中石化井控技术培训教材习题详解

19第一章钻井的工程地质条件三、名词解释岩石的塑性系数是怎样定义的？答：岩石的塑性系数是用来定量表征岩石塑性及脆性大小的参数。塑性系数为岩石裂开前消耗的总功与岩石裂开前弹性变形功的比值。什么是岩石的可钻性？答：岩石的可钻性是岩石抗裂开的力气。即确定钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头裂开的力气。什么叫有效应力、有效上覆岩层压力、各向压缩效应？答：在“各向压缩效应”试验中，假设岩石孔隙中含有流体且具有确定的孔隙压力，这种孔隙压力的作用降低了岩石的各向压缩效应，这样，把岩石所受外压与内压之差称为有效应力。上覆岩层压力和岩石内孔隙流体压力的差称为有效上覆岩层压力。增大围压则一方面增大岩石的强度，另一方面也增大岩石的塑性，这两方面的作用统称为“各向压简述地下各种压力的根本概念答：地下压力包括静液压力Ph

、上覆岩层压力Po、地层压力Pp

和基岩应力等。静液压力是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。地层某处的上覆岩层压力是指该处以上地层岩石基质和空隙中流体的总重力所产生的压力。基岩应力是指由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那局部上覆岩层压力，也称有效上覆岩层压力或颗粒间压力，这局部压力是不被孔隙水所担当的。四、简答题简述地下各种压力的根本概念及上覆岩层压力、地层孔隙压力和基岩应力三者之间的关系。答：地下压力包括静液压力Ph

、上覆岩层压力PoPp

和基岩应力等。静液压力是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。地层某处的上覆岩层压力是指该处以上地层岩石基质和空隙中流体的总重力所产生的压力。基岩应力是指由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那局部上覆岩层压力，也称有效上覆岩层压力或颗粒间压力，这局部压力是不被孔隙水所担当的。上覆岩层的重力是由岩石基质〔基岩〕和岩石孔隙中的流体共同担当的，即上覆岩层压力是地层压力与基岩应力的和：PP o p不管什么缘由使基岩应力降低时，都会导致孔隙压力增大。简述地层沉积欠压实产生特别高压的机理。答：沉积物的压缩过程是由上覆沉积层的重力所引起的。随着地层的沉降，上覆沉积物重复地增加，下覆岩层就渐渐被压实。假设沉积速度较慢，沉积层内的岩石颗粒就有足够的时间重排列，并使孔隙度减小，空隙中的过剩流体被挤出。假设是“开放”的地质环境，被挤出的流体就沿着阻力小的方向，或向着低压高渗的方向流淌，于是便建立了正常的静液压力环境。这种正常沉积压实的地层，随着地层埋藏深度的增加，岩石越致密，密度越大，孔隙度越小。在稳定沉积过程中，假设保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就被破坏。假设沉积速度很快，岩石颗粒就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。由于上覆岩层连续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑力气没有增加，孔隙中的流体必定开头局部地支撑原来应由岩石颗粒所支撑的那局部上覆岩层压力，从而导致了特别高压。简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、孔隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。答：正常压实的地层中，随着地层的沉降，上覆沉积物重复的增加，下覆岩层就渐渐的被压实。所以随着地层埋藏深度的增加，即随井深的增加，地层中岩石密度渐渐变大，而岩石的空隙度变小。而随着地层埋藏深度的增加，围压增大，对全部岩石，当围压增大时强度均增大，即随着井深的增加，岩石的强度增大。常用声波到达井壁上不同深度的两点所用的时间之差来表示声波在地层中传播的快慢，即声波时差。在正常地层压力井段，随着井深增加，岩石的空隙度减小，声波速度增大，声波时差减小。在正常地层压力状况下，机械钻速随井深增加而减小，d指数随井深增加而增大。由于dc指数只是对d指数因钻井液密度不同而做的修正，所以dc指数也随井深的增加而增大。解释地层裂开压力的概念，怎样依据液压试验曲线确定地层裂开压力。答：在井下确定深度的暴露地层，承受流体压力的力气是有限的，当液体压力到达确定数值时会使地层裂开，这个液体压力称为地层裂开压力。在确定地层裂开压力的液压试验曲线中，开头偏离原通常将漏失压力与第一个砂层深度的比值作为该处砂层的地层裂开压力梯度，并以此作为确定井控作业的关井压力依据。岩石的硬度与抗压强度有何区分？答：硬度只是固体外表的局部对另一物体压入或侵入时的阻力，而抗压强度则是固体抵抗固体整体破坏时的力气。岩石的塑性系数是怎样定义的？简述脆性，塑脆性和塑性岩石在压入裂开时的特性。答：岩石的塑性系数是用来定量表征岩石塑性及脆性大小的参数。塑性系数为岩石裂开前消耗的总功与岩石裂开前弹性变形功的比值。塑性岩石在外力压入时，岩石只转变外形和大小而不破坏自身的连续性；脆性岩石当外力压入时，岩石直至裂开无明显的外形转变；而塑脆性岩石受外力作用时首先发生外形转变，当外力到达确定程度后岩石裂开。岩石在平行层理和垂直层理方向上的强度有何不同？岩石的这种性质叫什么？答：岩石受围压作用时，其强度和塑脆性是怎样变化的？答：当岩石受到围压作用时，全部岩石的强度均增大，但压力对砂岩和花岗岩强度的影响要比石灰岩、大理岩大；在开头增大围压时，岩石强度的增加比较明显，再连续增加围压时，相应的强度增量就变得越来越小，最终当压力很高时，有些岩石的强度便趋于常量。随着围压的增大，岩石表现从脆性向塑性的转变，并且围压越大，岩石裂开前所呈现的塑性也越大。影响岩石强度的因素有哪些？答：影响岩石强度的因素可以分为自然因素和工艺技术因素两类：自然因素方面包括：岩石的矿物成分、矿物颗粒的大小、岩石的密度和空隙度。同种岩石的空隙度增加，密度降低，岩石的强度也随之降低。一般状况下，岩石的空隙度随着岩石的埋藏深度的增加而减小；因此，岩石的强度一般状况下随着埋藏深度的增加而增加。工艺技术方面包括：岩石的受载方式不同，一样岩石的强度不同；岩石的应力状态不同，一样岩石的强度差异也很大；此外还有外载的速度、液体介质性质等等。什么是岩石的可钻性？我国石油部门承受什么方法评价岩石的可钻性？将地层按可钻性分为几级？答：岩石的可钻性是岩石抗裂开的力气。即确定钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的力气。我国石油系统岩石可钻性分类方法是用微钻头在岩样上钻孔，通过实钻钻时〔即钻速〕确定岩样10级。井底和井眼四周地层岩石受哪些力？〔地层压力钻井液液柱压力。水平地应力是怎样产生的？它与上覆岩层压力的关系是怎样的？答：水平地应力由两局部组成，一局部是由上覆岩层的重力作用引起的，它是岩石泊松比的函数；另一局部是地质构造力，它随着埋藏深度的增加而线形增大，和有效上覆岩层压力成正比。有效上覆岩层压力指上覆岩层压力和岩石内孔隙流体压力的差。简述液压试验法〔漏失试验〕的方法和步骤：〔环形空间；②以低速起泵后用较小排量〔0.66～1.32L/s〕向井内注入钻井液，并计录各个时间的泵入量和立管压力；③作立管压力与泵入量〔累计〕的关系曲线图，这条曲线开头时为过作标原点的直线，然后会在某处偏离此直线，但压力仍连续上升；④标出试验曲线上偏离原始直线之点的压力，即为漏失压力；⑤试验曲线到达最高点的压力称为裂开〔开裂〕压力，这时地层开使裂开；⑥最大值过后压力下降并趋于平缓，平缓的压力称为传播压力。塑性岩石的特点有那些？脆性岩石的特点有那些？简要说明流体介质对岩石机械性质的影响。答：塑性岩石的特点是岩石在裂开前发生永久变形，抗刮切力气弱。脆性岩石的特点是岩石在裂开前未发生永久变形，抗冲击力气弱。流体介质对岩石机械性质的影响包含以下两方面：第一，岩石中所含的水分都使岩石的强度下降，而且含水量越多，强度下降得也越多，含水量对一些岩石，例如泥页岩，也会影响其塑性性质，增大其流变特性；其次，具有化学活性的液体对岩石强度的降低，要比同类岩石在一样条件下以非活性液体所饱和时对岩石强度的降低要大得多。岩石的力学性质含义包括哪些？它们反映了岩石的什么规律？绘出平底圆柱压头压入脆性岩石、塑脆性岩石、塑性岩石时的吃入深度与所加载荷关系的典型变形曲线。答：岩石力学性质的含义包括两个：岩石的变形特征和强度特征。岩石的变形特征是指岩石试件在载荷作用下的变形规律，其中包括岩石的弹性变形、塑性变形、粘性流淌和破坏规律，它反响了岩石的力学属性。岩石强度是指岩石试件在载荷作用下开头破坏的最大应力〔极限强度〕以及应力与破坏之间的关系，它反映了岩石抵抗破坏的力气和破坏规律。N N NP, P P荷 荷 荷载 载 载吃入深度,mm 吃入深度,mm 吃入深度,mm〔a〕脆性岩石 〔b〕塑脆性岩石 〔c〕塑性岩石图平底圆柱压头压入岩石时的变形曲线分析井内液柱压力和地层孔隙压力对钻井岩石裂开的影响。答：岩石的屈服强度随着孔隙压力的减小而增大。当围压确定时，只有当孔隙压力相对地小时，岩〔Pressuredshale〕由于孔隙压力相当高，当钻开井眼后，从井壁上因产生脆性的破坏而崩落，或许与这种机理有关。因此，在考虑页岩井壁的稳定时应对孔隙压力赐予足够的重视。相反地，在钻井工程中，孔隙压力有助于岩石的裂开从而提高钻井的速度。井底的岩石，假设不渗透、无孔隙液体时，则增大泥浆的液柱压力Ph，也将增大对岩石的“各〔或即岩石的硬度〕的增加和塑性的增大，并且在确定的液柱压力下，岩石将从脆性的破坏转变为塑性破坏。这个转变压力可称为脆—塑性转变的临界压力。五、计算题某井井深2023m，地层压力25MPa，求地层压力当量密度。答：依据公式：Pp=0.00981×ρh ρ=Pp∕0.00981×h=25MPa∕(0.00981×2023m)=1.27g∕cm32500m,1.18g/cm3,27.５MPa，求井底压差。答:Ph=ρgh=1.18g/cm3×0.00981×2500m=28.94Mpa△P=Ph-Pp=28.94-27.5=1.44MPa1.44Mpa.3200m23.1MPa,求产层的地层压力梯度。答：产层的地层压力梯度Gp=Pp/h=23.1MPa/3200m=0.0072Mpa/m某井井深2500m,钻进时所用的钻头直径为215mm,钻压160kN,钻速110r/min,机械钻速7.3m/h,1.28g/cm3,1.07g/cm3ddc答：d=㏒

