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气体钻井钻完井过程中的井口安全及环保控制技术
杨勇曾权先孙新江张彦龙吴磊
(西部钻探吐哈钻井工艺研究院)
摘要
气体钻完井技术在提高机械钻速及在发现和保护油气层方面的优势得到了行业内的普遍公认，在为油田的勘探、开发探索新的途径和创造巨大经济效益的同时，也给钻完井过程中对井口安全的控制及环境的保护注入了新的难题。本文概述了目前气体钻完井过程中关于井口安全及环保控制方面的主要技术措施及相关设备，并提出了如冻胶阀、环保抑尘器等自主创新的井口安全及环保控制技术措施及设备，对于气体钻完井工艺及设备配套技术研究具有一定的指导意义。
井口安全控制工艺新技术：自主研发了全过程冻胶阀钻完井技术、实体筛管完井技术。冻胶阀技术采用一种凝胶体将井筒分为上下两个部分，具有隔离作用、密封作用、承压作用，被赋予了一种“阀”的控制功能。目前该技术在国内用于欠平衡钻完井试验了8井次，其中气体钻完井试验了2井次，有效起到了“塞封”作用，试验成功率100%。实体筛管完井技术有效解决了筛管下入过程中管串内密封问题，做到了在下筛管完井整个过程中，没有向井内注入任何的液体及固体物质，并实现了对井口安全的有效控制。
环保控制工艺新技术：目前，气体钻井钻完井过程中的环保控制措施主要是在排砂口附近修建大型防喷池及搭建防尘墙等，并在排砂管线上安装简易雾化降尘装置，取得了一定的效果，点火主要采用长明火来保证点火的可靠性。为解决气体钻井钻完井过程中的环保控制技术难题，自主研发了环保抑器及油气雾化点火装置等相关配套设备。环保抑尘器是一种用于气体钻完井过程中从固气两相中分离出固相，达到净化气相减小环境污染目的的专用环保装置。油气雾化点火装置设计结构简单，操作方便，点火可靠。且在运输过程中不易损坏，使用柴油代理液化天然气，有效避免了在运输过程中的风险。
作者简介：杨勇（1979-），男，工程师，2003年毕业于江汉石油学院石油工程专业，现任吐哈钻井工艺研究院欠平衡钻井工艺研究所副所长，主要从事钻井工程技术研究与欠平衡技术服务工作。地址：（838202）新疆鄯善县火车站镇西部钻探吐哈钻井工艺研究院，电话：0995-8374455，Email:.cn
气体钻井钻完井过程中的井口安全及环保控制技术
杨 勇曾权先孙新江 张彦龙吴磊
(西部钻探吐哈钻井工艺研究院)
『摘要』本文概述了目前气体钻完井过程中关于井口安全及环保控制方面的主要技术措施及相关设备，并提出了如冻胶阀、环保抑尘器等自主创新的井口安全及环保控制技术措施及设备，对于气体钻完井工艺及设备配套技术研究具有一定的指导意义。
『关键词』井口安全环保控制冻胶阀实体筛管环保抑尘器油气雾化点火装置
前言
气体钻完井技术在提高机械钻速及发现和保护油气层方面的优势得到了行业内的普遍公认，取得了良好的应用效果和经济效益，集团公司也为气体钻完井技术在未来几年的发展提供了强有力的政策保障。在为油田的勘探、开发探索新的途径和创造巨大经济效益的同时，也给钻完井过程中对井口安全的控制及环境的保护提出了新的难题：①气体钻完井过程中，井筒只有气体、岩屑或油气流，在没有液柱压力的情况下，井筒处于高度负压状态，地层流体更加容易进入井筒，油气更容易上窜至井口诱发井口失控，为此井口压力控制显得尤为重要；②气体钻完井过程中的排砂/气口的粉尘污染及可燃和有毒气体，对周围环境和施工人员有着不同程度的伤害。因此，提高气体钻完井过程中的井口安全及环保控制技术手段和研究新型安全及环保控制设备，是气体钻完井技术安全、健康、快速发展的基础。吐哈钻研院通过多年的气体钻完井现场技术服务，为气体钻完井过程中的井口安全及环保控制积累了宝贵的经验，并通过科研攻关，逐步形成了具有自主特色的气体钻完井过程中的井口安全及环保控制技术。
1.井口安全控制技术
任何油气田的勘探开发都必须以安全作为基础，而井口压力的控制是油气安全开采的重要一环，因此，研究气体钻完井过程中井口压力的控制技术手段及设备非常必要。
1.1控制系统构成气体钻完井井口压力控制系统主要由旋转防喷器及其控制系统，闸板防喷器、环形防碰器、钻井四通、节流管汇、液动平板阀及远程控制室等组成。
图1-1井口安全地面控制装置图1-2井口安全井下控制装置
作者简介：杨勇（1979-），男，工程师，2003年毕业于江汉石油学院石油工程专业，现任吐哈钻井工艺研究院欠平衡钻井工艺研究所副所长，主要从事钻井工程技术研究与欠平衡技术服务工作。地址：（838202）新疆鄯善县火车站镇西部钻探吐哈钻井工
