《鉆井工程理論與技術(shù)》配套教學(xué)課件

緒論鉆井工程鉆井工程課程內(nèi)容鉆井的工程地質(zhì)條件鉆進(jìn)工具井眼軌道設(shè)計(jì)及軌跡控制鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選油氣井壓力控制鉆井工程教材、參考書(shū)管志川等，鉆井工程理論與技術(shù)，中國(guó)石油大學(xué)出版社Bourgoyne等，AppliedDrillingEngineering鉆井工程課程要求考勤10%平時(shí)作業(yè)10%大作業(yè)20%期中考試20%期末考試40%1.鉆井的概念為了勘探和開(kāi)發(fā)地下石油和天然氣而在地表鉆鑿一個(gè)通往地下油氣層直徑很小的井眼的工作。1.鉆井的概念不僅僅是油氣通道，更是提高單井產(chǎn)量的關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)代鉆井1.鉆井的概念鉆井分類(lèi)區(qū)域普查井：基準(zhǔn)井、剖面井、參數(shù)井、構(gòu)造井探井：預(yù)探井、詳探井、邊探井開(kāi)發(fā)井：生產(chǎn)井（油井、氣井）、注入井（注水井、注氣井）特殊用途井：檢查井、觀察井、調(diào)整井、救援井等。按鉆井目的分類(lèi)1.鉆井的概念鉆井分類(lèi)按幾何形狀類(lèi)直井：井口與井底在同一條鉛垂線上定向井：沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井眼軌跡鉆達(dá)目的層，井口與井底不在同一條鉛垂線上。水平井：沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井眼軌跡以井斜角>85°的角度進(jìn)入目的層。1.鉆井的概念鉆井分類(lèi)按井深分類(lèi)淺井H<2500m中深井2500<H<4500深井4500<H<6000超深井H>6000m2.鉆井發(fā)展簡(jiǎn)史中國(guó)鉆井發(fā)展史中國(guó)鉆井史年代劃分

古代鉆井：公元前~1840年；

近代鉆井：1841年~1948年；現(xiàn)代鉆井：1949年~2000年；

21世紀(jì)鉆井：2001年開(kāi)始。中國(guó)鉆井史的特點(diǎn)古代鉆井：創(chuàng)造了輝煌歷史（繩索頓鉆）

近代鉆井：由領(lǐng)先淪為落后（旋轉(zhuǎn)鉆）

現(xiàn)代鉆井：奮起直追，逐步縮小差距21世紀(jì)鉆井：期望第二次走向輝煌2.鉆井發(fā)展簡(jiǎn)史頓鉆據(jù)美國(guó)權(quán)威資料記載，晚于燊海井10年，在美國(guó)卡諾瓦地區(qū)的一口創(chuàng)紀(jì)錄鹵井，井深不過(guò)只有1700英尺（518.17米），而燊海井井深達(dá)到1001.42米，早已遙遙領(lǐng)先，創(chuàng)造了19世紀(jì)中葉前世界深井鉆井紀(jì)錄，顯示出中國(guó)古代井鹽鉆井技術(shù)已發(fā)展到成熟階段，在世界鉆井史上堪稱(chēng)里程碑。燊海井

2.鉆井發(fā)展簡(jiǎn)史頓鉆缺點(diǎn)：頓鉆鉆速慢，效率低，不能適應(yīng)井深日益增加和復(fù)雜地層的鉆探要求，逐漸被旋轉(zhuǎn)鉆代替。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，不污染油層，用于一些淺的低壓油氣井、漏失井等。

2.鉆井發(fā)展簡(jiǎn)史旋轉(zhuǎn)鉆井2.鉆井發(fā)展簡(jiǎn)史旋轉(zhuǎn)鉆井發(fā)展歷程3.旋轉(zhuǎn)鉆井鉆機(jī)組成1：驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)2：滑輪組3：井架4：水龍頭5：方鉆桿6：轉(zhuǎn)盤(pán)7：鉆頭8：防噴設(shè)備（BOP）9：泥漿池10：振動(dòng)篩11：泥漿泵12：地面管匯13：傳動(dòng)系統(tǒng)14：立管

4.鉆井基本工藝過(guò)程建井過(guò)程三個(gè)階段鉆前準(zhǔn)備修公路—>平井場(chǎng)及打基礎(chǔ)—>鉆井設(shè)備搬運(yùn)及安裝

—>井口設(shè)備準(zhǔn)備鉆進(jìn)鉆頭破巖鉆進(jìn)—>循環(huán)洗井—>起下鉆、換鉆頭固井和完井鉆前準(zhǔn)備、鉆進(jìn)、固井和完井4.鉆井基本工藝過(guò)程建井過(guò)程三個(gè)階段旋轉(zhuǎn)鉆井鉆機(jī)裝備鉆井工程提綱1.1

旋轉(zhuǎn)鉆井關(guān)鍵參數(shù)1.2旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)設(shè)備1.3

鉆機(jī)選擇1.4

旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)1.5

鉆井液體系評(píng)價(jià)1.6

旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)1.7

井控系統(tǒng)1.8

數(shù)據(jù)獲取和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1.9

海上鉆井系統(tǒng)鉆井的定義油氣通道：地面到儲(chǔ)層提高采收率的關(guān)鍵鉆井方式：頓鉆鉆井方式：旋轉(zhuǎn)鉆井鉆井井眼（WELLBORE)的定義一開(kāi)二開(kāi)三開(kāi)環(huán)形空間井身結(jié)構(gòu)提綱1.1

旋轉(zhuǎn)鉆井關(guān)鍵參數(shù)1.2旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)設(shè)備1.3鉆機(jī)選擇1.4旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)1.5鉆井液體系評(píng)價(jià)1.6旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)1.7井控系統(tǒng)1.8數(shù)據(jù)獲取和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1.9海上鉆井系統(tǒng)一、

旋轉(zhuǎn)鉆井關(guān)鍵參數(shù)無(wú)論是鉆直井還是定向井，合理又經(jīng)濟(jì)的鉆井參數(shù)都是必須的，主要的三個(gè)參數(shù)為：鉆頭鉆壓鉆頭轉(zhuǎn)速

循環(huán)鉆井液的水力參數(shù)一、

旋轉(zhuǎn)鉆井關(guān)鍵參數(shù)1）鉆壓鉆壓是通過(guò)鉆柱向鉆頭提供的沿井眼前進(jìn)方向的力，鉆壓大小變化取決于巖石的硬度和鉆頭的類(lèi)型

直井中，鉆鋌等鉆具的質(zhì)量是施加在鉆頭上的主要力；定向井中，由于井斜的作用，鉆鋌或加重鉆桿等施加在鉆頭上的力只有一部分被變成鉆壓施加在鉆頭上

鉆井基本

過(guò)程

滿眼鉆具

組合一、

旋轉(zhuǎn)鉆井關(guān)鍵參數(shù)2）鉆頭轉(zhuǎn)速不同于過(guò)去的頓鉆鉆井，旋轉(zhuǎn)鉆井是靠轉(zhuǎn)盤(pán)或頂驅(qū)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鉆具，把扭矩傳遞給鉆頭使鉆頭旋轉(zhuǎn)、破碎和切削巖石另外一種井下動(dòng)力鉆具鉆井，可以在大部分鉆具不轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，通過(guò)井下動(dòng)力驅(qū)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)（螺桿鉆具、渦輪鉆具或電動(dòng)機(jī)）一、

旋轉(zhuǎn)鉆井關(guān)鍵參數(shù)3）鉆井液循環(huán)在鉆井過(guò)程中，井下產(chǎn)生大量的巖屑和熱量，通過(guò)鉆井液的循環(huán)作用，保持井底清潔，環(huán)空暢通無(wú)阻，同時(shí)冷卻潤(rùn)滑鉆頭和鉆桿，保證鉆井順利進(jìn)行提綱1.1

旋轉(zhuǎn)鉆井關(guān)鍵參數(shù)1.2

旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)設(shè)備1.3鉆機(jī)選擇1.4旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)1.5鉆井液體系評(píng)價(jià)1.6旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)1.7井控系統(tǒng)1.8數(shù)據(jù)獲取和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1.9海上鉆井系統(tǒng)二、旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)設(shè)備旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)是為了滿足鉆井和完井的需要，分為陸地鉆機(jī)和海上鉆機(jī)，兩者的主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)都為可移動(dòng)性、靈活性、可鉆深能力

現(xiàn)代的陸地鉆井設(shè)備采用嵌入式結(jié)構(gòu)和滑動(dòng)式設(shè)計(jì)，便于鉆機(jī)設(shè)備的運(yùn)輸和搬遷二、旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)設(shè)備海上鉆井平臺(tái)的操作空間在海面之上，稱(chēng)為平臺(tái)，分為移動(dòng)式、固定式。平臺(tái)的選擇取決于要進(jìn)行的操作和海水深度自升式鉆井平臺(tái)固定式鉆井平臺(tái)二、旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)設(shè)備油田現(xiàn)場(chǎng)井的類(lèi)型有探井、開(kāi)發(fā)井、注入井、側(cè)鉆井加密井

探井——用來(lái)發(fā)現(xiàn)和評(píng)價(jià)潛力油藏

開(kāi)發(fā)井——為了在潛力油藏區(qū)域內(nèi)充分開(kāi)采

側(cè)鉆井——為了開(kāi)采較深產(chǎn)層或從現(xiàn)有直井中開(kāi)窗側(cè)鉆

加密鉆井——替代衰竭井，或維持產(chǎn)量穩(wěn)定

注入井——存儲(chǔ)天然氣等油氣資源；回注不需要的產(chǎn)出水或者通過(guò)注水、注蒸汽或天燃?xì)馓岣卟墒章识⑿D(zhuǎn)鉆機(jī)設(shè)備旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)1.內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)

①內(nèi)燃機(jī)帶變速箱驅(qū)動(dòng)

②內(nèi)燃機(jī)帶液力變矩器驅(qū)動(dòng)2.電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)

①內(nèi)燃機(jī)→直流發(fā)電機(jī)→直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)(即內(nèi)→直→直)②內(nèi)燃機(jī)→交流發(fā)動(dòng)機(jī)→（整流）→直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)（即內(nèi)→交→直）③工業(yè)電網(wǎng)供電→（可控硅整流）→直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)（即電網(wǎng)→直）內(nèi)燃機(jī)所在位置提綱1.1

