钻井工程试题及答案

1、第七章试题及答案一、名词解释何谓双向应力椭圆？答：在轴向上套管承受有下部套管的拉应力，在径向上存在有套管内的压力或管外液体的外 挤力，套管处于双向应力的作用中。根据第四强度理论，列套管破坏的强度条件方程：0 2+20 = 2改写为：( /)2-( 0 )/ 2+( /)2=1z sz tst s得一椭圆方程。用。z/s的百分比为横坐标，用。t/s的百分比为纵坐标，绘出的应力图，称为双向应力 椭圆。何谓前置液体系？答：前置液是注水泥过程中所用的各种前置液体的总称。前置液体系是用于在注水泥之前， 向井中注入的各种专门液体。二、简答题简述套管的的种类及其功用。答：表层套管，表层套管是开始下入的最短最

2、浅的一层套管，表层套管主要有两个作 用：一是在其顶部安装套管头，并通过套管头悬挂和支承后续各层套管；二是隔离地表浅水 层和浅部复杂地层，使淡水层不受钻井液污染。中间套管，亦称技术套管。介于表层套管和生产套管之间的套管都称中间套管， 中间套管的作用是隔离不同地层孔隙压力的层系戒易塌易漏等复杂地层。生产套管。生产套管是钻达目的层后下入的最后一层套管，其作用是保护生产层， 并给油气从产层流到地面提供通道。钻井衬管，亦称钻井尾管。钻井衬管常在已下入一层中间套管后采用，即只要裸 眼井段下套管注水泥，套管柱不延伸至井口。采用钻井衬管可以减轻下套管时钻机的负荷和 固井后套管头的负荷，同时又可节省大量套管和水

3、泥，降低固井成本。井身结构设计的原则是什么？答：进行井身结构设计所遵循的原则主要有：有效地保护油气层，使不同地层压力的油气层免受钻井液的损害。应避免漏、喷、塌、卡等井下复杂情况的发生，为全井顺利钻进创造条件，以获 得最短建井周期。钻下部地层采用重钻井液时产生的井内压力不致压裂上层套管外最薄弱的裸露地 层。下套管过程中，井内钻井液柱的压力和地层压力之间的压力差，不致产生压差卡 套管现象。套管柱设计包括哪些内容？设计原则是什么？答：套管柱设计包括套管的强度计算；有效外在计算；及套管柱强度设计。套管柱设计原则：应能满足钻井作业、油气层开发和产层改造的需要；在承受外载时应有一定的储备能力；经济性要好。

4、套管柱在井下可能受到哪些力的作用？主要有哪几种力？答：套管柱在井下可能受到的力包括：轴向拉力：套管本身自重产生的轴向拉力、套管弯曲引起的附加应力、套管内 注入水泥引起的套管柱附加应力及动载和泵压变化等引起的附加应力。外挤压力：主要有套管外液柱的压力，地层中流体的压力、高塑性岩石的侧向 挤压力及其他作业时产生的压力。内压力：主要来自地层流体(油、气、水)进入套管产生的压力及生产中特殊 作业(压裂、酸化、注水)时的外来压力。主要受：轴向拉力、外挤压力及内压力。目前主要有几种套管柱的设计方法？各有何特点？答：等安全系数法：它的设计思路是使各个危险截面上的最小安全系数等于或大于 规定的安全系数。边界载

5、荷法：它的优点是套管柱各段的边界载荷相等，使套管在受拉时，各段 的拉力余量是相等的，这样可避免套管浪费。最大载荷法：其设计方法是先按内压力筛选套管，再按有效外挤力及拉应力进 行强度设计。该方法对外载荷考虑细致，设计精确。AMOCO设计方法：该方法在抗挤设计中考虑拉力影响，按双轴应力设计，在计 算外载时考虑到接箍处的受力，在计算内压力时也考虑拉应力的影响。BEB设计方法：设计特点是将套管分类进行设计。前苏联的设计方法：设计思想是考虑外载按不同时期的变化，考虑不同井段的 抗拉安全系数不同，不考虑双向应力，但是当拉应力达到管体屈服强度的50% 时，把抗拉安全系数增加到10%。何谓双向应力椭圆？何时考