1.2控制内容
正常气体钻井过程中旋转防喷器起主要控制作用。通过胶心与钻具的过盈配合,来实现对环空压力的控制。
地层压力异常或者钻遇高产油气层等致使套压高于5MPa时，常规钻井井口装置起主要控制作用，技术措施与常规钻井一致。
起下钻、测井、下筛管过程中，井下封井器（DDV）起主要控制作用，在起下钻至井筒上部位置，封隔井筒压力，在保证井底压力平衡的前提下，在施工过程中井口不带压。
1.3井口控制工艺新技术
为完善气体钻完井井口压力控制工艺技术及设备配套，推动气体钻完井技术安全、快速发展，自主研发了全过程冻胶阀钻完井技术与实体筛管完井技术，并在现场应用过程中取得了良好的应用效果。
1.3.1全过程冻胶阀钻完井技术
该技术采用一种凝胶体将井筒分为上下两个部分。冻胶阀（如图1-3所示）被赋予了一种“阀”的控制功能，具有隔离作用、密封作用、承压作用，该胶体不仅能密封井筒，并且在正压差下不进入储层，起到保护油气层的作用。利用自产原油平衡部分地层压力后，在井眼某个层段注入这种非损害性流体。
图1-3冻胶阀室内测试成胶后图片
1.3.1.1冻胶阀施工工艺技术
基液配制：在配液罐中根据设计用量依次加入主剂、酸碱调节剂、杀菌剂等循环均匀，老化4小时配置基液。交联剂配制：在固井水泥车混浆池中配置交联剂，循环均匀。
注入工艺：用两台固井车将基液和交联剂按照设定的速度注入到预定位置。
返排工艺：采用正循环的方式注入气体返排胶塞，若注气体不能完成胶塞的返排，注气
前先从环空注适量破胶剂进行破胶返排，也可控制胶塞破胶时间来强化其效果。
图1-4冻胶阀注入工艺流程图图1-5冻胶阀返排工艺流程图
1.3.1.2冻胶阀应用效果
冻胶阀技术在吐哈、玉门、克拉玛依油田用于欠平衡钻完井过程中井口压力控制共试验8井次（其中气体钻完井试验2井次）；水平井堵水作为暂堵剂保护油层试验1井次，均起到了有效的“塞封”作用。应用成功率100%，同时油气层得到有效保护，原油产量均提高了三倍以上。
1.3.2实体筛管完井技术
该技术是一种操作程序简单、使用设备少的筛管完井技术。采用不压井起下钻装置的工艺原理，依赖井口装置解决管串与环空密封问题；依靠实体筛管内填充材料解决管串内密封问题来实现对气体钻井下筛管过程中的井口安全控制。
1.3.2.1实体筛管施工工艺技术
气体钻实体筛管完井技术主要分为四个步骤：
（1）打开防喷管线，利用旋转控制头及井口装置对环空的密封将实体筛管管串下入预定位置；
（2）悬挂实体筛管串，退扣起钻；
（3）更换小尺寸胶芯，利用旋转控制头的密封作用下入小钻具再次气体钻井，将实体筛管串内的充填材料钻掉；
（4）钻完充填材料后利用井口装置密封起钻，形成与储层直接连通的筛管串。
1.3.2.2实体筛管应用效果
该技术在三塘湖油田牛气1井得到成功应用，该井在下筛管完井整个过程中，没有向井内注入任何的液体及固体物质，没有发生天然气外溢现象，实现了对气体钻完井过程中井口安全的有效控制。
图1-6实体筛管下入时工程点火情况图1-7实体筛管内部结构实物图
2.环保控制技术
环保控制是国家实施可持续发展战略的前提条件，气体钻完井过程中的环保控制主要是粉尘、可燃及有毒气体污染。主要体现在粉尘随风飘散，产生大面积的污染；可燃及有毒气体来不及及时燃烧等。
2.1主要技术手段
目前，气体钻井钻完井过程中的环保控制措施主要是在排砂口附近修建大型防喷池及搭建防尘墙等，并在排砂管线上安装简易雾化降尘装置，取得了一定的效果，点火主要采用长明火来保证点火的可靠性。
2.2环保控制工艺新技术
为解决气体钻井钻完井过程中的环保控制技术难题，自主研发了环保抑尘器及油气雾化
点火装置等相关配套设备。
2.2.1环保抑尘器
环保抑尘器是一种用于气体钻完井过程中从固气两相中分离出固相，达到净化气相减小环境污染目的的专用环保装置。
如图2-1所示：环保抑尘器主要由(1)水罐及操作平台、(2)主体分离除尘罐、(3)分离罐运输底座、(4)分离罐作业底座四部分组成。
图2-1环保抑尘器装配图
该装置安装在污水池旁，具有设计巧妙、运输方便、操作简单、安全可靠的特点，能充分分离出气体钻井过程中的粉尘等固相颗粒，有效解决气体钻井过程中粉尘对环境的污染，同时避免了在排砂口修建大型防喷池等。
设备安装示意图（如图2-2所示）：
图2-2气体钻井环保抑尘器及配套设备连接图
2.2.2油气雾化点火装置
