《钻井工程》综合复习资料.doc

钻井工程综合复习资料一、名词解释1、上覆岩层压力：覆盖在该层以上的岩石基质和孔隙内流体的总重力所造成的压力。2、地层压力：地层孔隙内流体所具有的压力，也称为地层孔隙压力。3窜槽：由于各种原因造成注水泥井段的钻井液没有被完全替净，造成该段有未被水泥封固的现象。 4、固井：在已经打好的井眼内下入套管，并在套管与井壁之间注水泥进行封固的工作。5岩心收获率：在取心钻井过程中，实际取出岩心的长度与取心进尺的百分比。6、定向钻井：沿着预先设计好的井眼轴线（轨道）钻到目的层的钻井技术。7牙齿磨损量：指牙齿的相对磨损高度。新钻头时牙齿磨损量为0，牙齿全部磨损时牙齿磨损量为1。8、钻柱中性点：钻柱上既不受拉又不受压的零轴向力点。9顶替效率：在注水泥井段，水泥浆顶替效率为水泥浆在环空内的体积与环空体积的百分比。10装置角：以高边方向线为始边，顺时针旋转到装置方向线所转过的角度。11压持效应：在钻井过程中，井内存在一定压差，在压差作用下井底的岩石碎屑难以离开井底，造成钻头重复破碎的现象。 12井斜方位角：在水平投影图上，某点井眼轴线的切线方向与正北方向顺时针所转过的角度。13、软关井：发现井涌后，先打开节流阀在关闭防喷器的关井方法。14、反扭角: 作用在动力钻具定子上的反扭矩，使外壳及钻柱反向扭转，在紧靠动力钻具的钻柱断面上所转过的角度15、卡钻：钻具陷在井内不能自由活动的现象。16先期裸眼完井：用先下套管至油气层顶部固井，再换小钻头钻开油气层的裸眼完井方法。二、简答题1简述井斜的主要原因。井斜的主要原因有：（1）地质因素：1）地层可钻性的各向异性 2）地层可钻性的纵向变化 3）地层可钻性的横向变化（2）钻具的原因，即钻具的倾斜和弯曲，造成钻头在井底的不对称切削和侧向切削。 1）钻具和井眼之间的间隙过大 2）钻进过程中施加的钻压过大造成下部钻柱弯曲 3）下井钻柱本身弯曲 4）安装设备时，天车、游车、转盘三点不在同一条铅垂线上，或者转盘安装不水平（3）井眼扩大后，使得钻头左右移动靠向一侧，使得钻头轴线与井眼轴线不重合，导致井斜。2简述异常高压地层形成的原因。答：地层在沉积压实过程中，能否保持压实平衡主要取决于四个因素：（1）上覆岩层沉积速度的大小，（2）地层渗透率的大小，（3）地层孔隙减小的速度，（4）排出孔隙流体的能力。在地层的沉积过程中，如果沉积速度很快，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和颗粒之间的压力，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，岩层压力增加，而下面的基岩的支撑能力并没有增加，孔隙流体必然开始部分地支撑本应有岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力。如果该地层的周围又有不渗透的地层圈闭，就造成了地层的欠压实，从而导致了异常高压的形成。3简述满眼钻具的工作原理及正确使用方法。答：工作原理：采用大尺寸下部钻具组合（BHA)，“填满”井眼。这种满眼钻具具有刚度大、与井眼的间隙小的特点，可以：（1）有效限制下部钻具的弯曲和倾斜，抵制钻头偏转；（2）承受较大 的钻压而不发生弯曲；（3）支撑在井壁上，抵抗钻头上的侧向力，限制钻头横移。正确使用：（1）用于防斜和稳斜，不能纠斜。（2）可有效地控制井眼曲率，不能控制井斜角的大小。（3）“以快保满，以满保直”。使用满眼钻具的关键在于一个 “满”字。（4）在井眼曲率大的井段使用，容易卡钻。（5）在钻进软硬交错，或倾角较大的地层时，要注意适当减小钻压，勤划眼，以便消除可能出现的“狗腿”。4提高固井质量的主要措施。答：提高固井质量主要从两个方面入手，即提高顶替效率和防止窜槽。