石油工程概论

石油工程概论目录第一章

绪论第二章油藏流体的物理性质第三章油藏岩石的物理性质第四章油田开发设计基础第五章油藏开发动态分析方法第六章油气钻井方法及工艺第七章钻进工艺技术第八章固井、完井与试油第九章自喷及气举采油技术第十章机械采油技术第十一章注水与油水井措施第十二章提高采收率原理与方法

第一章绪论一、石油工程概述三、预备知识

——油气藏的形成与类型二、学习要求一、石油工程概述1.石油工程的定义

经济有效地将深埋于地下油气从油气藏中开采到地面所实施的一系列工程和工艺技术的总称。包括油藏、钻井、采油和石油地面工程等。确定钻井方法和钻进工艺技术，建立起一条开采油气的通道，保护油气层。研究油气田地质资料，掌握地下油气的分布状况，掌握储层及其流体的性质与特点，制定合理的开发方案。油田开采过程中根据开发目标通过产油井和注入井对油藏采取的各项工程技术措施的总称。油气的分离、储存、输送等

石油工程是集多种工艺技术和工程措施于一体，多种工艺技术相互配合、相互渗透、相互促进和发展的综合工程。勘探发现具有工业油气流的含油气构造制定合理的开发方案进行合理的钻井设计和科学的钻井施工2.石油工程任务制定采油工程方案，确定采油工艺技术开发的动态监测与开发调整采取有效措施，提高原油采收率经济有效地提高油田产量和原油采收率3.石油工程目标1.课程特点多2.学习方法联系实际深刻理解善于归纳3.要求认真听讲、做好笔记等。散难二、学习要求三、油气藏的形成与类型油气藏：运移着的油气，由于遮挡物的作用，阻止了它们继续运移，而在储集层富集起来就形成了油气藏。因此，科学地开发油气藏，需要首先对油气的产生、运移、储集过程及油气藏形成的条件和规律有一个基本的了解石油工程研究对象：油气藏。1．石油的生成有机成因说无机成因说古代生物遗骸沉积石油和天然气保存无氧条件温度压力条件物理化学变化碳化物说宇宙说岩浆说石油的形成与岩浆冷却时碳氢化合物聚合有关。2．油气藏的形成石油生成保存聚集运移形成油气藏生油层储油层盖层保护层油气藏形成必要条件图1-1背斜构造油藏图1-3岩性油藏3.油气藏的类型(完)(1)背斜构造油藏(2)断层遮挡油藏或断层封闭油藏(3)岩性油藏图1-2断层遮挡油藏图1-5不整合封闭油藏(4)不整合封闭油气藏(5)古潜山、礁块油气藏等构造型油气藏及其它(2)断层遮挡油藏或断层封闭油藏(3)岩性油藏(4)不整合封闭油气藏(1)背斜构造油藏第二章油藏流体的物理性质（1）高温高压，且石油中溶解有大量的烃类气体；油藏流体石油天然气地层水油藏流体的特点：储层烃类：C、H（2）随温度、压力的变化，油藏流体的物理性质也会发生变化。同时会出现原油脱气、析蜡、地层水析盐或气体溶解等相态转化现象。第一节油气的化学组成一、天然气的组成

石蜡族低分子饱和烷烃（主要）CH470－98％C2H6C3H8C4H10

非烃气体（少量）H2S惰性气体He、ArH2ON2COCO2>C5

天然气组成的表示方法摩尔组成质量组成体积组成理想气体矿藏汽油蒸汽含量硫含量凝析气油藏气气藏气干气<100g/m3≥100g/m3富气酸气≥1g/m3净气<1g/m3

天然气的分类（>C5H12）

环烷烃

芳香烃

其它化合物

烷烃C5～C16含氧化合物含硫化合物含氮化合物高分子杂环化合物苯酚、脂肪酸硫醇、硫醚、噻吩吡咯、吡啶、喹啉、吲哚胶质、沥青质二、石油的组成商品性质指标：馏分组成含硫量沥青质胶质含蜡量凝固点粘度相对密度第二节油气的相态相态：物质在一定条件（温度和压力）下所处的状态。油藏烃类的相态通常用P－T图研究。相：某一体系或系统中具有相同成分，相同物理、化学性质的均匀物质部分。

油藏烃类一般有气、液、固三种相态相图多组分烃类系统相图

四区

三线

五点

各类油气藏的开发特点四区液相区反常凝析区气液两相区气相区PCT线包围的阴影部分三线泡点线AC线，液相区与两相区的分界线露点线BC线，气相区与两相区的分界线等液相线虚线，线上的液量的含量相等AC线以上BC线右下方ACB线包围的区域五点泡点AC线上的点，也称饱和压力点露点BC线上的点临界点C点，泡点线与露点线的交点临界凝析压力点P点，两相共存的最高压力点临界凝析温度点T点，两相共存的最高温度点油藏气藏油气藏凝析气藏各类油气藏的开发特点1点－油藏液态压力下降泡点线(饱和压力)压力下降气液两相4点－凝析气藏气态压力下降气液两相压力下降气态2点－饱和油藏液态压力稍微下降气液两相3点－气藏气态压力下降气态第三节油气的溶解与分离一、天然气在原油中的溶解亨利定律：适用条件②单组分气体在液体中的溶解。α——溶解系数，其值反映了气体在液体中溶解能力的大小，标m3/MPa亨利定律的物理意义温度一定，气体在单位体积液体中的溶解量与压力成正比。①分子结构差异较大的气液体系。Rs——溶解度，压力为P时单位体积液体中溶解的气量,标m3/m3；40℃时不同气体在相对密度为0.873的石油中的溶解度(卡佳霍夫,1956)1—氮气2—甲烷3—天然气某天然气在不同原油中的溶解度曲线1─γo=0.7389；2─γo=0.80173─γo=0.8498；4─γo=0.9340天然气在原油中溶解度的典型曲线天然气在原油中溶解的影响因素：①天然气的溶解曲线不是线性的②天然气的组成③石油的组成随着温度的升高，天然气的溶解度下降天然气中重质组分愈多，相对密度愈大，其在原油中的溶解度也愈大相同的温度和压力下，同一种天然气在轻质油中的溶解度大于在重质油中的溶解度④温度⑤压力随着压力的升高，天然气的溶解度增大先溶解重烃，曲线较陡；再溶解轻烃，曲线较直，斜率小二、油气分离易溶解于石油的气体组分，不容易从石油中分离出来难溶解于石油的气体，容易从石油中分离出来分离方式接触分离(闪蒸脱气，一次脱气)微分分离（多级脱气）多级脱气矿场常用气多气少一次脱气示意图多级脱气示意图第四节地层油的高压物性地层油：高温高压，溶解有大量的天然气一、地层油的溶解气油比Rs1.定义①在油藏温度和压力下地层油中溶解的气量，标m3/m3。②单位体积地面油在油藏条件下所溶解的标准状况下的气体体积，标m3/m3。地层油的溶解气油比是用接触脱气的方法得到的。2.影响因素①油气性质溶解气油比与压力的关系②压力油气密度差异越小，地层油的溶解气油比越大。③温度T↗，Rs↘二、地层油的密度和相对密度1.地层油的密度地层油的密度是指单位体积地层油的质量，kg/m3。一般，地层油的密度小于地面油的密度。2.地面油的相对密度20℃时的地面油密度与4℃时水密度之比。？三、地层油的体积系数又称原油地下体积系数，是指原油在地下体积(即地层油体积)与其在地面脱气后的体积之比。一般地，Bo>1。影响因素分析：轻烃组分所占比例↗，Bo↗①组成③油藏温度T↗，Bo↗④油藏压力P↗,Bo↘当P>Pb时，P↗,Bo↗