(0.0547v/n)/㏒(0.0684W/d10 pc 10 b10(0.0547×7.3/110)/10(0.0684×160/215)=1.8866dc=d×ρn/ρd=1.8866×1.07/1.28=1.57716． 绘出平底圆柱压头压入脆性岩石、塑脆性岩石、塑性岩石时的典型变形曲线，并给出脆性岩石、塑脆性岩石的岩石硬度计算式。给出塑脆性岩石塑性系数的定义和计算式。答：N N NP, P P荷 荷 荷载 载 载吃入深度mm

吃入深度mm

吃入深度mm〔a〕脆性岩石 〔b〕塑脆性岩石 〔c〕塑性岩石图平底圆柱压头压入岩石时的变形曲线岩石硬度计算式：P P/S N/mm2y式中P——产生脆性裂开时压头上的载荷，N；S——压头的底面积，mm2。衡量岩石塑性的大小可以用岩石裂开前消耗的总功A与弹性变形功AF E为岩石的塑性系数。因此，塑性系数K等于K=AF/AE其次章钻进工具三、名词解释“PDC”含义是什么？“PD”是聚晶金刚石复合片钻头的简称，它是金刚石材料钻头的一种。中性点的概念是由鲁宾斯基提出来的。他认为中性点时钻柱受拉和受压的分届点。何谓钻柱的中性点？答：中性点的概念是由鲁宾斯基提出来的。他认为中性点时钻柱受拉和受压的分界点。什么叫复合钻柱？答：即承受不同尺寸〔上打下小、或不同壁厚〔上后下薄、不同钢号〔上凹凸低〕的钻杆组成的钻杆柱。什么叫最大安全静拉载荷？答：指允许钻杆所承受的由钻柱重力〔浮重〕引起的最大载荷。四、简答题评价钻头性能的指标有那几项？答：钻头进尺，钻头工作寿命，钻头平均机械钻速，钻头单位进尺本钱。简述刮刀钻头破岩原理。答：刮刀钻头刀翼在钻压W和扭转力T的作用下，一方面作向下的运动，一方面围绕钻头轴线旋转，刀翼以正螺旋面吃入并切削岩层，井底平面与水平面成Ø角。刮刀钻头主要以切削和挤压方式裂开地层，具体方式主要取决于钻头的切削构造及所钻地层的岩性。由于这几种破岩方式主要要抑制岩石的抗剪强度，所以它比抑制岩石的抗压强度的破岩方式要简洁得多。刮刀钻头其刀翼构造角有哪儿个？有什么影响？如何取值？答：刃尖角、切削角、刃前角、刃后角。βαφψ；刃尖角表示刀翼的减为锐利程度。从吃入岩石和提高钻速动身，刃尖角越小越好，但是强度不能保证。一般要依据上述因素及岩石性能确定角的大小。岩石软时，β角可以稍小，较硬时硬适当增大，夹层多，井较深时，β角应适当增大。切削角α刀以前刃和水平面之间的夹角，在其他状况确定时，α越大，吃入深度越深，但α过大时，刃前岩石剪切裂开困难，钻进憋劲大。一般状况下，松软地层α=70度；软地层α=70—80度；中硬地层，α=80—85ψ=α-βφ=90-α铣齿牙轮钻头和镶齿牙轮钻头有哪些不同？答：牙轮钻头按材料不同分为铣齿〔钢齿〕和镶齿〔硬质合金齿〕两大类。铣齿牙轮钻头的牙齿石油牙轮毛胚铣削加工而成，主要是楔型齿，齿的构造参数要兼顾有利于破岩和齿的强度。一般软地层牙轮钻头的齿高、齿宽、齿距都较大，硬地层则相反。通常要在齿的齿牙轮钻头是在牙轮上钻出孔后，将硬质合金材料制成的齿镶入孔中。其齿型较多，如楔型齿、圆锥形齿、球型齿、勺型齿、主要依据岩石的性能和齿材料性能、强度、相撞工艺等。目前向齿牙轮钻头在软地层、中硬地层及坚硬地层中都得到了广泛应用。牙轮钻头有哪几副轴承？按构造不同可分为几类？滑动轴承有什么特点？答：有大、中、小和止推轴承。钻头轴承按构造分为滚动轴承和滑动轴承两大类。牙轮钻头的储油滑密封系统包括几局部？其作用是什么？答：储油囊、护膜杯、压盖、密封圈。牙轮的超顶、移轴和复锥各产生哪个方向的滑动？答：由于牙轮的超顶、移轴、复锥，使牙轮在滚动的同时在井底产生滑动。超顶和复锥引起沿切线方向滑动，这种作用除了冲击、压碎作用裂开岩石外，还可以剪切掉同一齿圈相邻牙齿裂开坑之间的岩脊；移轴产生轴向方向的滑动，可以剪切掉齿圈之间的岩脊。81／2HP5答：一般钻头、喷射式钻头、密封钻头、密封保径钻头、滑动轴承钻头、滑动保径钻头、乡齿密封钻头、镶齿滑动轴承钻头8个系列。表示用于中硬地层、直径为81/2英寸的铣齿滑动密封喷射式三牙轮钻头。金刚石钻头有哪些突出优点？〔〕荷而不发生井下事故，金刚石钻头在正确使用的状况下，耐磨且寿命长，适合于深井及研磨性地层。在高温下，牙轮密封易失效，金刚石钻头则不会消灭此问题。金刚石钻头不受空间尺寸的限制，适合于小井岩钻井。在钻牙受限的状况下可以使用金刚石钻头。构造设计制造比较灵敏，生产设备简洁，能满足非标的需要。PDC由于热稳定性的限制，必需保证充分的冲洗和冷却。金刚石钻头抗载荷、抗冲击力气较差，使用时必需岩严格的规程。金刚石材料价格较高。按切削齿材料可将金刚石钻头分为几种类型？答：自然、人造TSP冲洗每一粒金刚石前的岩屑并冷却、润滑每一粒金刚石。防止金刚石杯烧毁。其构造有：副压式水槽构造；辐射型水槽；辐射型逼压式水槽；螺旋形水槽。自然金刚石钻头是怎样裂开岩石的？适用钻什么样的地层?答：聚晶金刚石复合片。既有金刚石的硬度和耐磨性，又有碳化钨的构造强度和抗冲击力气。金刚石钻头由于岩石性能技工条件的简洁性至今没有统一结论，但是可以归纳以下几点：在钻遇硬地层时，在钻压的作用下压入岩石，使接触岩石呈现极高的应力状态而使岩石呈现塑性。在脆性较大的岩石中，在钻压和扭矩的作用下，岩石表现为脆性裂开，在这种状况下，金刚石钻头的破岩速度较高，岩石裂开的体积远大于金刚石吃入后位移的体积。“PDC”含义是什么？有哪些特点?“PD”是聚晶金刚石复合片钻头的简称，它是金刚石材料钻头的一种。它是一体式钻头，在钻进时钻头部件不宜掉落；它主要靠PDC复合片的切削作用裂开岩石，类似于刮刀钻头的切削原理，在钻进过程中扭矩小，稳定性好，在较小钻压、高转速下机械钻速高，但在含砾岩和软硬互层的地层不宜使用PDCPDC钻头的复合片；分为胎体PDC钻头和刚体PDCPDC答：后倾角的作用是削减切削齿在工作时的振动，延长使用寿命；排出岩屑。PDC答：PDC钻头切削齿的排列及分布方式有刮刀式、单齿式及组合式三种。〔或接近于直线的曲线不知在胎体刮刀上，在适当的位置布置喷嘴，每个喷嘴起到清洗或冷却一个或两个挂刀片上的切削齿的作用。这种布置方式整体强度高，抗冲击力强，易于清洗和冷却，排屑好，抗泥包力气强，适宜于在粘性或软地层中使用。单齿式布齿方式是将切削齿一个一个单独布置在钻头工作面上，在适当的地方布置喷嘴或水眼，钻井液从喷嘴流出后，切削齿受到清洗及冷却，但同时也起到阻流和安排液流的作用。这种构造的布齿区域大、布齿密度高，可以提高钻头的寿命，但水力把握力气低，简洁在粘性地层泥包。PDC答：PDC钻头实质上就是具有负切削角度的微型切削片刮刀钻头，其工作原理与刮刀钻头根本一样。在钻压和扭矩的作用下，PDC复合片吃入地层，充分利用复合片极硬、耐磨〔磨耗比是100、自锐的特点犁削和剪切地层、裂开岩石。PDCTSPPDC答：TSP具有良好的热稳定性，齿型也比较多，尺寸也可依据要求而定。其耐磨性高于PDC，抗冲击力气强，具有金刚石材料的优点。钻柱主要由哪几局部组成？其主要功用有哪些?答：钻柱由方钻杆、钻杆段和下部钻具组合三局部组成。钻杆段包括钻杆和街头，有时也装扩眼器。下部钻具组合主要时钻停，也可能安装稳定器、减震器、震击器、扩眼器及其他特别工具。主要作用有：为钻井液供给通道；为钻头施加适当的压力；把地面扭矩传到井底；起下钻头；计算井深API答：D、E、95(X)、105(G)、135(S5为什么钻柱下部使用钻铤而不使用钻杆？答：钻挺具有加大的中立和刚度，它在钻井工程中有加钻压、保证压缩条件下必要的强度；减轻钻头的振动、摇摆、跳动等，使钻头工作平稳；把握井斜等作用不能由钻杆替代。内平、贯眼和正规三种接头的主要内别是什么?答：内平式接头主要用于外加厚钻杆，其特点时钻杆内径与管体加厚处内径，接头内径一样，钻井液流淌阻力笑，有利于提高水功率，但外径较大，易磨损。惯眼式接头适用予内加厚杆，其特点是钻杆有两个内径，接头内径等于管体加厚处内径，但小于管体局部内径。正规式接头适用于内加厚钻杆。这种接头的内径比较小，这种接头的内径比较小，小于钻杆加後处的内径，所以钻井液六国的阻力最大，但它的外径最小，强度较大。钻柱在井下的运动形式可能有哪几种?答：自转、公转、自转和公转结合、无规章的旋转摇摆。井下钻柱受到哪些力的作用？最主要的作用力是什么?答：钻柱在井下受到多种载荷的作用，在不同的工作状态下，不同部位的钻柱受力是不同的。、轴向压力和拉力、在转盘钻井时，受到扭矩在钻压超过钻柱临界值时等状况下，将受到弯曲力距。当钻柱绕井眼轴线公转时，将产生离心力。钻杆测试时，钻杆将受到很大的外挤压力。钻进时会引起钻柱的纵向振动。在某一临界转速下钻头将消灭横向摆振。何谓钻柱的中性点？为什么要保证中性点落在钻铤上?答：中性点的概念是由鲁宾斯基提出来的。他认为中性点时钻柱受拉和受压的分界点。在管柱的设计中，我们期望中性点始终落在刚度大，抗弯力气强的钻挺上，使钻杆始终处于受拉伸的直线稳定状态。钻柱的哪些部位受力最严峻？都受到什么载荷的作用?答：钻柱在两端口处受力最严峻，在上端口受到在大拉力，在井底处受到最大压力。钻柱设计应满足哪些要求?答：满足强度要求，保证钻柱安全工作；尽量减轻整个钻柱的重力，以便在现有的抗负荷力气下钻更深的井。在条件允许的状况下，为什么要尽可能选用在尺寸钻柱?答：方钻杆由于受到扭矩和拉力最大，在供给可能的状况下，应尽量选用大尺寸钻杆，由于大尺寸钻杆强度大，水眼大，钻井液流淌阻力小，钻井液上返速度高，有利于携带岩屑。什么叫复合钻柱，使用复合钻柱有何优点?答：即承受不同尺寸〔上打下小、或不同壁厚〔上后下薄、不同钢号〔上凹凸低〕的钻杆组成的钻杆柱。它既能满足强度要求又能减轻钻柱的重力，允许在确定的钻机负荷下钻的更深。钻杆柱设计主要考虑哪种力的作用？强度条件是什么?答：钻杆设计主要是抗拉强度设计，即按抗拉强度进展校核。钻杆强度设计的强度条件是：钻杆柱任意界面上的静拉伸载荷要小于钻杆柱的最大安全静拉力。什么叫最大安全静拉载荷？如何确定钻柱的最大安全静拉载荷?答：指允许钻杆所承受的由钻柱重力〔浮重〕引起的最大载荷。目前有三种确定钻杆的最大安全静拉力的方法：安全系数法：考虑起下钻的动载和摩擦力，一般取一个安全系数保证钻柱的安全，一般取1.3。〔考虑卡瓦挤压〕力的余量。转盘钻井时，钻柱受那些不变应力和交变应力的作用？分析指出钻柱受力的严峻部位。答：转盘钻井时，属于不变应力的有拉应力、压应力和剪应力；而属于交变应力的有弯曲应力，扭转振动所引起的剪应力以及纵向振动作用所产生的拉应力和压应力。在整个钻柱长度内，载荷作用的特点是在井口处主要是不变载荷的影响，而靠近井底处主要是交变负荷的影响。这种交变载荷的作用正是钻柱疲乏破坏的缘由。，更为严峻的是自转存在着猛烈的交变应力循环，以及钻头突然遇阻卡，会使钻柱受到的扭矩大大增加。钻进时和起下钻时井口处受力简洁。起下钻时井口处受到最大拉力，假设下钻时猛提、猛杀，会使井口处钻柱受到的轴向力大大增加，钻进时所受拉力和扭矩最大，受力状况也比较严峻。由于地层岩性变化、钻头的冲击和纵向振动等因素的存在，使得钻压不均匀，因而使中和点位置上下移动，这样，在中和点四周的钻柱就受到交变载荷的作用。分析单一尺寸〔沿钻柱轴线截面积一样〕钻柱分别在以下四种条件下轴向受拉、压载荷的状况(用图示之)，并标出轴向应力为零的点和中和点。条件一：井内无流体(钻柱下端面不与井底接触)；条件二：井内有流体(钻柱下端面不与井底接触)；条件三：井内无流体钻柱下放〔钻进〕的状况；条件四：井内有流体钻柱下放〔钻进〕的状况。答：压0拉N压0拉Z压0拉N压0拉ZNN压0拉NZN(a) (b) (c) (d)(a)(b)(c)井内无流体钻柱下放〔钻进〕的状况； (d)井内有流体钻柱下放〔钻进〕的状况；五、计算题