油气雾化点火装置是一种用于气体钻完井过程中的安全环保型点火装置，它能将排砂管线排放出来的气体，实施遥控式手动点火，使可燃气体及有毒气体燃烧排空。
该装置主要由主火管、导电杆、导气杆、远程控制器、电缆、遥控器等组成，结构形式分立式、卧式两种。
该装置安装在排砂管线放喷口，特别适用于各种人为所不能及的远距离点火和有毒气体的燃烧场所点火，避免了人工近距离点火的不安全因素。需要点火时，只需操作者远距离操作遥控器，导电杆末端火头处放电引燃被气体雾化的柴油，经排砂管线分离出来的可燃及有毒气体在点火装置主火管处被引燃。
设备安装示意图（如图2-3所示）：
如图2-3所示油气雾化点火装置设备安装示意图
结论
⑴冻胶阀在气体钻完井过程中起到了一种“阀”的控制功能，井口安全控制技术措施切实有效，为气体钻完井过程中井口压力的控制提供了一条新的思路。
⑵实体筛管有效解决了气体钻井完井过程中筛管下入过程中管串内密封问题，在保证井口安全的前提下，简化了完井工艺。
⑶环保抑尘器有效解决了气体钻井过程中的粉尘污染。
⑷油气雾化点火装置结构简单，操作方便，点火可靠。且在运输过程中不易损坏，使用柴油代理液化天然气，有效避免了在运输过程中的风险。
第二篇：钻井完井过程中的油气层保护技术
钻井完井过程中的油气层保护技术
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摘要：钻井完井过程中降低油气层损害是保护油气层系统工程的第一个工程环节，其目的是交给试油或采油部门一口无损害或低损害、固井质量优良的油气井。本文对钻井完井过程中油气层损害原因以及相应的油气层保护技术进行了简单的总结。
关键词：渗透率、近平衡、固井、保护油气层
一、钻井完井过程中油气层损害原因
当在油气层中钻进时，在正压差和毛管力的作用下，钻井完井液的固相进入油气层孔喉堵塞，其液相进入油气层与油气层岩石和流体作用，破坏油气层原有的平衡，从而诱发油气层潜在损害，造成渗透率下降。
钻井过程中油气层损害原因可以归纳为四个方面：
1、钻井完井液中分散相颗粒堵塞油气层
1）固相颗粒堵塞油气层
钻井完井液中存在多种固相颗粒，如膨润土、加重剂、堵漏剂、钻屑和处理剂的不容物及高聚物鱼眼等。钻井完井液中小于油气层孔喉直径或裂缝宽度的固相颗粒，在钻井完井液有效液柱压力与地层孔隙压力之间形成的压差作用下，进入油气层孔喉和裂缝中形成堵塞，造成油气层损害。
2）乳化液滴堵塞油气层
2、钻井完井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害
水敏损害、盐敏损害、碱敏损害、润湿反转、表面吸附
3、相渗透率变化引起的损害
钻井完井液滤液进入油气层，改变了井壁附近地带的油气层分布，导致油相渗透率下降，增加了油流阻力。对于气层，液相侵入（油或水）能在储层渗流通道的表面吸附而减少气体渗流截面积，甚至使气体的渗流完全丧失，即导致“液相圈闭”。
4、负压差急剧变化造成的油气层损害
中途测试或负压差钻进时，如选用的负压差过大，可诱发油气层速敏，引起油气层出砂。对于裂缝性储层，过大的负压差还可能引起井壁附近的裂缝闭合，产生应力敏感损害。此外，还会诱发有机垢、无机垢沉积。
二、保护油气层钻井完井液
钻井完井液是石油工程中最先与油气层接触的工作液，其类型和性能好坏直接关系到对油气层的损害程度，因而保护油气层钻井完井液是搞好保护油气层工作的首要技术环节。
三、保护油气层钻井完井工艺
钻进油气层时，针对影响油气层损害因素，可以采取降低压差，实现近平衡压力钻进，减少浸泡时间，优选环空返速，防止井喷井漏等措施来减少对油气层的伤害。
1、建立四个压力剖面，为井身结构和钻井液密度设计提供科学依据
地层孔隙压力、破裂压力、地应力和坍塌压力是钻井工程设计和施工的基础参数，依据上述四个压力才有可能进行合理的井身结构设计，确定出合理的钻井液密度，实现近平衡压力钻井，从而减少压差对储层所产生的损害。
2、确定合理井身结构是实现近平衡压力钻井的基本保证
井身结构设计原则有许多条，其中最重要的一条是满足保护储层实现近平衡压力钻井的需要，因为我国大部分油气田均属于多压力层系地层，只有将储层上部的不同孔隙压力或破裂
