钻井工程试题及答案(六)

1、第六章 试题及答案一、简答题1 在钻井中 , 确定钻井液密度的主要依据是什么 ?其重要意义是什么 ? 答：确定钻井液密度的主要依据是地层孔隙压力和地层破裂压力 . 在实际钻井中， 钻井液密度应不小于地层孔隙压力当量密度， 以避免地层流体侵入井眼， 造成溢流，发生井喷；钻井液密度应不大于地层破裂压力当量密度，以避免压漏地层，造成 井漏 . 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。2 在实际钻井中 , 如何处理平衡压力钻井与安全钻井的关系?答：所谓平衡压力钻井就是在钻井过程中使井内有效压力等于地层压力，这样可以保持井眼 压力系统平衡，有利于解放钻速，保护油气层，并能安全钻进. 但是在一些井眼不稳定的井中钻进时， 为

2、了抑制井眼不稳定， 需要选择较高的钻井液密度， 但井底压力不能高于地层破 裂压力 . 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。3 欠平衡压力钻井的方式有哪些？简述欠平衡压力钻井的特点、适用性及局限性.答：欠平衡压力钻井的方式有：（1）空气钻井（2）雾化钻井（3）泡沫钻井（ 4）充气钻井（5）边喷边钻 欠平衡钻井具有一系列的优点，如减少地层伤害，避免漏失 ；提高钻井速度；避免压 差卡钻；减少完井及油层改造费用；可以对油气藏数据进行实时评价等. 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。对像稠油油田、低压裂缝性油气田、低压低渗透油气田等具有储层孔隙压力低的特点， 采用常规的平衡压力钻井方式， 容易污染油气层； 对于探井， 又不利于发现

3、油气层和评价油 气层；此外对于裂缝发育的高压地层，如果采用过平衡压力钻井，则会出现严重的漏失，有 时因此无法钻达目的层 . 为此，常采用欠平衡压力钻井 . 酽锕极額閉镇桧猪訣锥。欠平衡钻井理论技术尚不完善， 也存在着许多缺点， 如在所感兴趣井段的钻井与完井过程中，并不能始终保证全为欠平衡压力状态， 像接单根、 起下钻过程易出现过平衡，机械设备出现故障也可以出现过平衡 . 由于井眼缺少泥饼，过平衡下则会对油层造成伤害. 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。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；（ 2）环空钻井液液柱降低；

4、（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 . 謀荞抟箧 飆鐸怼类蒋薔。5 气侵情况环空气液两相流流型分布特点 . 答：（ 1）钻采过程中的井筒气液两相流动 地层气体进入井底后， 天然气与钻井液密度不同， 依重力分离原理， 气体相对钻井液将 滑脱上升 .先进入井眼的气体， 将先行滑脱上升， 不可能待气体积聚成气柱再上升 . 在气体上 升过程中， 虽然后边大气泡上升速度快， 可能与沿程小气泡发生合并， 但并不能在井底形成 一连续气柱 . 厦礴恳蹒骈時

5、盡继價骚。根据气液两相流理论， 气侵后在环空内出现的典型的气液两相流流型分布可以用下图表 示.（2）微小气侵量下的流型分布上图（a）是微小气侵量下的环空流型分布，整个环空为泡状流 .在井眼下部，气泡体积 小 . 在地面可以看到钻井液槽内有气泡， 但无明显井涌现象 . 如果油气层薄， 环空中可能只有 在某一段钻井液中气泡 . 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。（ 3）小气侵量下的流型分布上图（b）是小气侵量下的环空流型分布 .在环空中的中、下部均为泡状流，但在上部为 段塞流在井口可以看到含大量气体的钻井液涌出它既可以由上图（a）情况演变而来，也可能由于地下进气量增加所致 . 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。（ 4）中

6、气侵量下的流型分布上图（c）是中气侵量下的环空流型分布 .在井底为泡状流，在井眼中上部为段塞流，而 在井口为搅拌流 （又称过渡流） . 在井口可出现连续的喷势， 成为较强的井喷 . 这种情况井底 压力与地层压力的负压差较大，并且地层的渗透率较高同时它也可以由图（b）演变而来.籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。（ 5）大气侵量下的流型分布上图（d）是大气侵量下的环空流型分布 对于高压裂缝性或溶洞气藏，如果负压差差较大， 进入井眼的气体流量可能很大， 在井的底部可能会出现段塞流， 但这并不等于连续气柱而且也不可能形成连续气柱 .在井的中上部出现搅拌流， 井的上部可出现环状流 . 在地面可以 看到强烈的井喷图（

