钻井工程复习资料 石工11-10班
③读出某深度的实测声波时差④在
和
和该深度所对应的正常趋势线上的声波时差
所对应的
，用
，并计算。
关系曲线上读出乘以井深，得其深度的地层压力。
（二）压力检测
1.概念：根据所钻井的实时数据进行压力监测，以掌握地层压力的实际变化规律。
2.
指数法
（1）宾汉钻速模型：
式中：，钻速，
；，转盘转速，
；，钻压，
；，钻头直井，；，岩性常数，无量纲；，压实指数，无量纲。
（2）指数（泥页岩岩层）：
采用工程单位：
式中：，钻速，（3）指数：
；，转盘转速，
；，钻压，
；，钻头直井，
。
式中：
，正常地层水密度；
，所使用的钻井液的密度。
（4）基本原理：
在正常压实条件下，岩石强度随井深增加而增强，若钻井参数不变，机械钻速随井深增加而降低，泥
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岩段指数随井深增加而增大；
在异常压力段，由于岩石中孔隙压力的影响，不再遵循正常压实的规律，钻速随孔隙压力的增大而增大，指数则相应减小，偏离原来的正常趋势线。
3.
指数法地层压力检测步骤
（1）数据采集与整理； （2）指数的计算； （3）绘制曲线，回归处理； （4）地层压力计算
4.声波时差法和指数法的不足
（1）水力参数、地层岩性、钻头类型、井底压差等因素的变化都会引起机械钻速的变化，从而导致dc指数的变化。因此，指数法评价地层压力存在较大的误差。
（2）声波时差法和指数法只适用于泥页岩地层（砂泥岩剖面），对于碳酸盐岩地层，目前尚无合适的方法。
三、地层破裂压力
（一）概念
在井下一定深度出露的地层，承受流体压力的能力是有限的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂，这个液体压力称为地层破裂压力。即：使地层发生破裂的最小井内液柱压力。 （二）影响地层破裂压力大小的因素
地层破裂压力的大小取决于许多因素，如上覆岩层压力、地层压力、岩性、地层年代、埋藏深度以及该处岩石的应力状态。
（三）地层破裂压力的预测方法
伊顿法
（四）地层破裂压力确定的现场方法：液压实验法
实验步骤如下：
1.循环调节泥浆性能，保证泥浆性能稳定，上提钻头至套管鞋内，关闭防喷器。
2.用较小排量
向井内注入泥浆，并记录各个时期的注入量及立管压力。
3.做立管压力与累计泵入量的关系曲线图。 4.从图上确定各个压力值
漏失压力为即开始偏离直线点的压力，其后压力继续上升；压力升到最大值即为开裂压力；最大值过后压力下降并趋于平缓，称为传播压力；
5.求地层破裂压力当量密度
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式中：
，实验用泥浆密度，
；，实验井深，指套管下入深度，。
第二节 岩石的工程力学性质
一、岩石的类型及特点
（一）岩石的类型：
岩浆岩、沉积岩、变质岩 （二）各向异性：
如果物体的某一性质随方向的不同而不同,则称物体具有各向异性。 （三）不均质性
如果物体中不同部分的物理、化学性质不同，称该物体是不均质的。
二、岩石的工程力学性质
（一）几个概念
1.弹性：岩石在外力作用下产生变形，外力撤销后变形随之消失，恢复到原来的形状和体积的性质称为弹性，相应的变形称为弹性变形。
2塑性：岩石在外力作用下产生变形，外力撤销后变形不能完全恢复的性质。相应的残余变形称为塑性变形。
3脆性：岩石在外力作用下变形很小（小于3%）就发生破坏的性质。相应的破坏称为脆性破坏。 （二）岩石的强度
1.概念：岩石在外力作用下达到破坏时的应力称为岩石的强度，是岩石在一定条件下抵抗外力破坏的能力。
2.一般规律
（1）在简单应力条件下，大部分岩石都接近弹性脆性体，岩石的破坏表现为脆性破坏。 （2）一般情况下：抗拉强度＜抗弯强度≤抗剪强度＜抗压强度。
（3）垂直于地层层面方向的岩石强度＞平行于地层层面方向的岩石强度。 （三）复杂应力条件下岩石的强度
1. 常规三轴试验：