压力地层用套管封隔，才有可能采用近平衡压力钻进储层。如果不采用技术套管封隔，裸眼井段仍处于多压力层系。当下部储层压力大大低于上部地层孔隙压力或坍塌压力时，如果用依据下部储层压力系数确定的钻井液密度来钻进上部地层，则钻井中可能出现井喷、坍塌、卡钻等井下复杂情况，使钻井作业无法继续进行；如果依据上部裸眼段最高孔隙压力或坍塌压力来确定钻井液密度，尽管上部地层钻井工作进展顺利，但钻至下部低压储层时，就可能因压差过高而发生卡钻、井漏等事故，并且因高压差而给储层造成严重损害。综上所述，选用合理的井身结构是实现近平衡钻进储层的前提。
3、实现近平衡压力钻井，控制储层的压差处于安全的最低值
平衡压力钻井是指钻井时井内钻井液柱有效压力pd等于所钻地层孔隙压力pp，即压差p=pd-pp=0。此时，钻井液对油层损害程度最小。
钻进时
pdpmpapwpp(1)式中：pm——钻井液静液柱压力，Mpa;
pa——钻井液环空流动阻力，MPa;
pw——钻井液中所含岩屑增加的压力值，MPa。
起钻时，如果不调整钻井液密度，则
pdpmpspp（2）式中：pd——井内钻井液柱有效压力，MPa;
ps——抽吸压力，MPa。
从式（2）清楚看出，当钻井液柱有效压力大大小于地层孔隙压力时，就可能发生井喷和井塌等恶性事故。因而，在实际钻井作业中，为了既 确保安全钻进，又尽可能将压差控制至安全的最低值，往往采取近平衡压力钻井。即井内钻井液静液柱压力略高于地层孔隙压力。即
pmSppH100
式中：S——附加压力系数；
H——井深，m；
——钻井液密度，g/cm3。
钻储层时S=0.05~0.10
钻气层时S=0.07~0.15
为了尽可能将压差降至安全的最低限，对一般井来说，钻进时努力改善钻井液流变性和优选环空返速，降低环空流动阻力与钻屑浓度；起下钻时，调整钻井液触变性，控制起钻速度，降低抽吸压力。对于地层孔隙压力系数小于0.8的低压储层，可依据 实际的地层孔隙压力，分别选用充气钻井、泡沫流体钻井、雾流体或空气钻井，降低压差，甚至可采用负压差钻井，减少对储层的损害。
4、降低浸泡时间
钻井过程中，储层浸泡时间从钻开储层开始直至固井结束，包括纯钻进时间、起下钻接单根时间、处理事故与井下复杂情况时间、辅助工作与非生产时间、完井电测、下套管及固井时间。为了缩短浸泡 时间，减少对储层的损害，可从以下几方面着手。
（1）采用优选参数钻井，并依据地层岩石可钻性选用合适类型的牙轮钻头或PDC钻头及喷咀，提高机械钻速。
（2）采用与地层特性相匹配的钻井液，加强钻井工艺技术措施及井控工作，防止井喷、井
漏、卡钻、坍塌等井下复杂情况或事故的发生。
（3）提高测井一次成功率，缩短完井时间。
（4）加强管理，降低机修、组停、辅助工作和其它非生产时间。
四、保护油气层的固井技术
固井是钻井、完井工程各项作业之中最为重要的作业之一，此项作业中的各项技术措施与油气层是否受到损害及损害严重程度紧密相关，固井过程中保护油气层技术主要有以下三个方面：
（1）提高固井质量是固井作业中保护储层主要措施。
固井作业施工时间短、工序内容多、材料消耗大、技术性强、未知影响因素复杂。因此要优质地固好一口井，必须精心设计、精心施工、严密组织、严格质量控制，在施工后形成一个完整的水泥环，使水泥与套管、水泥与井壁固结好，水泥胶结强度高，油气水层封隔好，不窜、不漏。为满足上述要求，确保固井质量，可采取以下主要技术措施。
1）改善水泥浆性能
推广使用API标准水泥和各种优质外加剂。根据产层特性和施工井况，采用减阻、降失水、调凝、增强、抗腐蚀、防止强度衰退等外加剂，合理调配水泥浆各项性能指标，以满足安全泵注、替净、早强、防损害、耐腐蚀及稳定性的要求。
2）合理压差固井
严格按照地层压力和破裂压力设计水泥浆密度及浆柱结构，并采用 密度调节材料满足设计要求。保证注水泥过程中不发生水泥浆漏失。漏失严重的井，必须先堵漏，后固井。
3）提高顶替效率
注水泥前，必须处理好泥浆性能，使泥浆具备流动性好，触变性合理，失水造壁性好的特点。并采用优质冲洗液和隔离液、合理安放旋流扶正器位置，主封固段紊流接触时间 不低于7~10min等方法，让滞留在井壁处的“死钻井液区”尽量顶替干净。
4）防止水泥浆失重引起环空窜流
水泥浆候凝过程中地层油气水窜入环空，是水泥浆失重引起浆柱有效压力与地层压力不平衡的结果。如果高压盐水窜入水泥柱，还可导致水泥浆长期不凝。防止环空窜流，除确保良好顶替效率外，主要措施是采用特殊外加剂通过改变水泥浆自身物理化学特性以弥补失重造成的压力降低。最有效的方法是采用可压缩水泥、不渗透水泥、触变水泥、直角稠化水泥及多凝水泥等。此外还可采用分级注水泥，缩短封固段长度及井口加回压等工艺措施。
