中石化井控技術(shù)培訓(xùn)教材 習(xí)題詳解

PAGE54第一章鉆井的工程地質(zhì)條件三、名詞解釋1.巖石的塑性系數(shù)是怎樣定義的？答：巖石的塑性系數(shù)是用來定量表征巖石塑性及脆性大小的參數(shù)。塑性系數(shù)為巖石破碎前耗費(fèi)的總功與巖石破碎前彈性變形功的比值。2.什么是巖石的可鉆性？答：巖石的可鉆性是巖石抗破碎的能力。即一定鉆頭規(guī)格、類型及鉆井工藝條件下巖石抵抗鉆頭破碎的能力。什么叫有效應(yīng)力、有效上覆巖層壓力、各向壓縮效應(yīng)？答：在“各向壓縮效應(yīng)”試驗(yàn)中，如果巖石孔隙中含有流體且具有一定的孔隙壓力，這種孔隙壓力的作用降低了巖石的各向壓縮效應(yīng)，這樣，把巖石所受外壓與內(nèi)壓之差稱為有效應(yīng)力。上覆巖層壓力和巖石內(nèi)孔隙流體壓力的差稱為有效上覆巖層壓力。在三軸應(yīng)力試驗(yàn)中，如果巖石是干的或者不滲透的，或孔隙度小且孔隙中不存在液體或者氣體時(shí)，增大圍壓則一方面增大巖石的強(qiáng)度，另一方面也增大巖石的塑性，這兩方面的作用統(tǒng)稱為“各向壓縮效應(yīng)”。4.簡(jiǎn)述地下各種壓力的基本概念答：地下壓力包括靜液壓力、上覆巖層壓力、地層壓力和基巖應(yīng)力等。靜液壓力是由液柱自身的重力所引起的壓力，它的大小與液體的密度、液柱的垂直高度或深度有關(guān)。地層某處的上覆巖層壓力是指該處以上地層巖石基質(zhì)和空隙中流體的總重力所產(chǎn)生的壓力。基巖應(yīng)力是指由巖石顆粒之間相互接觸來支撐的那部分上覆巖層壓力，也稱有效上覆巖層壓力或顆粒間壓力，這部分壓力是不被孔隙水所承擔(dān)的。四、簡(jiǎn)答題簡(jiǎn)述地下各種壓力的基本概念及上覆巖層壓力、地層孔隙壓力和基巖應(yīng)力三者之間的關(guān)系。答：地下壓力包括靜液壓力、上覆巖層壓力、地層壓力和基巖應(yīng)力等。靜液壓力是由液柱自身的重力所引起的壓力，它的大小與液體的密度、液柱的垂直高度或深度有關(guān)。地層某處的上覆巖層壓力是指該處以上地層巖石基質(zhì)和空隙中流體的總重力所產(chǎn)生的壓力。基巖應(yīng)力是指由巖石顆粒之間相互接觸來支撐的那部分上覆巖層壓力，也稱有效上覆巖層壓力或顆粒間壓力，這部分壓力是不被孔隙水所承擔(dān)的。上覆巖層的重力是由巖石基質(zhì)（基巖）和巖石孔隙中的流體共同承擔(dān)的，即上覆巖層壓力是地層壓力與基巖應(yīng)力的和：不管什么原因使基巖應(yīng)力降低時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致孔隙壓力增大。簡(jiǎn)述地層沉積欠壓實(shí)產(chǎn)生異常高壓的機(jī)理。答：沉積物的壓縮過程是由上覆沉積層的重力所引起的。隨著地層的沉降，上覆沉積物重復(fù)地增加，下覆巖層就逐漸被壓實(shí)。如果沉積速度較慢，沉積層內(nèi)的巖石顆粒就有足夠的時(shí)間重新排列，并使孔隙度減小，空隙中的過剩流體被擠出。如果是“開放”的地質(zhì)環(huán)境，被擠出的流體就沿著阻力小的方向，或向著低壓高滲的方向流動(dòng)，于是便建立了正常的靜液壓力環(huán)境。這種正常沉積壓實(shí)的地層，隨著地層埋藏深度的增加，巖石越致密，密度越大，孔隙度越小。在穩(wěn)定沉積過程中，若保持平衡的任意條件受到影響，正常的沉積平衡就被破壞。如果沉積速度很快，巖石顆粒就沒有足夠的時(shí)間去排列，孔隙內(nèi)流體的排出受到限制，基巖無法增加它的顆粒與顆粒之間的壓力。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有增加，孔隙中的流體必然開始部分地支撐本來應(yīng)由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。簡(jiǎn)述在正常壓實(shí)的地層中巖石的密度、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：正常壓實(shí)的地層中，隨著地層的沉降，上覆沉積物重復(fù)的增加，下覆巖層就逐漸的被壓實(shí)。所以隨著地層埋藏深度的增加，即隨井深的增加，地層中巖石密度逐漸變大，而巖石的空隙度變小。而隨著地層埋藏深度的增加，圍壓增大，對(duì)所有巖石，當(dāng)圍壓增大時(shí)強(qiáng)度均增大，即隨著井深的增加，巖石的強(qiáng)度增大。常用聲波到達(dá)井壁上不同深度的兩點(diǎn)所用的時(shí)間之差來表示聲波在地層中傳播的快慢，即聲波時(shí)差。在正常地層壓力井段，隨著井深增加，巖石的空隙度減小，聲波速度增大，聲波時(shí)差減小。在正常地層壓力情況下，機(jī)械鉆速隨井深增加而減小，d指數(shù)隨井深增加而增大。因?yàn)閐c指數(shù)只是對(duì)d指數(shù)因鉆井液密度不同而做的修正，所以dc指數(shù)也隨井深的增加而增大。解釋地層破裂壓力的概念，怎樣根據(jù)液壓實(shí)驗(yàn)曲線確定地層破裂壓力。答：在井下一定深度的裸露地層，承受流體壓力的能力是有限的，當(dāng)液體壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)會(huì)使地層破裂，這個(gè)液體壓力稱為地層破裂壓力。在確定地層破裂壓力的液壓試驗(yàn)曲線中，開始偏離原始直線點(diǎn)的壓力稱為漏失壓力。試驗(yàn)曲線上達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)的壓力稱為破裂壓力，這時(shí)地層開始破裂。通常將漏失壓力與第一個(gè)砂層深度的比值作為該處砂層的地層破裂壓力梯度，并以此作為確定井控作業(yè)的關(guān)井壓力依據(jù)。巖石的硬度與抗壓強(qiáng)度有何區(qū)別？答：硬度只是固體表面的局部對(duì)另一物體壓入或侵入時(shí)的阻力，而抗壓強(qiáng)度則是固體抵抗固體整體破壞時(shí)的能力。巖石的塑性系數(shù)是怎樣定義的？簡(jiǎn)述脆性，塑脆性和塑性巖石在壓入破碎時(shí)的特性。答：巖石的塑性系數(shù)是用來定量表征巖石塑性及脆性大小的參數(shù)。塑性系數(shù)為巖石破碎前耗費(fèi)的總功與巖石破碎前彈性變形功的比值。塑性巖石在外力壓入時(shí)，巖石只改變形狀和大小而不破壞自身的連續(xù)性；脆性巖石當(dāng)外力壓入時(shí)，巖石直至破碎無明顯的形狀改變；而塑脆性巖石受外力作用時(shí)首先發(fā)生形狀改變，當(dāng)外力達(dá)到一定程度后巖石破碎。巖石在平行層理和垂直層理方向上的強(qiáng)度有何不同？巖石的這種性質(zhì)叫什么？答：巖石受圍壓作用時(shí)，其強(qiáng)度和塑脆性是怎樣變化的？答：當(dāng)巖石受到圍壓作用時(shí)，所有巖石的強(qiáng)度均增大，但壓力對(duì)砂巖和花崗巖強(qiáng)度的影響要比石灰?guī)r、大理巖大；在開始增大圍壓時(shí)，巖石強(qiáng)度的增加比較明顯，再繼續(xù)增加圍壓時(shí)，相應(yīng)的強(qiáng)度增量就變得越來越小，最后當(dāng)壓力很高時(shí)，有些巖石的強(qiáng)度便趨于常量。隨著圍壓的增大，巖石表現(xiàn)從脆性向塑性的轉(zhuǎn)變，并且圍壓越大，巖石破碎前所呈現(xiàn)的塑性也越大。影響巖石強(qiáng)度的因素有哪些？答：影響巖石強(qiáng)度的因素可以分為自然因素和工藝技術(shù)因素兩類：自然因素方面包括：巖石的礦物成分、礦物顆粒的大小、巖石的密度和空隙度。同種巖石的空隙度增加，密度降低，巖石的強(qiáng)度也隨之降低。一般情況下，巖石的空隙度隨著巖石的埋藏深度的增加而減小；因此，巖石的強(qiáng)度一般情況下隨著埋藏深度的增加而增加。工藝技術(shù)方面包括：巖石的受載方式不同，相同巖石的強(qiáng)度不同；巖石的應(yīng)力狀態(tài)不同，相同巖石的強(qiáng)度差別也很大；此外還有外載的速度、液體介質(zhì)性質(zhì)等等。什么是巖石的可鉆性？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)？答：巖石的可鉆性是巖石抗破碎的能力。即一定鉆頭規(guī)格、類型及鉆井工藝條件下巖石抵抗鉆頭破碎的能力。我國(guó)石油系統(tǒng)巖石可鉆性分類方法是用微鉆頭在巖樣上鉆孔，通過實(shí)鉆鉆時(shí)（即鉆速）確定巖樣的可鉆性。將地層按可鉆性分為10級(jí)。井底和井眼周圍地層巖石受哪些力？答：井眼周圍地層巖石受力包括：上覆巖層壓力、巖石內(nèi)空隙流體的壓力（地層壓力）、水平地應(yīng)力、鉆井液液柱壓力。水平地應(yīng)力是怎樣產(chǎn)生的？它與上覆巖層壓力的關(guān)系是怎樣的？答：水平地應(yīng)力由兩部分組成，一部分是由上覆巖層的重力作用引起的，它是巖石泊松比的函數(shù)；另一部分是地質(zhì)構(gòu)造力，它隨著埋藏深度的增加而線形增大，和有效上覆巖層壓力成正比。有效上覆巖層壓力指上覆巖層壓力和巖石內(nèi)孔隙流體壓力的差。簡(jiǎn)述液壓試驗(yàn)法（漏失試驗(yàn)）的方法和步驟：答：①循環(huán)調(diào)節(jié)鉆井液性能，保證鉆井液性能穩(wěn)定，上提鉆頭至套管鞋內(nèi)，關(guān)閉防噴器（環(huán)形空間）；②以低速起泵后用較小排量（0.66～1.32L/s）向井內(nèi)注入鉆井液，并計(jì)錄各個(gè)時(shí)間的泵入量和立管壓力；③作立管壓力與泵入量（累計(jì)）的關(guān)系曲線圖，這條曲線開始時(shí)為過作標(biāo)原點(diǎn)的直線，然后會(huì)在某處偏離此直線，但壓力仍繼續(xù)上升；④標(biāo)出試驗(yàn)曲線上偏離原始直線之點(diǎn)的壓力，即為漏失壓力；⑤試驗(yàn)曲線達(dá)到最高點(diǎn)的壓力稱為破裂（開裂）壓力，這時(shí)地層開使破裂；⑥最大值過后壓力下降并趨于平緩，平緩的壓力稱為傳播壓力。塑性巖石的特點(diǎn)有那些？脆性巖石的特點(diǎn)有那些？簡(jiǎn)要說明流體介質(zhì)對(duì)巖石機(jī)械性質(zhì)的影響。