钻井总习题

一、填空题（每空0.5分，共10 分）1．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__ 。

2．牙轮钻头的寿命主要取决于____牙齿的寿命和______轴承的寿命__。

3．钻头的牙齿磨损量是指牙齿的相对磨损高度，牙齿全部磨损时牙齿磨损量为 1 。

4．牙轮钻头复锥的目的是为了使牙轮在滚动时产生滑动。

5．刮刀钻头破碎塑脆性地层时是由碰撞、挤压、剪切三个基本过程组成的。

6．动滤失是指钻井液在井内循环时的滤失过程。

7．按破岩方式划分PDC钻头是一种切削型的钻头。

8．测量和计算井眼轨迹的三个基本参数是井斜角、井斜方位角和井深。

9．工程师法和司钻法压井时所遵循的基本原则是，在压井过程中保持井底的压力不变。

10．根据双向应力椭圆，套管柱在承受轴向拉应力时，其抗外挤强度降低、抗内压强度增大。

11．裸眼完井法分为先期裸眼完井法和后期裸眼完井法。

12．井身结构设计的内容包括套管下入层次及下深的确定、套管—钻头尺寸的配合和环空中水泥上返高度的确定。

二、名词解释（每词2分，共10分）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，在压差的作用下岩石碎屑难以离开井底，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．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。

5．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。

三、简答题（每题5分，共20分）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。

3． 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。

4． 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）在注水泥之前，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”。

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/cm 3 。

钻进时加钻压180kN ，套管钢材密度为7.8g/cm 3，求中性点位置。

（10分） [解]：① =-=smf K ρρ10.846 ② =11c c f L q K 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N L 米2111c f c c f c N q K L q K P L L -+==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/cm 3。

此时循环系统的循环压耗系数K l =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?（14分）[解]： ①8.1Q K P l l ⋅==10.19MPa ②由l b S P P P +=得：81.7=-=l s b P P P MPa ③由422022081.005.0eb Cd Q A CQ P ρρ==得：4229081.0bP C Q d ρ==1.1cm = 11mm3．某井使用密度为1.3g/cm 3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/cm 3，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。

（12分）解：（1）压井所需要的钻井液密度：407.1380000981.043.100981.01=⨯+=+=Dp sp d d ρρg/cm 3（2）允许的关井套压max i pt f t d i D D p ρρ00981.000981.0max ≤+故 ()68.16)3.198.1(00981.000981.0max =-=-≤d f i p ρρMPa4．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？（14分）解：ϕααααγ∆+=cos sin sin cos cos cos 22211=cos30︒cos35︒+sin30︒sin35︒cos(75︒-100︒)=0.969γ1=14.23︒56.312023.1430301=⨯=∆=D K C γ(︒/30m) ϕααααγ∆+=cos sin sin cos cos cos 22211=cos35︒cos40︒+sin35︒sin40︒cos(50︒-75︒)=0.962γ = 15.92︒1397.0sin sin cos cos cos cos 121=-=γααγαω∆ϕ=50︒-75︒=-25︒∴ω=-arccos0.1397=-81.97︒ 16.13456.392.153030=⨯==∆Cm K D γm5．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。

（10分）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。

一、填空题（每空0.5分，共10 分）1．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_突然加快__；Dc指数__增加__ 。

2．刮刀钻头破碎塑脆性地层时是由__碰撞__、挤压__和剪切三个基本过程组成的。

3．钻压是由部分钻柱（钻铤）在钻井液中的重量形成的。

4．剪切稀释特性是指钻井液随着剪切速率的增加而表观粘度减小的现象。

5．岩石的抗压强度是指岩石抵抗外力破坏的能力，岩石的硬度是指岩石抵抗外物压入的能力。

6．静滤失是指钻井液在井内静止时的滤失过程。

7．按破岩方式来分PDC钻头是一种切削型的钻头。

8．装置角ω=50︒时，井斜角和井斜方位角的变化为：井斜角增大，井斜方位角增大。

9．根据双向应力椭圆，套管柱在承受轴向拉应力时其抗外挤强度减小、抗内压强度增大。

10．裸眼完井法分为先期裸眼完井法和后期裸眼完井法。

11．在钻井液的循环中，若在井口返出的钻井液量比泵入的量少，则可能发生了井漏现象；若在井口返出的钻井液量比泵入的量多，则可能发生了井涌现象；起钻过程中往井内灌钻井液是为了保持井内液面高度不降低。

12．取心钻进的评价指标是岩心收获率。

二、名词解释（每词2分，共10分）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，在压差的作用下岩石碎屑难以离开井底，造成钻头重复破碎的现象。

2．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。

3．表观粘度：指钻井液随着流速梯度的增加而表观粘度减小的现象。

4．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。

5．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。

三、简答题（每题5分，共20分）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。