2008钻井工程试题答案

长江大学石油工程学院2007—2008学年第二学期考试试卷参考答案及评分标准课程名称：钻井工程（A卷）任课教师：熊青山授课班级：油工1051、1052、1059~1012共6个班一、不定项选择题(每小题2分，10小题，共20分)1．狗腿严重度是指（C）A．井斜变化率B．方位变化率C．井眼曲率D．以上都不是E．以上都是2．从提高机械钻速的角度来看，应当将钻井液中的粘土固相含量（B）A．增大B．减小C．保持不变D．以上都可以3．转盘钻扶正器钻具组合能（ABC）A．增斜B．降斜C．稳斜D．仅只能稳斜4．旧API钻杆接头类型有（ABC）A．内平式B．贯眼式C．正规式D．NC接头E．以上都是5.下列哪些属于水力参数（ABCDE）A．射流速度B．射流水功率C．射流冲击力D．钻头压降E．钻头水功率6.钻杆屈服强度下抗拉力F y，钻杆最大允许拉伸力F P，钻杆最大安全静拉力F a，三者之间的关系是(A)A．Fy ＞FP＞FaB．FP＞Fy＞FaC． Fa＞Fy＞FPD．无法确定；7．动滤失的特点是(B)A．滤饼厚、滤失量大B．滤饼薄、滤失量大C．滤饼薄、滤失量小D．滤饼厚、滤失量小8．地层破裂压力检测方法有（ABCD）A．休伯特和威利斯法B．马修斯和凯利法C．伊顿法D．液压实验法9．天然金刚石能作为钻头切削刃是由于（ABC）A．最硬B．抗压强度最强C．抗磨损能力最高D．热稳定性好E．抗冲击能力强10．影响静滤失量的因素：（ABCDE）A．滤饼的渗透性B．固相含量及类型C．压差D．温度E．滤失时间二、名词解释（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1．岩石可钻性一定钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。

2．塑性系数岩石破碎前耗费的总功与岩石破碎前弹性变形功的比值。

3．中和点在垂直井中，中和点将钻柱一分为二，上面一段钻柱在钻井液中的重力等于大钩悬重，下面一段钻柱在钻井液中的重力等于钻压。

4．PDC钻头聚金金刚石复合片钻头。

5．工程师法压井又称一次循环法压井。

井涌关井后，计算压井液密度，然后继续关井，按压井钻井液的密度配置钻井液。

用配制的钻井液进行循环压井。

6．地层破裂压力井下一定深度裸露地层，承受流体的压力是有限的。

当液体达到一定数值时会使地层破裂，该液体压力称为地层破裂压力。

7．比水功率井底单位面积上的钻头水功率。

8．狗腿角两条方向线之间的夹角。

9．装置方位角装置角与井斜方位角之和。

10．欠平衡钻井井底有效压力小于地层压力，此种钻井方式称为欠平衡压力钻井。

三、作图识图题（本大题共3小题，共10分）1．请在下面水平投影图上作出A的N、E坐标、平移、视平移、平移方位角、水平投影长度（32．下图是声波时差法预测异常压力图（共3分）（1）在图中绘出异常压力段，并说明是异常高压还是异常低压？答：图中为异常高压。

