钻井工程理论与技术复习题1

1、第一章1. 上覆岩层压力地层某处的上覆岩层压力是该处以上的岩石基质和岩石孔隙中流体的总重力所产生的压力。2. 地层压力指岩石孔隙中的流体所具有的压力，亦称地层孔隙压力。3. 异常高压产生的机理 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

2、地层孔隙内的流体排不 出去，必然承受部分上覆岩层的重力。结果是地层流体压力升高，异常高压产生。4. 声波时差法预测地层压力的基本原理 在正常压力层段，随着地层埋藏深度增加，岩石孔隙度减小，密度增大。声波时速增大，声 波时差减小。在办对数坐标中， 声波时差随井深呈直线变化关系， 称之为正常趋势线。 进入 异常高压地层时，由于岩石欠压实， 孔隙度相对增大，则必偏离正常压力趋势线。 据此可预 测异常高压，并可根据偏离程度的大小定量计算地层压力。5. dc 指数法检测地层压力的基本原理 在正常压力阶段，若岩性和钻井条件不变，机械钻速随井深增加而减小，则 dc 指数随井深 的增大而增大。在半对数坐标中，

3、 dc 指数与井深呈线性关系，称之为正常压力趋势线。当 钻遇异常高压层，由于地层欠压实，机械钻速增大， dc 指数则相对减小，偏离正常趋势线。 根据偏离程度可计算出地层压力。6. 地层破裂压力概念能够使井下一定深度出露的地层承受流体压力的能力是有限的， 当液体 压力达到一定数值时会使地层破裂的压力称为地层破裂压力。 预测方法：休伯特和威利斯法、 马修斯和凯利法、伊顿法、黄荣樽法。液压试验：漏失压力、破裂压力、传播压力。7. 岩石强度定义： .岩石在一定条件下受外力的作用而达到破坏时的应力称为岩石在这种条件下的强度。抗拉强度V抗弯强度W抗剪强度V抗压强度复杂应力条件下：岩石在三轴应力条件下强度明

4、显增加；对于所有岩石，围压增加强度均要增大。8. 岩石的脆性和塑性：在三轴应力条件下，随着围压的增大，岩石由脆性向塑性转变，且围 压越大，岩石破坏前呈现的塑性也越大。9. 井眼周围岩石的受力包括： 上覆岩层压力地层孔隙压力水平地应力钻井液液柱压 力。第二章1钻头的性能评价指标钻头进尺（米） ：一个钻头钻进的井眼总长度。钻头工作寿命： （小时）一个钻头累计总使用 时间。机械钻速（米小时） ：一个钻头的进尺与工作寿命之比。单位进尺成本。2. 亚纶钻头在井底的运动形式及破岩机理运动形式：（ 1）在钻柱的带动下产生的公转； （2）由于牙轮安装在牙轮轴上，在公转的同时 产生自传：（ 3）纵向振动： （4

5、）牙轮钻头的三种特殊结构超顶、移轴、复锥使得牙轮在 滚动的同时产生滑动。 破岩机理：（ 1）冲击、压碎作用： 纵向振动产生的冲击力和静压力 （钻 压）一起使牙齿对底层产生冲击、压碎作用，形成体积破碎坑。（ 2）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。（ 3）射流的冲蚀作用： 高速射流对井底岩石产生冲蚀作用，辅助破碎岩石。3牙轮布置方案：非自动无滑动布置：各牙轮牙齿齿圈不啮合，单锥、不超顶，不移轴， 用于硬地层；自洗不移轴布置：各牙轮牙齿齿圈互相啮合，副锥、超顶，不移轴，用于中 硬地层；自洗移轴布置：各牙轮牙齿齿圈互相啮合，副锥、超顶，移轴，用于软地层。4.金刚石材料钻

