《石油钻井工程》课程授课教案（讲稿，共八章，64学时）

课程名称：《钻井工程》第6周第1讲摘要授课题目（章、节）第一章绪论本讲目的要求及重点难点【目的要求】通过了解钻井工程的定义及其在石油工业中的地位，明确学习本门功课的重要性：通过教学使学生掌握石油钻井的概念、钻井的种类、钻井的方法：了解钻井的发展史以及钻井的技术现状：熟悉钻井的工艺工序：给学生一个宏观的钻井的概念。[重点】石油钻井的概念、钻井的种类、钻井的方法、钻井的工艺工序[难点】钻井的工艺工序内容[本讲课程的引入]：钻井是石油、天然气勘探与开发的重要手段。要直接了解地下的地质情况，证实以探明的构造含油气情况极其储量，要把地下的石油、天然气开采出来，都是要通过钻井来实现。钻井工程就是利用机械设备和一定的工具将地层钻成孔眼的工程。钻井工程质量的好坏和钻井速度的快慢，直接关系到钻并的成本的高低、油气勘探开发的综合经济效益及石油工业发展的速度。[本讲课程的内容]：第一章绪论第一节钻井与完井工程及其在石油工业中的地位一、石油、天然气在国民经济中的地位二、石油天然气勘探、开发、生产的主要环节三、钻井与完井工程在石油工业中的作用和地位（勘探、开发、提高采收率）1、石油钻井的概念所谓石油钻井是指为了勘探和开发地下石油和天然气而在地表钻凿一个通往地下油气层直径很小的井眼的工作。2、石油钻井的种类A.把钻井按钻井的目的进行分类区域普查井：基准井、剖面井、参数井、构造井探井：预探井、详探井、边探井。1

1 课程名称：《钻井工程》 第 6 周 第 1 讲 摘 要 授课题目（章、节） 第一章 绪论 本讲目的要求及重点难点： [目的要求] 通过了解钻井工程的定义及其在石油工业中的地位，明确学习本门功课的重要 性；通过教学使学生掌握石油钻井的概念、钻井的种类、钻井的方法；了解钻井的发展史以及 钻井的技术现状；熟悉钻井的工艺工序；给学生一个宏观的钻井的概念。 [重点] 石油钻井的概念、钻井的种类、钻井的方法、钻井的工艺工序 [难点] 钻井的工艺工序 内 容 [本讲课程的引入]：钻井是石油、天然气勘探与开发的重要手段。要直接了解地下 的地质情况，证实以探明的构造含油气情况极其储量，要把地下的石油、天然气开采 出来，都是要通过钻井来实现。钻井工程就是利用机械设备和一定的工具将地层钻成 孔眼的工程。钻井工程质量的好坏和钻井速度的快慢，直接关系到钻井的成本的高低、 油气勘探开发的综合经济效益及石油工业发展的速度。 [本讲课程的内容]： 第一章 绪论 第一节 钻井与完井工程及其在石油工业中的地位 一、石油、天然气在国民经济中的地位 二、石油天然气勘探、开发、生产的主要环节 三、钻井与完井工程在石油工业中的作用和地位（勘探、开发、提高采收率） 1、石油钻井的概念 所谓石油钻井是指为了勘探和开发地下石油和天然气而在地表钻凿一个通往地下 油气层直径很小的井眼的工作。 2、石油钻井的种类 A．把钻井按钻井的目的进行分类 区域普查井：基准井、剖面井、参数井、构造井。 探井：预探井、详探井、边探井

