钻井手册 甲方 上PDF电子书下载

第一章 钻井设计 1

第一节 钻井设计的基本原则 1

第二节 钻井设计和审批程序 3

第三节 钻井工程设计的主要内容 3

第四节 调整井区块标准钻井设计的主要内容 3

一、调整井区块标准钻井设计的主要内容 3

第五节 调整井单井钻井设计的主要内容 5

第六节 钻井监督、地质监督职责 6

一、钻井监督 6

二、地质监督 6

附录一 中华人民共和国石油工业部部标准(SY5333—88) 7

第二章 地层压力、破裂压力及井身结构 38

第一节 概述 38

第二节 几个基本概念 39

一、静液压力(简称静压)和静压梯度 39

二、上覆岩层压力和压力梯度 39

三、地层压力(或称地层孔隙压力) 42

四、地层破裂压力 42

第三节 异常高压地层的形成机理 43

一、压实作用 43

二、水热增压 44

三、蒙脱土的脱水作用 45

四、引起异常高压的其它原因 45

第四节 利用测井资料计算和预测地层压力 46

一、声波测井法 47

二、电阻率测井法 54

三、密度测井法 55

四、计算砂岩层的地层压力 56

五、检测地层压力和压力梯度的方法步骤 56

六、影响计算地层压力的因素 57

七、预测地层压力和压力梯度 58

八、计算举例 60

第五节 随钻监测地层压力 65

一、随钻监测地层压力的基本方法 65

二、dc指数法监测地层压力的具体做法 68

第六节 用地震方法预测地层压力 74

一、原理 75

二、方法 75

三、几点说明 86

第七节 地层破裂压力 89

一、地层破裂压力的重要性 89

二、影响地层破裂压力的主要因素 90

三、地层破裂压力的预测方法 92

四、地层破裂压力梯度线的建立 101

第八节 井身结构设计 102

一、套管柱类型 103

二、井眼中的压力体系 103

三、井身结构确定的原则及依据 103

四、井身结构设计中所需要的基础数据 104

五、井身结构设计方法及步骤 104

六、套管尺寸与井眼尺寸选择及配合 107

七、利用微机设计井身结构 108

八、设计举例 111

附录一 △t-H关系的线性回归统计计算 115

附录二 正常压实趋势线回归程序 116

参考文献 119

第三章 套管设计与下套管作业 120

第一节 套管柱类型 120

一、导管 120

二、表层套管 120

三、技术套管 120

四、生产套管(采油或采气套管) 121

五、尾管 121

六、组合重量套管柱 121

七、异径套管柱 121

第二节 套管设计的力学基础 121

一、静水压力梯度 121

二、静水压力 121

三、浮力 121

四、气体压力梯度 122

五、虎克定律(一维) 124

六、三维虎克定律 126

七、拉梅(Lame)方程 127

八、拉梅(Lame)公式在API中的应用 130

九、巴洛(Barlow)公式 130

十、动载荷(冲击载荷) 130

十一、包欣格(Bauschinger)效应 131

十二、叠加原理 131

十三、弯曲力 131

十四、套管中的三维应力设计 134

十五、三维条件下的挤毁压力 135

十六、三维载荷下的抗内压强度 137

十七、双轴应力——塑性椭圆 140

十八、双轴应力(二维条件)下的抗挤压力 141

十九、二维条件下的抗内压力 142

二十、新概念下的双轴(二维条件)应力计算问题分析 142

二十一、压力对轴向应力的影响 143

二十二、排空应力(Evocuation Stress) 144

二十三、温度对轴向应力的影响 145

第三节 套管的载荷分析 145

一、有效内压力计算 145

二、有效外挤压力计算 148

三、有效轴向力计算 149

四、其它载荷 149

第四节 API套管强度计算公式 151

一、外挤毁压力 151

二、抗拉强度 153

三、抗内压强度 156

第五节 双轴应力计算 158

一、轴向拉应力下双轴应力计算方法 159

二、轴向压应力下双轴应力计算方法 195

三、双轴应力计算中的查表方法 195

四、双轴应力计算中的计算机程序 195

五、轴向应力下抗内压的计算 197

六、塑性椭圆理论下修正挤毁压力的双轴应力实用计算 198

第六节 套管特性 200

一、套管制造方法 200

二、热处理 201

三、制造厂家 202

四、套管生产的尺寸系列 202

五、套管类型 205

六、硫化氢气体与套管的抗硫性能 216

七、抗腐蚀合金(CRA)套管 218

八、腐蚀性环境(H2S与CO2)下套管钢级的选择 219

九、套管的典型破坏 227

十、套管的联接螺纹 238

十一、套管公差标准及套管标记 260