（2）降低水泥浆失水量
为了减少水泥浆固相颗粒及滤液对储层的损害，需在水泥浆中加入降失水剂，控制失水量小于250mL（尾管固井时，控制失水量小于50mL）。控制水泥浆失水量不仅有利于保护储层，而且是保证安全固井，提高环空层间封隔质量及顶替效率的关键因素。
（3）采用屏蔽暂堵钻井液技术
钻开储层时采用屏蔽暂堵钻井液技术，在井壁附近形成屏蔽环，此环带亦可在固井作业中阻止水泥浆固相颗粒和滤液进入储层。
参考文献：
[1] 徐同台，熊友明，等.保护油气层技术[M].北京：石油工业出版社2010.11
[2] 赵忠举，徐云英，等.国内外钻井液技术新发展及对21世纪的展望[J].钻井液与完井液，2000,17（6）：30—37
第三篇：钻井完井报告
钻井完井报告（含施工工作总结）施工井队：46369队报告编写：
一、设计情况1.地质概况1.1钻井性质：开发井（水平井）。1.2井口位置：井口位于J11P8H井口320.29°方向2754.04m处。1.3地理位置：**自治区**市**区泊尔江海子**音熬包村呼家圪坮社。1.4构造位置：**盆地伊盟北部隆起。1.5坐标位置：井口，A、B靶点坐标：表1-1井口及靶点坐标井口导眼靶点A靶点B靶点纵坐标(X)4412608.714412396.584412361.224411795.54横坐标(Y)19347511.8219347723.9519347759.3119348324.99距井口方位（°）135°135°135°距井口距离（m）3003501150海拔（m）1451.57-891.4-858.4垂深（m）23442343.02310.01.6设计井深：井深3349.65m；垂深：2310.0m。1.7设计方位：135°。1.8完钻层位：二叠系下统下石盒子组盒3段。1.9完钻原则：钻达设计B靶点。
第四篇：钻井完井工程
第一章 绪论
第二章 井身结构设计 钻井完井工程
1、石油钻井类型按性质和用途一般分为： 地质探井、预探井、详探井(评价井)、地质浅井、检查资料井、生产井、注水井。
2、钻机系统：动力系统、提升系统、旋转系统、循环系统、井控系统。
1、井身结构设计的主要任务是确定套管的下入层次、下入深度、水泥浆返深、水泥环厚度、生产套管尺寸及钻头尺寸。
2、井身结构设计应满足以下主要原则：
(1)能有效地保护储集层
(2)避免产生井漏、井喷、井塌、卡钻等井下复杂情况和事故，为安全、优质、高速和经济钻井创造条件
(3)当实际地层压力超过预测值发生溢流时，在一定范围内，应具有处理溢流的能力。
3、地层压力：地层压力是指岩石孔隙中流体的压力，也叫地层孔隙压力。
4、地层破裂压力：在井中，当地层压力达到某一值时会使地层破裂，这个压力称为地层破裂压力。
5、地层坍塌压力：当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍塌，我们称这个压力为地层坍塌压力。
6、异常低压产生原因：（1）生产层长期开采衰竭（2）地下水位很低
7、异常高压产生原因：
(1)沉积物的快速沉积，压实不均匀(2)渗透作用（3）构造作用（4）储集层的机构（5）油田注水
8、地层压力预测（监测）方法：(1)Dc指数法(2)声波时差法(3)地震波法
9、井身结构设计的基础参数：
(1)地质方面的数据：1）岩性剖面及故障提示2）地层压力梯度剖面3）地层破裂压力梯度剖面
(2)工程数据：
1）抽汲压力系数SW2）激动压力系数Sg3）地层压裂安全增值Sf4）溢流条件SK 5）压差允值∆PN（∆Pa）第三章 钻井液
1、钻井液的主要功用:
(1)钻井方面: 1)清洗井底，携带岩屑2)冷却、润滑钻头和钻柱3)形成泥饼，保护井壁
4)控制和平衡地层压5)悬浮岩屑和加重材料6)提供所钻地层的地质资料7)传递水功率 8)防止钻具腐蚀
(2)保护油气储集方面:保护油气层的渗透性，尽量降低对原始油气层物化性质的损害。
2、几种岩石矿物特性
(1)高岭土的结构及性能特点：晶体构造由一个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片组成，硅氧四面体片和铝氧八面体片由共用的氧原子联结在一起。
(2)蒙脱石的结构及性能特点： 蒙脱石的每一构造单位由两层硅氧四面体片和夹在它们中间的一层铝氧八面体片组成。