开发井：生产井（油井、气井）、注入井（注水井、注气井）。特殊用途井：检查井、观察井、调整井、救援井等。基准井：在区域普查阶段，为了了解地层的沉积特征和含油气情况、验证物探成果而钻的井。剖面井：是为了研究地层岩性、岩相变化，为寻找含油气构造而钻的井。参数井：为了解区域构造，提供岩石物性参数而钻的井。构造井：为了了解地质构造特征、验证物探成果，并编制地下某一标准层的构造图。探并：为了确定油气藏是否存在及其理藏位置（预探井），对油气藏进行工业评价及取得油气开发所需的地质资料（详探井），圈定油气藏边界及其储量（边探井）。生产井：在进行油田开发时，为开采石油和天然气而钻的井。注入井：开发后期为了提高采收率及开发速度，而对油田进行注水注气以补充和合理利用地层能量所钻的并。检查井：油田开发到某一含水阶段，为了搞清各油层的压力和油、气、水分布状况：剩余油饱和度的分布和变化情况所钻的井。观察井：油田开发过程中专门用来了解地下动态的井。调整并：油由开发中后期，为进一步提高开发效果和最终采收率，而调整原有开发井网所钻的井。救援井：为了救援而钻的井。B.把钻井按井斜角不同分类：直井、定向井、水平井直并：并口与并底在同一条铅垂线上。定向井：沿着预先设计的井眼轨迹钻达目的层，并口与并底不在同一条铅垂线上。水平井：沿着预先设计的井眼轨迹以井斜角>85°的角度进入目的层，并在水平段延伸油层厚度的六倍的距离。C.把钻并按并深不同分类：浅井H6000m。第二节钻井与完井工程的内容一、一口井的钻井流程：钻前工程、钻井工程、完井工程二、钻井工程设计：地质设计、工程设计三、钻井工程设计所包含的内容：并身结构设计、钻机性能、钻井液设计、钻头设2

2 开发井： 生产井（油井、气井）、注入井（注水井、注气井）。 特殊用途井：检查井、观察井、调整井、救援井等。 基准井：在区域普查阶段，为了了解地层的沉积特征和含油气情况、验证物探成果 而钻的井。 剖面井：是为了研究地层岩性、岩相变化，为寻找含油气构造而钻的井。 参数井：为了解区域构造，提供岩石物性参数而钻的井。 构造井：为了了解地质构造特征、验证物探成果，并编制地下某一标准层的构造图。 探井：为了确定油气藏是否存在及其埋藏位置（预探井），对油气藏进行工业评价 及取得油气开发所需的地质资料（详探井），圈定油气藏边界及其储量（边探井）。 生产井：在进行油田开发时，为开采石油和天然气而钻的井。 注入井：开发后期为了提高采收率及开发速度，而对油田进行注水注气以补充和合 理利用地层能量所钻的井。 检查井：油田开发到某一含水阶段，为了搞清各油层的压力和油、气、水分布状况， 剩余油饱和度的分布和变化情况所钻的井。 观察井：油田开发过程中专门用来了解地下动态的井。 调整井：油田开发中后期，为进一步提高开发效果和最终采收率，而调整原有开发 井网所钻的井。 救援井：为了救援而钻的井。 B．把钻井按井斜角不同分类：直井、定向井、水平井 直井：井口与井底在同一条铅垂线上。 定向井：沿着预先设计的井眼轨迹钻达目的层，井口与井底不在同一条铅垂线上。 水平井：沿着预先设计的井眼轨迹以井斜角>85°的角度进入目的层，并在水平段 延伸油层厚度的六倍的距离。 C．把钻井按井深不同分类： 浅井 H6000m。 第二节 钻井与完井工程的内容 一、一口井的钻井流程：钻前工程、钻井工程、完井工程 二、钻井工程设计：地质设计、工程设计 三、钻井工程设计所包含的内容：井身结构设计、钻机性能、钻井液设计、钻头设