答：塑性巖石的特點(diǎn)是巖石在破碎前發(fā)生永久變形，抗刮切能力弱。脆性巖石的特點(diǎn)是巖石在破碎前未發(fā)生永久變形，抗沖擊能力弱。流體介質(zhì)對(duì)巖石機(jī)械性質(zhì)的影響包含以下兩方面：第一，巖石中所含的水分都使巖石的強(qiáng)度下降，而且含水量越多，強(qiáng)度下降得也越多，含水量對(duì)一些巖石，例如泥頁(yè)巖，也會(huì)影響其塑性性質(zhì)，增大其流變特性；第二，具有化學(xué)活性的液體對(duì)巖石強(qiáng)度的降低，要比同類巖石在相同條件下以非活性液體所飽和時(shí)對(duì)巖石強(qiáng)度的降低要大得多。巖石的力學(xué)性質(zhì)含義包括哪些？它們反映了巖石的什么規(guī)律？繪出平底圓柱壓頭壓入脆性巖石、塑脆性巖石、塑性巖石時(shí)的吃入深度與所加載荷關(guān)系的典型變形曲線。答：巖石力學(xué)性質(zhì)的含義包括兩個(gè)：巖石的變形特征和強(qiáng)度特征。巖石的變形特征是指巖石試件在載荷作用下的變形規(guī)律，其中包括巖石的彈性變形、塑性變形、粘性流動(dòng)和破壞規(guī)律，它反應(yīng)了巖石的力學(xué)屬性。巖石強(qiáng)度是指巖石試件在載荷作用下開始破壞的最大應(yīng)力（極限強(qiáng)度）以及應(yīng)力與破壞之間的關(guān)系，它反映了巖石抵抗破壞的能力和破壞規(guī)律。巖石的變形規(guī)律和強(qiáng)度特征，由巖石試件在單軸或三軸試驗(yàn)機(jī)上所得到的應(yīng)力應(yīng)變曲線來描述。分析井內(nèi)液柱壓力和地層孔隙壓力對(duì)鉆井巖石破碎的影響。答：巖石的屈服強(qiáng)度隨著孔隙壓力的減小而增大。當(dāng)圍壓一定時(shí)，只有當(dāng)孔隙壓力相對(duì)地小時(shí)，巖石才呈現(xiàn)塑性的破壞；增大孔隙壓力將使巖石由塑性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈云茐摹Ｒ恍┦軌簬r頁(yè)（Pressuredshale）由于孔隙壓力相當(dāng)高，當(dāng)鉆開井眼后，從井壁上因產(chǎn)生脆性的破壞而崩落，大概與這種機(jī)理有關(guān)。因此，在考慮頁(yè)巖井壁的穩(wěn)定時(shí)應(yīng)對(duì)孔隙壓力給予足夠的重視。相反地，在鉆井工程中，孔隙壓力有助于巖石的破碎從而提高鉆井的速度。井底的巖石，如果不滲透、無孔隙液體時(shí)，則增大泥漿的液柱壓力Ph，也將增大對(duì)巖石的“各向壓縮效應(yīng)”。其結(jié)果必然導(dǎo)致巖石抗壓入強(qiáng)度（或即巖石的硬度）的增加和塑性的增大，并且在一定的液柱壓力下，巖石將從脆性的破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐?。這個(gè)轉(zhuǎn)變壓力可稱為脆—塑性轉(zhuǎn)變的臨界壓力。五、計(jì)算題1.某井井深2000m，地層壓力25MPa，求地層壓力當(dāng)量密度。答：根據(jù)公式：Pp=0.00981×ρhρ=Pp∕0.00981×h=25MPa∕(0.00981×2000m)=1.27g∕cm32.某井垂深2500m,井內(nèi)鉆井液密度為1.18g/cm3,若地層壓力為27.５MPa，求井底壓差。答:Ph=ρgh=1.18g/cm3×0.00981×2500m=28.94Mpa△P=Ph-Pp=28.94-27.5=1.44MPa即井底壓差為1.44Mpa.3.某井井深3200m，產(chǎn)層壓力為23.1MPa,求產(chǎn)層的地層壓力梯度。答：產(chǎn)層的地層壓力梯度Gp=Pp/h=23.1MPa/3200m=0.0072Mpa/m4.某井井深2500m,鉆進(jìn)時(shí)所用的鉆頭直徑為215mm,鉆壓160kN,鉆速110r/min,機(jī)械鉆速7.3m/h,鉆井液密度1.28g/cm3,正常條件下鉆井液密度為1.07g/cm3,求d和dc指數(shù)。答：d=㏒10(0.0547vpc/n)/㏒10(0.0684W/db)=㏒10(0.0547×7.3/110)/㏒10(0.0684×160/215)=1.8866dc=d×ρn/ρd=1.8866×1.07/1.28=1.577繪出平底圓柱壓頭壓入脆性巖石、塑脆性巖石、塑性巖石時(shí)的典型變形曲線，并給出脆性巖石、塑脆性巖石的巖石硬度計(jì)算式。給出塑脆性巖石塑性系數(shù)的定義和計(jì)算式。答：巖石硬度計(jì)算式：N/mm2式中P——產(chǎn)生脆性破碎時(shí)壓頭上的載荷，N；S——壓頭的底面積，mm2。衡量巖石塑性的大小可以用巖石破碎前耗費(fèi)的總功AF與彈性變形功AE的比值表示，這個(gè)比值稱為巖石的塑性系數(shù)。因此，塑性系數(shù)K等于K=AF/AE第二章鉆進(jìn)工具三、名詞解釋1．“PDC”含義是什么？答：“PDC”是聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭的簡(jiǎn)稱，它是金剛石材料鉆頭的一種。中性點(diǎn)的概念是由魯賓斯基提出來的。他認(rèn)為中性點(diǎn)時(shí)鉆柱受拉和受壓的分屆點(diǎn)。2．何謂鉆柱的中性點(diǎn)？答：中性點(diǎn)的概念是由魯賓斯基提出來的。他認(rèn)為中性點(diǎn)時(shí)鉆柱受拉和受壓的分界點(diǎn)。3．什么叫復(fù)合鉆柱？答：即采用不同尺寸（上打下?。⒒虿煌诤瘢ㄉ虾笙卤。?、不同鋼號(hào)（上高下低）的鉆桿組成的鉆桿柱。4．什么叫最大安全靜拉載荷？答：指允許鉆桿所承受的由鉆柱重力（浮重）引起的最大載荷。四、簡(jiǎn)答題評(píng)價(jià)鉆頭性能的指標(biāo)有那幾項(xiàng)？答：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。簡(jiǎn)述刮刀鉆頭破巖原理。答：刮刀鉆頭刀翼在鉆壓W和扭轉(zhuǎn)力T的作用下，一方面作向下的運(yùn)動(dòng)，一方面圍繞鉆頭軸線旋轉(zhuǎn)，刀翼以正螺旋面吃入并切削巖層，井底平面與水平面成?角。刮刀鉆頭主要以切削和擠壓方式破碎地層，具體方式主要取決于鉆頭的切削結(jié)構(gòu)及所鉆地層的巖性。由于這幾種破巖方式主要要克服巖石的抗剪強(qiáng)度，所以它比克服巖石的抗壓強(qiáng)度的破巖方式要容易得多。刮刀鉆頭其刀翼結(jié)構(gòu)角有哪兒個(gè)？有什么影響？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；刃尖角表示刀翼的減為尖銳程度。從吃入巖石和提高鉆速出發(fā)，刃尖角越小越好，但是強(qiáng)度不能保證。一般要根據(jù)上述因素及巖石性能確定角的大小。巖石軟時(shí)，β角可以稍小，較硬時(shí)硬適當(dāng)增大，夾層多，井較深時(shí)，β角應(yīng)適當(dāng)增大。切削角α刀以前刃和水平面之間的夾角，在其他情況一定時(shí)，α越大，吃入深度越深，但α過大時(shí)，刃前巖石剪切破碎困難，鉆進(jìn)憋勁大。一般情況下，松軟地層α=70度；軟地層α=70—80度；中硬地層，α=80—85度。刃后角ψ=α-β。刃后角必須大于井底角。刃前角與切削角互為補(bǔ)角，刃前角φ=90-α銑齒牙輪鉆頭和鑲齒牙輪鉆頭有哪些不同？答：牙輪鉆頭按材料不同分為銑齒（鋼齒）和鑲齒（硬質(zhì)合金齒）兩大類。銑齒牙輪鉆頭的牙齒石油牙輪毛胚銑削加工而成，主要是楔型齒，齒的結(jié)構(gòu)參數(shù)要兼顧有利于破巖和齒的強(qiáng)度。一般軟地層牙輪鉆頭的齒高、齒寬、齒距都較大，硬地層則相反。通常要在齒的工作面上敷焊硬質(zhì)合金以提高齒的耐磨性，在背椎部位業(yè)要敷焊硬質(zhì)合金層已達(dá)到保徑的目的。鑲齒牙輪鉆頭是在牙輪上鉆出孔后，將硬質(zhì)合金材料制成的齒鑲?cè)肟字?。其齒型較多，如楔型齒、圓錐形齒、球型齒、勺型齒、主要依據(jù)巖石的性能和齒材料性能、強(qiáng)度、相撞工藝等。目前向齒牙輪鉆頭在軟地層、中硬地層及堅(jiān)硬地層中都得到了廣泛應(yīng)用。牙輪鉆頭有哪幾副軸承？按結(jié)構(gòu)不同可分為幾類？滑動(dòng)軸承有什么特點(diǎn)？答：有大、中、小和止推軸承。鉆頭軸承按結(jié)構(gòu)分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類。牙輪鉆頭的儲(chǔ)油滑密封系統(tǒng)包括幾部分？其作用是什么？答：儲(chǔ)油囊、護(hù)膜杯、壓蓋、密封圈。牙輪的超頂、移軸和復(fù)錐各產(chǎn)生哪個(gè)方向的滑動(dòng)？答：由于牙輪的超頂、移軸、復(fù)錐，使牙輪在滾動(dòng)的同時(shí)在井底產(chǎn)生滑動(dòng)。超頂和復(fù)錐引起沿切線方向滑動(dòng)，這種作用除了沖擊、壓碎作用破碎巖石外，還可以剪切掉同一齒圈相鄰牙齒破碎坑之間的巖脊；移軸產(chǎn)生軸向方向的滑動(dòng)，可以剪切掉齒圈之間的巖脊。國(guó)產(chǎn)三牙輪鉆頭有哪個(gè)系列？試解釋81／2HP5的含義？答：普通鉆頭、噴射式鉆頭、密封鉆頭、密封保徑鉆頭、滑動(dòng)軸承鉆頭、滑動(dòng)保徑鉆頭、鄉(xiāng)齒密封鉆頭、鑲齒滑動(dòng)軸承鉆頭8個(gè)系列。表示用于中硬地層、直徑為81/2英寸的銑齒滑動(dòng)密封噴射式三牙輪鉆頭。金剛石鉆頭有哪些突出優(yōu)點(diǎn)？答：（1）是一體性鉆頭，沒有結(jié)構(gòu)薄弱的環(huán)節(jié)，因而可以使用較高的轉(zhuǎn)速，可以承載較大的側(cè)向載荷而不發(fā)生井下事故，（2）金剛石鉆頭在正確使用的情況下，耐磨且壽命長(zhǎng)，適合于深井及研磨性地層。（3）在高溫下，牙輪密封易失效，金剛石鉆頭則不會(huì)出現(xiàn)此問題。（4）金剛石鉆頭不受空間尺寸的限制，適合于小井巖鉆井。（5）在鉆牙受限的情況下可以使用金剛石鉆頭。（6）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造比較靈活，生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，能滿足非標(biāo)的需要。