钻井复习内容

钻井工程理论与技术复习内容一、名词解释二、简答题三、计算题四、论述题一、名词解释1．压持效应：在钻井过程中，井内始终存在钻井液液柱与地层压力之间的压差，在压差的作用下钻屑难以及时离开井底，造成钻头重复破碎的现象。2．上覆岩层压力：指该处以上地层岩石基质和孔隙中液体的总重量所产生的压力。

3．门限钻压：指钻头牙齿刚刚吃入岩石时的钻压，其值的大小主要取决于岩石的性质。4．装置角：在井底平面上，以高边方向线为始边，顺时针旋转到装置方向线上所转过的角度。

5．水泥稠化时间：指水泥浆从配置开始到其稠度达到其规定值（API规定水泥浆稠度达100BC）所用的时间。6．工具面：弯接头的轴线是一条折线，折线构成的平面称为弯接头的工具面。7．地层破裂压力：在井下一定深度出露的地层，承受流体压力的能力是有限的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂，这个液体压力称为地层破裂压力。8．剪切稀释特性：指钻井液随着流速梯度的增加而表观粘度减小的现象。9．卡钻：指在钻井过程中，由于各种原因造成的钻具陷在井内不能自由活动的现象。二、简答题1．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。2.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。3．简述地层流体侵入井眼的主要检测方法。答：检测地层流体侵入井眼的主要方法有：（1）在不改变任何钻进参数的条件下，钻速突然加快；（2）钻井液池液面上升；（3）钻井液返出流量增加；（4）返出的钻井液温度升高；（5）返出的钻井液密度降低；（6）返出的钻井液导电率变化，一般油气侵导电率变低，盐水侵变高；（7）返出的钻井液粘度有变化；（8）循环压力下降；（9）返出的钻井液有油气显示（即地面有油气显示）；（10）大钩负荷增大。

4.述注水泥过程中提高顶替效率的主要措施。答：（1）采用套管扶正器，改善套管居中条件；（2）注水泥过程中活动套管，增大水泥浆流动的牵引力；（3）调整水泥浆性能，使其容易顶替钻井液；（4）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；（5）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，形成有利的“漂浮”。

5.简述井斜的主要原因。

答：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）地层有倾角（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。6.简述钻井液的主要功用。答：（1）从井底清除岩屑并把岩屑携带到地面上来；（2）冷却和润滑钻头和钻柱；（3）稳定井壁、保护井壁的作用；（4）利用钻井液的液柱压力控制地层压力；（5）循环停止时悬浮岩屑和加重材料，防止下沉；（6）利用循环的钻井液及所携带的岩屑获得地层资料；（7）传递水力功率；（8）减轻钻柱及下套管时的重量。7．简述

PDC钻头的破岩原理及其适用的地层。

答：PDC钻头的破岩原理与刮刀钻头一样，主要是通过挤压，碰撞和剪切来破碎岩石。其破碎过程大致可分为以下三个过程：一是刃前岩石破碎，扭力逐渐减小，切削刃前进并碰撞刃前岩石；二是刃前岩石碰撞破碎后切削刃前进，产生小剪切，扭力逐渐增大；三是扭力增大到极值后，刃前岩石产生大剪切。

PDC钻头主要适合于钻软硬交错少的中硬地层。

8．简述钟摆钻具的纠斜原理及其使用特点。答：钟摆钻具的纠斜原理是使用钟摆力。其使用特点：一是钟摆钻具多用于井斜角较大的井纠斜；二是对钻压敏感，钻压大，增斜力大，钟摆力减小，所以使用时要严格控制钻压；三是井眼间隙影响明显，使用时要注意及时更换或修复钻具；四是使用多扶正器组合，计算复杂；五是使用钟摆钻具严格控制直井轨迹时，要吊打。

三、计算题1．某井用Φ127mm钻杆(372.4N/m)2200m，Φ184.20mm钻铤(1737N/m)60m、Φ158.8mm钻铤(1328N/m)100m及Φ216mm钻头，钻井液密度1.2g/cm3。钻进时加钻压180kN，钢材密度为7.8g/cm3，求中性点位置。

[解]：①0.846②88.17千牛<180千牛，故中性点落在Φ158.8mm的钻铤上③设中性点高度（距井底距离）为LN米

=60+81.736=141.736米2．某井采用喷射钻井技术进行钻进，钻进到某一井深时的泵压为18MPa，所用排量为30l/s，钻井液密度为1.3g/cm3。此时循环系统的循环压耗系数Kl=0.0223MPa(l/s)1.8。已知钻头上使用3个等直径喷嘴，喷嘴的流量系数为0.96。试判断：此时钻头上喷嘴直径是多大?

[解]：①=10.19MPa②由

得：MPa③由

得：=1.1cm=11mm3．某井钻至2400m井深时，测得井斜角30，井斜方位角100。使用具有一定造斜率的弯外壳马达继续钻进120m后，测得井斜角35，井斜方位角75。现打算利用该造斜工具再继续钻进某一深度后使井斜角达到40，井斜方位角达到50。求此时造斜工具的装置角应该为多少（不考虑反扭角）？扭方位的井段长度为多少？解：=cos30cos35+sin30sin35cos(75-100)=0.969

1=14.23

(/30m)=cos35cos40+sin35sin40cos(50-75)=0.962

=15.92=50-75=-25

=-arccos0.1397=-81.97

m

4．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）求压井用的钻井液密度；（2）已知上一层套管下深2500m，该处地层破裂压力的当量密度为1.98g/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。（13分）解：（1）压井所需要的钻井液密度：g/cm3（2）允许的关井套压

故MPa

5．某井技术套管下深为1800m，然后用8-1/2钻头、1.20g/cm3的钻井液钻至井深2000m处，发现井涌现象。关井后测得立关压力为1.67103kPa，套压为2.65103kPa，在当前钻井液性能及钻具结构条件下，循环压力Pci=7.65103kPa，

求：（1）2000m处的地层压力；（2）压井所需的钻井液密度（不加安全附加值）；（3）初始循环总压力；（4）终了循环总压力；（5）假设气侵钻井液还在套管鞋以下，求作用于套管鞋处的压力。解：①kPa

②g/cm3

③初始立管总压力Pti

MPa④终了立管总压力PTf

MPa⑤作用于套管鞋处的压力为

kPa=22.8596MPa实验点123456钻压（kN）160190190140140160转速（rpm）80601101106080钻速（m/h）22.524.632.222.116.823.66.已知某井五点钻速法的实验结果如下表所示：

试求该地区的门限钻压和转速指数。解：（1）8.44%15%所以实验数据合格。（2）求门限钻压M由杨格钻速方程及实验的2、5点得由杨格钻速方程及实验的3、4点得故：(3)求转速指数同理：

故：7、某井“二开”拟采用PDC钻头钻进，并用塔式钻具防斜，井斜角控制在3°以内。设计钻压160KN，钻井液密度1.2g/cm3。现已选用钻铤：9”（qc1=2860N/m）27米，7”钻铤（qc2=1632N/m）54米，还需多长的”钻铤（qc3=1362N/m）。（安全系数取1.20，钻铤钢材密度取7.8g/cm3）。解：设还需61/4"钻铤长度为Lc3米，则SN*Wmax=KB*(qc1*Lc1+qc2*Lc2+qc3*Lc3)cosα其中，KB=1-ρd/ρs=1-1.2/7.8=0.846