钻井工程试题及答案(第四章)

第四章 试题及答案
一、简答题
1． 影响钻进速度的主要因素有哪些，哪些为可控制的因素？简要分析这些可控因素对钻进
速度的影响。

答：
影响因素：地质条件、岩层性质和钻井深度等客观因素；钻头类型、钻井液性能、水力参数、钻压、转速等可控变量。

钻头类型：因不同的钻头类型适用于不同的地层，选择好钻头可获得高的机械钻速。

钻井液性能：密度增加会降低机械钻速；粘度增加会降低机械钻速，固相含量增加会降低机械钻速，钻井液的分散性增加钻速降低。

钻压：增加钻压，提高机械钻速。

转速：增加转速，一般机械钻速提高，但当钻头齿的接触时间小于破碎岩石的接触时间时，钻速降低。

2． 写出修正的杨格模式钻速方程，简要分析该钻速方程中所列因素对钻进机械钻速的影响
规律。

答：
杨格模式钻速方程为：
H P R pc C C h
C n M W K 211
)(+-=λ
υ
式中 pc υ——钻速，m/h ； W ——钻压，kN ； M ——门限钻压，kN ； N ——转速，r/min ；
R K 、λ、2C 、H C 、P C 、h 为无因次量。

钻速方程考虑的因素对钻进机械钻速的影响规律如下：
（1）岩石可钻性：它包含了岩石强度，以及与可钻性有关的钻头类型和泥浆性能等对钻速的影响；可钻性越大钻速越高。

（2）井底压差：随着井底压差的增加钻速减小。

（3）单位钻压：随着单位钻压的增加钻速增加。

（4）转速：转速的增加钻速增加。

（5）水力净化和水力参数：随着井眼净化程度和水力能量的提高钻速增加。

（6）牙齿磨损：磨损量增加钻速降低。

3． 什么是喷射钻井？喷射钻井能大幅度提高钻速的主要原因是什么。

答：
简单地说喷射钻井就是充分利用钻井液通过喷射钻头所形成的高速射流的水力作用，以提高机械钻速的一种钻井方法。

喷射钻井的一个显著特点，是从钻头喷嘴中喷出强大的钻井液射流。

它具有很高的喷射速度，具有很大的水力功率，它能给予井底岩屑一个很大的冲击力，从而使岩屑及时迅速地离开井底，始终保持井底干净。

另当钻井液射流水力功率达到一定程度时，它还具有辅助钻头机械破岩的作用，从而使机械钻速更进一步地提高。

二、计算题
4．某井用直径φ200mm24l型钻头钻进，钻压W＝196kN,转速n=70r/min,井底净化条件较好，钻头工作14h以后起钻，已知Af=2.33×10-3。

求牙齿磨损量hf。

答：
由表查得φ200mm24l型钻头的有关系数为：
Z1=0.0167 Z2=5.94 a1=0.9 a2=0.392×10-4 C1=3 t f=14h Af=2.33×10-3 n=70 W=196kN
5．某井用直径φ200mm21l型钻头钻进，钻压W＝196kN,转速n=80r/min,钻头工作14h以后起钻，轴承磨损到B6级，求轴承工作系数b。

答：
6
求该地区的门限钻压M和转速指数λ。

答：
7．某井使用215.9mm钻头钻进，喷嘴流量系数C＝0.96，井内钻井液密度为1.42g/cm3,排量为16L／s。

若要求井底比水功率为0.418kW/cm2,且三个喷嘴中拟采用一个直径为9mm,另两个为等径。

试求另两个喷嘴的直径，并计算射流水力参数和钻头水力参数。

答：
8．某井钻进215.9mm井眼，使用127mm内平钻杆（内径108.6mm）,177.8mm钻铤（内径
μPV =0.022Pa·s,Pg=0.34MPa,Q=22L/s。

71.4mm）100m。

测得钻井液性能ρd=1.2g/cm3,
试求m、a值及井深2000m时循环系统的压力损耗。

答：
9． 条件同题5，求允许泵压分别为17.3MPa 时钻头所可能获得的压降及相应的喷嘴当量直
径（喷嘴流量系统C ＝0.96）和射流水力参数。

答： 10．
已知某井用215.9mm 钻头钻进，井眼扩大处井径310mm,钻杆外径127mm,排量21L/s 。

钻井液密度1.16g/cm3,其范氏粘度计600、300r/min 的读数分别为65、39。

岩屑密度2.52 g/cm3，平均粒径6mm 。

试校核岩屑举升效率。

答： 11．
某井采用215.9mm 钻头钻进（喷嘴流量系数C ＝0.98），177.8钻铤（内径71.4mm ）120m,所用钻杆为127mm 内平钻杆（内径108.6mm ）。

井队配备有两台NB －1000钻井泵，根据经验，对整个循环系统而言，地面泵压以不超过18MPa 较合适；Kg 取值1.07×10-３MPa ·s1.8。

预计钻进到4000m 处钻井液密度为1.64g/cm3,塑性粘度0.0047Pa ·s 。

试按最大钻头水功率方式对该井深处进行水力参数设计。

要求环空返速不低于0.7m/s 。

答： 12． 射流为什么能提高机械钻速？当钻井泵处在额定泵压状态时(P s =P r )，试推导获得
最大钻头水马力（N bmax ）的条件。

答：
射流冲到井底以后能产生两种净化井底的作用，其一是射流对岩屑的冲击压力作用，其二是射流在井底产生漫流对岩石起横推作用，使岩屑迅速离开井底，保持井底干净，避免钻头重复破碎岩石。

当地层较软时射流会产生直接的破岩作用，从而提高了钻进速度。

当泥浆泵处在额定泵压状态时(P s =P r )，钻头水功率可以用下式表示：
)(8.2Q K Q P K N l r N b -=
获得最大钻头水马力（N bmax ）的条件是：
0=dQ
dN b
即：
08.28.1=-=Q K P dQ
dN l r b
可得： l l r P Q K P 8.28.28
.1==
r L P P 8
.21=
这就是额定泵压状态下获得最大钻头水马力的条件。