《钻井工程》课程教学大纲
英文名称：Well Drilling Engineering
课程编码：02102 学分：3.5 参考学时：50 实验学时：6 上机学时：0 适用专业：石油工程、石油工程双学位、海洋油气工程
一、课程目标
本课程是石油工程专业本科生的专业必修课之一。通过本课程的学习，使学生能够掌握在整个钻井过程中所采取的各个工艺环节和技术措施的基本概念、基本原理、基本方法和基本计算；能初步学会运用这些理论和方法分析解决钻井施工中所遇到的技术问题；掌握各工艺环节和技术措施的基本设计方法。
二、基本要求
在本课程进行之前，学生应经历过有关钻井工程方面的认识实习，对钻井的基本工艺过程、钻井设备及工具有一定的认识。在基础理论方面，应掌握《工程力学》、《工程流体力学》、《地质学基础》等课程的基本知识。学生学完本课之后，应掌握和了解以下内容：
1．掌握地下各种压力的基本概念以及确定地下各种压力的基本方法及原理，掌握岩石的基本工程力学性质。
2．掌握各种钻头的破岩原理；了解钻头的合理使用及评价方法；掌握钻柱的组成及设计原理。
3．掌握钻井液的基本功用、组成、分类和性能；了解钻井液固相控制以及保持井眼稳定的基本措施。
4．掌握钻进参数优化设计的基本内容以及钻井过程中所遇到的各种水力计算方法和水力设计的基本原理。
5．掌握定向井井眼轨迹的基本概念、轨迹测量及计算以及轨道设计方法；了解定向井造斜工具和轨迹控制方法。
6．掌握井斜的原因及井斜控制的基本原理和方法。
7．掌握井内各种压力的关系；了解地层流体侵入的检测和控制方法及原理。 8．掌握井身结构设计和套管柱强度设计的基本原则和方法；了解水泥浆性能调节的主要方法及提高固井质量的主要措施。
9．掌握保护油气层对钻井的基本要求；了解各种完井方法及井底结构。 10．了解各种井下复杂情况发生的原因及井下事故处理的方法；了解钻井过程中的其它特殊作业。
三、教学内容与学时分配建议
绪论 1.0学时
油气井的基本类型，钻井技术的发展状况，钻井工程的基本工艺过程。 第一章 钻井的工程地质条件 （6+2学时）
本章的重点难点：地下各种压力的概念，异常高压的成因，地层压力评价，地层破裂压力，岩石的力学特性。
1．地下压力特征 3 学时 静液压力，上覆岩层压力，地层压力，基岩应力，异常压力的成因，地层压力评价，地层破裂压力。
2．岩石的工程力学性质 3 学时 岩石的机械性质，井底压力条件下岩石的机械性质及其影响因素，岩石的研磨性，岩石的可钻性。
3．岩石力学实验 2 学时 第二章 钻进工具 （6学时）
本章的重点难点：钻头的类型及工作原理，钻头的选型及分类方法，钻头的合理使用，钻柱的组成及功用，钻柱的工作状态及受力，钻柱设计方法。
1．钻头 3 学时 钻头的类型，钻头的性能指标，刮刀钻头，牙轮钻头，金刚石钻头。
2．钻柱 3 学时 钻柱的组成及功用，钻柱的工作状态及受力分析，钻柱设计。 第三章 钻井液 （2学时）
本章的重点难点：钻井液的功用、分类、性能及固相控制，井塌及防塌措施，油气层保护及完井液。
1．钻井液的功用、分类、性能及固相控制 1 学时 钻井液的组成及功用，钻井液的分类，钻井液的密度及流变性，钻井液的造壁性及滤失量，钻井液的固相控制。
2．井塌及防塌措施，油气层保护及完井液 1 学时 井塌的原因，防塌措施，储层损害的主要原因及防止措施，完井液种类及基本功能。
第四章 钻进参数优选 （10学时）
本章的重点难点：钻进过程中各参数间的基本关系、钻速方程、牙齿及轴承磨损方程、方程中相关参数的求取方法；钻进参数优选的目标函数，钻进参数优选的基本方法；钻头的水力特性，循环系统水功率传递的基本关系，循环压耗计算，提高钻头水力能量的途径，水力参数优选方法。
1．钻进过程中各参数间的基本关系 2.5 学时 影响钻速的主要因素及钻速方程，影响钻头寿命的主要因素及磨损方程，钻进方程中有关系数的确定。
2．机械破岩参数优选 1.5 学时 目标函数的建立，目标函数的极值条件和约束条件，钻头最优磨损量、最优钻压和最优转速的求取。
