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高德利老师-大位移钻井技术及管柱力学2016

石油工程岩石力学期末考试PPT整理之简答题

石油工程岩石力学PPT整理之简答题（3*10=30分） 1.岩石力学的发展历史分为哪几个阶段？请简述一下每个阶段的特点。答：按其发展进程可划分四个阶段：（1）初始阶段（19世纪末-20世纪初）这是岩石力学的萌芽时期，产生了初步理论，以解决岩体开挖的力学计算问题。（2）经验理论阶段（20世纪初-20世纪30年代）该阶段出现了根据生产经验提出的地压理论，并开始用材料力学和结构力学的方法分析地下工程的支护问题。（3）经典理论阶段（20世纪30年代-20世纪60年代）这是岩石力学学科形成的重要阶段，弹性力学和塑性力学被引入到岩石力学，确立了一些经典计算公式，形成围岩和支护共同作用的理论。岩石力学发展到该阶段已经成为一门独立的学科。在经典理论发展阶段，形成了“连续介质理论”和“地质力学理论”两大学派。（4）现代发展阶段（20世纪60年代-现在）此阶段是岩石力学理论和实践的新进展阶段，其主要特点是，用更为复杂的多种多样的力学模型来分析岩石力学问题，把力学、物理学、系统工程、现代数理科学、现代信息

技术等方面的最新成果引入到岩石力学。而电子计算机的广泛应用为流变学、断裂力学、非连续介质力学、数值方法、灰色理论、人工智能、非线性理论等在岩石力学与工程中的应用也提供了可能。 2.简述岩石力学的研究内容。答：(1)岩石的变形特征;(2)岩体的变形与强度;(3)岩石的强度理论;(4)地应力的测量方法;(5)岩体力学的工程应用. 3.请简述岩石的蠕变及其机理。答：岩石的蠕变：岩石在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。岩石蠕变机理：化学键理论、破裂理论、摩擦理论、晶体缺陷理论 4.岩石蠕变可分为哪几个阶段？答：(1)瞬时变形（2)初始蠕变或阻尼蠕变(3)稳态蠕变或等速蠕变(4)加速蠕变。 5.为精确描述岩石复杂的蠕变规律，许多学者定义了一些基本变形单元，这些基本单元有哪些？答：这些基本单元有弹性元件（弹簧）、粘性元件（阻尼器）和塑形元件（摩擦块）。 6.岩石力学的性质有哪些？请简明阐述一下。答：根据岩石的应力-应变-时间关系，可将力学性质划分为弹性、塑性、黏性。（弹性是指在一定的应力范围内，物体

