《钻井工程》课程教学大纲.docx

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1、钻井工程教学大纲一、课程基本信息课程名称钻井工程Drilling Engineering课程编码SPE125511035开课院部石油工程学院课程团队钻井工程教学团队学分3.5课内学时58讲授50实验8上机0实践0课外学时58适用专业石油工程授课语言中文先修课程工程力学、工程流体力学、油田开发地质学、岩石力学课程简介 （必修）本课程是石油工程专业本科生的专业必修课。主要授课内容包括：钻井的工程地质条件；钻机及钻进工具；钻井液；钻进参数优选； 井眼轨道设计及轨迹控制；油气井压力控制；固井与完井；其它钻井技术及作业等。本课程的主要目的是使学生熟悉钻井工程技术的演 化、现状及前沿动态，掌握钻井工程的各

2、个工环节、装备工具和技术措施的基本概念、基本原理、基本方法和基本计算，具备运用所学 知识进行方案制定、工程设计、分析解决复杂工程问题的能力。This course is a compulsory course for undergraduates majoring in petroleum engineering. The main content includes: the engineering geological conditions ; drilling rig and drilling tools; drilling fluid; drilling parameters optim

3、ization; well trajectory plan and deviation control; well control; well cementing and completion; other drilling technology and operation etc. The main purpose of this course is to enable students familiar with the evolution, current situation and frontier dynamics of drilling engineering technology

4、; to master the basic concepts, basic principles and basic calculation methods of the equipments, tools and technical measures in drilling process; to obtain the ability to use these theories and methods to make plans, design projects, analyze and solve complex engineering problems.负责人大纲执笔人、审核人二、课程目

5、标序号代号课程目标0BE毕业要求指标点任务自选1Ml目标1 :掌握钻井工程的各个年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。是1.42M2目标2 ： 了解钻井工程技术的发展现状及前沿动态，能够分析钻井新技术的特点、工作机理和适用条是2. 1件。3M3目标3 ：能够运用钻井工程的基础和专业知识进行钻井工程设计。是3. 14M4目标4 ：能够分析和解决钻井工程的实际问题，体现创新意识和能力。是3.25M5目标5 ：能够基于科学原理和方法对钻井工程领域的复杂工程问题进行研究。是4. 16M6目标6 ：能够分析和评价钻井工程实践和复杂工程问题的解决方案对健康、安全、环保等影响。是6. 1

6、三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内 学时教学方式课外 学时课外环节1绪论绪论重点难点：油气井基本类型，钻井工程基本工艺过程，钻井技 术发展状况与趋势；中国古代钻井技术（课程思政：中国贡献 给世界的第五大发明）。M21讲授2自学21第一章钻井的工 程地质条件本章的重点难点：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。/31. 11. 1地卜压力特征静液压力，上地应力，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（含课程思政： 黄荣樽教授对地层破裂压力预测的贡献）OM1,M2,M3, M4, M53讲授3

7、自学+作业41.21.2岩石的工程力 学性质岩石的机械性质，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。Ml, M23讲授3自学+作业5实验1岩石工程力学实验测量岩石的硬度、塑性系数及可钻性。M54实验4撰写实验 报告62第二章钻机及钻井工具本章的重点难点：石油钻机的功能，石油钻机的组成，石油钻 机的分类，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，直井/ 定向井钻柱受力，钻柱设计方法。/72. 12.1石油钻机石油钻机的功能，石油钻机的组成，石油钻机的分类。Ml, M20/2自学82.22.2钻头钻头的类型，钻头

8、的性能指标，牙轮钻头，PDC钻头，金刚石 钻头；辅助破岩工具。M1,M2,M3, M4, M53讲授3自学+作业92.32.3钻柱钻柱的组成及功用，钻柱的工作状态，直井/定向井钻柱受力分 析，钻柱设计。3, M4, M54讲授4自学+作业103第三章钻井液本章的重点难点：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。/113. 13.1钻井液的组成 与分类钻井液的组成，钻井液的功用，钻井液的分类。Ml0/1自学123.23.2钻井液的基本 性能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 固相含量及控制，井塌及防塌措施，钻井液的漏失及堵漏。Ml0/2自学1

9、33.33. 3油气层保护及 钻井完井液油气层保护及完井液；储层损害的主要原因，储层损害的防止 措施，完井液种类及基本功能。Ml0/自学144第四章钻进参数 优选本章的重点难点：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，循划系统水功率传递的基本关系，循坏压耗计算，提局 钻头水力能量的途径，水力参数优选方法。/154. 14.1钻进过程中各 参数间的基本关系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。Ml, M2, M 3, M4, M

10、53讲授3自学+作业164.24. 2机械破岩钻进 参数优选目标函数的建立，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, M4, M51讲授1自学174.34.3水力参数优化 设计钻头水力特性，水功率传递的基本关系，循环系统压耗计算， 提高钻头水力参数的途径，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。（课 程思政：沈忠厚院士对高压喷射钻井技术的突出贡献）3, M4, M54讲授4自学+作业185第五章井眼轨道 设计与轨迹控制本章的重点难点：描述井眼轨迹的基本参数，