旋轉(zhuǎn)鉆井關(guān)鍵參數(shù)1.2旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)設(shè)備1.3鉆機(jī)選擇1.4旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)1.5鉆井液體系評(píng)價(jià)1.6旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)1.7井控系統(tǒng)1.8數(shù)據(jù)獲取和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1.9海上鉆井系統(tǒng)三、鉆機(jī)設(shè)備選擇鉆機(jī)設(shè)備的選擇標(biāo)準(zhǔn)與鉆井的成本密切相關(guān)，必須與所鉆井眼的情況想匹配，達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的目的，對(duì)鉆機(jī)的評(píng)估包括以下幾大系統(tǒng)：

動(dòng)力系統(tǒng)

提升系統(tǒng)鉆井液循環(huán)系統(tǒng)井控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的獲取和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)三、鉆機(jī)設(shè)備選擇鉆機(jī)設(shè)備選擇的其它標(biāo)準(zhǔn)有：鉆機(jī)設(shè)備的選擇是在正式招標(biāo)之前以及在所有鉆井設(shè)計(jì)完之后進(jìn)行的，所選設(shè)備盡可能符合鉆井的實(shí)際需要

鉆井承包商的安全記錄

鉆機(jī)移動(dòng)和安裝

鉆井承包商的可靠性

合同費(fèi)用（進(jìn)尺費(fèi)、日費(fèi)、總包制）

所有鉆井設(shè)備的狀況提綱1.1旋轉(zhuǎn)鉆井關(guān)鍵參數(shù)1.2旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)設(shè)備1.3鉆機(jī)選擇1.4旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)1.5鉆井液體系評(píng)價(jià)1.6旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)1.7井控系統(tǒng)1.8數(shù)據(jù)獲取和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1.9海上鉆井系統(tǒng)四、旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)提升系統(tǒng)在作業(yè)中最基本的功能是提升和承載鉆柱與套管，它主要包括絞車(chē)、天車(chē)、游車(chē)、大鉤、鉆井大繩、吊卡等提升系統(tǒng)提升系統(tǒng)所在位置

滑輪組簡(jiǎn)圖四、旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)滑輪和鉆井大繩

滑輪和大繩的基本作用是在提升和下入重載荷物體時(shí)有一個(gè)好的機(jī)械效率。

美國(guó)石油學(xué)會(huì)（API）推薦使用“噸公里”的概念來(lái)評(píng)價(jià)大繩的狀態(tài)；為了使大繩均勻磨損，應(yīng)該根據(jù)鉆井條件有規(guī)律地更換起始載荷點(diǎn)鉆井大繩所在的位置四、旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)游車(chē)

游車(chē)和大鉤的載荷能力用“噸”表示，額定值需要合適的安全系數(shù)游車(chē)所在位置四、旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)天車(chē)

天車(chē)上的載荷遠(yuǎn)大于大鉤載荷，在滑輪組系統(tǒng)中，在不考慮摩擦力的情況下，每根繩上的應(yīng)力相等。大鉤載荷和滑輪組、大鉤、其他附屬設(shè)備的質(zhì)量平均分配到每根大繩上。另外，錨上的死繩和滾輪上的快繩也有天車(chē)?yán)ψ饔锰燔?chē)所在位置四、旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)鉆井液循環(huán)系統(tǒng)流體循環(huán)系統(tǒng)的作用是允許鉆井液從地面流到井底，然后再返回到地面，系統(tǒng)的主要組成包括：

泥漿泵/空氣壓縮機(jī)

高壓地面管匯

鉆柱

環(huán)形空間

泥漿池

泥漿處理設(shè)備

循環(huán)系統(tǒng)示意圖提綱1.1旋轉(zhuǎn)鉆井關(guān)鍵參數(shù)1.2旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)設(shè)備1.3鉆機(jī)選擇1.4旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)1.5鉆井液體系評(píng)價(jià)1.6旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)1.7井控系統(tǒng)1.8數(shù)據(jù)獲取和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1.9海上鉆井系統(tǒng)五、鉆井液體系評(píng)價(jià)1）鉆井液體積鉆井液罐中鉆井液的保持水平與一定深度井眼體積、鉆井液混合速度和鉆井液處理能力有關(guān)在鉆井操作中，需要鉆井液的地面體積除了填充井眼外，還需額外增加100bbl的體積；鉆井液在泵吸入過(guò)程中不能產(chǎn)生沉淀鉆井液需要在幾個(gè)連續(xù)的鉆井液罐里沉淀，所以在每個(gè)單獨(dú)的液罐里有定時(shí)噴射移除沉淀物的噴嘴3）固相控制不同地區(qū)和泥漿系統(tǒng)需要的固相控制設(shè)備差別很大，對(duì)于非加重泥漿，通過(guò)稀釋進(jìn)行固相控制是很有效的方法。最好的控制鉆井液中固體的方法是使用有效的固相清除設(shè)備，包括振動(dòng)篩、水力旋流器和離心機(jī)等2）混合系統(tǒng)混合系統(tǒng)通常包括高速離心泵、段塞罐、預(yù)混合罐五、鉆井液體系評(píng)價(jià)五、鉆井液體系評(píng)價(jià)固相控制設(shè)備所在區(qū)域3.1）振動(dòng)篩振動(dòng)篩是固控設(shè)備的重要組成部分，滿眼循環(huán)的振動(dòng)篩目數(shù)大于120

目；在多目振動(dòng)篩中，固相顆粒的分離效果好壞與最下層的篩網(wǎng)有關(guān)3.2）旋流除砂器旋流除砂器包括除砂器和除泥器，一般用于處理大流量的鉆井液五、鉆井液體系評(píng)價(jià)3.3）離心機(jī)離心機(jī)一般用于處理小流量鉆井液，處理能力為60-80gal/min，某些情況下可以達(dá)到150gal/min五、鉆井液體系評(píng)價(jià)離心機(jī)一般在其它固相控制設(shè)備之后工作，而且不像振動(dòng)篩、旋流除砂器那樣要對(duì)整個(gè)循環(huán)用鉆井液進(jìn)行處理，它可以只處理一部分鉆井液，通常為5%-10%4）泥漿泵泥漿泵是鉆井液反復(fù)循環(huán)的動(dòng)力設(shè)備，分為二級(jí)泵和三級(jí)泵單沖程和雙沖程往復(fù)運(yùn)動(dòng)泵五、鉆井液體系評(píng)價(jià)

泵入鉆井液是鉆井液循環(huán)的主要過(guò)程，也可以說(shuō)是鉆井液水力系統(tǒng)的核心二級(jí)泵有兩個(gè)缸，流體在其中是雙沖程運(yùn)動(dòng)；三級(jí)泵有三個(gè)缸，流體在其中是單沖程運(yùn)動(dòng)5）地面高壓管線地面高壓管匯包括水龍頭、立管、水龍帶、方鉆桿和壓力測(cè)量盒。水龍帶、立管和水龍頭用于鉆井和起下鉆；壓力測(cè)量盒可以緩沖泵產(chǎn)生的壓力；方鉆桿允許鉆柱旋轉(zhuǎn)6）鉆具組合鉆具組合包括方鉆桿、鉆桿和鉆鋌，鉆桿和鉆鋌通過(guò)鉆具接頭連接五、鉆井液體系評(píng)價(jià)7）鉆頭鉆頭是一種切削工具，大致分為：牙輪鉆頭、刮刀鉆頭五、鉆井液體系評(píng)價(jià)牙輪鉆頭刮刀鉆頭提綱1.1旋轉(zhuǎn)鉆井關(guān)鍵參數(shù)1.2旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)設(shè)備1.3鉆機(jī)選擇1.4旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)1.5鉆井液體系評(píng)價(jià)1.6旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)1.7井控系統(tǒng)1.8數(shù)據(jù)獲取和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1.9海上鉆井系統(tǒng)六、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)是指所有能夠使鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，具體包括鉆桿、鉆鋌、水龍頭、轉(zhuǎn)盤(pán)、方補(bǔ)心和方鉆桿旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖有些平臺(tái)也配有頂驅(qū)替代傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤(pán)，在鉆定向井時(shí)，會(huì)使用井下動(dòng)力鉆具作為旋轉(zhuǎn)動(dòng)力六、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)所在位置區(qū)域頂驅(qū)

六、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)使用頂驅(qū)系統(tǒng)可以使鉆井效率高、速度快、成本低、效益好，能最大限度地滿足鉆井工藝的需要放大后六、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)在起下鉆過(guò)程中遇阻時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)上提和下放鉆具進(jìn)行擴(kuò)眼、劃眼作業(yè)，解除遇阻現(xiàn)象頂驅(qū)主要優(yōu)點(diǎn)：

頂部驅(qū)動(dòng)鉆井不需要使用方鉆桿與轉(zhuǎn)盤(pán)，基本上不接單根，也不需要鼠洞，立根作單根使用，節(jié)省很多時(shí)間在起下鉆任意時(shí)刻均可實(shí)現(xiàn)立即旋轉(zhuǎn)鉆具和循環(huán)鉆井液，可減少井下事故的發(fā)生，安全六、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)頂驅(qū)主要缺點(diǎn)：

鉆桿的磨損嚴(yán)重

增加維護(hù)費(fèi)

降低井架承載能力平臺(tái)操作人員經(jīng)驗(yàn)缺乏頂驅(qū)失敗換用常規(guī)轉(zhuǎn)盤(pán)會(huì)增加更多的費(fèi)用提綱1.1旋轉(zhuǎn)鉆井關(guān)鍵參數(shù)1.2旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)設(shè)備1.3鉆機(jī)選擇1.4旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)1.5鉆井液體系評(píng)價(jià)1.6旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)1.7

井控系統(tǒng)1.8數(shù)據(jù)獲取和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1.9海上鉆井系統(tǒng)七、井控系統(tǒng)

井控系統(tǒng)的主要作用是在井涌發(fā)生時(shí)阻止地層流體進(jìn)入井眼井控系統(tǒng)所在的位置七、井控系統(tǒng)

井控設(shè)備的組成（1）井口防噴器組環(huán)形防噴器、閘板防噴器等；（2）控制裝置儲(chǔ)能器裝置遙控裝置；（3）節(jié)流與壓井管匯，高壓耐火軟管；（4）鉆具內(nèi)防工具，方鉆桿球閥，鉆桿回壓凡爾；（5）加重鉆井液裝置；（6）起鉆灌漿裝置（7）鉆井液氣體分離器（8）監(jiān)測(cè)儀表泥漿罐液面監(jiān)測(cè)儀、硫化氫檢測(cè)儀等防噴器裝置圖七、井控系統(tǒng)