将岩样放在一个高压容器中，首先用液压使其四周处于三向均匀压缩的应力状态，然后保持此压力（围压）不变，对岩样进行纵向加载，直到使其破坏。
2.一般规律：
（1）岩石在三轴应力条件下的强度明显增加。随着围压的增大，岩石强度增大。
（2）随着围压的增大，岩石由脆性向塑性转变，且围压越大，岩石破坏前呈现的也塑性越大。岩石从脆性向塑性转变的压力（围压）称为临界压力。不同的岩石，临界压力不同。 （四）岩石的硬度
1. 概念：岩石的硬度是岩石抵抗其它物体表面压入或侵入的能力。 2. 硬度与抗压强度区别：
（1）前者只是固体表面的局部对另一物体压入或侵入时的阻力，而后者则是固体抵抗固体整体破坏时的阻力。
（2）前者反映岩石颗粒的硬度，其对钻进过程中工具的磨损起重大影响； （3）后者反映岩石的组合硬度，其对钻进时岩石破碎速度起重大影响。 （五）岩石的脆性和塑性
1.按脆性和塑性将岩石分为三类：脆性岩石、塑性岩石和塑脆性岩石。
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2.分类的标准：岩石在外力作用下，直至破碎而无明显的形状改变，这种情况称为脆性的；在外力作用下，岩石只改变其形状和大小而不破坏自身的连续性，这种情况称为塑性的；介乎于两者之间的是塑脆性岩石。
3.塑性系数：岩石破碎前耗费的总功与岩石破碎前弹性变形功的比值。
三、井底各种压力对岩石性质的影响
（一）井眼周围地层岩石的受力：
上覆岩层压力、岩石内孔隙流体的压力、钻井液液柱压力、水平地应力。 （二）岩石有效应力：
（三）各向压缩效应：对干岩石，增大围压，岩石的强度、塑性都增大，称为“各向压缩效应”。
四、岩石可钻性与研磨性
（一）岩石可钻性 1.概念：
指岩石破碎的难易程度，可以理解为在一定的钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。
2.评价方法：微钻头实验法
为应用方便，常用
作为可钻性指标，称为可钻性级值。可钻性级值越大，岩石越难破碎。
（二）岩石的研磨性
概念：岩石磨损钻头切削刃材料的能力称为岩石的研磨性。
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钻机简介
一、钻机定义
石油钻井的地面配套设备称为钻机，石油钻机是由多种机器设备组成的一套大功率重型联合工作机组。
二、钻机的综合功能：
完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、完井和处理井下事故等作业。
三、钻机的分类
（一）钻井深度
1.大型钻机：（1）超重型钻机；（2）重型钻机（3）；中型钻机。 2.轻型钻机
（二）动力设备
1.柴油机驱动钻机；2.直流电驱动钻机；3.交流电驱动钻机。
（三）使用地区
1.陆地钻机；2.海洋钻机。
四、钻机的组成及其功能
（一）起升系统
1.组成
一般由井架、绞车、天车、游车、大钩、滚筒和钢丝绳组成。 2.功能
（1）下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼； （2）起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。
（二）循环系统
1.组成
泥浆池（钻机的“心脏”），泥浆泵，立管，水龙带，分离装置。 2.功能
（1）从井底清除岩屑；（2）冷却钻头和润滑钻具。 3.泥浆循环流程
（三）旋转系统
1.组成
转盘，水龙头，钻头，钻柱。 2.功能
保证在钻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。
（四）驱动与传动系统
1.组成
动力机，传动部分； 2.功能
产生动力，并把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘。
（五）气控系统
1.组成
控制机构、传输管线和阀门、执行机构（气动离合器等）以及压气机等。
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