7、c）情况如果控制不当，可以导致此种情况預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。以上四种情况基本上是以单位时间内气侵量多少划分的 . 而实际上的气侵量可以落到某 两种情况之间，并且有许多种情况 因此，在井眼环空中，尽管气液两相流流型分布如上图 所示， 但每种流型在环空中的位置却差别很大， 详细描述环空中流型分布， 则需要求解一组 偏微分方程组 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。6 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、8）循环压力下降；（ 9）地面油气显示；（ 10 ）大钩负荷（ Hook Load ）增大 7 地层流体侵入井眼检测方法比较 答：（ 1）钻井液池液面检测法： 主要是测量地层流体侵入的累计量， 在地层流体侵入速度较 低时可以测得其变化量，但地层流体侵入速度较高时反映比较滞后 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。（ 2 ）返出钻井液流量检测法： 利用测量返出钻井液流量比测量钻井液池液面发现井涌快（ 3 ）声波气侵早期检测法： 鉴于声波在气液两相流中速度明显低于在纯钻井液中的速度， 可以利用声波法早期检测气侵 它可以及早的检测到气侵 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。8 什么情况下采用硬关井？ 答：1）井口井涌速度不高；2

9、）盐水侵入量越大，井壁越不稳定，尽可能采用此方法；3）井口装置能够承受较大压力 9 气侵情况下如何准确地确定关井立压与套压？答：每隔24min记录一次立压和套压；以时间为横坐标，以立压、套压为纵坐标，做曲线;当曲线变化平滑时，其拐点处，即可读为关井立压与关井套压；对于低渗油气藏，关井后立压和套压较长时间不出现平稳段及拐点， 可取最高压力值， 然后再根据井眼及地层情况， 适 当增加钻井液密度附加值 . 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。10根据关井压力恢复情况粗略判断井控难易的原理是什么？答：根据关井压力恢复情况， 可以粗略判断井底压力与地层压力间的负压差大小及地层渗透 率大小 .关井后立压、 套压大小直接

10、反映的是井底压力与地层压力间的负压差大小， 但间接反映 的是地层压力大小 . 依据经验，根据关井后立压、套压的恢复情况可粗略判断地层渗透率大 小. 而通过地层压力的大小和地层渗透率的高低可以判断井控难易 . 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。 11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 .12压井方法的选择依据是什么？答：压井的目的是恢复井眼内压力平衡， 即井底压力等于或稍大于地层压力， 并且还必须把 地层进入井眼中的流体安全的排出井眼， 或安全的再压回地层 . 压井的原则是保持井底常压， 就是在压井过程中，井底压力略大于地层压力

11、并且使井底压力保持不变 . 选择压井方法， 应保证以最短的时间压住井，循环排出流体，既不损毁井口装置及套管，又不压裂地层，并 且压井循环结束后，保证井底压力大于地层压力 . 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。13常规压井与非常规压井区别在哪里？答：常规属于循环法压井， 即压井液通过钻柱注入井眼， 将受污染钻井液通过正常循环出井， 并保证井底压力大于地层压力的压井方法 . 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。非常规压井不局限于正常循环加重钻井液方法， 可以从环空泵入钻井液， 地层释放适当 体积的钻井液等方法，只要保证井底压力大于地层压力即可 . 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。二、计算题14 基于方程 (6-5) ，自行设置参数，

12、对于同一钻井液泵入量、气体侵入量、钻井液密度及 表面张力，模拟计算不同井深下气体上升速度分布值. 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。15. 某井井深为 D=4000m钻头尺寸为 215.9mm；钻杆尺寸为114.3mm, 24.72kg/m，壁厚8.6mm； 钻井液密度p d=1.50g/cm 3;技术套管下至3000m,该处地层破裂压力梯度 G=19.9kPa/m. 根据溢流发生之前的记录，泵速30冲每分时，循环压力pc=12.00MPa;钻井泵类型为3NB-900，缸套直径120mm泵速30冲每分时排量 Q=15.56L/s，最大泵压为 33.27MPa； 发生井涌关井后10min，立管压力为 4.6

13、7MPa,套压为6.65MPa;钻井液池内钻井液增答：加 4.5m3. 利用司钻法及工程师法设计一压井施工单. 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。1.98Mpa,而钻井液增加 4.5m3,说明环形根据以上数据,比较关井立压和套压,差值为空间被侵染的不严重，井涌发现及时锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。(1 )地层压力pppp=psp+0.00981 p dD=4.67+0.00981 X 1.50 X 4000=63.53(Mpa)構氽頑黉碩饨荠龈话骛。(2) 压井所需钻井液密度p di%1 " + P%0.00981 D厂 1.5°+4.67(0.00981 疋 4000) i.62(g/cm