閘板防噴器是一套通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)的井控裝備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆具或套管環(huán)空進(jìn)行密封，剪切閘板一般在其它防噴器關(guān)井失敗的情況下才能使用

鉆井四通是用來(lái)連接相鄰的兩個(gè)閘板防噴器的貫通裝置，在強(qiáng)行起下鉆作業(yè)中，可以通過(guò)節(jié)流和壓井管線實(shí)現(xiàn)鉆井液的循環(huán)雙閘板防噴器鉆井四通七、井控系統(tǒng)井控設(shè)備應(yīng)該具有以下功用：

預(yù)防井噴。保持井眼內(nèi)鉆井液靜液壓力始終略大于地層壓力，防止井噴條件的形成

發(fā)現(xiàn)溢流。對(duì)油氣井進(jìn)行監(jiān)督，及早發(fā)現(xiàn)溢流和井噴前兆，盡早采取控制措施

控制井噴。溢流、井涌、井噴發(fā)生后，迅速關(guān)井，實(shí)施壓井作業(yè)，對(duì)油氣井重新建立壓力控制

處理復(fù)雜情況。當(dāng)油氣井壓力失控后，進(jìn)行滅火搶險(xiǎn)等處理作業(yè)提綱1.1旋轉(zhuǎn)鉆井關(guān)鍵參數(shù)1.2旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)設(shè)備1.3鉆機(jī)選擇1.4旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)1.5鉆井液體系評(píng)價(jià)1.6旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)1.7井控系統(tǒng)1.8數(shù)據(jù)獲取和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1.9海上鉆井系統(tǒng)八、數(shù)據(jù)獲取和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是指用來(lái)對(duì)整個(gè)鉆井作業(yè)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析、顯示、記錄和檢索的裝置，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是整個(gè)鉆井過(guò)程的心臟八、數(shù)據(jù)獲取和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)①

鉆井?dāng)?shù)據(jù)曲線圖可以清楚的反應(yīng)鉆遇放空時(shí)的狀況，同時(shí)也能夠提供有關(guān)地層巖性變化的信息②過(guò)大的扭矩可能指示鉆頭軸承的問(wèn)題或者鉆屑沉積過(guò)多③

鉆井液罐高度的迅速增加說(shuō)明地層流體流入井眼中，有可能發(fā)生井涌鉆井問(wèn)題，像井漏、井涌和卡鉆都能夠很容易的通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備檢測(cè)到提綱1.1旋轉(zhuǎn)鉆井關(guān)鍵參數(shù)1.2旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)設(shè)備1.3鉆機(jī)選擇1.4旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)1.5鉆井液體系評(píng)價(jià)1.6旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)1.7井控系統(tǒng)1.8數(shù)據(jù)獲取和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1.9

海上鉆井系統(tǒng)九、海上鉆井系統(tǒng)海上鉆井需要兩個(gè)特殊的系統(tǒng)：浮動(dòng)設(shè)備的動(dòng)力補(bǔ)償系統(tǒng)和海水隔離系統(tǒng)海水隔離系統(tǒng)1）隔水導(dǎo)管系統(tǒng)及組成九、海上鉆井系統(tǒng)

隔水導(dǎo)管是井眼的延伸，它的作用是用來(lái)引導(dǎo)和保護(hù)鉆柱，同時(shí)

為鉆井液和鉆屑返回地面提供通道隔水導(dǎo)管用剛性耐壓接箍連接，可以連接壓井管線、節(jié)流管線和防噴器組管線，可以循環(huán)鉆井液保持壓力平衡導(dǎo)管末端使用球形接頭，球形接頭設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)角度為

：8o-10o

，而為了使鉆柱能夠自由通過(guò)接頭，允許的最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度為：

4o-5o

九、海上鉆井系統(tǒng)2）運(yùn)動(dòng)平衡系統(tǒng)系泊系統(tǒng)是由絞線、錨、水龍頭和浮子組成，是海洋鉆井中最古老的一種平衡工具，它的重要性在于保持靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的壓井運(yùn)動(dòng)平衡系統(tǒng)的作用是減少鉆井船和其它浮式鉆井裝置的漂移，分為系泊系統(tǒng)和動(dòng)力定位系統(tǒng)2.1）系泊系統(tǒng)九、海上鉆井系統(tǒng)2.2）動(dòng)力定位系統(tǒng)動(dòng)力定位系統(tǒng)采用推力器來(lái)提供抵抗風(fēng)、浪、流等作用在船上的環(huán)境力，從而使船盡可能地保持在海平面上要求的位置上動(dòng)力定位鉆井浮船作業(yè)1.旋轉(zhuǎn)鉆井關(guān)鍵參數(shù)包括哪些？2.旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)設(shè)備有哪些系統(tǒng)組成？每個(gè)系統(tǒng)的作用是什么？3.畫(huà)一個(gè)簡(jiǎn)易的旋轉(zhuǎn)鉆井鉆機(jī)示意圖。地層壓力特性鉆井工程地層壓力授課內(nèi)容壓力的基本概念孔隙壓力坍塌壓力破裂壓力漏失壓力1.壓力的概念靜液壓力上覆巖層壓力孔隙壓力基巖應(yīng)力壓力異常由液柱自身的重力所引起的壓力

ph=0.00981ρH靜液壓力梯度Gh

Gh＝ph/H＝0.00981ρ

淡水或淡鹽水0.00981MPa/m；鹽水0.0105MPa/m。靜液壓力（hydrostaticpressure）ph

—

靜液壓力,MPaρ—

液體的密度,g/cm3H—

液柱的垂直高度，m1.壓力的概念上覆巖層壓力（OVEBURDENPRESSURE）1.壓力的概念地層某處的上覆巖層壓力是該處以上地層巖石基質(zhì)和巖石孔隙中流體總重力所產(chǎn)生的壓力，用p0表示上覆巖層壓力梯度超過(guò)正常地層靜液壓力的地層壓力(pp>ph)稱(chēng)為異常高壓。而低于正常地層靜液壓力的地層壓力(pp<ph)稱(chēng)為異常低壓。地層壓力（formationpressue）巖石孔隙中的流體所具有的壓力，用pp

表示。正常地層壓力梯度地層水為淡水，GP=0.00981MPa/m地層水為鹽水，GP=0.0105MPa/m異常地層壓力地層壓力大于或小于正常地層壓力1.壓力的概念基巖應(yīng)力是巖石顆粒間相互接觸支撐的那一部分上覆巖層壓力，亦稱(chēng)有效上覆巖層壓力、骨架應(yīng)力或顆粒間壓力，用表示?；鶐r應(yīng)力（MATRIXSTRESS）1.壓力的概念

(1)不平衡壓實(shí)作用(2)構(gòu)造擠壓

(3)水熱增壓(4)生烴作用

(5)蒙脫土脫水作用(6)濃差與逆濃差作用

(7)石膏/硬石膏轉(zhuǎn)化(8)流體密度差異

(9)水勢(shì)面的不規(guī)則性(10)深部氣體充填封存箱的分隔和抬升異常高壓形成機(jī)制1.壓力的概念快速沉積是造成不平衡壓實(shí)的主要原因之一，由于沉積速率過(guò)快，造成沉積顆粒排列不規(guī)則(沒(méi)有足夠的時(shí)間)，排水能力減弱，繼續(xù)增加的上覆沉積載荷部分由孔隙流體承擔(dān)，形成異常高壓，同時(shí)造成地層的欠壓實(shí)。不平衡壓實(shí)作用1.壓力的概念常見(jiàn)于陸地邊緣的三角洲地區(qū)，異常高壓我國(guó)東部地區(qū)的某些中新生代地層，泥質(zhì)沉積物的壓實(shí)不平衡（欠壓實(shí)）是下第三系沉積盆地中遇到大多數(shù)異常高壓的主要原因。致密蓋層非滲透致密蓋層的快速沉積導(dǎo)致其下地層的欠壓實(shí)與異常高壓，最為典型的例子是“復(fù)合鹽層”中與巖鹽層拌生的軟泥巖地層。1.壓力的概念基本原理（依據(jù)）2.孔隙壓力—聲波時(shí)差法若巖性已知，地層水變化不大，Δtma、Δtf基本不變：Φ:孔隙度

Δt:時(shí)差，us/mΔtma:骨架時(shí)差，us/mΔtf:孔隙流體時(shí)差，us/m。為正比關(guān)系。由Willie公式

正常壓實(shí)地層Δt:h處的時(shí)差，us/m.Δt0:地表時(shí)差，us/m.c—系數(shù)若將上式在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)(Δt為對(duì)數(shù)、h為常規(guī)坐標(biāo)),則Δt與h成直線。在非正常壓實(shí)地層：Δt偏離(大于)正常趨勢(shì)線，意味著高壓地層。

2.孔隙壓力—聲波時(shí)差法圖板法：

Eaton法：

正常趨勢(shì)線

Eaton指數(shù)確定僅限于泥巖計(jì)算方法存在的問(wèn)題2.孔隙壓力—聲波時(shí)差法◆正常壓實(shí)地層：埋深

泥巖壓實(shí)度

泥巖Φ

鉆速?！舢惓８邏旱貙樱耗鄮r欠壓實(shí)泥巖Φ

鉆速利用該規(guī)律可以監(jiān)測(cè)地層壓力：機(jī)械鉆速法。但是，機(jī)械鉆速受各種工藝參數(shù)的影響，1966年Jorden依據(jù)Bingham方鉆速方程提出了d指數(shù)法。鉆速方程為：

R—鉆速，m/hrK—可鉆性系數(shù)

n—轉(zhuǎn)速rpmW—鉆壓，KND—鉆頭直徑mme—轉(zhuǎn)速指數(shù)

d—鉆壓指數(shù)，即d指數(shù)。2.孔隙壓力—Dc指數(shù)法基本原理（依據(jù)）設(shè)工藝條件（水水力因素、鉆頭類(lèi)型）及巖性不變（均為泥頁(yè)巖），則K為常數(shù)，取K=1，又泥頁(yè)巖較軟，n與R為直線關(guān)系，即e=1，可得：式中：T：鉆時(shí)min/m；

n：rpm;W：鉆壓KN；

D：鉆頭直徑，mm。

d指數(shù)法要求保證泥漿密度不變，但在現(xiàn)場(chǎng)難以做到，因進(jìn)入壓力過(guò)過(guò)渡后泥漿密度升高，鉆速（壓持效應(yīng)），

d，怎么辦？修正：2.孔隙壓力—Dc指數(shù)法式中：ρn:正常壓力層段地層水密度，g/cm3ρm:實(shí)際使用的泥漿密度，g/cm3◆正常壓實(shí)地層：H