（7）PDC鉆頭是一種切削型鉆頭，實(shí)踐表明在適應(yīng)地層可以取得很高的經(jīng)濟(jì)效益。（8）由于熱穩(wěn)定性的限制，必須保證充分的沖洗和冷卻。（9）金剛石鉆頭抗載荷、抗沖擊能力較差，使用時(shí)必須巖嚴(yán)格的規(guī)程。（10）金剛石材料價(jià)格較高。按切削齒材料可將金剛石鉆頭分為幾種類型？答：天然、人造天然金剛石鉆頭及TSP鉆頭常用的水力結(jié)構(gòu)有哪幾種？各有何優(yōu)點(diǎn)?答：它們均采用水孔——水槽式水力結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是鉆井液游說空中流出經(jīng)水槽流過鉆頭工作面，沖洗每一粒金剛石前的巖屑并冷卻、潤(rùn)滑每一粒金剛石。防止金剛石杯燒毀。其結(jié)構(gòu)有：副壓式水槽結(jié)構(gòu)；輻射型水槽；輻射型逼壓式水槽；螺旋形水槽。天然金剛石鉆頭是怎樣破碎巖石的？適用鉆什么樣的地層?答：聚晶金剛石復(fù)合片。既有金剛石的硬度和耐磨性，又有碳化鎢的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗沖擊能力。金剛石鉆頭由于巖石性能技工條件的復(fù)雜性至今沒有統(tǒng)一結(jié)論，但是可以歸納以下幾點(diǎn)：（1）在鉆遇硬地層時(shí)，在鉆壓的作用下壓入巖石，使接觸巖石呈現(xiàn)極高的應(yīng)力狀態(tài)而使巖石呈現(xiàn)塑性。（2）在塑性地層，金剛石吃入地層并在鉆頭扭矩的作用下使前方的巖石內(nèi)部發(fā)生破碎或塑性流動(dòng)，，脫離巖石基體，這一過程稱作犁削。（3）在脆性較大的巖石中，在鉆壓和扭矩的作用下，巖石表現(xiàn)為脆性破碎，在這種情況下，金剛石鉆頭的破巖速度較高，巖石破碎的體積遠(yuǎn)大于金剛石吃入后位移的體積。“PDC”含義是什么？有哪些特點(diǎn)?答：“PDC”是聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭的簡(jiǎn)稱，它是金剛石材料鉆頭的一種。它是一體式鉆頭，在鉆進(jìn)時(shí)鉆頭部件不宜掉落；它主要靠PDC復(fù)合片的切削作用破碎巖石，類似于刮刀鉆頭的切削原理，在鉆進(jìn)過程中扭矩小，穩(wěn)定性好，在較小鉆壓、高轉(zhuǎn)速下機(jī)械鉆速高，但在含礫巖和軟硬互層的地層不宜使用PDC鉆頭，以防崩掉PDC鉆頭的復(fù)合片；分為胎體PDC鉆頭和剛體PDC鉆頭。PDC鉆頭切削刃的后傾角和側(cè)傾角各起什么作用?答：后傾角的作用是減少切削齒在工作時(shí)的振動(dòng)，延長(zhǎng)使用壽命；側(cè)傾角的作用是使切削齒在切削地層時(shí)對(duì)齒前切削產(chǎn)生側(cè)向推力，使巖屑想鉆頭外緣移動(dòng)，以利排出巖屑。PDC鉆頭切削齒布置有哪幾種方式？有何特點(diǎn)?答：PDC鉆頭切削齒的排列及分布方式有刮刀式、單齒式及組合式三種。刮刀式布齒方式將切削齒沿著從鉆頭中心附近到保徑部位的直線（或接近于直線的曲線）不知在胎體刮刀上，在適當(dāng)?shù)奈恢貌贾脟娮?，每個(gè)噴嘴起到清洗或冷卻一個(gè)或兩個(gè)掛刀片上的切削齒的作用。這種布置方式整體強(qiáng)度高，抗沖擊力強(qiáng)，易于清洗和冷卻，排屑好，抗泥包能力強(qiáng)，適宜于在粘性或軟地層中使用。單齒式布齒方式是將切削齒一個(gè)一個(gè)單獨(dú)布置在鉆頭工作面上，在適當(dāng)?shù)牡胤讲贾脟娮旎蛩?，鉆井液從噴嘴流出后，切削齒受到清洗及冷卻，但同時(shí)也起到阻流和分配液流的作用。這種結(jié)構(gòu)的布齒區(qū)域大、布齒密度高，可以提高鉆頭的壽命，但水力控制能力低，容易在粘性地層泥包。PDC鉆頭是怎樣破碎巖石的？適用于什么樣的地層?答：PDC鉆頭實(shí)質(zhì)上就是具有負(fù)切削角度的微型切削片刮刀鉆頭，其工作原理與刮刀鉆頭基本相同。在鉆壓和扭矩的作用下，PDC復(fù)合片吃入地層，充分利用復(fù)合片極硬、耐磨（磨耗比是碳化鎢的100多倍）、自銳的特點(diǎn)犁削和剪切地層、破碎巖石。PDC鉆頭適宜于在軟到中硬的均質(zhì)、無礫巖的地層中鉆進(jìn)。TSP鉆頭與PDC鉆頭相比有什么優(yōu)點(diǎn)?答：TSP具有良好的熱穩(wěn)定性，齒型也比較多，尺寸也可根據(jù)要求而定。其耐磨性高于PDC，抗沖擊能力強(qiáng)，具有金剛石材料的優(yōu)點(diǎn)。鉆柱主要由哪幾部分組成？其主要功用有哪些?答：鉆柱由方鉆桿、鉆桿段和下部鉆具組合三部分組成。鉆桿段包括鉆桿和街頭，有時(shí)也裝擴(kuò)眼器。下部鉆具組合主要時(shí)鉆停，也可能安裝穩(wěn)定器、減震器、震擊器、擴(kuò)眼器及其他特殊工具。主要作用有：為鉆井液提供通道；為鉆頭施加適當(dāng)?shù)膲毫?；把地面扭矩傳到井底；起下鉆頭；計(jì)算井深鉆桿的API鋼級(jí)有哪幾種?答：D、E、95(X)、105(G)、135(S)級(jí)共5種。為什么鉆柱下部使用鉆鋌而不使用鉆桿？答：鉆挺具有加大的中立和剛度，它在鉆井工程中有加鉆壓、保證壓縮條件下必要的強(qiáng)度；減輕鉆頭的振動(dòng)、擺動(dòng)、跳動(dòng)等，使鉆頭工作平穩(wěn)；控制井斜等作用不能由鉆桿替代。內(nèi)平、貫眼和正規(guī)三種接頭的主要內(nèi)別是什么?答：內(nèi)平式接頭主要用于外加厚鉆桿，其特點(diǎn)時(shí)鉆桿內(nèi)徑與管體加厚處內(nèi)徑，接頭內(nèi)徑相同，鉆井液流動(dòng)阻力笑，有利于提高水功率，但外徑較大，易磨損。慣眼式接頭適用予內(nèi)加厚桿，其特點(diǎn)是鉆桿有兩個(gè)內(nèi)徑，接頭內(nèi)徑等于管體加厚處內(nèi)徑，但小于管體部分內(nèi)徑。正規(guī)式接頭適用于內(nèi)加厚鉆桿。這種接頭的內(nèi)徑比較小，這種接頭的內(nèi)徑比較小，小于鉆桿加後處的內(nèi)徑，所以鉆井液六國(guó)的阻力最大，但它的外徑最小，強(qiáng)度較大。鉆柱在井下的運(yùn)動(dòng)形式可能有哪幾種?答：自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)結(jié)合、無規(guī)則的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)。井下鉆柱受到哪些力的作用？最主要的作用力是什么?答：鉆柱在井下受到多種載荷的作用，在不同的工作狀態(tài)下，不同部位的鉆柱受力是不同的。（1）、軸向壓力和拉力（2）、在轉(zhuǎn)盤鉆井時(shí)，受到扭矩（3）在鉆壓超過鉆柱臨界值時(shí)等情況下，將受到彎曲力距。（4）當(dāng)鉆柱繞井眼軸線公轉(zhuǎn)時(shí)，將產(chǎn)生離心力。（5）鉆桿測(cè)試時(shí)，鉆桿將受到很大的外擠壓力。（6）鉆進(jìn)時(shí)會(huì)引起鉆柱的縱向振動(dòng)。（7）在某一臨界轉(zhuǎn)速下鉆頭將出現(xiàn)橫向擺振。何謂鉆柱的中性點(diǎn)？為什么要保證中性點(diǎn)落在鉆鋌上?答：中性點(diǎn)的概念是由魯賓斯基提出來的。他認(rèn)為中性點(diǎn)時(shí)鉆柱受拉和受壓的分界點(diǎn)。在管柱的設(shè)計(jì)中，我們希望中性點(diǎn)始終落在剛度大，抗彎能力強(qiáng)的鉆挺上，使鉆桿一直處于受拉伸的直線穩(wěn)定狀態(tài)。鉆柱的哪些部位受力最嚴(yán)重？都受到什么載荷的作用?答：鉆柱在兩端口處受力最嚴(yán)重，在上端口受到在大拉力，在井底處受到最大壓力。鉆柱設(shè)計(jì)應(yīng)滿足哪些要求?答：滿足強(qiáng)度要求，保證鉆柱安全工作；盡量減輕整個(gè)鉆柱的重力，以便在現(xiàn)有的抗負(fù)荷能力下鉆更深的井。在條件允許的情況下，為什么要盡可能選用在尺寸鉆柱?答：方鉆桿由于受到扭矩和拉力最大，在供應(yīng)可能的情況下，應(yīng)盡量選用大尺寸鉆桿，因?yàn)榇蟪叽玢@桿強(qiáng)度大，水眼大，鉆井液流動(dòng)阻力小，鉆井液上返速度高，有利于攜帶巖屑。什么叫復(fù)合鉆柱，使用復(fù)合鉆柱有何優(yōu)點(diǎn)?答：即采用不同尺寸（上打下小）、或不同壁厚（上后下薄）、不同鋼號(hào)（上高下低）的鉆桿組成的鉆桿柱。它既能滿足強(qiáng)度要求又能減輕鉆柱的重力，允許在一定的鉆機(jī)負(fù)荷下鉆的更深。鉆桿柱設(shè)計(jì)主要考慮哪種力的作用？強(qiáng)度條件是什么?答：鉆桿設(shè)計(jì)主要是抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)，即按抗拉強(qiáng)度進(jìn)行校核。鉆桿強(qiáng)度設(shè)計(jì)的強(qiáng)度條件是：鉆桿柱任意界面上的靜拉伸載荷要小于鉆桿柱的最大安全靜拉力。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：指允許鉆桿所承受的由鉆柱重力（浮重）引起的最大載荷。目前有三種確定鉆桿的最大安全靜拉力的方法：（1）安全系數(shù)法：考慮起下鉆的動(dòng)載和摩擦力，一般取一個(gè)安全系數(shù)保證鉆柱的安全，一般取1.3。（2）設(shè)計(jì)系數(shù)法：（考慮卡瓦擠壓）（3）最大余量法：考慮鉆柱被卡時(shí)的上提解卡力。并以它為最大允許靜拉力和最大安全拉伸力的余量。轉(zhuǎn)盤鉆井時(shí)，鉆柱受那些不變應(yīng)力和交變應(yīng)力的作用？分析指出鉆柱受力的嚴(yán)重部位。答：轉(zhuǎn)盤鉆井時(shí)，屬于不變應(yīng)力的有拉應(yīng)力、壓應(yīng)力和剪應(yīng)力；而屬于交變應(yīng)力的有彎曲應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)所引起的剪應(yīng)力以及縱向振動(dòng)作用所產(chǎn)生的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。