《鉆井工程理論與技術(shù)》課后題答案

1、第一章 鉆井的工程地質(zhì)條件2.簡(jiǎn)述地層沉積欠壓實(shí)產(chǎn)生異常高壓的機(jī)理。答：異常高壓的形成是多種因素綜合作用的結(jié)果，對(duì)于沉積巖地層的異常高壓，目前世界上公認(rèn)的成因是由于沉積物快速沉降，壓實(shí)不均勻造成的。在穩(wěn)定沉積過程中，若保持平衡的任意條件受到影響，正常的沉積平衡就破壞。如沉積速度很快，巖石顆粒沒有足夠的時(shí)間去排列，孔隙內(nèi)流體的排出受到限制，基巖無(wú)法增加它的顆粒與顆粒之間的壓力，即無(wú)法增加它對(duì)上覆巖層的支撐能力。由于上覆巖層繼續(xù)沉積，負(fù)荷增加，而下面基巖的支撐能力沒增加，孔隙中的流體必然開始部分地支撐本來應(yīng)的巖石顆粒所支撐的那部分上覆巖層壓力，從而導(dǎo)致了異常高壓。3.簡(jiǎn)述在正常壓實(shí)的地層中巖石的密

2、度、強(qiáng)度、孔隙度、聲波時(shí)差和dc指數(shù)隨井深變化的規(guī)律。答：在正常壓實(shí)的地層中巖石的密度隨井深的增加而增加；強(qiáng)度隨井深的增加而增加；孔隙度隨井深的增加而減小；聲波時(shí)差隨井深的增加而減??；dc指數(shù)隨井深的增加而增大。5.某井井深2000m，地層壓力25MPa，求地層壓力當(dāng)量密度。解：(g/cm3)答：地層壓力當(dāng)量密度是1.276 g/cm36.某井垂深2500m，井內(nèi)鉆井液密度為1.18 g/cm3，若地層壓力為27.5MPa，求井底壓差。解：答：井底壓差是1.44MPa。7.某井井深3200m，產(chǎn)層壓力為23.1MPa，求產(chǎn)層的地層壓力梯度。解：答：產(chǎn)層的地層壓力梯度0.0072MPa/m。9.

3、巖石硬度與抗壓強(qiáng)度有何區(qū)別？答：巖石硬度是巖石表面的局部抵抗外力壓入的能力，抗壓強(qiáng)度則是巖石整體抗壓的能力。10.巖石的塑性系數(shù)是怎么樣定義的嗎？簡(jiǎn)述脆性、塑脆性和塑性巖石在壓入破碎時(shí)的特性。答：（1）巖石的塑性系數(shù)是表征巖石塑性和脆性大小的參數(shù)； （2）脆性巖石在壓入破碎時(shí)的特性：只有彈性為變形無(wú)塑性變形； 塑脆性巖石在壓入破碎時(shí)的特性：先產(chǎn)生彈性變形后產(chǎn)生塑性變形，最后發(fā)生塑性破碎； 塑性巖石在壓入破碎時(shí)的特性：只有塑性變形而無(wú)脆性破碎。14.什么時(shí)巖石的可鉆性？我國(guó)石油部門采用什么方法評(píng)價(jià)巖石的可鉆性？將地層按可鉆性分為幾級(jí)嗎？答：（1）巖石的可鉆性是指巖石破碎的難易性，它反映了巖石抵抗

4、鉆頭的破碎能力。 （2）我國(guó)石油部門采用實(shí)鉆鉆時(shí)確定巖樣的可鉆性，具體方法是在巖石可鉆性測(cè)定儀上使用31.75mm直徑鉆頭，鉆壓889.66N，轉(zhuǎn)速55r/min的鉆進(jìn)參數(shù)，在巖樣上鉆三個(gè)孔，孔深2.4mm，取三個(gè)孔鉆進(jìn)時(shí)間的平均值為巖樣的鉆時(shí)，對(duì)鉆時(shí)取以2為底的對(duì)數(shù)值作為該巖樣的可鉆性級(jí)值Kd，一般Kd取整數(shù)值。 （3）按可鉆性可將地層分為10級(jí)。第二章1.評(píng)價(jià)鉆頭性能的指標(biāo)有哪幾項(xiàng)？答：評(píng)價(jià)鉆頭性能的指標(biāo)有鉆頭進(jìn)尺、鉆頭工作壽命、鉆頭平均機(jī)械鉆速、鉆頭單位進(jìn)尺成本。1. 銑齒牙輪鉆頭和鑲齒牙輪鉆頭有哪些不同嗎？答：主要區(qū)別：銑齒牙輪鉆頭的牙齒是由牙齒毛坯經(jīng)銑削加工而成的，主要是楔形齒；而鑲

