《钻井工程理论与技术》课后题答案

第一章 钻井的工程地质条件 答： 异常高压的形成是多种因素综合作用的结果，对于沉积岩地层的异常高压，目前世界上公认的成因是由于沉积物快速沉降，压实不均匀造成的。 在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就破坏。如沉积速度很快，岩石颗粒没有足够的时间去排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力，即无法增加它对上覆岩层的支撑能力。由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应的岩石 颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力，从而导致了 异常高压。 度、孔隙度、声波时差和 数随井深变化的规律。 答：在正常压实的地层中岩石的密度随井深的增加而增加；强度随井深的增加而增加；孔隙度随井深的增加而减小；声波时差随井深的增加而 减小； 数随井深的增加而增大。 000m，地层压力 25地层压力当量密度。 解： 0 . 0 0 9 8 1 2 5 0 . 0 0 9 8 1 2 0 0 0 1 . 2 7 6H (g/答：地层压力当量密度是 g/500m，井内钻井液密度为 g/地层压力为 井底压差。 解： 2 7 . 5 2 5 0 0 1 . 1 8 0 . 0 0 9 8 1 2 7 . 5 1 . 4 4 P g h M P a 答：井底压差是 200m，产层压力为 产层的地层压力梯度。 解 ： 2 3 . 1 3 2 0 0 0 . 0 0 7 2 / H M P a m 答：产层的地层压力梯度 m。 答： 岩石硬度是岩石表面的局部抵抗外力压入的能力，抗压强度则是岩石整体抗压的能力。 ？简述脆性、塑脆性和塑性岩石在压入破碎时的特性。 答：（ 1）岩石的塑性系数是表征岩石塑性和脆性大小的参数； （ 2）脆性岩石在压入破碎时的特性：只有弹性为变形无塑性变形； 塑脆性岩石在压入破碎时的特性：先产生弹性变形后产生塑性变形，最后发生塑性破碎； 塑性岩石在压入破碎时的特性：只有塑性变形而无脆性破碎。 国石油部门采用什么方法评价岩石的可钻性？将地层按可钻性分为几级吗？ 答：（ 1）岩石的可钻性是指岩石破碎的难易性，它反映了岩石抵抗钻头的破碎 能力。 （ 2）我国石油部门采用 实钻钻时确定岩样的可钻性，具体方法是在岩石可钻性测定仪上使用 径钻头，钻压 速 55r/钻进参数，在岩样上钻三个孔，孔深 三个孔钻进时间的平均值为岩样的钻时，对钻时取以 2 为底的对数值作为该岩样的可钻性级值 般 整数值。 （ 3）按可钻性可将地层分为 10 级。 第二章 答：评价钻头性能的指标有钻头进尺、钻头工作寿命、钻头平均机械钻速、钻头单位进尺成本。 1. 铣齿牙轮钻头和镶齿牙轮钻头 有哪些不同吗？ 答： 主要区别： 铣齿牙轮钻头的牙齿是由牙齿毛坯经铣削加工而成的，主要是楔形齿；而镶齿牙轮钻头是在牙轮上钻出孔后，将硬质合金齿镶入孔中， 有多种齿形 。 2. 国产三牙轮钻头有哪几个系列？试解释 81/2含义。 答：国产三牙轮钻头有以下八个系列，分别为普通三牙轮钻头 Y、喷 射式三牙轮钻头 P、滚动密封轴承喷射式三牙轮钻头 动密封轴承保径喷射式三牙轮钻头 动密封轴承喷射式三牙轮钻头 动密封轴承保径喷射式三牙轮钻头 硬质合金齿滚动密封轴承喷射式三牙轮钻头 硬质合金齿滑动密封轴承喷射式三牙轮钻头 试解释 81/2 含义是什么？