在整個(gè)鉆柱長(zhǎng)度內(nèi)，載荷作用的特點(diǎn)是在井口處主要是不變載荷的影響，而靠近井底處主要是交變負(fù)荷的影響。這種交變載荷的作用正是鉆柱疲勞破壞的原因。（1）鉆進(jìn)時(shí)鉆柱的下部受力最為嚴(yán)重。因?yàn)殂@柱同時(shí)受到軸向壓力、扭矩和彎曲應(yīng)力矩的作用，更為嚴(yán)重的是自轉(zhuǎn)存在著劇烈的交變應(yīng)力循環(huán)，以及鉆頭突然遇阻卡，會(huì)使鉆柱受到的扭矩大大增加。（2）鉆進(jìn)時(shí)和起下鉆時(shí)井口處受力復(fù)雜。起下鉆時(shí)井口處受到最大拉力，如果下鉆時(shí)猛提、猛殺，會(huì)使井口處鉆柱受到的軸向力大大增加，鉆進(jìn)時(shí)所受拉力和扭矩最大，受力情況也比較嚴(yán)重。（3）由于地層巖性變化、鉆頭的沖擊和縱向振動(dòng)等因素的存在，使得鉆壓不均勻，因而使中和點(diǎn)位置上下移動(dòng)，這樣，在中和點(diǎn)附近的鉆柱就受到交變載荷的作用。分析單一尺寸（沿鉆柱軸線截面積相同）鉆柱分別在下列四種條件下軸向受拉、壓載荷的情況(用圖示之)，并標(biāo)出軸向應(yīng)力為零的點(diǎn)和中和點(diǎn)。條件一：井內(nèi)無流體(鉆柱下端面不與井底接觸)；條件二：井內(nèi)有流體(鉆柱下端面不與井底接觸)；條件三：井內(nèi)無流體鉆柱下放（鉆進(jìn)）的情況；條件四：井內(nèi)有流體鉆柱下放（鉆進(jìn)）的情況。答：五、計(jì)算題某井用91／2in鉆頭，7in鉆鋌（qc=1632N/m）和5in鉆桿（qc=284.78N/m），設(shè)計(jì)鉆壓為180kN,鉆井液密度為1.28g/cm3答：先根據(jù)=1-1.28/7.8=0.8359,由計(jì)算中性點(diǎn)得LN=180000/（0.8359*1632）=131.45米，按每根鉆挺10米計(jì)算，則至少需要140米鉆挺。,,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。答：由鉆柱任意截面上的軸向拉力得出鉆柱和鉆挺結(jié)合處的拉力FW=(1-1.38/7.8)*(0+0.13624*200)-14=8.428(噸)，所以由線性關(guān)系易知（0，-14），（LN,0）,(200,8.428)可假設(shè)在鉆挺的軸線上。得LN=124.85米。1500-124.85=1375.16米，所以中性點(diǎn)在井深1375.16米處。試計(jì)算由41／2in內(nèi)外加厚，壁厚為10.92mm的E級(jí)鉆桿各51／2in內(nèi)外加厚，壁厚為10.54mm的E級(jí)鉆桿組成的復(fù)合鉆柱在密度為1.2g/cm3的鉆井液中的可下深度。若將51／2in鉆桿換成41／2in內(nèi)外加厚，壁厚為答：某井用121／4in鉆頭鉆至3500m,試根據(jù)以下條件進(jìn)行鉆柱設(shè)計(jì)：鉆井液密度：ρd=1.25g/cm3;鉆壓：W＝200kN;拉力余量：MOP＝450kN;安全系數(shù)：St=1.30;卡瓦長(zhǎng)度：Ls=406.4mm,正常潤(rùn)滑；井斜角：α＝6°；庫(kù)存鉆具：鉆鋌：9in鉆鋌（qc=2860N/m）27m,7in鉆鋌（qc=1632N/m）81m,61／2in鉆鋌（qc=1362.4N/m）供應(yīng)充足。鉆桿：E級(jí)5in鉆桿（qc=284.78N/m）900m,95（X）及105（G）級(jí)5in鉆桿（qc=284.78N/m）供應(yīng)充足。答：簡(jiǎn)要分析三牙輪鉆頭的破巖機(jī)理以及用每米鉆井成本評(píng)選三牙輪鉆頭的思路，并給出每米鉆井成本的計(jì)算式。答：三牙輪鉆頭是通過兩個(gè)方面的作用來破碎巖石：（1）沖擊、壓碎作用：鉆進(jìn)時(shí)鉆頭承受的鉆壓經(jīng)牙齒作用在巖石上壓碎巖石。除此靜載以外還有一沖擊載荷，牙輪在滾動(dòng)過程中，以單齒和雙齒交替與井底相接觸引起鉆頭的縱向振動(dòng)，使鉆頭齒對(duì)巖石產(chǎn)生沖擊作用。（2）剪切作用：剪切作用主要是通過牙輪在井底滾動(dòng)的同時(shí)還產(chǎn)生牙輪齒對(duì)井底的滑動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)牙輪錐頂不與鉆頭軸線重合時(shí)就有滑動(dòng)產(chǎn)生，引起鉆頭滑動(dòng)的主要因數(shù)有三個(gè)，即超頂、復(fù)錐和移軸。評(píng)價(jià)鉆頭的選擇是否合適決不能單純地根據(jù)進(jìn)尺最多或機(jī)械鉆速最高來衡量，因?yàn)樗@地層的深淺、鉆頭成本的多少以及設(shè)備使用費(fèi)等都是影響鉆頭效率的因素。因此可以用“每米成本”來衡量。即：Ct=(Cb+Cr(T+Tr))/H式中Ct——成本，元/米；Cb——鉆頭成本，元；Cr——設(shè)備使用成本，元/小時(shí)；T——鉆頭鉆進(jìn)時(shí)間，小時(shí)；Tr——起下鉆時(shí)間，小時(shí)；H——鉆頭的進(jìn)尺，米。已知某鉆頭單價(jià)為6000元，用該鉆頭鉆進(jìn)500m進(jìn)尺，純鉆進(jìn)時(shí)間為23h，起下鉆時(shí)間為18.5h，如果設(shè)備使用費(fèi)按4000元/h解：鉆井每米成本是鉆頭選型與合理使用的標(biāo)準(zhǔn)，它的計(jì)算公式如下：其中Cb一一鉆頭成本，元；Cr——設(shè)備使用成本，元／h；Tr——起下鉆時(shí)間（包括起鉆前循環(huán)鉆井液時(shí)間與鉆頭在井底跑和的時(shí)間）h；T一一純鉆進(jìn)時(shí)間，h；H——鉆頭的進(jìn)尺，m。代入已知參數(shù)，得：已知井深為1000m，鉆鋌外徑為177.8mm，鉆鋌長(zhǎng)度為100m，鉆壓為=117.72kN，鉆井液密度為1.2，鉆鋌單位重量為=1601N/m，請(qǐng)計(jì)算中和點(diǎn)位置。解：中和點(diǎn)位置可由下列公式計(jì)算：中和點(diǎn)距井底的高度，m；鉆壓，N；鉆鋌在空氣中的每米重量，N/m浮力系數(shù)。浮力系數(shù)為米第三章鉆井液三、名詞解釋說明瞬時(shí)濾失、動(dòng)濾失、靜濾失各自的涵義。答：鉆頭剛破碎井底巖石形成井眼的一瞬間，鉆井液便迅速向地層孔隙滲透。在濾餅尚未形成的一段時(shí)間內(nèi)的濾失稱為瞬時(shí)濾失。鉆井液在井內(nèi)循環(huán)流動(dòng)時(shí)的濾失過程稱為動(dòng)濾失。鉆井液在靜止循環(huán)時(shí)的濾失稱為靜濾失。四、簡(jiǎn)答題鉆井液與鉆井工程關(guān)系如何？鉆井液有哪些功用？答：鉆井液與鉆井工程關(guān)系密切。鉆井液在鉆進(jìn)時(shí)用來清洗井底并把巖屑攜帶到地面、維持鉆井操作正常進(jìn)行。鉆井液具有以下功用：（1）從井底清除巖屑；（2）冷卻和潤(rùn)滑鉆頭及鉆柱（3）造壁性能（4）控制地層壓力（5）從所鉆地層獲得資料說明鉆井液的一般組成及鉆井液的分類。答：鉆井液的一般組成：液相：是鉆井液的連續(xù)相，可以是油或水?；钚怨滔啵喊ㄈ藶榧尤氲纳虡I(yè)膨潤(rùn)土、地層進(jìn)入的造漿粘土和有機(jī)膨潤(rùn)土。惰性固相：包括鉆屑和加重材料。各種鉆井液添加劑：可以利用不同類型的添加劑配制性能各異的鉆井液，并對(duì)鉆井液性能進(jìn)行調(diào)整。鉆井液的分類：不分散體系。包括開鉆鉆井液、天然鉆井液及輕度處理的鉆井液。分散體系。在可能出現(xiàn)難題的深井條件下，鉆井液常被分散，特別使用鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽或其他類似產(chǎn)品，這些類似產(chǎn)品屬于有效的反絮凝劑和降失水劑。另外，常加入特殊化學(xué)劑以維護(hù)特殊的鉆井液性能。鈣處理體系。雙價(jià)離子如鈣、鎂等常被加入鉆井液中以抑制地層中粘土和頁(yè)巖的膨脹和分散。聚合物體系。在絮凝鉆井液中，一般使用長(zhǎng)鏈、高分子量化學(xué)劑能夠有效的增加粘度，降低失水和穩(wěn)定性能。低固相體系。屬于此類體系的鉆井液中，其所含固相的類型和數(shù)量都加以控制，這樣可以明顯的提高機(jī)械鉆速。飽和鹽水體系。完井修井液體系。用來最大限度的降低地層損害。它與酸有相容性，并可用作壓裂液（酸溶），具有抑制粘土膨脹保護(hù)儲(chǔ)層的作用。此體系由經(jīng)高度處理的鉆井液（封隔液）和混合鹽或清潔鹽水組成。油基鉆井液體系。常用于高溫井、深井及易出現(xiàn)卡鉆和井眼穩(wěn)定性差的井以及許多特種地區(qū)?？諝狻㈧F、泡沫和氣體體系。大多數(shù)鉆井液屬什么流體類型，寫出其流變方程。答：大多數(shù)鉆井液屬于塑形流型，其流變方程為：г-г0=μpvdv/dxг——切應(yīng)力г0——?jiǎng)忧袘?yīng)力μpv——塑形粘度說明靜切力、動(dòng)切力、表觀粘度、塑性粘度的物理意義。怎樣調(diào)整這些參數(shù)。答：靜切力是使鉆井液開始流動(dòng)所需的最低切應(yīng)力，它是鉆井液靜止時(shí)單位面積上所形成的連續(xù)空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的量度。調(diào)整鉆井液中粘土的含量及分散度，加無機(jī)電解質(zhì)調(diào)整粘土顆粒間的靜電斥力和水化膜斥力，加降粘劑等措施可調(diào)整鉆井液靜切應(yīng)力。動(dòng)切力是延長(zhǎng)流變曲線直線段與切應(yīng)力軸相交得的假像值，反映鉆井液處于層流狀態(tài)時(shí)鉆井液中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的量度。調(diào)整方法與靜切力相同。表觀粘度又稱視粘度或有效粘度，它是在某一流速梯度下剪切應(yīng)力與相應(yīng)流速梯度的比值。鉆井液在不同流速下的表觀粘度是不同的。表觀粘度的調(diào)整采用調(diào)節(jié)動(dòng)切力和塑形粘度的辦法。塑性粘度是塑性流體流變曲線段斜率的倒數(shù)。它不隨剪切力而變化，相當(dāng)于體系中結(jié)構(gòu)拆散速度等于恢復(fù)速度時(shí)的粘度。