5、齒牙輪鉆頭是在牙輪上鉆出孔后，將硬質(zhì)合金齒鑲?cè)肟字校卸喾N齒形。 2. 國(guó)產(chǎn)三牙輪鉆頭有哪幾個(gè)系列？試解釋81/2HP5的含義。答：國(guó)產(chǎn)三牙輪鉆頭有以下八個(gè)系列，分別為普通三牙輪鉆頭 Y、噴射式三牙輪鉆頭 P、滾動(dòng)密封軸承噴射式三牙輪鉆頭 MP、滾動(dòng)密封軸承保徑噴射式三牙輪鉆頭 MPB、滑動(dòng)密封軸承噴射式三牙輪鉆頭 HP、滑動(dòng)密封軸承保徑噴射式三牙輪鉆頭 HPB、鑲硬質(zhì)合金齒滾動(dòng)密封軸承噴射式三牙輪鉆頭 XMP、鑲硬質(zhì)合金齒滑動(dòng)密封軸承噴射式三牙輪鉆頭 XH。試解釋81/2HP5：13.PDC的含義是什么？有哪些特點(diǎn)？答：PDC的含義是聚晶金剛石復(fù)合片，它是以金剛石粉為原料，加入粘結(jié)劑在高溫高

6、壓下燒結(jié)而成；它既具有金剛石的硬度和耐磨性，弱點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差，350OC以上加速磨損，抗沖擊能力差。18.鉆柱主要由哪幾個(gè)部分組成？其主要功用有哪些嗎？答：（1）鉆柱主要由方鉆桿、鉆桿段和下部鉆具組合三大部分組成。 （2）它主要功能有為鉆井液流動(dòng)通道、給鉆頭提供鉆壓、傳遞扭矩、起下鉆頭、計(jì)量井深、觀察和了解井下情況、進(jìn)行其它特殊作業(yè)、鉆桿測(cè)試。20為什么鉆柱下部使用鉆鋌而不使用鉆桿？答：由于鉆鋌的壁厚大，具有較大的重力和剛度，所以在鉆進(jìn)過程中它能起到給鉆頭施加鉆壓、保證壓縮條件下的必要強(qiáng)度、減輕鉆頭的振動(dòng)、擺動(dòng)和跳動(dòng)等、控制井斜。 23.井下鉆柱受到哪些力作用？最主要的作用力是什么？答：（1）

7、井下鉆柱受到自重產(chǎn)生的拉力、鉆壓產(chǎn)生的壓力、鉆井液的浮力、摩擦阻力、循環(huán)壓降產(chǎn)生的附加拉力、起下鉆時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)載荷、扭矩、彎曲應(yīng)力、離心力、外擠力、振動(dòng)產(chǎn)生的交變應(yīng)力； （2）最主要的作用力是軸向力。24.何謂鉆柱中性點(diǎn)？為什么要保證中性點(diǎn)落在鉆鋌上？答：鉆柱上軸向力等于零的點(diǎn)稱為鉆柱中性點(diǎn)；中性點(diǎn)是鉆柱受拉與受壓的分界點(diǎn)，在它附近會(huì)產(chǎn)生拉壓交變載荷，所以在鉆柱設(shè)計(jì)中，中性點(diǎn)要落在剛度大，抗彎能力強(qiáng)的鉆鋌上，而不能落在強(qiáng)度較弱的鉆桿上。27.在條件允許的情況下，為什么要盡可能選用大尺寸的鉆柱？答：使用大尺寸的鉆柱具有以下優(yōu)點(diǎn)：一、可用較少鉆鋌滿足所需鉆壓的要求，減少鉆鋌，也可減少起下鉆時(shí)連接鉆鋌

