油井建井工程 钻井·油井完井PDF电子书下载

第1章 定向钻井 1

1.1 引言 1

1.2 定向井设计 1

1.2.1 井身剖面及术语 1

1.2.2 影响井眼轨迹设计的因素 2

1.2.3 井眼轨迹模型 3

1.2.4 扭矩与阻力 5

1.2.5 井底钻具组合(BHA)模拟 10

1.2.6 水力因素 12

1.2.7 钻机的工作能力 12

1.3 定向钻井工具 13

1.3.1 井下动力钻具 14

1.3.2 转盘钻具与可调式稳定器 16

1.4 常规(长半径)定向井 17

1.4.2 钻造斜段 18

1.4.1 长半径定向井的钻柱特点 18

1.4.3 钻稳斜段 19

1.4.4 井眼冲蚀 20

1.5 中半径定向井 20

1.5.1 设计中半径定向井井身剖面考虑的因素 21

1.5.2 中半径定向井的钻柱设计 22

1.5.3 造斜段BHA组成 23

1.5.4 中半径定向井钻井措施 24

1.6 短半径定向井 25

1.6.1 井身剖面与钻井效率 26

1.6.2 磨铣钻井 27

1.6.3 钻短半径定向井造斜段 28

1.6.4 定向与测斜 29

1.6.5 钻短半径定向井水平段 29

1.6.6 短半径定向井的钻柱设计与维护 30

1.6.7 中等半径造斜率和柔性钻井马达 30

1.7.1 大位移井(ERD) 31

1.7 极限定向井 31

1.7.2 “设计师”井 33

1.7.3 钻柱动力学 33

1.7.4 定向钻井系统的形成 35

参考文献 35

第2章 水平井、多侧向井及多分支井在石油开采工程中的应用 38

2.1 引言 38

2.2 背景 38

2.3 设计思路 39

2.4 钻井层位选择 39

2.5 水平井、多侧向井和多分支井的生产 46

2.5.1 横向渗透率各向异性 46

2.5.2 产能模型 46

2.5.3 单支水平井动态：各向异性的影响 50

2.6 多侧向井技术 53

2.6.1 定向钻井 53

2.6.2 完井技术 54

2.7 多侧向井设计 55

2.7.1 裸眼多侧向井 55

2.7.2 部分封隔多侧向井方法 56

2.7.3 完全多侧向油井系统 58

2.8 多侧向井及多分支井的性能 65

2.8.1 优越性及缺陷 65

2.8.2 生产预测 65

2.9.1 井筒仪表化 70

2.9 多侧向井将来的应用及优越性 70

2.9.2 交互式油藏管理 71

2.10 结论 71

参考文献 71

第3章 随钻测量、随钻测井和地质导向技术 73

3.1 引言 73

3.2 随钻测量(MWD) 73

3.2.1 电力系统 74

3.2.2 数据传输系统 74

3.2.4 随钻测量和随钻测井系统的结构 75

3.2.3 定向传感器 75

3.2.5 钻井动力学 76

3.2.6 可靠性和环境因素 77

3.3 随钻测井 78

3.3.1 电阻率测井 78

3.3.2 放射性测井 83

3.3.3 声波测井 87

3.3.4 深度测量 88

3.4 地质导向器 90

3.4.1 地质导向工具 90

3.4.2 地质导向方法 92

3.5 测井数据应用 94

3.5.1 储层特征 94

3.5.2 油气定性和定量描述 95

3.5.3 用随钻测井代替电缆测井进行地层评价 97

参考文献 99

第4章 钻井液 101

4.1 引言 101

4.2 历史回顾 101

4.3 钻井液的基本功能 102

4.4 地层伤害和油井产能 103

4.4.1 滤失控制 103

4.4.2 桥堵、漏失和瞬时滤失 104

4.4.3 滤液化学 105

4.4.4 水平井 105

4.5 钻井液类型 108

4.5.1 水基钻井液 109

4.5.2 油基钻井液 111

4.5.3 合成基钻井液 112

4.5.4 气体钻井流体 113

4.6 环境问题 113

4.6.1 毒性测试 113

4.6.3 废物处理方法 114

4.6.2 废物消除 114

4.7 性能测试 115

4.8 与钻井液有关的问题 116

4.8.1 卡钻 116

4.8.2 低压地层 117

4.8.3 井漏 117

4.8.4 井壁失稳 118

4.8.5 井眼净化 118

4.8.6 重晶石沉积 119

4.8.7 H2S污染 119

4.8.8 天然气水化物 120

4.9 特殊应用 120

4.9.1 高温、高压钻井 120

4.9.2 水平井和多分支井钻井 121