Z 轴向应力零点。某井用91／2in7in钻铤qc=1632N/m〕和5in钻杆qc=284.78N/m180kN1.28g/cm3,计算所需钻铤长度。答：先依据KB1d/s=1-1.28/7.8=0.8359,由LNW/KBqc计算中性点得LN=180000/〔0.8359*1632〕=131.4510140米钻挺。LC(SNWmax)/qcKBCOS, KB1d/s , LNW/KBqcF K qLqLc 井深Dv=1500m,钻压W＝14t,钻井液密度为1.38g/cm3,钻具构造为：81／2in钻头＋612in钻铤200mF K qLqLc ( 答：由钻柱任意截面上的轴向拉力 W B p p c 得出钻柱和钻挺结合处的拉力FW=(1-1.38/7.8)*(0+0.13624*200)-14=8.428吨〔-1〔LN,,(200,8.428)可假设在钻挺的轴线上。得LN=124.85米。1500-124.85=1375.161375.16米处。41／2in10.92mmE51／2in10.54mmE1.2g/cm351／2in41／2in10.92mm95〔X〕级钻杆，可下深度又是多少？答：某井用121／4in钻头钻至3500m,：ρd=1.25g/cm3;W＝200kN;MO＝450kN;St=1.30;Ls=406.4mm,α＝9in〔qc=2860N/m27m,7in〔qc=1632N/m〕81m,61／2in〔qc=1362.4N/m〕供给充分。钻杆：E5in〔qc=284.78N/m〕900m,95〔X〕105〔G〕5in〔qc=284.78N/m〕供给充分。答：简要分析三牙轮钻头的破岩机理以及用每米钻井本钱评比三牙轮钻头的思路，并给出每米钻井本钱的计算式。答：三牙轮钻头是通过两个方面的作用来裂开岩石：冲击、压碎作用：钻进时钻头承受的钻压经牙齿作用在岩石上压碎岩石。除此静载以外还有一冲击载荷，牙轮在滚动过程中，以单齿和双齿交替与井底相接触引起钻头的纵向振动，使钻头齿对岩石产生冲击作用。，当牙轮锥顶不与钻头轴线重合时就有滑动产生，引起钻头滑动的主要因数有三个，即超顶、复锥和移轴。评价钻头的选择是否适宜决不能单纯地依据进尺最多或机械钻速最高来衡量，由于所钻地层的深浅、钻头本钱的多少以及设备使用费等都是影响钻头效率的因素。因此可以用“每米本钱”来衡量。即：式中C/米；tCb

C=(C+C(T+T))/Ht b r r

C——设备使用本钱，元/小时；rT——钻头钻进时间，小时；TrH——钻头的进尺，米。6000500m23h，起下钻时间为18.5h4000/h，试求每米钻井本钱。解：钻井每米本钱是钻头选型与合理使用的标准，它的计算公式如下：bC Cb

r r

元/mt H其中Cb一一钻头本钱，元；Cr——设备使用本钱，元／h；Tr——起下钻时间〔包括起钻前循环钻井液时间与钻头在井底跑和的时间〕h；Th；H——钻头的进尺，m。代入参数，得：C t 500

元/m井深为1000m，钻铤外径为177.8mm，钻铤长度为100m，钻压为P=117.72kN，钻井液C1.2g/cm3，钻铤单位重量为qC

=1601N/m，请计算中和点位置。解：中和点位置可由以下公式计算：Ln 中和点距井底的高度，m；

L bPn q KPC bbP 钻压，N；bCq ----钻铤在空气中的每米重量，N/mCKb 浮力系数。Kb11.2/7.850.847P

117720L bn q KC b

86.8116010.847米第三章钻井液三、名词解释说明瞬时滤失、动滤失、静滤失各自的涵义。答：钻头刚裂开井底岩石形成井眼的一瞬间，钻井液便快速向地层孔隙渗透。在滤饼尚未形成的一段时间内的滤失称为瞬时滤失。钻井液在井内循环流淌时的滤失过程称为动滤失。钻井液在静止循环时的滤失称为静滤失。四、简答题钻井液与钻井工程关系如何？钻井液有哪些功用？答：钻井液与钻井工程关系亲热。钻井液在钻进时用来清洗井底并把岩屑携带到地面、维持钻井操作正常进展。钻井液具有以下功用：从井底去除岩屑；冷却和润滑钻头及钻柱造壁性能把握地层压力从所钻地层获得资料说明钻井液的一般组成及钻井液的分类。答： 钻井液的一般组成：液相：是钻井液的连续相，可以是油或水。活性固相：包括人为参与的商业膨润土、地层进入的造浆粘土和有机膨润土。惰性固相：包括钻屑和加重材料。并对钻井液性能进展调整。钻井液的分类：不分散体系。包括开钻钻井液、自然钻井液及轻度处理的钻井液。分散体系。在可能消灭难题的深井条件下，钻井液常被分散，特别使用铁铬木质素磺酸盐或其他类似产品，这些类似产品属于有效的反絮凝剂和降失水剂。另外，常参与特别化学剂以维护特别的钻井液性能。分散。聚合物体系。在絮凝钻井液中，一般使用长链、高分子量化学剂能够有效的增加粘度，降低失水和稳定性能。低固相体系。属于此类体系的钻井液中，其所含固相的类型和数量都加以把握，这样可以明显的提高机械钻速。饱和盐水体系。〔酸溶，具有抑制粘土膨胀保护储层的作用。此体系由经高度处理的钻井液〔封隔液〕混合盐或清洁盐水组成。地区。空气、雾、泡沫和气体体系。大多数钻井液属什么流体类型，写出其流变方程。答：大多数钻井液属于塑形流型，其流变方程为：г-г0=μpvdv/dxг——切应力г0——动切应力μpv——塑形粘度说明静切力、动切力、表观粘度、塑性粘度的物理意义。怎样调整这些参数。答：静切力是使钻井液开头流淌所需的最低切应力，它是钻井液静止时单位面积上所形成的连续空间网架构造强度的量度。调整钻井液中粘土的含量及分散度，加无机电解质调整粘土颗粒间的静电斥力和水化膜斥力，加降粘剂等措施可调整钻井液静切应力。动切力是延长流变曲线直线段与切应力轴相交得的假像值，反映钻井液处于层流状态时钻井液中网状构造强度的量度。调整方法与静切力一样。表观粘度又称视粘度或有效粘度，它是在某一流速梯度下剪切应力与相应流速梯度的比值。钻井液在不同流速下的表观粘度是不同的。表观粘度的调整承受调整动切力和塑形粘度的方法。塑性粘度是塑性流体流变曲线段斜率的倒数。它不随剪切力而变化，相当于体系中构造拆散速度等于恢复速度时的粘度。塑性粘度由钻井液中的固相含量、固相颗粒的外形和分散程度、外表润滑性及液相本身的粘度等因素打算。体系中塑性粘度太高需要降低时，一般使用固控设备降低固相含量，增加体系的抑制性，降低活性固相的分散度；如急需降低可加水稀释。假设要提高体系的塑性粘度可参与高分子有机聚合物增粘剂。L＝15cmP=3kPa,R＝3cm液层所受的剪切应力是多少？答：钻井液的流态对钻井作业影响如何？答：钻井液流态与钻井工程关系亲热。层流和紊流都不利于岩屑的携带，改性层流有利于岩屑携带，使井眼净化，对井壁冲刷较轻。钻井液具有剪切稀释特性，在钻头水眼处紊流磨阻小，有利于提高钻速，而在环空中有利于岩屑和加重材料的悬浮等。但终切不能太大，否则影响开泵和产生压力激动等。从静滤失方程分析影响静滤失量的因素。答： 由静滤失方程可以清楚的分析影响滤失量的各种因素。一、滤失时间：钻井液的滤失量与滤失时间的平方根成正比。二、压差：滤失量应当与压差的平方根成正比变化。但在泥饼的状况下要依据泥饼的性质打算。三、温度：温度上升引起滤液黏度下降，导致滤失速率增加。四、固相含量及类型：滤饼中固相含量越低，滤失量越少。降滤失剂是如何起降滤失作用的？答：护胶作用增加钻井液中粘土颗粒的水化膜厚度，降低滤失量。提高滤液粘度，降低滤失量。降滤失剂分子本身的堵孔作用。引起井壁不稳定的因素有哪些？答：地质因素：特别压力地层的压力释放，钻遇地质裂开带、断层、含有大量微裂缝地层及煤层等。工程因素：钻井液排量过大，冲蚀井壁；起下钻太快，造成压力感动，压裂地层；钻井液液柱压力低于底层压力及钻井液浸泡时间过长等。泥、页岩的水化膨胀造成井壁不稳定。从钻井液角度动身，为了防止井塌应实行什么措施。答：应实行三方面的措施：钻井液中参与K+、NH4+无机阳离子钻井液中参与高聚物利用沥青类物质在井壁上起封堵作用答：

