钻井工程试题及答案(第二章)

第二章钻进工具

一、选择题

二、填空题

三、名词解释

1．“PDC”含义是什么？

答：

“PDC”是聚晶金刚石复合片钻头的简称，它是金刚石材料钻头的一种。

中性点的概念是由鲁宾斯基提出来的。他认为中性点时钻柱受拉和受压的分届点。

2．何谓钻柱的中性点？

答：

中性点的概念是由鲁宾斯基提出来的。他认为中性点时钻柱受拉和受压的分界点。3．什么叫复合钻柱？

答：

即采用不同尺寸（上打下小）、或不同壁厚（上后下薄）、不同钢号（上高下低）的钻杆组成的钻杆柱。

4．什么叫最大安全静拉载荷？

答：

指允许钻杆所承受的由钻柱重力（浮重）引起的最大载荷。

四、简答题

1．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。

2．简述刮刀钻头破岩原理。

答：

刮刀钻头刀翼在钻压W和扭转力T的作用下，一方面作向下的运动，一方面围绕钻头轴线旋转，刀翼以正螺旋面吃入并切削岩层，井底平面与水平面成Ø角。刮刀钻头主要以切削和挤压方式破碎地层，具体方式主要取决于钻头的切削结构及所钻地层的岩性。由于这几种破岩方式主要要克服岩石的抗剪强度，所以它比克服岩石的抗压强度的破岩方式要容易得多。

3．刮刀钻头其刀翼结构角有哪儿个？有什么影响？如何取值？

答：

刃尖角、切削角、刃前角、刃后角。

刃尖角β、切削角α、刃前角φ、刃后角ψ；刃尖角表示刀翼的减为尖锐程度。从吃入岩石和提高钻速出发，刃尖角越小越好，但是强度不能保证。一般要根据上述因素及岩石性能确定角的大小。岩石软时，β角可以稍小，较硬时硬适当增大，夹层多，井较深时，β角应适当增大。切削角α刀以前刃和水平面之间的夹角，在其他情况一定时，α越大，吃入深度越深，但α过大时，刃前岩石剪切破碎困难，钻进憋劲大。一般情况下，松软地层α=70度；软地层α=70—80度；中硬地层，α=80—85度。刃后角ψ=α-β。刃后角必须大于井底角。刃前角与切削角互为补角，刃前角φ=90-α

4．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石油牙轮毛胚铣削加工而成，主要是楔型齿，齿的结构参数要兼顾有利于破岩和齿的强度。一般软地层牙轮钻头的齿高、齿宽、齿距都较大，硬地层则相反。通常要在齿的工作面上敷焊硬质合金以提高齿的耐磨性，在背椎部位业要敷焊硬质合金层已达到保径的目的。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。其齿型较多，如楔型齿、圆锥形齿、球型齿、勺型齿、主要依据岩石的性能和齿材料性能、强度、相撞工艺等。目前向齿牙轮钻头在软地层、中硬地层及坚硬地层中都得到了广泛应用。

5．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。

6．牙轮钻头的储油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。

7．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。

8．国产三牙轮钻头有哪个系列？试解释81／2HP5的含义？

答：

普通钻头、喷射式钻头、密封钻头、密封保径钻头、滑动轴承钻头、滑动保径钻头、乡齿密封钻头、镶齿滑动轴承钻头8个系列。表示用于中硬地层、直径为81/2英寸的铣齿滑

动密封喷射式三牙轮钻头。

9．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，适合于小井岩钻井。

（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钻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。

（8）由于热稳定性的限制，必须保证充分的冲洗和冷却。

（9）金刚石钻头抗载荷、抗冲击能力较差，使用时必须岩严格的规程。

（10）金刚石材料价格较高。

10．按切削齿材料可将金刚石钻头分为几种类型？

答：

天然、人造

11．天然金刚石钻头及TSP钻头常用的水力结构有哪几种？各有何优点?

答：

它们均采用水孔——水槽式水力结构，这种结构是钻井液游说空中流出经水槽流过钻头工作面，冲洗每一粒金刚石前的岩屑并冷却、润滑每一粒金刚石。防止金刚石杯烧毁。其结构有：副压式水槽结构；辐射型水槽；辐射型逼压式水槽；螺旋形水槽。

12．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：

聚晶金刚石复合片。既有金刚石的硬度和耐磨性，又有碳化钨的结构强度和抗冲击能力。

金刚石钻头由于岩石性能技工条件的复杂性至今没有统一结论，但是可以归纳以下几点：

（1）在钻遇硬地层时，在钻压的作用下压入岩石，使接触岩石呈现极高的应力状态而使岩石呈现塑性。

（2）在塑性地层，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，这一过程称作犁削。

（3）在脆性较大的岩石中，在钻压和扭矩的作用下，岩石表现为脆性破碎，在这种情况下，金刚石钻头的破岩速度较高，岩石破碎的体积远大于金刚石吃入后位移的体积。