4.9.3 大位移井 121

4.9.4 小井眼、连续油管钻井 122

参考文献 123

4.10 发展趋势 123

第5章 建井岩石力学 127

5.1 引言 127

5.2 岩石的力学特性 127

5.2.1 加载——卸载特性 127

5.2.2 孔隙弹性 127

5.2.3 粘弹性特性 128

5.2.4 断裂韧性 129

5.3 近井眼应力场 131

5.2.5 孔隙坍塌 131

5.4 破坏准则 135

5.4.1 莫尔——库仑破坏准则 135

5.4.2 Hoek-Brown准则 136

5.4.3 Drucker-Prager准则(扩展Von Mises准则) 136

5.5 近井眼力学的应用 137

5.5.1 钻井过程中井眼稳定性 137

5.5.2 射孔 142

5.5.3 水力压裂 144

5.5.4 出砂 150

5.6 原地应力测量 153

5.6.1 微型压裂测试 153

5.6.2 地质信息 154

5.6.3 破裂分析 154

5.6.4 滞弹性应变恢复(ASR) 155

参考文献 156

第6章 套管及油管设计 159

6.1 引言 159

6.2 套管类型 159

6.3 套管、油管性能 160

6.3.1 钢级 160

6.3.2 套管强度 161

6.4 复合应力作用 166

6.4.1 外挤力与拉力复合作用 168

6.4.4 在内压负荷下三轴向准则的应用 169

6.4.3 内压力和拉力复合作用 169

6.4.2 内压力和压缩力复合作用 169

6.5 联接 171

6.5.1 API联接额定值 171

6.5.2 特殊联接(联接装置) 173

6.5.3 联接失效 174

6.5.4 联接设计极限 174

6.6 套管和油管柱所受载荷 174

6.6.1 外部压力载荷 175

6.6.2 压力负载情况 178

6.6.3 机械载荷 186

6.6.4 热力载荷和温度影响 188

6.7 套管设计的系统方法 188

6.7.1 设计工程师的职责 188

6.7.2 套管损坏 188

6.7.3 设计方法 188

6.8.1 钻井液设计 189

6.8.2 井眼及套管直径 189

6.8 初步设计 189

6.8.3 套管鞋深度及套管柱数量 193

6.8.4 管外水泥返高深度 194

6.8.5 定向钻井设计 194

6.9 详细设计 194

6.9.1 载荷类型 194

6.9.2 载荷线 194

6.9.3 设计系数 194

6.9.5 其他考虑因素 195

6.9.4 图解设计 195

6.9.6 设计计算实例 196

6.10 套管、油管的移动和弯曲 198

6.10.1 引言 198

6.10.2 弯曲模型及相关式 200

6.10.3 油田生产中的套管弯曲 202

6.10.4 油田生产中的油管弯曲 203

6.10.5 弯曲计算实例 203

参考文献 205

第7章 固井 207

7.1 引言 207

7.1.1 固井的目的 207

7.1.2 达到目的的步骤 207

7.2 数学及物理模型 208

7.2.1 情况一：套管与井眼同心 209

7.2.2 情况二：偏心套管 213

7.2.3 情况三：泥饼、胶凝及固相沉积 216

7.2.4 情况四：流体温度 221

7.2.5 情况五：混合及复合钻井液 225

7.2.6 情况六：材料完整性 225

7.3 固井材料 225

7.3.1 波特兰水泥 225

7.3.2 其他胶结材料 226

7.3.3 波特兰水泥化学性能 227

7.3.4 水泥外加剂 228

7.4.1 温度的确定 230

7.4 计算与实验室试验 230

7.4.2 水泥浆体积计算 231

7.4.3 实验室试验 232

7.5 作业实施 233

7.5.1 体积确定 233

7.5.2 固井作业的不同类型 234

7.5.3 套管附件 236

7.5.4 设备 237

7.5.5 循环钻井液 237

7.6 气侵和气窜 239

7.6.1 气体侵入水泥浆和水泥浆失重的机理 239

7.6.2 气窜程度和防止气层注水泥的有效体系 241

7.7 数据收集及软件 242

7.8 固井后油气的窜流 243

7.9 气体运移理论 243

7.9.1 固井后气侵的机理 244

7.9.2 长期气体漏失 247

7.9.3 机理总结 250

7.10 诊断气侵的能量 250

7.10.1 气侵 250

7.10.2 长期气体漏失 251