说明钻井液固相对钻速的影响。钻井液中的固相含量对钻速的影响：钻速随固相含量上升而下降。争论1﹪，10﹪。固相类型对钻速的影响：砂子、重晶石等惰性固相对钻速影响较小，钻1μm固相把握设备有几种，各自的使用范围如何？答：钻井液固相把握设备主要有：0.5mm旋流分别器：按被分别颗粒的大小又分为〔〕旋流除砂器，分别直径在7μm〔〕旋流除泥器，分别直径在17μm〔3〕微型旋流分别器，分别～1μm的固相颗粒。离心分别机：它主要去除加重钻井液中的固相和从加重钻井液中回收重晶石等加重材料。引起油气储层损害的主要缘由是什么？怎样预防。答：外来流体中的固相颗粒对储层的损害：钻井液、完井液等外来流体中的颗粒在井内液柱压差下在滤饼形成前会侵入储层，造成储层油气流通道堵塞，储层渗透性降低。预防措施：12、使用无固相清洁盐水做完井液。储层内部微粒运移造成的损害：在流体的作用下，特别是流体的流速超过临界流速时，储层中附着在岩石外表的矿物微粒会从孔壁冲刷下来，随流体运移到孔喉处，对孔喉造成堵塞或桥堵。预防措施：首先要把握流体〔包括储层内流体和外来流体〕的流速低于临界流速；另外在入井流体中使用粘土微粒防运移剂。储层内粘土水化膨胀，引起孔喉堵塞。预防措施：削减入井流体的滤失量，提高滤液的矿化度〔提高滤液的抑制性〕和使用粘土防膨剂。流体的不配伍性对储层的损害：不同流体相遇后会产生沉淀物，这些沉淀物会堵塞储层孔隙喉道，造成储层损害。预防措施：入井前对入井流体进展配伍性试验，对配伍性差的流体进展改性。水锁效应：油流中的水滴在通过狭窄的孔隙喉道时，孔喉两侧必需有确定的压差水滴才能通过，否则孔喉就被水滴堵塞。水锁效应是可以叠加的。故会导致油流阻力大大增加。尽量把握外来流体滤失量是防止发生水所效应的有效措施。哪些完井液适用于钻油气储层？答：由于完井液是直接与产层接触的，必定会给生产层带来不同程度的损害。为了削减对油气层渗透率的损害，必需细心设计和合理使用各种完井液。无固相清洁盐水完井液水包油完井液低膨润土聚合物完井液改性完井液油基完井液气体类完井液钻井液的流变模式主要有哪几种，各有何特点？钻井液剪切稀释性和触变性对钻井工程有何作用？答：牛顿流型，塑性〔宾汉〕流型，假塑性〔幂律〕流型。牛顿流体加很小的切应力后流体就会开头流淌，且流淌的流速梯度与切应力成正比，塑性流体流变曲线消灭直线段，流体粘度不随切应力转变而转变。假塑性流体不存在静切应力，施加很小的切应力后流体就会开头流淌，流体粘度随切应力增大而减小。钻井液的剪切稀释性是指钻井液在高剪切速率下变稀，低剪切速梯下边稠的特点，这一特点对钻井工程格外有用，当钻井循环时钻井液视粘度降低，循环摩阻损失较小，在钻头水眼处紊流摩阻小，有利于提高钻速，而在环空中有利于岩屑和加重材料的悬浮等。泥浆触变性是指泥浆的切力随搅拌后的静止时间增长而增大的特性，泥浆的剪切稀释性越强，泥浆在静止时悬浮岩屑的力气也越大。简述产生井塌〔井壁不稳定〕的缘由。防止泥、页岩的水化问题需实行哪几方面的措施？答：产生井壁不稳定的缘由有：地质因素：特别压力地层的压力释放，钻遇地质裂开带、断层、含有大量微裂缝地层及煤层。工程因素：钻井液排量过大，冲蚀井壁；起下钻太快，造成压力感动，压裂地层；钻井液液柱压力低于地层压力及钻井液浸泡时间过长等。泥、页岩的水化造成井壁不稳定：泥、页岩地层中的粘土矿物简洁吸水膨胀和分散，造成井壁岩石强度降低，引起井壁不稳定。防止泥、页岩的水化问题必需实行以下几方面的措施：钻井液中参与K+、NH4+等无机阳离子；参与高聚物；利用沥青类物质在井壁上起封堵作用。水侵和泥侵对油气层的损害作用有哪些？在钻井完井过程中如何防止和削减对产层的损害？答：水侵对油气层的损害有：油层中的粘土成分膨胀；破坏孔隙内油流的连续性；产生水锁效应、增加油流阻力；在地层孔隙内生成沉淀物。泥侵对油气层的损害有：堵塞地层孔隙；减小地层的孔隙直径。在钻井完井过程中防止和削减对产层损害的方法有：针对油气层的特点，确定合理的完井方法，以削减钻井液对油气层的浸泡时间；合理选择钻井液密度；用平衡钻井、欠平衡钻井法；完井钻井液中参与桥堵剂；提高钻井液矿化度；使用低固相或无固相洗井液；使用外表活性剂处理钻井液；使用油基钻井液或油包水乳化钻井液；承受挤酸解堵措施。五、计算题答：

用旋转粘度计测得钻井液的Φ600＝76，Φ300＝54，计算该钻井液的 、 、。AV PV =(1/2)Φ600=(1/2)×76=38(mPa.s)AV =Φ600-Φ300=76-54=22(mPa.s)PV。=0.511(Φ300

)=0.511(54-22)=16.35(Pa)PV第四章钻进参数优选四、简答题影响钻进速度的主要因素有哪些，哪些为可把握的因素？简要分析这些可控因素对钻进速度的影响。答：影响因素：地质条件、岩层性质和钻井深度等客观因素；钻头类型、钻井液性能、水力参数、钻压、转速等可控变量。钻头类型：因不同的钻头类型适用于不同的地层，选择好钻头可获得高的机械钻速。钻井液性能：密度增加会降低机械钻速；粘度增加会降低机械钻速，固相含量增加会降低机械钻速，钻井液的分散性增加钻速降低。钻压：增加钻压，提高机械钻速。转速：增加转速，一般机械钻速提高，但当钻头齿的接触时间小于裂开岩石的接触时间时，钻速降低。写出修正的杨格模式钻速方程，简要分析该钻速方程中所列因素对钻进机械钻速的影响规律。答：杨格模式钻速方程为：式中

——钻速，m/h；pc

Kpc

(WM)n 1 CC1Ch P H2W——钻压，kN；M——门限钻压，kN；N——转速，r/min；KR、、C2、CH、CP、h钻速方程考虑的因素对钻进机械钻速的影响规律如下：岩石可钻性：它包含了岩石强度，以及与可钻性有关的钻头类型和泥浆性能等对钻速的影响；可钻性越大钻速越高。井底压差：随着井底压差的增加钻速减小。单位钻压：随着单位钻压的增加钻速增加。转速：转速的增加钻速增加。水力净化和水力参数：随着井眼净化程度和水力能量的提高钻速增加。牙齿磨损：磨损量增加钻速降低。什么是喷射钻井？喷射钻井能大幅度提高钻速的主要缘由是什么。答：简洁地说喷射钻井就是充分利用钻井液通过喷射钻头所形成的高速射流的水力作用，以提高机械钻速的一种钻井方法。喷射钻井的一个显著特点，是从钻头喷嘴中喷出强大的钻井液射流。它具有很高的喷射速度，具有很大的水力功率，它能赐予井底岩屑一个很大的冲击力，从而使岩屑准时快速地离开井底，始终保持井底干净。另当钻井液射流水力功率到达确定程度时，它还具有关心钻头机械破岩的作用，从而使机械钻速更进一步地提高。五、计算题某井用直径φ200mm24lW＝196kN,n=70r/min,井底净化条件较好，钻头14hAf=2.33×10-3。求牙齿磨损量hf。答： 由表查得φ200mm24l型钻头的有关系数为：Z=0.0167 Z=5.94 a=0.9 a=0.392×10-4 C=3 t=14hAf=2.33×10-3 n=70W=196kN1 2 1 2 1 f某井用直径φ200mm21lW＝196kN,n=80r/min14hB6b。答：某井五点法钻进试验的结果如下表所示：试验点123456钻压／kN225254254196196225转速／(r·min-1)70601201206070钻速(m·h-1)3132.546342430M。答：215.9mmC＝0.961.42g/cm316L／s0.418kW/cm2,且三个喷嘴中拟承受一个直径为9mm,另两个为等径。试求另两个喷嘴的直径，并计算射流水力参数和钻头水力参数。答：215.9mm127mm〔108.6mm〕,177.8mm〔71.4mm〕100m。测得钻井液性能ρd=1.2g/cm3,PV=0.022Pa·s,Pg=0.34MPa,Q=22L/s。试求m、a2023m答：517.3MPa〔喷嘴C＝0.96〕和射流水力参数。答：215.9mm310mm127mm,21L/s。钻井1.16g/cm3,600、300r/min65、39。岩屑密度2.52g/cm3，6mm。试校核岩屑举升效率。答：11．某井承受215.9mm钻头钻进〔喷嘴流量系数C＝0.9，177.8钻铤〔内径71.4mm〕120m,所用钻杆为127mm内平钻杆〔内径108.6mm。井队配备有两台NB1000整个循环系统而言，地面泵压以不超过18MPaKg1.07×10-３MPa·s1.8。估量钻4000m1.64g/cm30.0047Pa·s。试按最大钻头水功率方式对该0.7m/s。答：12． 射流为什么能提高机械钻速？当钻井泵处在额定泵压状态时(Ps=Pr)，试推导获得最大钻头水马力〔N〕的条件。bmax答：射流冲到井底以后能产生两种净化井底的作用，其一是射流对岩屑的冲击压力作用，其二是射流在井底产生漫流对岩石起横推作用，使岩屑快速离开井底，保持井底干净，避开钻头重复裂开岩石。当地层较软时射流会产生直接的破岩作用，从而提高了钻进速度。当泥浆泵处在额定泵压状态时(P=P)，钻头水功率可以用下式表示：s rN Kb N

