《钻井工程》课程综合复习资料020108.doc

《钻井工程》综合复习资料
一、判断题（正确者填T，否则填F）
1．正常压力地层，地层压力梯度随井深的增加而增加。
2．在深海区域，沉积岩的平均上覆岩层压力梯度值远小于0.0227MPa/m。
3．一般地讲，岩石随着埋藏深度的增大，其强度增大，塑性减小。
4．试验测得某岩石的塑性系数为K=1，则该岩石属于脆性岩石。
5．PDC钻头布齿密度越高，平均钻头寿命越长，但平均钻进速度越低。
6．钻头压降主要用来克服喷嘴与钻井液之间的流动阻力。
7．增大钻杆柱内径是提高钻头水功率的有效途径之一。
8．测段的井斜角越大，其井眼曲率也就越大。
9．“满眼”钻具组合只能用来防斜和稳斜，不能用来纠斜。
10．为了有效的提高顶替效率，固井是一般采用层流顶替。
11．钻进时，在井内泥浆液柱压力大于地层压力的条件下不会发生气侵。
12．等安全系数法设计套管柱，一般不考虑钻井液浮力的减轻作用。
13．砾石充填完井的主要目的是防止油层出砂。
14．钻井液中固相含量越高、分散性越好，机械钻速越高。
15．轴向拉力的存在使得套管柱的抗外挤强度降低。
16．液压试验的主要目的为了测定油气层的地层破裂压力。
17．控制井内钻井液滤失量的最好方法是降低钻井液密度。
18．某牙轮钻头的轴承结构为“滚柱—滚珠—滚柱—止推”，其中滚珠轴承的主要作用是承受载荷的作用 。
19．钻柱偏磨严重，说明钻柱在井下的运动形式主要是公转。
20．钟摆钻具组合纠斜提高稳定器安装高度是最有效的方法。
21．固井就是由下套管和注水泥两个环节组成的。
22．当钻遇异常高压地层时dc指数法值突然减小。
23．钻柱中性点是钻柱上既不受拉也不受压的0轴向力点，该点最安全。
24．射流对井底的清洗作用和破岩作用取决于钻头水功率，与喷嘴出口到井底的距离无关。
25．使用弯外壳马达定向钻进时，钻进速度越快，造斜率越大。
26．岩石的塑性系数表征了岩石可变形能力的大小。
27．牙轮的超顶布置可使牙齿在井底产生沿牙轮轴方向的滑动剪切作用。
28．在正常压力层段，声波时差随井深的增加呈逐渐减小的趋势。
29．在二维定向井设计轨道上，某点的水平位移和水平投影长度是相等的。
30．井斜角越大，井眼曲率也就越大。
31．在轴向拉力的作用下，套管的抗挤强度增大。
32．射孔完井是使用最多的完井方式。
33．控制钻井液滤失量的最好方法是减小压差。
34．随着围压的增加，地层的强度增加、脆性也增加。
35．关井立管压力等于地层压力与钻柱内钻井液液柱压力之差。
36．用等安全系数发设计套管柱时，考虑了钻井液浮力的减轻作用。
37．用dc指数法检测地层压力时没有考虑到水力因素的影响。
38．压井时控制井底压力不变的途径是保持立管压力不变。
39．钟摆钻具既能降斜又能有效地控制井斜角的变化。
40．牙轮钻头的移轴目的是为了使牙轮钻头产生轴向滑动剪切掉齿圈间岩石。
41．气侵关井后，井口压力不断上升，说明地层压力在不断升高。
42．钻井液中固相含量越高、分散性越好，机械钻速越高。
43．井眼轨迹参数计算方法多样性的原因是假设测段形状不同。