当P<Pb时，当P=Pb时，Bo＝Bomax②溶解气油比Rs↗,Bo↗体积系数与压力的关系两相体积系数：油藏压力低于泡点压力时，在给定压力下地层油和其释放出气体的总体积(两相体积)与它在地面脱气后的体积(地面原油体积)之比。因为：所以：四、地层油的等温压缩系数在温度一定的条件下，单位体积地层油随压力变化的体积变化率，1/MPa由于：所以：影响因素分析：轻烃组分所占比例↗，Co↗①组成③温度T↗，Co↗P↗,Co↘④压力②溶解气油比Rs↗,Co↗五、地层油的粘度根据牛顿内摩擦定律：影响因素分析：轻烃组分所占比例↗,μo↘①组成③温度T↗，μo↘④压力②溶解气油比Rs↗,μo↘μo～P、T关系一、天然气的压缩因子方程理想气体的假设条件：1.气体分子无体积，是个质点；2.气体分子间无作用力；3.气体分子间是弹性碰撞；理想气体状态方程：天然气处于高温、高压状态多组分混合物，不是理想气体第五节天然气的高压物性体积系数压缩系数粘度压缩因子压缩因子压缩因子：一定温度和压力条件下，一定质量气体实际占有的体积与在相同条件下理想气体占有的体积之比。实际气体的状态方程：压缩因子Z可以由图版查得。Z<1实际气体较理想气体易压缩Z>1实际气体较理想气体难压缩Z＝1实际气体成为理想气体压缩因子Z的物理意义：实际气体与理想气体的差别。二、天然气的体积系数地面标准状态下单位体积天然气在地层条件下的体积。三、天然气的等温压缩系数在等温条件下单位体积气体随压力变化的体积变化率。四、天然气的粘度1.低压下大气压下天然气的粘度曲线①气体的粘度随温度的增加而增加；②气体的粘度随气体分子量的增大而减小；③低压范围内，气体的粘度几乎与压力无关。2.高压下①气体的粘度随压力的增加而增加；在高压下，气体密度变大，气体分子间的相互作用力起主要作用，气体层间产生单位速度梯度所需的层面剪切应力很大。②气体的粘度随温度的增加而减小；③气体的粘度随气体分子量的增加而增加。高压下，气体的粘度具有类似于液态粘度的特点。第六节地层水的高压物性地层水油层水(与油同层)和外部水(与油不同层)的总称油层水底水边水层间水束缚水外部水上层水下层水构造水地层水长期与岩石和地层油接触地层水中含有大量的无机盐一、地层水的矿化度1、地层水中的离子阳离子Na+1、K+1、Ca+2、Mg+2Cl-1、CO3-2、SO4-2、HCO3-1阴离子2、矿化度水中矿物盐的质量浓度，通常用mg/l表示地层水的总矿化度表示水中正负离子的总和不同油藏的地层水矿化度差别很大二、地层水的分类苏林分类法具体思路根据水中Na+（包括K+）和Cl-的当量比，利用水中正负离子的化合顺序，以水中某种化合物出现的趋势而命名水型。氯化镁(MgCl2)水型重碳酸钠(NaHCO3)水型硫酸钠(Na2SO4)水型氯化钙(CaCl2)水型三、地层水的高压物性1.溶解气很少地层水溶解盐类是影响地层水高压物性的根本原因压力在10MPa下，1m3地层水中溶解天然气不超过2m32.地层水的体积系数油藏条件下的体积地面条件下的体积溶解有天然气的地层水纯水地层水体积系数与压力、温度关系④地层水Bw受温度的影响大于受压力及溶解气的影响。①Bw随温度的增加而增加；③溶解有天然气的水比纯水的体积系数大些；②Bw随压力的增加而减小；综合分析：3.等温压缩系数无溶解气地层水压缩系数①随压力上升,地层水压缩系数下降；②随温度上升地层水压缩系数先下降后上升；③随溶解气量的增加,地层水压缩系数显著上升；④地层水的压缩系数随水的矿化度升高而降低。Cw的变化规律4.地层水的粘度a－水的粘度与温度、压力关系；1.0.1MPa；2.50MPab－水的粘度与温度、矿化度关系；1.纯水；2.矿化度60000mg/L地层水粘度与温度、压力、矿化度关系(完)第三章油藏岩石的物理性质岩石孔隙裂缝溶洞储集空间渗流通道油气储集层（油藏）储集油气的岩石储集其中的流体为油气提供孔隙性渗透性岩石沉积岩如碎屑岩、碳酸盐岩等岩浆岩如花岗岩、玄武岩等如大理岩、片麻岩等变质岩(世界99%以上)沉积岩层碎屑岩储集层碳酸盐岩储集层我国大部分油田波斯湾盆地华北古潜山油田决定于碳酸盐岩的结构组分及其组合或结合关系决定于碎屑颗粒的大小及其组合或结合关系碎屑岩的孔渗特性碳酸盐岩的孔渗特性第一节砂岩的骨架性质砂粒的大小、形状、排列方式、胶结物的数量、性质及其胶结方式都将影响到岩石的孔渗特性。性质不同、形状各异、大小不等岩石的骨架砂粒胶结物孔隙：砂粒间未被胶结物或固体物质充填的空间

砂岩的粒度组成：构成砂岩的各种颗粒的相对含量。描述岩石颗粒大小的均匀程度。

粒度组成分析结果的表示方法：粒度频率分布曲线(或直方图),粒度组成累计曲线粒度组成概率曲线

粒度评价指标：①不均匀系数②分选系数泥质粘土矿物(遇水膨胀)灰质碳酸盐类矿物(遇酸反应)硫酸盐石膏和硬石膏(高温脱水)硅质硅酸盐(胶结最结实)

岩石的胶结物：

胶结类型：基底胶结孔隙胶结接触胶结杂乱胶结第二节油藏岩石的孔隙性一、储层岩石的孔隙和孔隙结构1、孔隙岩石中未被碎屑颗粒、胶结物或其它固体物质充填的空间。裂隙(缝)孔隙空洞空隙砂岩的孔隙大小和形态取决于砂粒的相互接触关系、后来的成岩后生作用引起的变化以及胶结状况孔隙2、孔隙结构：岩石中孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通关系

孔隙结构对岩石储集性能和渗透能力有影响。

岩石的孔隙结构与颗粒的大小、分选性质、颗粒接触方式等密切相关。二、储层岩石的孔隙度或：单位岩石体积中孔隙体积所占的比例。1.定义：岩石孔隙体积与岩石外表体积之比；2.孔隙度的分类(1)绝对孔隙度(2)有效孔隙度岩石总孔隙体积或绝对孔隙体积岩石外表体积或视体积被油、气、水饱和且连通的孔隙体积岩石外表体积或视体积储层岩石(砂岩)孔隙度评价岩石流动孔隙度与作用压差大小有关：压差越大,岩石孔隙中发生流动的流体体积越大,则流动孔隙度越大。(3)流动孔隙度与可动流体体积相当的那部分孔隙体积岩石外表体积或视体积三种孔隙度的关系：矿场资料和文献上不特别标明的孔隙度均指有效孔隙度。三、碳酸盐岩储层孔隙度φf——