有哪些特点？ 答： 含义是聚晶金刚石复合片 ，它是以金刚石粉为原料，加入粘结剂在高温高压下烧结而成；它既具有金刚石的硬度和耐磨性，弱点是热稳定性差， 350上加速磨损，抗冲击能力差。 主要功用有哪些吗？ 答：（ 1）钻柱主要由方钻杆、钻杆段和下部钻具组合三大部分组成。 （ 2）它主要功能有为钻井液流动通道、给钻头提供钻压、传递扭矩、起下钻头、计量井深、观察和了解井 下情况、进行其它特殊作业、钻杆测试。 20 为什么钻柱下部使用钻铤而不使用钻杆？ 答：由于 钻铤的壁厚大，具有较大的重力和刚度，所以在钻进过程中它能起到给钻头施加钻压、保证压缩条件下的必要强度、减轻钻头的振动、摆动和跳动等、控制井斜。 主要的作用力是什么？ 答：（ 1）井下钻柱受到自重产生的拉力、钻压产生的压力、钻井液的浮力、摩擦阻力、循环压降产生的附加拉力、起下钻时产生的动载荷、扭矩、弯曲应力、离心力、外挤力、振动产生的交变应力； （ 2）最主要的作用力是轴向力。 钻柱中性点？为什么要保证中性点落在钻铤上？ 答： 钻柱上轴向力等于零的点称为钻柱中性点；中性点是钻柱受拉与受压的分界点， 在它附近会产生 拉压 交变载荷，所以在钻柱设计中，中性点要落在刚度大，抗弯能力强的钻铤上，而不能落在强度较弱的钻杆上。 什么要尽可能选用大尺寸的钻柱？ 答：使用大尺寸的钻柱具有以下优点： 一 、可用较少钻铤满足所需钻压的要求，减少钻铤，也可减少起下钻时 连接钻铤的时间； 二 、提高了钻头附近钻柱的刚度，有利于改善钻并没钻头工况； 三 、钻铤和井壁的间隙较小，可减少连接部分的疲劳破 坏； 四 、有利于防斜。 用复合钻柱有何优点？ 答：（ 1）复合钻柱是采用不同尺寸、或不同壁厚、或不同钢级的钻杆组成的钻杆柱。 （ 2）使用复合钻柱具有很多优点，它既能满足强度要求，又能减轻钻柱的重力，允许在一定钻机负荷能力下钻达更大的井深。 如何确定钻柱的最大安全静拉载荷？ 答： （ 1） 最大安全静拉载荷是指允许钻杆所承受的由钻柱重力 引起的最大载荷。 （ 2）目前确定钻柱的最大安全静拉载荷的方法有三种：安全系数法、设计系数法、拉力余量法，分别用这三种方法 求解最大安全静拉载荷，然后从三者中取最低者作为最大安全静拉载荷。 1/2头， 7铤（ 632N/m）和 5杆（ 84.N/m），设计钻压为 180井液密度为 计算所需要钻铤长度。 解： 1 . 2 81 1 0 . 8 3 67 . 8dB m a x 1 . 1 8 1 8 0 1 5 5 . 6 8 ( )c o s 1 . 6 3 2 0 . 8 3 6 若每根钻铤的长度 10m，则需要钻铤 16 根。 答： 所需要的钻铤长度为 160m。 v=1500m，钻压 W=14t，钻井液密度为 具结构为： 81/2头+61/2铤 200m(m)+5杆 1300m(m)。求中性点所在井深。 解：（ 1）浮力系数 : 8 2 式（ 2 （ 2）中性点位置 ： )( 式（ 2 （ 3）中性点所在井深： )( 7 41 5 0 0 v 答：中性点 在与井底 。 第四章 钻进参数优选 2、某井用 200钻头钻进， W=196n=80r/头工作 14h 后起钻，轴承磨损到 轴承工作系数 b。 解： 轴承磨损到 ，表示轴承磨损了 6/8。 参考 4承的磨损速度方程： 1 b （ 4 轴承 工作系数 : 第五章 井眼轨迹控制 1. 垂直 投影图和垂直剖面图有何区别？ 垂直投影图是将井眼轨迹这条空间曲线投影在铅垂平面上所得。