镶齿滑动密封轴承喷射式三牙轮钻头的型号为:8XHP5第二节钻柱1、钻铤、钻柱的结构特点、主要作用、类型及有关参数。钻柱(DrillingString)是钻头以上,水龙头以下部分的钢管柱的总称。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-StemTesting),又称中途测试。组成
11、:方钻杆;钻杆;钻铤;稳定器;配合接头和保护接头;其它井下工具:减震器、震击器、扩眼器、键槽破坏器钻铤结构特点:管体两端直接车制丝扣,无专门接头;壁厚大(38-53毫米),重量大,刚度大。主要作用:(1)给钻头施加钻压;(2)保证压缩应力条件下的必要强度;(3)减轻钻头的振动、摆动和跳动等,使钻头工作平稳;(4)控制井斜。类型:光钻铤、螺旋钻铤、扁钻铤。常用尺寸:6-1/4,7,8,92、掌握钻杆的功用、结构和组成作用:传递扭矩和输送钻井液,延长钻柱。结构:管体+接头3、方钻杆的类型、特点、主要作用、常用尺寸。类型:四方形、六方形特点:壁厚较大,强度较高主要作用:传递扭矩和承受钻柱的全部重量。
12、常用尺寸:89mm(3.5英寸),108mm(4.5英寸),133.4mm(5.5英寸)。4、稳定器类型、作用。类型:刚性稳定器、不转动橡胶套稳定器、滚轮稳定器。作用:1)防斜;2)控制井眼轨迹。5、掌握钻柱的工作状态、受力分析及计算钻柱的工作状态1.起下钻工况下:(1)直井:直的拉伸、滑动(2)斜井:随井眼倾斜和弯曲,滑动。2.正常钻进工况下上部受拉伸,下部受压弯曲;在扭矩作用下旋转运动。下部钻柱弯曲的原因:钻压的作用使下部钻柱受压缩,当压力达到钻柱的临界,钻柱将失去直线稳定状态而发生弯曲并与井壁接触。压力较大时可能发生多次弯曲。受力分析1.概述(1)自重产生的拉力(2)钻压产生的压力(3)
13、钻井液的浮力(4)摩擦阻力(5)循环压降产生的附加拉力(7)起下钻时产生的动载荷(8)扭距(9)弯曲应力(10)离心力(11)外挤力(12)振动产生的交变应力其中(1)到(7)属于轴向力和拉力钻柱受力最严重的部位:1)井口断面拉力最大,扭距最大;2)下部受压弯曲部分交变轴向应力、弯曲应力、扭剪应力3)中性点拉压交变载荷。6、掌握钻柱设计的设计内容、原则。设计内容(1)尺寸选择(2)钻铤柱长度计算(3)钻杆柱强度设计及较核。设计原则:(1)满足强度(抗拉、抗挤强度等)要求,保证钻柱安全工作;(2)尽量减轻整个钻柱的重力,以便在现有的抗负荷能力下钻更深的井。7、掌握钻柱尺寸选择的依据、经验配合关系
14、依据(1)钻机的提升能力;(2)井眼尺寸(钻头尺寸)3)地质条件;(4)工艺要求;(5)供货情况。8、掌握钻铤长度的确定保证在最大钻压时钻杆不承受压缩载荷,即保持中性点始终处在钻铤上。9、掌握钻杆柱强度、长度设计10、各强度较核的计算1、钻柱的工作状态有:起下钻_、_正常钻进_等2、作用在钻柱的力包括:_轴向拉力和压力_、_扭矩_、_弯曲力矩_、_离心力_、_外挤压力_等3、钻柱最危险截面有:钻柱下部_、_井口处_、_中性点附近_4、钻柱的运动状态分为_自转_、_公转_、_公转与自转的结合_、_纵向振动_、_扭转振动,横向摆振_等。5、钻柱设计内容包括_尺寸选择;钻铤柱长度计算;钻杆柱强度设计
15、及较核。6、确定钻杆最大安全静拉力Fa要考虑_三_种不同的受力情况。第三章钻井液一、介绍了钻井液的定义和功用定义: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功用1清洗井底、携带岩屑2冷却和润滑3造壁,维持井壁稳定4平衡地层压力5.悬浮固相6.获得地层和油气资料7.传递水功率8.保护油气层9.协助破岩二、钻井液的发展经历了清水、天然泥浆、细分散泥浆、粗分散泥浆、不分散低固相泥浆、无固相泥浆等几个阶段三、介绍了钻井液的组成和分类组成:液相、活性固相、惰性固相、各种添加剂分类:API和IADC分类四、钻井液性能的调节钻井液常规性能包括密度、马氏漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力
16、,API滤失量,HTHP滤失量,pH值及碱度、含砂量、固相含量、膨润土含量和滤液中各种无机离子的浓度等钻井液流变性:马氏漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力钻杆柱强度设计1.强度条件FtFa式中:Ft钻杆柱任一截面上的静拉伸载荷,kN;(1)钻杆在屈服强度下的抗拉载荷:钻杆材料的屈服强度所允许的最大抗拉载荷。式中:钻杆钢材的最小屈服强度,MPa;Fa钻杆柱的最大安全静拉力,kN。钻杆的横截面积,cm2;最小屈服强度下的抗拉载荷,kN。可以计算,也可以从表214中查出。(2)钻杆的最大允许拉伸力Fp:(3)钻杆的最大安全静拉力Fa:式中:钻杆的最大允许拉伸载荷,kN。安全系数法(考虑起下钻时的动载
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