3．钻头的水力特性及水功率传递原理 3 学时 钻头的水力特性，水功率传递的基本关系，循环系统压耗的计算，提高钻头水力参数的途径。
4．水力参数优化设计 3 学时 钻井泵的工作特性，水力参数优选的标准，最大钻头水功率和最大射流冲击力条件下的水力传递规律及排量和喷嘴直径的优选，水力参数优化设计的步骤。 第五章 井眼轨道设计及轨迹控制 (10+1学时)
本章的重点难点：描述井眼轨迹的基本参数，轨迹测量及计算，井斜原因及直井防斜技术的基本原理，定向井井眼轨道设计方法，扭方位计算。
1．井眼轨迹的基本概念 1 学时 井眼轨迹的基本参数，轨迹的计算参数，井眼轨迹的图示法。
2．轨迹测量及计算 2 学时 井眼轨迹测量原理及方法，轨迹计算的平均角法、圆柱螺线法、曲率半径法、校正平均角法。
3．直井防斜技术 2 学时 井斜的原因，满眼钻具组合控制井斜，钟摆钻具组合控制井斜，其它直井防斜技术。
4．定向井井眼轨道设计 2 学时 定向井轨道类型，常规二维定向井轨道设计的基本原则、设计条件、内容、方法及步骤，不同轨道类型关键参数的计算。
5．定向井造斜工具及轨迹控制 3 学时 井底动力钻具造斜工具，转盘钻造斜工具，定向井轨迹控制的基本方法，扭方位计算，造斜工具的定向。
6．课外轨迹测量实验 1 学时 第六章 油气井压力控制 （6+1学时）
本章的重点难点：井眼与地层压力系统及压力平衡关系，地层流体侵入的检测原理及方法，压井方法及压井参数计算。
1．井眼与地层压力系统 1 学时 井眼内的各种压力，平衡压力钻井，欠平衡压力钻井。
2．地层流体侵入的检测 2 学时 地层流体侵入的原因，气侵的途径、方式、特点及危害，地层流体侵入的征兆、检测原理及方法。
3．地层流体侵入控制 3 学时 井控的基本装置，关井的基本方法及步骤，压井钻井液密度计算，压井方法及压井基本参数的计算。
4．课外井控观摩实验 1 学时 第七章 固井与完井 （8+2学时）
本章的重点难点：井身结构设计的基本原理及方法，套管柱的载荷及强度计算，水泥浆性能、注水泥工艺及提高固井质量的措施，完井的基本原则和要求、钻井作业对储集层性质的影响、完井井底结构类型及完井方法。
1．井身结构设计 3 学时
套管的分类及作用，井身结构设计的原则，井身结构设计的基础资料，确定套管层次和下深的基本原理和方法，套管尺寸与钻头尺寸的选择。
2．套管柱设计 2 学时 套管的结构、钢级及尺寸系列，套管柱的受力及载荷计算，套管的强度及计算，套管柱强度设计方法。
3．注水泥技术 2 学时 油井水泥的主要成分及分类，水泥浆性能及其与固井工程的关系，注水泥工艺过程，影响注水泥质量的因素及提高注水泥质量的措施。
4．完井技术 1 学时 完井工程的原则和要求，钻开储集层及钻井作业对储集层性质的影响，完井井底结构类型及完井方法，完井井口装置。
5．水泥实验 2 学时 第八章 其它钻井技术及作业 （1学时）
本章的重点难点：井下复杂情况的类型、原因及处理，取心的基本工艺、工具及评价方法，套管开窗的基本工艺和工具。
1．井下复杂情况及事故处理 0.5 学时 井喷、井漏、卡钻、钻具事故、井底落物等井下复杂情况的特点、原因及处理。 2．取心技术 0.2 学时 钻进取心的工艺环节、取心钻进的评价指标、取心工具。
3．套管开窗技术 0.3 学时 套管开窗侧钻的方法及基本工具和工艺。
四、教材及主要参考资料
1．《钻井工程理论与技术》，陈庭根、管志川主编，石油大学出版社，2001。 2．《钻井工艺原理》（上、中、下册），刘希圣主编，石油工业出版社，1988； 3．《实用钻井工程》，徐云英等译，石油天然气总公司情报研究所，1989； 4．《钻井工艺技术》，美·摩尔等，石油工业出版社，1982；
5．《钻井工程 ? 一整套油井设计方法》，N.J.亚当斯，石油工业出版社，1992； 6．《定向井设计与计算》，韩志勇编著，石油工业出版社，1989；
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