次生孔隙度(裂缝或孔洞孔隙度),小数。φp——

原生孔隙度,小数；φt——

总孔隙度,小数；第三节油藏流体饱和度一、油藏流体饱和度单位孔隙体积中流体所占的比例。(同一油藏)二、束缚水饱和度分布和残存在岩石颗粒接触处角隅和微细孔隙中或吸附在岩石骨架颗粒表面，不可流动的水1、束缚水单位孔隙体积中束缚水所占的比例2、束缚水饱和度Swc3、束缚水饱和度影响因素分析：①岩石的孔隙结构②岩石中泥质含量③岩石的润湿性岩石孔隙小，连通性差，束缚水饱和度大。随岩石亲水性的增强，束缚水饱和度增加。泥质含量增加，束缚水饱和度增大。油藏的原始含油饱和度4、储量计算油藏的地质储量三、残余油饱和度1、残余油被工作剂驱洗过的地层中被滞留或闭锁在岩石孔隙中的油。残余油占储层的孔隙体积的比例。2、残余油饱和度第四节油藏岩石的压缩系数一、油藏岩石的压缩系数Cp以岩石的孔隙体积为基数的压缩系数，1/MPa；矿场常用：油藏压力每变化单位压降时岩石孔隙体积的变化率。二、油藏的综合压缩系数计算油藏的弹性可采储量：第五节油藏岩石的渗透性岩石的渗透性：在一定的压差作用下，储层岩石让流体在其中流动的性质。其大小用渗透率表示。一、达西定律1856年、法国人、享利·达西未胶结砂充填模型水流渗滤试验达西实验装置达西方程：渗透率绝对渗透率：渗透率是油藏岩石的性能参数，其大小只取决于岩石本身，而与实验流体无关。二、气测渗透率在岩石长度L的每一断面的压力不同，气体体积流量在岩石内各点上是变化的，是沿着压力下降的方向不断膨胀。玻义尔—马略特定律则：分离变量并积分，则：气测渗透率的计算公式：液体在孔道中心的液体分子比靠近孔道壁表面的分子流速要高；而且,越靠近孔道壁表面,分子流速越低；靠近孔壁表面的气体分子与孔道中心的分子流速几乎没有什么差别。气体气体渗透率大于液体渗透率的根本原因Klinkenberg效应滑动效应或三、克林肯柏格效应同一岩石，气测渗透率总比液测渗透率高。实践发现：气体滑动效应示意图a-孔道中的液体流动；b-同一孔道中气体流动Klinkenbeger实验结果(1)不同平均压力下测得的气体渗透率不同；(2)不同气体测得的渗透率不同；(3)不同气体测得渗透率和平均压力的直线关系，当平均压力趋于无穷大时，交纵坐标于一点。等价液体渗透率Klinkenberg渗透率或Klinkenberg渗透率：K∞—Klinbenberg渗透率,μm2；式中Kg—

在平均压力和流量下测得的气体渗透率,μm2；b—

与岩石孔隙结构及气体分子平均自由程有关的系数,亦称Klinkenberg系数。c—

比例系数；λ—

气体分子平均自由程；r—

岩石孔隙半径；—平均气体压力。四、油藏岩石渗透率的评价五、影响渗透率的因素1、沉积作用对渗透率的影响砂岩的粒度分布范围越广，颗粒分选性越差，胶结物质含量越多，其渗透率就越低。(1)岩石结构和构造特征对渗透率的影响式中C——

常系数,具体数值与岩石粒度有关；d——

岩石平均颗粒直径,μm；a——

岩石颗粒的标准偏差；K——

岩石渗透率,10-3×μm2。渗透率与平均颗粒直径的平方成正比，与颗粒的分选性成反比。(2)岩石孔隙结构对渗透率的影响式中：φ——

岩石孔隙度,小数；r——

孔喉半径,μm；τ——迂曲度，表示孔道的曲折程度，τ=1.5～5.5。2、成岩作用对岩石渗透率的影响主要表现为压实作用，胶结作用和溶蚀作用等方面(1)压实作用：渗透率随上覆压力增加而降低(2)胶结作用：胶结物质的沉淀和胶结作用都会使岩石的孔隙通道变小，喉道变细，孔隙曲折性增加，孔隙内表面粗糙度增大，因而引起岩石渗透率显著降低。(3)溶蚀作用：溶蚀作用对岩石渗透率有影响，一般使其变大。3、构造(地应力)作用对渗透率的影响储层岩石在地下应力场的作用下，会形成断裂和微裂缝，裂缝对岩石渗透率的影响是巨大的：式中Kf——

裂缝渗透率，μm2；b——

裂缝宽度，μm；φr——裂缝孔隙度，小数。低渗、特低渗储层，若在构造(地应力)作用产生或存在微裂缝时极有可能变成具有中高渗透率的储层。4、流体—岩石系统的相互作用对渗透率的影响流体和岩石接触以后或多或少地发生物理和物理化学作用水＋粘土矿物悬浮物沉淀胶质、沥青质和石蜡吸附流体流速过大造成微粒剥落运移渗透率下降六、有效渗透率和相对渗透率1、有效渗透率(1)定义：多相流体共存时，岩石允许每一相流体通过的能力。(2)有效渗透率与绝对渗透率之间的关系2、相对渗透率(2)相对渗透率的大小(1)定义：多相流体共存时，每一相的有效渗透率与岩石绝对渗透率的比值。多相流体共存时，各相流体相对渗透率之和总是小于1。3、相对渗透率曲线(1)定义：相对渗透率与流体饱和度关系曲线(2)典型的相对渗透率曲线油水相对渗透率A区：Sw≤Swi；B区：Swi<Sw<1-Sor；C区：Sw≥1-Sor；(3)相对渗透率曲线的应用①预测水驱油藏的最终采收率最终采收率＝＝②计算含水率===第六节油藏岩石润湿性和油水微观分布润湿现象:干净的玻璃板上滴一滴水水迅速散成薄薄的一层干净的玻璃板上滴一滴水银水银聚拢形成球状在铜片上滴一滴水银水银呈馒头状一、岩石的润湿性1、润湿的定义液体在表面分子力作用下在固体表面的流散现象。2、衡量润湿性的参数润湿角θ过气液固或液液固三相交点对液滴表面所作的切线与液固表面所夹的角。定义：油水对固体表面的润湿平衡1－水2－油3－固体(从极性大的一端算起)所以由于润湿的实质是三相界面张力作用的结果。3－固体1－水2－油油水对固体表面的润湿平衡3、润湿性的判断θ<90°岩石表面亲水θ=90°岩石表面中间润湿θ>90°岩石表面亲油θ＝0°岩石表面完全水湿岩石表面完全油湿θ=180°天然岩石的表面性质（矿物成份和粗糙度等）大量实验表明：岩石的润湿性主要取决于原油中极性组分的含量二、油水的微观分布1、亲水岩石中的油水分布2、亲油岩石中的油水分布注水开发油田亲水岩石:亲油岩石:位于孔道中间的油很容易被驱替出位于岩石颗粒表面和微孔隙中的油很难驱替出来水驱结束后孔隙空间只剩下被分割的油滴亲水岩石的水驱采收率大于亲油岩石的水驱采收率。同样条件下(完)对于具有工业开采价值的油田，依据详探成果和必要的生产性开发试验，在综合研究的基础上，按照国民经济发展对原油生产的要求，从油田的实际情况和生产规律出发，制订出合理的开发方案并对油田进行建设和投产，使油田按预定的生产能力和经济效果长期生产，第四章油田开发设计基础油田开发直至开发结束的全过程。开发方案的调整和完善一个油田的正规开发一般要经历三个阶段：开发前的准备阶段开发设计和投产详探开发试验油层研究和评价全面布置开发井制订和实施完井方案、注采方案(开发方案的制订和实施)工艺技术措施调整井网层系调整开发方式调整第一节油田开发准备