6、虑双向应力？答：在轴向上套管承受有下部套管的拉应力，在径向上存在有套管内的压力或管外液体的外 挤力，套管处于双向应力的作用中。根据第四强度理论，列套管破坏的强度条件方程：0 2+20 = 2改写为：( /)2-( 0 )/ 2+( /)2=1z sz tst s得一椭圆方程。用。z/s的百分比为横坐标，用。t/s的百分比为纵坐标，绘出的应力图，称为双向应力 椭圆。轴向拉应力与外挤压力的联合作用，由于轴向拉力的存在使套管强度降低，因此此时考 虑双向应力。油井水泥的主要成分和性能是什么？答：油井水泥的主要要成分有：硅酸三钙3CaOSiO2 (简称C3S)是水泥的主要成分，一般的含量为40%65%，

7、它对 水泥的强度，尤其是早期强度有较大的影响。高早期强度水泥中C3S的含量可达60%65%， 缓凝水泥中含量在40%45%。硅酸二钙2CaOSiO2(简称C2S)，其含量一般在24%30%之间。C2S的水化反应缓 慢，强度增长慢，但能在很长一段时间内增加水泥强度，对水泥的最终强度有影响。不影响 水泥的初凝时间。铝酸三钙3CaOAl2O3 (简称C3A)，是促进水泥快速水化的化合物，是决定水泥初 凝和稠化时间的主要因素。对水泥的最终强度影响不大，但对水泥浆的流变性及早期强度有 较大影响。它对硫酸盐极为敏感，因此抗硫酸盐的水泥，应控制其含量在3%以下，但对于 有较高早期强度的水泥，其含量可达15%

8、。铁铝酸四钙4CaOAlOFeO (简称CAF)，它对强度影响较小，水化速度仅次22 32 34于C3A，早期强度增长较快，含量为8%12%。除了以上四种主要成分之外，还有石膏、碱金属的氧化物等。水泥浆性能与固井质量有何关系?答：水泥浆性能与固井质量关系密切:水泥浆密度为1.80-1.90g/cm3之间时对固井质量最好；水泥浆的稠化时间因不同的井 而时间长短要合理；水泥浆的失水应当通过加入处理剂的方法使之尽量降低；水泥石强度应 满足支撑和加强套管，承受钻柱的冲击载荷，承受酸化、压裂等增产措施作业的能力以及应 能抵抗各种流体的腐蚀。何谓前置液体系？有何作用？答：前置液是注水泥过程中所用的各种前置

9、液体的总称。前置液体系是用于在注水泥之前， 向井中注入的各种专门液体。其作用是将水泥浆与钻井液隔开，起到隔离、缓冲、清洗油井完成有几种方法？各有何特点？答：（1）裸眼完井法：完井时井底的储集层是裸露的，只在储集层以上用套管封固的完 井方法。这种方法的优点是储集层直接与井眼连通，油气流进入井眼的阻力最 小。但缺点是适应面狭窄，投产后难以实施酸化、压裂等增产措施。（2）射孔完井法：下入油层套管固产层后再用射孔弹将套管、水泥环、部分产层射 穿，形成油气流通道的完井方法。它适合于各种储集层，但最适用于非均质储 集层，是目前主要的完井方法。（3）防砂完井：某些砂岩储集层在生产过程中，由于砂岩胶结不良等原