十二、国产套管 265

第七节 套管柱设计方法 266

一、设计原则 266

二、套管设计的具体条件 266

三、套管设计的基本参数 267

四、设计方法介绍 269

五、套管设计中的若干规定 271

六、表层套管设计方法 271

七、技术套管设计 279

八、生产套管设计 292

九、钻井尾管 299

十、生产尾管 304

十一、尾管悬挂器处的套管强度校核 309

十二、关于API新标准下的双轴应力设计计算举例 310

第八节 各种类型井的套管柱设计 312

一、超高外压下的套管柱设计计算 312

二、液压下套管弯曲时的套管柱设计 323

三、热采井套管设计 326

四、技术套管预测磨损的方法及降级使用的原则 328

五、定向井的套管柱设计 330

六、腐蚀井的套管设计 332

第九节 套管扶正器 334

一、试验设备及条件 336

二、起动力试验 336

三、扶正力试验方法 337

第十节 下套管作业 338

一、下套管作业概述 338

二、关于对套管的无损检查(NDI) 342

三、螺纹类型的基本认识 343

四、常规下套管作业准备 347

五、套管的井场准备和工具附件检查 348

六、对扣和上扣 349

七、正确使用螺纹密封脂 352

八、套管上扣密封及有关注意问题和API圆螺纹紧扣扭矩 355

九、下套管(螺纹联接后的套管下井过程) 370

十、关于井口的套管装定 373

十一、钻水泥塞和钻套管串下部附件内部装量及对套管的保护 373

第十一节 套管螺纹联接扭矩与密封应力的计算 376

一、关于套管的上扣扭矩 376

二、API对螺纹联接的质量评价——公螺纹与接箍联接应力和泄漏阻力的计算 379

第十二节 套管的井口装定计算 385

一、套管的井口载荷交付 385

二、套管弯曲判断公式 385

三、井口载荷计算公式(连顶计算) 388

参考文献 403

第四章 水泥及注水泥 404

第一节 油井水泥类型、标准及成分 404

一、概述 404

二、API级别定义及使用范围 405

三、国产以温度系列为标准的油井水泥 407

四、API标准与东欧及苏联油井水泥标准对比 408

五、油井水泥生产及水泥化学性能与API分类关系以及化学性质和物理要求 409

六、关于API油井水泥物理性质的说明 415

第二节 油井水泥试验条件及方法 419

一、油井水泥试验规程的发展说明 419

二、油井水泥试验条件及标准 419

三、现场有关油井水泥试验方法及条件规定 422

第三节 水泥浆性能 423

一、水泥浆性能要求 423

二、关于水泥浆的水灰比 424

三、水泥浆密度 426

四、水泥浆失水控制 429

五、水泥浆流变性 431

六、水泥容积变化 431

七、水泥浆稠化时间 433

八、水泥浆凝固后的性能简要说明 433

第四节 油井水泥外加剂及前置液 436

一、主要类别外加剂的作用原理 436

二、国外主要注水泥公司采用和生产的油井水泥外加剂介绍 437

三、国产油井水泥外加剂 446

四、外加剂对水泥物理性能影响 449

五、国外某服务公司计算一定密度和造浆率的水泥浆成本说明 449

六、注水泥的前置液 452

第五节 水泥浆流变学 457

一、流变学基本概念和顶替机理 457

二、ARCO公司推荐的流动计算和例题及“U”型管计算 460

三、DS公司的流动计算及例题 466

四、API标准10推荐的流动计算方法 476

第六节 水泥浆设计 479

一、水泥浆设计有关影响因素 479

二、水泥浆性能设计的压力条件 479

三、水泥浆使用的井温条件 482

四、水泥浆的密度设计 488

五、水泥浆的临界流速 491

六、水泥浆设计考虑注替过程接触污染 496

七、水泥浆设计考虑的水泥石支持强度与胶结质量以及热稳定性和抗腐蚀性 496

八、关于水泥浆水灰比、稠化时间、失水量标准等设计 497

九、水泥浆设计的现场计算 497

第七节 注水泥工艺 504

一、注水泥有关概念及注水泥技术 504

二、注水泥 505

三、注水泥条件参数确定 510

四、注水泥的计算 517

五、注水泥的各种工艺方法介绍 521

六、尾管固井工艺 524

七、分级注水泥技术 533

八、管外封隔器及其它类型封隔器在固井作业中的应用 541

第八节 挤水泥及注水泥塞 547

一、挤水泥技术作业 547

二、注水泥塞技术 557

第九节 各种特殊条件类型井的注水泥工艺 561

一、高压气层条件下的固井技术 561

二、高温井固井工艺 566

三、深井及超深井条件注水泥技术 568

四、定向井及大斜度井固井技术 571

五、盐岩层注水泥 575