计、水力参数和钻井参数设计、钻具组合设计、固井完井设计四、钻井过程：旋转钻井系统简介、固井过程、完井方法简介五、井史整理第三节钻井与完井工程技术的发展一、钻井技术的发展1、钻井的发展史2100多年前，中国就开始了钻井，应用的是顿钻钻井方法，这是在四川自贡，目的是为了获得地下的盐。1521年钻盐井偶得石油，这是我国的第一口油井。1835年在四川钻成了一口天然气井一—兴海井，井深达1200m，是当时世界上最深的井。到1820年，即鸦片战争前夕，钻井深度突破1000米，中国第一口油井在陕西延长油矿。目前日产量还有200公斤。1859年8月在宾夕法尼亚洲泰特斯维尔小镇才打了一口20m深的油井，也就是所谓的世界上的第一口油井；前苏联在1863年才打出20m深的井。2、钻井方法的发展（1）人工掘井：1521年之前。（2）人力冲击钻：1521～1835年，是靠人力、捞砂筒、特殊钻头、悬绳、游梁等来完成的。实际上是利用了杠杆原理及自由落体的下落冲击作用来钻井的。（3）机械顿钻（冲击钻）：1859～1901年优点：设备简单；起下钻方便。缺点：靠冲击作用破岩，钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢，（4）旋转钻：1901年发展起来的。旋转钻井是靠动力带动钻头旋转，在旋转的过程中对井底岩石进行破碎，同时循环钻井液以清洁井底的钻井方法。旋转钻井又分为转盘钻井、井下动力钻具钻井、顶部驱动旋转钻井。特点是：①破岩与清岩相接进行。②旋转动力大，转速高，破碎效率高。③设备复杂，起下钻繁琐。3、旋转钻井技术的发展3

3 计、水力参数和钻井参数设计、钻具组合设计、固井完井设计 四、钻井过程：旋转钻井系统简介、固井过程、完井方法简介 五、井史整理 第三节 钻井与完井工程技术的发展 一、钻井技术的发展 1、钻井的发展史 2100 多年前，中国就开始了钻井，应用的是顿钻钻井方法，这是在四川自贡，目 的是为了获得地下的盐。1521 年钻盐井偶得石油，这是我国的第一口油井。1835 年在 四川钻成了一口天然气井——兴海井，井深达 1200m，是当时世界上最深的井。到 1820 年，即鸦片战争前夕，钻井深度突破 1000 米，中国第一口油井在陕西延长油矿。目前 日产量还有 200 公斤。1859 年 8 月在宾夕法尼亚洲泰特斯维尔小镇才打了一口 20m 深 的油井，也就是所谓的世界上的第一口油井；前苏联在 1863 年才打出 20m 深的井。 2、钻井方法的发展 （1）人工掘井：1521 年之前。 （2）人力冲击钻：1521～1835 年，是靠人力、捞砂筒、特殊钻头、悬绳、游梁等 来完成的。 实际上是利用了杠杆原理及自由落体的下落冲击作用来钻井的。 （3）机械顿钻（冲击钻）：1859～1901 年 优点：设备简单；起下钻方便。 缺点：靠冲击作用破岩，钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢。 （4）旋转钻：1901 年发展起来的。 旋转钻井是靠动力带动钻头旋转，在旋转的过程中对井底岩石进行破碎，同时循环 钻井液以清洁井底的钻井方法。旋转钻井又分为转盘钻井、井下动力钻具钻井、顶部驱 动旋转钻井。 特点是： ① 破岩与清岩相接进行。 ② 旋转动力大，转速高，破碎效率高。 ③ 设备复杂，起下钻繁琐。 3、旋转钻井技术的发展

（1）概念时期（1901～1920年）：这个时期内开始将钻井和洗井结合在一起，并使用了牙轮钻头和注水泥固套管技术。（2）发展时期（19201948年）：这个时期牙轮钻头、固井工艺、钻井液等得到进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。（3）科学化钻井时期（1948～1968年）：这个时期钻井技术有了迅速发展。采用了喷射钻井，镶齿、滑动密封轴承钻头，低固相、无固相不分散体系钻井液及固相控制技术，总结出了影响机械钻速的有关因素，采用了地层压力检测、井控技术及平衡压力钻井技术。（4）自动化钻井时期（1968～现在）：发展了钻井参数自动检测、综合录井、随钻测量技术等计算机技术在钻井工程中的应用；发展了优化钻井、井口机械化自动化工具、自动化钻机、井眼轨迹遥控及自动闭环控制技术等新技术、新工艺及新设备。二、钻井施工工序1.定井位8.二次开钻9.钻进2.道路勘察3.基础施工10.起钻4.安装井架（塔型井架）11.换钻头5.搬家12.下钻6.安装设备13.完井电测7.一次开钻14.下套管固井三、钻井技术现状1、钻井范围井眼直径：100mm~500mm井的垂直深度：12262米（前苏联科拉半岛上的SC3井），我国在江苏省东海县毛北镇正在打一口预计井深5000米的科探井。井的水平位移：一万米以上（正在准备12000米、14000米水平位移的井）2、新的钻井技术（1）定向井、水平井、大位移井技术分枝井技术（2）深井（4500~6000m）、超深井（6000m以上）（4）深海钻井4

