钻井工程复习资料
一、名词解释：
1.上覆岩层压力：地层某处上覆岩层压力是指该处以上地层岩石基质和孔隙中流体的总重力所产生的压力。
2.门限钻压：相当于牙齿开始压入地层时的钻压
3.静液压力：由液柱自身重力所引起的压力，其大小与液体的密度与液柱的垂直高度或深度有关。
4.地层压力：岩石孔隙中的流体所具有的压力
5.地层破裂压力：井下一定深度裸露地层，承受流体的压力是有限的。当液体达到一定数值时，会使地层破裂，该液体压力被称为地层破裂压力。
6.钻柱的中性点：钻柱上轴向力等于0的点定义为中性点（中和点），中性点分钻杆为两段上面一段钻杆在钻井液中的自重等于大钩悬重，下面一段钻柱在钻井液中的重力等于钻压。
7.钻井液：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.比水功率：井底单位面积上的钻头水功率。
9.井斜方位角：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。
10.井斜角：指井眼方向线与重力线之间的夹角。
11.装置角：以高边方向线为始边，顺时针旋转到装置方向线上所转过的角度，称为造斜工具的装置角。
12.水平井：井斜角达到或接近90°，井身沿着水平方向钻进一定长度的井
13.压井：当出现溢流或井喷时，向井内泵入高密度钻井液以恢复和重建井内压力平衡的作业.
14.溢流：固体表面吸附物迁移到次级活性中心的现象称为溢流
15.欠平衡钻井：井底有效压力小于地层压力，此钻井方式称为欠平衡钻井。
二、判断 (不确定)
1．随着岩石所受围压的增大，岩石表现为从塑性到脆性的转变。（×）
2．进入异常高压地层之后，岩石孔隙度减小，声波速度增大，声波时差减小。（√）
3．岩石强度随围压的增加而减小。（×）
4．复合钻杆柱是一种上部尺寸小，下部尺寸大的组合方式。（×）
5．牙轮钻头因切削齿可采用不同的材料和齿形，因而可适用于各种地层。（√）
6．机械钻速快的钻头可适用于浅井段。（√）
7．一般来说，用于软地层金刚石钻头齿高比用于硬地层的齿高要高。（√）
8．在软硬交错地层钻进时，一般应按较硬的岩石选择钻头类型。(√)
9．PDC钻头作为金刚石钻头的一种，主要适用于极硬地层。（×）
三、填空(不确定)
1．欠平衡钻井方式有空气钻井、充气钻井、泡沫钻井、雾化钻井等。
2
3．转盘造斜工具有变向器、射流钻头、持正器组合。
4
5．射流对井底清洗主要作用形式有 射流冲击压力作用、漫流横推作用。
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7．井眼轨道图示法有两种，它们分别是：垂直投影图与水平投影图相结合；垂直剖面图与水平投影图相结合。
8．TSP钻头水力结构主要有四种类型，它们分别是逼压式水槽、辐射形水槽、辐射形逼压式、螺旋形水槽。
9．钻井泵的工作状态有两种，它们分别是：额定泵压工作状态、额定功率工作状态。
10．泵压传递基本关系式是pspgpstpapb。
四、简答
1.简述异常高压形成的原因
答：在地层的沉积过程中，随着上覆沉积物不断增多，地层逐渐被压实，孔隙度减小。如果地层是可渗透的、连通的，地层中流体的流动不受限制（称之为水力学开启系统），地层孔隙中的流体则随着地层的压实被排挤出去，建立起静液压力条件。形成正常压力地层。
在地层被不渗透的围栅包围，流体被圈闭在地层的孔隙空间内不能自由流通（称之为水力学封闭系统）的条件下，随着地层的不断沉积，上覆岩层压力逐渐增大，而圈闭在地层孔隙内的流体排不出去，必然承受部分上覆岩层重力。结果是地层流体压力升高，异常高压产生。
2.简述钻柱的组成及主要作用
答：钻柱由方钻杆，钻杆段（钻杆、接头）及下部钻具组合（钻铤、稳定器减震器、扩眼器）三大部分组成。
钻柱的作用：1.为钻井液由井口流向钻头提供通道；
2.给钻头施加适当的压力（钻压），使钻头的工作刃不断吃入岩石;
3.把地面的动力传递给钻头，使钻头不断旋转破碎岩石；
4.起下钻头。
5.根据钻柱的长度计算井深；
钻柱的特殊作用：通过钻柱了解钻头的工作情况，井眼状况及地层情况等；进行取心挤水泥，打捞井下落物、处理井下事故等特殊作业；中途测试。
3.简述钻头的技术，经济指标包括哪些方面
答：钻头进尺：一个钻头钻进的井眼总长度；
钻头工作寿命：一个钻头的累计总使用时间；
钻头平均机械钻速：一个钻头的进尺与工作寿命之比。
钻头单位进尺成本：表示为：
CpmCbCrttt H
4.简述金刚石材料的钻头的特点
答：