(3)伊利石的晶体构造和蒙脱石相类似，不同之点在于伊利石中硅氧四面体中有较多的硅被铝取代，因取代所缺的正电荷由处在相邻两个硅氧层之间的K+补偿，因K+存在于晶层之间并进入相邻氧原子网格形成的孔穴中，使各晶胞间拉得较紧，水分不易进入层间，因此它是不易膨胀的粘土矿物
3、钻井液流变性：在外力作用下，钻井液流动和变形的特性。
4、流体的基本流型：牛顿流体、塑性流体、假塑性流体、膨胀流体
5、粘度：钻井液流动时，固体颗粒之间、固体颗粒与液体之间、以及液体分子之间的内摩擦的总反映。
6、钻井液的切力是指静切力，其胶体化学的实质是凝胶强度，凝胶强度取决于单位体积中结构链环的数目和单个链环的强度。
钻井液的动切力：反映层流流动时，粘土颗粒之间及高聚物分子之间的相互作用力（形成空间网架结构的能力）。
7、宾汉塑性流型:τ= τ
n0+ηsγτ0 ：动切力（屈服值）ηs：塑性粘度(PV)γ：剪切速率(s-1)幂律流型：τ=KγK ：稠度系数n：流性指数
卡森流型： τ-τ = ηγτ:卡森动切力η：极限高剪粘度 c∞
nc∞121 21212赫－巴流型： τ=τ+ Kγ y
1版权所有，复印必究wky工作室制作
第四章 钻进工艺
1、影响钻井过程（钻速）的因素：地层岩性、钻井液性能、钻头类型、水力参数、机械参数
2、衡量岩石力学性质的参数：弹性、塑性、韧性、强度
3、石油钻井用钻头类型：刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头
4、刮刀钻头的破岩原理：撞击、压碎及小剪切、大剪切
5、三牙轮钻头的基本结构：(1)钻头本体(2)牙轮：由牙轮体和牙齿组成(3)轴承及其储油密封装置(4)喷嘴
6、牙轮钻头的破岩机理：(1冲击、压碎作用(2)剪切作用
7、金刚石钻头的破岩机理：以切削齿对地层进行切削来破碎岩石。
8、水功率传递原理：
（1）钻井液从钻井泵流出以后，先经过地面高压管线、立管、水龙带、和方钻杆。这部分称为地面管汇，不随井深变化。
（2）钻井液从方钻杆流出后，即进入钻杆和钻铤内部。这部分合称为钻柱内部，随着井深的增加而加大。
（3）钻井液从钻铤流出后即进入钻头喷嘴，形成液射流，清洗井底和破碎岩石。这是水功率传递的目的地
（4）钻井液到达井底以后，又从钻柱与井壁的环形空间返出到达地面上，钻井液在返出时还要完成一个任务——携带岩屑。
9、一般组成钻柱的基本钻具是：方钻杆、钻杆、钻铤、配合接头
钻柱承受载荷特点：轴向力、扭矩、径向挤压力、弯曲力矩、动载
10、钻柱在钻井过程中的运动形态：自转、公转、涡动、轴向振动、扭转振动、横向振动 第五章 钻井过程压力控制
1、波动压力对钻井工程的影响
(1)抽汲减少井眼中压力引起井喷(2)抽汲导致地层流体进入井眼污染泥浆
(3)下钻、下套管引起过高的激动压力而发生井漏(4)抽汲和压力激动交替变化，使井壁不稳定
2、气侵途径与方式：（1）伴随岩石破碎进入井筒（2）储集层中气体通过泥饼向井内扩散
（3）当Pm
溢流的早期发现：（1）钻井液池液面升高（2）钻速变快（3）井返出钻井流体速度增大
（4）立管压力下降（5）地面油、气、水显示（6）钻井液性能变化
3、溢流关井方法：(1)硬关井，在防喷器与四通等的旁侧通道全部关闭的情况下，立即关闭防喷器
（2）软关井，在阻流器通道开启、其他旁侧通道关闭的情况下关防喷器，然后缓慢关闭阻流器
（3）半软关井，先关万能防喷器，后关闸板防喷器，待防喷器关闭后，最后完全关闭阻流器。
4、压井方法：司钻法、工程师法、同步法、边等边加重法 第六章 井眼轨迹设计与控制
1、定向井的基本要素：井深、井斜角、方位角、井斜变化率、方位变化率、垂深、水平位移
2、实钻井眼轨迹计算与作图：平均角法、平衡正切法、曲率半径法、最小曲率法、实钻井眼轨迹作图
3、定向钻井是使井眼沿预先设计的井眼轴线（井眼轨迹）钻达预定目标的钻井过程。
4、造斜工具：钻头+直螺杆+弯接头+钻铤；钻头+弯外壳+钻铤
5、改变井眼轨迹所用的主要工具：造斜器、喷射钻头、容积式液马达（螺杆钻具）、涡轮、下部钻具组合、定向井井眼轨道自动控制系统
6、装置角定义:井斜铅垂面顺时针旋至造斜工具面所转过的角度。（井斜铅垂面与造斜工具面之间的夹角。)第七章 固井
1、为了加固井壁，保证继续钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的分层试油及在整个开采中合理的油气生产，为此入优质钢管，并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。