垂直剖面图是设想经过井眼轨迹上每一点都做一条铅垂线，所有这些铅垂线就构成一个曲面，将这个曲面展开就得到了垂直剖面图。 2. 引起井斜的钻具原因中最主要的两个因素是什么？他们又与什么因素有关？ 钻具导致井斜的主要因素是倾斜和弯曲。 相关因素： 1）钻具和井眼直接由间隙，为钻具倾斜弯曲创造条件 2）由于钻压作用，下部钻具受压后必将靠向井壁一侧从而发生倾斜 3）按照设备时，天车、有车、转盘不在一条铅垂线上 4）转盘安装不平 3. 井径扩大如何 引起井斜？如何防止井径扩大？ 井眼扩大后，钻头在井眼内左右移动，靠向一侧，也可使受压弯曲的钻柱挠度加大，于是钻头轴向和井眼轴线不重合，导致井斜。 防止井径扩大：井径扩大有个过程，可以通过使用相关钻具组合如满眼钻具组合防止井径扩大，同时通过调整钻井液性能，使用具有很好护壁性能的钻井液。 4. 满眼钻具组合控制井斜的原理是什么？它能使井斜减小吗？ 原理：满眼钻具扶正器和井眼的间隙很小，使钻杆无法弯曲而一直保持垂直状态，从而保持井眼垂直。它不能使井斜减小。 5. 什么意思？它有什么用途？ 底部钻具组合，它是钻 头 +马 达 +扶正器 +加重钻杆（具）等除了普通钻杆的井底总成 。 作用：它可以造斜、扭方位。可以使钻头倾斜，使新钻井眼不断偏离原井眼，还可以使钻头实现切向切削，同样使新钻井眼偏离原井眼。 6. 轨迹控制的三个阶段的主要任务各是什么？ 三个阶段的主要任务为： 1）打好垂直井段：实钻轨迹尽可能铅垂，井斜角尽量小 2）把好定向造斜关：把握好定向造斜段的方位 3）跟踪控制到靶点：不断使用各种造斜工具盒钻具组合，使井眼轨迹离开设计轨道“不要太远”。 7. 水平井的难度主要表现在哪些方面？引起这些难度的原因是什么？ 水平井难度主要表现在： 1） 水平井的轨迹控制要求高、难度大 2）管柱受力复杂 3）钻井液密度选择范围变小，容易出现井漏和井涌 4）岩屑携带困难 5）井下缆线作业困难 6）保证固井质量难度大 7）完井方法选择和完井工艺难度大 引起这些难度的原因是：井眼井斜角大，井眼曲率大。 34. 井斜方位角与象限角的换算 解： （ 1）方位角： 50o， 90o， 175o， 200o， 315o， 0o 象限角 ： o E， o E， S5 o E， o W， o W， N0 o （ 2）象限角： 位角 ： 250o， 50o， 327o 39、满眼钻具组合扶正器最优距离计算。 216214178径 75 E=010 d ；设计允许最大井斜角（ 3）。试求该组合的中扶 正器距离钻头的最优距离。 解： 据 （ 5，可以参考例 5 注意各变量的单位 )(0 0 0 )( 2710 k N / 5 9 42 5 9 42E )(5178(64)(64 45124444 （ 例 5 )/()0 7 )1( 22 E i i 15741 中扶正器距钻头最优距离为 六章 油气井压力控制 定钻井液密度的主要依据是什么？其重要意义是什么？ 答：在钻井中，确定钻井液密度的主要依据是地层 孔隙 压力与 地层破裂压力。 在实际钻井中，钻井液密度应不小于地层孔隙压力当量密度，以避免地层 流体侵入井眼，造成溢流，发生井喷；钻井液密度应不大于地层破裂压力当量密度，以避免压漏地层，造成井漏。 何处理平衡压力钻井与安全钻井的关系？ 答： 所谓平衡压力钻井就是在钻井过程中使井内有效压力等于地层压力，这样可以保持井眼压力系统平衡，有利于解放钻速，保护油气层，并能安全钻进。但是在一些井眼不稳定的井中钻进时，为了抑制井眼