7.11 对运移现象的控制 251

7.11.1 气体流动 251

7.11.2 气体漏失 258

7.12 有效性评估 259

7.13 水运移 259

7.14 总结 260

参考文献 260

第8章 补注水泥 265

8.1 引言 265

8.2 挤水泥 265

8.2.1 挤水泥原理及方法 265

8.2.2 问题的判断 266

8.2.3 作业计划 269

8.2.4 施工设计 272

8.2.5 挤水泥施工程序 277

8.2.6 作业评价 281

8.3 注水泥塞 281

8.3.1 注水泥塞原理与方法 282

8.3.2 问题判断 283

8.3.3 控制因素 284

8.3.4 顶替技术 284

8.3.5 计划 287

8.3.6 注水泥塞施工设计 288

参考文献 290

第9章 水泥环评价 293

9.1 引言 293

9.2 历史回顾 293

9.3 水泥环评价的声波技术 294

9.3.1 平面波技术 294

9.3.2 微窜槽 302

9.3.3 平面波技术的适用和限制条件 303

9.3.4 脉冲回声技术 305

9.3.5 噪音测量 311

9.4 水泥环评价的非声波测量技术 312

9.4.1 核测量 312

9.4.2 温度测量 313

9.5 水泥环评价图的解释原则 313

9.5.1 解释目标 313

9.5.2 推荐的一般测井方法 314

9.5.3 推荐的可选参数和测井图 314

9.5.4 水泥评价中的常见问题 315

9.6 最后的例子 316

9.7 测量方法的限制 318

参考文献 319

第10章 完井液 321

10.1 引言 321

10.2.1 密度要求 322

10.2 清洁盐水完井液基本选择标准 322

10.2.2 结晶温度要求 324

10.2.3 盐水与地层配伍性要求 326

10.3 管理与测试问题 327

10.3.1 腐蚀 327

10.3.2 过滤 328

10.3.3 完井盐水的加重和减重 328

10.3.4 滤失控制 329

10.3.5 流变性 330

10.3.6 防止乳化 332

10.4 应用 332

10.4.1 射孔完井 332

10.4.2 裸眼完井与割缝衬管完井 333

10.4.3 套管井砾石充填 333

10.4.4 水平井 334

10.4.8 非盐水完井液 335

10.4.7 驱扫液塞和清洗液 335

10.4.5 裸眼砾石充填 335

10.4.6 水力压裂 335

10.5 结论 336

参考文献 336

第11章 射孔 339

11.1 引言 339

11.2 传爆系统 340

11.2.1 一次和二次高爆炸药 340

11.2.2 热分解 341

11.2.3 起爆器 342

11.2.4 导爆索 344

11.2.5 聚能射孔弹(深穿透和大孔径弹) 344

11.2.6 安全和事故 346

11.3 穿透过程 348

11.4 伤害带 349

11.5 射孔枪类型 350

11.6 射孔弹和射孔枪的性能测量(API RP-43) 352

11.7 坚硬岩石的完井技术 353

11.7.1 正常完井射孔 353

11.7.2 射孔孔眼表皮系数计算 353

11.7.3 负压射孔 357

11.7.4 超正压射孔 358

11.7.5 补注水泥、水力压裂或其他增产措施时的射孔 359

11.8 非胶结砂岩的完井方法 360

11.8.1 套管射孔砾石充填 360

11.8.2 非胶结砂岩射孔无砾石充填 362

11.9 深度对比 362

11.10 射孔的概要 363

参考文献 363

12.2 油管管柱 366

12.2.1 油管 366

第12章 完井工具 366

12.1 引言 366

12.2.2 流动接箍 370

12.2.3 耐磨接头 370

12.2.4 工作筒 370

12.2.5 油套管环空连通装置(循环装置) 374

12.2.6 偏心工作筒 376

12.2.7 伸缩接头 377

12.2.9 油管悬挂器 378

12.2.8 可调式活接头 378

12.3 生产封隔器 379

12.3.1 封隔器基础 380

12.3.2 封隔器类型：永久型封隔器和可回收封隔器 380

12.3.3 封隔器类型及应用 383

12.4 油管伸缩和封隔器力 385

12.5 井下安全阀 386

12.5.1 油管安全阀 386

12.5.2 环空安全阀 389