14、)(3) 钻井时所需钻井液密度02 :取:、=0.0553爲2=讣：:=1.62 0.055 =1.675 (g/cm )如将整个井筒容积二倍的钻井液加重，根据经验公式每一千米井筒容积(井径英寸数)224000m井筒容积为24 X(85) =144.5 (ni)23二倍为 144.5 X 2=289 (m)(4) 初始循环立管压力 pTipTi = Psp+ Pci =4.67+12=16.67( Mpa这小于该钻井泵120mm钢套的最大泵压，所以120钢套是适用的(5) 终了立管总压力pTf?d1Pci二162 12.00 =12.96(MPa)1.50(6) 重钻井液到达钻头所需的时间t由

15、钻井手册查得114.3mm(4 1/2in) 、24.72kg/m的钻柱每米长的内容积Vd=7.417 L/m,贝U輒峄陽檉簖疖網儂號泶。VdD60Q7.417 400060 15.56二 31.78(min)(7) 许可的最大关井套压Pamax(Gt -9.81d)Dc= ( 19.9-9.81 X 1.50 )X 3000=15.555 X 103 ( kPa)=15.56(MPa)16. 简述井筒内压力系统平衡破坏的原因.某井钻进至井深H=3000m发生溢流，井内钻井液密度为1.25g/cm 3.溢流前记录：泵循环排量Q=12L/s，循环压力Pci=9MPa.溢流出现关井15分钟后立管压

16、力稳定，记录：立管压力Pd=5MPa套管压力Pa=7MPa试计算出地层压力（单位：MPa卜压井所需钻井液密度 （单位：g/cm3）、压井时初始立管总压力 （单 位：MPa）和终了立管总压力（单位：MPa）.尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。答：井筒内压力系统平衡破坏的原因：（1 ）地层压力掌握不确切；（2 ）钻井液液柱高度降低；（3）钻井液密度降低；（4）井内压力激动抽汲.地层压力 Pp=Pd+9.81 rmH=5000+9.81X1.25X3000=41.7875 MPa压井所需钻井液密度?m1 =Po/9.81/H=41787.5/9.81/3000=1.42 g/cm压井时初始立管总压力：PTi=P

17、d+Pci=5+9=14 MPaP1 42压井时终了立管总压力：PTf=Pci 叫=9X=10.22 MPaPm1.2517. 分析气侵的途径与方式.某井钻至井深2500m由于气侵发生溢流，此时井内泥浆密度为3一1.20g/cm .溢流前记录：泵循环排量 10L/S，循环压力Pci=8MPa.溢流出现关井15分钟 后立管压力稳定，记录：立管压力Pd=4MPa套管压力 Pa=6MPa试计算出地层压力（单位：MPa卜压井所需泥浆密度（单位：g/cm3）、压井时初始立管总压力 （单位：MPa）和终 了立管总压力（单位：MPa）.识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。答：气侵进入井中有这样几种可能的途径和方式：（1）

18、进入气层时，随着气层岩石的钻碎，岩石孔隙中所含的气体进入泥浆（2） 气层中气体通过泥饼向进内扩散.（3）当泥浆柱压力小于地层压力时，气体由气层以气态或溶解态大量地流入和渗入泥浆.地层压力 PP=Pd+9.81 'mH=4000+9.81X1.20X2500=33.43 MPa压井所需泥浆密度'm1=Pp/9.81/H=33430/9.81/2500=1.36 g/cm3压井时初始立管总压力：PTi=Pd+Pci=4+8=12 MPa1 36压井时终了立管总压力：PTf=Pci m1 =8X=9.09 MPaPm1.2018. 某井钻至井深 L=3400m,井底地层压力 37.32MPa，泥浆密度p m=1.22g/cm3，平均上覆 岩层密度p o =2.6g/cm3，平均孔隙度为 10%地层流体密度为 1.02g/cm3 ;求解：凍鈹 鋨劳臘错痫婦胫籴。（1）地层压力的当量密度为多少?(2) 钻进时井底压差为多少？(3) 井深3400m处垂直地应力为多少？(4) 使用同样泥浆钻进到3800m时发生井涌，打开节流阀时套管压力为0.9Mpa,测得立管压力为2.8Mpa，求压井所需的最小泥浆密度.恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。答：63(1) 地层压力的当量密度 =37.32 X 10