第一章 工程地质基础
第一节 压力概念
1、 静液柱压力、上覆岩层压力、基岩应力、地层孔隙压力（地层压力）、破裂压力的概念。 2、 上覆岩层压力=基岩应力+地层压力。
3、 用欠压实理论解释异常高压的成因。
4、 解释声波时差预测地层压力原理。
5、 解释Dc指数法监测地层压力原理。
6、 地破实验（漏失实验、地漏实验）曲线绘制及解释。
1、 岩石分类（火成岩、变质岩、沉积岩）
2、 沉积岩的类型（碎屑沉积岩、化学沉积岩）和特点（结构特点—微观特点、构造特点——宏观特点、各向异性、不均匀性）。
3、 岩石的力学性质——岩石受力后表现出来的变形特性和强度特性。
4、 岩石的强度（抗拉强度＜抗弯强度≤抗剪强度＜抗压强度）
5、 弹性、脆性、塑性概念。
6、 巴西实验是测量岩石的抗拉强度的。
7、 简单应力条件下压力的力学性质的一般规律。
8、 复合片
钻头复杂应力条件下岩石的力学性质的一般规律。 9、 岩石的各向压缩效应。
10、 岩石的硬度、可钻性、研磨性概念。
11、 塑性系数表征的含义及数值大小说明岩石具有的性质。
12、 井壁失稳形式（坍塌、破裂）。
13、 钻井液密度窗口【max(ρp，ρt)，ρf】 第二章 钻进工具
第一节 钻头
1、 钻头结构和工作原理上分类（牙轮、金刚石（PDC、TSP、天然金刚石））。
2、 牙轮钻头的结构由钻头体、牙爪（巴掌）及牙轮轴、牙轮及牙齿、轴承、储油润滑密封系统、喷嘴等部分组成。
3、 牙轮锥面形状对应的地层：（1）单锥牙轮：主锥+背锥，硬地层；（2）复锥牙轮：主锥+副锥+背锥，软到中硬。
4、 牙轮的滑动轴承比滚动的寿命高，解释原因？
5、 牙轮滑动对破岩的作用：超顶和复锥：切向滑动，剪切同一齿圈相邻牙齿间的岩石。移轴：径向滑动，剪切相邻齿圈之间的岩石。 6、 牙轮钻头的破岩机理：（1）冲击、压碎作用，纵向振动产生的冲击力和静压力（钻压）一起使牙齿对地层产生冲击、压碎作用，形成体积破碎坑。（2）滑动剪切作用，牙轮牙齿的径向滑动和切向滑动对井底地层产生剪切作用，破碎齿间岩石。（3）射流的冲蚀作用，由喷嘴喷出的高速射流对井底岩石产生冲蚀作用，辅助破碎岩石。
7、 国产牙轮钻头按结构分类共8个系列的含义Y，P，MP，MPB，HP，HPB，XMP，XH。
8、 解释钻头类型代号的含义：
用于中硬地层、直径为8in(215.9mm)的镶齿滑动密封轴承喷射式三牙轮钻头的型号为：8XHP5或215.9XHP5。
9、 金刚石具有极高的硬度（莫氏硬度10）、抗压强度（8800MPa）和耐磨性钢的9000倍）。其缺点是：① 脆性大，受冲击载荷易碎裂；②具有热敏性，高温下（450℃以上）石墨化。
10、 金刚石钻头为无活动部件的整体式钻头。由钢体、胎体（冠部和保径部）、水眼及水
槽、金刚石切削刃等部分组成。
11、 PDC钻头——聚晶金刚石复合片钻头，TSP钻头——热稳定聚晶金刚石钻头。
12、 金刚石钻头以磨削（研磨）方式破碎岩石。
13、 PDC钻头切削齿布置：（1）刮刀式布齿方式：特点是整体强度高、抗冲击能力强、易于清洗和冷却、排屑好、抗泥包能力强。适用于粘性或软地层。（2）单齿式布齿方式：布齿区域大、布齿密度高，可以提高钻头的使用寿命，但水力清洗能力低，容易在粘性地层泥包。适用于硬地层。（3）组合式切削齿的布置：具有较好的清洗、冷却和排屑能力，布齿密度较高。这种布齿方式的钻头多用于中等硬度地层。
14、 PDC钻头切削齿工作角作用：（1）后倾角：起到保护切削齿，延长寿命的作用。取值0°～ 20°，软地层小一些，硬地层大一些。（2）侧倾角：钻头旋转时，切削刃面对切屑产生向外侧的推力，有利于向外排除岩屑。15°左右。