通过油田详探和开辟开发先导试验区认识油藏，油田开发准备阶段的主要目的：

落实地质储量，

掌握一定的油田生产规律，

为编制正式开发方案提供切实可行的依据。一、油田详探含油层系岩石和流体物性研究、工艺技术实施的模拟试验等。地质研究工作以含油层系为基础的地质研究、储油层的构造特征研究、油水分布关系分析、分区分层组的储量计算等开发工程技术研究包括油井生产能力和动态研究、油层边界的性质研究以及油层天然能量、驱动类型和压力系统确定、合理工艺技术和油层改造措施研究等。室内试验研究详探阶段的主要任务详探方法地震细测详探资料井取芯资料井测井试油和试采分析化验及室内试验研究详探目的:对油藏地质情况和生产动态的认识，是编制开发方案的必备基础落实构造形态、断层状况等。直接认识油层。取得岩心与流体的样品。各油层及其中流体的物性。生产试验。二、油田生产试验区和开发试验②验证正式开发过程中所采取措施和决策的正确性与完善性。目的：①选择应具有代表性的试验区，通过生产实践和综合研究，充分认识油藏地质情况，掌握其生产的动态规律。第二节油藏驱动方式及其开采特征一、油藏驱油能量人工向油层注水、注气来增加油层驱油能量①边水压头所具有的驱油能量②原油中的溶解气析出并发生膨胀所产生的驱油能量③气顶中压缩气体膨胀所产生的驱油能量④油层中的流体和岩石发生膨胀而产生的驱油能量⑤原油在油层内由于位差而具有的重力驱油能量天然能量人工能量驱动石油流动的能量可以是几种能量的综合作用二、油藏的驱动类型不同油田，甚至同一油田的不同油藏之间或不同的开发阶段，驱动方式是不同的油层的地质条件和油气性质上的差异开发过程中油田的产量、压力、气油比等有着不同的变化特征油田开发过程中主要依靠哪一种能量来驱油一个油田投入开发之后，其原来的驱动方式会因开发条件的改变而改变。油田开发初期就需要根据地质勘探成果和高压物性资料，以及开发之后所表现出来的开采特点来确定油藏属于何种驱动方式。研究油藏驱动类型的意义：掌握不同类型的驱动方式及其动态变化规律，对于制订合理的油田开发方案具有重要意义。1、弹性驱动：依靠油藏流体和岩石的弹性能量为主要驱油能量的驱动方式。原油被排挤到生产井中油藏投入开发油层压力开始下降液体、岩石体积发生膨胀储油层的孔隙体积缩小弹性驱油藏开采特征曲线2、溶解气驱动主要依靠原油中分离出天然气的弹性膨胀能量驱油的驱动方式。溶解气驱油藏开采特征曲线油层压力低于饱和压力溶解在原油中的天然气将从原油中分离出来天然气体积发生膨胀原油被排挤流入井3、水压驱动依靠边底水和（或）注入水为主要驱油动力的驱动方式。刚性水压驱动油藏开采特征曲线地层压力高于饱和压力边底水和（或）注入水将原油驱入油井(1)刚性水压驱动能量供给充分，水侵量完全补偿采出量。弹性水驱油藏开采特征曲线(2)弹性水压驱动能量供给不充分，水侵量不能补偿采出量。4、气压驱动主要靠气顶气的膨胀能或注入气驱油的驱动方式。注入气量足以保持油藏压力稳定，或气顶体积比含油区体积大得多能够保持油藏压力基本保持不变。(1)刚性气驱刚性气压驱动可采特征曲线(2)弹性气压驱动弹性气压驱动开采特征曲线气顶体积体积小，不能够保持油藏压力基本保持不变。5、重力驱动重力驱动油藏开采特征曲线依靠原油在油层内存在位差而具有的重力驱油能量驱油的方式。当一个油藏的油层倾角比较大或油层厚度大时，重力驱动才能发挥作用。溶解气驱采收率最低。各种驱动方式的驱油能量来源不同最终采收率也不同水压驱动方式的驱油效率最高，采收率最大。一般情况下油藏的驱动方式并不是一成不变的同一时间内，同一油藏的不同部位可以表现为不同的驱动方式；同一油藏在不同时间可以表现为不同的驱动方式。国内外许多油田都采用人工注水保持压力的开发方式。第三节油田开发层系的划分与组合不同油藏的驱油机理、开采特点有很大区别，它们对油田开发的部署、开采条件的控制、采油工艺技术、开采方式、甚至对地面油气集输流程都有不同的要求。在制订开发方案时，需要将油田的各层进行划分和组合，缓解层间差异一个油田往往是由几个油藏组成，而组成油田的各个油藏在油层性质、圈闭条件、驱动类型、油水分布、压力系统、埋藏深度等方面都不同，有时差别很大。一、划分开发层系的意义把特征相近的油层组合在一起，用单独一套开发系统进行开发，并以此为基础进行生产规划、动态分析和调整。划分开发层系：（4）划分开发层系，能更好地发挥采油工艺手段的作用，进行分层注水、分层采油和分层控制的措施。（1）合理划分开发层系，有利于充分发挥各类油层的作用，从而缓和层间矛盾，改善油田开发效果。（2）划分开发层系后，可以针对不同层系的特殊要求设计井网和进行地面生产设施规划和建设。（3）划分开发层系，可以提高采油速度，加速油田生产，缩短开发时间，并提高投资回收期。二、划分开发层系的原则（1）多油层油田，如具有以下地质特征时，原则上不能合并到同一开发层系中：①储油层岩石和物性差异较大；②油气水的物理化学性质不同；③油层压力系统和驱动类型不同；④油层层数太多，含油井段的深度差别过大；（2）每套层系应具有一定的厚度和储量，保证每口井具有一定的生产能力，并达到较好的经济指标。（3）一个开发层系上下必须具有良好的隔层，在注水开发过程中层系间能严格分开，上下层系不会串通和干扰。（5）在采油工艺所能解决的范围内，开发层系不宜划分过细，以减少建设工作量，提高经济效益。（4）同一开发层系内各油层的构造形态应基本一致，不应把大面积分布和少量分布的油砂体组合在同一开发层系，否则将有一部分储量不能充分发挥作用。在开发非均质多油层油田时，划分开发层系后，一套开发层系中仍然包括几个到十几个油层。层间差异仍是不可避免的。为进一步改善油田开发效果，对它们实施分层注水和分层采油工艺，缓解层间矛盾。第四节砂岩油田的注水开发在进行油田开发方案设计时，首先要确定油田开发方式，且应当尽可能充分利用油藏本身的天然能量来开发油田。我国现有油田绝大多数不具备充足的天然能量补给条件世界油田开发的历史也表明，若只依靠油田本身的能量开发，采油速度低，采收率小，原油产量不能满足国民经济发展的要求国内油田开发中广泛采用人工注水保持或补充地层能量，使油田处于水压驱动方式开发。选择合适的注水时机对于充分利用天然能量，提高注水开发效果具有重要意义一、注水时间地层中原油的少量脱气会减少水相的相对渗透率，使得水油比降低，从而减少高渗透层的产水量地层中强烈脱气是有害的，因为它可使原油粘度上升，导致最终采收率下降注水井在油藏所处的部位和注水井与生产井之间的排列关系。二、注水方式油田的油层性质和构造条件确定注水方式的主要依据：目前国内外油田所采用的注水方式边缘注水边内切割注水面积注水不规则点状注水注水井分布在含油区上1、边缘注水注水井部署在含水区内或油水过渡带上或含油边界以内不远处。注水井分布在含水区边（缘）外注水分类缘上注水注水井分布在油水过渡带上边（缘）内注水图4-8边缘注水示意图位于油藏构造顶部的生产井往往得不到注入水能量的补充，在顶部易形成低压区，使油藏的驱动方式由水驱方式转变为弹性驱或溶解气驱等消耗开发方式。油藏构造比较完整，油层分布稳定，边部和内部连通性好，油层流动系数较高，边水比较活跃的中小油田。特别是边缘地区吸水能力要好，以保证压力有效传播，使油田内部受到良好的注水效果。适用条件优点缺点油水界面比较完整，能够逐步向油藏内部推进，易于控制，无水采收率和低含水采收率比较高，最终采收率也比较高。边缘注水利用注水井排将含油面积切割成许多块（切割区），每个切割区可以作为一个独立的开发单元。2、切割注水切割注水示意图不能很好地适应非均质油层；注水井间干扰大；注水井排两边地质条件不同时，容易出现区间不平衡现象。油层大面积分布，并具有一定的延伸长度，在注水井排上可以形成比较完整的切割线；保证在一个切割区内部署的生产井与注水井之间都有较好的连通性；油层具有一定的流动系数，保证在一定的切割区和一定的井排内生产井能见到较好的注水效果。适用条件优点缺点可根据油田的地质特征来选择切割井排的最佳方向及切割距；可优先开发储量最丰富、油井产量高的区块，使油田很快具有一定的生产能力。缘内切割注水将注水井和生产井按一定的几何形状和密度均匀地布置在整个含油面积进行开发。3、面积注水(a)正对式排状注水(b)交错式排状注水线性注水示意图注采井数比为1：1（1）线状注水系统注水井和生产井都等距地沿着直线分布，一排注水井对应一排生产井。注水井与生产井即可以正对也可以交错。强化面积注水示意图（2）强化面积注水系统根据油水井相互位置和所构成的井网形状不同五点法七点法九点法反九点法四点法对于面积注水井网式中系统的注水井与采油井数之比m注水井数n基本单元的所有井数N不同注水系统的m和n值及井网形式由于面积注水井网的灵活性较大，因此具有较强的适应性。第五节油田开发方案的编制根据油田地质、地理等客观条件以及国民经济发展的需要和技术及经济可行性而编制的一整套开发油田的原则、办法和要求。它是对一个要进行开发的油田制订出使油田投入长期和正式生产的一个总体部署和设计，是决定原油从油层流到生产井井底并采出地面的各种条件的综合。油田开发方案一、开发方案编制的基本原则(1)在油田客观条件允许的条件下，满足国民经济对原油生产的要求；(2)充分利用油田天然能量资源，保证获得原油采收率；(3)油田要长期稳产、高产；(4)经济效益好；二、开发方案的主要内容油田地质情况储量计算开发原则开发程序开发层系、井网、开采方式和注采系统钻井工程和完井方法采油工艺技术地面集输系统开发指标经济评价方案实施要求第六节油田开发调整油田开发过程中地下状况始终在不断变化，为了改善油田的开发效果，适应地下变化的状况，必须不断地对油层施加人为作用，各种人为作用统称为油田开发调整。满足国民经济发展的要求，充分而合理地利用天然资源，并具有较好的经济效益。油田开发调整的原则：一、油田开发综合调整的任务⒋改变开发方式，提高油田最终采收率，如由依靠天然能量开采方式调整为人工注水、注气或转换为三次采油开采技术。不同油田或同一油田的不同开发时期，调整的任务和目的是不相同的⒈原油田开发设计与实际开采情况出入较大，采油速度达不到设计要求，开发过程中出现了许多未预料到的问题，需要对开发设计进行调整和改动。⒉国民经济发展要求油田提高采油速度，增加原油产量，采取提高注采强度或加密井网等。⒊改善开发效果，延长稳产期或减缓油田产量递减，这种调整是大量的、经常性的。二、油田开发综合调整的内容③开发方式调整。①立足现有井网层系的综合调整，主要为各种工艺措施调整；②井网层系调整；1、工艺技术措施综合调整(1)分层注水、分层采油；(2)采取水井调剖、油井堵水措施；(3)采取压裂、酸化等油层改造措施,提高较差油层的吸水能力和产油能力；(4)改变油水井的工作制度(包括关井)，调整注采压差，以改变液流方向，提高水驱波及体积。(5)改变采油方式，对自喷能力低的井转化为机械采油方式，通过提高排液量来减缓产量递减。2、井网层系调整(1)钻加密调整井补充开发井层系调整井加密调整井更新调整井(2)注水方式调整内部切割注水的切割距减小边外注水或边缘注水内部注水行列注水面积注水或辅助以点状注水进行强化注水线更加接近采油区，提高注水效率移动注水线(3)层系调整在开采过程中，一个层系中的各单层之间，由于注采不均衡产生了新的不均衡，需要进行层系调整。细分开发层系在原开发层系内进一步划出若干开发层系层系再组合把开发较差的单层组合在一起，形成独立的开发层系在进行层系调整时，仍然遵循开发设计中的原则。3、开发方式调整人工注水、注气开发方式三次采油开发方式天然能量开采方式(完)第五章油藏开发动态分析方法油田动态分析的目的：认识油田开采过程中开发指标的变化规律油田动态分析的方法：试井分析方法、物质平衡方法、经验方法和数值模拟方法。完善开发方案或对原方案进行调整检验开发方案的合理性获得较好的开发效果动态分析的主要内容：①通过油田生产实际情况不断加深对油藏的认识，核实和补充各项基础资料，进一步落实地质储量；②分析分区及分层的油气水饱和度和压力分布规律；③分析影响油藏最终采收率的各种因素；④预测油藏动态，提出进一步提高油藏开发效果的合理措施。第一节试井分析方法试井：为确定油井的生产能力和研究油层参数及地下动态而进行的专门测试工作。

