第6章钻进技术及压力控制

第6章钻进技术及压力控制6.1技术措施6.2井斜6.3地层压力6.4井内压力平衡钻进技术包括的内容很多，如设备、工具性能，人员素质及管理水平，技术措施等。评价技术措施好坏的的标准可以不同：完成钻井目的的好坏：井身质量钻进速度的快慢：机械钻速钻井成本高低：每米成本要求：优质、快速、高效重点介绍两部分：以提高机械钻速为目的的技术措施井身质量方面井斜的概念及原因

6.1技术措施一、影响钻速的因素：

分为可控因素与不可控因素

可控因素很多，主要包括钻压、转速、水力因素、牙齿磨损、泥浆性能等。为研究各影响因素的作用，一般采用单因素实验的方法来研究。6.1技术措施钻压(最活跃的参数)oa段：钻头切削刃不能吃入岩石(研磨)。ab段：钻头切削刃逐步吃入岩石。b点：几乎全部吃入岩石。若水力作用跟得上，沿1线；若水力作用跟不上则沿2线。w0—门限钻压(大小随岩石而变)(目前通用钻压范围内)：6.1技术措施转速钻速增长率低于转速增长率，原因有：转速增加牙齿作用岩石的时间缩短牙齿吃入与破碎岩石的效率下降转一周破碎深度减少。井底清洁情况随岩屑量增加而变差。6.1技术措施转速与钻速的关系水力因素射流作用：净化井底。保持和扩大预破碎带裂缝。直接水力破岩。井底净化过程：岩屑离开母体。推离井底。环空举升。6.1技术措施钻速与水力参数关系曲线离开母体：压持效应(静压力或循环压力>地层孔隙压力)，射流冲击力克服压持效应。推离井底：漫流速度。钻头水功率增加冲击力和漫流速度增加(

)另外，Nb增加，破碎带裂缝扩大，水力破岩。

喷射钻进技术(高泵压，高排量)。6.1技术措施钻井液性能的影响包括：密度，粘度，固相含量等。密度：主要是压差(压持效应)，压差增加，钻速下降。平衡压力钻井技术粘度：粘度钻速原因：粘度循环压耗钻头水功率增加压持效应6.1技术措施固相含量影响增大粘度增大钻头磨损泥浆泵的磨损结果：钻速下降(采用低固相泥浆，固相<4%)6.1技术措施6.1技术措施二、钻头磨损1.钻头牙齿的磨损钻压越大牙齿磨损增加转速增加牙齿磨损增加结果：钻速下降。2.轴承磨损(关系同上)多数情况下，轴承先于牙齿磨损6.1技术措施三、钻进技术参数优选

按某种最优原则，选配各种钻井技术参数，一般是优选钻头类型、钻压、转速、泵压、排量、钻头喷咀直径等。一般按每米钻井成本最低为原则，优选参数。6.1技术措施一、井眼轨道与井眼轨迹井眼轨道：一口井开钻之前，预先设计的井眼轴线形状。

直井轨道：过井口的铅垂线

定向井轨道：二维定向井：过井口和目标点的铅锤面上的曲线。三维定向井：具有不同曲率的空间曲线。

轨道设计：定向井、水平井、侧钻井、大位移井等。井眼轨迹：一口井实际钻成后的井眼轴线形状。

轨迹控制：直井防斜打直；特殊工艺井控制井斜和方位，使轨道和轨迹相一致。6.2井眼轨道描述井眼状态的几个概念：井深：转盘补心到井下一点的井眼轴线长度。井斜角：某深度井眼轴线切线与铅垂线的夹角。方位角：某一井深处井眼轴线投影的切线与正北方向的夹角。井底水平位移：井口与井底在水平面上投影的直线距离。井斜角变化率：单位井身长度井斜角变化值。方位角变化率：指单位井身长度方位角变化值。6.2井眼轨道二、井斜的原因地质因素(地层)工程因素：钻柱弯曲钻头倾向于沿阻力最小的方向钻进。1.地质因素地层倾角(45-60°)层状地层地层各向异性岩性软硬交错6.2井眼轨道地层软硬交错2.钻柱弯曲6.2井眼轨道主要原因是钻具的倾斜和弯曲：引起钻头倾斜，在井底形成不对称切削；使钻头受侧向力作用，产生侧向切削。“底部钻具组合”(BottomHoleAssembly)，简称BHA

导致钻具倾斜和弯曲的原因：钻具和井眼有一定的空隙；钻压的作用，钻柱受压靠近井壁或发生弯曲；钻具本身的弯曲，转盘安装不平、井加安装不正等。

地层中有油、气、水，且有一定压力。这些压力的大小沿不同的井深，差别很大。正常情况这些压力由泥浆柱压力平衡着。若由于某种原因(如高压层、抽吸、气浸等)引起泥浆柱压力小于地层压力，则会发生井涌，井喷等事故；若泥浆柱压力大于地层破裂压力或遇到低压层，则会发生井漏事故。6.3地层压力静液压力：

上覆岩层压力：该层以上岩石+孔隙流体总重产生的压力。地层孔隙压力：某地层的岩石孔隙或裂缝中含油气水等流体所具有的压力。地层破裂压力：地层沿强度最弱处破裂形成裂缝时的压力。某压力的当量泥浆密度：若井眼内充满了这种密度的泥浆，则它在该处所具有的静压力正好等于该压力。

压力梯度：单位深度压力变化值。6.3地层压力地下客观存在的压力：地层孔隙压力：Pp地层破裂压力：Pf井眼内可以调整控制的压力：井内泥浆柱实际压力：Pm平衡：Pp

<Pm<Pf失衡：Pm<Pp

发生溢流井涌井喷

Pm>Pf

发生地层破裂井漏6.4井内压力平衡一、地层孔隙压力的分类正常压力(静水压力)：淡水1000～盐水1070kg/m3异常高压(大于静水压力)异常低压(小于静水压力)异常压力的预测是钻井很重要的内容(略)。6.4井内压力平衡二、井内泥浆压力指井内地层受到的泥浆作用的压力。有几个方面：静压力起钻抽吸压力下钻激动压力环空压降引起的压力增量。开泵蹩压引起的压力增量。起钻未灌泥浆引起液面降低，减少的压力。

这些压力不会同时出现，分别出现在不同的作业过程中，最基本的是静液柱压力，其值加减相应的增量即是泥浆实际压力。6.4井内压力平衡三、井内压力平衡要维持压力平衡状态：必须准确地预测Pp和Pf。必须合理设计泥浆密度，一般是最低使：经验值：(油层)

(气层)在某些特殊地层很难保证平衡：Pp～Pf范围很窄。6.4井内压力平衡四、压井溢流、井涌或井喷后，向井内打入一定密度的重泥浆以制止井喷的工艺过程叫压井：重建井眼压力平衡的过程。过程为：关井求压；设计泥浆密度；循环重泥浆，替出轻泥浆。6.4井内压力平衡◆射流的扩散角：射流纵剖面上周界母线的夹角，可表示射流的密集程度。◆初始速度：喷嘴出口断面上的速度（基本相等）◆射流流速核：射流中心保持初始速度流动的流束。其长度主要受喷嘴直径和喷嘴内流道的影响。◆射流的动能转换成对井底的压能，形成井底冲击压力波。◆井底漫流：射流在井底限制下沿井底方向流动返回射流的水力特性：(1)射流的冲击压力作用对岩屑的冲击翻转作用：作用在井底岩屑上的压力极不均匀，使