钻井工程复习题.doc

1．牙齿磨损量：指牙齿的相对磨损高度，新钻头时为0，牙齿全部磨损时为1。 
2．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。
3．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。
4．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。
5．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。
6．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。
7．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。
8.平衡压力钻井：指保持钻井液液柱压力与地层压力相平衡条件下的钻井技术。
11. 固井：指在已打好的井眼内下入套管，并在套管与井壁之间注水泥。
14．定向钻井：沿着预先设计好的井眼轨道钻达目的层的钻进方法。
15．地层压力：岩石孔隙中的流体所成具有的压力,也称地层孔隙压力。
17．等安全系数法：在套管柱强度设计过程中，使各个危险截面上的最小安全系数等于或小于规定的安全系数的设计方法。
21.井斜角：井眼轴线上某一点的井斜角是指该点在井眼轴线上的切线与铅垂线之间的夹角。
23. 固井：指在已打好的井眼内下入套管，并在套管与井壁之间注水泥。
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。
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。
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
1. 简要论述在一口井的设计和施工过程中如何降低总体建井成本。
答：（1）选用合适于岩石的钻头提高机械钻速以降低建井成本；（2）优选钻进参数，降低钻进过程中的每米钻井成本；（3）进行合理的钻进水力参数设计，提高钻速；（4）选用优质的钻井液体系，减少钻进过程中复杂事故的发生（如井壁坍塌、粘附卡钻、沉砂卡钻等）；（5）进行合理的井深结构设计，避免复杂事故的发生；（6）进行合理的套管柱强度设计，达到既安全又经济的目的；（7）进行合理的水泥选择，并且准确计算水泥浆用量；（8）在钻进的过程中有效的进行井眼轨迹控制；（9）选用合理的完井方式；（10）采用先进的钻井技术，提高钻速。
2. 请你谈谈在整个钻井工程中如何有效保护油气层？
答:(1) 平衡（或欠平衡、近平衡）压力钻井；(2) 调整钻井液性能（低失水量、低或无固相、泥饼质量等等）；(3) 对固井水泥浆性能要求； (4) 合理的井身结构设计；(5) 完井方式和完井液性能要求；(6) 提出自己保护油气层的新观点。
1．某井用Φ127mm 钻杆(372.4 N/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1.2 g/cm3 。钻进时加钻压180kN ，套管钢材密度为7.8g/cm3，求中性点位置。
 [解]：①
0.846

② 88.17千牛<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30 l/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：时钻头上喷嘴直此径是多大?
 [解]： ①
=10.19MPa

②由 得： MPa

③ =1.1cm=11mm
由 得:

3．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： =cos30°cos35°+sin30°sin35°cos(75°-100°)=0.969
g1=14.23°

(°/30m)

=cos35°cos40°+sin35°sin40°cos(50°-75°)=0.962
  g = 15.92°

jD=50°-75°=-25°
w\=-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8-1/2²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1.67´103kPa，套压为2.65´103kPa，在当前钻井液性能及钻具结构条件下，循环压力Pci=7.65´103kPa， 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： ① kPa