稳定试井(系统试井)不稳定试井在几个不同稳定工作制度下取得油井的生产数据来研究油层和油井的生产特征；需要测得产量、压力以及含砂、含水、气油比等资料。通过改变油井工作制度，测得井底压力的变化资料，以不稳定渗流理论为基础来反求油层参数，研究油层和油井特征。目前不稳定试井方法应用比较广泛，它可以确定油层参数、研究油井不完善程度及判断增产措施效果、推算地层压力、确定油层边界和估算泄油区内的原油储量。进一步完善了常规试井分析方法，提高了整个测试资料解释的可靠性。(1)常规试井分析方法(2)现代试井分析方法起步早，发展完善，且简单易用；①以分析中、晚期资料为主，要求测试时间长；②实测井底压力和对应时间在半对数坐标系中出现直线段，直线段的起点难以确定；③难以分析早期资料，不能取得井筒附近的信息。优点：缺点：试井资料的处理方法无因次距离：一、基本概念（1）无因次量无因次压力：无因次时间：无因次井筒存储系数：（2）表皮效应与表皮系数表皮效应：地层受到损害或改善，井筒附近地层渗透率发生变化的现象。S值为正S值为零井底附近地层因污染渗透率下降S值为负采用增产措施后，井底附近的渗透率提高不完善井超完善井理想状况表皮系数：完善井（3）井筒存储效应与井筒存储系数在压力恢复试井中，由于井筒内的气体和液体的可压缩性，油井关井时，地层中的液体继续流入井内，并压缩井筒流体的现象。续流：井筒存储：在压降试井中，油井一开井，首先流出井筒的是原先压缩的流体，而地层流体不流入井筒的现象续流和井筒存储对压力曲线的影响是等效的，均表现为压力曲线直线段滞后井筒存储效应井筒存储系数新井或油井关井时间较长，地层中压力分布稳定后，油井以定产量进行生产，获取井底压力随时间变化规律的试井方法。二、常规试井分析方法1、压降试井:图5-3压降试井的产量和压力随时间变化曲线图5-4压降分析半对数曲线直线的斜率为：②在半对数直线段取一点，已知时间和对应压力可求表皮系数S。①已知斜率可求地层流动系数Kh/μ和渗透率K；应用在油井以定产量生产一定时间后，突然关井测量井底压力随时间的变化曲线的试井方法（2）压力恢复试井图5－5压力恢复试井的产量和井底压力历史目前油田最常用的试井方法假定油井产量为q，生产时间T后关井，关井后地层液体立即停止向井内流动(即砂层面关井)，地层压力重新分布，压力的变化过程满足弹性不稳定渗流规律。关井后井底压力变化规律弹性不稳定渗流基本方程压力恢复公式或Horner公式②外推直线段至纵坐标,可以直接推算原始地层压力；①已知斜率可求地层流动系数Kh/μ和渗透率K；应用迭加原理井底压力与成直线关系图5－6Horner曲线斜率③求断层距离。目前一般采用现代试井分析软件计算分析。三、现代试井分析方法(课本p47)