(泥頁(yè)巖）dc——趨勢(shì)?！舢惓毫Φ貙樱篐

（泥頁(yè)巖）dc——偏離趨勢(shì)。2.孔隙壓力—Dc指數(shù)法圖板法：ρp

=f(dcn-dc)伊頓法（Eaton）:

ρp:壓力梯度當(dāng)量密度

ρ0:上覆壓力梯度當(dāng)量密度

ρn:正常地層壓力梯度當(dāng)量密度

Dcn:深度H的正常趨勢(shì)率de值

Dc:實(shí)際計(jì)算的de值

n:Eaton指數(shù)。（1）確定dcn——正常趨勢(shì)（2）由偏離情況計(jì)算出地層壓力算法2.孔隙壓力—Dc指數(shù)法◆dc的求法:鉆頭磨損（牙齒磨損、軸承磨損）、水力因素等影響不易消除；◆正常趨勢(shì)確定：非直線◆Eaton指數(shù)確定◆僅限于泥巖使用存在的問(wèn)題2.孔隙壓力—Dc指數(shù)法

Pp：計(jì)算的地層壓力，MPa，

Vmax：φ為0時(shí)的巖石速度，m/s，

Vmin：φ為50%時(shí)的巖石速度，m/s,Vint：層速度，m/s，

P0：上覆巖層壓力。2.孔隙壓力預(yù)測(cè)—地震層速度法基本原理孔隙度=f（地層壓力）低速意味著高壓算法（1）等同于聲波時(shí)差法（2）直接計(jì)算方法3.破裂壓力（FRACTUREPRESSURE）地層破裂壓力在井下一定深度出露的地層，承受流體壓力的能力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)會(huì)使地層破裂，這個(gè)液體壓力稱(chēng)為地層破裂壓力。破裂壓力的預(yù)測(cè)方法休伯特和威利斯(Hubbert&Willis)法馬修斯和凱利（Mathews&Kelly）法伊頓（Eaton）法新模式與前述三個(gè)模式相比有兩個(gè)顯著特點(diǎn)：地應(yīng)力一般是不均勻的，模式中包括了三個(gè)主應(yīng)力的影響。垂直應(yīng)力可以認(rèn)為是由上覆巖層重力引起的。地層的破裂是由井壁上的應(yīng)力狀態(tài)決定的。深部地層的水壓致裂是由于井壁上的有效切向應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)了巖石的抗拉強(qiáng)度。K—

構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)，無(wú)因次；St—

巖石的抗拉強(qiáng)度，兆帕。新模式PRro地破試驗(yàn)曲線地破試驗(yàn)定義目的工程實(shí)施方法數(shù)據(jù)的利用地層破裂－井漏最小水平主地應(yīng)力若井內(nèi)泥漿密度較小，不能對(duì)井壁提供足夠的支撐，將使井壁巖石所受的應(yīng)力超過(guò)其本身的強(qiáng)度產(chǎn)生剪切破壞而造成井壁坍塌。泥漿密度低損壞區(qū)坍塌最大水平主地應(yīng)力ar=3a=1r4.坍塌壓力（Breakoutpressure）維持井壁不坍塌或不縮徑的最小井內(nèi)鉆井液柱壓力

最大水平主地應(yīng)力最小水平主地應(yīng)力泥漿密度高泥漿密度過(guò)大：地層剪切破壞產(chǎn)生大量徑向微裂縫形成剪切破碎帶（造成泥漿的大量侵入使井壁失穩(wěn)）剪切破碎帶，使得泥漿更易滲入井壁ra=3r=1a4.坍塌壓力（Breakoutpressure）pBDpCLpLOTpressuretimepwLOTexamplesXLOT“knee”stoppumpingpLOTactualclosurepressure5.漏失壓力作業(yè)名詞解釋?zhuān)荷细矌r層壓力、地層孔隙壓力、地層破裂壓力、基巖應(yīng)力簡(jiǎn)述在正常壓實(shí)的地層中巖石的密度、強(qiáng)度、孔隙度、聲波時(shí)差和DC指數(shù)隨井深變化的規(guī)律解釋地層破裂壓力的概念，怎樣根據(jù)液壓實(shí)驗(yàn)曲線確定地層破裂壓力？上覆巖層壓力25MPa,地層孔隙壓力10MPa,計(jì)算基巖應(yīng)力。井深1000m,地層壓力梯度當(dāng)量密度1.25g/cm3,計(jì)算地層壓力。根據(jù)伊頓（Eaton）法，井深1000m,上覆巖層壓力25MPa,地層孔隙壓力10MPa,地層巖石泊松比0.25,計(jì)算地層破裂壓力梯度當(dāng)量密度。根據(jù)地層破裂壓力的新方法，井深1000m,上覆巖層壓力25MPa,地層孔隙壓力10MPa,地層巖石泊松比0.25,構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)為0.3,抗拉強(qiáng)度為2MPa,計(jì)算地層破裂壓力梯度當(dāng)量密度。某井鉆至2500m，鉆進(jìn)時(shí)所用的鉆頭直徑為215mm，鉆壓160kN，鉆速110r/min，機(jī)械鉆速7.3m/h，鉆井液密度1.28g/cm3,正常條件下鉆井液密度為1.07g/cm3,求dc指數(shù)。作業(yè)簡(jiǎn)述地層沉積欠壓實(shí)產(chǎn)生異常高壓的機(jī)理簡(jiǎn)述在正常壓實(shí)的地層中巖石的密度、強(qiáng)度、孔隙度、聲波時(shí)差和DC指數(shù)隨井深變化的規(guī)律解釋地層破裂壓力的概念，怎樣根據(jù)液壓實(shí)驗(yàn)曲線確定地層破裂壓力？4.預(yù)習(xí)“井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”巖石的工程力學(xué)性質(zhì)鉆井工程

地應(yīng)力

巖石的變形

巖石的強(qiáng)度

巖石的抗鉆特性目錄

地應(yīng)力

巖石的變形

巖石的強(qiáng)度

巖石的抗鉆特性目錄地應(yīng)力內(nèi)力應(yīng)力當(dāng)物體受到外力作用時(shí)，在它的內(nèi)部同時(shí)產(chǎn)生了一個(gè)與此外力相對(duì)抗以保持平衡的力，這就是內(nèi)力單位面積上的內(nèi)力稱(chēng)為應(yīng)力地殼不同部位出現(xiàn)受力不均衡，分別受到擠壓、拉伸、旋鈕等力的作用，促使地殼中的巖層發(fā)生變形，與此同時(shí)，巖層也產(chǎn)生一種反抗變形的力，這種內(nèi)部產(chǎn)生的并作用在地殼單位面積上的力，稱(chēng)為地應(yīng)力地應(yīng)力概念一、地應(yīng)力地應(yīng)力確定方法地應(yīng)力測(cè)量主要有四種方法：

資料分析方法，資料分析可以定性地給出大范圍的應(yīng)力場(chǎng)分布與特點(diǎn)，但很難進(jìn)行精細(xì)的應(yīng)力場(chǎng)研究

有孔應(yīng)力測(cè)量，這種方法可以給出比較精確的應(yīng)力測(cè)量結(jié)果，精確描述應(yīng)力場(chǎng)的特點(diǎn)，但是深部應(yīng)力測(cè)量代價(jià)昂貴

巖心分析方法，該方法是有孔應(yīng)力測(cè)量方法的派生方法，但是可以在室內(nèi)測(cè)定，有廣泛的應(yīng)用，給巖心定向是這種方法的技術(shù)關(guān)鍵

地應(yīng)力原點(diǎn)測(cè)量，在油田深部地層地應(yīng)力測(cè)量方面，這種方法在國(guó)內(nèi)外幾乎還是一個(gè)空白，其安全、可靠性及技術(shù)方面都存在一定的困難一、地應(yīng)力地應(yīng)力確定方法水力壓裂法測(cè)地應(yīng)力水力壓裂法是根據(jù)井眼的受力狀態(tài)及其破裂機(jī)理來(lái)推算地應(yīng)力的地層破裂實(shí)驗(yàn)曲線一、地應(yīng)力地應(yīng)力確定方法

另外地應(yīng)力分量、上覆地層壓力可以由密度測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)求得，這樣，地層某深處的三個(gè)主地應(yīng)力即可以完全確定通過(guò)破裂壓力試驗(yàn)測(cè)得地層的破裂壓力pf

、瞬時(shí)停泵壓力ps

和裂縫重張壓力pr

，結(jié)合地層孔隙壓力的測(cè)定，即可以確定出地層某深處的最大、最小水平主地應(yīng)力：一、地應(yīng)力地應(yīng)力確定方法井壁崩落法確定地應(yīng)力的方向無(wú)限大地層平面內(nèi)井眼周?chē)膽?yīng)力分布為：由于井壁崩落橢圓因崩落的長(zhǎng)軸方向總是與最小水平主地應(yīng)力方向一致，即與最大水平地應(yīng)力方向垂直，因此可借用井壁崩落橢圓來(lái)確定地應(yīng)力的方向在地應(yīng)力的作用下，井壁附近巖石發(fā)生變形，并在井壁附近引起應(yīng)力集中，當(dāng)作用在B、D兩點(diǎn)的應(yīng)力差(σr-σθ)達(dá)到或超過(guò)該處巖石的剪切強(qiáng)度時(shí)，就發(fā)生井壁崩落現(xiàn)象，形成井壁崩落橢圓，其長(zhǎng)軸方向與最小水平主地應(yīng)力方向一致一、地應(yīng)力地應(yīng)力確定方法井壁崩落橢圓的識(shí)別標(biāo)志

井壁崩落橢圓具有明顯的長(zhǎng)軸方位，在地層傾角測(cè)井記錄上，一條井徑曲線比較平直或等于鉆頭直徑，而另一條井徑曲線則比鉆頭直徑大得多，而非應(yīng)力孔眼井徑曲線上表現(xiàn)為鉆頭孔截面沒(méi)有明顯的長(zhǎng)軸方向一、地應(yīng)力地應(yīng)力確定方法巖石聲發(fā)射凱塞爾（Kaiser）效應(yīng)測(cè)地應(yīng)力