第十节 注水泥质量评价 576

一、固井质量的鉴定 576

二、有关水泥环质量的检查方法 577

三、固井质量控制程序及水泥胶结测井指南 583

参考文献 585

第五章 钻井液 586

第一节 概述 586

第二节 钻井液性能要求与调整 587

一、钻井液密度 587

二、钻井液的流动性 588

三、钻井液造壁性能 588

四、固相含量 589

五、钻井液酸碱度 590

六、可溶性盐类含量 591

第三节 钻井液流变性 591

一、流动类型 592

二、流变特征 593

三、流型 595

第四节 钻井液原材料及处理剂 602

一、钻井液材料的分类 602

二、各种主要钻井液材料 604

第五节 常用钻井液体系及其应用 630

一、API及IADC认可的钻井液体系 630

二、我国标准化钻井液分委会初步分类 631

三、钻井液体系的综合分类 632

第六节 正确选择体系与搞好设计 643

一、设计的前提 643

二、选择钻井液体系的原则 645

三、搞好设计及实施 650

第七节 计算机在钻井液工作中的应用 652

一、计算机在三个方面的应用 652

二、钻井液程序库 653

第八节 钻井液的主要计算 653

一、体积计算 653

二、钻井液循环数据计算 654

三、密度及压力换算 654

四、用重晶石加重钻井液的密度计算 655

五、用水降低钻井液密度的计算 655

六、常用钻井液材料的密度 656

七、不同温度下水的密度 657

八、氯化钠在水中的最高溶解度 657

九、海水的平均密度及成分 657

十、NaCI溶液的电阻率 657

十一、常用指示剂的pH范围 659

十二、各种酸和碱及其溶液的pH值 660

第九节 有关规定和标准 660

一、钻井泥浆管理条例 660

二、钻井液测试推荐程序 665

三、中华人民共和国石油工业部部标准 钻井液用膨润土(SY5060—85) 674

四、中华人民共和国国家标准 钻井液用重晶石粉(Barite for drilling fluids) 677

五、中华人民共和国石油工业部部标准 钻井液用石灰石粉(SY5061—85) 682

六、钻井液用钒钛铁矿粉标准 685

七、中华人民共和国石油工业部部标准 钻井液用羧甲基纤维素钠盐(Na—CMC)(SY 5093—86) 691

八、中华人民共和国石抽工业部部标准 钻井液用水解聚丙烯腈—钙盐(SY 5063—85) 696

九、钻井液用水解聚丙烯腈铵盐标准 701

十、中华人民共和国石油工业部部标准 钻井液用磺化褐煤(SY 5092—87) 706

十一、中华人民共和国石油工业部部标准 钻井液用磺化栲胶标准(SY 5091—87) 710

十二、钻井液用铁铬木质素磺酸盐标准 712

第六章 钻井液固相控制 717

第一节 概述 717

一、钻井液固相控制的意义 717

二、固控方法 717

第二节 钻井液中的固相 719

一、钻井液中固相的分类及粒度分布 719

二、颗粒大小对钻井和钻井液的影响 720

三、固相的数学分析 720

第三节 固控设备 723

一、振动筛 723

二、除气器 727

三、旋流器 732

四、清洁器 736

五、离心机 738

六、辅助设备 740

第四节 固控系统的合理选择及经济分析 743

一、选择固控系统的依据 743

二、非加重钻井液的固控系统 743

三、加重钻井液的固控系统 745

四、密闭固控系统 745

五、国内外的固控系统 747

六、使用固控设备减少钻井液消耗 749

七、固控设备的经济分析 749

八、固控系统的经济分析 754

第七章 钻井参数设计 758

第一节 概述 758

一、国外喷射钻井及优化钻井发展简况 758

二、国内喷射钻井及优选参数钻井工艺发展简况 760

三、钻井参数设计的内容 766

第二节 钻井参数作用机理 766

一、水力参数与机械参数交互作用的机理 766

二、根据地层水力指数确定最经济水力参数的理论依据 768

三、钻井液体系和钻井液密度及流变参数对钻速和井眼的作用机理 772

第三节 钻井水力参数的设计方法 778

一、优选泵型 778

二、喷射钻井常用的两种工作方式 779

三、计算循环压耗 783

四、钻头水力参数的计算 784

五、优选水眼组合 785

六、水力设计程序 786

七、水力分析程序 788

八、符号说明 789

第四节 钻井液及其参数设计 790

一、喷射钻井对钻井液及其流变参数的要求 790

二、钻井液流变模式的选择 791

三、钻井液参数的设计方法 794

四、符号说明 805

第五节 地层可钻性与钻头选型 806