塑性粘度由鉆井液中的固相含量、固相顆粒的形狀和分散程度、表面潤(rùn)滑性及液相本身的粘度等因素決定。體系中塑性粘度太高需要降低時(shí)，一般使用固控設(shè)備降低固相含量，增加體系的抑制性，降低活性固相的分散度；如急需降低可加水稀釋。如果要提高體系的塑性粘度可加入高分子有機(jī)聚合物增粘劑。今有一種液體在管中作層流流動(dòng)，管長(zhǎng)L＝15cm的管段兩端壓差△P=3kPa,求半徑R＝3cm處的液層所受的剪切應(yīng)力是多少？答：鉆井液的流態(tài)對(duì)鉆井作業(yè)影響如何？答：鉆井液流態(tài)與鉆井工程關(guān)系密切。層流和紊流都不利于巖屑的攜帶，改性層流有利于巖屑攜帶，使井眼凈化，對(duì)井壁沖刷較輕。鉆井液具有剪切稀釋特性，在鉆頭水眼處紊流磨阻小，有利于提高鉆速，而在環(huán)空中有利于巖屑和加重材料的懸浮等。但終切不能太大，否則影響開泵和產(chǎn)生壓力激動(dòng)等。從靜濾失方程分析影響靜濾失量的因素。答：由靜濾失方程可以清楚的分析影響濾失量的各種因素。濾失時(shí)間：鉆井液的濾失量與濾失時(shí)間的平方根成正比。壓差：濾失量應(yīng)該與壓差的平方根成正比變化。但在泥餅的情況下要根據(jù)泥餅的性質(zhì)決定。溫度：溫度升高引起濾液黏度下降，導(dǎo)致濾失速率增加。固相含量及類型：濾餅中固相含量越低，濾失量越少。濾餅的滲透率：是影響鉆井液濾失量的主要因素。控制濾失量最好的方法是控制濾餅的滲透性。降濾失劑是如何起降濾失作用的？答：護(hù)膠作用增加鉆井液中粘土顆粒的水化膜厚度，降低濾失量。提高濾液粘度，降低濾失量。降濾失劑分子本身的堵孔作用。引起井壁不穩(wěn)定的因素有哪些？答：地質(zhì)因素：異常壓力地層的壓力釋放，鉆遇地質(zhì)破碎帶、斷層、含有大量微裂縫地層及煤層等。工程因素：鉆井液排量過大，沖蝕井壁；起下鉆太快，造成壓力激動(dòng)，壓裂地層；鉆井液液柱壓力低于底層壓力及鉆井液浸泡時(shí)間過長(zhǎng)等。泥、頁(yè)巖的水化膨脹造成井壁不穩(wěn)定。從鉆井液角度出發(fā)，為了防止井塌應(yīng)采取什么措施。答：應(yīng)采取三方面的措施：鉆井液中加入K+、NH4+無機(jī)陽離子鉆井液中加入高聚物利用瀝青類物質(zhì)在井壁上起封堵作用說明鉆井液固相對(duì)鉆速的影響。答：鉆井液中的固相含量對(duì)鉆速的影響：鉆速隨固相含量升高而下降。研究表明，固相含量每降低1﹪，鉆速至少可以提高10﹪。固相類型對(duì)鉆速的影響：砂子、重晶石等惰性固相對(duì)鉆速影響較小，鉆屑、低造漿率的劣質(zhì)土的影響居中，而高造漿率粘土的影響最大。小于1μm的溶膠顆粒對(duì)鉆速的影響最大。固相控制設(shè)備有幾種，各自的使用范圍如何？答：鉆井液固相控制設(shè)備主要有：振動(dòng)篩：主要清除0.5mm以上的巖屑和沙粒。旋流分離器：按被分離顆粒的大小又分為：（1）旋流除砂器，分離直徑在74μm以上的固相顆粒；（2）旋流除泥器，分離直徑在10～74μm的固相顆粒；（3）微型旋流分離器，分離5～10μm的固相顆粒。離心分離機(jī)：它主要清除加重鉆井液中的固相和從加重鉆井液中回收重晶石等加重材料。引起油氣儲(chǔ)層損害的主要原因是什么？怎樣預(yù)防。答：（1）外來流體中的固相顆粒對(duì)儲(chǔ)層的損害：鉆井液、完井液等外來流體中的顆粒在井內(nèi)液柱壓差下在濾餅形成前會(huì)侵入儲(chǔ)層，造成儲(chǔ)層油氣流通道堵塞，儲(chǔ)層滲透性降低。預(yù)防措施：1、實(shí)施屏蔽暫堵技術(shù)2、使用無固相清潔鹽水做完井液。（2）儲(chǔ)層內(nèi)部微粒運(yùn)移造成的損害：在流體的作用下，特別是流體的流速超過臨界流速時(shí)，儲(chǔ)層中附著在巖石表面的礦物微粒會(huì)從孔壁沖刷下來，隨流體運(yùn)移到孔喉處，對(duì)孔喉造成堵塞或橋堵。預(yù)防措施：首先要控制流體（包括儲(chǔ)層內(nèi)流體和外來流體）的流速低于臨界流速；另外在入井流體中使用粘土微粒防運(yùn)移劑。（3）儲(chǔ)層內(nèi)粘土水化膨脹，引起孔喉堵塞。預(yù)防措施：減少入井流體的濾失量，提高濾液的礦化度（提高濾液的抑制性）和使用粘土防膨劑。（4）流體的不配伍性對(duì)儲(chǔ)層的損害：不同流體相遇后會(huì)產(chǎn)生沉淀物，這些沉淀物會(huì)堵塞儲(chǔ)層孔隙喉道，造成儲(chǔ)層損害。預(yù)防措施：入井前對(duì)入井流體進(jìn)行配伍性試驗(yàn)，對(duì)配伍性差的流體進(jìn)行改性。（5）水鎖效應(yīng)：油流中的水滴在通過狹窄的孔隙喉道時(shí)，孔喉兩側(cè)必須有一定的壓差水滴才能通過，否則孔喉就被水滴堵塞。水鎖效應(yīng)是可以疊加的。故會(huì)導(dǎo)致油流阻力大大增加。盡量控制外來流體濾失量是防止發(fā)生水所效應(yīng)的有效措施。哪些完井液適用于鉆油氣儲(chǔ)層？答：由于完井液是直接與產(chǎn)層接觸的，必然會(huì)給生產(chǎn)層帶來不同程度的損害。為了減少對(duì)油氣層滲透率的損害，必須精心設(shè)計(jì)和合理使用各種完井液。無固相清潔鹽水完井液水包油完井液低膨潤(rùn)土聚合物完井液改性完井液油基完井液氣體類完井液鉆井液的流變模式主要有哪幾種，各有何特點(diǎn)？鉆井液剪切稀釋性和觸變性對(duì)鉆井工程有何作用？答：牛頓流型，塑性（賓漢）流型，假塑性（冪律）流型。牛頓流體加很小的切應(yīng)力后流體就會(huì)開始流動(dòng)，且流動(dòng)的流速梯度與切應(yīng)力成正比，塑性流體存在靜切應(yīng)力，必須施加大于流體靜切應(yīng)力的切應(yīng)力后流體才會(huì)開始流動(dòng)，當(dāng)切應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)，流變曲線出現(xiàn)直線段，流體粘度不隨切應(yīng)力改變而改變。假塑性流體不存在靜切應(yīng)力，施加很小的切應(yīng)力后流體就會(huì)開始流動(dòng)，流體粘度隨切應(yīng)力增大而減小。鉆井液的剪切稀釋性是指鉆井液在高剪切速率下變稀，低剪切速梯下邊稠的特點(diǎn)，這一特點(diǎn)對(duì)鉆井工程非常有用，當(dāng)鉆井循環(huán)時(shí)鉆井液視粘度降低，循環(huán)摩阻損失較小，在鉆頭水眼處紊流摩阻小，有利于提高鉆速，而在環(huán)空中有利于巖屑和加重材料的懸浮等。泥漿觸變性是指泥漿的切力隨攪拌后的靜止時(shí)間增長(zhǎng)而增大的特性，泥漿的剪切稀釋性越強(qiáng)，泥漿在靜止時(shí)懸浮巖屑的能力也越大。簡(jiǎn)述產(chǎn)生井塌（井壁不穩(wěn)定）的原因。防止泥、頁(yè)巖的水化問題需采取哪幾方面的措施？答：產(chǎn)生井壁不穩(wěn)定的原因有：（1）地質(zhì)因素：異常壓力地層的壓力釋放，鉆遇地質(zhì)破碎帶、斷層、含有大量微裂縫地層及煤層。（2）工程因素：鉆井液排量過大，沖蝕井壁；起下鉆太快，造成壓力激動(dòng)，壓裂地層；鉆井液液柱壓力低于地層壓力及鉆井液浸泡時(shí)間過長(zhǎng)等。（3）泥、頁(yè)巖的水化造成井壁不穩(wěn)定：泥、頁(yè)巖地層中的粘土礦物容易吸水膨脹和分散，造成井壁巖石強(qiáng)度降低，引起井壁不穩(wěn)定。防止泥、頁(yè)巖的水化問題必須采取以下幾方面的措施：（1）鉆井液中加入K+、NH4+等無機(jī)陽離子；（2）加入高聚物；（3）利用瀝青類物質(zhì)在井壁上起封堵作用。水侵和泥侵對(duì)油氣層的損害作用有哪些？在鉆井完井過程中如何防止和減少對(duì)產(chǎn)層的損害？答：水侵對(duì)油氣層的傷害有：（1）油層中的粘土成分膨脹；（2）破壞孔隙內(nèi)油流的連續(xù)性；（3）產(chǎn)生水鎖效應(yīng)、增加油流阻力；（4）在地層孔隙內(nèi)生成沉淀物。泥侵對(duì)油氣層的傷害有：（1）堵塞地層孔隙；（2）減小地層的孔隙直徑。在鉆井完井過程中防止和減少對(duì)產(chǎn)層損害的方法有：（1）針對(duì)油氣層的特點(diǎn)，確定合理的完井方法，以減少鉆井液對(duì)油氣層的浸泡時(shí)間；（2）合理選擇鉆井液密度；（3）用平衡鉆井、欠平衡鉆井法；（4）完井鉆井液中加入橋堵劑；（5）提高鉆井液礦化度；（6）使用低固相或無固相洗井液；（7）使用表面活性劑處理鉆井液；（8）使用油基鉆井液或油包水乳化鉆井液；（9）采用擠酸解堵措施。五、計(jì)算題用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)得鉆井液的Φ600＝76，Φ300＝54，計(jì)算該鉆井液的AV、PV、。答：AV=(1/2)Φ600=(1/2)×76=38(mPa.s)PV=Φ600-Φ300=76-54=22(mPa.s)。=0.511(Φ300-PV)=0.511(54-22)=16.35(Pa)第四章鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選四、簡(jiǎn)答題影響鉆進(jìn)速度的主要因素有哪些，哪些為可控制的因素？簡(jiǎn)要分析這些可控因素對(duì)鉆進(jìn)速度的影響。答：影響因素：地質(zhì)條件、巖層性質(zhì)和鉆井深度等客觀因素；鉆頭類型、鉆井液性能、水力參數(shù)、鉆壓、轉(zhuǎn)速等可控變量。鉆頭類型：因不同的鉆頭類型適用于不同的地層，選擇好鉆頭可獲得高的機(jī)械鉆速。鉆井液性能：密度增加會(huì)降低機(jī)械鉆速；粘度增加會(huì)降低機(jī)械鉆速，固相含量增加會(huì)降低機(jī)械鉆速，鉆井液的分散性增加鉆速降低。鉆壓：增加鉆壓，提高機(jī)械鉆速。轉(zhuǎn)速：增加轉(zhuǎn)速，一般機(jī)械鉆速提高，但當(dāng)鉆頭齒的接觸時(shí)間小于破碎巖石的接觸時(shí)間時(shí)，鉆速降低。寫出修正的楊格模式鉆速方程，簡(jiǎn)要分析該鉆速方程中所列因素對(duì)鉆進(jìn)機(jī)械鉆速的影響規(guī)律。答：楊格模式鉆速方程為：式中——鉆速，m/h；W——鉆壓，kN；M——門限鉆壓，kN；N——轉(zhuǎn)速，r/min；、、、、、h為無因次量。