钻井工程理论与技术(第二版)课后题简答题答案

第一章钻井的工程地质条件

1. 简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层孔隙压力和基岩应力三者之间的关系。答：静液压力：是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。地应力：钻井工程施工之前存在于地下某点的应力状态为原地应力状态。地层孔隙压力：岩石孔隙中流体所具有的压力。也称地层压力。

上覆岩层压力：是指由上覆岩层重力产生的铅垂方向的地应力分量。该处以上地层岩石基质和岩石孔隙中流体的总重力所产生的压力。

基岩应力：是指由岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压力。也称有效上覆岩层压力或骨架应力。

地层破裂压力：地层某深度处的井壁产生拉伸破坏时的应力地层坍塌压力：地层某深度处的井壁产生剪切破坏时的应力上覆岩层的重力是由岩石基质（基岩）和岩石孔隙中的流体共同承担的，即上覆岩层压力是地层压力与基岩应力的和

2、简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。答：在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就被破坏。如果沉积速度很快，岩石颗粒就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与颗粒之间的压力。由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没有增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应由岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力，从而导致了异常高压。

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

答：所以随井深的增加，地层中岩石密度逐渐变大，而岩石的孔隙度变小。随着井深的增加，岩石的强度增大。在正常地层压力井段，随着井深增加，岩石的孔隙度减小，声波速度增大，声波时差减小。在正常地层压力情况下，机械钻速随井深增加而减小， d 指数随井深增加而增大。所以dc 指数也随井深的增加而增大。

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：在井下一定深度的裸露地层，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。（解释）在确定地层破裂压力的液压试验曲线中，开始偏离原始直线点的压力称为漏失压力。试验曲线上达到最高点时的压力称为破裂压力，这时地层开始破裂。通常将漏失压力与第一个砂层深度的比值作为该处砂层的地层破裂压力梯度，并以此作为确定井控作业的关井压力依据。

5. 某井井深2000m地层压力25MPa求地层压力当量密度。

答：根据公式：Pp=Xp h P = Pp /x h=25MP/ x 2000m）=/ cm3

6. 某井垂深2500m井内钻井液密度为cm3,若地层压力为2

7. 5 MPa求井底压差。

答: Ph= P gh=cm3xx 2500m =

△P=Ph-Pp= 即井底压差为.

7. 某井井深3200m产层压力为,求产层的地层压力梯度。

答：产层的地层压力梯度Gp=Pp/h=3200m=m

9、岩石的硬度与抗压强度有何区别答：硬度只是固体表面的局部对另一物体压入或侵入时的阻力，

而抗压强度则是固体抵抗固体整体破坏时的能力。

10、岩石的塑性系数是怎样定义的简述脆性，塑脆性和塑性岩石在压入破碎时的特性。答：岩石的塑性系数是用来定量表征岩石塑性及脆性大小的参数。塑性系数为岩石破碎前耗费的总功与岩石破碎前弹性变形功的比值。塑性岩石在外力压入时，岩石只改变形状和大小而不破坏自身的连续性；脆性岩石当外力压入时，岩石直至破碎无明显的形状改变；而塑脆性岩石受外力作用时首先发生形状改变，当外力达到一定程度后岩石破碎。

11、岩石在平行层理和垂直层理方向上的强度有何不同岩石的这种性质叫什么答：沉积岩的强度有明显的各向异性，垂直于层理的抗压强度最大，平行于层理的抗压强度最小。层理对硬度的影响与对强度的影响相反，垂直层理方向的硬度值最小，而平行层理方向的硬度值最大，岩石的这种性质叫做岩石的各向异性。