储层岩石力学概述

储层岩石力学概述发表时间：2019-09-11T14:30:47.063Z 来源：《基层建设》2019年第11期作者：王祥程 [导读] 摘要：岩石力学是一门边缘交叉学科，它与工程实践密切联系而得到发展。成都理工大学能源学院 610059 摘要：岩石力学是一门边缘交叉学科，它与工程实践密切联系而得到发展。深入了解研究岩石力学的性质和相关参数对于工程上的开发具有十分重要的作用。关键词：岩石力学；石油工程；研究方法 1. 岩石力学的概述岩石包括组成岩石的固体骨架、孔隙、裂缝以及其中的流体，因此岩石力学往往会应用到弹性力学、塑性力学、流体力学、渗流力学等力学学科的诸多理论方法。岩石的性质几乎牵涉到所有力学分支，岩石力学的研究是各种力学理论的综合运用。不同岩石力学问题的研究，可能包括瞬时变形运动，也可能包含与地质演化时间相关的长期变形运动。岩石力学是力学的一部分。岩石材料赋存于地下，其力学性质难于直接测试和观察，而若将其取至地面进行测试则岩石的力学性质往往发生了较大的变化，加之岩石中的流体存在于裂隙或孔隙之中，与岩石骨架相互作用，使岩石的受力情况更加复杂。 2.岩石力学的研究方法岩石力学是一门边缘交叉学科，它与工程实践密切联系而得到发展。岩石具有特殊的固体介质力学特性，这个特殊的力学性质与它所处的环境有关，如天然岩石所处应力状态一般称为岩石的初始应力状态。在岩石受到工程活动扰动后，岩体的应力出现了变化，这时岩石所处的应力状态称为次生应力状态。此时将岩石力学和工程地质相结合进行研究是十分重要和必要的。对于节理岩体，特别需要了解岩体结构面的分布、网络特性、岩体结构类型，才能进行岩体的数值模拟和分析。一般而言，岩石力学的研究方法可分为如下四大类： (1)地质研究方法：对岩体进行地质方面的研究始终是岩石力学研究的基础，在整个岩石工程过程中，地质性质的研究应当列在第一位。①岩石岩相、盐层特征的研究，如软弱岩体的成分、可溶盐类、含水蚀变矿物、不抗风化岩体成分以及原生结构。②岩体结构的地质特性研究，如断续结构面的几何特征、岩体力学特征、软弱面的充填物及地质特性。③赋存地质环境的研究，如地应力的成因、地下水分布与化学特征以及地质构造对环境的影响。 (2)物理力学研究方法：①岩体结构的探测，应用地球物理化学方法和技术来探查各种结构面的力学特征和化学特征。②地质环境的物理性质分析与测量，如地应力的形成机制及分布、地质环境中热力与水力存在的性状、水化学的分布特征，应用大规模地质构造层析技术、地质雷达探测技术确定岩体构造。③岩体物理力学性质的测定，如岩块力学特性的室内试验、原位岩体的力学性质测试、钻孔测试、工程变形监测、位移反分析等。主要运用的手段是基于震动的动态测试，如超声波测试、地震波测试、电磁波测试、计算机层析方法(CT)测试。这些测试利用岩体的波动特性，来研究岩体的力学特性。 (3)数学力学分析方法：岩石力学的研究，除了以上地质方法、物理力学方法的研究外，还要进行数学力学方法研究，从而构成岩石力学的理论基础，包括：①岩石本构关系的研究-对岩石进行宏观到细观甚至微观的力学特性研究。②数值分析方法。由于计算机计算性能的发展，岩石力学的数值分析方法得到了大力发展。在数值分析方法方面，由岩体连续力学发展到非连续力学，出现了离散元法(DEN)和不连续变形分析法(DDA)、流形法(BEM)、无单元法(EFM)和快速拉格朗日法(FLAC)。③多元统计和随机分析。这两种方法可以深人地研究因岩体介质的随机分布特性而造成传统方法难以解决的问题。④物理和数值模拟仿真分析。 (4)整体综合分析法：就整个工程进行多种分析的方法，并以系统工程为基础的综合分析。 3.石油工程岩石力学研究对象及特点石油工程岩石力学所研究的，所涉及的地层深度大多在8000m范围内，研究对象主要是沉积岩层，岩石处于较高的围压、温度和孔院压力作用下其性质已完全不同于浅部地层，它可能经过脆-塑性转变成塑性，也可能由于高孔院压力的作用呈现脆性破坏。 (1)石油工程岩石力学所涉及的围压可达200MPa。非均匀的原地应力场形成了地层之间的围压，若垂向应力源于地层自重，那么应力梯度平均为0.023MPa/m，多数地区最大水平应力往往大于垂向应力，且两个水平地应力梯度的比值通常达到1.4~1.5以上。在山前构造带地区，不但地应力梯度高，最大和最小水平地应力的比值也很大。因此在研究地应力分布规律(包括数值大小及主方向)时，主要依靠水力压裂、岩石剩磁分析、地震和构造资料反演、测井资料解释等间接方法。 (2)石油工程岩石力学所涉及的温度可达250℃。一般的地温梯度是3℃/100m，高的可超过4℃/100m，具体的地温梯度往往需要实际测定。当温度超过150℃后，温度对岩石性质的影响将变得十分明显。 (3)石油工程岩石力学中所涉及到的孔隙和裂隙中的高压流体的孔隙压力可高达200MPa.一般情况下，常规的静水孔隙压力梯度为 0.00981MPa/m,但是异常高压可超过0.02MPa/m。 4.结束语岩石力学是一门十分重要的，它涉及到了工程领域的各个行业。因此，正确理解学习岩石力学的理论知识以及探究其影响等具有十分重要的意义。参考文献 [1]王路,徐亮,王瑞琮.岩石力学在石油工程中的应用[J].石化技术,2017, 24(3)：157-157. [2]陈勉.我国深层岩石力学研究及在石油工程中的应用[J].岩石力学与工程学报,2003,23(14)：2455-2462. [3]杨永明,鞠杨,刘红彬,etal.孔隙结构特征及其对岩石力学性能的影响[J].岩石力学与工程学报,2009,28(10)：2031-2038. [4]陈新,杨强,何满潮,etal.考虑深部岩体各向异性强度的井壁稳定分析[J].岩石力学与工程学报,2005(16)：2882-2888. [5]陈德光,田军,王治中,etal.钻井岩石力学特性预测及应用系统的开发[J].石油钻采工艺,1995,17(5)：012-16. [6]王大勋,刘洪,韩松,etal.深部岩石力学与深井钻井技术研究[J].钻采工艺,2006,29(3)：6-10. [7]阎铁.深部井眼岩石力学分析及应用[D].2001. [8]陈新,杨强,何满潮,etal.考虑深部岩体各向异性强度的井壁稳定分析[J].岩石力学与工程学报,2005(16):2882-2888.

大位移水平井钻井技术难点与施工工艺

大位移水平井钻井技术难点与施工工艺伴随着水平井与定向井等诸多先进钻井技术的兴起，大位移井钻井技术应运而生，其是集水平钻井技术、定向井钻井技术、深井钻井技术以及超深井钻井技术的一种综合体现，从技术涵盖内容的角度来讲，大位移水平井钻井技术是当前钻井技术中最为全面的一项技术。目前阶段，大位移水平井钻井技术与普通水平井钻井技术之间的位垂比为1∶1，为了能够达到使井下磨阻扭矩降低的目的，并在此技术上有效优化相关井眼轨道钻井工艺设计、施工的具体方案以及钻井参数等关键技术，就一定要实现对井眼轨迹进行有效控制的目标。标签：大位移井；水平井；钻井技术；轨迹控制伴随着市场经济的飞速发展，我国在各项领域中相继进行了重大的技术突破，其中，在大位移水平井钻井技术上的研发就成为液体资源开采领域中的重中之重。而鉆井液技术的优化，对于泥浆性能的结构保持具有重要的保障作用，基于此，针对大位移水平井钻井技术难点与施工工艺这一话题进行深入探讨相当有必要。 1 大位移水平钻井施工技术难点一般情况下，在大位移水平钻井施工期间，井眼的定向造斜问题极其容易造成地层疏松，进而导致坍塌事故发生。大位移水平井水平距离的长度都比较大，此时开展导向钻井施工的过程中，必须注意井眼轨迹的精度控制，避免因地层摩擦阻力过大为工程施工带来不必要的阻碍。通常情况下，靶心位置深度数据值并不大，钻具本身的重量也比较小，此种情况就导致上部产生的地层磨阻参数值比较大[1]。由于在钻井工程的施工过程中，会频繁的进行操作起下钻程序，所以很容易在水平段中出现不规则的井眼情况，使井眼施工更具复杂性。另外，岩屑床问题的出现，也比较容易产生降低机械钻速的负面影响，加大钻具之间的扭矩，为钻井工程施工带来一定程度的阻碍，更甚者会导致井下安全事故发生。 2 大位移水平钻井井眼轨迹施工控制现场的施工工艺针对前文中提到的几点大位移水平钻井施工技术难点，必须从井眼轨迹的控制方法入手，为钻井工程的顺利完成大位移水平井的工程项目提供施工条件，采用相关的有效措施以及控制手段制定出科学可行的解决方案，才能提升大位移水平井钻井技术的应用水平。鉴于此，笔者将会在下文中提出相关的解决措施。 2.1 大位移水平钻井施工钻进工作開展前的技术难点解决措施在大位移水平井的施工过程中，设计垂深浅，而且上部的地层也比较松软，进而致使整个地层的实际造斜能力降低，再加上造斜点在垂深空间内诸多条件的限制，所以应该最大程度的控制井眼轨道避开增斜过快问题的出现，降低井眼轨迹跨度数值过高，从而为实际施工带来方便[2]。当钻进A靶之后，伴随着被钻

