钻井试题A参考答案长大钻井工程考研

2006-2007 学年第二学期
《钻井工程》课程考试试卷（A卷）参考答案
一、名词解释（共20分，每题2分）
1、地层破裂压力（2分）
在井下一定深度裸露的地层，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。

2、岩石硬度（2分）
岩石抵抗其他物体表面压入或侵入的能力
3、TSP钻头（2分）
热稳定性聚晶金刚石钻头
4、水平投影长度（2分）
井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。

5、井斜方位角（2分）
在水平投影图上，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。

6、中性点（2分）
钻柱上轴向力等于零的点。

7、钻井液的定义（2分）
钻井时用来清洗井底并把岩屑携带到地面、维持钻井操作正常进行的流体称为钻井液。

8、工程师法压井（2分）
关井等候配置压井重钻井液，然后开启节流阀并开泵注入压井液；在一个循环周内将原来的钻井液替出，恢复地层－井眼系统的压力平衡。

9、平衡压力钻井（2分）
在有效地控制地层压力和维持井壁稳定的前提下，尽可能降低钻井液密度，使钻井液液柱压力刚好平衡或略大于地层压力，达到解放钻速和保护油气层的目的。

这种钻井方法称为平衡压力钻井。

10、岩石可钻性（2分）
岩石抗破碎的能力
二、填空题（共15分，每空1分）
1、岩石强度的大小取决于(岩石的)内聚力、(岩石颗粒间的)内摩擦力。

2、射流对井底清洗主要作用形式有两种：一是射流的冲击压力作用（或冲击翻转），二是漫流的横推作用（或漫流横推）。

3、关井的方式有硬关井、软关井、半软关井三种。

4、钻柱在井眼内的旋转运动可能的形式有自转、公转、公转与自转的结合、无规则的旋转运动四类。

5、随着围压的增大，岩石表现出从脆性向塑性的转变。

6、钻井时从普通喷嘴喷出的射流属于淹没非自由连续射流（或淹没非自由射流）。

7、用井下动力钻具钻井时，钻柱上部所受扭矩小于钻柱下部所受的扭矩。

三、是非题（共15分，每题1.5分）
1、地层孔隙压力越高，则岩石基岩应力越小。

是（√），否（）
2、由于气侵发生溢流关井，压力稳定后，立管压力小于关井套压。

是（√），否（）
3、对于塑性岩石，塑性系数等于1。

是（），否（√）
4、一般说来，垂直地层层面方向可钻性高，平行层面方向可钻性低。

是（√），否（）
5、滤饼的渗透性是影响钻井液滤失量的主要因素。

是（√），否（）
6、使用满眼钻具组合能够控制井斜角的大小。

是（），否（√）
7、地层流体侵入井眼后，钻井液的电导率必然降低。

是（），否（√）
8、牙轮的超顶和复锥会引起轴向滑动，剪切掉齿圈之间的岩石。

是（），否（√）
9、井眼轨迹是指一口井钻完之后的井眼轴线形状。

是（√），否（）
10、在钻柱下放时，可使井底液柱压力减小。

是（），否（√）
四、简答题（共20分，每题4分）
1、简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理
在沉积过程中，建立正常静液压力环境的条件受到影响，如沉积速度过快，岩石颗粒没有足够的时间去排列，孔隙内流体排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒间的压力。

随着上覆岩层继续沉积，负荷增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应由岩石颗粒来支撑的那部分上覆岩层压力，从而导致异常高压。

（2分）
异常压力的形成，还需要一个密封结构。

最常见的密封结构是一个低渗透的岩层，该封闭结构降低了正常流体的散逸，从而导致欠压实和异常的流体压力。

（2分）
2、简述国产三牙轮钻头有哪几个系列？试解释215.9MPB4的含义
根据钻头结构特征，钻头分为铣齿钻头及镶齿钻头两大类，共八个系列；（2分）
215.9MPB4的含义为：用于中地层，直径为215.9mm的（铣齿）滚动密封轴承保径喷射式三牙轮钻头。

（2分）
3、简述提高钻头水力参数的途径
1)提高泵压和泵功率；（1分）
2)降低循环系统压耗系数；（1分）
3)增大钻头压降系数；（1分）
4)优选排量。

（1分）
4、简述压井的目的及原则
目的：恢复井眼内压力平衡,即井底压力等于或大于地层压力，并且还必须把地层进入井眼中的流体安全地排出井眼,或安全地在压回地层。

（2分）
原则：保持井底常压,就是在压井过程中,井底压力略大于地层压力并且使井底压力保持不变。

（2分）
5、简述天然金刚石钻头的工作原理
(1)天然金刚石钻头在钻进某些硬地层时，在钻压作用下压入岩石，使与金刚石接触的岩石处于极高的压力状态而使岩石呈现塑性。