(PQKr

Q2.8)l获得最大钻头水马力〔N

〕的条件是：

dNb0bmax dQ即： dNbP

Q1.80dQ r l可得： Pr

2.8K1

Q1.8l

2.8PlP PL 2.8 r这就是额定泵压状态下获得最大钻头水马力的条件。第五章井眼轨道设计与轨迹把握四、简答题井眼轨迹的根本参数有哪些？为什么将它们称为根本参数？答：井眼轨迹根本参数包括：井深、井斜角、井斜方位角。这三个参数足够说明井眼中一个测点的具体位置。方位与方向的区分何在？请举例说明。井斜方位角有哪两种表示方法？二者之间如何换算？答：方位都在某个水平面上，而方向则是在三维空间内〔固然也可能在水平面上。方位角表示方法：真方位角、象限角。方位线位置方位线位置第一象限其次象限第三象限第四象限真方位角与象限角关系真方位角＝象限角真方位角＝180°－象限角真方位角＝180°＋象限角真方位角＝360°－象限角水平投影长度与水平位移有何区分？视平移与水平位移有何区分?答：水平投影长度是指井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。水平位移是指轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离，或指轨迹上某点至井口的距离在水平面上的投影。在实钻井眼轨迹上，二者有明显区分，水平长度一般为曲线段，而水平位移为直线段。视平移是水平位移在设计方位上的投影长度。狗腿角、狗腿度、狗腿严峻度三者的概念有何不同？答：狗腿角是指测段上、下二测点处的井眼方向线之间的夹角〔留意是在空间的夹角。狗腿严峻度是指井眼曲率，是井眼轨迹曲线的曲率。垂直投影图与垂直剖面图有何区分？答：垂直投影图相当于机械制造图中的侧视图，马上井眼轨迹投影到铅垂平面上；垂直剖面图是经过井眼轨迹上的每一点做铅垂线所组成的曲面，将此曲面开放就是垂直剖面图。为什么要规定一个测段内方位角变化确实定值不得超过180？实际资料中假设超过了怎么办？答： 由于假设一个测段内方位角沿顺时针变化超过180o时沿逆时针其变化则小于180o，所以一个测段内方位角变化确实定值不得超过180o。实际资料中超过了，则可用如下方法计算：当Фi-Фi-1＞180o时，△Фi=Фi-Фi-1-360o当Фi-Фi-1＜-180o时，△Фi=Фi-Фi-1+360o测斜计算，对一个测段来说，要计算那些参数？对一个测点来说，需要计算哪些参数？测段计算与测点计算有什么关系？N坐标增量、E坐标增量和井眼曲率；对一个测点来说，需要计算的参数有七个：五个直角坐标值〔N坐标、E坐标、视平移〕和两个极坐标〔水平位移、平移方位角。轨迹计算时，必需首先算出每个测段的坐标增量，然后才能求得测点的坐标值。平均角法与校正角法有什么区分？实际计算结果可能有什么差异？校正平均角法假设测段外形为一条圆柱螺线。校正平均角法的计算公式是在平均角计算公式的根底上参与了校正系数。直井轨迹把握的主要任务是什么？答：直井轨迹把握的主要任务就是要防止实钻轨迹偏离设计的铅垂直线。一般来说实钻轨迹总是要偏离设计轨道的，问题在于能否把握井斜的度数或井眼的曲率在确定范围之内。引起井斜的地质缘由中最本质的两个因素是什么？二者如何起作用？答：最本质的两个因素是地层可钻性的不均匀性和地层的倾斜。沉积岩都有这样的特征：垂直层面方向的可钻性高，平行层面方向的可钻性低。在地层倾斜的状况下，当地层倾角小于45°时，钻头前进方向偏向垂直地层层面的方向，于是偏离铅垂线；当倾角超过60°以后，钻头前进方向则是沿着平行地层层面方向下滑，也要偏离铅垂线；当地层倾角在45°～60°之间时，井斜方向属不稳定状态。引起井斜的钻具缘由中最主要的两个因素是什么？他们又与什么因素有关？答：钻具导致井斜的主要因素是钻具的倾斜和弯曲。导致钻具倾斜和弯曲的主要因素：首先，由于钻具直径小于井眼直径，钻具和井眼之间有确定的间隙。其次，由于钻压的作用，下部钻具受压后必将靠向井壁一侧而倾斜。井径扩大如何引起井斜？如何防止井径扩大？答：井眼扩大后，钻头可在井眼内左右移动，靠向一侧，也可使受压弯曲的钻柱挠度加大，于是转头轴线与井眼轴线不重合，导致井斜。要防止井径扩大，首先要有好的钻井液护壁技术；其次可以抢在井径扩大以前钻出的井眼。满眼钻具组合把握井斜的原理是什么?它能使井斜角减小吗？答：满眼钻具组合承受在钻铤上适当安装扶正器〔近钻头扶正器、中扶正器、上扶正器、第四扶正器变化〔增斜或将斜〕很小或不变化。钟摆钻具组合把握井斜的原理是什么？为什么使用它钻速很慢？答：钟摆钻具组合在钻柱的下部适当位置加一个扶正器，该扶正器支撑在井壁上，使下部钻柱悬空，则该扶正器以下的钻柱就似乎一个钟摆，也要产生一个钟摆力。此钟摆力的作用是使钻头切削井壁的下侧，从而使钻的井眼不断降斜。钟摆钻具组合的性能对钻压特别敏感。钻压加大，则增斜力加大，钟摆力减小。钻压再增大，还会将扶正器以下的钻柱压弯，甚至消灭的接触点，从而完全失去钟摆组合的作用。所以钟摆钻具组合在使用中必需严格把握钻压，故钻速很慢。定向井如何分类？常规二维定向井包括哪些？答：依据轨道的不同，定向井可分为二维定向井和三维定向井两大类，依据井斜角的大小，可将定15°～3030°～60°的属中倾斜角定向井；井斜角超过60五段式和双增式。从钻井工艺的角度看，定向井的最大井斜角是大点好还是小点好？答：在可能的条件下，尽量减小最大井斜角，以便减小钻井的难度。但最大井斜角不得小于15°，否则井斜方位不易稳定。多靶三段式与三段式有何区分？轨道设计方法有何不同？答：多靶三段式的轨道给定条件中，没有目标的水平位移。多靶三段式在设计中需要求出目标点的水平位移，确定地面上的井位，所以被称为“倒推设计法轨道设计的最终结果包括哪些内容？答：设计结果包括：井斜角/°、垂增/m、垂深/m、平增/m、平移/m、段长/m和井深/m。动力钻具造斜工具有哪几种形式？他们的造斜原理有何共同之处？答：动力钻具又称井下马达，包括涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻具三种。动力钻具接在钻铤之下，钻头之上。在钻井液循环通过动力钻具时，驱动动力钻具转动并带动钻头旋转裂开岩石。动力钻具以上的整个钻柱都可以不旋转。这种特点对于定向造斜格外有利。螺杆钻具在定向井造斜方面有何优点？