15、 IADC分类法中，金刚石钻头切削齿种类和钻头体材料：D-天然金刚石，M-胎体PDC，S-钢体PDC，T-胎体TSP，O-其他
16、 牙轮钻头和金刚石钻头使用时主要区别？
牙轮钻头主要应用：因其牙齿设计和轴承结构的不同而应用各种类型的地层，特点：因时因地选用，合理的使用可获得满意的进尺和机械钻速。大钻压，低转速。破岩方式：冲击、压碎。
金刚石钻头的金刚石是人类目前知道最硬的材料，耐磨性最高，金刚石钻头用于硬的，高研磨性地层。可获得高进尺，虽然昂贵，但单只进尺高，而在石油行业中有很强的竞争力。主要应用：旋转钻井、涡轮钻井和取芯作业中。破岩方式：塑性或应力塑性地层是犁削，脆性地层是压碎。硬地层是微刻划，微切削。注意事项：小钻压高转速，大排量。
第二节 钻柱
1、 钻柱的作用。（1）提供钻井液流动通道；（2）给钻头提供钻压；（3）传递扭距；（4）起下钻头；（5）计量井深；（6）观察和了解井下情况（钻头工况、井眼状况、地层情况）；（7）进行其它特殊作业（取芯、挤水泥、打捞等）；（8）钻杆测试(Drill-Stem Testing)，又称中途测试。
2、 钻杆接头类型：内平（IF）、贯眼（FH）、正规（REG）。
3、 钻铤结构特点：管体两端直接车制丝扣，无专门接头；壁厚大(38-53毫米），重量大，刚度大。主要作用：(1)给钻头施加钻压;(2)保证压缩应力条件下的必要强度;(3)减轻钻头的振动、摆动和跳动等，使钻头工作平稳；(4)控制井斜。
4、 钻柱正常钻进工况下：上部受拉伸，下部受压弯曲；在扭矩作用下旋转运动。下部钻柱弯曲的原因：钻压的作用使下部钻柱受压缩，当压力达到钻柱的临界压力，钻柱将失去直线稳定状态而发生弯曲并与井壁接触。压力较大时可能发生多次弯曲。
5、 钻柱受力最严重的部位：（1）井口断面拉力最大，对于转盘钻井井口扭距最大，对于井下动力钻具钻井，钻头处扭矩最大；（2）下部受压弯曲部分—交变轴向应力、弯曲应力、扭剪应力；（3）中性点—拉压交变载荷。
6、 中性点的概念：钻柱上轴向力等于零的点。
7、 钻柱设计计算。（钻杆柱设计时不考虑井斜角）。
第三章 钻井液
第一节 钻井液的定义和功用
1、钻井液的功用：（1）携岩；（2）冷却和润滑钻头及钻柱 ；（3）造壁，维持井壁稳定；（4）控制地层压力；（5）悬浮钻屑和加重材料，防止下沉；（6）获得地层和油气资料；（7）传递水功率。
第二节 钻井液的组成和分类
1、钻井液的组成：（1）液相：钻井液的连续相，水或油。（2）活性固相：包括人为加入的商业膨润土（般土）、有机膨润土(油基钻井液用)和地层进入的造浆粘土。（3）惰性固相：惰性固相是钻屑和加重材料。（4）各种钻井液添加剂: 增粘、稀释、降失水、PH值、防塌等。
2、钻井液的分类（API和IADC分类）：（1）不分散体系（2）分散体系（3）钙处理体系（4）聚合物体系（5）低固相体系（6）饱和盐水体系（7）修井完井液体系（8）油基钻井液体系（9）空气、雾、泡沫和气体体系。
第三节 钻井液的性能
1、 钻井液的密度 调节井内钻井液的静液柱压力，地层压力及地层构造应力，避免发生井喷及井塌等事故。
2、 钻井液密度调整钻井液密度的方法：提高密度（加重），加重晶石、石灰石、可溶性无机盐；降低密度，降低固相含量，加水稀释，混油，充气。
3、 静切力（静切应力）：使钻井液开始流动所需的最低切应力，它是钻井液静止时单位面积上所形成的连续空间网架结构(凝胶结构)强度的量度。它反映了钻井液触变性的好坏。 （静止时悬浮钻屑、加重材料的能力）
4、 动切应力（屈服值）：流变曲线直线段的延长线与切应力轴交点的应力大小（假想值）。反映在层流状态下粘土颗粒之间及高聚物分子之间的相互作用力（形成空间网状结构之力）的大小。
