2011年《钻井工程》

一、判断题(每小题 1 分，共 10 分)

1.随着岩石围压的增大，岩石表现为由塑性向脆性转变。                          (×)

2.对塑性岩石，塑性系数等于１。                                              (×)

3.金刚石材料钻头抗冲击性能好。                                             (×)

4.方钻杆上端与水龙头连接部位的丝扣为正扣。                                 (×)

5.钻井液密度不能过高，也不能过低。为提高钻速，在地层许可的情况下，应尽可能使用低密度钻井液。                                                             (√)

6.滤饼渗透性是影响钻井液静滤失量的主要因素。                               (√)

7.转速提高，钻头工作刃与岩石接触时间缩短，每次接触时的岩石破碎深度增加。    (×)

8.目前在油田使用的磁性测斜仪以地球的地理北极为基准。                       (×)

9.一般来说，垂直地层层面方向可钻性高，平行于层面方向可钻性低。              (√)

10.气侵关井后，关井套压不一定大于关井立压。　　　　　　　　　　　　　　 　　(×)

11.井斜角越小方位越不稳定。                                                 (√)

12.地层的埋藏深度越深，岩石的密度越大，孔隙度越小，上覆岩层压力越小。        (×)

13.钻井液密度的确定要根据地层压力并考虑井眼的稳定附加一定的安全值。 (√)

14.泵压是克服循环系统中摩擦损失所需的压力。　　　　　　　　　　　　　　　 (√)

15.井斜角越小方位越不稳定。                                                 (√)

16.抽吸压力使井底压力减小。                                                 (√)

17.所谓井眼轨道就是指实钻井眼轴线形状。                                     (×)                       

二、填空题(每空1分，共20分)

1.岩石强度的大小取决于  岩石的内聚力、岩石颗粒间的内摩擦力。

2.目前石油钻井使用的钻头分为  刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石材料钻头  三类。

3.钻柱在井眼内的旋转运动可能的形式有 自转、公转、自转与公转的结合、整个钻柱或部  分钻柱作无规则的旋转摆动  四类。

4.钻井液固控设备分 振动筛、旋流分离器、离心机 三类。

5.目前牙轮钻头上的牙齿按材料不同可以分为  铣齿 和 镶齿 两大类。

6.目前常用的测斜仪有  单点测斜仪 、 多点测斜仪 、 随钻测斜仪  三种。

7.关井的方式有   硬关井 、 软关井 、 半软关井  三种。

8. 按照设计轨道的不同，井可以分为 直井 和 定向井 二类

9.上覆岩层压力的大小取决于  岩石空隙内流体的压力  和 地下岩石平均密度。

10.影响井底压力的因素有  静液压力、地面回压  和  环空压耗。

11.钻进过程中可用  机械钻速法、页岩密度法  和  dc指数法  检测地层压力。

12.循环压力损失的大小取决于  钻井液密度、钻井液粘度、排量  和  流通面积  等因素。

三、名词解释 (每小题 5 分，共 25 分)

1、钻压—钻柱作用在钻头上的压力。

2、水平井—指井眼轨迹达到水平以后，井眼继续延伸一定长度的定向井。

3、地层破裂压力—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。

4、井斜方位角—某测点处的井眼方向线投影到水平面上称为井眼方位线，以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线上所转过的角度称为井斜方位角。

5、硬关井—发现井涌后，在节流阀关闭的情况下关闭防喷器。

6、地层孔隙压力—是指岩石孔隙中的流体所具有的压力，也叫地层压力。

7、井斜角—过井眼轴线上某测点作井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线，井眼方向线与重力线之间的夹角就是井斜角。

8、欠平衡钻井—在钻井过程中允许地层流体进入井内，循环出井，并在地面得到控制的钻井方式，其主要标志为井底有效压力低于地层压力。

9、岩石的硬度—是岩石抵抗其他物体表面压入或侵入的能力。

 10、上覆岩层压力—地层岩石基质和孔隙中流体的总重力产生的压力。

 、中性点—是钻柱受拉和受压的分界点。

 、井眼轨道是指一口井钻进之前人们预想的该井井眼轴线形状。

 、欠平衡钻井—在钻井过程中允许地层流体进入井内，循环出井，并在地面得到控制的钻井方式，其主要标志为井底有效压力低于地层压力。

四、简答题(每小题 10分，共30分)