10、因导致出砂， 严重时会影响产量，使井报废，所以必须采用防砂完井。常见的方式有：裸眼 砾石充填完井、管内砾石充填完井、人工井壁完井。简述水泥浆失重的原因，提高注水泥顶替效率的措施有哪些？答：水泥浆柱在凝结过程中对其下部或地层所作用的压力逐渐减小的现象称为水泥浆失重。 引起失重的原因有两个：一是胶凝失重，即水泥与水混合后，在水泥浆水化、凝结、硬化过 程中，在浆体内部形成两种不同类型的三维空间网“凝聚结晶网”，正是由于这种网架的作 用（胶凝作用），使水泥浆柱的一部分重量悬挂在井壁和套管上，从而降低了水泥浆柱作用 在下部地层的有效压力；二是桥堵失重，即注水泥过程中，由于水泥浆失水形成的水泥饼、 钻井时

11、井下未带出的岩屑、注水泥时高速冲蚀下的岩块以及水泥颗粒的下沉等因素，在渗透 层或井径和间隙较小的井段形成堵塞（即桥堵），使得桥堵段上部浆柱压力不能继续有效地 传递至桥堵段下部的地层，而下部浆柱由于体积的减小（水泥水化体积收缩和失水），桥堵 前上部浆柱作用的压力就失去了一部分（或全部），此时作用在下部地层的有效静液压力就 减小了。提高注水泥顶替效率的措施有：（1）采用套管扶正器，改善套管居中条件；（2）注水泥过程中活动套管；调整水泥浆性能，提高顶替效率;调整水泥浆在环空中的流速。水灰比对水泥浆性能有什么影响？答：水灰比就是水与水泥的重量之比。在现场施工时反映的是水泥浆的密度。在固井施工中， 水灰

12、比要求的一般范围是，其相应的密度范围为1.92 g/cm3。水灰比过小，则水泥浆密度过大，水泥浆流动性变差，泵送困难。水灰比过大，则水泥浆密度过小，将使泥浆颗粒下沉或析出大量自由水，出现串槽现象， 不利于水泥石的密封效果。完井方法选择的依据是什么？答：油、气井的完井方法，主要依据油、气层的岩性特征及储集层性质决定的，完井方法是 否合理直接关系到能否顺利投产和以后长期正常生产的大问题。因此，油气井完井方法选择 的原则应该是：能有效地连通油、气层与井眼，油、气流入井内的阻力要小；能有效地封隔油、气、水层，防止互相串扰，并能满足分层开采和管理的要求；有利于井壁稳固，保证油、气井长期稳定生产；所采用的

13、完井方法工艺简单，完井速度快，成本低。三、计算题某井油层信于2600m，预测地层压力的当量钻井液密度为/cm3，钻至200 m下表层答：15.答：套管，液压实验测得套管鞋外地层破裂压力的当量钻井液密度为1.85 g/cm3，问不下技 术套管是否可以顺利钻达油层？已知：Sb=0.038 g/cm3, Sk=0.05 g/cm3, Sf=0.036 g/cm3, S =0.04 g/cm3答：15.答：某井用，N-80钢级、的套管，其额定抗外挤强度p=60881kPa，管体抗拉屈服强度 c为2078kN，其下部悬挂194 kN的套管，试计算。Pcc=Pc(1.03-0.74Fm/Fs)=60881

14、XX 194/2078)=57023kMPa16.17. 已知直径为139.7mm的P-110套管，壁厚7.72mm，管体屈服强度为2428.7kN，抗挤强度为51.57MPa。试计算该套管受轴向拉力分别为500、1000 kN时的抗挤强度(单答：位：答：位：MPa）。轴向拉力为500 kN时的抗挤强度Pcc=Pc (1.03)=51.57(1.03-0.74X500/2428.7)或：Pcc =兰(y(2Q)2 3 2 - T )2Q vb b51 57.=(，j(2 x 2428.7)2 - 3 x 5002 -500)2 x 2428.7=45.43 Mpa轴向拉力为1000 kN时的抗

15、挤强度Pcc=Pc (1.03)=51.57(1.03-0.74X1000/2428.7)或：Pc-zpcc = 2g(.(2Q)2- 3Tb2 - T51 57.=(t(2x2428.7)2 -3x 10002 -1000)2 x 2428.7，18.解：一井深4000米，固井过程中因意外停止了泥浆循环，这时环空中由比重1.4的钻 井液1200米，1.5的隔离液400米1400米以及密度为1.8 g/cm3的水泥浆充满，计 算井底压力的当量密度。18.解：首先分别计算出各段液体的压降，则井底压力为P = p - g - H + p - g - H + p - g - H + p - g -