（1分）
(2)在塑性地层(或岩石在应力作用下呈塑性的地层)，金刚石吃入地层并在钻头扭矩的作用下使前方的岩石内部发生破碎或塑性流动，脱离岩石基体，形成岩屑，这一切削过程相当于犁地”过程，称作犁削。

（1分）
(3)在脆性较大的岩石中,在钻压和扭矩作用下所产生的应力使岩石表现为脆性破碎,即属于以剪力和张力破坏岩石。

（1分）
(4)坚硬岩石以微切削、刻划等方式来破碎岩石。

（1分）
五、计算题（共30分，第一题5分，第二题6分，第三题4分，第四题15分）
1、某井井深D=3800m；钻头尺寸为215.90mm；钻杆尺寸为114.30mm,24.72kg/m,壁厚8.60mm；钻井液密度：ρ=1.48g/cm3；244.5mm技术套管下至2500m,该处地层破裂压力梯度Gf=0.02MPa/m。

根据溢流发生之前的记录，泵速30冲每分时，循环压力pci=10.00Mpa；钻井泵类型为3NB-900,缸套直径120mm,泵速30冲每分时排量Q=16L/s,最大泵压为33.00Mpa；发生井涌关井后10min，立管压力为4.80MPa,套压为6.70Mpa。

求：
1)、地层孔隙压力Pp；
2)、压井用钻井液的最小密度；（本题为08年考研试题）
解：由题意立管压力sp P =4.80Mpa ，钻井液密度d ρ=1.483/g cm ，井深D=3800m 。

（1）求地层孔隙压力
地层压力0.00981 4.800.00981 1.48380059.79p sp d p P D ρ=+=+⨯⨯=（2分，结果错误扣1分）
（2）求压井用钻井液的最小密度
31/(0.00981)59.97/(0.009813800) 1.61/d p P D g cm ρ==⨯≈（3分，结果错误扣1分）
2、在下图所示的井眼轨迹水平投影图上标出A 点的水平位移S A 、平移方位角θA 和视平移V A 。

3、某井垂深2000m ，井内钻井液密度1.2g/cm 3，若地层压力为26MPa ，求井底压差。

解：p p =26 MPa ，d ρ=1.23/g cm ，D=2000m
2000m 处静液压力0.009810.00981 1.2200023.544h p D ρ==⨯⨯=Mpa （2分，结果错误扣1分）
2000m 处井底压差2623.544 2.46p h p p p Mpa ∆=-=-≈（2分，结果错误扣1分）
4、某井用12.25in 钻头钻至3500m ，试根据以下条件进行钻柱设计：
钻井液密度ρ=1.25g/cm 3
，钻压：W ＝180KN ，拉力余量：MOP=440KN ；安全系数S t ＝1.30，设计系数t y σσ/＝1.42，井斜角α＝0度。

9in 钻铤(q c ＝2860N/m),E 级5in 钻杆(q p ＝284N/m)供应充足。

钻杆最小抗拉载荷F y ＝1760KN(单根钻杆、钻铤均按10米计算，保留两位有效数字S N ＝1.20，钢材密度ρ=7.80g/cm 3)。

解：（1） 设计参数：井深3500m ，钻井液密度d ρ=1.253/g cm ，钻柱钢材密度s ρ=7.83/g cm ， 安全系数t S =1.3，N S =1.2，钻压max W =180KN ，9in 钻铤线重c q =2.86KN/m, 5in 钻杆线重p q =0.284KN/m,井斜角α=0︒，设计系数/y t σσ=1.42，钻杆最小抗拉载荷y F =1760KN 。

（2）钻铤选择 c L =max 1.218089.9490cos() 2.860.83971
N c B S W m q K α⨯==≈⨯⨯（3分） 按每根钻杆10m 需9根钻铤总长90m 。

（3）钻杆选择
最大安全静拉力的计算：
10.9/0.91760/1.31218.46a y t F F S K N =⨯=⨯=（2分） 20.9/(/)0.91760/1.421115.49a y y t F F KN σσ=⨯=⨯=（2分） 30.90.91760440114
4a y F F MOP KN =⨯-=⨯-=（2分） 由上面计算知{}123min ,,1115.49a a a a F F F F KN ==（2分）
则钻杆的许用长度为
'
(/)/(1115.49/0.839790 2.86)/0.2843771.26p a B c c p L F K L q q m =-=-⨯=（2分）
3500-90<3771.26 ∴p L =3410m,需5in 钻杆341根。

（2分） 最后设计的钻柱组合见下表。