现代试井分析方法的重要手段之一是图版拟合。通过图版拟合，可以得到关于油藏及油井类型、流动阶段等方面的信息，还可以算出K、S、C等参数。自学第二节经验方法经验方法来源于对生产规律的分析与总结。它要求系统观察油藏生产动态，详细收集生产数据，通过分析与研究油田生产规律，主要是产量、压力和含水等指标的变化规律。一、油田产量递减规律及其应用图5－10油田产量变化曲线油气田开发的基本模式产量上升阶段产量稳定阶段产量递减阶段油田经过稳产期后，产量将以某种规律递减，产量的递减速度通常用递减率表示。1、递减率单位时间的产量变化率，或单位时间内产量递减的百分数图5－11递减率定义示意图a——产量递减率；n——递减指数；k——比例常数；2、产量递减规律分类(1)指数递减产量随时间变化关系：累积产量随时间的变化关系：累积产量与产量之间的关系：递减率变化关系：n=∞(2)调和递减n=1产量随时间变化关系：累积产量随时间的变化关系：累积产量与产量之间的关系：递减率变化关系：(3)双曲递减产量随时间变化关系：累积产量与产量之间的关系：1<n<∞递减率变化关系：累积产量随时间的变化关系：3、产量递减规律的应用应用产量递减规律可以预测未来的产量指标和可采储量二、水驱特征曲线分析注水或天然水侵油田的开发，在无水采油期结束后，油田将长期处于含水期的开采，且采水率将逐步上升，这是影响油田稳产的重要因素。1、水驱油田含水采油期的划分(5)特高含水采油期：含水率>90%。(1)无水采油期：含水率<2%。(2)低含水采油期：含水率2%～20%。(3)中含水采油期：含水率20%～75%。(4)高含水采油期：含水率75%～90%。2、水驱曲线图5－17水驱曲线（1）预测油田生产过程中的含水率、产油量、产水亮、累积产油量以及采出程度等与开发时间的关系；（2）预测油藏最终采收率。根据开发过程中的实际生产动态资料和必要的油气水分析资料预测各种驱动类型油气田的地质储量、油气开采速度、油藏压力变化、天然水侵量和油气采收率等。第三节物质平衡分析方法基本原理：将油藏看成体积不变的容器，油藏开发到某一时刻，采出的流体量加上地下剩余的储存量，等于流体的原始储量。主要用途：②油藏温度在开发过程中保持不变，油藏动态仅与压力有关。基本假设条件：①油气水三相之间在任一压力下均能瞬间达到平衡；原油体积变化(DVO)＋气体体积变化(DVG)＋孔隙体积变化(DVR)＋水体积变化(DVW)＝0根据物质平衡的基本原理综合驱动油藏剖面示意图(1)油藏压力为P时原油体积的变化(2)油藏压力为P时气体体积的变化(3)油藏压力为P时孔隙体积的变化(4)油藏压力为P时水体积的变化物质平衡方程通式：不同驱动类型物质平衡方程可根据通式导出。动态预测物质平衡方程的应用：天然能量分析计算地质储量计算水侵量物质平衡的局限性：生产数据压力数据与压力有关的参数(完)影响计算精度第六章油气钻井方法及工艺利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大孔眼的过程。第一节钻井方法为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。人工掘井人力冲击钻井法顿钻钻井法旋转钻井法连续管钻井法目前普遍使用钻井钻井方法钻井方法分类一、顿钻钻井法1.工艺过程钢丝绳提升钻头冲击井底，击碎岩石岩屑、泥土混合成泥水浆提出钻头捞出井内的泥水浆暴露新井底下放下捞砂筒向井内注水积累到一定量设计井深图6－1顿钻钻井示意图2.特点起、下钻费时少，设备简单(1)破碎岩石，取出岩屑的作业都是不连续的；优点：缺点：(2)钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢；(3)不能进行井内压力控制；(4)只适用于钻直井。二、旋转钻井法转盘旋转钻井法井底动力钻具旋转钻井法1.转盘旋转钻井法(1)工艺过程钻头吃入地层破碎岩石清洗井底循环洗井液转盘旋转钻柱加压设计井深图6－2转盘旋转钻井法(2)特点目前这种方法在世界各国被广泛使用。①钻杆完成起下钻具、传递扭矩、为钻头施加钻压、提供洗井液的入井渠道等任务；②钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破岩效率；③在破岩的同时，井底岩屑被清除出来；④提高了钻井速度和效益。钻头吃入地层破碎岩石清洗井底循环洗井液动力钻具旋转钻柱加压设计井深2.井底动力钻具旋转钻井法(1)工艺过程(2)分类涡轮钻具螺杆钻具电动钻具①转动钻头的动力由地面移到井下，直接接在钻头之上；②钻柱的功能只是给钻头施加一定的钻压、形成洗井液通路和承受井下动力钻具外壳的反扭矩；③井底动力钻具的动力是由电源或地面泥浆泵提供的、通过钻柱内孔传递到井下的具有一定动能和压力的洗井液流体或交流电。(3)特点三、连续管钻井法(柔杆钻井法)1.工艺过程钻头、加压装置、动力机下放至井底循环洗井液延伸井眼钻头旋转，破碎岩石为动力机提供动力清洗井底连续管图6－3连续管钻井示意图2.特点(5)具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。(1)连续管钻井实现了起、下钻的连续机械化，节省了时间和劳动量；(2)在起下钻时仍能保持洗井液的正常循环；(3)由洗井液直接提供破岩钻进的能量，大大提高了能量的有效利用率；(4)为全自动化控制提供了很好的条件；第二节钻井类型井的类型：由于钻井的目的、要求不同而产生的1.探井通过钻井而达到探明地质情况，获取地下地层油气资源分布及相应性质等方面资料的井地质浅井地质探井预探井详探井资料井为配合地面地质和地球物理工作，以了解区域地质构造，地层剖面和局部构造为目的的浅井以了解地层的时代、岩性、厚度、生储盖层组合，并为地球物理解释提供各种参数为目的而钻的井在地震详查和地质综合研究所确定的有利构造上以发现油气藏为目的所钻的探井在已发现油气的构造上，以探明含油气的面积和储量，了解油气层结构变化和产能为目的所钻的井为编制油气田开发方案，或在开发过程中为某些专题研究取得第一手资料数据而钻的井2.开发井以开发为目的，为了给已探明的地下油气提供通道，或为了采用各种措施使油气被开采出来所钻的井油气井注入井观察井为开发油气田，用大中型钻机所钻的采油、采气井，也叫生产井。为合理开发油气田，提高采收率及开发速度，用以对油气田进行注气、注水以补充和合理利用地层能量所钻的井。在已开发的油气田内，为了研究开发过程中地下情况的变化所钻的井。第三节钻井设备钻机：石油钻井的地面配套设备，由多种机器设备组成的一套大功率重型联合工作机组，可以满足完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、完井及特殊作业和处理井下事故等要求。图6－4大庆I－130型钻机一、钻机的分类1.钻井深度大型钻机超重型钻机重型钻机中型钻机H>5000m，W>2500kNH＝1000～2500mW＝800～1600kNH＝3000～5000mW＝2000～2500kN轻便钻机H>5000m，W>800kN，89～140mm钻杆，井径>160mm，深井H<3000m，W<300kN，42～89mm钻杆，井径<150mm，勘探井、水井2.动力设备柴油机驱动钻机直流电驱动钻机交流电驱动钻机以柴油机为动力，通过机械传动或液力传动的钻机工作机用直流电动机驱动。通常用于海上钻井工作机用交流电动机驱动3.使用地区陆地钻机海洋钻机陆地（包括沙漠、沼泽等）使用的钻机自升式钻井平台、半潜式钻井平台、钻井船和钻井固定平台上的各种类型的钻机二、钻机的组成及功能1、起升系统(1)组成(2)功能②起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。①下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼；井架、天车、游动滑车、大绳、大钩及绞车水龙头、转盘2、旋转系统(1)组成(2)功能保证在洗井液高压循环的情况下给井下钻具提供足够的旋转扭矩和动力，以满足破岩钻进和井下其它要求保证在洗井液循环时钻柱能够旋转带动整个钻柱及钻头旋转的设备泥浆泵、泥浆净化装置(固相控制设备)和泥浆槽、罐等3、循环系统(1)组成(2)功能①从井底清除岩屑；②冷却钻头和润滑钻具。图6－5洗井液循环系统示意图动力机、传动部分4、驱动与传动系统(1)组成(2)功能产生动力，并把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘。柴油机或电动机联轴器、离合器、变速箱、皮带传动及链条传动等装置5、气控系统控制面板(控制机构)、传输管线和阀门、执行机构以及压气机等。(1)组成：(2)功能：确保对整个钻机各个工作机构及其部件的准确、迅速控制，使整机协调一致的工作。6、井控系统(1)组成：防喷器组、钻井四通、节流管汇、压井管线以及液、气压控制机构组成。(2)功能：控制井内的压力，防止地层流体无控制地流入井中。钻井现场井架十大件天车游动滑车大钩水龙头转盘绞车泥浆泵柴油机传动装置第四节钻井工具井下钻具井口工具一、井下工具水龙头以下至钻头的管柱和工具的总称。