16、(H - H - H - H )井底 1122334123=9.8 x (1.4 x 1200 +1.5 x 400 +1.7 x 1400 +1.8 x 1000 =63308 KPa根据当量泥浆密度的概念计算井底压力当量泥浆密度：P 63308g - H 9.8 x 4000 井底g - H 9.8 x 4000钻井施工工艺复习题、简答井底净化充分化不够充分 TOC o 1-5 h z 即I/b：100 2CD 30U4）0钻压kN钻压对钻速的影响oa段：钻压小，钻速Vpc很小。ab段：钻压增大，钻速Vpc随 钻压增加成线性关系增大。bc段：当钻压增大到一定值Wb 时，钻压增大，钻速改进效

17、果并不 明显。实际应用中，以直线段为依据建立钻压（W）与钻速（Vpc）的定量关系，即：式中：M称为门限钻压，它是ab线在钻压轴上的截距，认为是牙齿开始压入 地层时的钻压，其值的大小主要取决于岩层性质，并具有较强的地区性。2 .钻速方程（修正杨格模式）/。1V = K（W - M）C Ch2其中，vpc钻速,m/h； W钻压,kN； M一门限钻压,kN； n转速,r/min入一转速指数；C2牙齿磨损系数；CH水力净化系数；CP压差影响 系数；。一牙齿磨损相对高度；KR地层可钻系数，与地层岩石的机械性质、钻头类型以及钻井液性能等因素有关。中性点钻柱上轴向力等于零的点（N点）（亦称中和点，Neutr

18、al Point ）。垂直井眼中钻柱的中性点高度：式中：乙中性点距井底的高度，m。钻铤长度的确定浮重原则：保证在最大钻压时钻杆不承受压缩载荷，即保持中性点始终处在钻铤上。计算公式：L cS WN maxq K cosac B式中：LS WN maxq K cosac BW 设计的最大钻压，kN；r 一安全系数，考虑附加力（动载、井壁摩擦力等），防止中性点移动较弱的钻 杆上，一般取 =1.151.25；q 一每米钻铤在空气中的重力，kN/m；Kb 一浮力系数；a 一井斜角度数，直井时，a =0。5、地层坍塌的原因（1）地质方面的原因：原始地应力；地层的构造状态；岩石本身的性质；泥页岩孔隙压力 异

19、常；高压油气层的影响。（2）物理化学方面的原因：水化膨胀；毛细管作用；流体静压力。（3）工艺方面的原因：钻井液液柱压力；钻井液的性能和流变性；井斜与方位的影响；钻 具组合；钻井液液面下降；压力激动；井喷引起井塌。6、地层倾角对井斜的影响当地层倾角小于45时，井眼一般沿上倾方向偏斜；当地层倾角大于60时，井眼将 顺着地层面下滑发生偏斜；而在45至60之间是不稳定区。即有时向上倾斜有时向下倾 斜。裸眼完井类型：先期裸眼完井、后期裸眼完井 适用条件：孔隙多，裂缝连通性好，坚 硬，不需要分层开采的地层。8、井斜的原因 主要有地质条件，钻具结构，钻进技术措施，操作技术，以及设备安装质量等。9、钻进取芯的

20、几个环节和工具a、环状破碎井底岩石，形成岩芯（圆柱体）。b、保护岩芯。c、取出岩芯。 取芯工具一般都包括有取芯钻头、岩芯筒、岩芯爪、挟正器和悬挂装置等部件， 10、山3打疝玄 实际取出岩心长度 询岩心收获率=X100%本次取心钻进进尺11、井喷的原因（1）井控意识不强，思想麻痹，违章操作。（2）起钻抽吸，造成诱喷。（3）起钻不灌钻井液或 没有灌满。（4）不能及时准确地发现溢流。（5）发现溢流后处理措施不当。（6）井口不安装防喷 器。（7）井控设备的安装及试压不符合要求。（8）井身结构设计不合理。（9）对浅气层的危害性 缺乏足够的认识。（10）地质设计未能提供准确的地层孔隙压力资料。（11）空井