12.6.1 设计要求 391

12.6 工具选择 391

12.6.2 井况 392

12.6.3 材料考虑 392

12.6.4 工具配合 395

12.7 常用完井设计 395

参考文献 399

第13章 流入动态及油管动态 401

13.1 引言 401

13.2 多孔介质中流体渗流的基本概念 401

13.2.1 流体在多孔介质中渗流的数学基础 401

13.2.2 原油的流动(压缩系数恒定的流体) 401

13.2.3 稳态解 402

13.2.4 气体流动 402

13.2.5 表皮效应 403

13.2.6 射孔及表皮系数 405

13.3 水力压裂井 407

13.3.1 无限导流能力裂缝 408

13.3.3 有限导流能力裂缝 409

13.3.2 流量均布型裂缝 409

13.3.4 裂缝中导流能力的变化 412

13.3.5 低裂缝导流能力的影响 412

13.3.6 压裂后的稳态生产 414

13.4 高渗透层压裂 415

13.4.2 裂缝长度和裂缝导流能力对高渗透层压裂效果的影响 417

13.4.3 裂缝的伤害 417

13.4.1 高渗透层压裂的选井 417

13.4.4 压裂后试井分析 418

13.5 水平井 420

13.5.1 水平井动态 421

13.5.2 水平井压裂 425

13.6 流入动态关系 426

13.7 垂直举升动态 427

参考文献 430

14.1.1 人工举升方法综述 434

14.1 引言 434

第14章 人工举升 434

14.1.2 各种人工举升方式的优选 435

14.2 有杆泵举升系统 437

14.2.1 选择有杆泵抽油机时所需考虑的因素 437

14.2.2 设计抽油杆柱所需考虑的因素 439

14.2.3 选择泵时应考虑的主要因素 439

14.2.4 有杆泵设计 443

14.3 电动潜油泵 444

14.3.1 电动潜油泵的气体分离装置 445

14.3.2 “Y”型工具 446

14.3.3 电动潜油泵防砂 446

14.3.4 在水平井中使用的电动潜油泵 447

14.3.5 电动潜油泵设计实例 448

14.4 气举完井 457

14.4.1 井下设备 458

14.4.2 气举启动 459

14.4.3 连续气举 460

14.4.4 以气举阀间隔设计为例进行的计算机气举设计 465

14.4.5 间歇气举 467

14.4.6 气举完井 469

14.5 水力泵装置 473

14.6 小结 475

参考文献 476

15.2.1 增产措施前的产能指数 478

15.2 油井增产措施是提高油井生产指数的手段之一 478

15.1 引言 478

第15章 油井增产措施 478

15.2.2 油井增产措施的经济影响 479

15.3 水力压裂基本原理 480

15.3.1 由于压裂导致产能指数的增加 480

15.3.2 裂缝导流能力优化 481

15.3.3 压裂力学：线弹性和断裂力学 483

15.3.4 压裂流体力学 485

15.3.5 滤失和裂缝体积平衡 486

15.3.6 基本裂缝几何形态 489

15.3.7 压裂设计 492

15.4 压裂材料 496

15.4.1 压裂液 496

15.4.2 压裂液添加剂 497

15.4.3 压裂液评价试验 498

15.4.4 支撑剂选择 499

15.5 现场施工 500

15.5.1 泵注程序 500

15.5.2 返排 502

15.5.3 设备 503

15.5.4 微型裂缝测试 503

15.5.5 微型压裂 504

15.6 施工分析 508

15.6.1 施工压力分析 508

15.6.2 测井 508

15.6.3 测井方法和示踪剂 510

15.7 裂缝延伸先进模型 511

15.7.1 缝高控制 511

15.7.2 模拟器 511

15.8 基质增产措施 513

15.8.1 碳酸盐岩油藏 514

15.8.2 砂岩油藏 514

15.8.3 转向技术 514

15.9 酸压 515

参考文献 516

第16章 防砂和固砂 519

16.1 引言 519

16.2 出砂预测 520

16.3 出砂机理 520

16.4 防砂方法 520

16.4.1 限制产量的防砂方法 520

16.5 防砂方法优选 521

16.4.4 复合防砂方法 521

16.4.2 机械防砂方法 521

16.4.3 化学固砂方法 521