各向异性：如果物体某一性质随方向的不同而不同，则称物体具有各向异性。

12、岩石受围压作用时，其强度和塑脆性是怎样变化的答：当岩石受到围压作用时，所有岩石的强度均增大，但压力对砂岩和花岗岩强度的影响要比石灰岩、大理岩大；在开始增大围压时，岩石强度的增加比较明显，再继续增加围压时，相应的强度增量就变得越来越小，最后当压力很高时，有些岩石的强度便趋于常量。随着围压的增大，岩石表现从脆性向塑性的转变，并且围压越大，岩石破碎前所呈现的塑性也越大。

13、影响岩石强度的因素有哪些答：影响岩石强度的因素可以分为自然因素和工艺技术因素两类：自然因素1、岩石的矿物成分 2 、岩石的颗粒尺寸 3 、岩石的容重和孔隙度 4 、岩石的层理 5 、岩石结构构造的缺陷

工艺技术因素1、岩石的形变方式 2 、岩石的应力状态 3 、外载作用的速度 4 、介质的影响5、岩样的线性尺寸

14、什么是岩石的可钻性我国石油部门采用什么方法评价岩石的可钻性将地层按可钻性分为几级答：岩石的可钻性是岩石抗破碎的能力。即一定钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。

我国石油系统岩石可钻性分类方法是用微钻头在岩样上钻孔，通过实钻钻时（即钻速）确定岩样的可钻性。将地层按可钻性分为10 级。

15、井底和井眼周围地层岩石受哪些力答：井眼周围地层岩石受力包括：上覆岩层压力、岩石内空隙流体的压力（地层压力）、水平地应力、钻井液液柱压力。

井底 1 、地应力影响2、液柱压力和孔隙压力的影响

16、水平地应力是怎样产生的它与上覆岩层压力的关系是怎样的

答：水平地应力由两部分组成，一部分是由上覆岩层侧向力；另一部分是地质构造力。它随着埋藏深度的增加而线形增大，和有效上覆岩层压力成正比。有效上覆岩层压力指上覆岩层压力和岩石内孔隙流体压力的差。

17、什么叫有效应力、有效上覆岩层压力、各向压缩效应答：在“各向压缩效应”试验中，如果岩石孔隙中含有流体且具有一定的孔隙压力，这种孔隙压力的作用降低了岩石的各向压缩效应，这样，把岩石所受外压与内压之差称为有效应力。

上覆岩层压力和岩石内孔隙流体压力的差称为有效上覆岩层压力。在三轴应力试验中，如果岩石是干的或者不渗透的，或孔隙度小且孔隙中不存在液体或者气体时，增大围压则一方面增大岩石的强