21、时间过长，又 无人观察井口。（12）钻遇漏失层段发生井漏未能及时处理或处理措施不当。（13）相邻注水井 不停注或未减压。（14）钻井液中混油过量或混油不均匀，造成液柱压力低于地层孔隙压力。12、钻井液性能对钻速的影响（1）钻井液密度对钻速的影响钻井液密度越大，井内液柱压力越大。在井内液柱压力大于地层孔隙压力的 情况下，产生一个正压差。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。此称为压持效应。正压差越大，钻速越慢。（2）钻井液粘度对钻速的影响钻井液增大，将会增大环空压降，使井底压差增大，钻速降低；钻井液粘度增大，钻柱内压耗增大，在泵压一定时钻头压降减小，钻头水功 率减小

22、，清岩和破岩能力降低，钻速下降。（3）钻井液固相含量对钻速的影响钻井液固相含量增大，机械钻速降低。（4）钻井液分散性对钻速的影响分散性钻井液比不分散性钻井液的钻速低；钻井液中小于1 u m的固体颗粒越 多，对钻速的影响越大。钻井施工工序定井位2。道路勘察3。基础施工4。安装井架（塔型井架）5。搬家6。安装设备7 。 一次开钻8。二次开钻9。钻进10.起钻11.换钻头12.下钻13.完井电测14.下套管固井钻柱的作用1、为钻井液由井口流向钻头提供通道；2、给钻头施加适当的压力（钻压），使钻头的工作刃不断吃入岩石；3、把地面动力（扭矩等）传递给钻头，使钻头不断旋转破碎岩石；4、起下钻头；5、根据钻

23、柱的长度计算井深。6、通过钻柱可以观察和了解钻头的工作情况、井眼状况及地层情况等；7、进行取心、挤水泥、打捞井下落物、处理井下事故等特殊作业；8、对地层流体及压力状况进行测试与评价，即钻杆测试，又称中途测试塔式钻具概念：所谓塔式钻具就是在钻柱下部使用几段变径的钻铤，紧靠钻头处的钻铤直径最大，往上 直径递减，其形如塔一样，故取名为塔式钻具。平移方位角：指平移方位线所在的方位角。即以正北方位为始边顺时针转至平移线上所 转过的角度，常以字母。表示。井斜方位角：指井眼轴线上某测点的切线在水平面上的投影与正北方向的夹角称为井斜 方位角。以正北方位线边，顺时针方向旋转到井眼方位线上所转过的角度，即井眼方位

24、角。岩屑的举升效率：岩屑在环空的实际上返速度与钻井液在环空的上返速度之比卡钻类型：沉砂卡钻、井塌卡钻、压差卡钻（泥饼粘附卡钻）、键槽卡钻、缩径卡钻20 .压差卡钻（泥饼粘附卡钻）定义：当井下钻具静止不动时，在井下压差作用下，钻柱的一部分会贴于井壁，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，也称为粘附卡钻或泥饼卡钻。门限钻压：牙齿开始压入地层时的钻压在正压差作用下，井底岩屑难以离开井底，造成重复破碎现象，钻速降低。此称为压持 效应。23 .钻进参数优化目标及方法目的：寻求最优的钻压、转速组合，使钻井过程达到最佳技术经济效果。优选方法步骤：确定