2. g/cm3
6.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l

同理

故
一、 判断题
1．随着围压的增大，岩石的强度增大、塑性也增大。（√ ）
2．用d指数法检测地层压力时没有考虑到水力因素的影响。（ √ ）
3．牙轮钻头牙轮超顶和复锥可以使牙轮产生周向滑动。（ × ）
4．钻柱设计时应使中性点落在钻杆上，以减少事故。（ × ）
5．钻速方程中得门限钻压主要反映了岩石的抗压入强度。（ √ ）
6．在其它条件不变时，井底压差越大机械钻速越高。（ × ）
7．真方位角等于磁方位角加上西磁偏角。（ × ）
8．在倾斜的层状地层中钻进时，钻头一般有平行于地层前进的趋势。（ × ）
9．多压力层系共存于同一裸眼井段时，应以最高压力层为准设计钻井液密度。（ √ ）
10．压井时控制井底压力不变的途径是保持立管压力不变。（ × ）
11．下套管时一般将套管引鞋安装在套管鞋之下。（ √ ）
12．满井眼钻具只能有效地控制井斜角的变化，不能降斜。（ √ ）
13．钻具折断往往发生在钻杆本体或钻铤的丝扣。（ √ ）
14．起下钻时发生井涌，应迅速将钻具全部起出，然后关井。（ × ）
15．钻柱设计中安全系数法是针对钻杆解卡时的安全考虑的。（ × ）
16．一般情况下，岩石的抗拉强度大于抗剪强度。（ × ）
17．地层空隙压力是指地层空隙中流体所具有的压力。（ √ ）
18．一般，套管鞋处的地层是容易发生地层破裂的部位。（ √ ）
19．牙轮钻头复锥的目的是为了是牙轮在滚动时产生对岩石的冲击作用。（ × ）
20．PDC钻头是以切削方式破碎岩石的。（ √ ）
21．转盘钻正常钻进时，在井底处钻柱所受的扭矩最小。（ √ ）
22．井眼清洗的两过程，使岩屑离开井底比由环空携带至地面更困难。（√ ）
23．优选参数钻井的观点认为：钻头使用到牙齿为完全磨损时才是最经济的。（ × ）
24．井斜角越大。井眼曲率也就越大。（ × ）
25．以装置角ω=75°安装造斜工具时，所钻井眼的井斜角增大，井斜方位角也增大。（ √ ）
26．钻进时，若井内泥浆液柱压力大于地层压力，就不可能发生气侵。（ × ）
27．气侵关井后，井口压力不断上升，说明地层空隙压力在不断升高。（ × ）
28．套管在承受轴向拉应力的情况下，其抗外挤强度减小。（ √ ）
29．水灰比是指水和干水泥的体积之比。（ × ）
30．先打开生产层后固井的方法称为先期裸眼完井法。（ × ）
二、填空题
1． 在岩石的诸强度中，抗拉强度__最小。
2． 切削型钻头破碎塑性岩石主要有_碰撞、压碎、剪切（大、小）_三个过程。
3． 钻井泵在额定泵压工作状态时，获得最大钻头水功率的条件是_是泵压等于额定泵压_。
4． 平均角法是假设测段为直线，方向是上、下两测点的_井眼方向的“和方向”（矢量和）。
5． 射流对井底的清洗作用主要包括_射流的压力冲击作用_和_漫流的横推作用_。
6． API规定水泥浆的稠化时间是指从水泥将达到稠度100Bc时的时间。
7． 起钻过程中遇卡，起出的钻具发现偏磨严重，推断为_键槽_ 卡钻
8． 先期完井法是指先_固井_后_打开储集层_的完井方法。
9． 井漏主要有_渗透性漏失_、裂缝性漏失和溶洞性漏失三种。
10．井眼轨迹的三个基本参数为井深、_井斜角__和_井斜方位角_。
11．钻具结构中钻铤的长度是根据钻井过程中钻压_的需要而确定的。
12．钻头牙齿的磨损速度随牙齿磨损的增大而_减慢_。
13．在三轴应力作用下，岩石的强度随围压的增大而_增大_；塑性随围压的减小而_减小_。
14．牙轮钻头的寿命主要取决于_轴承_寿命和_牙齿_寿命。
15．射流对井底岩屑的清洗作用主要包括_射流的压力冲击作用_和_漫流的横推作用_。
16．铣齿钻头的牙齿磨损量是指_磨损掉的高度_与_原始高度_之比。
17．满眼钻具组合中，钻具上至少要安置_3_个扶正器。
18．装置角ω=150°时，井斜角和方位角的变化为：井斜角_减小_，方位角_增大_。
19．当钻遇压力过渡带或异常高压地层时，一般会出现机械钻速_加快_；Dc指数_减小_。
20．注水泥浆井段的环空顶替效率为_环形水泥浆体积_和_环形空间体积_之比。
三、名词解释
1．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。
2．取心收获率：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。
3．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。
4．窜槽：指在注水泥过程中，由于水泥浆不能将环空中的钻井液完全替走，使环形空间局部出现未被水泥浆封固的现象。
5．钻柱中和点：指井内钻柱上轴向力为零的点
6．岩屑运载比：岩屑在环空的实际上返速度与钻井液在环空上返速度之比。
7．上覆岩层压力：指该层以上岩石基质和岩石孔隙内流体造成的总重力。
8．欠平衡压力钻井：指在钻井过程中保持井内钻井液柱压力小于地层压力的钻井技术。
9．拉力余量法：在钻柱设计过程中，考虑钻柱被卡时的上提解卡力，钻杆柱的最大安全静拉载荷应小于其最大允许拉伸载荷一定值（拉力余量）的设计方法。
四、简答题
1． 简述井深结构设计得主要指导思想和依据。
（1）有效地保护油气层；
（2）避免漏、喷、塌、卡等井下复杂事故的发生，保证安全、快速钻进；
（3）钻下部高压层采用重钻井液所产生的井内压力，不致压裂上层套管鞋处最薄弱的裸露地层；
（4）下套管过程中，井内钻井液液柱压力和地层压力间的压差不致于压差卡套管；
（5）当实际地层压力超过预测值而发生井涌时，在一定压力范围内，具有压井处理溢流的能力。
设计依据：
（1）地层剖面及复杂层位
（2）两个压力剖面：地层压力和地层破裂压力
（3）工程数据：抽吸压力系数 Sb：0.024 ～0.048 g/cm3
激动压力系数 Sg：0.024 ～0.048 g/cm3
压裂安全系数 Sf： 0.03 ～0.06 g/cm3
井 涌 允 量 Sk ：0.05 ～0.08 g/cm3
压 差 允 值 Dp ： DPN = 15～18 MPa ，
DPA = 21～23 MPa