1、金刚石材料钻头是一体性钻头，它没有牙轮钻头那样的活动部件，也无结构薄弱环节，因而它可以使用高的转速，适合于和高转速的井下动力钻具一起使用，取得了高的效益；在定向钻井过程中，它可以承受较大的侧向载荷而不发生井下事故，适合于定向钻井；
2、金刚石材料钻头使用正确时，耐磨且寿命长，适合于深井及研磨性地层使用；
3、在地温较高的情况下，牙轮钻头的轴承密封易失效，使用金刚石材料钻头则不会出现此问题；
4、在小于165.1mm（61/2in）的井眼钻井中，牙轮钻头的轴承由于空间尺寸的限制，强度受到影响，性能不能保证，而金刚石材料钻头则不会出现问题，因而小井眼钻井宜使用金刚
石材料钻头；
5、金刚石材料钻头的钻压低于牙轮钻头，因而在钻压受到限制（如防斜钻进）的情况下应使用金刚石材料钻头；
6、金刚石材料钻头结构设计、制造比较灵活，生产设备简单，因而能满足非标准的异形尺寸井眼的钻井需要；
7、金刚石材料钻头中的PDC钻头是一种切削型钻头，切削齿具有自锐优点，破碎岩石时无牙轮钻头的压持作用，切削齿切削时切削面积较大，是一种高效钻头。实践表明，这种钻头适应地层时可以取得很高的效益；
8、金刚石材料钻头由于热稳定性的限制，工作时必须保证充分的清洗与冷却；
9、金刚石材料钻头抗冲击性载荷性能较差，使用时必须保证遵照严格的规程；
5.简述牙轮钻头的破岩原理
答：a.冲击、压碎作用
纵向振动产生的冲击力和静压力（钻压）一起使牙齿对地层产生冲击、压碎作用，形成体积破碎坑。纵向振动是指牙轮在动动过程中，其中心上下波动，使钻头做上下往复运动。引起纵向振动的原因一是单、双齿交替接触井底；二是井底凹凸不平。
b.滑动剪切作用
牙轮牙齿的径向滑动和切向滑动对井底地层产生剪切作用，破碎齿间岩石。牙轮的超顶和复锥引起的切向滑动剪切掉牙齿之间的岩石。 移轴引起的轴向滑动剪切掉齿圈之间的岩石。
c.射流的冲蚀作用
由喷嘴喷出的高速射流对井底岩石产生冲蚀作用，辅助破碎岩石。
6.简述钻井液的功用
答：1.从井底清除岩屑2.冷却和润滑钻头及钻柱3.造壁功能4.控制地层压力5.循环停止时悬浮钻屑和加重材料，防止下沉6.从所钻地层获得资料7.传递水力功率。
7.简述提高钻头水力参数的可用途径
答：钻头水力参数包括：钻头水功率Pb、钻头压降pb。其求解公式如下：
pbKbQ2pspLpsKLQ1.8
PbKbQ3PsPLPsKLQ2.8
故其提高途径如下：
提高泵压ps及泵功率Ps；
降低循环压耗系数KL；
增大钻头压降系数
缩小喷嘴直径。
优选排量Q；
8.简述井斜的主要原因
答：造成井斜的原因主要有： Kb；
（1）地质因素
a.地层可钻性的各向异性，即地层可钻性在不同方向上的不均匀性。
b.地层可钻性的纵向变化。
C.地层可钻性的横向变化。
（2）钻具原因
下部钻具的倾斜和弯曲，引起钻头倾斜，在井底形成不对称切削；或使钻头受到侧向力的作用，迫使钻头进行侧向切削。
（3）井眼扩大
井眼扩大,钻头可在井眼内左右移动，靠向一侧，也可使受压弯曲的钻柱挠度加大，于是钻头轴线与井眼轴线不重合，导致井斜。
9.简述常规二维定向井轨道的设计原则
答：(1) 能实现钻定向井的目的。
(2) 有利于安全、优质、快速钻井。
轨道形状简单，尽量保持较长的直井段，容易实现钻进；
尽量减小最大井斜角，以便减小钻井难度；
15°～30°，小倾角定向井；
30°～60°，中倾角定向井；
大于60°，大倾角定向井。
最大井斜角不得小于15°，否则井斜方位不易稳定。
(3) 有利于采油工艺的要求；
10.简述地层流体侵入井眼的征兆
答：（1）钻时加快；
（2）钻井液池液面增高；
（3）钻井液返出流量增加；
（4）返出钻井液温度增高；
（5）返出钻井液密度变低；
（6）返出钻井液电导率变化；
（7）返出钻井液粘度变化；
（8）循环压力下降；
（9）地面油气显示；
（10）大钩负荷（Hook Load）增大。
11.简述空气钻井的优点及适应地层
答：优点
1.显著提高机械钻速，缩短钻井周期。
2.井底清洗及冷却条件好，延长了钻头的使用寿命，节省了钻头用量。
3.使用空气锤钻头,钻压小,转速低,扭矩小，防斜效果更加良好。
4.可有效地避免井漏等井下复杂的发生,有利于环境保护。
适应地层：
1、所钻地层平缓，地层倾角
2、所钻地层不出水，无浅层天然气，无膏盐层。
12.简述地层流体侵入的主要原因
答：①钻井液密度低；
②环空钻井液液柱降低；
③起钻抽汲；
④停止循环；
五、计算
1.某井垂深2500m,井内钻井液密度为1.18g/cm3,若地层压力为27.５MPa，求井底压差。 答: Ph=ρgh=1.18g/cm3×0.00981×2500m
=28.94Mpa
△P=Ph-Pp=28.94-27.5=1.44MPa
即井底压差为1.44Mpa.