6、头天然金刚石钻头：适用于中至坚硬地层。 PDC 钻头：软到中等硬度的均质地层，软硬交错 层、含砾石的地层不适用。5 PDC 钻头切削齿的布置方案（1）布置方案： 刮刀式布齿方式的特点是整体强度高、 抗冲击能力强、易于清洗和冷却、 排屑好、抗泥包能力强。适用于粘性或软地层。单齿式布齿方式：布齿区域大、密度高， 可以提高钻头的使用寿命，但水力清洗能力低。容易在粘性地层泥包。适用于硬地层。 组合式切削齿的布置， 具有较好的清洗、冷却和排屑能力， 布齿密度高。 这种布齿方式的钻头 多用于中等硬度地层。6.钻柱的作用及组成（1）作用：提供钻井液流动通道；给钻头提供钻压；传递扭矩；起下钻头；计量井深和长度

7、；观察和了解井下情况（钻头工作情况、井眼状况、地层情况）：进行其它特殊作业（取芯、挤水泥、打捞等）；钻杆测试，又称中途测试。（ 2）组成：钻柱使钻头以上，水龙头以下部分钢管柱的总称，它包括方钻杆、钻杆、钻铤、 各种街头及稳定器等井下工具。7钻杆街头类型：内平（IF）、贯眼（FH）、正规（REG）、NC型。8钻柱的哪些部位受力严重？a.钻进时钻柱的下部受力最为严重。B.钻进时和起下钻时井口处受力复杂。c.中性点。9.何谓钻柱的中性点？为什么要保证中性点落在钻铤上？ 中性点：钻柱上轴向力等于零的点。中性点是钻柱受拉和受压的分界点。在管柱的设计中， 我们希望中性点始终落在刚度大， 抗弯力强的钻铤上，

8、 而不是落在强度较弱的钻赶上， 使钻 杆一直处于拉伸的直线稳定状态，以免钻杆受压弯曲和受交变应力的作用。第三章1. 钻井液具有以下功用：从井底清除岩屑；冷却和润滑钻头及钻柱；造壁，维持井壁 稳定；控制地层压力；悬浮钻屑和加重材料，防止下沉；获得地层和有期资料；传 递水功率。2. 静切力t S是使钻井液开始流动所需的最低切应力，它是钻井液静止时单位面积上所形成的连续空间网架结构强度的量度。表现粘度卩Av又称视粘度或有效粘度，它是在某一流速梯度下剪切应力与相应流速梯度的比值。3. 说明瞬时滤失、动滤失、静滤失各自的涵义。钻头刚破碎井底岩石形成井眼的一瞬间， 钻井液便迅速向地层孔隙渗透。 在滤饼尚未

9、形成 的一段时间内的滤失称为瞬时滤失。 钻井液在井内循环流动时的滤失过程称为动滤失。 钻井液在静止循环时的滤失称为静滤失。4. 降滤失剂是如何起降滤失作用的？护胶作用；增加钻井液中粘土颗粒的水化膜厚度，降低滤失量；提高滤液粘度，降低滤失量；降滤失剂本身的堵孔作用。第四章1. 影响钻进速度的主要因素有哪些（1 ）门限钻压； （ 2）转速指数； （ 3）牙齿磨损：牙齿磨损量以牙齿的相对磨损高度表示，新钻头时h=0;牙齿全部磨损时h=1。（4）水力因素：水力净化系数、比水功率；（5）钻井液性能：密度：压差影响系数、压持效应：在正压差作用下，井底岩屑难以离开井底，造 成重复破碎现象，钻速降低。此称为压

10、持效应。粘度；固相含量及分散性。2. 钻速方程（修正的杨格模式） 3五点法钻速试验确定门限钻压和转速指数。4. 喷射式钻头的水力特性钻井液从钻头普通喷嘴流出形成射流为淹没非自由射流；射流扩散角、速度分布规律；射流对井底的作用： A、射流的特性；B、射流对井底的清洗作用； C、射流对井底的破 坏作用射流对井底的清洗作用： 射流的冲击压力作用、 漫流的横推作用。射流水力参数: 射流喷射速度、射流冲击力、射流水功率。钻头水力参数：钻头压力降、钻头水功率。5. 提高钻头水力参数的途径（1 ）提高泵压ps和泵功率Ps（ 2）降低压耗循环系数 K1:使用低密度钻井液；减小钻 井液粘度；适当增大管路直径。（3）增大钻头压降系数 Kb，唯一有效的途径是减小喷嘴直径。（4）优选排量Q:排量的增大将使钻头压降和钻头水功率增大，但也使循环系统压