44．在套管柱强度设计中，下部套管柱以抗外挤强度设计为主，上部套管柱以抗拉强度设计为主。
45．在三轴应力作用下，随围压的增大，岩石的强度增大而塑性减小。
46．牙轮钻头的寿命主要取决于牙齿寿命和轴承寿命最长的一个。
47．在相同条件下，硅质胶结的碎屑岩强度最大。
48．PDC钻头是一种研磨型的钻头。
49．按ω=210°的装置角安装造斜工具，所钻井眼井斜角减小，方位角减小。
50．欠平衡压力钻井的主要目的是提高机械钻速。
51．优选钻进参数的原则是钻进成本最低。
52．额定泵压工作状态时，获得最大钻头水功率的条件是△Pl = 0.643Pr。
53．岩石的可钻性级数越大，地层抵抗钻头的破碎能力越差。
二、名词解释
1．压持效应：
2．岩屑运载比：
3．水泥稠化时间：
4．牙齿磨损量：
5．先期裸眼完井：
6．等安全系数法：
7．岩心收获率：
8．PDC钻头：
9．反扭角：
10．地层压力：
11．门限钻压：
12．固井：
13．装置角：
14．井斜：
15．水泥浆失重：
16．压差卡钻：
17．岩石的研磨性：
18．压井：
19．射孔完井法：
20．钻柱中性点：
21．卡钻：
三、简答题
1．钻柱的主要功用。
2．简述提高钻头水功率的主要途径。
3．简述地层流体侵入井眼的主要征兆。
4．简述钻井液的主要功用。
5．述注水泥过程中提高顶替效率的主要措施。
6．简述异常高压地层形成的原因。
7．简述满眼钻具的工作原理及正确使用方法。
8．简述牙轮钻头在井底的运动形式及破岩机理。
四、计算题
1．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。
2．某井用139.7mmN-80钢级.9.17mm的套管，套管钢材密度为7.8g/cm3，其额定抗外挤强度Pc=60881kPa，管体杭拉屈服强度为2078kN，若钻井液密度为1.45g/cm3，试分别求在套管下部悬挂250kN的套管和没有下部悬挂时各自的允许下深（抗外挤系数为1.05）。
（推荐公式：）
3．已知某井五点钻速法的实验结果如下表所示：
实验点
1
2
3
4
5
6
钻压（kN）
160
190
190
140
140
160
转速（rpm）
80
60
110
110
60
80
钻速（m/h）
22.5
24.6
32.2
22.1
16.8
28.6
试求该地区的门限钻压和转速指数。
4、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。
参考答案
一、判断题
FTFTT　FTFTF　FTTFT　FTTFF
TTFFF　TFTTF　FTTFT　FTFFT
FFTTF　FTFTF　TFF
二、名词解释
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．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。
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．牙齿磨损量：
是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。
5．先期裸眼完井：
是指先下套管到油层顶部固井，再打开生产层的裸眼完井方法。
6．等安全系数法：
在套管柱强度设计过程中规定最危险截面处的安全系数等于或大于规定的安全系数值的设计方法。
7．岩心收获率：
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。
8．PDC钻头：
是指聚晶金刚石复合片钻头，工作刃为聚晶金刚石复合片，具有耐磨性高、自锐性好等优点。
9．反扭角：
作用在动力钻具定子上的反扭矩，使外壳及钻柱反向扭转，在紧靠动力钻具的钻柱断面上所转过的角度，称为动力钻具的反扭角。
10．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。
11．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。
12．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。
13．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。
14．井斜：
相对于直井而言，井眼轴相偏离铅垂线的现象。
15．水泥浆失重：
由于各种原因造成在水泥浆候凝期间对井底及下部地层作用压力逐渐减小的现象。
16．压差卡钻：
是指当井下钻具静止不动时，在井下压差作用下，钻柱与井壁泥饼粘合在一起，而产生的卡钻现象。也称为泥饼粘附卡钻。
17．岩石的研磨性：
岩石磨损钻头切削刃的特性。
18．压井：
指当井内发生溢流关井后，在向井内打入重钻井液，重建井眼—地层系统压力平衡的工作。
19．射孔完井法：
下入油套封固产层再用射孔弹将套管、水泥环、部分产层射穿，形成油气流通道的完井方法。
20．钻柱中性点：
指钻柱上零轴向受力点。
21．卡钻：
钻柱在井内不能自由活动的现象。
三、简答题
1．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、中途测试等）；
2．答：
（1） 提高泵压ps和泵功率Ps；
（2） 降低循环压耗系数Kl；
① 使用低密度钻井液；
② 减小钻井液粘度；
③ 适当增大管路直径；
（3）增大钻头压降系数Kb
唯一有效的途径是减小喷嘴直径。
（4）优选排量Q
3．答：
检测地层流体侵入井眼的主要征兆有：
（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。
4．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。
5．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”。
6．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。
7．答：
工作原理：
采用大尺寸下部钻具组合（BHA），“填满”井眼。这种满眼钻具具有刚度大、与井眼的间隙小的特点，可以：（1）有效限制下部钻具的弯曲和倾斜，抵制钻头偏转；（2）承受较大 的钻压而不发生弯曲；（3）支撑在井壁上，抵抗钻头上的侧向力，限制钻头横移。
正确使用：
（1）用于防斜和稳斜，不能纠斜。
（2）可有效地控制井眼曲率，不能控制井斜角的大小。
（3）“以快保满，以满保直”。使用满眼钻具的关键在于一个 “满”字。
（4）在井眼曲率大的井段使用，容易卡钻。
（5）在钻进软硬交错，或倾角较大的地层时，要注意适当减小钻压，勤划眼，以便消除可能出现的“狗腿”。
8．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。
四、计算题
1．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

2． 解：
（1）没有下部悬挂时，该套管的允许下深为：
=4076.19m
（2）在套管下部悬挂210kN的套管，该套管的允许下深为：
=0.814
=58295.46 kPa
此时的允许下深为：
=3903m

3．解：
27.1%>15%
所以实验数据不合格，须重新进行试验。
4、解：
①kPa
②g/cm3
③初始立管总压力PTi
MPa
④终了立管总压力PTf
MPa
⑤作用于套管鞋处的压力为
kPa = 22.8596MPa

8