度，另一方面也增大岩石的塑性，这两方面的作用统称为“各向压缩效应”。

第二章石油钻机及钻进工具

1. 旋转转井工艺对钻机的功能有哪些要求

答：（1）旋转钻进的能力。

（2）起下钻具的能力。

（3）循环洗井的能力。

2 钻机的组成及各系统的主要部件有哪些

答：（1）起升系统

组成：井架、大钩、辅助刹车、钻井绞车、游动系统（钢丝绳，天车，游动滑车）以及井口工具和机械化设备（吊环、吊卡、吊钳、卡瓦、动力大钳、立根运移机构）。

（2）旋转系统组成：转盘、水龙头、钻具或顶部驱动装置。

（3）循环系统组成：钻井泵、地面管汇、钻井液罐、钻井液净化设备。其中地面管汇包括高压管汇、立管、水龙带。钻井液净化设备包括振动筛、除砂器、除泥器、离心机等。

（4）井控系统组成：井口防喷器组合、液压防喷器控制系统、井控管汇、井控仪器仪表、钻井液处理设备、钻井内防喷工具、特殊作业设备

（5）动力传动系统组成：柴油机、电动机。

（6）控制系统组成：机械控制、气控制、电控制和液控制等。

3、根据不同的分类标准，钻机有哪些类型

答：一、按钻井方法分

（1）冲击钻机，（2）旋转钻机，

二、按钻井深度分

（1）浅井钻机（钻井深度不超过1500 米）

（2）中深井钻机（钻井深度为1500-4500M）

（3）深井钻机。（钻井深度为4500-6000M）

（4）超深井钻机。（钻井深度为大于6000M）

三、按地域环境陆地钻机、海洋钻机、沙漠钻机、沼泽地钻机、低温环境钻机和丛林直升机吊装钻机

四、按移动方式

块装钻机、车装钻机和拖挂钻

五、按驱动传动形式

柴油机驱动钻机、电驱动钻机

4、何为钻机的基本参数、主参数国产钻机系列有哪些钻机答：钻机的基本参数是反映钻机工作性能的技术指标，钻机的基本参数包括：钻机的主参数、起升系统参数、旋转系统参数、循环系统参数。

在钻机基本参数中，选定一个最主要的参数作为主参数，主参数应具备以下特征：

1）能最直接地反映钻机的钻井能力和主要性能

2）对其他参数具有影响和决定作用

3）可用来标定钻机型号，并作为设计、选用钻机的主要技术依据。主要钻机型号

ZJ30/1800 ZJ40/2250 ZJ50/3150 ZJ70/4500

5、简述常用井架的分类及各类井架的优缺点答：钻井井架按整体结构形式的主要特征可分为塔型井架，前开口井架、 A 形井架、桅形井架

1）塔型井架整体稳定性好，承载能力大、可拆卸，不受运输条件限制，允许井架内部空间大，起下操作方便、安全，但单件拆装工作量大，高空作业，不安全。

2）前开口井架本体截面比塔形井架小、可分段运输

3）A 形井架大腿是封闭的整体结构，承载能力和稳定性好。井架整体稳定性不理想

4）桅形井架结构简单、轻便，但承载能力小，只用于车装轻便钻机和修井机

6、钻机的动力驱动系统有哪些类型机械驱动、电驱动、复合驱动、（机电复合驱动、交直流电复合驱动）

7、简述绞车、钻井泵、转盘和顶驱的功用。

答：绞车功用

1）用以起下钻具，下套管

2）钻进过程中控制钻压，送进钻具

3）借助猫头上、卸钻具螺纹，起吊重物及进行其他辅助工作

4）充当转盘的变速机构或中间传动机构

5）整体起放井架钻井泵：用以提高洗井液的能力，进行洗井循环，或将水功率送至地下转盘的功用

1. 转动井中钻具，传递足够大的扭矩和必要的转速。

2. 下套管或起下钻时，承托井中全部套管柱或钻杆柱的重量。

3. 完成卸钻头、卸扣，处理事故时倒扣、进扣等辅助工作；涡轮钻井时，转盘制动上部钻杆柱，以承受反扭矩。

顶驱：可完成旋转钻进、倒划眼、循环钻井液、接钻杆、下套管和上卸管柱螺纹

8、评价钻头性能的指标有那几项答：钻头进尺，钻头工作寿命，钻头平均机械钻速，钻头单位进尺成本

9、铣齿牙轮钻头和镶齿牙轮钻头有哪些不同答：牙轮钻头按材料不同分为铣齿（钢齿）和镶齿（硬质合金齿）两大类。

铣齿牙轮钻头的牙齿是由牙轮毛胚铣削加工而成，主要是楔型齿。镶齿牙轮钻头是在牙轮上钻出孔后，将硬质合金材料制成的齿镶入孔中。

10、牙轮钻头有哪几副轴承按结构不同可分为几类滑动轴承有什么特点答：有大、中、小和止推轴承。钻头轴承按结构分为滚动轴承和滑动轴承两大类。滑动轴承特点是承压面积大，载荷分布均匀，吸收振动好

