奥鹏教育1503届《钻井工程》在线教育答案

中国石油大学（北京）远程教育学院期末考试《钻井工程》学习中心：_______ 姓名：_李兵_ 学号：_936203_一、名词解释（每小题5分，共20分）1.井斜方位角:某点处的井眼方向线投影到水平面上，成为井眼方位线，或井斜方位线。

以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线上所转过的角度，即井眼睛方位角，即井眼方位角。

2.硬关井:发现井涌后，在节流阀关闭的情况下关闭防器。

本方法关井最迅速，地层流体侵入井眼最少。

但在防喷器关闭期间，由于环空流体由流动突然变为静止，对井口装置将产生水击作业。

其水击波又会反作用于整个环空，也作用于套管鞋处及裸眼地层。

严重时，可以损害井口装置，并有可能压漏套管鞋处地层及下部裸眼地层。

3.欠平衡钻井:欠平衡钻井又叫负压钻井，是指在钻井时井底压力小于地层压力，地底的流体有控制地进入井筒并且循环到地面上的钻井技术。

4.岩石的可钻性:是钻进时岩石抵抗机械破碎能力的量化指标。

岩石可钻性是工程钻探中选择钻进方法、钻头结构类型、钻进工艺参数，衡量钻进速度和实行定额管理的主要依据。

二、简答题（每小题10分，共40分）1.钟摆钻具组合的防斜原理答：当钟摆摆过一定角度时，在钟摆上会产生一个向回摆的力，称作钟摆力。

显然，钟摆摆过的角度越大，钟摆力就越大。

如果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好像一个钟摆，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，从而使新钻的井眼不断降斜。

2.钻井液的功用答：（1）从井底清除岩屑；（2）冷却和润滑钻头和钻柱；（3）造壁性能；（4）控制地层压力；（5）循环停止时悬浮钻屑和加重材料，防止下沉；（6）从所钻地层获得资料；（7）传递水力功率。

3. 射流清洁井底的机理答：（1）射流的冲击压力作用。

射流撞击井底后形成的井底冲击压力波并不是作用在整个井底，而是作用在某些小圆面积上。

就整个井底而言，射流作用的面积内压力较高，而射流作用的面积以外压力较低。

在射流的冲击范围内，冲击压力也极不均匀，射流作用的中心压力最高，离开中心则压力急剧下降。

另外，由于钻头的旋转，射流作用的小面积在迅速移动，本来不均匀的压力分布又在迅速变化。

由于这两个原因，使作用在井底岩屑上的冲击压力极不均匀，极不均匀的冲击压力使岩屑产生一个翻转力矩，从而离开井底，这就是射流对井底岩屑的冲击翻转作用。

（2）漫流的横推作用，射流撞击井底后形成的漫流是一层很薄的高速液流层，它对井底岩屑产生一个横向推力，使起离开原来的位置，进入环空。

4. 钻柱的功用答：（1）为钻井液由井口流向钻头提供通道；（2）给钻头施加适当的压力（钻压），使钻头的工作刃不断吃入岩石；（3）把地面动力（扭矩等）传递给钻头，使钻头不断旋转破碎岩石；（4）起下钻头；（5）根据钻柱的长度计算井深；（6）通过钻柱可以观察和了解钻头的工作情况、井眼状况及地层情况等；（7）进行取心、挤水泥、打捞井下落物，处理井下事故等特殊作业；（8）对地层流体及压力状况进行测试与评价，及钻杆测试等。

三、课程设计（共40分）设计任务：XX油区XX凹陷一口直井生产井的钻井与完井设计。

设计内容：（其中打“√”部分必须设计，其他部分可选做或不做）。

1.地质设计摘要（√）；2.井身结构设计（√）；3.固井工程设计：套管柱强度设计（√）；4.钻柱组合和强度设计（√）；5.钻机选择（√）；6.钻进参数设计：（1）机械破岩参数设计（包括钻头选型，所有钻头选用江汉钻头厂牙轮钻头、选取钻压和转速）（√）；（2）钻井液体系及性能设计（仅设计钻井液密度，其它参数不作要求）（3）水力参数设计（√）；（4）钻柱与下部防斜钻具结构（√）。

考核方式及成绩评定（1）格式、规范：4分，评分依据：工程设计规范；评分标准：4＊符合程度％。

（2）设计的依据与原则准确性：12分，评分依据：工程设计依据与原则；评分标准：12＊符合程度％。

（3）过程的参数选择的合理性和计算过程的可靠性：12分，评分依据：参数符合工程实际，计算过程可靠；评分标准：12＊符合程度％。

（4）结果准确性：12分。

基础数据：1.地质概况：见后附设计样例表A－1。

2.设计井深：H=3000 + 4×100 + 学号的后二位数字×3 （m）3.地层压力和破裂压力剖面：根据图A－1，地层压力梯度的当量钻井液密度由1.00g/cm3变为1.10g/cm3的井深按以下规律取值：H=3000 + 4×100 + 学号的后二位数字×3 （m）4.设计系数：见表A-2和表A-3，其他数据查《钻井手册》（甲方）和参考书。

5.水力参数设计数据见表A-4。

6.钻柱设计数据见参数书2。

7.完井方式：先期裸眼完井，Ø177.8mm(7”)生产套管。

附录1.地质概况2.井身结构设计钻探目的层为J Q灰岩地层，确定完井方法为先期裸眼完井。

油气套管下入QJ 层3－5m。

根据地质情况，钻达目的层过程中不受盐岩，高压水层等复杂地层影响，故井身结构设计按地层压力和破裂压力剖面（图A－1）进行。

图A-1 地层压力和破裂压力设计系数见表A-2。

表A-3 各层段地层可钻级值3.水力参数设计（1）泥浆泵型号与性能表A-4 水力参数设计数据（2）钻井液性能其它参数地面泵压不超过20MpaKg=1.07*103-Mpa S8.1L8.1环空返速不低于0.7m/s，不高于1.2m/s钻井液塑性粘度0.0047pa.S三、课程设计：设计任务：XX油区XX凹陷一口直井生产井的钻井与完井设计。