（1）提高顶替效率的措施有：采用套管扶正器，改善套管居中条件；注水泥过程中活动套管，增大水泥浆流动的牵引力；调整水泥浆性能，使其容易顶替钻井液；注水泥过程中使水泥浆在环空的流动形成紊流或塞流，有利于水泥浆的顶替；在注水泥前，打入一定量的隔离液或清洗液，增加二者的密度差。 （2）防止窜槽的措施有：采用多级注水泥或两种凝速（上慢下快）的水泥；注完水泥后及时使套管内卸压，并在环空加回压；使用膨胀性水泥，防止水泥收缩；使用刮泥器，清除井壁泥饼。5简述钻柱的主要功用。答：（1）依靠钻柱的旋转给钻头传递扭矩；（2）依靠部分钻铤在钻井液中的浮重给钻头施加钻压；（3）通过钻柱的中空循环钻井液；（4）通过接单根延伸井眼；（5）起下钻头；（6）通过钻柱的工况传递井下信息（7）通过钻柱进行井下特殊作业（挤水泥、打捞、中途测试等）6简述牙轮钻头在井底的运动形式及破岩机理。答：牙轮钻头在井底产生的运动形式主要有： （1）在钻柱的带动下产生的公转； （2）由于牙轮安装在牙轮轴上，在公转的同时产生自转； （3）单、双齿着地使得牙轮钻头的重心上下移动所形成的上下振动； （4）牙轮钻头的三种特殊结构超顶、移轴、复锥使得牙轮在滚动的同时产生滑动。 牙轮钻头的破岩机理： （1）在钻压作用下形成的压碎作用； （2）牙轮的上下振动和滚动形成的冲击破碎作用； （3）三种特殊结构使得牙轮滚动的同时形成滑动所造成的剪切破碎。 7简述注水泥过程中提高顶替效率的主要措施。答：采用套管扶正器，改善套管居中条件；注水泥过程中活动套管，增大水泥浆流动的牵引力；调整水泥浆性能，使其容易顶替钻井液；注水泥过程中使水泥浆在环空的流动形成紊流或塞流，有利于水泥浆的顶替；在注水泥前，打入一定量的隔离液或清洗液，增加二者的密度差。8简述溢流形成的主要原因。答：（1）地层压力掌握不准，使设计的钻井液密度偏低；（2）钻井液密度降低；（3）起钻未按规定灌泥浆或井漏，使井内液面降低；（4）起钻抽吸作用使井底压力减小；（5）停止循环时，环空循环压降消失，使井底压力减小。9简述溢流的主要征兆有哪些？答：（1）泥浆罐液面升高； （2）钻井液返出量大于泵排量； （3）起钻时灌不进泥浆或泥浆灌入量少于正常值； （4）停止循环时，井口仍有泥浆外溢。 （5）钻速突然加快或钻进放空； （6）钻井液性能发生变化； 密度降低； 粘度上升或下降； 气泡、氯根离子、气测烃类含量增加； 油花增多，油味、天然气味、硫化氢味增浓； 温度升高。 （7）泵压上升后下降，悬重减小后增大；10PDC钻头的破岩机理及使用地层答：PDC钻头的破岩机理对于塑性岩石，在钻压和扭矩的联合作用下，岩石产生塑性流动破碎。对于塑脆性岩石，分为三个过程：（1）碰撞：刃前岩石发生剪切破碎后，刀刃在旋转扭矩作用下向前推进，碰撞刃前岩石。（2）压碎及小剪切：扭转力增大，压碎刃前岩石，产生小剪切破坏。（3）大剪切：扭转力继续增大到某一极限值，刃前岩石沿剪切面破碎，而后扭转力突然减小。PDC钻头的正确使用（1） PDC钻头适用于软到中硬的大段均质地层，不适合钻软硬交错地层和砾石层。（2）与牙轮钻头相比，PDC钻头宜采用低钻压、高转速钻进。（3） 钻头下井前，井底要清洁，无金属落物。新钻头钻进时，先用小钻压和低转速磨合井底。（4） PDC钻头属于整体式钻头，无任何活动部件，适合高转速的涡轮钻井。（5）避免在需要划眼井段中使用。11简述dc指数法检测异常高压层的依据和原理。答：dc指数法检测异常高压层的依据是地层压实理论及欠压实理论。主要原理：正常压力地层井段，随着井深的增加，岩石压实程度增加，机械钻速逐渐降低，dc指数值逐渐增大；当钻遇异常高压层段时，由于地层的欠压实，使得地层的孔隙度增加、岩石密度降低，机械钻速突然增加，dc指数值偏离正常dc指数趋势线而突然减小。12简述现场实验法获取地层破裂压力的方法和步骤。答：现场实验法获取地层破裂压力时采用液压实验法，其方法步骤：循环调节泥浆性能，保证泥浆性能稳定，上提钻头至套管鞋内，关闭防喷器。 用较小排量0.661.32 L/s向井内注入泥浆，并记录各个时期的注入量及立管压力。 