石油工程岩石力学-绪论(定稿)

第一节：绪论一、教学目的：通过《岩石力学》课程介绍，揭示课程在石油工程中的重要性，引导学生对该课程的兴趣，认识岩石力学研究对象的特点及其与其它力学课程的联系及差异。二、基本要求： 1、了解内容： ?《岩石力学》学科的研究意义 ?《岩石力学》学科的发展历史及发展现状 ?《岩石力学》学科的研究内容及研究方法 2、掌握内容： ?岩石力学的定义 ?岩石的定义及分类 ?岩石力学研究对象的特点（岩石力学与弹性力学等力学学科的差异） ?不连续性 ?非均质性 ?各向异性 ?渗透性 ?赋存环境（地应力-初始应力、温度、压力、油气水） 3、介绍课程的学习目的及基本要求三、课程内容： 1、岩石力学的研究意义 1 首先，来源于生产实践，生产实践也是岩石力学发展的推动力岩石力学的发生与发展与其它学科一样，是与人类的生产活动紧密相关的。早在远古时代，我们的祖先就在洞穴中繁衍生息，并利用岩石做工具和武器，出现过“石器时代”。公元前2700年左右，古代埃及的劳动人民修建了金字塔。公元前6世纪，巴比伦人在山区修建了“空中花园”。公元前613-591年我国人民在安徽淠河上修建了历史上第一座拦河坝。公元前256-251年，在四川岷江修建了都江堰水利工程。公元前254年左右（秦昭王时代）开始出钻探技术。公元前218年在广西开凿了沟通长江和珠江水系的灵渠，筑有砌石分水堰。公元前221-206年在北部山区修建了万里长城。在20世纪初，我国

杰出的工程师詹天佑先生主持建成了北京-张家口铁路上一座长约1公里的八达岭隧道。在修建这些工程的过程中，不可避免地要运用一些岩石力学方面的基本知识。 2 岩石力学在国民经济建设中有广泛的应用目前国际上已建和正建的大坝，最大高度超过300m，地下洞室的最大开挖跨度超过50m，矿山开采深度超过4000m，边坡垂直高度达1000m，石油开采深度超过9000m，深部核废料处理需要考虑的时间效应至少为1万年，研究地壳形变涉及的深度达50-60km，温度在1000oC以上，时间效应为几百万年。今后，随着能源、交通、环保、国防等事业的发展，更为复杂、巨大的岩石工程将日益增多。 3 不重视岩石力学研究将造成工程事故国际上有许多工程由于对岩石力学缺乏足够的研究，而造成工程事故。其中最著名的是法国马尔帕塞（Malpasset）拱坝垮坝及意大利瓦依昂（Vajont）工程的大滑坡。马尔帕塞薄拱坝，坝高60m，坝基为片麻岩，1959年左坝肩沿一个倾斜的软弱面滑动，造成溃坝惨剧，400余人丧生。瓦依昂双曲拱坝，坝高261.6米，坝基为断裂十分发育的灰岩。1963年大坝上游左岸山体发生大滑坡，约有2.7-3.0亿立米的岩体突然下塌，水库中有5000万立米的水被挤出，击起250米高的巨大水浪，高150米的洪波溢过坝顶，死亡3000余人。近年来，虽然岩石力学得到突飞猛进的发展，但与岩体失稳有关的大坝崩溃，边坡滑动，矿山瓦斯爆炸，围岩地下水灾害等惨剧仍时有发生。诸如此类的工程实例，都充分说明能否安全经济地进行工程建设，在很大程度上取决于人们是否能够运用近代岩石力学的原理和方法去解决工程上的问题。当前世界上正建和拟建的一些巨型工程及与地学有关的重大项目都把岩石力学作为主要研究对象。 4 岩石力学在石油工程中的重要应用 ●井壁稳定性分析 ●水力压裂 ●出砂预测 ●地层可钻性预测钻头优选 ●定向射孔 ●套管损坏机理 ●地面沉降 ●…… 四岩石力学的发展历史、现状及，面临的挑战 1、形成历史 ●1951年，在奥地利创建了地质力学研究组，并形成了独具一格的奥地利学派。