1 地质设计摘要1.1 地质概况该探井位于504和45地震测线交点，距XX省XX市东500m，所在的地质构造为XX凹陷，该井海拔较低，钻该井目的是通过打开J Q层来了解该层的油气情况矿大该油区的勘探范围，增加油区的总体油气后备储量。

1.2 地质基本数据1.2.1井号：A51.2.2井别：生产井1.2.3井位：(1)井位座标：纵（X）4275165横（Y）20416485(2)地面海拔：50m(3)地理位置：XX省XX市东500m(4)构造位置：XX凹陷(5)过井测线：504和45地震测线交点1.2.4设计井深： H=3000+4×100+3×3=3409m（学号：936203）1.2.5目的层：J Q层，底层深度3409m，分层厚度150m1.2.6完钻层位： A、B、C、D、E、F3、F2J、F2K、F1、QJ1.2.7完钻原则：先期裸眼完井1.2.8钻探目的：了解XX构造J Q含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气源2 井身结构设计2.1 井下复杂情况提示2.1.1在本井的钻井过程中，现场有关技术人员应充分了解、分析邻井事故复杂情况，防止事故的发生，及时处理好工程复杂。

注意观察地震对钻井的影响：①井漏：井漏深度及层位；②井斜：易斜井段及对应层位；③井喷：易井喷井段及对应层位。

2.1.2进入目的层，应根据实钻情况及时调整泥浆密度，注意防喷、防漏和防卡，一方面要搞好油气层的发现，保护工作，另一方面要切实搞好井控工作，确保安全施工。

2.1.3 根据××油田分公司钻开油气层申报制度要求，由地质监督以书面形式向钻井监督和井队提出油气层预告；原则：1）钻揭目的层前7天。

2）目的层提前或非目的层发现油气显示要立即通知。

S气体，但本井应密切监控。

行业标准中H2S的安全临3）邻井没有发现H2界浓度为20mg/m3（约14PPm），若发现H2S，无论浓度高低，都要向勘探事业部的钻井技术部及HSE管理办公室、生产技术处和质量安全环保处报告，同时作业队伍要向所属的上级部门报告。

2.2 地层可钻性分级及地层压力预测2.2.1 地层可钻性分级2.2.2 压力剖面预测2.3 井身结构设计系数钻探目的层为灰岩地层，确定完井方法为先期裸眼完井。

根据地质情况钻达目的层过程中不受盐岩，高压水层等复杂地层影响，故井身结构设计按地层压力和破裂压力剖面进行。

井深结构设计系数如下表所示。

钻井液的压力体系最大钻井液密度b pma max S x +=ρρ (2-1)式中 max ρ—— 某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度，3g/cm ；pm ax ρ—— 该井段中所用地层孔隙压力梯度等效密度，3g/cm ；b S —— 抽吸压力允许值的当量密度，取0.036 3g/cm 。

发生井涌情况fnk ρ=pm ax ρ+b S +S f +niH S H kpmax ⨯ (2-2)fnk ρ—— 第n 层套管以下井段发生井涌时，在井内最大压力梯度作用下，上部地层不被压裂所应有的地层破裂压力梯度，3g/cm ；ni H —— 第n 层套管下入深度初选点，m ；k S —— 压井时井内压力增高值的等效密度, 取0.06 3g/cm ；s f —— 地层压裂安全增值，取0.03 3g/cm 。

校核各层套管下到初选点时是否会发生压差卡套3pmin b pmax mm 210)(81.9-⨯-+⨯=∆ρρS H P r(2-3)rn p ∆—— 第n 层套管钻进井段内实际的井内最大静止压差，MPa ；min p ρ—— 该井段内最小地层孔隙压力梯度等效密度，3g/cm ；∆P —— 避免发生压差卡套的许用压差，取12 MPa ；mm H —— 该井段内最小地层孔隙压力梯度的最大深度，m 。

套管层次的确定 1.确定油层套管下入深度H 1因为井深H=3409m,所以油层套管下入深度H 1=3409m 。

2.确定第技术套管下入深度H 2 (1) 初选点H i 2试取 H i 2=310 m参考临井基本参数, 310f ρ=1.60g/cm 3,pm ax ρ=1.12 g/cm 3 由公式3-2f2k ρ=1.12+0.036+0.03+(3409×0.060)÷310 f2k ρ=1.846 (g/cm 3)因为f2k ρ< 950f ρ且相近，则初选点下入深度H 2i =310 m 。

(2) 校核H 2i =310 m在此井段 , pm ax ρ=1.12 g/cm 3,ρpmin=0.85g/cm 3 , H m m =163 m 。

由公式 3-3∆P 2r =9.81⨯163×(1.12+0.036-0.85)⨯103-∆P 2r =0.17126(MPa)因为∆P 2r < ∆P,所以不会产生压差卡套, 则确定此级套管的下入深度310m 。

3.确定第表层套管下入深度H 3 (1) 试取H i 3=80 m参考临井基本参数，pm ax ρ=0.85 g/cm 3,80f ρ=1.50g/cm 3。

参考邻井资料的钻井液性能指标的数据：在0-163m 的井段上钻井液的密度范围为1.1-1.2g/cm 3,在这里我们试取钻井液密度为1.15g/cm 3由公式 3-2和3-1f3k ρ=1.15+0.03+80160310⨯ f3k ρ=1.4125(g/cm 3)因为ρf3k<200f ρ且相近，则初选点下入深度H i 3=40m 。