一、岩石可钻性的测定——微钻头试验法 806

二、应用数理统计方法研究地层可钻性——统计地层可钻性 807

三、统计地层可钻性应用举例 810

四、地层可钻性的梯度规律 812

五、钻头选型 814

第六节 通用钻速方程的建立 815

一、通用钻速方程 815

二、应用与说明 815

第七节 牙轮钻头钻压和转速优选 816

一、钻井模式 819

二、钻井模式中系数、指数的确定及应用 820

三、优选钻压及转速的计算机程序 823

第八节 钻井参数设计程序应用 825

一、设计步骤 825

二、设计例题 825

第九节 优选参数钻井工艺的配套技术及发展 827

一、优选参数钻井工艺配套技术 827

二、深井钻井工艺的发展 829

第十节 附件 829

一、石油工业部司局文件 829

二、国外钻头分级及选型表 831

参考文献 846

第八章 井控技术 847

第一节 检测地层异常压力的主要方法 847

第二节 钻井设计对井控的要求 848

一、套管设计 848

二、地层分段钻井液密度 848

三、油气水显示提示 849

四、地层强度试验 849

五、井控装置配套 849

六、重泥浆及加重剂储备 850

七、含硫化氢和二氧化碳井的设计 850

八、钻调整井设计 850

九、完井井口装置 850

第三节 井控装置 850

一、高压油气井井控装置的标准配套 850

二、液压防喷器组合 852

三、套管头 862

四、节流压井管汇 862

五、钻具内防喷工具 865

六、钻具旁通阀 866

七、起钻灌泥浆装置 867

八、泥浆除气器 867

九、泥浆循环池液面监测装置 867

十、泥浆气体分离器 868

十一、旋转防喷器 869

第四节 钻开油气层前的准备工作 869

第五节 钻开油气层技术措施 870

第六节 预防和发现溢流 870

一、溢流显示和征兆 870

二、溢流的原因及其尽早发现 871

三、气侵对井底压力的影响 875

第七节 关井和关井压力 876

一、选择关井方式、制订关井程序 877

二、测定关井立管压力的方法 878

三、各次开钻最大允许关井套压值 879

第八节 压井方法 879

一、压井基本数据计算 880

二、压井方法 882

第九节 压井作业中异常情况的判断与处理 895

一、钻具断落 895

二、钻具刺漏 895

三、钻具堵塞 896

四、钻头泥包或水眼堵塞 896

五、节流管汇堵塞 896

六、井漏 896

第十节 井控作业中易出现的错误作法 896

一、发现溢流后不及时关井、仍循环观察 896

二、发现溢流后把钻具起到套管内 896

三、起下钻溢流时仍企图起下钻完 896

四、关井后长时间不进行压井作业 896

五、压井泥浆密度过大或过小 897

六、排除天然气溢流时保持泥浆池液面不变 897

七、企图敞开井口使压井泥浆的泵入速度大于溢流速度 897

八、关井后闸板刺漏仍不采取措施 897

第十一节 井喷失控的处理 897

一、成立现场抢险组、制订抢险方案 897

二、未着火的失控井应严防着火，无论着火与否皆要保护好井口装置 897

三、划分安全区 898

四、清除井口周围的障碍物 898

五、灭火 898

六、设计和换装新的井口装置 899

七、不压井强行起下管柱、压井或不压井完井 900

第十二节 井控技术的有关规定和标准 901

一、井控工艺方面 901

二、井控装置方面 901

附录一 中华人民共和国石油工业部部标准 905

附录二 石油与天然气钻井井控计术规定 911

参考文献 919

第九章 钻柱与下部钻具组合设计 920

第一节 钻柱的作用与组成 921

一、钻柱的作用 921

二、钻柱的组成 921

第二节 组成钻柱的主要钻井工具的规范与特性 921

一、方钻杆 921

二、钻杆 921

三、加重钻杆 937

四、钻铤 937

五、井下马达 942

六、其它钻井工具 947

第三节 钻柱的设计与计算 950

一、钻铤柱的设计与计算 950

二、钻杆柱的设计与计算 951

三、典型钻柱的设计计算示例——以超拉极限为基础 954

四、特殊的计算问题 956

第四节 井斜控制 958

一、井斜的原因 958

二、井斜的危害 963

三、井斜控制的要求 964

四、防斜钻直井工艺技术 966

第五节 下部钻具组合设计 969

一、下部钻具组合设计的基本原则 969

二、满眼钻具组合设计 970

三、钟摆钻具组合的设计 971

四、震击器与减震器的安放位置 975

五、用金刚石钻头的下部钻具组合 976

参考文献 976

附录 本手册所用常用许用单位和非许用单位换算表 977