11、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。/195. 15.1井眼轨迹的基 本概念井眼轨迹的基本参数，轨迹的计算参数，井眼轨迹的图示法。Ml, M22讲授2自学205.25. 2轨迹测量及计 算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（含课程思政：郑基英教授对 圆柱螺线法和校正平均角法的贡献）。Ml, M32讲授2自学+作业215.35. 3直井防斜技术井斜原因，井斜控制基本原理，满眼钻具组合、钟摆钻具组合 控制井斜，其它直井防斜技术（含垂直钻井系统）。（课程思 政：杨勋尧对防斜打直钻具组合设计的贡献）3

12、, M4, M52讲授2自学+作业225.45.4定向井井眼轨 道设计定向井轨道类型，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（含 水平井轨道设计）OMl, M31讲授2自学+作业235.55.5定向井造斜工 具及轨迹控制井底动力钻具造斜工具，转盘钻造斜工具，旋转导向钻井系 统，定向井轨迹控制的基本方法，扭方位计算，造斜工具的定 向。（含课程思政：国内旋转导向钻井系统研制取得突破进展）3, M4, M53讲授3自学+作业246第八早油气井压 力控制本章的重点难点：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

13、数计算。/25实验2定向井轨迹测量及 控制实验定向井轨迹测量原理、定向摆工具面操作方法M52实验2撰写实验 报告266. 16.1井眼与地层压 力系统井眼内的各种压力的概念、井眼与地层各压力之间的平衡关 系。Ml, M21讲授1自学+作业276.26. 2地层流体侵入 的检测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。Ml, M21讲授1自学+作业286. 36. 3地层流体侵入 控制井控的基本装置，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。（课程思政：铁人王进喜 战井喷）Ml, M2, M 3, M4, M5 ,M6

14、3讲授3自学+作业296.46.4控制压力钻井控制压力钻井的基本概念及类型Ml, M21讲授1自学30实验3井控模拟与仿真实井涌及压井工艺模拟实验M51-4实验1-4撰写实验验报告317第七章固井与完井本章的重点难点：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，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。/327. 17.1井身结构设计套管的分类及作用，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。3, M4, M53讲授3自学+作业33

15、7.27. 2套管柱设计套管的结构、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。Ml, M2, M 3, M4, M53讲授3自学+作业347.37. 3注水泥技术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（含固井质量评价）。M1,M2,M3, M4, M52讲授2自学+作业35实验4油井水泥浆性能实 验水泥浆配置；密度、流变性及稠化时间测量M52实验2撰写实验 报告367.47.4完井技术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，

16、完井井口装置。Ml, M2, M42讲授2自学+作业378第八章其它钻井 技术及作业本章的重点难点：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。/388. 18.1井下复杂情况 及事故处理井喷、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。M4, M61讲授1自学398.28. 2取心技术钻进取心的工艺环扫、取心钻进的评价指标、取心工具。M40.5讲授0.5自学408.38.3套管开窗技术套管开窗侧钻的方法及基本工具和工艺。M40.5讲授0.5自学四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1、结合线上教学，每章布置3-

17、5个作业题（计算题、简答题、分析题）。2、成绩采用ABCD等级制，根据完成的准确性、是否按时完成、是否独立完成进行评分。20%3、考核学生对课堂讲授内容的理解与掌握情况，对复杂工程问题的分析及解决能力等。2智慧树在 线课程学 习依托“钻井工程”智慧树在线学习平台，按预定学习进度及要求完成全部在线学习任务（含知识点视频学习、章测试及 网上期末考试）。20%3实验1.本课程8个学时的实验，共3次实验2.按要求完成实验并提交实验报告之后采用百分制给与评分。10%4期末考试闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分；主要考核学生对钻井工程基本知识的掌握能力，学生综合运用所学 知识分析问题、解决问题

18、的能力；题型主要有名词解释、判断题、简答题、计算题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1Ml平时作业20%A-按时提交作业，基本知识点和一般方法理解无误； B-按时提交作业，基本知识点理解存在少量错误2Ml智慧树在 线课程学 习20%见智慧树学习平台相关规定，学习成绩;平时成绩*40+章测试*10%+期末考试50%。其中，平时成绩计算依 据包括知识点视频学习、网上互动；章测试和期末考试题均为判断题、选择题（单选、多选），来源于题 库。3Ml实验10%A-按时参加实验，提交实验报告，数据分析符合规范，结论无误B-按时参加实验，提交实验报告，数据分析基本规范，结论基本正确C-

19、数据分析过程存在问题D-不按规程操作实验，发生安全事故4Ml期末考试50%见期末试卷评分标准5M2平时作业20%A-按时提交作业，基本知识点和一般方法理解无误； B-按时提交作业，基本知识点理解存在少量错误6M2智慧树在 线课程学 习20%见智慧树学习平台相关规定，学习成绩=平时成绩*40+章测试*10将期末考试50%。其中，平时成绩计算依 据包括知识点视频学习、网上互动；章测试和期末考试题均为判断题、选择题（单选、多选），来源于题 库。7M2期末考试50%见期末试卷评分标准8M3平时作业20%A-按时提交作业，基本知识点和一般方法理解无误；B-按时提交作业，基本知识点理解存在少量错误9M3智