答：螺杆钻具的扭矩与压力降成正比。压力降可从泵压表上读出，扭矩则反映所加钻压的大小，所以可以看着泵压表打钻。依据泵压表上的压力降还可以换算出钻头上的扭矩，从而可以较为准确的求得反扭矩。这是螺杆钻具在定向钻井应用中的突出优点。变向器与射流钻头造斜原理有什么不同？它们能连续造斜吗？答：变向器是钻出小井眼扩眼并增斜来钻井的，射流钻头是利用一个大喷嘴中喷出的强大射流形成的冲击来造斜的，它们不能连续造斜。BHA答：BHA〔BottomHoleAssembly〕BHA是定向造斜的关健，通过它进展定向井轨迹把握。轨迹把握的三个阶段的主要任务各是什么？〔〕能小。。所以定向造斜是关键。跟踪把握到靶点。从造斜段完毕，至钻完全井，都属于跟踪把握阶段。这一阶段的任务是在钻进过程中，不断了解轨迹的变化进展状况，不断地使用各种造斜工具或钻具组合，对井眼轨迹进展把握，原则就是既要保证中靶，又要加快钻速。高边方向与装置方向线各是怎样形成的？这两条线是否处在同一平面上?答：我们假设造斜工具放在井内时不受井眼地限制，钻头将在井底地外面。旋转钻柱，则钻头中心点将画出一个与井底圆同心地圆。井底圆上地最高点与圆心的连线称为“高边方向线圆心的连线称为“装置方向线240时，井眼轨迹将如何进展？答：可以依据装置角算出钻具的高边，确定钻头的位置。有了装置角为什么还要有装置方位角？它们之间有什么关系？答：装置方位角可以正确指出弯接头在井下的装置角的大小。装置方位角是装置角与井斜方位角之和。动力钻具反扭角是如何产生的？为什么反扭角总是使装置角减小？答：动力钻具在工作中，液流作用于转子并产生扭矩，传给钻头去裂开岩石。液流同时也作用于定子，使定子受到一反扭矩。此反扭矩将有使钻柱旋转的趋势，但由于钻柱在井口处是被锁住的，所以只能扭转确定的角度，此角度称为反扭角。什么是定向？定向的目的和意义是什么？答：定向就是把造斜工具的工具面摆在预定的定向方位线上。在扭方位计算中，我们可以算出造斜工具的定向方位角，定向可以知道造斜工具在井下的状况，以及使造斜工具的工具面正好处在预定的定向方位。井下定向的工艺过程有哪些？答：井下定向法是先用正常下钻法将造斜工具下到井底，然后从钻柱内下入仪器测量工具面在井下定向键法是如何使测量仪器中罗盘的”发线”与造斜工具的工具面对准？向鞋的特别曲线将使定向槽自动卡在定向键上，从而使罗盘面上的发线方位能表示造斜工具的工具面方位。无磁钻铤在定向中的作用是什么？什么状况下需要使用无磁钻铤？答：使用无磁钻铤是为了消退钻铤磁性对磁性测斜仪的影响。在安装磁性测量装置的位置，应使用无磁钻铤。水平井分类的依据是什么?为什么要分类？答：水平井的分类是依据从垂直井段向水平井段转弯时的转弯半径〔曲率半径〕的大小进展的。由于各类水平井的曲率半径不同，钻井所用的设备、工具和方法不同，固井、完井方法也不一样。水平井的难度主要表现在哪些方面？引起这些难度的缘由是什么?〔〕水平井的轨迹把握要求高，难度大。要求高，是指轨迹把握的目标区要求高。水平井的目标区是一个扁平的立方体，不仅要求井眼准确进入窗口，而且要求井眼的方位与靶区轴线全都，俗称“矢量中靶过程中存在“两个不确定性因素这两个不确性的存在，对直井和一般定向井来说，不会有很大的影响，但对水平井来说，则可能导致脱靶。管柱受力简洁。由于井眼的井斜角大，井眼曲率大，管柱在井内运动将受到巨大的摩阻，致使起下钻困难，下压力过大将消灭失稳弯曲，弯曲之后摩阻更大；摩阻力、摩扭矩和弯曲应力将显著增大，使钻柱的受力分析、强度设计和强度校核比直井和一般定向井更为简洁；由于弯曲应力很大，在钻柱旋转条件下应力交变,将加剧钻柱的疲乏破坏。钻井液密度选择范围变小，简洁消灭井漏和井塌。地层的裂开压力和坍塌压力随井斜角和井斜方位角而变化；在水平井段，地层裂开压力不变，而随着水平井段的增长，井内钻井液液柱的感动压力和抽吸压力将增大，也将导致井漏和井塌。岩屑携带困难。由于井眼倾斜，岩屑在上返过程中将沉向井壁的下侧，积存起来，形成“岩屑床斜角45°～60°的井段，已形成的“岩屑床”会沿井壁下侧向下滑，形成严峻的积存，从而堵塞井眼。井下缆线作业困难。在大斜度和水平井段，测井仪器不行能依靠自重滑到井底。保证固井质量的难度大。一方面由于大斜度和水平井段的套管在自重下贴在下井壁，居中困难；另一方面钻井液在凝固过程中析出的自由水将集中在井眼上侧，从而形成一条沿井眼上侧的“水槽完井方法选择和完井工艺难度大。水平井井眼曲率较大时，套管将难以下入，无法使用射孔完井法，将不得不承受裸眼完井或筛管完井法等。这将使完井方法不能很好地与地层特性相适应，将给采油工艺带来难度。定向井方位与方向的区分何在？井斜方位角有那两种表示方法？二者之间如何换算？到方位、方位线、方位角，都是在某个水平面上；而方向和方向线则是在三维空间内〔固然也可能在水平面上井眼方向线在水平面上的投影。目前广泛使用的磁性测斜仪是以地球磁北方位为基准的。磁北方位与正北方位并不重合而是有个夹角，称为磁偏角。磁偏角又分为东磁偏角和西磁偏角。东磁偏角指磁北方位线在正北方位线的并不是真方位角，需要经过换算求得真方位角。这种换算称为磁偏角校正。换算的方法如下：真方位角＝磁方位角＋东磁偏角真方位角＝磁方位角－西磁偏角分析造成井斜的缘由，简述把握井斜的根本方法和原理。答：造成井斜的缘由主要有：地质因素地层可钻性的各向异性，即地层可钻性在不同方向上的不均匀性。地层可钻性的纵向变化。C.地层可钻性的横向变化。钻具缘由下部钻具的倾斜和弯曲，引起钻头倾斜，在井底形成不对称切削；或使钻头受到侧向力的作用，迫使钻头进展侧向切削。井眼扩大井眼扩大,钻头可在井眼内左右移动，靠向一侧，也可使受压弯曲的钻柱挠度加大，于是钻头轴线与井眼轴线不重合，导致井斜。把握井斜的根本方法有：满眼钻具组合把握井斜假设钻具直径与钻头直径完全相等，上述三个井斜缘由就都会被抑制。钟摆钻具组合把握井斜钻柱的下部适当位置加一个扶正器，该扶正器支撑在井壁上，使下部钻柱悬空，则该扶正器以下的钻柱就似乎一个钟摆，产生一个钟摆力，其作用是使钻头切削井壁的下侧，从而使的井眼不断降斜。分析〔图示〕斜井内下部钻柱的受力状况，指出作用在钻头上的力中哪些力为造斜力，哪些力为减斜力？各项同性地层中，井斜平衡角数值主要取决哪些因素？答：，T上的力有：钻压PW2钻压分解为:平行于井眼轴线的力P=PcosO