4 （1）概念时期（1901～1920 年）：这个时期内开始将钻井和洗井结合在一起，并 使用了牙轮钻头和注水泥固套管技术。 （2）发展时期（1920～1948 年）：这个时期牙轮钻头、固井工艺、钻井液等得到 进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。 （3）科学化钻井时期（1948～1968 年）：这个时期钻井技术有了迅速发展。采用 了喷射钻井，镶齿、滑动密封轴承钻头，低固相、无固相不分散体系钻井液及固相控制 技术，总结出了影响机械钻速的有关因素，采用了地层压力检测、井控技术及平衡压力 钻井技术。 （4）自动化钻井时期（1968～现在）：发展了钻井参数自动检测、综合录井、随钻 测量技术等计算机技术在钻井工程中的应用；发展了优化钻井、井口机械化自动化工具、 自动化钻机、井眼轨迹遥控及自动闭环控制技术等新技术、新工艺及新设备。 二、钻井施工工序 1. 定井位 8. 二次开钻 2. 道路勘察 9. 钻进 3. 基础施工 10. 起钻 4. 安装井架（塔型井架） 11. 换钻头 5. 搬家 12. 下钻 6. 安装设备 13. 完井电测 7. 一次开钻 14. 下套管固井 三、钻井技术现状 1、钻井范围 井眼直径：100mm～500mm 井的垂直深度：12262 米（前苏联科拉半岛上的 SC3 井），我国在江苏省东海县毛 北镇正在打一口预计井深 5000 米的科探井。 井的水平位移：一万米以上（正在准备 12000 米、14000 米水平位移的井） 2、新的钻井技术 （1）定向井、水平井、大位移井技术分枝井技术 （2）深井（4500～6000m）、超深井(6000m 以上) （4）深海钻井

（5）欠平衡钻井技术（6）小井眼钻井技术（7）地质导向钻井技术（8）挠性连续管钻井技术[本讲课程的小结】要求大家掌握钻井的概念、钻井的方法：熟悉钻井工艺工序过程；给大家一个宏观的概念，对钻井有一定的了解。【本讲课程的作业】1、钻井的概念及钻井方法？2、钻井工艺工序过程？课程名称：《钻井工程》第6周第2讲摘要授课题目（章、节）第二章井身结构设计第一节地层孔隙压力预测方法本讲目的要求及重点难点：【目的要求】通过学习使学生掌握套管的分类及作用，掌握井身结构设计的原则及其中地层孔隙压力的预测方法，【重点】套管的分类及作用，地层孔隙压力的预测方法[难点]地层孔隙压力的预测方法内容[本讲课程的内容]：第二章井身结构设计一、并身结构主要包括套管层次和每层套管的下深，各层套管外水泥返高，以及套管和井眼尺寸的配合。二、井身结构设计的原则：1、能有效地保护储集层；2、避免产生井漏、井喷、井塌、卡钻等井下复杂情况和事故，为安全、优质、高速和经济钻井创造条件；3、当实际地层压力超过预测值而发生溢流时，在一定范围内，应具有处理溢流的能力。三、套管的分类及作用1、表层套管5