8、的時(shí)間；二、提高了鉆頭附近鉆柱的剛度，有利于改善鉆并沒鉆頭工況；三、鉆鋌和井壁的間隙較小，可減少連接部分的疲勞破壞；四、有利于防斜。28.什么叫復(fù)合鉆柱，使用復(fù)合鉆柱有何優(yōu)點(diǎn)？答：（1）復(fù)合鉆柱是采用不同尺寸、或不同壁厚、或不同鋼級(jí)的鉆桿組成的鉆桿柱。 （2）使用復(fù)合鉆柱具有很多優(yōu)點(diǎn)，它既能滿足強(qiáng)度要求，又能減輕鉆柱的重力，允許在一定鉆機(jī)負(fù)荷能力下鉆達(dá)更大的井深。30.什么叫最大安全靜拉載荷?如何確定鉆柱的最大安全靜拉載荷？答：（1）最大安全靜拉載荷是指允許鉆桿所承受的由鉆柱重力引起的最大載荷。 （2）目前確定鉆柱的最大安全靜拉載荷的方法有三種：安全系數(shù)法、設(shè)計(jì)系數(shù)法、拉力余量法，分別用這三種

9、方法求解最大安全靜拉載荷，然后從三者中取最低者作為最大安全靜拉載荷。31.某井用91/2in鉆頭，7in鉆鋌（qc=1632N/m）和5in鉆桿（qp=284.N/m），設(shè)計(jì)鉆壓為180KN，鉆井液密度為1.28g/cm3，試計(jì)算所需要鉆鋌長(zhǎng)度。解：若每根鉆鋌的長(zhǎng)度10m，則需要鉆鋌16根。答：所需要的鉆鋌長(zhǎng)度為160m。32.已知井深Dv=1500m，鉆壓W=14t，鉆井液密度為1.38g/cm3，鉆具結(jié)構(gòu)為：81/2in鉆頭+61/2in鉆鋌200m(qc=136.24kg/m)+5in鉆桿1300m(qc=29.04kg/m)。求中性點(diǎn)所在井深。解：（1）浮力系數(shù): P87、式（2-3）

10、（2）中性點(diǎn)位置： P88、式（2-7）（3）中性點(diǎn)所在井深：答：中性點(diǎn)在與井底1375.14m處。第四章 鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選2、某井用200mm211型鉆頭鉆進(jìn)，W=196kN，n=80r/min，鉆頭工作14h后起鉆，軸承磨損到B6級(jí)，求軸承工作系數(shù)b。解：軸承磨損到B6級(jí)，表示軸承磨損了6/8。 參考P141、例4-2軸承的磨損速度方程： P133、式（4-15）軸承工作系數(shù): 第五章 井眼軌跡控制1. 垂直投影圖和垂直剖面圖有何區(qū)別？垂直投影圖是將井眼軌跡這條空間曲線投影在鉛垂平面上所得。垂直剖面圖是設(shè)想經(jīng)過井眼軌跡上每一點(diǎn)都做一條鉛垂線，所有這些鉛垂線就構(gòu)成一個(gè)曲面，將這個(gè)曲面展開就得到了

11、垂直剖面圖。2. 引起井斜的鉆具原因中最主要的兩個(gè)因素是什么？他們又與什么因素有關(guān)？鉆具導(dǎo)致井斜的主要因素是傾斜和彎曲。相關(guān)因素：1）鉆具和井眼直接由間隙，為鉆具傾斜彎曲創(chuàng)造條件2）由于鉆壓作用，下部鉆具受壓后必將靠向井壁一側(cè)從而發(fā)生傾斜3）按照設(shè)備時(shí)，天車、有車、轉(zhuǎn)盤不在一條鉛垂線上4）轉(zhuǎn)盤安裝不平3. 井徑擴(kuò)大如何引起井斜？如何防止井徑擴(kuò)大？井眼擴(kuò)大后，鉆頭在井眼內(nèi)左右移動(dòng)，靠向一側(cè)，也可使受壓彎曲的鉆柱撓度加大，于是鉆頭軸向和井眼軸線不重合，導(dǎo)致井斜。防止井徑擴(kuò)大：井徑擴(kuò)大有個(gè)過程，可以通過使用相關(guān)鉆具組合如滿眼鉆具組合防止井徑擴(kuò)大，同時(shí)通過調(diào)整鉆井液性能，使用具有很好護(hù)壁性能的鉆井液。