大位移延伸井钻井技术

石油钻井行业大位移延伸井钻井技术近几年来，随着钻井工艺技术及钻井装备、工具、软件等技术的发展，诞生了大位移定向井，它的出现，为海洋平台钻井及在陆上开发滩海油气资源开辟了一条新途径，与其他井型相比，这项技术在油气勘探开发中起到了投资少、见效快和其它钻井方法无法替代的作用。第一节国内外大位移井发展及技术现状所谓大位移井世界上并无确切的定义，最初认为水平位移超过3000米或水平位移与垂深之比大于1的井即为大位移井，随着钻井及相关技术的发展，目前比较通用的概念是位移于垂深之比大于或等于2的井称为大位移井。井斜大于或等于86度的大位移井称为大位移水平井。由于各种原因使得方位发生变化的大位移井，称为三维大位移井。大位移井始于20年代，随着科学技术和水平井钻井技术的不断发展，80年代大位移井才得到快速发展，九十年代以来，大位移井已经在油气勘探和开发中显示出其巨大的潜力。美国、挪威、澳大利亚、英国等几个国家先后钻成了一批有代表性的大位移井，位移与垂深之比大多都大于2，有的大于5，并取得了很好的经济效益。 Unocal公司在美国加利福尼压近海Dos Cuadras油田C平台上成功地钻了9口非常浅的水平位移很长的油井。其中C-29井和C-30井创造了当时的最高纪录。Ｃ－２９井高峰日产量１１３吨／天，储层内长度９４２米，总垂深层９３米，水平位移１１５６米，位移、垂深比３.９５Ｃ－３０井储层内长度１３４８米，垂深与位移之比达到了５.０５。英国ＢＰ石油公司和斯伦贝谢公司在北海Wytch Farm油田成功地钻了数口大位移水平井，开创了利用大位移井技术开发整装油田的范例。其中１９９２年完成的Ｆ１９井水平位移５００１米，总井深５７５７米，水平位移、垂深比创当时欧洲纪录。ＢＰ石油公司于１９９８年１月在英国南部的Wytch Farm油田完成的Ｍ１１井是目前世界上水平位移最大的大位移井，其水平位移达１０１００米，日产量高达２０，０００b/d 1997年6月，中国海洋石油总公司与美国菲理普石油公司合作在南海东部完成了一口当时世界上水平位移最长的水平井西江24-3-A14井，完钻井深9238米，垂深2985米水平位移8062.7米。大港油田利用国内技术于1991年独立完成了国内第一口大位移定向井张17-1井，测量井深3919.82米，垂深3000米，水平位移2279.83米。１９９６年完成的QK18-1井，该井井深４４０８米，位移２６６６米，是目前国内独立完成的水平位移最大的井。胜利油田共钻过六口大位移井，其中１９９７年完成的郭斜１１井，测量井深２３４２米，垂深１４００.６米，水平位移达到１６２６.２２米,水平位移与垂深之比达到１.１６１，创我国目前水平位移垂深比最高纪录。第二节大位移井的井身轨迹设计大位移井井身轨迹剖面主要采用悬链线或准悬链线剖面。悬链线剖面是由Edward

管柱力学

学科前沿油气井杆管柱力学结课报告学院：车辆与能源学院专业：石油与天然气工程学生姓名：李欣学号：S130******** 指导教师：李子丰教授

研究油气井内的杆管柱力学问题。首先由美国 A Lubinski 于1951年开始研究，李子丰于1996年出版《油气井杆管柱力学》（石油工业出版社），2008年趋于完善《油气井杆管柱力学及应用》（石油工业出版社）。主要内容为：油气井杆管柱及其在井下的运动状态、油气井杆管柱的载荷和失效方式，油气井杆管柱动力学基本方程及其在分析油气井杆管柱的稳定性、杆管柱的稳态拉力和扭矩、钻柱振动、下部钻具三维力学分析与井眼轨道预测、有杆泵抽油系统参数诊断与预测、热采井管柱力学分析和固井等方面的应用。真理是世界上最珍贵的信仰，为了这一信仰，科研道路上涌现出了一批批坚定不移的科学家，他们用自己的执著和智慧为世人点亮了一盏盏明灯。燕山大学的李子丰教授就这样一位执著追求、甘于奉献的学者。自从事石油事业以来，李子丰教授十年如一日地辛勤工作，把自己的青春和热血都奉献给了祖国的石油事业，同时也对哲学和物理学领域的基本难题进行了深入不懈的研究。如果说，科学研究是发现真理的舞台，那么，李子丰教授就是这舞台闪烁的明星，他身上体现出的一种为真理而献身的执著精神和勇敢正直的人格，不愧为我们当代年轻人学习的楷模。结合石油工程科学和技术发展的需要，李子丰创立了有特色的油气井杆管柱力学理论体系。该理论体系主要包括：油气井杆管柱动力学基本方程；斜直井段杆管柱稳定性力学分析的数学模型；油气井杆管柱的稳态拉力——扭矩模型；试油管柱力学分析的数学模型；压裂管柱力学分析的数学模型；定向井有杆泵抽油系统动态参数诊断与仿真的数学模型；钻柱纵向振动、扭转振动、纵向与扭转耦合振动的数学模型；下部钻具三维力学分析的数学模型；热采井套管柱力学分析的数学模型及预膨胀固井技术；割缝筛管力学分析的数学模型。如今，依据这些理论模型所编写的软件，已经广泛地应用于我国石油钻采作业中。同时，上述研究成果基本上都是国家“八五”重点科技攻关项目石油水平井钻井成套技术、国家“九五”重点科技攻关项目侧钻水平井钻井采油配套技术和“863”项目海底大位移井井眼轨道控制技术的研究内容，不但在理论上取得了较大进步，在经济上也获得了巨大的效益，赢得了国内外石油工程界和力学界的一致好评。油气井杆管柱在充满流体的狭长井筒内工作,在各种力的作用下, 处于十分复杂的变形和运动状态。对油气井杆管柱进行系统的、准确的力学分析, 可以达到如下目的: (1) 快速、准确、经济地控制油气井的井眼轨道; (2) 准确地校核各种杆管柱的强度, 优化杆管柱设计; (3) 优化油气井井眼轨道;