对井斜无影响

Ff WFi Fd垂直于井眼轴线的力F=Psin 是增斜力 iP钟摆力 Po12F Wsin 是减斜力2d地层造斜力FfF是增斜还是减降斜取决于地层倾角大小和各向异性因素。f井斜平衡角的数值主要取决于三个因素：钻压、钻铤尺寸和井眼尺寸。答：

简述定向井剖面的具体设计方法。所设计的井眼曲率要受到哪些因素的制约，为什么？具体方法：把握原始资料主要是该地区的地质剖面，地表对井位的限制条件，目的层位的垂直井深和总的水平位移，自然造斜规律，工具的造斜力气，钻井技术水平以及故障提示等。依据井身剖面确定原则，选定一个井身剖面类型。依据原始资料选定造斜点的位置，并确定造斜率和将斜率的大小。确定最大井斜角计算剖面上各井段的井斜角，方位角，垂直井深，水平位移。校核井眼曲率，使其满足对各种条件的限制，并作出井身的把握圆柱。井眼曲率的限制：井下动力钻具的限制,应力问题。套管的限制，应力问题。测井及完井的限制，下入问题。起下钻阻卡及键槽的限制，高摩阻问题。简述定向井扭方位作业中装置角的定义及其对方位和井斜的影响。答：井底平面上以高边方位线为始边顺时针旋转到造斜工具装置方向线所转过的角度。000增斜减方位增斜增方位2700900降斜减方位降斜26增方位180030五、计算题井斜方位角与象限角的换算：〔1〕将以下方位角用象限角表示：50，90，175，200，315，0；将以下象限角用方位角表示：S13.5E，S70W，N50E，N33W。答：〔1〕N50oEN90oES5oES20oWN45oWN0oE〔2〕166.5o

250o

50o

327o测段测段段长/m１３３２３５３３５井斜角/1３８０３５井斜角/2３８５３９方位角/1１５１００３０３方位角/2１９４１６０２９５曲率〔1〕曲率〔方法２〕答： 测段12测段12c1234300185345102535523070200352185155105179137.5L/m/L/m//N/mE/mD/mV/mDLS//30m

22请分别用平均角法和校正平均角法完成下表数据的测斜计算。设计方位角0 。1524.246.111.061532.2417.340.891542.8919.00358.21551.941551.9420.120.99答：43．44．

5-1钟摆钻具组合扶正器最优距离的计算。已知条件为：D 216mm，hD 214mm,D 178mm〔内径75mm〕,E=20.5941010Pa， =1.33kg/L，设计允许最大扶 c d3P=120kN。试求该组合的中扶正器距离钻头的最优距离。节O点井斜角0垂深0水平位移0井深0K05000500节O点井斜角0垂深0水平位移0井深0K05000500ｂ13.46722.2726.23724.33t13.468002001226.33某井拟设计为双增轨道，设计条件如下：造斜点垂深D 500m，完钻点垂深kopD 2930m，完钻点位移S 1830m，目标段长t 400m，第一造斜率K 3/30m，d d d zKz

