钻井工程-课外作业

1、钻井工程书面作业第一章习题1、简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层孔隙压力和基岩应力三者之间的关系。答：地下压力包括静液压力 、上覆岩层压力 、地层压力 和基岩应力 等。静液压力是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。地层某处的上覆岩层压力是指该处以上地层岩石基质和空隙中流体的总重力所产生的压力。基岩应力是指由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那部分上覆岩层压力，也称有效上覆岩层压力或颗粒间压力，这部分压力是不被孔隙水所承担的。上覆岩层的重力是由岩石基质（基岩）和岩石孔隙中的流体共同承担的，即上覆岩层压力是地层压力与基岩应力的和：不管什么原因使基岩应

2、力降低时，都会导致孔隙压力增大。2、简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。答：沉积物的压缩过程是由上覆沉积层的重力所引起的。随着地层的沉降，上覆沉积物重复地增加，下覆岩层就逐渐被压实。如果沉积速度较慢，沉积层内的岩石颗粒就有足够的时间重新排列，并使孔隙度减小，空隙中的过剩流体被挤出。如果是“开放”的地质环境，被挤出的流体就沿着阻力小的方向，或向着低压高渗的方向流动，于是便建立了正常的静液压力环境。这种正常沉积压实的地层，随着地层埋藏深度的增加，岩石越致密，密度越大，孔隙度越小。 在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就被破坏。如果沉积速度很快，岩石颗粒就没有足够的时间去

3、排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力。由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没有增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应由岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力，从而导致了异常高压。3、简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、孔隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。答：正常压实的地层中，随着地层的沉降，上覆沉积物重复的增加，下覆岩层就逐渐的被压实。所以随着地层埋藏深度的增加，即随井深的增加，地层中岩石密度逐渐变大，而岩石的空隙度变小。而随着地层埋藏深度的增加，围压增大，对所有岩石，当围压增大时强度均增大，即随着井深的增加，岩石的强度增大。常用声波

4、到达井壁上不同深度的两点所用的时间之差来表示声波在地层中传播的快慢，即声波时差。在正常地层压力井段，随着井深增加，岩石的空隙度减小，声波速度增大，声波时差减小。在正常地层压力情况下，机械钻速随井深增加而减小，d指数随井深增加而增大。因为dc指数只是对d指数因钻井液密度不同而做的修正，所以dc指数也随井深的增加而增大。4、解释地层破裂压力的概念，怎样根据液压试验曲线确定地层破裂压力？答：在井下一定深度的裸露地层，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，这个液体压力称为地层破裂压力。在确定地层破裂压力的液压试验曲线中，开始偏离原始直线点的压力称为漏失压力。试验曲线上达到最

5、高点时的压力称为破裂压力，这时地层开始破裂。通常将漏失压力与第一个砂层深度的比值作为该处砂层的地层破裂压力梯度，并以此作为确定井控作业的关井压力依据。5、岩石的塑性系数是怎样定义的？简述脆性、塑脆性和塑型岩石在压入破碎时的特性。答：岩石的塑性系数是用来定量表征岩石塑性及脆性大小的参数。塑性系数为岩石破碎前耗费的总功与岩石破碎前弹性变形功的比值。塑性岩石在外力压入时，岩石只改变形状和大小而不破坏自身的连续性；脆性岩石当外力压入时，岩石直至破碎无明显的形状改变；而塑脆性岩石受外力作用时首先发生形状改变，当外力达到一定程度后岩石破碎。第二章习题答：先根据 =1-1.28/7.8=0.8359,由 计

6、算中性点得LN=180000/（0.8359*1632）=131.45米，按每根钻挺10米计算，则至少需要140 米钻挺。答：由钻柱任意截面上的轴向拉力 得出钻柱和钻挺结合处的拉力FW=(1-1.38/7.8)*(0+0.13624*200)-14=8.428(吨)，所以由线性关系易知（0，-14），（LN,0）,(200,8.428)可假设在钻挺的轴线上。得LN=124.85米。1500-124.85=1375.16米，所以中性点在井深1375.16米处。第三章习题4、说明静切力、动切力、表观粘度、塑性粘度的物理意义。怎样调整这些参数？答：静切力是使钻井液开始流动所需的最低切应力，它是钻井液

7、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。调整钻井液中粘土的含量及分散度，加无机电解质调整粘土颗粒间的静电斥力和水化膜斥力，加降粘剂等措施可调整钻井液静切应力。动切力是延长流变曲线直线段与切应力轴相交得的假像值，反映钻井液处于层流状态时钻井液中网状结构强度的量度。调整方法与静切力相同。表观粘度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。钻井液在不同流速下的表观粘度是不同的。表观粘度的调整采用调节动切力和塑形粘度的办法。塑性粘度是塑性流体流变曲线段斜率的倒数。它不随剪切力而变化，相当于体系中结构拆散速度等于恢复速度时的粘度。塑性粘度由钻井液中的固相含量、固相

8、颗粒的形状和分散程度、表面润滑性及液相本身的粘度等因素决定。体系中塑性粘度太高需要降低时，一般使用固控设备降低固相含量，增加体系的抑制性，降低活性固相的分散度；如急需降低可加水稀释。如果要提高体系的塑性粘度可加入高分子有机聚合物增粘剂。 10、降滤失剂是如何起降滤失作用的？答：（1）它的护胶作用可以起到降滤失作用（2）增加钻井液中粘土颗粒的水化膜厚度，降低滤失量（3）提高滤液粘度，降低滤失量。（4）将滤失剂本身的堵孔作用。15、引起油气储层损害的主要原因是什么？怎样预防？答：（1） 外来流体中的固相颗粒对储层的损害：钻井液、完井液等外来流体中的颗粒在井内液柱压差下在滤饼形成前会侵入储层，造成储