鉆速方程考慮的因素對(duì)鉆進(jìn)機(jī)械鉆速的影響規(guī)律如下：（1）巖石可鉆性：它包含了巖石強(qiáng)度，以及與可鉆性有關(guān)的鉆頭類型和泥漿性能等對(duì)鉆速的影響；可鉆性越大鉆速越高。（2）井底壓差：隨著井底壓差的增加鉆速減小。（3）單位鉆壓：隨著單位鉆壓的增加鉆速增加。（4）轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速的增加鉆速增加。（5）水力凈化和水力參數(shù)：隨著井眼凈化程度和水力能量的提高鉆速增加。（6）牙齒磨損：磨損量增加鉆速降低。什么是噴射鉆井？噴射鉆井能大幅度提高鉆速的主要原因是什么。答：簡(jiǎn)單地說噴射鉆井就是充分利用鉆井液通過噴射鉆頭所形成的高速射流的水力作用，以提高機(jī)械鉆速的一種鉆井方法。噴射鉆井的一個(gè)顯著特點(diǎn)，是從鉆頭噴嘴中噴出強(qiáng)大的鉆井液射流。它具有很高的噴射速度，具有很大的水力功率，它能給予井底巖屑一個(gè)很大的沖擊力，從而使巖屑及時(shí)迅速地離開井底，始終保持井底干凈。另當(dāng)鉆井液射流水力功率達(dá)到一定程度時(shí)，它還具有輔助鉆頭機(jī)械破巖的作用，從而使機(jī)械鉆速更進(jìn)一步地提高。五、計(jì)算題某井用直徑φ200mm24l型鉆頭鉆進(jìn)，鉆壓W＝196kN,轉(zhuǎn)速n=70r/min,井底凈化條件較好，鉆頭工作14h以后起鉆，已知Af=2.33×答：由表查得φ200mm24l型鉆頭Z1=0.0167Z2=5.94a1=0.9a2=0.392×10-4C1=3tf=14hAf=2.33×10-3某井用直徑φ200mm21l型鉆頭鉆進(jìn)，鉆壓W＝196kN,轉(zhuǎn)速n=80r/min,鉆頭工作14h以后起鉆，軸承磨損到B6級(jí)，求軸承工作系數(shù)b。答：已知某井五點(diǎn)法鉆進(jìn)試驗(yàn)的結(jié)果如下表所示：實(shí)驗(yàn)點(diǎn)123456鉆壓／kN225254254196196225轉(zhuǎn)速／(r·min-1)70601201206070鉆速(m·h-1)3132.546342430求該地區(qū)的門限鉆壓M和轉(zhuǎn)速指數(shù)。答：某井使用215.9mm鉆頭鉆進(jìn)，噴嘴流量系數(shù)C＝0.96，井內(nèi)鉆井液密度為1.42g/cm3,排量為16L／s。若要求井底比水功率為0.418kW/cm2,且三個(gè)噴嘴中擬采用一個(gè)直徑為9mm,另兩個(gè)為等徑。試求另兩個(gè)噴嘴的直徑，并計(jì)算射流水力參數(shù)和鉆頭水力參數(shù)。答：某井鉆進(jìn)215.9mm井眼，使用127mm內(nèi)平鉆桿（內(nèi)徑108.6mm）,177.8mm鉆鋌（內(nèi)徑71.4mm）100m。測(cè)得鉆井液性能ρd=1.2g/cm3,PV=0.022Pa·s,Pg=0.34MPa,Q=22L/s。試求m、a值及井深2000m時(shí)循環(huán)系統(tǒng)的壓力損耗。答：條件同題5，求允許泵壓分別為17.3MPa時(shí)鉆頭所可能獲得的壓降及相應(yīng)的噴嘴當(dāng)量直徑（噴嘴流量系統(tǒng)C＝0.96）和射流水力參數(shù)。答：已知某井用215.9mm鉆頭鉆進(jìn)，井眼擴(kuò)大處井徑310mm,鉆桿外徑127mm,排量21L/s。鉆井液密度1.16g/cm3,其范氏粘度計(jì)600、300r/min的讀數(shù)分別為65、39。巖屑密度2.52g/cm3，平均粒徑6mm。試校核巖屑舉升效率。答：某井采用215.9mm鉆頭鉆進(jìn)（噴嘴流量系數(shù)C＝0.98），177.8鉆鋌（內(nèi)徑71.4mm）120m,所用鉆桿為127mm內(nèi)平鉆桿（內(nèi)徑108.6mm）。井隊(duì)配備有兩臺(tái)NB－1000鉆井泵，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)而言，地面泵壓以不超過18MPa較合適；Kg取值1.07×10-３MPa·s1.8。預(yù)計(jì)鉆進(jìn)到4000m處鉆井液密度為1.64g/cm3,塑性粘度0.0047Pa·s。試按最大鉆頭水功率方式對(duì)該井深處進(jìn)行水力參數(shù)設(shè)計(jì)。要求環(huán)空返速不低于0.7m/s。答：射流為什么能提高機(jī)械鉆速？當(dāng)鉆井泵處在額定泵壓狀態(tài)時(shí)(Ps=Pr)，試推導(dǎo)獲得最大鉆頭水馬力（Nbmax）的條件。答：射流沖到井底以后能產(chǎn)生兩種凈化井底的作用，其一是射流對(duì)巖屑的沖擊壓力作用，其二是射流在井底產(chǎn)生漫流對(duì)巖石起橫推作用，使巖屑迅速離開井底，保持井底干凈，避免鉆頭重復(fù)破碎巖石。當(dāng)?shù)貙虞^軟時(shí)射流會(huì)產(chǎn)生直接的破巖作用，從而提高了鉆進(jìn)速度。當(dāng)泥漿泵處在額定泵壓狀態(tài)時(shí)(Ps=Pr)，鉆頭水功率可以用下式表示：獲得最大鉆頭水馬力（Nbmax）的條件是：即：可得：這就是額定泵壓狀態(tài)下獲得最大鉆頭水馬力的條件。第五章井眼軌道設(shè)計(jì)與軌跡控制四、簡(jiǎn)答題井眼軌跡的基本參數(shù)有哪些？為什么將它們稱為基本參數(shù)？答：井眼軌跡基本參數(shù)包括：井深、井斜角、井斜方位角。這三個(gè)參數(shù)足夠表明井眼中一個(gè)測(cè)點(diǎn)的具體位置。方位與方向的區(qū)別何在？請(qǐng)舉例說明。井斜方位角有哪兩種表示方法？二者之間如何換算？答：方位都在某個(gè)水平面上，而方向則是在三維空間內(nèi)（當(dāng)然也可能在水平面上）。方位角表示方法：真方位角、象限角。方位線位置真方位角與象限角關(guān)系第一象限真方位角＝象限角第二象限真方位角＝180°－象限角第三象限真方位角＝180°＋象限角第四象限真方位角＝360°－象限角水平投影長(zhǎng)度與水平位移有何區(qū)別？視平移與水平位移有何區(qū)別?答：水平投影長(zhǎng)度是指井眼軌跡上某點(diǎn)至井口的長(zhǎng)度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影長(zhǎng)度。水平位移是指軌跡上某點(diǎn)至井口所在鉛垂線的距離，或指軌跡上某點(diǎn)至井口的距離在水平面上的投影。在實(shí)鉆井眼軌跡上，二者有明顯區(qū)別，水平長(zhǎng)度一般為曲線段，而水平位移為直線段。視平移是水平位移在設(shè)計(jì)方位上的投影長(zhǎng)度。狗腿角、狗腿度、狗腿嚴(yán)重度三者的概念有何不同？答：狗腿角是指測(cè)段上、下二測(cè)點(diǎn)處的井眼方向線之間的夾角（注意是在空間的夾角）。狗腿嚴(yán)重度是指井眼曲率，是井眼軌跡曲線的曲率。垂直投影圖與垂直剖面圖有何區(qū)別？答：垂直投影圖相當(dāng)于機(jī)械制造圖中的側(cè)視圖，即將井眼軌跡投影到鉛垂平面上；垂直剖面圖是經(jīng)過井眼軌跡上的每一點(diǎn)做鉛垂線所組成的曲面，將此曲面展開就是垂直剖面圖。為什么要規(guī)定一個(gè)測(cè)段內(nèi)方位角變化的絕對(duì)值不得超過180？實(shí)際資料中如果超過了怎么辦？答：因?yàn)榧僭O(shè)一個(gè)測(cè)段內(nèi)方位角沿順時(shí)針變化超過180o時(shí)，沿逆時(shí)針其變化則小于180o，所以一個(gè)測(cè)段內(nèi)方位角變化的絕對(duì)值不得超過180o。實(shí)際資料中超過了，則可用如下方法計(jì)算：當(dāng)Фi-Фi-1＞180o時(shí)，△Фi=Фi-Фi-1-360o當(dāng)Фi-Фi-1＜-180o時(shí)，△Фi=Фi-Фi-1+360o測(cè)斜計(jì)算，對(duì)一個(gè)測(cè)段來說，要計(jì)算那些參數(shù)？對(duì)一個(gè)測(cè)點(diǎn)來說，需要計(jì)算哪些參數(shù)？測(cè)段計(jì)算與測(cè)點(diǎn)計(jì)算有什么關(guān)系？答：測(cè)斜時(shí)，對(duì)一個(gè)測(cè)段來說，需要計(jì)算的參數(shù)有五個(gè)：垂增、平增、N坐標(biāo)增量、E坐標(biāo)增量和井眼曲率；對(duì)一個(gè)測(cè)點(diǎn)來說，需要計(jì)算的參數(shù)有七個(gè)：五個(gè)直角坐標(biāo)值（垂深、水平長(zhǎng)度、N坐標(biāo)、E坐標(biāo)、視平移）和兩個(gè)極坐標(biāo)（水平位移、平移方位角）。軌跡計(jì)算時(shí)，必須首先算出每個(gè)測(cè)段的坐標(biāo)增量，然后才能求得測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值。平均角法與校正角法有什么區(qū)別？實(shí)際計(jì)算結(jié)果可能有什么差別？答：平均角法假設(shè)測(cè)段是一條直線，該直線的方向是上下二測(cè)點(diǎn)處井眼方向的“和方向”（矢量和）。校正平均角法假設(shè)測(cè)段形狀為一條圓柱螺線。校正平均角法的計(jì)算公式是在平均角計(jì)算公式的基礎(chǔ)上加入了校正系數(shù)。直井軌跡控制的主要任務(wù)是什么？答：直井軌跡控制的主要任務(wù)就是要防止實(shí)鉆軌跡偏離設(shè)計(jì)的鉛垂直線。一般來說實(shí)鉆軌跡總是要偏離設(shè)計(jì)軌道的，問題在于能否控制井斜的度數(shù)或井眼的曲率在一定范圍之內(nèi)。引起井斜的地質(zhì)原因中最本質(zhì)的兩個(gè)因素是什么？二者如何起作用？答：最本質(zhì)的兩個(gè)因素是地層可鉆性的不均勻性和地層的傾斜。沉積巖都有這樣的特征：垂直層面方向的可鉆性高，平行層面方向的可鉆性低。在地層傾斜的情況下，當(dāng)?shù)貙觾A角小于45°時(shí)，鉆頭前進(jìn)方向偏向垂直地層層面的方向，于是偏離鉛垂線；當(dāng)傾角超過60°以后，鉆頭前進(jìn)方向則是沿著平行地層層面方向下滑，也要偏離鉛垂線；當(dāng)?shù)貙觾A角在45°～60°之間時(shí)，井斜方向?qū)俨环€(wěn)定狀態(tài)。