（1分）（2）解释所判断出的异常压力的依据。

答：异常高压地层中孔隙度大，地层流体多，声波在流体中的传播速度低于在固体中的速度，在图中异常层位的声波时差偏大，说明流体较多，所以为异常高压。

（2分）3．下图是钻压对钻速的影响图。

（4分）（1）常规钻井时通常在图中哪个区间工作？答：AB区间。

（1分）（2）解释为什么不在其他工作区间工作？答：OA区间内，钻头牙齿没有充分吃入地层，BC区间内，岩屑不能被充分冲离井底，造成重复切削。

（1分）（3）在图中标出门限钻压M的位置，并解释其含义。

答：M相当于牙齿开始压入地层时的钻压。

（2分）四、判断题（本大题共20小题，共10分）1．随着岩石所受围压的增大，岩石表现为从塑性到脆性的转变。

（×）2．进入异常高压地层之后，岩石孔隙度减小，声波速度增大，声波时差减小。

（√）3．岩石强度随围压的增加而减小。

（×）4．复合钻杆柱是一种上部尺寸小，下部尺寸大的组合方式。

（×）5．牙轮钻头因切削齿可采用不同的材料和齿形，因而可适用于各种地层。

（√）6．机械钻速快的钻头可适用于浅井段。

（√）7．一般来说，用于软地层金刚石钻头齿高比用于硬地层的齿高要高。

（√）8．在软硬交错地层钻进时，一般应按较硬的岩石选择钻头类型。

(√)9．PDC钻头作为金刚石钻头的一种，主要适用于极硬地层。

（×）10．满眼钻具组合能起到防斜的作用。

(√) 11．丝扣连接的条件是尺寸相等、扣型相同、公母扣相配。

（√）12．井眼轨道是指实钻井眼轴线形状。

(×)13．目前在油田使用的磁性测斜仪是以磁北极为基准。

（√）14．钟摆钻具组合多用于对井斜已经较大的井进行降斜。

（√）15．一般来说，平行于地层层面方向可钻性比垂直于层面方向可钻性高。

（√）16．一只钻头在钻进过程中，如果钻井液性能和排量都不变，泵压也不变。

(×)17．所谓半软关井，是指发现井涌后，适当打开节流阀，再关防喷器。

（√）18．气侵关井，环空内含有气体，所以立压大于套压。

(×)19．可钻性级值越大，地层越难钻。

(√)20．牙轮钻头是一体式钻头，无活动件。

(×)五、填空题（本大题共10小题，共10分）1．井眼周围岩石受力有上覆岩层压力、岩石内孔隙流压力、水平地应力、钻井液液柱压力。

2．牙轮上的牙齿按材料分铣齿、镶齿。

3．天然金刚石钻头冠部形状有双锥阶梯形、双锥形、“B”形、脊圈式B形。

4．TSP钻头水力结构主要有四种类型，它们分别是逼压式水槽、辐射形水槽、辐射形逼压式、螺旋形水槽。

5．泵压传递基本关系式是bastgsppppp∆+∆+∆+∆=。

6．钻井泵的工作状态有两种，它们分别是：额定泵压工作状态、额定功率工作状态。

7．井眼轨道图示法有两种，它们分别是：垂直投影图与水平投影图相结合；垂直剖面图与水平投影图相结合。

8．射流对井底清洗主要作用形式有射流冲击压力作用、漫流横推作用。

9．转盘造斜工具有变向器、射流钻头、持正器组合。

10．欠平衡钻井方式有空气钻井、充气钻井、泡沫钻井、雾化钻井等。

每题1分六、简答题（本大题共5小题，共20分）1．评价钻头技术经济指标有哪些？且对之进行解释。

（4分）钻头进尺：一个钻头钻进的井眼总长度；钻头工作寿命：一个钻头的累计总使用时间；钻头平均机械钻速：一个钻头的进尺与工作寿命之比。

钻头单位进尺成本：表示为：()HttCCC trbpm++=指标及解释各0.5分2．牙轮钻头采取哪些方式破碎岩石?如何实现这些方式？（3分）a.冲击、压碎作用纵向振动产生的冲击力和静压力（钻压）一起使牙齿对地层产生冲击、压碎作用，形成体积破碎坑。

纵向振动是指牙轮在动动过程中，其中心上下波动，使钻头做上下往复运动。

引起纵向振动的原因一是单、双齿交替接触井底；二是井底凹凸不平。

b.滑动剪切作用牙轮牙齿的径向滑动和切向滑动对井底地层产生剪切作用，破碎齿间岩石。

牙轮的超顶和复锥引起的切向滑动剪切掉牙齿之间的岩石。

移轴引起的轴向滑动剪切掉齿圈之间的岩石。

c.射流的冲蚀作用由喷嘴喷出的高速射流对井底岩石产生冲蚀作用，辅助破碎岩石。

每小点各1分3．简述异常高压成因？（3分）在地层的沉积过程中，随着上覆沉积物不断增多，地层逐渐被压实，孔隙度减小。

如果地层是可渗透的、连通的，地层中流体的流动不受限制（称之为水力学开启系统），地层孔隙中的流体则随着地层的压实被排挤出去，建立起静液压力条件。

形成正常压力地层。

（1分） 在地层被不渗透的围栅包围，流体被圈闭在地层的孔隙空间内不能自由流通（称之为水力学封闭系统）的条件下，随着地层的不断沉积，上覆岩层压力逐渐增大，而圈闭在地层孔隙内的流体排不出去，必然承受部分上覆岩层重力。

结果是地层流体压力升高，异常高压产生。

（2分）4．提高钻头水力参数的途径（4分）钻头水力参数包括：钻头水功率b P 、钻头压降b p ∆。

其求解公式如下：8.12Q K p p p Q K p L s L s b b -=-==∆8.23QK P P P QK P L s L s b b -=-==故其提高途径如下：①提高泵压s p 及泵功率s P ；（１分）由公式(１)(２)可知：提高钻头压降b p ∆与钻头水功率b P ，可采用提高泵压s p 及泵功率s P 的方法。

