石油钻井工程基础知识ppt课件

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1、第一章 钻井地质基础知识,第一章、钻井地质基础知识 一、岩石的机械性质 1、岩石的机械性质 岩石的强度：岩石的强度是指抵抗外力破坏的能力。 硬度：岩石的硬度是指岩石抗压入的极限强 岩石的塑性：在外力作用下，岩石破碎前呈现永久变形的性质叫岩石的塑性。 岩石的研磨性：钻头破碎岩石的同时，其本身也受到岩石磨损，这种岩石磨损钻头的能力称为岩石的研磨性。 岩石的可钻性：是指在一定条件下，钻进岩石的难易程度。也可理解为钻进过程中岩石抗破碎强度的大小。,2、岩石性质对钻井的影响 其影响主要表现在：影响钻进速度与钻头进尺：使钻进过程中出现井漏、井喷、卡钻等复杂情况：钻井液受到污染，性能变坏，井径不规则，进而影

2、响到测井、固井等。,粘土岩层。泥岩和页岩一般较软，钻速快，但容易产生钻头泥包。这种地层极易吸收钻井液中的自由水而膨胀，导致井径缩小。随着浸泡时间的延长，井壁会产生垮塌现象，井径扩大。 砂岩层。砂岩一般来说是较好的渗透层，在井壁上易形成较厚的滤饼，易引起泥饼粘附卡钻。另外滤饼对测井也有影响，所以必须使用优质钻井液。 砾岩层。在砾岩层中钻进易发生跳钻、蹩钻和井壁垮塌。 在当地层软硬交错时，易发生井斜，地层倾角较大者也易发生井斜。 当岩层中含有可溶性盐类，即钻到石膏层、盐岩层时，要注意对钻井液性能的影响。,二、钻井中地质录井工作 1、钻时录井 概念：是通过计时器把实钻一个规定的单位进尺的时间反映并记

3、录下来的过程，一般用“分米”表示。, 井深计算 井 深钻具总长+方入 钻具总长钻头长度+接头长度+钻铤长度+钻杆长度 方入的计算 到底方入井深-钻具总长 整米方入新钻杆到底方入+前一根单根打完时的井深与其紧邻的整米井深之差值, 记录方法 就是将钻时、接单根、停钻、停泵、变泵等一些情况详细记录在钻时记录表上。钻时的变化能反映地层的坚硬或松散程度。根据钻时的大小可以粗略地判断岩性和进行地层对比。根据钻时记录绘制钻时曲线，并结和有关地质资料，对地层、岩性、含油气等情况进行综合分析。,2、岩屑录井 概念： 在井深不断加深过程中，按照一定的取样间距和迟到时间，将岩屑连续收集起来，进行观察、分析，并综合运

4、用各种录井资料进行岩屑归位，以恢复地下原始剖面的过程。,3、岩心录井 概念：利用取心工具，将井下一定深度地层的岩石以柱状形式取上来，并对其进行分析、研究而取得各项资料的过程。,4、荧光录井 l 概念：石油中的油质、沥青等在紫外光的照射下，能发出一种特殊光亮，就是荧光。根据荧光显示的亮度及颜色的差别，测定出石油的含量和组成成分，对油气层进行定性和定量解释，就是荧光录井。 l 荧光录井的方法 岩屑干照法。 点滴分析法。,5、气测录井 l 概念：用气测仪器通过直接测定钻井液中气体含量，从而判断油气层的过程叫做气测录井。,三、地球物理测井 1、电法测井 是通过研究井下岩层及所含流体的电学性质，进而研究

5、岩层的岩性、储油物性和含油性的方法。 2、声波测井 就是利用岩石等介质的声学特性来研究钻井地质剖面，判断固井质量等问题的一种测井方法。其又分为声波时差测井和声波幅度测井。,3、 放射性测井 是根据岩石和井内介质的核物理性质研究钻井剖面，寻找有用矿藏及研究油井工程质量的地球物理测井方法。其可分为探测伽马射线和探测中子的方法。 4、其它测井方法 井温测井 地层倾角测井,第二章 钻井液基础知识,第二章、钻井液基础知识 钻井液在钻井中的作用。 1、清洗井底，携带岩屑，保持井底清洁，保证钻头不断地破碎地层，使钻进不中断。 2、平衡地层中的流体（油、气、水）压力，防止井喷、井漏等井下复杂情况，保护油气层。

6、 3、平衡岩石侧压力，并在井壁形成泥饼，保持井壁稳定，防止地层坍塌。,4、发挥水力效能，传递动力，冲击井底，帮助钻头破碎井底岩石，提高钻井速度。 5、悬浮岩屑和加重剂，降低岩屑沉降速度，避免沉砂卡钻。另外承受钻杆和套管的部分重力。 6、润滑并冷却钻头，钻具。 7、防止地层中盐水、盐岩、石膏、芒硝等对钻井液的化学污染，防止硫化氢污染和损害。 8、利用钻井液，准确获得井下资料。,一、钻井液性能与钻井工作的关系 一）、钻井液密度与钻井的关系 密度过大有以下害处： 1、损害油气层； 2、降低钻井速度； 3、过大压差造成压差卡钻； 4、易憋漏地层； 5、易引起过高的粘切；,6、多消耗钻井液材料及动力；