5、 塑性粘度：是塑性流体流变曲线直线段斜率的倒数，不随剪切力变化，反映结构拆散的速度等于恢复速度时的粘度。它是钻井液流动时固相颗粒之间、固相颗粒与周围液相间以及液相分子间的内摩擦作用的总反映。固相含量、颗粒形状和分散程度、表面润滑性、液相性质。它反映了液体粘滞力的大小。
6、 表观粘度（视粘度或有效粘度）：它是在某一流速梯度下剪切应力与相应流速梯度的比值。等于塑性粘度与结构粘度之和，它反映两者的总的粘滞作用，是“总粘度”的意思。
7、 动切力与塑性粘度之比，反映了钻井液结构强度与塑性粘度的比例关系。动塑比大，流动过水断面较平缓，剪切稀释能力强，但流动阻力大，泵压高。动塑比小，尖峰层流，钻屑转动。理想值（0.36～0.48）。
8、 滤失和造壁过程：钻井液中的液体(刚开始也有钻井液)在压差的作用下向地层内渗滤的过程称为钻井液的滤失。钻井液中的固相颗粒附着在井壁上形成滤饼的过程称为造壁过程。
9、 瞬时滤失：在钻头破碎岩石形成新的井眼而滤饼尚未形成的一段时间内，钻井液迅速向地层渗滤，此时的滤失称为瞬时滤失。瞬时滤失量有利于提高钻速，但严重损害油气层。
10、 动滤失：在已形成的井眼内，随着钻井液的渗滤，在井壁上形成一层滤饼，并不断增厚、密实。同时，形成的滤饼又受到钻井液的冲刷和钻柱的碰撞、刮挤而遭到破坏。最终，
滤饼形成速度等于破坏速度而达到平衡，此时滤饼厚度不变，滤失速率也保持不变。这种钻井液在井内循环流动时的滤失过程称为动滤失。
11、 静滤失：钻井液在停止循环时的滤失过程称为静滤失。随着滤失过程的进行，滤饼逐渐增厚，滤失阻力逐渐增大，滤失速率逐渐减小。
第四节 钻井液的固相控制
1、 固相对钻井的影响：（1）固相含量升高，钻速降低；（2）固相含量高，形成的滤饼厚，容易引起压差卡钻。（3）固相含量高，对油气层损害严重。
2、 固相控制方法：（1）大池子沉淀；（2）清水稀释；（3）替换部分钻井液；（4）利用机械设备清除固相（振动筛：清除0.5mm以上固相颗粒。旋流分离器：除砂器>74μm、除泥器 10 ~ 74 μm；超级分离器：5 ~ 10μm;离心机：清除2～5μm以上的颗粒和回收重晶石。）（5）聚合物絮凝剂：清除更细小的颗粒，作用机理是吸附→架桥→形成团块。
3、 泥页岩的水化膨胀：泥页岩中的粘土矿物容易吸水膨胀和分散，造成井壁岩石强度降低，引起井壁不稳定。井壁不稳定主要是泥页岩的水化问题。
1、 防塌措施：
（1）钻井液中加入K+、NH+4等无机阳离子
（2）加入高聚物
（3）利用沥青类物质在井壁上起封堵作用
第四章 钻进参数优选
第一节 钻进过程中各参数间的基本关系
1、钻进参数：表征钻进过程中的可控因素所包含的设备、工具、钻井液以及操作条件的重要性质的量。如钻头类型、钻井液性能参数、钻压、转速、泵压、排量、钻头喷嘴直径、钻头水功率等。
2、钻进参数优选：指在一定的客观条件下，根据不同参数配合时各因素对钻进速度和钻头寿命的影响规律，采用最优化方法，选择合理的钻进参数配合，使钻进过程达到最优的技术和经济指标。
3、影响钻速的主要因素
（1）钻压对钻速的影响（图）
门限钻压：认为是牙齿开始吃入地层时的钻压,其值的大小主要取决于岩层性质,并具有较强的地区性。
（2）钻速随转速的增大而增大，并呈指数关系变化。
（3）随着钻头牙齿的磨损，钻速下降。
（4）水力因素对钻速的影响：井底比水功率越大，净化程度越好，钻速越快。井底比水功率越大，辅助破岩能力越强，钻速越快。
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