钻井工程课后题答案

第一章 钻井的工程地质条件（P41）

1、简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层压力和基岩应力三者之间的关系。答：P6～P8

2、简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。答：P10

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，就造成了地层欠压实，从而导致了异常高压的形成。

3、简述在正常压实地层中岩石的密度、强度、空隙度、声波时差和dc 指数随井深变化的规律。

答：密度、强度、dc 指数随井深增加而增大（见P10上、P25下、P15中）；

空隙度、声波时差随井深增加而减小（见P12下）。

4、解释地层破裂压力的概念，怎样根据液压实验曲线确定地层破裂压力？ 答：地层破裂压力：P17中。

根据液压实验曲线确定地层破裂压力：见P21中（步骤4、5）。

5、某井井深2000m，地层压力25MPa，求地层压力当量密度。

解：根据P13、式（1-12），地层压力D p p p ρ00981.0=

地层压力当量密度 )/(274.12000

00981.025

00981.03m g D

p p

p =⨯=

=

ρ

6、某井井深2500m，钻井液密度1.18 g/cm 3，若地层压力27.5MPa/m，求井底压差。

解：井底压差＝井底钻井液液柱压力－地层压力

静液压力： P6、式（1-1） )(94.28250018.100981.000981.0MPa h P h =⨯⨯==ρ 井底压差：)(44.15.2794.28MPa P P P h h =-=-=∆

7、某井井深3200m，产层压力为23.1MPa，求产层的地层压力梯度。

解：地层压力梯度＝地层压力/井深

参考P13、式（1-12），地层压力D p p p ρ00981.0= 或P7、式（1-2），静液压力梯度h

p G h

p =

产层压力梯度：)/(00722.03200

1

.23m MPa D

p G p p ==

=

8、某井钻至2500m，钻头D＝215mm，钻压W＝160KN，钻速n＝110r/min，机械钻速7.3m/h，钻井液密度1.28 g/cm 3，正常条件下钻井液密度1.07 g/cm 3，求d 和d c 指数。

解：据P15、式（1-16）、式（1-17） （注意：各变量的单位）

d 指数：8868.12151600684.0lg 1103

.70547.0lg

0684.0lg

0547.0lg

=⨯⨯==b

pc

d W

n v d dc 指数：5772.18868.128

.107

.1=⨯=⋅=d n c d d ρρ

12、岩石受围压作用时，其强度和塑性是怎样变化的？

答：（1）当围压增加时强度均增大，但所增加的幅度对于不同类型的岩石是不一样的

（P28）；（2）随着围压增大，岩石表现出由脆性向塑性转变，并且围压越大，岩石破坏前

所呈现的塑性也越大（P31）。

补充题：某井将套管下至1000m 固井后做漏失试验，测得漏失压力为p L =5.9MPa ，井内泥浆密度为1.15g/cm 3。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？（或是否需要下技术套管？） 解：等价问题——“钻2000m 处油层时，使用的钻井液在1000m 处产生的液柱压力是否会

超过此处的地层破裂压力”。

思路： （1）计算套管鞋处地层破裂压力当量密度，与钻开油层所需钻井液密度比较； （2）计算套管鞋处地层破裂压力，与钻开油层时该处的液柱压力比较；

（3）计算套管鞋处地层破裂压力当量密度，以及采用该密度的钻井液钻开油层时井底液柱压力，与油层压力比较

（4）计算当前密度的钻井液钻开油层时关井套压，与漏失试验的漏失压力比较。 解法1：①计算地层破裂压力的当量密度： P21、式（1-27）

)/(751.11000

00981.09

.515.100981.03cm g D p L d f =⨯+=+

=ρρ

②计算钻开油层所需要的钻井液密度：

采用平衡钻井钻穿油气层，钻井液静液压力等于地层压力。

地层压力：D p p p ρ00981.0= P13、式（1-12） 则井深2000m 处，地层压力35.0MPa ，对应的钻井液密度为：

)/(784.12000

00981.00

.3500981.03cm g D

p p p =⨯=

=

ρ

③比较两当量密度：p f ρρ>

采用平衡钻井钻穿油气层时，钻井液密度大于1000m 处的地层破裂压力当量密度，而此处地层又没有用套管封隔，则地层被压漏。

解法2：(比较1000m 处的压力) ①计算1000m 处的地层破裂压力：

)(18.17100015.100981.09.500981.0MPa D p p d L f =⨯⨯+=+=ρ ②计算钻开油层所需要的钻井液密度：（同上）

采用平衡钻井钻穿油气层，钻井液静液压力等于地层压力。