主要包括钻头和钻柱。1、钻头直接破碎岩石形成井眼的工具。影响钻井速度最直接的因素之一用钻头的进尺除以纯钻进时间，即单位纯钻进时间的钻头进尺，表示钻头破碎岩石的能力和效率，单位为m／h。衡量钻头破岩效率高低的主要指标有钻头进尺和机械钻速。钻头寿命：在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间(包括划眼——在已钻出的井眼内旋转送钻、修整井壁的过程)，单位为h；钻头进尺：在钻头寿命内，其钻进的井段长度，单位为m；机械钻速：按照钻切岩石面积及形状的不同：钻头的分类全面钻进钻头取芯钻头特种钻头按照结构特点和破岩机理的不同：刮刀钻头牙轮钻头金刚石钻头(1)刮刀钻头图6－6刮刀钻头切削型钻头适用地层：松软地层工作原理：工作时其刀翼在钻压作用下吃入岩石，并在扭矩作用下剪切破碎岩石。破岩方式：以刮削、挤压和剪切为主的方式刀翼数刀冀底刃的形状两翼(鱼尾式)刮刀钻头三翼刮刀钻头四翼刮刀钻头阶梯式刮刀钻头平底式刮刀钻头最常用分类优点：缺点：机械钻速较高扭矩较大，控制不当易造成井斜刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命(2)牙轮钻头图6－7牙轮钻头破岩形式：具有冲击、压碎和剪切等多种形式。适用地层：从软到坚硬的各种地层。组成：钻头体、水眼、巴掌、轴承和牙轮等。工作原理：牙轮钻头在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿压碎并吃入岩石，同时产生一定的滑动而剪切岩石。当牙轮在井底滚动时，牙轮上的牙齿依次冲击、压入地层，这个作用可以将井底岩石压碎一部分，同时靠牙轮滑动带来的剪切作用削掉牙齿间残留的另一部分岩石，使井底岩石全面破碎，井眼得以延伸。牙齿与井底接触面积小、比压高、工作扭矩小等特点多牙轮钻头牙轮数目分类单牙轮钻头双牙轮钻头三牙轮钻头最常用(3)金刚石钻头图6－9金刚石钻头图6－10PDC钻头磨铣型钻头金刚石作切削刃的钻头破岩形式：破磨和铣削。适用地层：坚硬地层。钻头体、切削齿、水眼、水槽等。组成：分类：金刚石的来源天然金刚石钻头人造金刚石钻头钻头的结构形状金刚石钻头金刚石刮刀钻头聚晶金刚石复合片钻头(PDC钻头)金刚石镶装特点表镶金刚石钻头孕镶金刚石钻头如用钻柱挤注水泥、中途测试、处理事故等。2．钻柱(1)定义钻柱是用各种接头将方钻杆、钻杆和钻铤等部件连接起来组成的入井管柱，通常指钻头以上的钻具。(2)功能①传递扭矩通过钻柱将地面动力机的能量传给钻头，使钻头旋转破碎井底岩石，加深井眼。②施加钻压依靠钻柱中钻铤部分在洗井液中的自重对钻头施加钻压，使钻头工作刃不断吃入地层，破碎岩石。③输送洗井液通过钻柱的中心孔腔将洗井液输送到钻头，由水眼喷射出，冲击到井底，携带岩屑后由环空返回地面。④延伸井眼在钻进中通过不断地增加钻柱长度(接单根)以达到延伸井眼的目的。通常井眼的深度用下入井内的钻柱长度测量。⑤起下钻头钻头在井下工作是靠钻柱连接并传递扭矩和压力的。起出已磨损的钻头和下入新钻头都必须由钻柱完成。另外，针对不同的目的，还可以起下其它井下工具。⑥特殊作业(3)组成①方钻杆位于钻柱的最上端，其上部与水龙头相接，下部与钻杆连接。传递扭矩和承受钻柱的全部重量。作用：断面为中空的正方形或六边形，壁厚比一般钻杆大三倍左右，而且由强度较大的优质合金钢制成。一般长度为13～16米，比一般钻杆长2米以上。性能：具有较高的抗拉强度和抗扭强度形状：图6－11国产方钻杆壁厚而粗大，一般是38～53mm，单位长度重量大，相当于同尺寸钻杆的4～6倍。以满足给钻头施加钻压、增强刚度的要求，在加压时可以减小弯曲，防止井斜和钻具折断。②钻杆与钻杆接头位于方钻杆与钻铤之间，是组成钻柱的基本部分，无缝圆钢管制成的。作用：传递扭矩与输送洗井液形状：壁厚比方钻杆和钻铤薄，壁厚一般为9～11mm，内径大，两端分别接上带粗扣的钻杆接头各一只(合称一副)，称为钻杆单根。一般将三根钻杆连接在一起做为一个单元，称之为立根(或立柱)。③钻铤作用：给钻头施加压力并保持自身处于不弯曲状态以防止井斜。形状：二、井口工具指在起下钻过程中井口所用的工具。主要有吊钳、吊卡、吊环、卡瓦、安全卡瓦、提升短节等。(1)吊钳指用手动卡紧机构来上、卸钻杆、钻铤丝扣和套管丝扣的专用工具。(2)吊卡和吊环吊卡用来卡住钻杆接头，提升钻柱或悬吊钻柱。吊环是悬挂在大钩上，用以悬挂吊卡的专用工具。第五节基本钻井工艺过程三个阶段：即钻前淮备、钻进以及固井与完井1．钻前准备修公路、平井场及打水泥基础、钻井设备的搬运和安排、井口准备（打导管和钻鼠洞）、备足钻井所需要的各种工具、器材等。2．钻进钻进是进行钻井生产取得进尺的唯一过程。其基本工艺过程有：①第一次开钻(一开)②第二次开钻(二开)③第三次开钻(三开)从地面钻出一个大井眼，然后下表层套管。用较小一些的钻头继续钻进，若遇到复杂地层，用洗井液难以控制时，便要下技术套管(中间套管)。再用小一些的钻头往下钻进，直到设计井深，下油层套管，进行固井、完井作业。每改变一次钻头尺寸，开始钻一新的井段的工艺叫开钻3、固井与完井固井即是在已钻成的井眼内下入套管，而后在套管与井眼间的环形空间内注入水泥浆，将套管和地层固结成一体的工艺过程。只有通过下套管、固井，才能防止井眼的坍塌，形成永久的油气通道，并防止地下各层流体的互窜，达到开采油气的目的。完井包括用特定的方法连通油、气层和井筒，替喷或抽汲等方法诱导油、气流进入井筒，然后进行油气生产。图6－15固井后井眼状况示意图（完）第七章钻进工艺技术钻进的任务是破碎岩石，钻进的速度快慢、质量和成本的高低，受到地层的物理机械性能的制约，同时也受到钻进设备、工具的性能及钻进工艺技术措施的影响。钻进是通过选择和使用合适的工具，根据所钻地层的特点，选择合理的工艺技术，使钻头在地层中沿预定的轨道前进的过程，是一口井建井过程的最主要的环节。第一节影响钻进的主要因素影响钻进的因素按其本身可否改变可分为两大类：指已经客观存在、无法改变的因素，如所要钻进地层的岩石物理机械性质、地质构造、地下压力分布及地层中的流体性质等。不可变因素可变因素指可以人为的选择和改变的因素，如钻头和钻具、钻压、转速、水力参数、洗井液性能及洗井技术等。利用其有利方面，并调节可变因素适应之优选、设计是直接作用于钻头上的压力，是使钻头破碎岩石的最基本参数，也是最活跃的因素。一、钻压钻进速度钻头的磨损速度和工作寿命确定钻压的大小图7－1钻压与钻速的关系曲线钻压(W)与钻速(Vm)(直线ab段)的关系：W。称为门限钻压。它是ab线在钻压铀上的截距，相当于牙齿开始压入岩石时的钻压，其数值主要与岩石性质有关。钻压对钻头牙齿磨损速度的影响关系式为：钻压与轴承磨损速度的关系式为：钻头牙齿的磨损量对钻速的影响关系式：h为牙齿的磨损量；Dl和D2为钻压影响系数，与钻头的尺寸有关；B为轴承的磨损量；y是钻压指数，对于普通的水基洗井液y=1.5；C2为牙齿磨损系数，与牙齿结构及地层岩性有关。二、转速图7－2转速与钻速的关系曲线1－软地层，井底清洁；2－软地层，井底不净；3－硬地层，净化不充分。如果每旋转一周都有相同的破碎深度，那么钻速将会随转速的增加而直线地增大。但实际上并非如此。转速与转速的关系：λ为转速指数，一般小于1，其值与岩性有关。n为转速；在钻压一定时，如果增加转速，牙齿和轴承的磨损速度也将加快，它反过来又会影响到机械钻速和钻头寿命等。三、水力因素在钻进过程中，从钻头上的喷嘴中喷射出的洗井液(射流)，对钻进过程发挥着三种作用：清洁、净化井底，避免重复切削；保持和扩大预破碎带裂缝；直接水力破岩。最主要的作用保持井底清洁要经过三个过程：首先是使破碎的岩屑离开岩石母体；然后是岩屑在井底被移动；最后由上返的洗井液将其从环空举升到地面。对钻速的影响最大常用钻头水功率表示：压持效应：由于井内洗井液柱所形成的静液压力大于地层压力，使得岩屑被压持在井底不易脱离的现象。克服压持效应依靠射流的冲击压力和漫流的横向推力。射流喷速和流量(洗井液的水力能量)Nb——钻头水功率，kW；Pb——钻头喷嘴压降，MPa；Q——排量，L／S。钻头水功率大，就会使井底的清洁程度高，从而减小重复破碎所消耗的机械能，并能在一定程度上增加水力破碎和使破碎带裂缝扩大的效果，使机械钻速提高。图7－3钻速与水力参数的关系曲线四、洗井液性能洗井液密度、粘度、固相含量及其分散性等性能指标对钻速都有明显的影响。(1)洗井液密度对钻速的影响洗井液密度↗，压持效应↗，钻头的破碎效率↘，钻速↘。(2)洗井液粘度对钻速的影响洗井液粘度↘，循环系统的压耗↘，钻头喷嘴的压降↘，射流对井底的冲击作用↗，改善清岩效果，钻进速度↗。(3)洗井液固相含量及其分散性对钻速的影响固相含量增加会降低钻进速度和钻头、泥浆泵寿命；小于lμm的胶体颗粒越多，对钻速的影响越大。为了提高钻速，应尽可能采用低固相不分散体系洗井液。第二节钻进参数选择钻进是钻压、钻速、水力参数、洗井液性能等共同作用的过程。要达到高效率、低成本钻井的目的，必须合理确定出钻进施工中的各参数值及其相互的配合关系，采用先进技术，提高钻进效益。