油气井

石油工程专业—油气井工程模块 ●油气井工程学科对国民经济和社会发展的重要作用油气井工程是建设地面通往地下油气资源通道的综合性工程技术，是发现和开采地下油气资源必需的直接手段，其投资约占整个石油天然气勘探、开发成本的50%左右。油气井工程是多学科综合的应用学科，深井、复杂井、海洋井的钻井能力历来是一个国家综合科技水平的具体体现。我国国民经济的高速发展和人民生活水平的持续提高，造成了对油气能源需求的大幅度增加。为了满足国家对油气能源的需求、保证国民经济的良性持续发展，我国的油气勘探开发技术、尤其是油气井工程技术必需有大的进步：以更低的成本、更快的速度，发现、利用更多的石油和天然气。而目前油气井技术已成为提高油气勘探开发的瓶颈之一,因此，油气井工程学科应是国家重点发展的学科之一。 ●西南石油大学本学科点的历史西南石油大学的“油气田开发工程”学科最早起源于1958年该校的“开发系”及其下设的“钻井、采油、油藏工程、油气田开发、油田化学、海洋石油工程”共6个本科专业和相应的研究室、教研室，分别于1958、1978、1986、1991年开始招收本科、硕士、博士和博士后，于1988年成为国家首批重点学科。当时该学科包含“油气田开发工程”与“油气井工程”两个学科方向，1990年国家将其调整为“油气田开发工程”和“油气井工程”两个新的二级学科，“油气井工程”即成为单独的国家重点学科。该学科点于2001年通过了教育部的再次申报、评审，继续保留国家重点学科。本学科学术方向：钻井过程控制理论与技术：在钻井过程中的井眼轨迹控制、破岩清岩控制、钻井信息技术、钻井过程仿真等领域连续承担了国家“863”项目、国家自然科学基金项目、省部级项目和油田协作项目。在三维井眼轨迹计算方法、井底水力增压机理、深井复杂井防止井下事故、提高机械钻速、井下参数测量、钻井过程仿真、“虚拟现实”模拟及数据处理技术等研究领域取得了重要进展，参与了国内油田大位移井、小井眼短半径侧钻水平井、深井超深井复杂井钻井等重大工程项目的设计和施工，并提供了技术和决策支持。油气井工作液化学与力学：以井筒工作液化学与流体力学的功能控制、化学处理剂研制与作用机理分析、工作液与环境（压力、温度、地层、流体等）相互作用等基础研究为重点，研究解

大位移定向井钻井液技术

大位移定向井钻井液技术摘要D1-4-161井完钻垂深2943.28m，斜深3493m，最大井斜为41.06°，井底水平位移1697.84m。井斜大、位移长是其主要特点。且37.45°~41.06°稳斜段(927.73~3493)长达2565.27m，这给携岩、砂床控制、防卡提出了较高要求。二开采用”双保”天然高分子钻井液体系，该井使用合理的流变性能和多种有效的工程技术措施解决了携岩和砂床的控制问题，用NFA25、PGCS-1、润滑剂等处理剂解决了护壁、润滑、防卡问题。关键词大位移井眼净化润滑鄂尔多斯东北部是中国石化具有战略意义的天然气勘探开发重点区域，大规模开发已经展开。由于受地面条件限制，近年来在鄂尔多斯盆地的井多为定向井，而且位移在1500m以上的井越来越多。D1-4-161井就是这样一口井。 1地质工程概况 1.1 地质简况 D1-4-161井位于陕西省榆林市榆阳区小壕兔乡耳林村一小队，D1-4-121井253.53o方向127.08m处。钻探目的以山1段气层为主要目的层，兼顾太2气层，新建产能。下古生界奥陶系风化壳可能有缝洞存在，马家沟组也可能有裂缝及溶洞，本井进入下古生界23米，有可能发生漏失，井漏可能引起上部地层垮塌而造成严重的复杂情况。 1.2 工程简况该井从600m开始定向，造斜率为3.1°/30m，造斜终点为

927.73m，完钻垂深2943.28m，最大井斜为41.06°，井底水平位移1697.84m。钻井周期为36.07天，全井平均机械钻速为6.37m/h。井身结构为：一开Φ311.1mm×261.50m＋Φ244.5×260.60mm；二开Φ215.9mm×3493m＋Φ139.7mm×3491.39m。图1为D1-4-161井设计与实钻垂直剖面图。 2技术难点 2.1 井眼清洁通常井斜在35°～65°之间的井段是钻井液携砂最困难、易形成岩屑床的井段，岩屑在大斜度井段的大量沉积，轻者会增大扭矩和拉力，重者岩屑床整体下滑堆积造成卡钻，D1-4-161井37.45°~41.06°稳斜段(927.73~3493)长达2565.27m，为避免和破坏岩屑床的形成，保持井眼清洁是施工的关键。

定向井(水平井)钻井技术概述

第一章定向井（水平井）钻井技术概述第一节定向井、水平井的基本概念 1．定向井丛式井发展简史定向井钻井被（英）T ．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期，美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的，但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离，在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。目前最深的定向井由BP勘探公司钻成，井深达10，654米；水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的Rytch Farm 油田钻成的M11井，水平位移高达1，0114米。垂深水平位移比最高的是Statoil 公司钻成的的33/9—C2达到了1:3.14；丛式井口数最多，海上平台：96口；人工岛：170口；我国定向井钻井技术发展情况我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步，首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—15井和磨三井，其中磨三井总井深1685米，垂直井深表遗憾350米，水平位移444.2米，最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，推广定向井钻井技术；80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的JF128井，井深达到7000米，垂深位移比最大的大位移井是胜利定向井公司完成的郭斜井，水平位移最大的大位移井是大港定向井公司完成的井，水平位移达到2666米，最大的丛式井组是胜利石油管理局的河50丛式井组，该丛式井组长384米，宽115米，该丛式井平台共有钻定向井42口。 2．定向井的分类按定向井的用途分类可以分为以下几种类型：普通定向井多目标定向井定向井丛式定向井救援定向井水平井多分枝井（多底井）