11、牙轮钻头的储油润滑密封系统包括几部分其作用是什么答：储油囊、护膜杯、压盖、密封圈。

牙轮钻头的储油润滑密封系统既能保证轴承得到润滑又可以有效地防止钻井液进入钻头的轴承内，大幅度地提高了轴承以及钻头的使用寿命。

12、牙轮的超顶、移轴和复锥各产生哪个方向的滑动答：由于牙轮的超顶、移轴、复锥，使牙轮在滚动的同时在井底产生滑动。

超顶和复锥引起沿切线方向滑动，这种作用除了冲击、压碎作用破碎岩石外，还可以剪切掉同一齿圈相邻牙齿破碎坑之间的岩脊；

移轴产生轴向方向的滑动，可以剪切掉齿圈之间的岩脊。

13、国产三牙轮钻头有哪个系列试解释8 ? HP5 的含义答：普通钻头Y、喷射式钻头P、密封钻头MR密封保径钻头MPB滑动轴承钻头HR滑动保径钻头HPB镶齿密封钻头XMP镶齿滑动轴承钻头XHP8个系列。

8 ? HP5表示用于中硬地层、直径为8 ?英寸的铣齿滑动密封喷射式三牙轮钻头。

14、金刚石钻头有哪些突出优点答：（1）是一体性钻头，没有结构薄弱的环节，因而可以使用较高的转速，可以承载较大的侧向载荷而不发生井下事故，

（2）金刚石钻头在正确使用的情况下，耐磨且寿命长，适合于深井及研磨性地层。

（3）在高温下，牙轮密封易失效，金刚石钻头则不会出现此问题。

（4）金刚石钻头不受空间尺寸的限制，适合于小井眼钻井。

（5）在钻牙受限的情况下可以使用金刚石钻头。

（6）结构设计制造比较灵活，生产设备简单，能满足非标的需要。

（7）PDC B头是一种切削型钻头，实践表明在适应地层可以取得很高的经济效益。

15、金刚石钻头常用的水力结构有几种有何优点

答： 1 逼压式水槽一般用于软地层钻头

2、辐射式水槽一般用于软到中硬地层钻头

3、辐射形逼压式水槽常用于中硬到硬地层

4、螺旋形水槽常用高转速条件

16、天然金刚石钻头是怎样破碎岩石的适用钻什么样的地层答：金刚石钻头的破岩作用是由金刚石颗粒完成的。在钻压和旋转扭矩的作用下，金刚石颗粒连续施加给井底岩石以正压力和切向力，使岩石破碎，主要破岩方式有压碎、剪切、切削、研表镶金刚石一般用于钻进中硬- 硬的完整均质地层。

孕镶金刚石用于硬- 坚硬的地层、软硬不均的地层、裂隙性地层、高研磨地层和坚硬地层。

17、“ PDC含义是什么有哪些特点

答：“ PDC是聚晶金刚石复合片的简称，分为柱状片和片式片。

聚晶金刚石复合片的特点：强度和耐磨性极高，且不易破裂；具有可焊性；具有自锐作用；抗冲击性能较差不能承受较大的冲击载荷；热稳定性较差。

18、PDC钻头切削齿的后倾角和侧倾角的定义，各起什么作用答：后倾角是指切削齿工作面与井底岩面外法线的夹角侧倾角是指切削齿工作面与过齿面中心的钻头径向线的夹角后倾角的主要作用是使切削工作刃能有效的吃入岩石，并有较好的抗冲击性。

侧倾角的作用是使切削齿在切削地层时对齿前岩屑产生一个侧向推力，提高切削齿的排屑能力，防止钻头泥包。

19、PDC钻头是怎样破碎岩石的适用于什么样的地层

答：PDC钻头以切削方式破碎岩石。在钻压和旋转扭矩的共同作用下，钻头在井下做旋转和给进运动，连续侵入并剪切破碎岩石，将岩石一层层的剥离井底，从而使井不断加深。

PDC钻头适用于软到中等硬度地层，但是PDC钻头钻进的地层必须是均质地层，以免冲击载荷，含砾石的地层不能使用PDC钻头。

20、钻柱主要由哪几部分组成其主要功用有哪些答：钻柱由方钻杆、钻杆柱和下部钻具组合和配合接