25、标准一建立目标函数一在各种约束条件下寻求目标函数的极值点一满足极值点条件 的参数组合即为最优参数。井身结构设计考虑的问题有效地保护油气层；有效避免漏、喷、塌、卡等井下复杂事故的发生，保证安全、快速钻进;钻下部地层采用重钻井液时产生的井内压力，不致压裂上层套管鞋处最薄弱的裸露地 层；下套管过程中，井内钻井液液柱压力和地层压力间的压差不致于压差卡套管；当实际地层压力超过预测值而发生井涌时，在一定压力范围内，具有压井处理溢流的 能力。第一临界井深：随着井深增加，当井深大于某一深度时，钻井泵的最优排量降低， 这是所对应的井深就是第一临界井深。第二临界井深：随着井深的进一步增加，钻井泵的最优排量逐渐降低

26、，当井深降低到不 可再降时所对应的井深称为滴第二临界井深。地层可钻性系数Kr的确定根据新钻头的试钻资料，此时牙齿磨损量h=0,由钻速方程式得V = K（W-M）Nk 1 C CK=Km1+Ch pHCC （W-M）2H p岩石研磨性系数为的确定由牙齿磨损速度方程式(4-14)积分得dh_ Af (gN + Q2N3)T = (D2 -D1W) (h + h2)dt (D -DW)(1 + Ch)Af(QiN + Q2N3) f 2 f211A = （D2- D1W） （h + C h2）f （Q1N - Q2 N 3）T f 2 f水浸对油气层的损害使储层中的粘土成分膨胀，使流量通道减小。破坏

27、孔隙内油流的连续性，使单向流动变为多向流动，增加油流阻力。产生水锁反应，增加油流阻力。在底层孔隙中生成沉淀物。:、选择1 .第一次开钻前，准备下井钻具不必（C ）。A检查钻具B丈量钻具C清洗管体 D编号表层套管实际下深与设计下深标准误差小于（C ）。A 1mB 3mC 5mD 7mA 1mB 3mC 5mD 7m二次开钻前，对循环系统进行（A ），用以检查安装质量，保证设备和循环系统在钻 井过程中不出现问题。A高压试运转B封井器试压C大修D低压试运转取心钻进过程的三个主要环节不包括（D ）岩心。A取出B钻出C保护D分析5 .长筒取心进尺32m，实取岩心，岩心收获率为（B ）。D 100%D检查

28、井口工具A 82.5%B 92.2%C 63.7%D 100%D检查井口工具起钻前必需的准备工作不包括（C ）。A循环钻井液B检查设备C套管通径搬家前的设备拆卸程序是（A ）。A下绞车、抽大绳、拆除机房设备B先拆机房再下绞车C抽大绳、下绞车、拆机房D下绞车、拆机房钻井设备拆卸后，散件不能（C ）放置。A按吊装顺序分类B在平坦的地方C在电力线下D在井场面积内摆放活动基础时（B ）。A只许填方，不许挖方B只许挖方，不许填方C可以挖方，可以填方D不许挖方，不许填方填石灌浆基础要求毛石的颗粒直径范围在（C ）。A 40100mmB 100150mmC 250350mmD 400450mm摆放活动基础时

29、，纵横排列要整齐，不准左右歪斜，基础表面水平，水平高低误差不超 过（A ）。A 3mmB 5mmC 7mmD 10mm放喷管线通径应大于（A ）。D 60mm），再用吊钳紧螺纹。D 60mm），再用吊钳紧螺纹。D用液压大钳紧螺纹接e 215mm的牙轮钻头用手上完螺纹，放入钻头盒，（AA关闭转盘止转销 B打上内钳 C用旋绳紧螺纹在打捞作业中，能够转动钻柱使打捞工具下端螺纹与落井钻具螺纹对上；或使外螺纹在 落井钻具水眼中造螺纹，从而打捞落井钻具的是（C ）。A吊卡B大钩C转盘D游车在一部钻机中既可属于旋转系统设备，又是循环系统中的一个部件的是（B ）。A转盘B水龙头C大钩D游车在钻井过程中，游车、水龙头都是不能旋转的，而转盘要驱动钻柱旋转，从不旋转到旋 转是通过（B）将它们连接起来的。A吊环B水龙头C大钩 D天车钻进时大钩通过