2． 司钻法压井的方法和步骤。
第一循环周：
1）缓慢启动泵，泵入原钻井液，调节节流阀，使套压等于关井套压。
2）在保持套压不变的条件下，调节泵速达到压井排量，此时立管压力等于或接近初始循环压力 。保持立压不变，直到全部排除溢流。
3）停泵，关闭节流阀，记录新的套压，此时套压应等于关井立管压力。
第二循环周：
1）缓慢启动泵，调节节流阀保持新套压不变（等于关井立管压力），调整泵速达到压井排量，此时立管压力等于或接近初始循环立管压力 。
2）泵入压井液，调节节流阀使立管压力在压井液从地面到钻头的时间内，从初始循环立压 逐渐降低到终了循环立压 。
3）在压井液从井底到地面的时间内，保持立压不变，套压逐渐降至零。

3． 简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”。

4． 钻柱的主要功用。
答：(1)提供钻井液流动通道;(2)给钻头提供钻压;(3)传递扭距；(4)起下钻头；(5)计量井深。(6)观察和了解井下情况（钻头工作情况、井眼状况、地层情况）；(7)进行其它特殊作业（取芯、挤水泥、打捞等）；(8)钻杆测试,又称中途测试
五、计算题
1． 某井下套管至1000m后固井做漏失试验，测得漏失压力为PL=6.9MPa，此时井内钻井液的密度为1.15g/cm2。再次开钻后继续钻进至深3000m出发生井涌，此时井内钻井液密度为1.2g/cm2,关井立压为5MPa,套管压力为6.5MPa,设计此时环空钻井液密度均匀，求：（1）产层的地层压力PP；（2）压井应该用的钻井液密度；（3）最大允许关井套压。
解：40.316MPa 1.43g/cm3

2． A井用动力钻具＋弯接头定向钻进，钻至1500m测斜知道：α1=12°，Ф1=80°。继续钻进至1800m，测斜的：α2=16°,Ф2=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Ф3=120°，求装置角和扭方位井段长度。
解：
3． 某井采用喷射钻井技术进行钻进，钻井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/cm2。已知钻头上使用3个11mm的等直径喷嘴，喷嘴的流量系数为0.96。试求：此时循环系统的循环压耗系数K1。
解：
4． 某井用Ф127mm钻杆（372.4N/M）2200m，Ф158.8mm钻铤（1328N/m）150m及Ф212mm钻头，钻井液密度1.2kg/l。钻井时加钻压180kN,求中性点位置。
解：所以中性点落在钻杆上

5． 某井将套管下至1000m固井后做漏失试验，测得漏失压力为PL=5.9MPa,井内泥浆密度为1.15g/cm3。继续钻进至2000m将钻遇油气层，预计油气层压力为35.0MPa。若采用平衡压力钻井方法钻穿油气层，能否压漏地层？
解：
所以可以压漏地层
6． 某井在井深1300m测得井斜角35°井斜方位角255°用动力钻具带2.5°弯接头定向钻进至1500m，测得井斜角为37°，井斜方位角为240°。求该造斜工具的实际造斜率。
解：

7． 某井用216毫米钻头，177.8毫米外径，长100米的钻铤，127毫米外径钻杆钻进，泥浆密度为1.20g/cm3。钻至井深1100米进行循环系统压耗试验，排量为20升/秒时的压耗为2.0兆帕，排量为30升/秒时的压耗为4.4兆帕。现用18兆帕的泵压继续钻进，要求环空泥浆返速不小于1.05米/秒，求井深1500米的钻头水功率和喷嘴直径（用流量系数为0.96的三个等经喷嘴）
解：∵ ∴
得

8． 某井完钻井深3100米，钻井液密度1.30g/cm3。已下入外径为139.7 mm，单位重248.1N/m，长度为2100米的套管柱。现场还剩下N－80、壁厚分别为7.72mm和9.17mm两种套管。要将套管下到井底，选用那种套管较合适？（安全系数：抗拉1.8 ，抗挤1.0，抗内压1.1）

解：按抗拉设计进行校核：
选择壁厚7.72mm的套管，

∴选择的套管满足抗拉要求
校核其抗挤强度：

抗挤强度也符合要求