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)？答：鉆具導(dǎo)致井斜的主要因素是鉆具的傾斜和彎曲。導(dǎo)致鉆具傾斜和彎曲的主要因素：首先，由于鉆具直徑小于井眼直徑，鉆具和井眼之間有一定的間隙。其次，由于鉆壓的作用，下部鉆具受壓后必將靠向井壁一側(cè)而傾斜。井徑擴(kuò)大如何引起井斜？如何防止井徑擴(kuò)大？答：井眼擴(kuò)大后，鉆頭可在井眼內(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，于是轉(zhuǎn)頭軸線與井眼軸線不重合，導(dǎo)致井斜。要防止井徑擴(kuò)大，首先要有好的鉆井液護(hù)壁技術(shù)；其次可以搶在井徑擴(kuò)大以前鉆出新的井眼。滿眼鉆具組合控制井斜的原理是什么?它能使井斜角減小嗎？答：滿眼鉆具組合采用在鉆鋌上適當(dāng)安裝扶正器（近鉆頭扶正器、中扶正器、上扶正器、第四扶正器），采用扶正器組合的辦法解決井斜問題。滿眼鉆具組合并不能減小井斜角，只能做到使井斜角的變化（增斜或?qū)⑿保┖苄』虿蛔兓?。鐘擺鉆具組合控制井斜的原理是什么？為什么使用它鉆速很慢？答：鐘擺鉆具組合在鉆柱的下部適當(dāng)位置加一個(gè)扶正器，該扶正器支撐在井壁上，使下部鉆柱懸空，則該扶正器以下的鉆柱就好像一個(gè)鐘擺，也要產(chǎn)生一個(gè)鐘擺力。此鐘擺力的作用是使鉆頭切削井壁的下側(cè)，從而使新鉆的井眼不斷降斜。鐘擺鉆具組合的性能對(duì)鉆壓特別敏感。鉆壓加大，則增斜力加大，鐘擺力減小。鉆壓再增大，還會(huì)將扶正器以下的鉆柱壓彎，甚至出現(xiàn)新的接觸點(diǎn)，從而完全失去鐘擺組合的作用。所以鐘擺鉆具組合在使用中必須嚴(yán)格控制鉆壓，故鉆速很慢。定向井如何分類？常規(guī)二維定向井包括哪些？答：根據(jù)軌道的不同，定向井可分為二維定向井和三維定向井兩大類，按照井斜角的大小，可將定向井分為三類：井斜角在15°～30°的屬小傾斜角定向井；井斜角在30°～60°的屬中傾斜角定向井；井斜角超過60°的屬大傾斜角定向井。常規(guī)二維定向井軌道有四種類型：三段式、多靶三段式、五段式和雙增式。從鉆井工藝的角度看，定向井的最大井斜角是大點(diǎn)好還是小點(diǎn)好？答：在可能的條件下，盡量減小最大井斜角，以便減小鉆井的難度。但最大井斜角不得小于15°，否則井斜方位不易穩(wěn)定。多靶三段式與三段式有何區(qū)別？軌道設(shè)計(jì)方法有何不同？答：多靶三段式的軌道給定條件中，沒有目標(biāo)的水平位移。多靶三段式在設(shè)計(jì)中需要求出目標(biāo)點(diǎn)的水平位移，確定地面上的井位，所以被稱為“倒推設(shè)計(jì)法”。軌道設(shè)計(jì)的最終結(jié)果包括哪些內(nèi)容？答：設(shè)計(jì)結(jié)果包括：井斜角/°、垂增/m、垂深/m、平增/m、平移/m、段長(zhǎng)/m和井深/m。動(dòng)力鉆具造斜工具有哪幾種形式？他們的造斜原理有何共同之處？答：動(dòng)力鉆具又稱井下馬達(dá)，包括渦輪鉆具、螺桿鉆具、電動(dòng)鉆具三種。動(dòng)力鉆具接在鉆鋌之下，鉆頭之上。在鉆井液循環(huán)通過動(dòng)力鉆具時(shí)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)破碎巖石。動(dòng)力鉆具以上的整個(gè)鉆柱都可以不旋轉(zhuǎn)。這種特點(diǎn)對(duì)于定向造斜非常有利。螺桿鉆具在定向井造斜方面有何優(yōu)點(diǎn)？答：螺桿鉆具的扭矩與壓力降成正比。壓力降可從泵壓表上讀出，扭矩則反映所加鉆壓的大小，所以可以看著泵壓表打鉆。根據(jù)泵壓表上的壓力降還可以換算出鉆頭上的扭矩，從而可以較為準(zhǔn)確的求得反扭矩。這是螺桿鉆具在定向鉆井應(yīng)用中的突出優(yōu)點(diǎn)。變向器與射流鉆頭造斜原理有什么不同？它們能連續(xù)造斜嗎？答：變向器是鉆出小井眼擴(kuò)眼并增斜來鉆井的，射流鉆頭是利用一個(gè)大噴嘴中噴出的強(qiáng)大射流形成的沖擊來造斜的，它們不能連續(xù)造斜。BHA是什么意思？它有什么用途？答：BHA（BottomHoleAssembly）為靠近鉆頭的那部分鉆具，稱為“底部鉆具組合”。BHA是定向造斜的關(guān)健，通過它進(jìn)行定向井軌跡控制。軌跡控制的三個(gè)階段的主要任務(wù)各是什么？答：（1）打好垂直井段。在鉆垂直井段時(shí)要求實(shí)鉆軌跡盡可能接近鉛垂線，也就是要求井斜角盡可能小。（2）把好定向井造斜關(guān)。如果定向造斜段的方位有偏差，則會(huì)給以后的軌跡控制造成巨大困難。所以定向造斜是關(guān)鍵。（3）跟蹤控制到靶點(diǎn)。從造斜段結(jié)束，至鉆完全井，都屬于跟蹤控制階段。這一階段的任務(wù)是在鉆進(jìn)過程中，不斷了解軌跡的變化發(fā)展情況，不斷地使用各種造斜工具或鉆具組合，對(duì)井眼軌跡進(jìn)行控制，原則就是既要保證中靶，又要加快鉆速。高邊方向與裝置方向線各是怎樣形成的？這兩條線是否處在同一平面上?答：我們假設(shè)造斜工具放在井內(nèi)時(shí)不受井眼地限制，鉆頭將在井底地外面。旋轉(zhuǎn)鉆柱，則鉆頭中心點(diǎn)將畫出一個(gè)與井底圓同心地圓。井底圓上地最高點(diǎn)與圓心的連線稱為“高邊方向線”，轉(zhuǎn)頭中心與圓心的連線稱為“裝置方向線”。兩條線都在井底平面上。裝置角有什么重要意義？當(dāng)裝置角等于240時(shí)，井眼軌跡將如何發(fā)展？答：可以根據(jù)裝置角算出鉆具的高邊，確定鉆頭的位置。有了裝置角為什么還要有裝置方位角？它們之間有什么關(guān)系？答：裝置方位角可以正確指出彎接頭在井下的裝置角的大小。裝置方位角是裝置角與井斜方位角之和。動(dòng)力鉆具反扭角是如何產(chǎn)生的？為什么反扭角總是使裝置角減小？答：動(dòng)力鉆具在工作中，液流作用于轉(zhuǎn)子并產(chǎn)生扭矩，傳給鉆頭去破碎巖石。液流同時(shí)也作用于定子，使定子受到一反扭矩。此反扭矩將有使鉆柱旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，但由于鉆柱在井口處是被鎖住的，所以只能扭轉(zhuǎn)一定的角度，此角度稱為反扭角。什么是定向？定向的目的和意義是什么？答：定向就是把造斜工具的工具面擺在預(yù)定的定向方位線上。在扭方位計(jì)算中，我們可以算出造斜工具的定向方位角，定向可以知道造斜工具在井下的狀況，以及使造斜工具的工具面正好處在預(yù)定的定向方位。井下定向的工藝過程有哪些？答：井下定向法是先用正常下鉆法將造斜工具下到井底，然后從鉆柱內(nèi)下入儀器測(cè)量工具面在井下實(shí)際方位；如果實(shí)際方位與預(yù)定方位不符，亦可在地面上通過轉(zhuǎn)盤將工具面扭到預(yù)定的定向方位上。定向鍵法是如何使測(cè)量?jī)x器中羅盤的”發(fā)線”與造斜工具的工具面對(duì)準(zhǔn)？答：在測(cè)量?jī)x器的羅盤面上有一個(gè)“發(fā)線”，在測(cè)量?jī)x器的最下面有一個(gè)“定向鞋”，定向鞋上有一個(gè)“定向槽”，在儀器安裝時(shí)使“發(fā)線”與“定向槽”在同一個(gè)母線上對(duì)齊。當(dāng)儀器下到井底時(shí)，定向鞋的特殊曲線將使定向槽自動(dòng)卡在定向鍵上，從而使羅盤面上的發(fā)線方位能表示造斜工具的工具面方位。無磁鉆鋌在定向中的作用是什么？什么情況下需要使用無磁鉆鋌？答：使用無磁鉆鋌是為了消除鉆鋌磁性對(duì)磁性測(cè)斜儀的影響。在安裝磁性測(cè)量裝置的位置，應(yīng)使用無磁鉆鋌。水平井分類的依據(jù)是什么?為什么要分類？答：水平井的分類是根據(jù)從垂直井段向水平井段轉(zhuǎn)彎時(shí)的轉(zhuǎn)彎半徑（曲率半徑）的大小進(jìn)行的。因?yàn)楦黝愃骄那拾霃讲煌?，鉆井所用的設(shè)備、工具和方法不同，固井、完井方法也不一樣。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?答：（1）水平井的軌跡控制要求高，難度大。要求高，是指軌跡控制的目標(biāo)區(qū)要求高。水平井的目標(biāo)區(qū)是一個(gè)扁平的立方體，不僅要求井眼準(zhǔn)確進(jìn)入窗口，而且要求井眼的方位與靶區(qū)軸線一致，俗稱“矢量中靶”。難度大，是指在軌跡控制過程中存在“兩個(gè)不確定性因素”。一是目標(biāo)垂深的不確定性；二是造斜工具的造斜率的不確定性。這兩個(gè)不確性的存在，對(duì)直井和普通定向井來說，不會(huì)有很大的影響，但對(duì)水平井來說，則可能導(dǎo)致脫靶。（2）管柱受力復(fù)雜。由于井眼的井斜角大，井眼曲率大，管柱在井內(nèi)運(yùn)動(dòng)將受到巨大的摩阻，致使起下鉆困難，下套管困難，給鉆頭加壓困難；在大斜度和水平井段需要使用“倒裝鉆具”，下部的鉆桿將受軸向壓力，壓力過大將出現(xiàn)失穩(wěn)彎曲，彎曲之后摩阻更大；摩阻力、摩扭矩和彎曲應(yīng)力將顯著增大，使鉆柱的受力分析、強(qiáng)度設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核比直井和普通定向井更為復(fù)雜；由于彎曲應(yīng)力很大，在鉆柱旋轉(zhuǎn)條件下應(yīng)力交變,將加劇鉆柱的疲勞破壞。（3）鉆井液密度選擇范圍變小，容易出現(xiàn)井漏和井塌。地層的破裂壓力和坍塌壓力隨井斜角和井斜方位角而變化；在水平井段，地層破裂壓力不變，而隨著水平井段的增長(zhǎng)，井內(nèi)鉆井液液柱的激動(dòng)壓力和抽吸壓力將增大，也將導(dǎo)致井漏和井塌。（4）巖屑攜帶困難。由于井眼傾斜，巖屑在上返過程中將沉向井壁的下側(cè)，堆積起來，形成“巖屑床”。特別是在井斜角45°～60°的井段，已形成的“巖屑床”會(huì)沿井壁下側(cè)向下滑，形成嚴(yán)重的堆積，從而堵塞井眼。（5）井下纜線作業(yè)困難。在大斜度和水平井段，測(cè)井儀器不可能依靠自重滑到井底。