《石油工程岩石力学》教学大纲(刘向君)

《石油工程岩石力学》教学大纲一、课程基本信息 1、课程英文名称：Rock Mechanics for Petroleum Engineering 2、课程类别：专业选修课程 3、课程学时：总学时 32 ，实验学时：4 4、学分：2 5、先修课程：工程力学、地质学、石油工程专业课程 6、适用专业：石油工程 7、大纲执笔：石油工程教研室刘向君 8、大纲审批：石油工程学院学术委员会 9、制定(修订)时间：2006-11 二、课程的目的与任务《石油工程岩石力学》课程是石油工程专业的一门应用基础课程，是石油工程专业改革与建设的产物。随着国内外油气田开发难度的加大，我国石油天然气工业迫切要求石油工程高等教育能够迅速提供大量思想素质高、知识面宽、基本功扎实、适应能力强和具有开拓创新能力的专业技术人才。因此，《石油工程岩石力学》课程也是应石油工业新形势而诞生的一门课程。本课程强调理论与实践相结合，旨在培养和提高学生分析问题和解决问题的能力，使学生掌握分析及解决石油工程相关方面一般性问题的基础理论知识，为学生在其今后的工程实践方面，提供一定的启发和帮助。三、课程的基本要求为了达到该门课程的目的，就需要学生通过对该门课程的学习，不仅能够了解岩石力学的相关基础理论，而且应该具备应用岩石力学解决相关工程技术问题的意识。为此，要求： 1、掌握岩石力学的基本概念、基本理论、方法和原理； 2、岩石力学的基本研究内容与研究方法； 3、对常见工程问题如井壁稳定性等有个基本了解； 4、初步具备综合分析和应用岩石力学分析解决相关工程技术问题的能力。四、教学内容、要求及学时分配（一）理论教学绪论（1学时）建立岩石力学的概念、岩石力学研究对象的特殊性、石油工程岩石力学研究对象的特点，了解岩石力学在石油与天然气勘探开发中的重要作用，增强学生工程意识，激励学生学习该课程的积极性。第一章岩石的分类及性质（2学时）

7大位移延伸井钻井技术

第七章大位移延伸井钻井技术近几年来，随着钻井工艺技术及钻井装备、工具、软件等技术的发展，诞生了大位移定向井，它的出现，为海洋平台钻井及在陆上开发滩海油气资源开辟了一条新途径，与其他井型相比，这项技术在油气勘探开发中起到了投资少、见效快和其它钻井方法无法替代的作用。第一节国内外大位移井发展及技术现状所谓大位移井世界上并无确切的定义，最初认为水平位移超过3000米或水平位移与垂深之比大于1的井即为大位移井，随着钻井及相关技术的发展，目前比较通用的概念是位移于垂深之比大于或等于2的井称为大位移井。井斜大于或等于86度的大位移井称为大位移水平井。由于各种原因使得方位发生变化的大位移井，称为三维大位移井。大位移井始于20年代，随着科学技术和水平井钻井技术的不断发展，80年代大位移井才得到快速发展，九十年代以来，大位移井已经在油气勘探和开发中显示出其巨大的潜力。美国、挪威、澳大利亚、英国等几个国家先后钻成了一批有代表性的大位移井，位移与垂深之比大多都大于2，有的大于5，并取得了很好的经济效益。 Unocal公司在美国加利福尼压近海Dos Cuadras油田C平台上成功地钻了9口非常浅的水平位移很长的油井。其中C-29井和C-30井创造了当时的最高纪录。Ｃ－２９井高峰日产量１１３吨／天，储层内长度９４２米，总垂深层９３米，水平位移１１５６米，位移、垂深比３.９５Ｃ－３０井储层内长度１３４８米，垂深与位移之比达到了５.０５。英国ＢＰ石油公司和斯伦贝谢公司在北海Wytch Farm油田成功地钻了数口大位移水平井，开创了利用大位移井技术开发整装油田的范例。其中１９９２年完成的Ｆ１９井水平位移５００１米，总井深５７５７米，水平位移、垂深比创当时欧洲纪录。ＢＰ石油公司于１９９８年１月在英国南部的Wytch Farm油田完成的Ｍ１１井是目前世界上水平位移最大的大位移井，其水平位移达１０１００米，日产量高达２０，０００b/d 1997年6月，中国海洋石油总公司与美国菲理普石油公司合作在南海东部完成了一口当时世界上水平位移最长的水平井西江24-3-A14井，完钻井深9238米，垂深2985米水平位移8062.7米。大港油田利用国内技术于1991年独立完成了国内第一口大位移定向井张17-1井，测量井深3919.82米，垂深3000米，水平位移2279.83米。１９９６年完成的QK18-1井，该井井深４４０８米，位移２６６６米，是目前国内独立完成的水平未移最大的井。胜利油田共钻过六口大位移井，其中１９９７年完成的郭斜１１井，测量井深２３４２米，垂深１４００.６米，水平位移达到１６２６.２２米,水平位移与垂深之比达到１.１６１，创我国目前水平位移垂深比最高纪录。第二节大位移井的井身轨迹设计大位移井井身轨迹剖面主要采用悬链线或准悬链线剖面。悬链线剖面是由Edward