7、7、抗污染能力下降。 密度过低则容易发生井喷、井塌（尤其是负压钻井）、缩径（对塑性地层，如较纯的粘土、盐岩层等）及携屑能力下降等。,二）、钻井液粘度、切力与钻井的关系 1、粘度、切力过大有以下害处。 流动阻力大，能量消耗多，功率低，钻速慢； 净化不良（固控设备不易充分发挥效力），易引起井下复杂情况； 易泥包钻头，压力波动大，易引起卡、喷、漏和井塌等事故； 脱气较难，影响气测并易造成气侵。,2、粘度和切力过低也不利于钻井，如： 洗井不良，井眼净化效果差； 冲刷井壁加剧，引起井塌等井下事故； 岩屑过细影响录井。,三）、滤失量和泥饼质量与钻井工作的关系 钻井液滤失量过大，泥饼厚而虚，会引起一系列问题

8、。 1、易造成地层孔隙堵塞而损害油气层，滤液大量进入油气层，会引起油气层的滲透率等物性变化，损害油气层，降低产能。 2、泥饼在井壁堆积太厚，环空间隙变小，泵压升高。 3、易引起泥包钻头，下钻遇阻、遇卡或堵死水眼。 4、在高滲透地层易造成较厚的滤饼而引起阻卡，甚至发生压差卡钻。,5、电测不顺利，并且由于钻井液滤液进入地层较深，水侵半径增大，若超过测井仪器所测及的范围，其结果是电测解释不准确而易漏掉油气层。 6、对松软地层，易泡垮易塌地层，会形成不规则的井眼，引起井漏等。 泥饼一定要薄、致密、韧性好，能经受钻井液液流的冲刷。,四）、固相含量与钻井的关系 钻井液中固相含量越低越好，一般控制在0.5以

9、下。固相含量过大，有以下危害： 1、固相含量高，钻井液柱压力大，钻速降低。 2、固相颗粒愈细对钻速影响愈大，而且深入油层会造成永久性堵塞，油气层受损害严重。,3、固相含量高、滤失量大时，泥饼必然厚，摩阻系数增大，因而易引起井下复杂情况的发生。 4、固相含量高，钻井液的流变性难以控制，且流阻大，功耗多，钻井效率低。 5、含砂量大，易造成钻头、钻具等机械设备的磨损。 6、在固相含量高时，钻井液受外界影响大且敏感（如对温度、各种污染物等的影响变大）。,降低固相含量的方法 1、机械除砂：利用振动筛、除砂器、除泥器等设备降低固相含量。 1）、振动筛 振动筛是对钻井液进行固相控制的第一级设备，又是唯一能适

10、用于加重钻井液的常规分离设备。因此，它是固控的关键设备，担负着清除大量钻屑的任务，同时为下一级固控设备的使用创造必要的条件，如果振动筛发生故障，其下一级设备就会超载，严重影响净化效果。所以，要根据钻井条件，选好、用好振动筛。,2）、旋流器 旋流器按其直径不同，可分为除砂器和除泥器。 除砂器。直径为150300毫米的旋流器称为除砂器。其处理能力是：在进料压力为0.2兆帕时不低于20120立方米每小时。正常工作的除砂器能清除约95大于74微米的钻屑和约50大于40微米的钻屑。为了提高使用效果，在选用除砂器时，其许可处理量必须为钻井时最大排量的125。,除泥器。直径为100毫米和150毫米的旋流器称

11、为除泥器。其处理能力是：在进料压力为0.2兆帕时不低于10和15立方米每小时。正常工作的除泥器能清除约95大于40微米的钻屑和约50大于15微米的钻屑。除泥器能除去1213微米的重晶石，因此，不能用它来处理加重钻井液。在使用中，除泥器的许可处理量，应为钻井时最大排量的125150。,3）、清洁器 清洁器是旋流器与超细网振动筛的组合。上部为旋流器，下部为超细网振动筛。 清洁器是二次处理设备。它处理钻井液的过程分为两布：第一步是旋流器把钻井液分离成低密度的溢流和高密度的底流。第二步是超细网振动筛将高密度的底流再分离成两部分，一部分是重晶石和其它小于网孔的颗粒透过筛网，另一部分是大于网孔的颗粒从筛网