做立管压力与累计泵入量的关系曲线图从图上确定各个压力值：漏失压力为PL，开裂压力Pr，传播压力Prro，计算地层破裂压力和地层破裂压力梯度 和13提高钻头水功率的途径有哪些？答：（1）提高泵压ps和泵功率Ps（2）降低循环压耗系数Kl 使用低密度钻井液 减小钻井液粘度 适当增大管路直径（3）增大钻头压降系数Kb增大Kb的途径可能是增大d，减小C 和 A0，唯一有效的途径是减小喷嘴直径。（4）优选排量Q三、计算题1某井表层套管下至500米，液压试验测得地层漏失时的立管压力为4MPa，此时井内钻井液密度为1.05g/cm3。该井的目的层深度为2500米，地层压力为40MPa。目的层以上地层属正常压实地层。问：若不下技术套管能否安全钻穿目的层？(钻进时，附加安全密度取0.05g/cm3)。解：套管鞋处地层破裂压力为：4+1.05*0.00981*500=9.145MPa 钻达目的层所需的钻井液密度为40/0.00981/2500+0.05=1.683kg/m3 而套管鞋处的钻井液压力为：1.683*0.00981*500=8.2467MPa，低于地层破裂压力， 因而不下技术套管也可以安全钻穿目的层。 或：套管鞋处地层破裂压力当量密度为：=1.8655g/cm3 钻达目的层所需的钻井液密度为=40/0.00981/2500+50=1.683g/m3 由于，即低于500m出的地层破裂压力当量密度， 因而不下技术套管也可以安全钻穿目的层。2某井用动力钻具+弯接头定向钻进，钻至1500m测斜：=12，=80。继续钻进至1800m，测斜得：=16，=150。现拟用该造斜工具在保持井斜角不变的情况下将方位扭转到=120，求造斜工具的装置角和扭方位井段长度。（推荐公式： ）解： 因为：=12015%所以实验数据不合格，须重新进行试验。4某直井用12.25in钻头钻进至3500米，钻井液密度为1.25g/cm3，钻压为190kN，现拟采用塔式钻具组合：9in钻铤（qc1=2.847kN/m）27m （3根）+ 7in钻铤（qc2=1.606kN/m）54m （6根）+6.5 in钻铤（qc3=1.362kN/m）充足供应，考虑钻柱中性点设计系数为1.25，钢材密度为7.8 g/cm3，试确定钻铤的使用长度（每根钻铤的长度为9m）。解： 0.84； Fm1，2=137.418kN；Lc3=87.48m； 6.5 in钻铤使用根数10根；Lc=27+54+90=171m5某井使用密度为1.3g/cm3的钻井液钻至3800m时发生井涌，关井后求得关井立管压力为4MPa，关井套管压力为5.5MPa。（1）求地层压力；（2）压井用的钻井液密度；（3）已知上一层套管下深2500m，该处地层破裂压力的当量密度为1.78g/cm3，假设侵入井眼的地层流体还没有上窜到套管环空内，求允许的最大关井套压。解：52.46MPa 1.407g/cm3 43.65MPa 则最大关井立管压力为 11.76MPa6某井用139.7mmN-80钢级.9.17mm的套管，套管钢材密度为7.8g/cm3，其额定抗外挤强度Pc=60881kPa，管体杭拉屈服强度为2078kN，若钻井液密度为1.35g/cm3，试分别求在套管下部悬挂210kN的套管（浮重）和没有下部悬挂时各自的允许下深（抗外挤系数为1.05）。（推荐公式：）解：（1）没有下部悬挂时，该套管的允许下深为：=4378.14m （2）在套管下部悬挂210kN的套管，该套管的允许下深为： =58154.54 kPa此时的允许下深为：=4182m7已知某井钻深为2600m，套管下深2500m，此时进行地层破裂压力试验。试验采用钻井液密度为1.25g/cm3，漏失压力PL=4.5MPa，开裂压力PR=5.9MPa，传播压力PrRo=4.2MPa，试求地层的破裂压力及其破裂压力的当量密度。解：地层的破裂压力为：=35.156MPa地层破