Kaiser效應(yīng)當(dāng)巖石再次加載到先前經(jīng)受過(guò)的應(yīng)力水平后，其聲發(fā)射活動(dòng)將突然增加，這種巖石的聲發(fā)射活動(dòng)能夠“記憶”巖石所受過(guò)的最大應(yīng)力的效應(yīng)被稱(chēng)為凱塞爾效應(yīng)聲發(fā)射凱塞爾效應(yīng)測(cè)定地應(yīng)力是利用了巖石具有記憶的特性，測(cè)量巖樣曾經(jīng)承受過(guò)的最大壓應(yīng)力

凱塞爾（Kaiser）效應(yīng)測(cè)地應(yīng)力一、地應(yīng)力地應(yīng)力確定方法

巖樣加工:

地應(yīng)力求解方程：取芯一、地應(yīng)力地應(yīng)力確定方法圍壓下聲發(fā)射法測(cè)地應(yīng)力流程圖單軸下聲發(fā)射法測(cè)地應(yīng)力流程圖一、地應(yīng)力地應(yīng)力確定方法復(fù)合地應(yīng)力測(cè)量方法該方法是將聲波各向異性和聲發(fā)射Kaisir效應(yīng)地應(yīng)力測(cè)量相結(jié)合的新方法當(dāng)巖芯被鉆取發(fā)生應(yīng)力卸載時(shí)，沿原最大水平主應(yīng)力方向上卸載程度最大，有最小聲波速度，沿原最小水平主應(yīng)力方向有最大聲波速度，沿事先利用波速各向異性方法測(cè)出的水平地應(yīng)力最大、最小相對(duì)位置，進(jìn)行聲發(fā)射Kaiser實(shí)驗(yàn)，可以測(cè)出地應(yīng)力大小式中：σKH,σKh

為最大、最小水平地應(yīng)力方向上的Kaisir點(diǎn)應(yīng)力；pp孔隙壓力；α

為有效應(yīng)力系數(shù)理論依據(jù)計(jì)算公式一、地應(yīng)力地應(yīng)力確定方法地破試驗(yàn)與差應(yīng)變結(jié)合確定地應(yīng)力的方法地破試驗(yàn)套管鞋附近進(jìn)行地層破裂試驗(yàn)，可得巖石產(chǎn)生拉伸破壞時(shí)地層破裂壓力式中：為最大地應(yīng)力，為最小地應(yīng)力，為地層孔隙壓力，σH

、σh

、pp、α為有效應(yīng)力系數(shù)，st為抗拉強(qiáng)度(可通過(guò)巴西實(shí)驗(yàn)測(cè)試)，pf為地層破裂壓力。差應(yīng)變?cè)囼?yàn)確定主應(yīng)力比值若確定了野外狀態(tài)的應(yīng)變值，此時(shí)的三向主應(yīng)力之比為式中，εH為水平最大地應(yīng)力方向應(yīng)變量，εh為水平最小地應(yīng)力方向應(yīng)變量，εv為豎向地應(yīng)力方向應(yīng)變量，

μ

為泊松比一、地應(yīng)力地應(yīng)力確定方法差應(yīng)變分析試驗(yàn)試樣差應(yīng)變分析試驗(yàn)裝置示意圖地應(yīng)力的確定方法：一、地應(yīng)力地應(yīng)力確定方法地破試驗(yàn)與多極子測(cè)井相結(jié)合的方法偶極子理論，即偶極子聲波測(cè)井獲得的巖石聲波各向異性，根據(jù)井壁圍巖應(yīng)力集中對(duì)彎曲波的影響可反算地應(yīng)力的相對(duì)大小，并確定地應(yīng)力的方向式中：V12和V13分別為快橫波、慢橫波速度；p0為地層體積密度，

c66為剪切模量，

c456為地層的三階非線性彈性參數(shù)。這3個(gè)參數(shù)取靜水壓力下的地層為參考狀態(tài)，可根據(jù)密度測(cè)井、全波聲波測(cè)井確定該理論方法主要由兩部分組成：受地應(yīng)力作用地層的聲場(chǎng)是兩個(gè)變形的疊加，一個(gè)是地應(yīng)力引起的靜變形，另一個(gè)是聲波的擾動(dòng)引起的非常小的形變；計(jì)算公式一、地應(yīng)力分層地應(yīng)力解釋方法由于地層間或?qū)觾?nèi)的不同巖性巖石的物理特性、力學(xué)特性和地層孔隙壓力異常等方面的差別造成了層間或?qū)觾?nèi)地應(yīng)力分布的非均勻性分層地應(yīng)力的預(yù)測(cè)模式單軸應(yīng)變模式六五模式七五模式經(jīng)驗(yàn)公式分層地應(yīng)力解釋方法一、地應(yīng)力動(dòng)態(tài)地應(yīng)力理論在注水和生產(chǎn)過(guò)程中，地層中的流體流動(dòng)同時(shí)壓力發(fā)生變化，會(huì)使得地層變形，主要體現(xiàn)在水平兩個(gè)主應(yīng)力的變化上需要分別建立滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的方程，在進(jìn)行滲流場(chǎng)的計(jì)算時(shí)，認(rèn)為位移是已知的，而在計(jì)算應(yīng)力場(chǎng)的過(guò)程中，認(rèn)為壓力是已知的，這樣通過(guò)兩場(chǎng)的迭代來(lái)達(dá)到耦合的目的動(dòng)態(tài)地應(yīng)力理論地層的地應(yīng)力發(fā)生變化后，會(huì)改變地層滲流參數(shù)，如滲透率、孔隙度、壓縮系數(shù)等，進(jìn)而進(jìn)一步影響流體的流動(dòng)規(guī)律。因此，這兩個(gè)過(guò)程是同時(shí)發(fā)生的，必須同時(shí)考慮注水和生產(chǎn)過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)地層變形和流體流動(dòng)的耦合問(wèn)題一、地應(yīng)力地應(yīng)力巖石的變形

巖石的強(qiáng)度

巖石的抗鉆特性目錄二、巖石的變形巖石的力學(xué)性質(zhì)主要通過(guò)室內(nèi)巖石試驗(yàn)進(jìn)行研究，根據(jù)巖石的應(yīng)力－應(yīng)變－時(shí)間關(guān)系，可將其力學(xué)屬性劃分為彈性、塑性和粘性材料的應(yīng)力－應(yīng)變－時(shí)間關(guān)系巖石的變形是指在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，物體受外力作用產(chǎn)生變形，而去除外力（卸荷）后能夠立即恢復(fù)其原有的形狀和尺寸大小的性質(zhì)，其產(chǎn)生的變形稱(chēng)為彈性變形是指物體受力后，在應(yīng)力超過(guò)屈服應(yīng)力時(shí)仍能繼續(xù)變形而不即行斷裂，撤去外力（卸荷）后，變形又不能完全恢復(fù)的性質(zhì)。不能恢復(fù)的那部分變形稱(chēng)為塑性變形，或稱(chēng)永久變形、殘余變形是指物體受力后變形不能在瞬時(shí)完成，且應(yīng)變速率隨應(yīng)力的大小而改變的性質(zhì)，稱(chēng)為粘性，應(yīng)變速率隨應(yīng)力變化的變形稱(chēng)為流動(dòng)變形彈性塑性粘性峰值前的變形機(jī)理巖石由于成分、結(jié)構(gòu)不同，其變形機(jī)理比較復(fù)雜，但大致可歸納為三種類(lèi)型：以裂紋行為為主導(dǎo)的變形以彈性變形為主的變形以塑性變形為主的變形應(yīng)力-應(yīng)變曲線上變形階段的劃分及特征應(yīng)力值應(yīng)力-應(yīng)變曲線二、巖石的變形以裂紋行為為主導(dǎo)的變形一些中-粗粒結(jié)構(gòu)的巖石，如花崗巖，大理巖、砂巖等，常具有許多晶間或晶內(nèi)裂紋,這類(lèi)巖石軸向的應(yīng)力-應(yīng)變曲線屬S型在單向受壓條件下，巖石變形直至破壞經(jīng)歷了：裂紋閉合、線性變形、裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展的非線性變形、裂紋加速擴(kuò)展至巖石破裂四個(gè)階段:S型應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)力-應(yīng)變曲線巖石變形四個(gè)階段二、巖石的變形o?a段——裂紋壓密段：這一階段是由于極扁的張開(kāi)裂紋在壓應(yīng)力作用下閉合而引起a?b段——巖石線性變形階段：巖石應(yīng)力－應(yīng)變曲線呈直線，但壓力卸去后，巖石變形并不能完全恢復(fù)b?c段——裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展的非線性變形階段：巖石中的裂紋在應(yīng)力作用下開(kāi)始擴(kuò)展，巖石中發(fā)生新的裂紋c?d段——裂紋加速擴(kuò)展直至巖石破裂：隨著裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展，裂紋在試件某些部位密集、搭接、相連，形成某些宏觀裂縫應(yīng)力-應(yīng)變曲線二、巖石的變形其軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈直線型

,一些結(jié)構(gòu)致密、巖性硬的巖石，如石英、玄武巖、硅質(zhì)灰?guī)r等的變形，多屬這種類(lèi)型（1）軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線不具壓密段，曲線斜率一般較陡（2）應(yīng)力-應(yīng)變直線段卸載時(shí)，變形可完全恢復(fù)，變形主要為彈性變形應(yīng)力-應(yīng)變曲線以彈性變形為主的變形曲線特點(diǎn)直線型應(yīng)力-應(yīng)變曲線二、巖石的變形其軸向的應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈下凹型,巖鹽、飽水的半堅(jiān)硬泥巖，在加荷速率較低時(shí)變形呈這種類(lèi)型變形沒(méi)有明顯的階段，而是隨著壓應(yīng)力的增大而不斷增長(zhǎng)，卸載后大部分變形不能恢復(fù)以塑性變形為主的變形曲線特點(diǎn)下凹型應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)力-應(yīng)變曲線二、巖石的變形圖中的d?e曲線段，反映了巖石出現(xiàn)宏觀破裂之后，隨變形發(fā)展直至完全破壞的過(guò)程應(yīng)力-應(yīng)變曲線峰值后變形階段巖石峰值后的變形曲線，實(shí)質(zhì)上是巖石破壞過(guò)程曲線在應(yīng)力達(dá)峰值時(shí)，巖石只出現(xiàn)宏觀破裂，但并未完全失去承載力，即未完全破壞二、巖石的變形在長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)力作用下，巖石變形不斷增長(zhǎng)的現(xiàn)象叫做巖石的蠕變巖石蠕變的微觀機(jī)理目前用于解釋巖石微觀蠕變機(jī)制的理論主要有化學(xué)鍵理論、破裂理論、摩擦理論和晶體缺陷理論，其中廣泛應(yīng)用且較為人們所接受的有破裂理論和晶體缺陷理論巖石蠕變巖石的蠕變晶體缺陷理論主要考慮影響晶體蠕變的兩種過(guò)程，其一是位錯(cuò)蠕變；其二是擴(kuò)散蠕變二、巖石的變形蠕變過(guò)程的四個(gè)階段：瞬時(shí)變形：即常應(yīng)力剛剛作用于巖石試件上就出現(xiàn)的彈性應(yīng)變?chǔ)舉