16.6 机械防砂方法 522

16.6.1 机械防砂系统的组成 523

16.6.2 充填工艺过程 528

16.6.3 工艺设计 530

16.7 化学固砂技术 539

16.7.1 内部活化固砂剂系统 540

16.7.2 外部活化固砂剂系统 540

16.7.3 实际应用 541

16.8 复合防砂 541

16.8.1 半胶结树脂涂敷砾石充填 541

16.8.2 液体树脂溶液砾石充填 542

16.9 水平井砾石充填 543

16.9.2 充填排量和流体流速 544

16.9.3 α波和β波在环空中的传播 544

16.9.1 影响砾石充填的因素 544

16.9.4 砂浓度 545

16.9.5 充填工艺及工具 545

16.9.6 冲管外径与割缝衬管 546

16.9.7 筛管——套管环空间隙 546

16.9.8 射孔相位选择 546

参考文献 546

17.1 引言 548

第17章 高渗透层压裂 548

17.2 高渗透层压裂 550

17.2.1 砾石充填 550

17.2.2 高速水充填 551

17.2.3 高渗透层中压裂水平井的特性 551

17.3 高渗透层压裂中的关键技术 552

17.3.1 端部脱砂 552

17.3.2 净压力和流体滤失 553

17.3.3 高渗透层压裂滤失的基本模型 554

17.4.1 射孔 557

17.4.2 机械设备 557

17.4 施工设计和实施 557

17.4.3 施工前诊断测试 558

17.4.4 端部脱砂(TSO)设计 560

17.4.5 端部脱砂泵送处理 562

17.5 裂缝导流能力与材料选择 562

17.5.1 裂缝尺寸优化 562

17.5.2 支撑剂的选择 564

17.5.3 流体选择 565

17.5.4 质量控制 567

17.6 高渗透层压裂施工评价：综合方法 568

17.6.1 生产结果 568

17.6.2 实时施工数据评价 568

17.6.3 施工后压力瞬变分析 569

17.7 斜率分析 574

17.7.1 假设 574

17.7.2 限制延伸理论 575

17.7.3 斜率分析方法 576

17.8.2 复杂井压裂配置 579

17.8 高渗透层压裂工艺 579

17.8.1 不用筛管和修井机的高渗透层压裂完井 579

17.8.3 技术要求及发展动向 580

参考文献 581

第18章 控水 585

18.1 引言 585

18.2 油井产水的来源 585

18.2.1 注入水及边水 585

18.2.2 底水 585

18.2.3 上层水、下层水和夹层水 586

18.3 油井出水的危害 586

18.3.1 消耗地层能量 586

18.3.2 油井大量出水，使油井出砂更为严重 586

18.3.3 加快设备腐蚀速度 586

18.3.4 产水对结垢的影响 586

18.3.5 加重采油设备和地面设备负担 586

18.4 产水机理 587

18.3.8 增加污水处理量 587

18.3.6 过量产水对未波及油的影响 587

18.3.7 加重脱水设备负担 587

18.4.1 与完井有关的机理 588

18.4.2 与油藏有关的机理 589

18.5 过量产水的预防 591

18.5.1 套管漏失的预防 591

18.5.2 管外窜槽的预防 591

18.5.3 底水锥进和指进的预防 591

18.5.4 减缓高渗透层渗流 593

18.5.5 防止裂缝沟通注水井和生产井 594

18.5.6 适应未来产水量的完井 595

18.6 降低过量产水的技术 596

18.6.1 问题识别 596

18.6.2 堵水设计 597

18.6.3 对以前应用过的堵水方法描述 600

参考文献 602

19.1.2 完井设计的历史模式 607

19.1.1 背景 607

第19章 延长油井寿命的完井设计 607

19.1 引言 607

19.2 完井设计程序 609

19.2.1 完井设计功能及油井维护要求 610

19.2.2 优选完井应用举例：生产工艺方法 613

19.2.3 详细的完井设计 613

19.3 确定完井寿命 614

19.4 完井设计变化的预测和修改 615

19.4.1 油藏参数 615

19.4.2 油井系统动态 620

19.4.3 机械因素 623

19.4.4 最优设计 624

19.4.5 着眼未来的智能井 626

参考文献 631

附录 单位换算表 633