2、固井的基本过程：
(1)下套管：就是将单根套管及固井所需附件逐一连接下入井内的作业。
(2)注水泥：下完套管之后，把水泥浆泵入套管内，再用钻井液把水泥浆顶替到套管外环形空间设计位置。
(3)当按设计将套管下至预定井深后，装上水泥头，循环钻井液。
(4)候凝：注入井内的水泥浆要凝固并达到一定强度后才能进行后续的钻井施工或是其他施工。
3、套管柱所承受的基本外载可分为三种：
在管柱外壁上的外挤压力、作用在管柱内壁上的内压力和作用在管柱内方向与管柱轴线平行的轴向拉力。
4、套管基本参数：套管尺寸、套管壁厚与套管单位长度名义质量、螺纹类型、套管钢级
5、双向应力椭圆规律：第一象限表示套管受的是轴向拉力与内压力的联合作用，第二象限是轴向压力与内压力的联合作用，第三象限是轴向压缩力与外力的联合作用，第四象限是轴向拉力与外压力的联合作用。
6、目前国内外使用的油井水泥主要是硅酸盐水泥，是由水硬性硅酸钙为主要成分，加入适量石膏和助磨剂（或是加入适量的石膏或石膏和水），磨细制成的产品。
7、水泥浆性能：水泥浆密度、水泥浆稠化时间、水泥浆流变性、水泥浆失水量、水泥浆稳定性、水泥石抗压强度、水泥石渗透率
8、提高注水泥顶替效率的措施：
(1)加扶正器降低套管在井眼中的偏心程度(2)注水泥时活动套管(3)采用紊流或塞流流态注水泥
(4)使用注水泥前置液(5)注水泥前调查整钻井液性能(6)增加紊流接触时间(7)顶替液与钻井液的密度差
9、水泥浆密度：单位体积内所含的水泥浆的质量
10、水泥浆稠化时间：用加压稠度仪模拟井下温度压力条件，从给水泥浆加温加压时起至水泥浆稠度达100Bc所经历的时间
11、水泥浆流变性：水泥浆在外加剪切应力作用下流动变形的特性
12、水泥浆失水量：水泥浆中的自由水通过井壁渗入地层的现象
13、水泥浆稳定性：在静止状态下，由于颗粒沉降而导致水泥浆上下密度不一致的现象
14、水泥石抗压强度：水泥石在压力作用下达到破坏前单位面积上所能承受的力
15、水泥石渗透率：在一定压差下，水泥石允许流体通过的能力 第八章 完井
1、完井，油气井的完成方式，即根据油气层的地质特性和开发开采的技术要求，在井底建立油气层与油气井井筒之间的合理连通渠道或连通方式。
2、常规完井方法主要有：
(1)射孔完井方法(2)裸眼完井方法(3)割缝衬管完井方法(4)砾石充填完井(5)其他方法
3、射孔完井适用的地质条件：
①有气顶、或有底水、或有含水夹层、易塌夹层等复杂地质条件，因而要求实施分隔层段的储层 ②各分层之间存在压力、岩性等差异，因而要求实施分层测试、分层采油、分层注水、分层处理的储层。③要求实施大规模水力压裂作业的低渗透储层。④砂岩储层、碳酸盐岩裂缝性储层。
4、裸眼完井适用的地质条件：
①岩性坚硬致密，井壁稳定不坍塌的碳酸盐岩或砂岩储层。
②无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层③单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多储层。④不准备实施分隔层段，选择性处理的储层。
5、割缝衬管完井适用的地质条件：
①无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层。②单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多储层。③不准备实施分隔层段，选择性处理的储层。④岩性较为疏松的中、粗砂粒储层。
6、裸眼砾石充填完井适用的地质条件：
①无气顶、无底水、无含水夹层的储层。②单一厚储层，或压力、物性基本一致的多储层。③不准备实施分隔层段，选择性处理的储层。④岩性疏松出砂严重的中、粗、细砂粒储层。
7、套管砾石充填完井适用的地质条件：
①有气顶、或有底水、或有含水夹层、易塌夹层等复杂地质条件，因而要求实施分隔层段的储层。②各分层之间存在压力、岩性差异，因而要求实施选择性处理的储层。
③岩性疏松出砂严重的中、粗、细砂粒储层。
3、一口井从上往下是由井口装置、完井管柱和井底结构三部分组成。井口装置包括套管头、油管头和采油（气）树三部分 第九章 储层保护
1、储层损害：在钻井、完井井下作业及油气田开采全过程中，造成储层渗透率下降的现象。
2、储层保护技术：认识和诊断储层损害原因及损害过程的各种手段、防止和解除储层损害的各种技术措施