5 （5）欠平衡钻井技术 （6）小井眼钻井技术 （7）地质导向钻井技术 （8）挠性连续管钻井技术 [本讲课程的小结] 要求大家掌握钻井的概念、钻井的方法；熟悉钻井工艺工序过程； 给大家一个宏观的概念，对钻井有一定的了解。 [本讲课程的作业] 1、钻井的概念及钻井方法？2、钻井工艺工序过程？ 课程名称：《钻井工程》 第 6 周 第 2 讲 摘 要 授课题目（章、节） 第二章 井身结构设计 第一节 地层孔隙压力预测方法 本讲目的要求及重点难点： [目的要求] 通过学习使学生掌握套管的分类及作用，掌握井身结构设计的原则及其中地层 孔隙压力的预测方法。 [重点] 套管的分类及作用，地层孔隙压力的预测方法 [难点] 地层孔隙压力的预测方法 内 容 [本讲课程的内容]： 第二章 井身结构设计 一、井身结构主要包括套管层次和每层套管的下深，各层套管外水泥返高，以及 套管和井眼尺寸的配合。 二、井身结构设计的原则： 1、能有效地保护储集层； 2、避免产生井漏、井喷、井塌、卡钻等井下复杂情况和事故，为安全、优质、高 速和经济钻井创造条件； 3、当实际地层压力超过预测值而发生溢流时，在一定范围内，应具有处理溢流的 能力。 三、套管的分类及作用 1、表层套管

主要用途：（1）封隔地表浅水层及浅部疏松和TE福复杂地层：EIEN（2）安装井口、悬挂和支撑后续各表层套管尺寸及下课一开钻头尺寸及井层套管。.水滤返高下深位置：根据钻井的目的层深度和地表状况9E而定，一般为上百米甚至上千米。一水泥返高2、生产套管（油层套管）V主要用途：用以保护生产层，提供油气生产通技术套管尺寸及下二开钻头尺寸及并染道。下深位置：由目的层位置及完并方式而定。3、中间套管（技术套管）人工井庭在表层套管和生产套管之间由于技术要求油层套管尺寸及下梁完钻钻头尺寸及井深下入的套管，可以是一层、两层或更多层。图7-1套管的基本类型主要用途：用来封隔不同地层压力层系或易漏、易塌、易卡等井下复杂地层。4、尾管（衬管）是在已下入一层技术套管后采用，即在裸眼井段下套管、注水泥，而套管柱不延伸到井口。主要用途：减轻下套管时钻机的负荷和固并后套管头负荷：节省套管和水泥。般深井和超深井。第一节地层孔隙压力预测方法一、几个基本概念1、静液柱压力静液柱压力是由液柱自身重力产生的压力，即：Ph=0.00981pH式中：Ph一静液柱压力，MPap一液体密度，g/cm：H一液柱垂直高度，m。2、压力梯度指用单位高度（或深度）的液柱压力来表示液柱压力随高度（或深度）的变化。6

6 主要用途：（1）封隔地表浅水层及浅部疏松和 复杂地层； （2）安装井口、悬挂和支撑后续各 层套管。 下深位置：根据钻井的目的层深度和地表状况 而定，一般为上百米甚至上千米。 2、生产套管（油层套管） 主要用途：用以保护生产层，提供油气生产通 道。 下深位置：由目的层位置及完井方式而定。 3、中间套管（技术套管） 在表层套管和生产套管之间由于技术要求 下入的套管，可以是一层、两层或更多层。 主要用途：用来封隔不同地层压力层系或 易漏、易塌、易卡等井下复杂地层。 4、尾管（衬管） 是在已下入一层技术套管后采用，即在裸眼井段下套管、注水泥，而套管柱不延 伸到井口。 主要用途：减轻下套管时钻机的负荷和固井后套管头负荷；节省套管和水泥。 一 般深井和超深井。 第一节 地层孔隙压力预测方法 一、几个基本概念 1、静液柱压力 静液柱压力是由液柱自身重力产生的压力，即： ph = 0.00981H 式中：Ph—静液柱压力，MPa；—液体密度，g/cm3；H—液柱垂直高度，m。 2、压力梯度 指用单位高度（或深度）的液柱压力来表示液柱压力随高度（或深度）的变化