（6）保證固井質(zhì)量的難度大。一方面由于大斜度和水平井段的套管在自重下貼在下井壁，居中困難；另一方面鉆井液在凝固過程中析出的自由水將集中在井眼上側(cè)，從而形成一條沿井眼上側(cè)的“水槽”，大大影響固井質(zhì)量。（7）完井方法選擇和完井工藝難度大。水平井井眼曲率較大時(shí)，套管將難以下入，無法使用射孔完井法，將不得不采用裸眼完井或篩管完井法等。這將使完井方法不能很好地與地層特性相適應(yīng)，將給采油工藝帶來難度。定向井方位與方向的區(qū)別何在？井斜方位角有那兩種表示方法？二者之間如何換算？答：“方向”與“方位”是有區(qū)別的。方位線是水平面上的矢量，而方向線則是空間的矢量。只要講到方位、方位線、方位角，都是在某個(gè)水平面上；而方向和方向線則是在三維空間內(nèi)（當(dāng)然也可能在水平面上）。井眼方向線是指井眼軸線上某一點(diǎn)處井眼前進(jìn)的方向線。該點(diǎn)的井眼方位線則指該點(diǎn)井眼方向線在水平面上的投影。目前廣泛使用的磁性測(cè)斜儀是以地球磁北方位為基準(zhǔn)的。磁北方位與正北方位并不重合而是有個(gè)夾角，稱為磁偏角。磁偏角又分為東磁偏角和西磁偏角。東磁偏角指磁北方位線在正北方位線的東面，西磁偏角指磁北方位線在正北方位線的西面。用磁性測(cè)斜儀測(cè)得的井斜方位角稱為磁方位角，并不是真方位角，需要經(jīng)過換算求得真方位角。這種換算稱為磁偏角校正。換算的方法如下：真方位角＝磁方位角＋東磁偏角真方位角＝磁方位角－西磁偏角分析造成井斜的原因，簡(jiǎn)述控制井斜的基本方法和原理。答：造成井斜的原因主要有：（1）地質(zhì)因素a.地層可鉆性的各向異性，即地層可鉆性在不同方向上的不均勻性。b.地層可鉆性的縱向變化。C.地層可鉆性的橫向變化。（2）鉆具原因下部鉆具的傾斜和彎曲，引起鉆頭傾斜，在井底形成不對(duì)稱切削；或使鉆頭受到側(cè)向力的作用，迫使鉆頭進(jìn)行側(cè)向切削。（3）井眼擴(kuò)大井眼擴(kuò)大,鉆頭可在井眼內(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，于是鉆頭軸線與井眼軸線不重合，導(dǎo)致井斜?？刂凭钡幕痉椒ㄓ校海?）滿眼鉆具組合控制井斜如果鉆具直徑與鉆頭直徑完全相等，上述三個(gè)井斜原因就都會(huì)被克服。（2）鐘擺鉆具組合控制井斜鉆柱的下部適當(dāng)位置加一個(gè)扶正器，該扶正器支撐在井壁上，使下部鉆柱懸空，則該扶正器以下的鉆柱就好像一個(gè)鐘擺，產(chǎn)生一個(gè)鐘擺力，其作用是使鉆頭切削井壁的下側(cè)，從而使新的井眼不斷降斜。分析（圖示）斜井內(nèi)下部鉆柱的受力情況，指出作用在鉆頭上的力中哪些力為造斜力，哪些力為減斜力？各項(xiàng)同性地層中，井斜平衡角數(shù)值主要取決哪些因素？答：如圖所示為下部鉆柱在斜井內(nèi)的受力情況。井斜角為，鉆鋌靠在井壁的低邊，并在切點(diǎn)T處與井壁接觸，作用在鉆頭上的力有：鉆壓P鉆壓分解為:平行于井眼軸線的力PO=Pcos對(duì)井斜無影響垂直于井眼軸線的力Fi=Psin是增斜力鐘擺力是減斜力地層造斜力FfFf是增斜還是減降斜取決于地層傾角大小和各向異性因素。井斜平衡角的數(shù)值主要取決于三個(gè)因素：鉆壓、鉆鋌尺寸和井眼尺寸。簡(jiǎn)述定向井剖面的具體設(shè)計(jì)方法。所設(shè)計(jì)的井眼曲率要受到哪些因素的制約，為什么？答：具體方法：（1）掌握原始資料主要是該地區(qū)的地質(zhì)剖面，地表對(duì)井位的限制條件，目的層位的垂直井深和總的水平位移，自然造斜規(guī)律，工具的造斜能力，鉆井技術(shù)水平以及故障提示等。（2）根據(jù)井身剖面確定原則，選定一個(gè)井身剖面類型。（3）根據(jù)原始資料選定造斜點(diǎn)的位置，并確定造斜率和將斜率的大小。（4）確定最大井斜角（5）計(jì)算剖面上各井段的井斜角，方位角，垂直井深，水平位移。（6）校核井眼曲率，使其滿足對(duì)各種條件的限制，并作出井身的控制圓柱。井眼曲率的限制：（1）井下動(dòng)力鉆具的限制,應(yīng)力問題。（2）套管的限制，應(yīng)力問題。（3）測(cè)井及完井的限制，下入問題。（4）起下鉆阻卡及鍵槽的限制，高摩阻問題。簡(jiǎn)述定向井扭方位作業(yè)中裝置角的定義及其對(duì)方位和井斜的影響。答：井底平面上以高邊方位線為始邊順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到造斜工具裝置方向線所轉(zhuǎn)過的角度。00090027001800增斜增方位降斜增方位降斜減方位增斜減方位五、計(jì)算題井斜方位角與象限角的換算：（1）將下列方位角用象限角表示：50，90，175，200，315，0；（2）將下列象限角用方位角表示：S13.5E，S70W，N50E，N33W。答：N50oEN90oES5oES20oWN45oWN0oE166.5o250o50o327o試用兩種井眼曲率公式分別計(jì)算表中所列三個(gè)測(cè)斜的井眼曲率。測(cè)段１２３段長(zhǎng)/m３３３５３５井斜角３８０３５井斜角３８５３９方位角１５１００３０３方位角１９４１６０２９５曲率（方法1）曲率（方法２）答：求下列各測(cè)段的井斜方位角增量和平均井斜方位角。測(cè)段1234300185345102535523070200352185155105179137.5答：請(qǐng)分別用平均角法和校正平均角法完成下表數(shù)據(jù)的測(cè)斜計(jì)算。已知設(shè)計(jì)方位角。L/mN/mE/mD/mV/mDLS//30m1524.246.111.061532.2417.340.891542.8919.00358.21551.9420.120.99答：驗(yàn)算表5-1中某些測(cè)段及測(cè)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果。答：鐘擺鉆具組合扶正器最優(yōu)距離的計(jì)算。已知條件為：mm，,mm（內(nèi)徑75mm）,E=20.594Pa，=1.33kg/L，設(shè)計(jì)允許最大井斜角3，鉆壓P=120kN。試求該組合的中扶正器距離鉆頭的最優(yōu)距離。某定向井設(shè)計(jì)目標(biāo)點(diǎn)垂深800m，水平位移為200m，造斜點(diǎn)垂深500m，造斜率1.8/30m，設(shè)計(jì)軌道形狀為三段式。試設(shè)計(jì)該井軌道，并按表列項(xiàng)目計(jì)算有關(guān)未知參數(shù)。節(jié)點(diǎn)井斜角垂深水平位移井深O0000K05000500ｂ13.46722.2726.23724.33t13.468002001226.33某井?dāng)M設(shè)計(jì)為雙增軌道，設(shè)計(jì)條件如下：造斜點(diǎn)垂深，完鉆點(diǎn)垂深，完鉆點(diǎn)位移，目標(biāo)段長(zhǎng)，第一造斜率，第二造斜率。試設(shè)計(jì)該軌道，并按表列項(xiàng)目計(jì)算有關(guān)未知參數(shù)。節(jié)點(diǎn)井斜角垂深水平位移井深OKｂＣｔｄ某井?dāng)M設(shè)計(jì)為多靶三段式軌道，已知設(shè)計(jì)條件為造斜點(diǎn)垂深，目標(biāo)點(diǎn)垂深，目標(biāo)段井斜角，目標(biāo)段長(zhǎng)，給定造斜率。試設(shè)計(jì)該軌道，并按表列項(xiàng)目計(jì)算有關(guān)未知參數(shù)。節(jié)點(diǎn)井斜角垂深水平位移井深OKｂｔｄ某井鉆至2000m深處，井斜方位角102。根據(jù)軌跡控制要求，希望鉆進(jìn)100m使井斜角達(dá)到33，井斜方位角達(dá)到70。求造斜工具的裝置角和造斜率。答：cos=coscos+sinsincos=cos31Ocos33O+sin31Osin33Ocos(-32O)=0.957=0.294=16.85Ocos=(coscos-cos)/(sinsin)=(cos31cos16.85-cos33)/(sin31sin16.85)=-0.1265=-cos-1(-0.1265)=-1.44=-82.55O49.某井方位控制計(jì)算：已知目前井底井斜角22.5，井斜方位角205，造斜工具的造斜率為4.5/30m，裝置角定為95，求鉆進(jìn)120m以后的井斜角和井斜方位角值。答：由（5-70）式得cos=coscos-cossinsin=cos22.5cos18-cos95sin22.5sin18=0.889=0.476=27.27由（5-69）式得cos===0.749=0.724=41.5250.已知某井第一測(cè)點(diǎn)測(cè)深650m，井斜角7°，方位角110°；第二測(cè)點(diǎn)測(cè)深680m，井斜角11°，方位角130°。用平均角法計(jì)算兩測(cè)點(diǎn)間的垂深增量(單位：m)、北坐標(biāo)增量(單位：m)和東坐標(biāo)增量(單位：m);并計(jì)算出兩測(cè)點(diǎn)間的井眼曲率(單位：°/100m)。答：垂深增量=Lcos=30cos(9)=29.63m北坐標(biāo)增量=Lsincos=30sin(9)cos(120)=2.346m東坐標(biāo)增量=Lsinsin=30sin(9)sin(120)=4.063m井眼曲率：=16.9°/100m第六章油氣井壓力控制四、簡(jiǎn)答題在鉆井中,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：確定鉆井液密度的主要依據(jù)是地層孔隙壓力和地層破裂壓力。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。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破裂壓力。欠平衡壓力鉆井的方式有哪些？簡(jiǎn)述欠平衡壓力鉆井的特點(diǎn)、適用性及局限性。答：欠平衡壓力鉆井的方式有：（1）空氣鉆井（2）霧化鉆井（3）泡沫鉆井（4）充氣鉆井（5）邊噴邊鉆欠平衡鉆井具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如減少地層傷害，避免漏失