3、钻井过程中储层损害原因：
(1)钻井液中固相颗粒堵塞储层(2)钻井液滤液与储层岩石不配伍引起的损害
(3)钻井液滤液与储层流体不配伍引起的损害(4)油相渗透率变化引起的损害
(5)负压差急剧变化造成的储层损害
4、钻井过程中影响储层损害程度的工程因素：
（1）压差（2）浸泡时间（3）环空返速（4）钻井液性能
第五篇：《钻井与完井工程》工程设计教学大纲
《钻井工程设计》教学大纲
《钻井与完井工程》课建小组
一、课程性质及任务说明
《钻井与完井工程》工程设计是石油工程专业学生的专业课程设计——“石油工程设计”的重要组成部分之一。本课程设计的任务是：教授及指导学生进行并完成一口直井的钻井工程施工设计。
本课程总学时为2周学时。教材为周开吉、郝俊芳教授编写的《钻井工程设计》。
二、课程目的与基本要求
本课程设计的主要目的是：使学生明白钻井工程设计所包含的基本内容、设计的整体过程及各部分设计之间的相互关系；使学生加深对《钻井与完井工程》课程内容的理解和掌握、进一步了解石油工程相关课程的内在联系；培养学生的设计、计算和绘图的能力；培养学生编制设计文本的能力；进一步培养学生的工程意识及利用已获取知识分析、解决实际工程问题的能力；进一步培养学生通过自学获取知识的能力；培养学生综合利用已学知识的能力。
本课程设计的基本要求是：学生在教师的指导下完成一口直井的钻井工程施工设计，掌握“教学内容”中所规定的各部分设计的基本原理、方法，会进行相关的设计计算；掌握有关工程手册的查阅方法。所完成的设计应包含教学内容中所规定的全部内容。学生最终应提交所设计井 “钻井设计”（注：指设计结果）及相应的“钻井工程设计说明”（注：指具体的设计计算过程）的合订文本。
三、教学内容
1、指导教师给每个学生下达一份一口直井的工程设计任务书。
2、学生在指导教师的指导下进行并完成下述设计：（1）井身结构设计（2）固井工程设计
可以只进行一层套管的套管强度设计，但该层套管必须是技术套管或油层套管（以后将称为“所选定套管层次”，相应的钻进井段称为“所选定井段”）。同时进行该层套管的水泥及注水泥设计（可以不进行泵压计算）。水泥及注水泥设计至少针对该层套管进行。
（3）钻柱设计:至少针对所选定井段进行设计。（4）钻机选择
（5）钻井液设计:至少针对所选定井段进行设计（可以不设计钻井液的具体配方）。（6）钻头、水力参数和钻井参数设计:至少针对进行了机械破碎参数设计的二只钻头进行设计。
（7）下部钻具组合设计:视需要进行设计，可以只进行类型选择。上述（2）-（7）项计算所选择的井段不得小于3000m。
四、对学生所提交设计文本的要求
1、学生所提交设计文本主要包含两个文本：（1）反映所设计井所有必要设计结果的“钻井设计”；（2）反映所设计井整过钻井工程设计计算过程的“钻井工程设计说明”。
2、“钻井设计”文本格式及内容按指导教师的要求编写。所有数据应与“钻井工程设计说明”一致。
3、“钻井工程设计说明”应详细反映出所设计井整过钻井工程设计计算的过程，注意突出对设计方法选用、设计系数选取、设计因素考虑等的道理的阐述，并指明有关方法、系数、数据、公式等的出处或来源。公式在文中第一次出现时应给出其引用的完整形式，并说明式中各参数的含义及单位。文本内容应条理清楚、文理通顺。
4、设计文本抄写应字迹工整、图表清晰美观，文本中图、表、公式等应分别统一编号。
5、推荐的设计文本格式见附件：“钻井工程设计文本推荐格式”。
五、学生成绩考核与评定的推荐方法
1、本课程设计学生的最终成绩建议由三部分构成：提交的设计文本成绩、平时成绩、设计结束时的综合考核成绩。建议各部分成绩在最终成绩中所占的比例为：60％、20％、20％。
2、设计结束后，综合考核方式由指导教师小组商定。
六、教学组织
l、本课程以学生自学、教师指导和答疑方式为主。教师可视需要进行少量必要的课堂讲课。
2、按每名教师指导20～30名学生的数量配备指导教师。指导教师应具有讲师或讲师以上的职称（或相当职称）。
3、在本课程设计开始时教师将设计任务书、本教学大纲及设计文本的三个封面（见附件）发给学生。
4、指导教师应使每个学生的设计任务书均有所差别，从而使每个学生的设计结果均有所差别。
七、参考书籍
（1）刘希圣.钻井工艺原理（上、中、下）.北京：石油工业出版社（2）黄汉仁,杨坤鹏,罗平亚.泥浆工艺原理.北京：石油工业出版社
（3）《钻井手册（甲方）》编写组.钻井手册（甲方）（上、下）.北京：石油工业出版社