2010年西南石油大学博士研究生入学考试试题(石油工程岩石力学)

2010年西南石油大学博士研究生入学考试试题（石油工程岩石力学）（180分钟）一、名词解释（10分，任选5题，每题2分） 1、岩石各向异性 2、岩石泊松比 3、岩石韧度 4、岩石蠕度 5、岩石可钻性 6、地层破裂压力 7、泥浆密度窗口 8、压力敏感性地层二、简述题（40分） 1、岩石力学研究在油气井钻井工程和油气田开采工程中有哪些具体的应用？（5分） 2、获取岩石力学参数有哪些方法？（10分） 3、影响岩石力学性质的因素有哪些？（5分） 4、岩石力学参数中，哪两个参数是独立的变量（其他岩石力学参数均可由这两个参数计算推导）？（2分） 5、通常情况下，杨氏模量E>剪切模量G.>体积模量K>，抗压强度SC>抗剪强度SST>抗张（拉）强度ST，对吗？（3分）6、岩石力学参数有动、静态之分，如何由测井资料计算静态岩石力学参数？（5分）

7、抗压强度是一个常用的岩石力学参数，有单轴和三轴抗压强度之分，这两个参数是怎么来的？其数值大小上有什么关系？（5分） 8、什么是岩石的本构关系（方程）？岩石的本构关系一般有几种类型？（5分）三、综述题（25分） 1、获取地应力的大小和方向有哪些方法？叙述Kaiser 声发射法测试地应力的原理？该法测量的地应力一般对应水平方向的地应力吗？（15分） 2、水力压裂缝高度预测中需要知道岩石破裂压力外，还需要哪些岩石力学参数？（5分） 3、判断油气井出砂时，除生产压差这个参数外，还可用哪些岩石力学参数？（5分）四、综合计算与分析题（25分） 1、根据摩尔-库伦准则在SH>SV>Sh 的前提下，推出直井井壁坍塌压力计算公式为BP= [] ，)/()1(2)3(22Yita K K Pp Aerf K C Sh SH Yita +-??+??--?? 已知井深3000-3010米泥质砂岩层的Pp=35MPa ，SH=70 MPa ，Sh=40 MPa ，C=25 MPa ，Yita=0.95，?=30ο，K=Ctg(45-?/2)，Aerf=0.25，泊松比μ=0.26，请利用此公式计算该深度段井壁地层的坍塌压力为多少MPa ？（10分） 2、通常描述岩石破坏有三大强度准则（破坏判断），即摩尔-库伦

浅谈对大位移钻井技术的认识

浅谈对大位移井钻井技术的认识张瑞平摘要：近几年随着定向井、水平井钻井技术的日趋成熟，大位移钻井技术在国内已有了很大的发展和应用。利用大位移井技术勘探开发近海油田，断块油气田、边际油田、稠油油藏及沙漠等复杂地面条件油田是一种经济而有效的先进技术。本文简单分析了大位移井钻井技术的关键问题。关键词：大位移井、水平井、旋转导向钻井 1、大位移井概况 20世纪90年代出现的大位移井（Extended Reach Drilling）是在水平井钻井技术和深井钻井技术基础上发展起来的一种新型钻井方式，它集中了水平井和深井的所有技术难点。代表了当今世界最先进的钻井技术。图1 大位移井示图目前，国际上较为普遍采用的大位移井基本定义为，水平位移与井的垂深之比等于或大于2的定向井。航行角大于60°的井，称为大位移井（注：航行角是指钻大位移井稳斜段的井斜角）。国内定义为：垂直井深2000m以上，水平位移与垂直井深之比为2以上的井称为大位移井。 2、大位移井的优势大位移井技术迅速发展的原因是它具有重要的经济价值。目前世界上许多国家利用这项技术来勘探开发海上、槟海、岛屿和地面条件恶劣地区的油气田，减

少建造平台人工岛和减少钻油气井数。老油气田可利用原有的基础设施钻大位移井，加速油田探边和开发，缩短产油周期，扩大泄油半径，提高单井产量和延长井的寿命；增加整个油田的产量和最终采收率，大大节约投资。因此，虽然这项技术还正在发展和完善之中，但已在世界各地取得了重大成效。由此可见，大位移井有以下优势：（1）用大位移井开发海上油气田，可大量节省费用。（2）靠近海岸的近海油田，可钻大位移井进行勘探、开发。(3)不同类型油气田钻大位移井可提高经济效益：小断块的油气田，或几个不相连的小断块油气田，可钻1口或2口大位移井开发；若几个油气田或油气层不在同一深度，方位也不一样，可钻多目标三维大位移井开发，节省投资，也便于管理。（4）使用大位移井可以代替复杂的海底井口开发油田，既可节省海底设备，又可节省大量投资。（5）利用大位移井可以在环保要求高的地区钻井，以满足环保要求。图2 用大位移井实现海油陆采（探）目前，大港油田、胜利油田均已钻过超过3000m水平位移的大位移井，具有一定的钻大位移井经验。对加快对边际油田的开发，以及提高油田的整体经济

石油工程岩石力学实验数值仿真技术-石油工程论文-工程论文

石油工程岩石力学实验数值仿真技术-石油工程论文-工程论文 ——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印—— 摘要：采用先进的教学手段和教学方法是提高石油工程岩石力学教学质量的重要手段。在当今大数据飞速发展的时代，利用计算机对岩石的变形与破裂过程进行数值实验，不仅具有通用性强、方便灵活、具有可重复性等特点，而且通过数值实验可得到许多在常规实验中难以观测的重要信息，可作为石油工程岩石力学物理实验教学的重要补充。关键词：石油工程；岩石力学；仿真；应力；应变引言