G, = P =0.00981p (MPa/m)H3、有效密度钻井流体在流动或被激励过程中有效地作用在井内的总压力为有效液柱压力，其等效（或当量）密度定义为有效密度。4、压实理论正常地层压力段，随着井深H增加，岩石孔隙度减小。若当随着井深增加，岩石孔隙度增大，则说明该段地层压力异常。5、均衡理论6、上覆地层压力Po在某一地层深度处，由上覆岩石的固体骨架和孔隙中的流体的总重量所产生的压力，叫做上覆（地层）压力。岩石骨架重量（重力)+流体重量（重力）Po=面积=0.00981H[p+(1-)p]7、地层压力（地层孔隙压力）指岩石孔隙中流体的压力，用Pp表示。异常高压：P,>Ph；异常低压：Pp<Ph。8、骨架应力在某一地层深度，由岩石固体骨架物质的重量所产生的压力，叫做骨架压力。= Po-Pp二、异常压力形成原因1、异常低压2、异常高压三、地层孔隙压力预测方法（掌握dc指数法，了解声波时差、地震法）1、dc指数法（1）工作原理：d（或dc）指数法是利用泥页岩的压实规律及欠压实地层机械钻速增大的特性和压差影响机械钻速的原理，同时考虑了钻井参数对机械钻速的影响来监测地层压力的

7 0.00981 h h = = H p G （MPa/m） 3、有效密度 钻井流体在流动或被激励过程中有效地作用在井内的总压力为有效液柱压力，其 等效（或当量）密度定义为有效密度。 4、压实理论 正常地层压力段，随着井深 H 增加，岩石孔隙度减小。 若当随着井深增加，岩石孔隙度增大，则说明该段地层压力异常。 5、均衡理论 6、上覆地层压力 P0 在某一地层深度处，由上覆岩石的固体骨架和孔隙中的流体的总重量所产生的压 力，叫做上覆（地层）压力。 ( ) ( )  ( )  H w s p =   + −  + = 0.00981 1 0 面积 岩石骨架重量 重力 流体重量 重力 7、地层压力（地层孔隙压力） 指岩石孔隙中流体的压力，用 Pp 表示。 异常高压： pp  ph ； 异常低压： pp  ph 。 8、骨架应力 在某一地层深度，由岩石固体骨架物质的重量所产生的压力，叫做骨架压力。  = p0 − pp 二、异常压力形成原因 1、异常低压 2、异常高压 三、地层孔隙压力预测方法（掌握 dc 指数法，了解声波时差、地震法） 1、dc 指数法 （1）工作原理：d（或 dc）指数法是利用泥页岩的压实规律及欠压实地层机械钻 速增大的特性和压差影响机械钻速的原理，同时考虑了钻井参数对机械钻速的影响来监 测地层压力的

正常地层，如岩性和钻井条件不变，机械钻速随井深的增加而下降。当钻入过渡带时，由于压差减小，岩石孔隙度增大，机械钻速加快。d指数正是利用这种差异预报异常高压。0.0547vIgWd=-0.0684PBDb式中：V一一机械转速，m/h；N一一转速，r/min；P—一钻压，KN：Db一一钻头尺寸，mm；d一一钻压指数。d指数与机械钻速v成反比，故随井深增加，d指数增加，当进入异常高压带，则实际d指数较正常值偏小。为消除钻井液密度的影响，提出了修正的d指数法，即dc指数法。d,=dPwrPa式中，Pwf—一正常压力层段地层水密度；Pa一一实际钻井液密度，g/cm3。（2）dc指数检测地层压力步骤①按一定深度取点，记录每个对应点的钻速、钻压、转速、地层水和钻井液的密度;②计算d和dc指数：③在半对数坐标上作出dc指数和相应的井深所确定的点：④作正常压力趋势线：③计算地层压力。2、声波时差法当岩性一定时，声波的速度随岩石孔隙度的增大而减小。正常地层，随井深增加，岩石孔隙度减小，声波速度增大，声波时差减小：当钻入过渡带时，岩石孔隙度增大，声波速度减小，声波时差增大。3、地震波法正常地层，随井深增加，地震波速逐渐增大；当钻入过渡带时，地震波速减小。[本讲课程的小结】了解套管的分类及作用，掌握地层孔隙压力的预测方法中的dc指数法。p