；初始蠕變或阻尼蠕變，也稱(chēng)第一蠕變階段：對(duì)應(yīng)著區(qū)域Ⅰ，在達(dá)到t1之前的時(shí)間里，巖石的應(yīng)變盡管不斷增加，但應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)的速度卻在不斷地減小穩(wěn)態(tài)蠕變或等速蠕變，也稱(chēng)第二蠕變階段：對(duì)應(yīng)著區(qū)域Ⅱ，如果加載時(shí)間足夠長(zhǎng)，t＞t1，這時(shí)巖石中的應(yīng)變以穩(wěn)定速度增長(zhǎng)，應(yīng)變和時(shí)間的關(guān)系在圖上表示為一條直線段加速蠕變（第三蠕變階段）：對(duì)應(yīng)著區(qū)域Ⅲ，如果外加應(yīng)力足夠高，則當(dāng)加載時(shí)間t超過(guò)某一特征值t2以后，巖石的蠕變應(yīng)變會(huì)加速，直至巖石破裂，這種越來(lái)越快的蠕變叫做第三期蠕變巖石蠕變二、巖石的變形蠕變曲線地應(yīng)力

巖石的變形巖石的強(qiáng)度

巖石的抗鉆特性目錄巖石強(qiáng)度概念巖石在一定條件下受外力的作用而達(dá)到破壞時(shí)的應(yīng)力，稱(chēng)為巖石在這種條件下的強(qiáng)度，巖石的強(qiáng)度是巖石的機(jī)械性質(zhì)，是巖石在一定條件下抵抗外力破壞的能力簡(jiǎn)單應(yīng)力條件下巖石的強(qiáng)度指巖石在單一的外載作用下的強(qiáng)度，包括單軸抗壓強(qiáng)度、單軸抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度及抗彎強(qiáng)度簡(jiǎn)單應(yīng)力條件下巖石的強(qiáng)度三、巖石的強(qiáng)度三、巖石的強(qiáng)度單軸壓縮試驗(yàn)可以測(cè)定如下常規(guī)巖石參數(shù)：（1）巖石的單軸抗壓強(qiáng)度即巖石試件在單軸壓力下達(dá)到破壞的極限強(qiáng)度，數(shù)值上等于破壞時(shí)的最大軸向應(yīng)力，通常用

σc

表示其中，P為破壞時(shí)所加的荷載，稱(chēng)為破壞荷載；A為原始橫斷面積(2)泊松比υ

即巖石在單向受壓條件下徑向應(yīng)變?chǔ)舝（即橫向應(yīng)變）與軸向應(yīng)變

εz

（即縱向應(yīng)變）之比，亦即橫向伸長(zhǎng)與縱向縮短的比率：?jiǎn)屋S壓縮試驗(yàn)（3）彈性模量其中，E是應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜率，即單軸應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力相對(duì)應(yīng)變的變化率。Δσz

、Δεz

分別是軸向應(yīng)力、應(yīng)變的增量當(dāng)軸向的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不成直線時(shí)，巖石的變形特征可以用以下幾種模量說(shuō)明①初始模量，是應(yīng)力-應(yīng)變曲線在原點(diǎn)切線的斜率，即：②切線模量，是對(duì)應(yīng)于曲線上某一點(diǎn)M的切線的斜率，即：③割線模量，是曲線上某一點(diǎn)M與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率，即：?jiǎn)屋S壓縮試驗(yàn)三、巖石的強(qiáng)度巖石的彈性模量和泊松比單軸壓縮試驗(yàn)三、巖石的強(qiáng)度

三軸巖石應(yīng)力試驗(yàn)是在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下定量測(cè)試巖石機(jī)械性質(zhì)的可靠方法常規(guī)三軸抗壓試驗(yàn)裝置示意圖三軸壓縮試驗(yàn)復(fù)雜應(yīng)力條件下巖石的強(qiáng)度三、巖石的強(qiáng)度巖石在復(fù)雜應(yīng)力條件下，其破壞機(jī)制有以下三種，即：破壞機(jī)制（1）剪切破壞剪切破壞是壓應(yīng)力下的典型破壞，它的特征是沿破裂面的剪切位移破壞機(jī)制圖（a）表示在無(wú)圍壓受壓下觀測(cè)到的不規(guī)則的縱向裂縫，目前對(duì)其解釋并不十分清楚；圖（b）為加中等數(shù)量的圍壓后產(chǎn)生的與σ1方向傾斜小于45°角的單一破裂面；圖（c）為繼續(xù)增大圍壓，材料成為完全延性的，則出現(xiàn)剪切破裂的網(wǎng)格，并伴有個(gè)別晶體的塑性變形巖石破壞形式三、巖石的強(qiáng)度拉伸破壞典型的出現(xiàn)于單軸拉伸中，它的特征是明顯的分離，而在表面間沒(méi)有錯(cuò)動(dòng)巴西試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖破裂簡(jiǎn)圖破壞機(jī)制（2）拉伸破壞三、巖石的強(qiáng)度能夠在一定的應(yīng)力水平下發(fā)生隨時(shí)間的連續(xù)不斷的變形，稱(chēng)為塑性流動(dòng)，它是塑性破壞變形的重要特點(diǎn)，可在某些軟弱夾層或節(jié)理裂隙中經(jīng)常被觀察到，也可在多晶巖石中見(jiàn)到由線性荷載產(chǎn)生的拉伸破壞平板在線性荷載之間受壓，則在荷載之間出現(xiàn)一個(gè)拉伸破裂，當(dāng)檢查破裂面時(shí)，它們中的一部分有剪切破裂的狀態(tài)，而其它一些部分顯然是拉伸破裂破壞機(jī)制（3）塑性流動(dòng)三、巖石的強(qiáng)度巖石破壞形式可分為脆性破壞和塑性破壞兩種巖石的脆性破壞，即微破裂的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程；塑性破壞,即巖石中的結(jié)晶顆粒內(nèi)部晶格間或顆粒之間的滑移破壞，這種破壞主要是在剪應(yīng)力作用下產(chǎn)生的，其變形的重要特點(diǎn)是塑性流動(dòng)頁(yè)巖脆性破壞形式泥巖塑性破壞形式破壞機(jī)制三、巖石的強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則試件中任何一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可以用三個(gè)主應(yīng)力的大小表示。在某種σ1,σ2和σ3的組合情況下材料發(fā)生破壞，把這些引起破壞的點(diǎn)表示在應(yīng)力空間形成破壞面，下述的關(guān)系式即稱(chēng)為破壞準(zhǔn)則基于對(duì)巖石破壞機(jī)制的認(rèn)識(shí)不同，提出了各種不同的破壞準(zhǔn)則。目前，巖石力學(xué)中應(yīng)用較廣的有：Mohr-Coulomb準(zhǔn)則、Drucker-Prager準(zhǔn)則、Griffith準(zhǔn)則、Griffith準(zhǔn)則的Murrel推廣、斷裂準(zhǔn)則等破壞準(zhǔn)則不同的破壞準(zhǔn)則三、巖石的強(qiáng)度

Mohr

函數(shù)當(dāng)試件的某一平面由于剪應(yīng)力過(guò)大而發(fā)生剪切破壞時(shí)，Mohr假定這種破壞可以用如下的函數(shù)關(guān)系表示：（其中，σ和τ

是平面的法應(yīng)力和剪應(yīng)力）在σ?τ平面內(nèi)，方程表述為一條曲線（如上圖所示），該曲線將應(yīng)力狀態(tài)的安全區(qū)和破壞區(qū)分隔開(kāi)來(lái)，即當(dāng)代表材料內(nèi)部任意點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的（σ，τ）位于曲線之下時(shí)，破壞不發(fā)生；反之，則發(fā)生Mohr-Coulomb準(zhǔn)則三、巖石的強(qiáng)度該準(zhǔn)則認(rèn)為巖石破壞時(shí)剪切面上的剪應(yīng)力τ

必須克服巖石的固有剪切強(qiáng)度C

（亦稱(chēng)為內(nèi)聚力或粘聚力）加上作用于剪切面上的摩擦力μσ

，即假定f為線性函數(shù)：Mohr-Coulomb準(zhǔn)則Mohr-Coulomb（莫爾－庫(kù)侖）準(zhǔn)則三、巖石的強(qiáng)度巖石破裂面公式推導(dǎo)

在最大主應(yīng)力兩邊與它傾斜相等的角(π/4-φ/2）地方存在共軛方向，故有兩個(gè)可能的共軛破裂面，它們通過(guò)中間主應(yīng)力的方向，且與最大主應(yīng)力方向成上述夾角。Mohr-Coulomb準(zhǔn)則（β是由破裂準(zhǔn)則求出的，給出了破裂面的方向）共軛破裂面三、巖石的強(qiáng)度Mohr-Coulomb

準(zhǔn)則優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)Mohr-Coulomb準(zhǔn)則比較全面的反映了巖石的強(qiáng)度特性，它既適用于塑性巖石也適用于脆性巖石的剪切破壞Mohr-Coulomb準(zhǔn)則忽略了中間主應(yīng)力σ2的影響，該準(zhǔn)則只適用于剪切破壞，但實(shí)際試驗(yàn)中很少發(fā)現(xiàn)有剪切破裂等現(xiàn)象Mohr-Coulomb準(zhǔn)則不適用于高圍壓的情況，只適用于較低圍壓的情況；同時(shí)也不適用于膨脹或蠕變破壞Mohr-Coulomb準(zhǔn)則Mohr-Coulomb

準(zhǔn)則反映了巖石抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度這一特性，并能解釋巖石在三向等拉時(shí)會(huì)破壞，而在三向等壓時(shí)不會(huì)破壞的特點(diǎn)缺點(diǎn)三、巖石的強(qiáng)度Drucker-Prager準(zhǔn)則最簡(jiǎn)單情況下的vonMises表達(dá)式Drucker-Prager準(zhǔn)則在巖石力學(xué)中的應(yīng)用較廣，特別是在彈塑性有限元計(jì)算中應(yīng)用廣泛不僅考慮了中間主應(yīng)力