一、平衡压力钻井技术基本内容：在井内洗井液压力与地层压力相平衡的条件下进行钻进，以便有效地保护油、气层不受洗井液的侵污，保证油气井的生产能力，同时保证较高的钻进速度，缩短建井周期，降低钻井成本。科学依据：根据地层的压力来确定所用洗井液的密度。二、高压喷射钻井技术基本原理：使用新型喷射式钻头，改善井底流场，提高水力清岩效率，并使水力作用与机械破碎相结合，提高钻进速度与进尺。三种不同的喷射钻井工作方式：(1)最大水功率理论及其工作方式(2)最大冲击力理论及其工作方式(3)最大喷射速度理论用得最多有时使用三、优选参数钻井技术1．钻速模式杨格(YoungF．S)修正公式K───岩石可钻性系数，与岩石硬度、钻头类型及洗井液性能有关，可由实验确定；Cp───压差影响系数，当压力平衡时，Cp＝1；Ch───水力参数影响系数，井底达到充分净化时，Ch＝1．使用最广泛2．钻头牙齿磨损速度模式Af───地层研磨性系数，其含义是当钻压、转速和牙齿的磨损状况一定时，牙轮钻头牙齿的磨损速度与地层的研磨性成正比，具体数值可由实验确定；Q1和Q2───由钻头类型决定的转速影响系数；D1和D2───由其直径决定的钻压影响系数；C1───牙齿磨损减慢系数，均可从相应表中查得。3．钻头轴承磨损速度模式b为轴承工作系数，它取决于轴承结构、钻头类型、尺寸以及洗井液性能等因素，由实际钻井资料中求出。B为钻头的轴承磨损量，单位时间内的磨损量即为磨损速度，新钻头B＝0，轴承损坏则B＝1。4．钻进成本模式Ct───每米钻进成本，元／米；Cb───钻头成本，元／只；Cr───钻机作业费，元／时；Tt、Ts、Td───分别为起下钻时间，接单根时间和纯钻进时间，时；H───钻头总进尺，米。第三节井斜及控制一、井斜的基本概念井斜：井眼轴线和铅垂线之间的偏离。井斜角α：井眼轴线的切线与铅垂线之间的夹角。图7－4井身轴线的垂直投影和水平投影图方位角θ：井眼轴线在水平面上投影的切线与正北方向的夹角(顺时针方向)。井底水平位移S：指井眼轨道上某点至井口的距离在水平面上的投影。井斜变化率：指单位井眼长度井斜角变化值。指单位井眼长度方位角变化值。指单位井眼长度内井眼全角的变化值，通常也叫狗腿度。方位变化率：井眼曲率：二、井斜的危害井深会被歪曲，地质资料不真实，甚至会漏掉油、气层；由于实际钻开点和设计点偏离较远，可能会打乱油、气田的开发方案，降低原油采收率。起下钻困难，钻柱工作条件恶化，还会造成粘附卡钻、键槽卡钻等复杂情况。固井时，下套管遇阻，套管不能居中，固井质量难以保证。会对以后的采油、修井等作业带来困难。三、井斜的标准表7－1胜利油田生产井的井斜标准胜利油田探井的井斜标准：2000m井深最大井斜角不得超过5°；2500m井深最大井斜角不超过6°；3200m井深最大井斜角不超过8°。我国已规定了井斜变化率要小于3°／100米的标准。四、井斜的原因1．地质条件对井斜的影响

沉积岩大都是非均质的，具有典型的各向异性。

平行于层理方向的岩石强度大，破碎比较困难。

由于岩性的变化、软硬交错而引起井斜。2．下部钻柱弯曲对井斜的影响3．钻井设备安装不合适，钻具本体弯曲，丝扣歪曲等也会引起井斜五、井斜的控制井斜出现后采取相应的纠斜钻具和措施进行纠斜。通过使用防斜钻具和措施防止井斜的出现；1．防斜钻具及原理防斜原理：使钻头上面的一段钻铤具有尽可能大的刚度和大的直径，与井眼保持较小的间隙，以便在钻进过程中受钻压作用时不易弯曲，并保持钻柱始终居于井眼中心，使钻头轴线与井眼轴线基本一致，迫使钻头沿着原来的井眼方向钻进。防斜钻具：一般是采用刚性强的大尺寸钻具，常用的有扶正器组合刚性满