8 正常地层，如岩性和钻井条件不变，机械钻速随井深的增加而下降。当钻入过渡 带时，由于压差减小，岩石孔隙度增大，机械钻速加快。d 指数正是利用这种差异预报 异常高压。 b 0.0684 lg 0.0547 lg D P N v d = 式中：v——机械转速，m/h；N——转速，r/min；P——钻压，KN；Db——钻头尺寸， mm；d——钻压指数。 d 指数与机械钻速 v 成反比，故随井深增加，d 指数增加，当进入异常高压带，则 实际 d 指数较正常值偏小。 为消除钻井液密度的影响，提出了修正的 d 指数法，即 dc 指数法。 d wf c   d = d 式中，  wf ——正常压力层段地层水密度；  d ——实际钻井液密度，g/cm3。 （2）dc 指数检测地层压力步骤 ① 按一定深度取点，记录每个对应点的钻速、钻压、转速、地层水和钻井液的密 度； ② 计算 d 和 dc 指数； ③ 在半对数坐标上作出 dc 指数和相应的井深所确定的点； ④ 作正常压力趋势线； ⑤ 计算地层压力。 2、声波时差法 当岩性一定时，声波的速度随岩石孔隙度的增大而减小。 正常地层，随井深增加，岩石孔隙度减小，声波速度增大，声波时差减小；当钻 入过渡带时，岩石孔隙度增大，声波速度减小，声波时差增大。 3、地震波法 正常地层，随井深增加，地震波速逐渐增大；当钻入过渡带时，地震波速减小。 [本讲课程的小结] 了解套管的分类及作用，掌握地层孔隙压力的预测方法中的 dc 指数 法

[本讲课程的作业|1、dc指数法的工作原理是什么？课程名称：《钻井工程》第6周第3讲摘要第二章井身结构设计授课题目（章、节）第二节地层破裂压力预测方法第三节井眼塌压力预测方法本讲目的要求及重点难点【目的要求】要求掌握地层压力预测的基本原理、方法和井身结构设计的主要内容（设计步骤及相关计算方法）。了解异常压力形成的环境条件，了解生产套管尺寸设计内容及影响因素。[重点】地层压力、地层破裂压力、地层塌压力的预测方法[难点】岩石力学理论模型内容[本讲课程的内容]：第二节地层破裂压力预测方法一、破裂压力、地应力定义1、破裂压力定义：当液体压力达到某一数值时会使地层破裂，这一液体压力称为地层破裂压力。2、地应力定义：指地下环境中某一岩层深度所处的应力状态。原地水平应力由上覆地层压力po和构造应力引起，为：o, = Po=[p,(1-)+ pwlgH(兰+A)(p。-ap,)+ ap,=1-μ+ B (p。-αp,)+ appO=1-μ二、预测模型建立地层破裂是由于增大井内流体压力，使井壁上的有效切向正应力减小为零（有原生裂缝时），或变为负值并超过抗张强度（无原生裂缝时）的结果。故井内液柱破裂压力为：Pp=30-O-pp+ S代入最大最小水平主应力的公式，则上式变形为：9