2.5

/30m。试设计该轨道，并按表列工程计算有关未知参数。节点节点井斜角垂深水平位移井深OKｂＣｔｄ

某井拟设计为多靶三段式轨道，设计条件为造斜点垂深D 350m，目标点垂深kopD 2930m，目标段井斜角 55，目标段长t 400m，给定造斜率K 3.3/30m。t t d z试设计该轨道，并按表列工程计算有关未知参数。节点 井斜角 垂深OKｂｔｄ

水平位移 井深2023m102100m3370。求造斜工具的装置角和造斜率。答：cos=coscos+sinsincos1 2 1 2=cos31Ocos33O+sin31Osin33Ocos(-32O)=0.957=0.294=16.85Ocos=(coscos-cos)/(sinsin)1 2 1=(cos31cos16.85-cos33)/(sin31sin16.85)=-0.1265=-cos-1(-0.1265)=-1.44=-82.55O30 3016.85K c Dm

100 5.06

30m某井方位把握计算：目前井底井斜角22.5，井斜方位角205，造斜工具的造斜率为4.5/30m95120mK答：KD 30mcmcDKmc

1204.5 1830 30由〔5-70〕式得cos=coscos-cossinsin2 1 1=cos22.5cos18-cos95sin22.5sin18=0.8892=0.476=27.27由〔5-69〕式得cos=

coscoscossin 12sin121 2cos18 cos22.5cos27.27= sin22.5sin27.27=0.724=41.52

=0.749 163.482650m7110680m，井斜角11°，方位角130°。用平均角法计算两测点间的垂深增量(单位：m)、北坐标增量(单位：m)和东坐标增量(单位：m);并计算出两测点间的井眼曲率(单位：°/100m)。答： ABV 2

71192 ABV 2

1101302

120Lcos=30cos(9)=29.63mVLsincos=30sin(9)cos(120)=2.346mV VLsinsin=30sin(9)sin(120)=4.063mV VK 1170.133 30K 1301100.667 30井眼曲率：K2KK2K2sin2V0.13320.13320.6672sin2(9)=16.9°/100m第六章油气井压力把握四、简答题在钻井中,确定钻井液密度的主要依据是什么?其重要意义是什么?答：确定钻井液密度的主要依据是地层孔隙压力和地层裂开压力。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，以避开地层流体侵入井眼，造成溢流，发生井喷；钻井液密度应不大于地层裂开压力当量密度，以避开压漏地层，造成井漏。在实际钻井中,如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，为了抑制井眼不稳定，需要选择较高的钻井液密度，但井底压力不能高于地层裂开压力。欠平衡压力钻井的方式有哪些？简述欠平衡压力钻井的特点、适用性及局限性。答：欠平衡压力钻井的方式有：〔1〕空气钻井〔2〕雾化钻井〔3〕泡沫钻井〔4〕充气钻井〔5〕边喷边钻欠平衡钻井具有一系列的优点，如削减地层损害，避开漏失；提高钻井速度；避开压差卡钻；削减完井及油层改造费用；可以对油气藏数据进展实时评价等。对像稠油油田、低压裂缝性油气田、低压低渗透油气田等具有储层孔隙压力低的特点，承受常规的平衡压力钻井方式，简洁污染油气层；对于探井，又不利于觉察油气层和评价油气层；此外对于裂缝发育的高压地层，假设承受过平衡压力钻井，则会消灭严峻的漏失，有时因此无法钻达目的层。为此，常承受欠平衡压力钻井。欠平衡钻井理论技术尚不完善，也存在着很多缺点，如在所感兴趣井段的钻井与完井过程中，并不能始终保证全为欠平衡压力状态，像接单根、起下钻过程易消灭过平衡，机械设备消灭故障也可以消灭过平衡。由于井眼缺少泥饼，过平衡下则会对油层造成损害。地层流体侵入的缘由及其预防。答：造成井底有效压力降低，进而导致地层流体进入井眼的缘由有多种，主要为：钻井液密度低；环空钻井液液柱降低；起钻抽汲；停顿循环。要预防地层流体的侵入，就要使井底有效压力不小于地层压力值：首先钻井液密度不小于地层压力当量密度与安全系数之和；保持钻井液液柱高度不降，起下钻要平稳等。气侵状况环空气液两相流流型分布特点.〔〕钻采过程中的井筒气液两相流淌地层气体进入井底后，自然气与钻井液密度不同，依重力分别原理，气体相对钻井液将滑脱上升。先进入井眼的气体，将先行滑脱上升，不行能待气体积聚成气柱再上升。在气体上升过程中，虽然后边大气泡上升速度快，可能与沿程小气泡发生合并，但并不能在井底形成一连续气柱。依据气液两相流理论，气侵后在环空内消灭的典型的气液两相流流型分布可以用以以下图表示。微小气侵量下的流型分布上图〔a〕是微小气侵量下的环空流型分布，整个环空为泡状流。在井眼下部，气泡体积小。在地面可以看到钻井液槽内有气泡，但无明显井涌现象。假设油气层薄，环空中可能只有在某一段钻井液中气泡。小气侵量下的流型分布〔b〕在井口可以看到含大量气体的钻井液涌出。它既可以由上图〔a〕状况演化而来，也可能由于地下进气量增加所致。中气侵量下的流型分布上图〔c〕是中气侵量下的环空流型分布。在井底为泡状流，在井眼中上部为段塞流，而在井口为搅拌流〔又称过渡流。在井口可消灭连续的喷势，成为较强的井喷。这种状况井底压力与地层压力的负压差较大，并且地层的渗透率较高。同时它也可以由图〔b〕演化而来。大气侵量下的流型分布上图〔d〕是大气侵量下的环空流型分布。对于高压裂缝性或溶洞气藏，假设负压差差较大，进入井眼的气体流量可能很大，在井的底部可能会消灭段塞流，但这并不等于连续气柱而且也不行能形成连续气柱。在井的中上部消灭搅拌流，井的上部可消灭环状流。在地面可以看到猛烈的井喷。图〔c〕状况假设把握不当，可以导致此种状况。以上四种状况根本上是以单位时间内气侵量多少划分的。而实际上的气侵量可以落到某两种状况之间，并且有很多种状况。因此，在井眼环空中，尽管气液两相流流型分布如上图所示，但每种流型在环空中的位置却差异很大，具体描述环空中流型分布，则需要求解一组偏微分方程组。简述地层流体侵入井眼的征兆。答：地层液体侵入井眼的征兆有：钻时加快；钻井液池液面增高；钻井液返出流量增加；返出钻井液温度增高；返出钻井液密度变低；返出钻井液电导率变化；返出钻井液粘度变化；循环压力下降；地面油气显示；大钩负荷〔HookLoad〕增大。地层流体侵入井眼检测方法比较。〔〕以测得其变化量，但地层流体侵入速度较高时反映比较滞后。返出钻井液流量检测法：利用测量返出钻井液流量比测量钻井液池液面觉察井涌快。声波气侵早期检测法：鉴于声波在气液两相流中速度明显低于在纯钻井液中的速度，可以利用声波法早期检测气侵。它可以及早的检测到气侵。什么状况下承受硬关井？答：井口井涌速度不高；盐水侵入量越大，井壁越不稳定，尽可能承受此方法；井口装置能够承受较大压力。气侵状况下如何准确地确定关井立压与套压？答：每隔2～4min记录一次立压和套压；以时间为横坐标，以立压、套压为纵坐标，做曲线；当曲线变化平滑时，其拐点处，即可读为关井立压与关井套压；对于低渗油气藏，关井后立压和套压较长时间不消灭平稳段及拐点，可取最高压力值，然后再依据井眼及地层状况，适当增加钻井液密度附加值。依据关井压力恢复状况粗略推断井控难易的原理是什么？关井后立压、套压大小直接反映的是井底压力与地层压力间的负压差大小，但间接反映的是地层压力大小。依据阅历，依据关井后立压、套压的恢复状况可粗略推断地层渗透率大小。而通过地层压力的大小和地层渗透率的凹凸可以推断井控难易。井底常压法压井的原则是什么？答：原则是保持井底常压，就是在压井过程中井底压力略大于地层压力并且使井底压力保持不变。压井方法的选择依据是什么？答：压井的目的是恢复井眼内压力平衡，即井底压力等于或稍大于地层压力，并且还必需把地层进入井眼中的流体安全的排出井眼，或安全的再压回地层。压井的原则是保持井底常压，就是在压井过程中，井底压力略大于地层压力并且使井底压力保持不变。选择压井方法，应保证以最短的时间压住井，循环排出流体，既不损毁井口装置及套管，又不压裂地层，并且压井循环完毕后，保证井底压力大于地层压力。常规压井与格外规压井区分在哪里？答：常规属于循环法压井，即压井液通过钻柱注入井眼，将受污染钻井液通