1. 地层流体侵入井眼的征兆

  （1）钻时加快；

（2）钻井液池液面增高；（2分）

（3）钻井液返出流量增加；

（4）返出钻井液温度增高；（2分）

（5）返出钻井液密度变低；

（6）返出钻井液电导率变化；（2分）

（7）返出钻井液粘度变化；

（8）循环压力下降；（2分）

（9）地面油气显示；

（10）大钩负荷增大。（2分）

2.钻井液的功用

  （1）从井底清除岩屑；2分）

（2）冷却和润滑钻头和钻柱；（2分）

（3）造壁性能；

（4）控制地层压力；（2分）

（5）循环停止时悬浮钻屑和加重材料，防止下沉；

（6）从所钻地层获得资料；（2分）

 （7）传递水力功率。（2分）

3.钻柱的功用

  （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；（2分）

（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；（2分）

（4）起下钻头；（2分）

（5）根据钻柱的长度计算井深； 

（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；（2分）

（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，及钻杆测试等。（2分）

4、射流清洁井底的机理

 射流撞击井底后形成的井底冲击压力波和井底漫流是射流对井底清洗的两个主 要作用形式。（2分）

  （1）射流的冲击压力作用。射流撞击井底后形成的井底冲击压力波并不是作用在整个井底，而是作用在某些小圆面积上。就整个井底而言，射流作用的面积内压力较高，而射流作用的面积以外压力较低。在射流的冲击范围内，冲击压力也极不均匀，射流作用的中心压力最高，离开中心则压力急剧下降。另外，由于钻头的旋转，射流作用的小面积在迅速移动，本来不均匀的压力分布又在迅速变化。由于这两个原因，使作用在井底岩屑上的冲击压力极不均匀，极不均匀的冲击压力使岩屑产生一个翻转力矩，从而离开井底，这就是射流对井底岩屑的冲击翻转作用。（5分）

 （2）漫流的横推作用，射流撞击井底后形成的漫流是一层很薄的高速液流层，它对井底岩屑产生一个横向推力，使起离开原来的位置，进入环空。（3分）

5、钟摆钻具组合的防斜原理

  当钟摆摆过一定角度时，在钟摆上会产生一个向回摆的力，称作钟摆力。显然，钟摆摆过的角度越大，钟摆力就越大。（2分）

如果在钻柱的下部适当位置加一个扶正器，该扶正器支撑在井壁上，使下部钻柱悬空，则该扶正器以下的钻柱就好像一个钟摆，也要产生一个钟摆力，此钟摆力的作用是使钻头切削井壁的下侧，从而使新钻的井眼不断降斜。（8分）

6、工程师法压井

工程师法压井又称一次循环法压井。井涌关井后，计算压井液密度，然后继续关井，按所计算的压井钻井液密度配置钻井液。待配置完压井钻井液后，再进行循环压井。（6分）

具体步骤是：启动泵，调节节流阀使套压等于关井立压，直到达到压井泵速。压井过程中，立压将是变化的，由开始循环时的初始循环立压变为终了循环时的终了循环立压。第二循环周结束时，套压应降为零，表明压井成功。（4分）

7. 井壁稳定的影响因素

（1）地质因素：异常高压地层的压力释放 ，钻遇地质破碎带，断层、微裂缝发育地层、煤层、高构造应力地层、膏盐层等；（3分）

（2）工程因素：大排量钻井液冲刷井壁，起下钻引起的压力激动，钻井液液柱压力低于井壁坍塌压力，钻井液浸泡时间长等；（3分）

   （3）泥页岩水化膨胀泥页岩中的粘土矿物容易吸水膨胀和分散，造成井壁岩石强度降低，引起井壁不稳定，井壁不稳定主要是泥页岩水化的问题。（4分）

8. BHA是什么意思？它有什么用途？

BHA称为底部钻具组合（Bottom Hole Assembly），它的主要功用是防止钻具的倾斜和弯曲。（10分）

五、计算题(15 分)

.某直井已知：钻井液的密度为 ()；钻柱钢材密度为 ()；钻压为；钻铤安全系数为；所选用的钻铤线重为；所选用钻杆的线重为；钻杆最小屈服强度为；钻杆截面积为；钻杆安全系数为；设计系数为；拉力余量为MOP；试计算所需钻铤长度及钻杆最大可下深度。

 解：1、计算浮力系数：  （2分）

 根据确定钻铤长度的“浮重原则”可得： 

 2、计算钻杆最大可下深度：

 （1）计算钻杆在屈服强度下的抗拉力：  （1分）

 （2）计算钻杆的最大允许拉伸力：  （1分）

 （3）计算钻杆的最大安全静拉力： 

 安全系数法： （1分）

 设计系数法： （1分）

 拉力余量法： （1分）

    从上述三种计算方法计算的结果中选取最低值作为最大安全静拉力，并据  此计算钻杆柱的最大可下深度   （4分）

将代入上式即可求得钻杆柱的最大可下深度：

  （1分）