12、尾部排出。,4）、离心机 离心机有沉淀式、筛筒式、水力涡轮式、叠片式等多种类型，而在石油钻井中处理钻井液用的多数是前三种。 离心机主要用在加重钻井液中回收重晶石和清除细小固相及胶体，在非加重钻井液中清除钻屑，也可用离心机对旋流器排出的底流进行第二次分离，回收液相，排除钻屑。 离心机的处理量和分离粒度与其转速和容量有关。,2、化学除砂：加入化学絮凝剂，将细小的砂子变大而沉降。 3、降低钻井液粘度有利于降低固相含量：因此在现场维护钻井液时，对固相含量有下列要求。 根据需要配备良好的净化设备，彻底清除无用固相。 必须严格控制膨润土的含量，所使用钻井液的密度愈高、井愈深、温度愈高，膨润土的含量应愈低，

13、一般应控制在3080kg/m3。 在轻钻井液中，固相含量应不超过10（体积）或密度不大于1150kg/m3。 无用固相含量与膨润土含量的比值，应控制在2131。,五）、PH值与钻井工作的影响 1、PH值过高，OH-在粘土表面吸附，会促进泥页岩的水化膨胀和分散，对巩固井壁、防止缩径和坍塌都不利，往往会引起井下复杂情况的发生。另外，高PH值的钻井液具有强腐蚀性，缩短了钻具及设备的使用寿命。 2、通过PH值的变化，可以预测井下情况。如盐水侵、石膏侵、水泥侵等都会引起PH值的变化。,二、有机处理剂 一）、稀释剂（降粘剂） 稀释作用主要是通过稀释剂分子在粘土颗粒某些部位的吸附，改变粘土颗粒的表面水化状态

14、，减弱或拆散钻井液内部的网状结构来达到稀释的目的。,1、单宁碱液：代号NaT 2、磺甲基单宁：又叫磺化单宁，代号SMT 3、铁铬木质素磺酸盐 简称铁铬盐，代号FCLS。为棕黑色粉末，易溶于水，水溶液呈弱酸性。 其主要用作抗盐抗钙的分散型钻井液的稀释剂，可减弱粘土颗粒间的流动阻力，降低粘度和切力；也可抑制泥页岩的水化膨胀和分散，而防止粘度和切力的上升，有利于井壁稳定。此外铁铬盐还具有降滤失作用和抑制粘土水化膨胀的作用。,二）、降滤失剂 1、羧甲基纤维素钠盐 代号为NaCMC，简称CMC，目前常用的有低粘CMC、中粘CMC、高粘CMC三种。为白色纤维状粉末，具有吸湿性，不溶于酸和醇等有机溶剂，易分

15、散于水中形成胶状液，抗温达90140，有一定抗盐、抗钙能力。 主要用于各种水基钻井液的降滤失剂，还具有抑制页岩水化膨胀作用、增稠作用等。,2、水解聚丙烯腈盐类 水解聚丙烯腈钠盐 代号NaHPAN，是聚丙烯腈加NaOH水解而得的产物。为淡黄色颗粒或粉末，溶于水，水溶液呈碱性。 主要用作聚合物钻井液的降滤失剂，并有增粘和絮凝作用。抗盐可至饱和而抗钙较差，抗温性强。,水解聚丙烯腈钙盐 代号CaHPAN或CPAN，为浅黄色、灰白色颗粒或粉末，水溶性好。 主要用作聚合物钻井液的降滤失剂，抗盐、抗钙、抗温能力强。 水解聚丙烯腈胺盐 代号NH4HPAN或NPAN，主要用作防塌降滤失剂，抑制能力强，不提粘，耐

16、高温，使用时碱度不宜过高。,3、腐植酸类 利用褐煤中的腐植酸进行磺化或硝化而形成的各种盐类。它既有降滤失作用，又有降粘作用。 腐植酸钠 代号NaHm或NaC，是由褐煤和NaOH水解产物，黑褐色粉末，易溶于水，水溶液呈碱性。主要用作淡水钻井液的降滤失剂，具有降粘作用，抗温性好。,硝基腐植酸钠 代号NaNHm，是用硝酸氧化的腐植酸钠盐。黑褐色粉末，易溶于水，水溶液呈碱性。主要用作淡水钻井液的降滤失剂，并具有降粘作用，抗盐作用较强。 腐植酸铬 代号CrHm,是一种抗高温降滤失剂和稀释剂，抗温可达200以上。抗盐、抗钙能力也较强。,聚合腐植酸 代号SH23、SH24，为黑色粉粒，易溶于水，主要用作各种水基钻井液的降滤失剂，抗盐、抗钙、防塌能力强，抗温达200。,三）、絮凝剂 絮凝剂可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类，无机絮凝剂若控制不好易发生聚沉，而有机絮凝剂能溶于水，因而现场一般都用有机絮凝剂。有机絮凝剂又分为完全絮凝剂和选择性絮凝剂。 1、聚丙烯酰胺 代号PAM，分为胶剂和粉剂两种，胶剂为无色透明都弹性胶体；粉剂是白色粉末。它水溶性好，热稳定性高，抗温达200，在水中不电离。主要用作