20、慧树在 线课程学 习20%见智慧树学习平台相关规定，学习成绩=平时成绩*40+章测试*10%+期末考试50%。其中，平时成绩计算依 据包括知识点视频学习、网上互动；章测试和期末考试题均为判断题、选择题（单选、多选），来源于题 库。10M3实验10%A-按时参加实验，提交实验报告，数据分析符合规范，结论无误B-按时参加实验，提交实验报告，数据分析基本规范，结论基本正确 c-数据分析过程存在问题D-不按规程操作实验，发生安全事故11M3期末考试50%见期末考试评分标准12M4平时作业40%A-按时提交作业，基本知识点和一般方法理解无误； B-按时提交作业，基本知识点理解存在少量错误13M4智慧树在

21、 线课程学 习20%见智慧树学习平台相关规定，学习成绩=平时成绩*40+章测试*10%+期末考试50%。其中，平时成绩计算依 据包括知识点视频学习、网上互动；章测试和期末考试题均为判断题、选择题（单选、多选），来源于题 库。14M4实验10%A-按时参加实验，提交实验报告，数据分析符合规范，结论无误B-按时参加实验，提交实验报告，数据分析基本规范，结论基本正确 c-数据分析过程存在问题D-不按规程操作实验，发生安全事故15M4期末考试30%见期末试卷评分标准16M5平时作业40%A-按时提交作业，基本知识点和一般方法理解无误； B-按时提交作业，基本知识点理解存在少量错误17M5智慧树在 线课

22、程学 习20%见智慧树学习平台相关规定，学习成绩=平时成绩*40+章测试*10%+期末考试50%。其中，平时成绩计算依 据包括知识点视频学习、网上互动；章测试和期末考试题均为判断题、选择题（单选、多选），来源于题 库。18M5实验10%A-按时参加实验，提交实验报告，数据分析符合规范，结论无误B-按时参加实验，提交实验报告，数据分析基本规范，结论基本正确C-数据分析过程存在问题D-不按规程操作实验，发生安全事故19M5期末考试30%见期末试卷评分标准20M6平时作业40%A-按时提交作业，基本知识点和一般方法理解无误； B-按时提交作业，基本知识点理解存在少量错误21M6智慧树在 线课程学 习

23、20%见智慧树学习平台相关规定，学习成绩二平时成绩*40+章测试*10%+期末考试50%。其中，平时成绩计算依 据包括知识点视频学习、网上互动；章测试和期末考试题均为判断题、选择题（单选、多选），来源于题 库。22M6实验10%A-按时参加实验，提交实验报告，数据分析符合规范，结论无误B-按时参加实验，提交实验报告，数据分析基本规范，结论基本正确c-数据分析过程存在问题D-不按规程操作实验，发生安全事故23M6期末考试30%见期末试卷评分标准评分等级说明：A, B, C, D, E = 90-100, 80-89, 70-79, 60-69, 0-59; A, B, C, D = 90-100

24、, 75-89, 60-74, 0-59; A, B, C = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59; A, B = 80-100, 0-79六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书1钻井工程理论与技术，陈庭根，中国石油大学出版社，2017. （*主教材）2图书1钻井工艺原理（上、中、下册），刘希圣，石油工业出版社，1988.3图书 Applied Drilling Engineering, Adam T. Bourgoyne Jr., Martin E. Chcncvcrt, Keith K. Millheim and F. S. Young Jr., Society o

25、f Petroleum Engineers, Richardson, TX, 1991.4图书Advanced Well Control Manual, David Watson, Terry Brittenham and Preston Moore, SPE Textbook Series, 2003.5图书 Drilling Engineering, J. J. Azar, G. Robello Samuel, Penn We 11 Corporation, 2007.6图书1定向钻井设计与计算，韩志勇，中国石油大学出版社，2007.7图书1最优化钻井理论基础与计算，郭学增，石油工业出版社

26、，2016.8图书 Drilling Engineering, John Ford, Heriot Watt University, 2012.9图书钻井设计，查永进，石油工业出版社，2014.10图书1油气工程岩石力学，中国石油大学出版社，2015.11网络视频1钻井工程国家精品课网站，.12网络视频1钻井工程在线课程网站，.七、实验项目信息序号项目名称实验室名称门牌号组人数学时实验类别要求实验类型上机1岩石工程力学实验岩石力学实验室工科楼B3653-54专业必做综合性否2定向井轨迹测量及控制实验定向井实验室工科楼B3675-62专业必做综合性否3油井水泥浆性能实验固井实验室工科楼B2573-52专业必做综合性否4井控模拟实验井控实验室工科楼B10210-151-2专业选做设计性是5井控仿真实验井控实验室工科楼B3173-51-4专业选做综合性是