为使学生更好地认识和理解石油钻井、开发过程中普遍存在的岩石力学问题，在石油工程岩石力学实验教学中，岩石的拉、压、剪基本实验及岩石的破裂与失稳过程是一个复杂而重要的基本实验教学内容[1]。由于井下高温高压并存，井下岩石材料的非均匀性、非连续性，以及外荷载作用下岩石组织结构之间相互作用的复杂性，当前的实验教学方法难以直接演示岩石变形及破坏的复杂现象，已有的理论解析方法仍然缺少对此过程有效的研究手段，且目前的物理实验不易对岩石的破裂与失稳过程等现象做准确的描述。石油工程岩石力学物理实验教学尚存些许不足之处，而数值实验方法可有效地克服此类问题。 1石油工程岩石力学仿真实验的必要性（1）石油工程岩石力学物理实验教学内容时效性较差，创新性不足。随着大数据时代的来临，油气钻井、压裂技术已数据化、信息化，并朝向智能化发展，高校石油工程岩石力学实验也应与时俱进，及时更新实验内容、方法及手段[2]。而石油工程岩石力学出于成本及资源

利用率的考量，高校不可能将最新的岩石力学试验设备技术实时引进实验室，故如何使学生及时接触最前沿的石油工程岩石力学实验技术，有效拓宽思维空间，就成为一个亟待解决的问题。（2）石油工程岩石力学物理实验成本高，可重复性差。受到现场条件、人力、物力和财力的限制，通常的岩石力学实验教学很难通过大量的物理实验向学生直观演示各种岩石变形、破坏的复杂现象。（3）石油工程岩石力学物理实验过程演示直观性不足。由于岩石介质的复杂性，传统的物理实验测试方法很难全面地反映岩石在变形损伤演化和宏观破坏过程中的应力场、变形场等重要信息，而数值实验法可以取得较好的效果。（4）石油工程岩石力学物理实验缺乏必要的井下工况，可理解性较差。尽管岩石破坏试验可得到拉、压、剪等更基本数据，但与井下岩石结构破坏密切相关的工程力学现象，如井壁失稳、井下工具破岩、水力压裂等，通过实验室小型试样的加载试验是难以理解的，因为这些破坏不仅与构成岩石结构的材料性质有关，而且还涉及复杂的井下高温高压环境。 2石油工程岩石力学仿真实验实施方法

我国深层岩石力学研究及在石油工程中的应用_陈勉

第23卷第14期岩石力学与工程学报 23(14)：2455～2462 2004年7月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering July ，2004 2003年6月20日收到初稿，2003年8月20日收到修改稿。 * 国家自然科学基金项目(50274054)和教育部科学技术研究基金重点项目(01111)资助课题。作者陈勉简介：男，41岁，现任教授，主要从事石油工程岩石力学方面的研究。E-mail ：chenmian@https://www.wendangku.net/doc/2e6633408.html, 。我国深层岩石力学研究及在石油工程中的应用＊陈勉 (石油大学(北京)石油天然气工程学院北京 102249) 摘要论述了深层岩石力学的研究范围、特点，介绍了深层岩石力学的全尺寸钻井模拟试验，地应力、岩石断裂韧性、动静态岩石力学参数获取方法和技术，以及在钻井过程中的井壁稳定预测检测技术、水力压裂的室内物理模拟技术、数值模拟技术等问题的研究进展，并提出了深层岩石力学面临的挑战和需要解决的技术问题。关键词岩石力学，深部地层，石油工程分类号 TE 21，TU 45 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)14-2355-08 REVIEW OF STUDY ON ROCK MECHANICS AT GREAT DEPTH AND ITS APPLICATIONS TO PETROLEUM ENGINEERING OF CHINA Chen Mian (Institute of Petroleum and Gas Engineering ，University of Petroleum ， Beijing 102249 China ) Abstract The scopes and characteristics of rock mechanics at great depth are discussed. This paper introduces the full-scale drilling system ，the measurement of geo-stresses ，rock fracture toughness ，static and dynamic rock parameters ，the advances in techniques of well-bore stability prediction and measurement during drilling ，and physical and numerical simulations of hydraulic fracturing ，in China. The challenges facing rock mechanics at great depth and technical issues to be solved are presented. Key words rock mechanics ，formation at great depth ，petroleum engineering 1 引言在深层岩石力学研究中，所涉及的地层深度大多在2 000～8 000 m 范围内，研究对象以沉积岩层为主体，岩石处于较高的围压(可达200 MPa)、较高的温度(可达200 ℃)和较高的孔隙压力(可达200 MPa)作用下。这与水电站的坝基设计、高边坡稳定、隧道和巷道的开挖及支护、建筑的桩基工程、地下洞室、城市地铁建造等不超过1 000 m 深度的地表或浅层岩石力学问题不同，也不同于以火成岩和变质岩为研究主体，深度超过万米的下地壳、上地幔岩石物理力学问题。深层岩石力学所涉及的围压可达200 MPa 。事实上，地层的围压来源于非均匀的原地应力场，若垂向应力源于地层自重，那么应力梯度平均为0.023 MPa/m ，多数地区最大水平应力往往大于垂向应力，且2个水平地应力梯度的比值常达1.4以上。在山前构造带地区，不但地应力梯度高，而且水平最大、最小地应力的比值也很大。因此，在研究地应力分布规律(包括数值大小及主方向)时，主要依靠水压致裂、岩石声发射试验、岩石剩磁分析、差应变分析、地震和构造资料反演、测井资料解释等间接方法。深层岩石力学所涉及的温度可达200 ℃。一般