9、层油气流通道堵塞，储层渗透性降低。预防措施：1、实施屏蔽暂堵技术2、使用无固相清洁盐水做完井液。（2）储层内部微粒运移造成的损害：在流体的作用下，特别是流体的流速超过临界流速时，储层中附着在岩石表面的矿物微粒会从孔壁冲刷下来，随流体运移到孔喉处，对孔喉造成堵塞或桥堵。预防措施：首先要控制流体（包括储层内流体和外来流体）的流速低于临界流速；另外在入井流体中使用粘土微粒防运移剂。（3）储层内粘土水化膨胀，引起孔喉堵塞。预防措施：减少入井流体的滤失量，提高滤液的矿化度（提高滤液的抑制性）和使用粘土防膨剂。（4） 流体的不配伍性对储层的损害：不同流体相遇后会产生沉淀物，这些沉淀物会堵塞储层孔隙喉道，造

10、成储层损害。预防措施：入井前对入井流体进行配伍性试验，对配伍性差的流体进行改性。（5） 水锁效应：油流中的水滴在通过狭窄的孔隙喉道时，孔喉两侧必须有一定的压差水滴才能通过，否则孔喉就被水滴堵塞。水锁效应是可以叠加的。故会导致油流阻力大大增加。尽量控制外来流体滤失量是防止发生水所效应的有效措施。第四章习题第五章习题26、有了装置角为什么还要有装置方位角？它们之间有什么关系？答：装置方位角可以正确指出弯接头在井下的装置角的大小。装置方位角是装置角与井斜方位角之和。第六章习题4、地层流体侵入的原因及其预防。答：造成井底有效压力降低，进而导致地层流体进入井眼的原因有多种，主要为：（1）钻井液密度低；

11、（2）环空钻井液液柱降低； （3）起钻抽汲； （4）停止循环。要预防地层流体的侵入，就要使井底有效压力不小于地层压力值：首先钻井液密度不小于地层压力当量密度与安全系数之和；保持钻井液液柱高度不降，起下钻要平稳等。7、简述地层流体侵入井眼的征兆。答：地层液体侵入井眼的征兆有：（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。12、井底常压法压井的原则是什么？答：原则是保持井底常压，就是在

12、压井过程中井底压力略大于地层压力并且使井底压力保持不变。13、压井方法的选择依据是什么？答：压井是二次井控技术的核心内容，井下作业井控压井技术主要包括地层压力的确定，压井液的选择与配置，压井方法的选择，压井施工等内容。第七章习题第八章习题7、压差卡钻（泥饼粘附卡钻）是如何造成的？如何判断及预防？答：压差卡钻（泥饼粘附卡钻）：钻井中由于井眼不可能完全垂直，当井下钻具静止不动时，在井下压差作用下，钻柱的一些部位会贴于井壁，与井壁泥饼粘合在一起，静止时间越长则钻具与泥饼的接触面积越大，由此而产生的卡钻称为压差卡钻，也称之为粘附卡钻或泥饼卡钻。产生压差卡钻的原因主要是钻井液性能不好，密度过高造成井内压

13、差太大；失水量大，泥饼厚，粘滞系数大。一旦停止循环，不活动钻具，钻具有一部分就会贴到井壁上与泥饼接触，时间增加则会使接触面积和深度增大，泥饼对钻具的粘滞力增加，导致钻具无法上下活动和转动，但能够开泵循环，且泵压正常稳定。压差卡钻的预防措施主要是调节好钻井液性能，尽可能降低钻井液的密度，提高钻井液的润滑性能，降低泥饼的粘滞系数；并要加强活动钻具或采用加扶正器的方法使钻具居中。 8、什么是键槽卡钻？如何判断及预防？答：键槽卡钻多发生在硬地层中，井斜和方位变化大，形成了急弯（狗腿）的地方。钻进时，钻柱紧靠狗腿段旋转，起下钻时钻柱在狗腿井段上下拉刮，在井壁上磨出一条细槽（形如键槽），它比钻杆接头稍大但

14、比钻头直径小，起钻时钻头拉入键槽底部被卡住。键槽卡钻发生前即可发现钻杆接头偏磨严重，下钻不遇阻，钻进正常，泵压也正常，但起钻到狗腿处常遇卡。随着井深的增加而愈加严重；能下放但不能上提，严重时可卡死。为了防止键槽卡钻的发生，必须首先要保证井眼质量，避免出现狗腿段；起钻时或再次下钻时应在键槽井段反复划眼，及时破坏键槽的形成，并在起钻到键槽井段时要低速慢起，严禁使用高速提升。11、钻具事故包括那些？常见的打捞工具有哪些？答：钻具事故包括：（1）钻杆、钻铤折断； （2）钻杆滑扣、脱扣。常见的打捞工具有：（1）卡瓦打捞筒； （2）打捞矛； （3）公、母锥17、取心工具包括那几个主要部分？答： 钻进取心工具种类很多，以适应不同情况的要求，但基本组成都包括三个部分：取心钻头，用以钻取岩心；