σ2的作用，而且考慮了平均應(yīng)力（σ1+σ2+σ3）/3的影響Drucker-Prager準(zhǔn)則優(yōu)點(diǎn)表達(dá)式三、巖石的強(qiáng)度Griffith準(zhǔn)則對(duì)于二維情形中的主應(yīng)力

σ

1

、σ3

，如果滿足下式則發(fā)生破壞修正的Griffith理論其中，σ0為使橢圓孔閉合所需的平均壓力，μ為裂隙面的摩擦系數(shù)Griffith準(zhǔn)則可以推算出單軸抗壓與單軸抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系Griffith準(zhǔn)則表達(dá)式三、巖石的強(qiáng)度Griffith準(zhǔn)則的

Murrel推廣

Griffith

準(zhǔn)則優(yōu)點(diǎn)Griffith準(zhǔn)則是建立在微觀理論基礎(chǔ)上的，它可以推斷出抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之間的合理關(guān)系Griffith準(zhǔn)則的Murrel推廣，即二維理論到三維的邏輯推廣，它是一個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面：且該拋物面以棱錐為界：三維Griffith準(zhǔn)則給出：Griffith準(zhǔn)則的Murrel推廣三、巖石的強(qiáng)度地應(yīng)力

巖石的變形

巖石的強(qiáng)度巖石的抗鉆特性目錄四、巖石的抗鉆特性研究巖石的研磨性對(duì)于正確地設(shè)計(jì)和選擇使用鉆頭，延長(zhǎng)鉆頭壽命，提高鉆頭進(jìn)尺，提高鉆井速度有重要的意義巖石磨損與之相接觸的物體的能力，即巖石磨損鉆頭切削刃材料的能力稱(chēng)為巖石的研磨性巖石的研磨性巖石研磨性磨損后的牙輪鉆頭磨損后的牙輪鉆頭即巖石抵抗破碎的能力，是巖石破碎難易程度的具體表現(xiàn)。巖石可鉆性是巖石在鉆進(jìn)過(guò)程中顯示出的綜合性指標(biāo)，它取決于巖石自身的物理力學(xué)性質(zhì)以及破碎巖石的工藝技術(shù)措施。物理力學(xué)性質(zhì)主要包括巖石的硬度、彈性、脆性、顆粒度及顆粒的連接性質(zhì)工藝技術(shù)措施主要包括破巖工具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工具對(duì)巖石的作用方式、載荷或力的性質(zhì)、破巖能量的大小、孔底巖屑的排除情況等巖石可鉆性巖石可鉆性四、巖石的抗鉆特性

微鉆頭在巖樣上鉆孔，通過(guò)實(shí)鉆鉆時(shí)(即鉆速)確定巖樣可鉆性。在巖樣上鉆三個(gè)孔，孔深2.4mm，取三個(gè)孔鉆進(jìn)時(shí)間的平均值為巖樣的鉆時(shí)（td），對(duì)td

取以2為底的對(duì)數(shù)值作為該巖樣的可鉆性級(jí)值Kd,我國(guó)將地層可鉆性按Kd的整數(shù)值分為10級(jí)級(jí)別ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩtd/秒＜44~＜88~＜1616~＜3232~＜6464~＜128128~＜256256~＜512512~＜1024≥1024

Kd

＜22~＜33~＜44~＜55~＜66~＜77~＜88~＜99~＜10≥10分類(lèi)極軟軟中軟中中硬硬極硬巖石可鉆性巖石可鉆性級(jí)值Kd四、巖石的抗鉆特性

謝謝！鉆井液2011年9月16日鉆井工程第一節(jié)鉆井液的定義和功用第二節(jié)鉆井液的組成和分類(lèi)第三節(jié)鉆井液的性能第四節(jié)鉆井液的固相控制第五節(jié)井塌及防塌鉆井液第六節(jié)油氣層保護(hù)及完井液主要內(nèi)容一、鉆井液的定義

鉆井時(shí)用來(lái)清洗井底并把巖屑攜帶到地面、維持鉆井操作正常進(jìn)行的流體稱(chēng)為鉆井液或洗井液。洗井液－鉆井泥漿－鉆井液－氣體鉆井？第一節(jié)鉆井液的定義和功用二、鉆井液的功用（循環(huán)過(guò)程見(jiàn)圖）

1．?dāng)y巖

2．冷卻和潤(rùn)滑鉆頭及鉆柱

3．造壁，維持井壁穩(wěn)定

4．控制地層壓力

5.懸浮鉆屑和加重材料，防止下沉

6.獲得地層和油氣資料

7.傳遞水功率第一節(jié)鉆井液的定義和功用鉆井液的流動(dòng)路徑(開(kāi)始)鉆井液池(泥漿池)鉆井泵地面高壓管匯立管水龍帶水龍頭方鉆桿鉆桿鉆鋌鉆頭環(huán)空導(dǎo)管高架泥漿槽振動(dòng)篩除砂器/除泥器鉆井液池(泥漿池)一、鉆井液的組成

(1)液相：液相是鉆井液的連續(xù)相，水或油。(2)活性固相：人為加入的商業(yè)膨潤(rùn)土（般土）、有機(jī)膨潤(rùn)土(油基鉆井液用)和地層進(jìn)入的造漿粘土。(3)惰性固相：鉆屑和加重材料。(4)各種鉆井液添加劑:增粘、稀釋、降失水、PH值、防塌等。第二節(jié)鉆井液的組成和分類(lèi)二、鉆井液的分類(lèi)

API和IADC分類(lèi)： (1)不分散體系——

開(kāi)鉆用鉆井液、天然鉆井液(自然造漿而成)、及輕處理鉆井液;用于淺層鉆進(jìn)(2)分散體系——

水+膨潤(rùn)土+分散劑（鐵絡(luò)木質(zhì)素黃酸鹽等);用于深井或復(fù)雜井。(3)鈣處理體系——

水基鉆井液+鈣鹽（石灰、石膏、氯化鈣)，特點(diǎn)：抑制粘土、頁(yè)巖膨脹。

第二節(jié)鉆井液的組成和分類(lèi)(4)聚合物體系——水基鉆井液+高聚物(聚丙烯酰胺PAM、PHP)

特點(diǎn)：增粘，降失水，穩(wěn)定性能。(5)低固相體系——總固相含量6%～10%的水基鉆井液。其中，膨潤(rùn)土含量小于3%，鉆屑與膨潤(rùn)土的比值小于2∶1。特點(diǎn)：提高鉆速，減少對(duì)產(chǎn)層的傷害。

第二節(jié)鉆井液的組成和分類(lèi)（6）飽和鹽水體系——氯離子含量達(dá)189g/L的水基鉆井液。特點(diǎn)：抗鹽侵，抑制粘土水化。海上鉆井、鉆鹽巖層和泥頁(yè)巖層。（7）完井修井液體系——

水+鹽+聚合物等；油基鉆井液。特點(diǎn)：低密度、無(wú)固相、抑制粘土膨脹、低濾失，保護(hù)油氣層。第二節(jié)鉆井液的組成和分類(lèi)（8）油基鉆井液體系——油包水乳化鉆井液：油+水+乳化劑油基

鉆井液：柴油+氧化瀝青、有機(jī)酸、堿。

特點(diǎn)：耐高溫、保護(hù)油氣層、防止水敏性地層吸水膨脹。摩阻小，用于大位移水平井，或特別復(fù)雜層段。第二節(jié)鉆井液的組成和分類(lèi)（9）空氣、霧、泡沫和氣體體系——欠平衡壓力鉆井。

特點(diǎn)：提高鉆速，保護(hù)油氣層。適用于低壓油氣層、易漏的裂縫性油氣層、低滲透油氣層等。井壁應(yīng)比較穩(wěn)定的地層。第二節(jié)鉆井液的組成和分類(lèi)一、鉆井液的密度

第三節(jié)鉆井液的性能1.對(duì)密度的要求調(diào)節(jié)井內(nèi)鉆井液的靜液柱壓力平衡巖石側(cè)向壓力，維持井壁穩(wěn)定，防塌。平衡地層壓力，避免發(fā)生井噴及井涌等事故鉆井液密度不能太高，也不能太低，也合適。第三節(jié)鉆井液的性能2.調(diào)整鉆井液密度的方法提高密度(井噴)加重重晶石：BaSO4，>=4.2石灰石：CaCO3，>=2.7鈦鐵礦粉：TiO2.FeO，4.7降低密度(井漏)降低固相含量加水稀釋混油充氣加絮凝劑二、鉆井液的流變性能及調(diào)整

(RHEOLOGICALPROPERTIESOFDRILLINGFLUIDS)

流變性：粘度和切力等隨流速變化的性能。包括靜切力、動(dòng)切力、表觀粘度、塑性粘度、流性指數(shù)、稠度系數(shù)等參數(shù)。

(一)液體的基本流型

流速梯度(剪切速率)：鉆井液在鉆柱和環(huán)空內(nèi)流動(dòng)時(shí)，速度分布不均勻，中心處流速大，向外流速減小。

單位距離內(nèi)流速的增量稱(chēng)為流速梯度。

剪切應(yīng)力：液流中各層速度不同，層間必有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，發(fā)生內(nèi)摩擦，阻礙液層作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)液體流動(dòng)時(shí)剪應(yīng)力與流速梯度的關(guān)系，將液體流動(dòng)分為四種流型：

1.牛頓流型：2.塑性流型：3.假塑性流型（n<1)4.膨脹流型(n>1)：冪律流體（假塑性型）賓漢流體卡森流體赫切爾—巴爾克萊流體牛頓流體冪律流體（膨脹型）切應(yīng)力流速梯度s0

1.靜切力（靜切應(yīng)力）

(GelStrength)

所加切應(yīng)力達(dá)到某一最低τs之后才開(kāi)始流動(dòng)，這個(gè)最低切應(yīng)力稱(chēng)為靜切應(yīng)力。又稱(chēng)凝膠強(qiáng)度。

(二)塑性流型的特點(diǎn)

它代表了鉆井液靜止時(shí)單位面積上所形成的連續(xù)空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

塑性流體其流變曲線為不通過(guò)原點(diǎn)O的一條直線，它表示這種流體具有一定的顆粒濃度，在靜止?fàn)顟B(tài)下形成顆粒之間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，加外力進(jìn)行剪切時(shí)，要破壞結(jié)構(gòu)后才能開(kāi)始流動(dòng)。例如，泥漿中粘土顆粒的形狀很不規(guī)則，表面性質(zhì)也很不均勻，因此顆粒之間容易彼此粘結(jié)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。倘若顆粒的濃度足夠大，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠在泥漿中布滿整個(gè)空間，那么要使這種泥漿發(fā)生流動(dòng)，就必須在一定程度上破壞這種連續(xù)結(jié)構(gòu)。靜切力產(chǎn)生原因