12、4. 滿眼鉆具組合控制井斜的原理是什么？它能使井斜減小嗎？原理：滿眼鉆具扶正器和井眼的間隙很小，使鉆桿無(wú)法彎曲而一直保持垂直狀態(tài)，從而保持井眼垂直。它不能使井斜減小。5. BHA是什么意思？它有什么用途？底部鉆具組合，它是鉆頭+馬達(dá)+扶正器+加重鉆桿（具）等除了普通鉆桿的井底總成。作用：它可以造斜、扭方位?？梢允广@頭傾斜，使新鉆井眼不斷偏離原井眼，還可以使鉆頭實(shí)現(xiàn)切向切削，同樣使新鉆井眼偏離原井眼。6. 軌跡控制的三個(gè)階段的主要任務(wù)各是什么？三個(gè)階段的主要任務(wù)為：1）打好垂直井段：實(shí)鉆軌跡盡可能鉛垂，井斜角盡量小2）把好定向造斜關(guān)：把握好定向造斜段的方位3）跟蹤控制到靶點(diǎn)：不斷使用各種造斜工具

13、盒鉆具組合，使井眼軌跡離開設(shè)計(jì)軌道“不要太遠(yuǎn)”。7. 水平井的難度主要表現(xiàn)在哪些方面？引起這些難度的原因是什么？水平井難度主要表現(xiàn)在：1）水平井的軌跡控制要求高、難度大2）管柱受力復(fù)雜3）鉆井液密度選擇范圍變小，容易出現(xiàn)井漏和井涌4）巖屑攜帶困難5）井下纜線作業(yè)困難6）保證固井質(zhì)量難度大7）完井方法選擇和完井工藝難度大引起這些難度的原因是：井眼井斜角大，井眼曲率大。34. 井斜方位角與象限角的換算解：（1）方位角：50o，90o，175o，200o，315o， 0o象限角：N50 o E， N90 o E，S5 o E，S20 o W， N45 o W， N0 o（2）象限角：S13.5oE，

14、S70oW，N50oE，N33oW方位角： 166.5o，250o，50o，327o39、滿眼鉆具組合扶正器最優(yōu)距離計(jì)算。Dh216mm，Ds214mm，Dc178mm（內(nèi)徑75mm），E=20.584×1010Pa ，d1.33kg/L；設(shè)計(jì)允許最大井斜角（3º）。試求該組合的中扶正器距離鉆頭的最優(yōu)距離。解：據(jù)P183、式（5-30），可以參考例5-2： 注意各變量的單位 （P183、例5-2） 中扶正器距鉆頭最優(yōu)距離為5.83m第六章 油氣井壓力控制1.在鉆井中，確定鉆井液密度的主要依據(jù)是什么？其重要意義是什么？答：在鉆井中，確定鉆井液密度的主要依據(jù)是地層孔隙壓力與地層破裂壓力。 在實(shí)際鉆井中，鉆井液密度應(yīng)不小于地層孔隙壓力當(dāng)量密度，以避免地層流體侵入井眼，造成溢流，發(fā)生井噴；鉆井液密度應(yīng)不大于地層破裂壓力當(dāng)量密度，以避免壓漏地層，造成井漏。2.在實(shí)際鉆井中，如何處理平衡壓力鉆井與安全鉆井的關(guān)系？答：所謂平衡壓力鉆井就是在鉆井過程中使井內(nèi)有效壓力等于地層壓力，這樣可以保持井眼壓力系統(tǒng)平衡，有利于解放鉆速，保護(hù)油氣層，并能安全鉆進(jìn)。但是在一些井眼不穩(wěn)定的井中鉆進(jìn)時(shí)，為了抑制井眼不穩(wěn)定，需要選擇較高的鉆井液密度，但井底壓力不能高于地層