②降低循环压耗系数L K ；（１分）由公式(１)(２)可知：泵压s p 及泵功率s P 一定时，可采用降低循环压耗系数L K 来提高钻头压降与钻头水功率。

又因),,(i d L d f K μρ=，故降低循环压耗系数L K 可采用降低钻井液的密度d ρ、降低钻井液的粘度μ、增大管路内径i d 实现。

其中，增大管路内径i d 对降低循环压耗系数L K 较显著。

③增大钻头压降系数b K ；（１分）由公式(１)(２)可知：提高钻头压降与钻头水功率，可采用增大b K 的方法实现。

增大b K 的途径有：增大d ρ、减小C 和0A 。

实际上，增大d ρ，也增大了井底压力，这对钻速提高不利；减小C 实际上增大喷嘴处的能量损耗，这两种方法不可取。

唯一有效办法是缩小喷嘴直径。

（１分）④优选排量Q ；（１分）由公式(１)(２)可知：增大排量Q ，可提高钻头压降b p ∆与钻头水功率b P 。

但与此同时，使循环系统压耗和循环系统功率也增大，故存在优选排量Q ，使钻头和循环系统的水力能量分配达到最合理。

每小点1分5．轨道类型及其组成？（4分）1）三段式：垂直段、增斜段、稳斜段。

2）多靶三段式：垂直段、增斜段、稳斜段、目标段。

3）五段式：垂直段、增斜段、稳斜段、降斜段、目标段。

4）双增式：垂直段、增斜段、稳斜段、增斜段、目标段。

每小点1分6．地层流体侵入原因有哪些？（2分）造成井底有效压力过低，进而导致地层流体进入井眼的原因有多种，主要有： ①钻井液密度低；②环空钻井液液柱降低； ③起钻抽汲； ④停止循环；4点全写给满分，否则一小点只给0.5分七、计算题（本大题共2小题，共10分）1．在井深为4000m 处进行漏失试验，得到漏失压力L p ＝20MPa ，所用钻井液的密度为1.2g/cm 3，求地层破裂压力当量密度？（3分） 解： ()D p L m f00981.0/+=ρρ(1分)())/(7098.1400000981.0/202.13cm g f =⨯+=ρ (2分)2．某直井已知：钻井液的密度为d ρ＝1.23/cm g ；钻柱钢材密度为s ρ＝7.853/cm g ；最大钻压为max W ＝180kN ；钻铤安全系数为N S ＝1.18；所选用钻铤的线重为c q ＝1.35m kN /；所选用钻杆的线重为p q ＝284.69m N /；钻杆最小屈服强度为y σ＝517.11MPa ；钻杆截面积为p A ＝34.032cm ；钻杆安全系数为t S ＝1.3；设计系数为tyσσ＝1.42；拉力余量为MOP ＝200kN ；试计算：（1）所需钻铤长度c L ；（2）钻杆最大可下深度p L ?(7分) 解：①钻铤长度可根据下述公式求解：αcos max B c N c K q W S L =（1分）据题意有：sd B K ρρ-=1 （0.5分）故钻铤长度c L 为： 186185.72.1135.118018.1cos 1cos maxmax =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-==αρραs d c N B c N c q W S K q W S L (m) （0.5分）②钻杆最大可下深度p L 求解 最小屈服强度的抗拉力y F 为：P y y A F σ1.0= (KN) （0.5分）钻杆最大允许静拉力P F 为：y P F F 9.0= (KN) （0.5分）钻杆最大安全静拉力a F 求解： (1)安全系数法27.12183.176.15833.103.3411.51709.009.09.0==⨯⨯==='tPy tya S A S F F σ (KN)（0.5分）(2)设计系数法32.111542.176.158309.09.0=====''tyPy tyytyPa A F F F σσσσσσσ(KN) （0.5分）(3)拉力余量法76.138320076.158309.0=-=-=-='''MOP A MOP F F P y P a σ (KN)（0.5分）钻杆最大安全静拉力a F 为a F '、a F ''、a F '''中的最小值，即：[]32.1115,,min =''''''=a a a a F F F F (KN) （0.5分）由力的平衡有：()B p p c c a K q L q L F += （0.5分）故钻杆柱的最大下深为：())(3.374728469.035.118585.7/2.1132.11151m q q L F q q L K F L pcc sd a pcc B a p =⨯--=--=-=ρρ （0.5分）长江大学石油工程学院2007—2008学年第二学期考试试卷参考答案及评分标准课程名称：钻井工程（B卷）任课教师：熊青山授课班级：油工1051、1052、1059~1012共6个班一、名词解释（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1．欠平衡钻井井底有效压力小于地层压力，此种钻井方式称为欠平衡压力钻井。