2.動(dòng)切應(yīng)力（屈服值）(YieldPoint)

當(dāng)切應(yīng)力繼續(xù)增大，流變曲線出現(xiàn)直線段，延長(zhǎng)該直線與切應(yīng)力軸相交于τ0，稱(chēng)為動(dòng)切應(yīng)力或屈服值。

它是鉆井液處于層流狀態(tài)時(shí)鉆井液中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的量度。

τ0

表示此流體運(yùn)動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)的存在及其數(shù)值的大小。1.靜切力（靜切應(yīng)力）

(GelStrength)

使鉆井液開(kāi)始流動(dòng)所需的最低切應(yīng)力，它是鉆井液靜止時(shí)單位面積上所形成的連續(xù)空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的量度。它反映了鉆井液觸變性的好壞。

調(diào)整方法：無(wú)機(jī)鹽（改變粘土顆粒間靜電力）、降粘劑或增粘劑。

（三）塑性流型的流變參數(shù)及調(diào)整ot2.動(dòng)切應(yīng)力（屈服值）(YieldPoint)

流變曲線直線段的延長(zhǎng)線與切應(yīng)力軸交點(diǎn)的應(yīng)力大小。反映在層流狀態(tài)下粘土顆粒之間及高聚物分子之間的相互作用力（形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之力）的大小。

調(diào)整方法：同靜切力。3.塑性粘度(PlasticViscosity)μpv

塑性粘度是塑性流體流變曲線直線段斜率的倒數(shù)，即：它是鉆井液流動(dòng)時(shí)固相顆粒之間、固相顆粒與周?chē)合嚅g以及液相分子間的內(nèi)摩擦作用的總反映。它反映了液體粘滯力的大小。

調(diào)整方法：降低固相含量、加稀釋劑降粘；加高聚物增粘劑等提粘。4.表觀粘度（視粘度或有效粘度）(ApparentViscosity)

它是在某一流速梯度下剪切應(yīng)力與相應(yīng)流速梯度的比值，即：

表觀粘度：塑性粘度與結(jié)構(gòu)粘度之和，它反映兩者的總的粘滯作用，是“總粘度”的意思。5、動(dòng)塑比

動(dòng)切力與塑性粘度之比，反映了鉆井液結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與塑性粘度的比例關(guān)系。動(dòng)塑比大，流動(dòng)過(guò)水?dāng)嗝孑^平緩，剪切稀釋能力強(qiáng)，但流動(dòng)阻力大，泵壓高。理想值：=0.36～0.48。 1.流性指數(shù)n

表示流體在一定流速范圍內(nèi)的非牛頓性程度。

n＜1，假塑性流體，隨剪切速率增加而變稀(剪切稀釋特性)；

n＞1，膨脹型流體，隨剪切速率增加而變稠。

n值影響鉆井液的攜巖效果和剪切稀釋特性。理想值：n=0.4～0.7。（三）假塑性流型和膨脹流型的流變參數(shù)2.稠度系數(shù)k

為流體在1s－1流速梯度下的粘度。k值越大，粘度越大。（四）流變參數(shù)的測(cè)定

儀器：六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)

1．靜切力

初切力（10s切力）：將鉆井液在600r／min下攪拌10s，靜置10s后測(cè)得3r／min下的表盤(pán)讀數(shù)，該讀數(shù)乘以0．511即得初切力(Pa)。終切力（10min切力）：將鉆井液在600r／min下攪拌10s，靜置10min后再測(cè)得3r／min下的表盤(pán)讀數(shù)，該讀數(shù)乘以0．511，即得終切力(Pa)。2.動(dòng)切力(屈服值)：

漏斗粘度計(jì)ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)動(dòng)力部分雙速同步電機(jī)、電源變速部分可變六速（轉(zhuǎn)/分）

3

6100200300600

測(cè)量部分扭力彈簧、刻度盤(pán)與內(nèi)外筒組成測(cè)量系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)實(shí)物與局部放大圖

表觀粘度：

塑性粘度：

流性指數(shù)：

稠度系數(shù)：3.粘度、流性指數(shù)及粘度系數(shù)（一）濾失和造壁過(guò)程

鉆井液中的液體(剛開(kāi)始也有鉆井液)在壓差的作用下向地層內(nèi)滲濾的過(guò)程稱(chēng)為鉆井液的濾失。 鉆井液中的固相顆粒附著在井壁上形成濾餅的過(guò)程稱(chēng)為造壁過(guò)程。三、鉆井液的造壁性能及濾失量

（二）幾種不同的濾失情況

1.瞬時(shí)濾失

在鉆頭破碎巖石形成新的井眼而濾餅尚未形成的一段時(shí)間內(nèi)，鉆井液迅速向地層滲濾，此時(shí)的濾失稱(chēng)為瞬時(shí)濾失。瞬時(shí)濾失量有利于提高鉆速，但嚴(yán)重?fù)p害油氣層。2.動(dòng)濾失

在已形成的井眼內(nèi)，隨著鉆井液的滲濾，在井壁上形成一層濾餅，并不斷增厚、密實(shí)。同時(shí)，形成的濾餅又受到鉆井液的沖刷和鉆柱的碰撞、刮擠而遭到破壞。最終，濾餅形成速度等于破壞速度而達(dá)到平衡，此時(shí)濾餅厚度不變，濾失速率也保持不變。

這種鉆井液在井內(nèi)循環(huán)流動(dòng)時(shí)的濾失過(guò)程稱(chēng)為動(dòng)濾失。

影響濾失量的因素：地層、壓差、固相類(lèi)型和含量、粘度、流態(tài)。

3．靜濾失

鉆井液在停止循環(huán)時(shí)的濾失過(guò)程稱(chēng)為靜濾失。隨著濾失過(guò)程的進(jìn)行，濾餅逐漸增厚，濾失阻力逐漸增大，濾失速率逐漸減小。

影響濾失量的因素：

濾失時(shí)間、壓差、溫度、固相含量及類(lèi)型、濾餅滲透率。 靜液柱壓力泥餅靜失水動(dòng)失水1.靜濾失量（API濾失量）用API濾失量?jī)x在常溫、0.7MPa壓差下測(cè)量30min所得的濾液體積(mL)。要求：上部地層和堅(jiān)固地層，濾失量可放寬；水敏性易坍塌地層，濾失量要低；油氣層，濾失量不能高于5mL。（三）濾失量的測(cè)量和要求（三）濾失量的測(cè)量和要求2.高溫高壓濾失量

在150℃溫度、3.5MPa壓差下測(cè)量30min所得的濾失量乘以2，即得高溫高壓濾失量。 在鉆油氣層時(shí)，高溫高壓濾失量不大于15mL。

控制濾失量的最好方法——用降濾失劑降低濾餅的滲透性。常用降濾失劑：

Na-CMC（羧甲基纖維素鈉鹽）

SMP（磺化酚醛樹(shù)脂）

NH4（Na、Ca）HPAN（水解聚丙烯睛胺、鈉、鈣鹽）降濾失劑作用機(jī)理：1．護(hù)膠作用

一方面能吸附在粘土顆粒表面形成吸附層，以阻止粘土顆粒絮凝變粗；

（四）濾失量的控制

另一方面能把在鉆井液循環(huán)攪拌作用下所拆散的細(xì)顆粒吸附在分子鏈上，不再粘結(jié)成大顆粒，而形成薄而韌的泥餅，稱(chēng)之為降濾失劑的護(hù)膠作用。2．增加鉆井液中粘土顆粒的水化膜厚度，降低濾失量降濾失劑吸附于鉆井液中的粘土顆粒上，使粘土顆粒周?chē)乃ぴ龊?，形成的濾餅在壓差作用下容易變形，濾餅的滲透率降低。3．提高濾液粘度，降低濾失量濾失量與濾液粘度的二分之一次方成正比。4．降濾失劑分子本身的堵孔作用

第四節(jié)鉆井液的固相控制一、固相對(duì)鉆井的影響

1.固相含量升高，鉆速降低；

2.固相含量高，形成的濾餅厚，容易引起壓差卡鉆。

3.固相含量高，對(duì)油氣層損害嚴(yán)重。

1．大池子沉淀 2．清水稀釋

3．替換部分鉆井液 4．利用機(jī)械設(shè)備清除固相 振動(dòng)篩：清除0.5mm以上固相顆粒。 旋流分離器：除砂器>74μm、除泥器

10

～74μm；超級(jí)分離器：

5

~

10μm;

離心機(jī)：清除2～5μm以上的顆粒和回收重晶石。二、固相控制方法

功用：清除更細(xì)小的顆粒

類(lèi)型：全絮凝劑—聚丙烯酰胺（PAM）

選擇性絮凝劑—只絮凝鉆屑和劣質(zhì)土， 不絮凝膨潤(rùn)土。如水解聚丙烯酰胺（PHP）。

作用機(jī)理：吸附→架橋→形成團(tuán)塊。

加量：固相飽和吸附量的二分之一。5.聚合物絮凝劑

一、井塌的原因

（1）地質(zhì)因素

異常高壓的釋放，鉆遇破碎帶、斷層、微裂縫發(fā)育地層、煤層、高構(gòu)造應(yīng)力地層、膏鹽層等。（2）工程因素 大排量鉆井液沖刷井壁，起下鉆引起的壓力激，鉆井液液柱壓力低于井壁坍塌壓力，鉆井液侵泡時(shí)間長(zhǎng)等。第五節(jié)井塌及防塌措施（3）泥頁(yè)巖的水化膨脹

泥頁(yè)巖中的粘土礦物容易吸水膨脹和分散，造成井壁巖石強(qiáng)度降低，引起井壁不穩(wěn)定。井壁不穩(wěn)定主要是泥頁(yè)巖的水化問(wèn)題。

1．鉆井液中加入K+、NH+4等無(wú)機(jī)陽(yáng)離子（1）K+的固定作用

K+進(jìn)入晶層之間并嵌入到相鄰兩層硅氧四面體氧原子組成的六角環(huán)中，把帶負(fù)電荷的粘土晶片緊緊聯(lián)結(jié)在一起，阻止水化膨脹。二、防塌措施

K+離子的未水化直徑（0.266nm）比Na+離子未水化直徑（0.19nm）大，而K+離子水化半徑比Na+離子