9 [本讲课程的作业] 1、dc 指数法的工作原理是什么？ 课程名称：《钻井工程》 第 6 周 第 3 讲 摘 要 授课题目（章、节） 第二章 井身结构设计 第二节 地层破裂压力预测方法 第三节 井眼坍塌压力预测方法 本讲目的要求及重点难点： [目的要求] 要求掌握地层压力预测的基本原理、方法和井身结构设计的主要内容（设计步 骤及相关计算方法）。了解异常压力形成的环境条件，了解生产套管尺寸设计内容及影响因素。 [重点] 地层压力、地层破裂压力、地层坍塌压力的预测方法 [难点] 岩石力学理论模型 内 容 [本讲课程的内容]： 第二节 地层破裂压力预测方法 一、破裂压力、地应力定义 1、破裂压力定义：当液体压力达到某一数值时会使地层破裂，这一液体压力称为 地层破裂压力。 2、地应力定义：指地下环境中某一岩层深度所处的应力状态。 原地水平应力由上覆地层压力 p0 和构造应力引起，为：  ( )  ( ) ( ) h 0 p p H 0 p p z 0 s w 1 1 1 B p p p A p p p p gH                − +         + − = − +         + − = = = − + 二、预测模型建立 地层破裂是由于增大井内流体压力，使井壁上的有效切向正应力减小为零（有原生 裂缝时），或变为负值并超过抗张强度（无原生裂缝时）的结果。 故井内液柱破裂压力为： pF = 3 h − H −pp + St 代入最大最小水平主应力的公式，则上式变形为：

-K(po-op,)+op,+SPF:1-u三、液压法试验测取地层破裂压力P泵入量，L图2-5液压试验曲线液压试验法的步骤如下：①循环调节钻井液性能，保证钻井液性能稳定，上提钻头至套管鞋内，关闭防喷器。②用较小排量（0.66~1.32L/s）向井内泵入钻井液，并记录各个时间的注入量及立管压力。③做立管压力与泵入量（累计）的关系曲线，如图2-5所示。④从图2-5中确定各个压力值，漏失压力Pi，即开始偏离直线点的压力，其后压力继续上升；压力上升到最大值，即为破裂压力Pf；最大值过后压力下降并趋于平缓，平缓的压力称为传播压力。③求破裂压力当量钻井液密度：Pmx=Pm+P/gH③求破裂压力梯度：G,=Pmg+P/H第三节井眼塌压力预测方法一、井眼系统稳定性与安全、快速钻井的关系当井筒内有效液柱压力小于井壁应力时，对于脆性岩层将出现玥塌，塑性岩层出现缩径；当井筒有效液柱压力过高，又将压裂岩层出现漏失，导致井下复杂和事故。二、井眼塌压力梯度公式推导井眼失稳破坏准则：岩体破坏（失稳）是由破坏面上的内聚力和法向力产生的内摩擦力确定，即：≥t。+ntand经过推导，得到井眼稳定钻井液当量密度为：10

10 ( ) F 0 p p t 1 p K p − p + p + S         − − =     三、液压法试验测取地层破裂压力 液压试验法的步骤如下： ① 循环调节钻井液性能，保证钻井液性能稳定，上提钻头至套管鞋内，关闭防喷 器。 ② 用较小排量（0.66~1.32L/s）向井内泵入钻井液，并记录各个时间的注入量及立 管压力。 ③ 做立管压力与泵入量（累计）的关系曲线，如图 2-5 所示。 ④ 从图 2-5 中确定各个压力值，漏失压力 P1，即开始偏离直线点的压力，其后压 力继续上升；压力上升到最大值，即为破裂压力 Pf ；最大值过后压力下降并趋于平缓， 平缓的压力称为传播压力。 ⑤ 求破裂压力当量钻井液密度：  max =  m + P1 gH ⑥ 求破裂压力梯度： Gf =  m g + P1 H 第三节 井眼坍塌压力预测方法 一、井眼系统稳定性与安全、快速钻井的关系 当井筒内有效液柱压力小于井壁应力时，对于脆性岩层将出现坍塌，塑性岩层出现 缩径；当井筒有效液柱压力过高，又将压裂岩层出现漏失，导致井下复杂和事故。 二、井眼坍塌压力梯度公式推导 井眼失稳破坏准则：岩体破坏（失稳）是由破坏面上的内聚力和法向力产生的内摩 擦力确定，即：   0 + N tan 经过推导，得到井眼稳定钻井液当量密度为： P1 Pf Pr 泵入量，L 立管压力，MPa 图 2-5 液压试验曲线