钻井工程课后题答案

1第一章钻井的工程地质条件（P41）1、简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层压力和基岩应力三者之间的关系。答：P6～P82、简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。答：P10答：地层在沉积压实过程中，能否保持压实平衡主要取决于四个因素：（1）上覆岩层沉积速度的大小，（2）地层渗透率的大小，（3）地层孔隙减小的速度，（4）排出孔隙流体的能力。在地层的沉积过程中，如果沉积速度很快，岩石颗粒没有足够的时间去排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒和颗粒之间的压力，即无法增加它对上覆岩层的支撑能力。由于上覆岩层继续沉积，岩层压力增加，而下面的基岩的支撑能力并没有增加，孔隙流体必然开始部分地支撑本应有岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力。如果该地层的周围又有不渗透的地层圈闭，就造成了地层欠压实，从而导致了异常高压的形成。3、简述在正常压实地层中岩石的密度、强度、空隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。答：密度、强度、dc指数随井深增加而增大（见P10上、P25下、P15中）；空隙度、声波时差随井深增加而减小（见P12下）。4、解释地层破裂压力的概念，怎样根据液压实验曲线确定地层破裂压力？答：地层破裂压力：P17中。根据液压实验曲线确定地层破裂压力：见P21中（步骤4、5）。5、某井井深2000m，地层压力25MPa，求地层压力当量密度。解：根据P13、式（1-12），地层压力Dppp00981.0地层压力当量密度)/(274.1200000981.02500981.03mgDppp26、某井井深2500m，钻井液密度1.18g/cm3，若地层压力27.5MPa/m，求井底压差。解：井底压差＝井底钻井液液柱压力－地层压力静液压力：P6、式（1-1）)(94.28250018.100981.000981.0MPahPh井底压差：)(44.15.2794.28MPaPPPhh7、某井井深3200m，产层压力为23.1MPa，求产层的地层压力梯度。解：地层压力梯度＝地层压力/井深参考P13、式（1-12），地层压力Dppp00981.0或P7、式（1-2），静液压力梯度hpGhp产层压力梯度：)/(00722.032001.23mMPaDpGpp8、某井钻至2500m，钻头D＝215mm，钻压W＝160KN，钻速n＝110r/min，机械钻速7.3m/h，钻井液密度1.28g/cm3，正常条件下钻井液密度1.07g/cm3，求d和dc指数。解：据P15、式（1-16）、式（1-17）（注意：各变量的单位）d指数：8868.12151600684.0lg1103.70547.0lg0684.0lg0547.0lgbpcdWnvddc指数：5772.18868.128.107.1dncdd12、岩石受围压作用时，其强度和塑性是怎样变化的？答：（1）当围压增加时强度均增大，但所增加的幅度对于不同类型的岩石是不一样的（P28）；（2）随着围压增大，岩石表现出由脆性向塑性转变，并且围压越大，岩石破坏前所呈现的塑性也越大（P31）。3补充题：某井将套管下至1000m固井后做漏失试验，测得漏失压力为pL=5.9MPa，井内泥浆密度为1.15g/cm3。继续钻进至2000m将钻遇油气层，预计油气层压力为35.0MPa。若采用平衡压力钻井方法钻穿油气层，能否压漏地层？（或是否需要下技术套管？）解：等价问题——“钻2000m处油层时，使用的钻井液在1000m处产生的液柱压力是否会超过此处的地层破裂压力”。思路：（1）计算套管鞋处地层破裂压力当量密度，与钻开油层所需钻井液密度比较；（2）计算套管鞋处地层破裂压力，与钻开油层时该处的液柱压力比较；（3）计算套管鞋处地层破裂压力当量密度，以及采用该密度的钻井液钻开油层时井底液柱压力，与油层压力比较（4）计算当前密度的钻井液钻开油层时关井套压，与漏失试验的漏失压力比较。解法1：①计算地层破裂压力的当量密度：P21、式（1-27）)/(751.1100000981.09.515.100981.03cmgDpLdf②计算钻开油层所需要的钻井液密度：采用平衡钻井钻穿油气层，钻井液静液压力等于地层压力。地层压力：Dppp00981.0P13、式（1-12）则井深2000m处，地层压力35.0MPa，对应的钻井液密度为：)/(784.1200000981.00.3500981.03cmgDppp③比较两当量密度：pf采用平衡钻井钻穿油气层时，钻井液密度大于1000m处的地层破裂压力当量密度，而此处地层又没有用套管封隔，则地层被压漏。解法2：(比较1000m处的压力)①计算1000m处的地层破裂压力：)(18.17100015.100981.09.500981.0MPaDppdLf②计算钻开油层所需要的钻井液密度：（同上）采用平衡钻井钻穿油气层，钻井液静液压力等于地层压力。4地层压力：Dppp00981.0P13、式（1-12）则井深2000m处，地层压力35.0MPa，对应的钻井液密度为：)/(784.1200000981.00.3500981.03cmgDppph③钻开油层时，1000m处的静液柱压力：)(50.171000784.10091.000981.0MPaDphh④比较两个压力：由于fhpp，则地层被压漏。解法3：①计算地层破裂压力当量密度：P21、式（1-27）)/(751.1100000981.09.515.100981.03cmgDpLdf②破裂压力当量密度在2000m处能产生的静液柱压力：)(47.342000751.10091.000981.0MPaDphh③比较两个压力：由于phpp，说明该密度的钻井液在井底产生的静液压力不能平衡地层压力；如果采用平衡压力钻井方式钻开2000m处油气层，所需钻井液密度必定要高于套管鞋处地层破裂压力当量密度，则地层被压漏。第1章补充复习题：1、名词解释：地层破裂压力、岩石的强度、岩石的可钻性5第二章钻进工具（P98-99）7、牙轮的超顶、移轴和复锥各产生哪个方向的滑动？(P53-54)答：超顶和复锥产生切向滑动，可以剪切掉同一齿圈相邻牙齿之间的岩石；移轴产生轴向滑动，可以剪切掉相邻齿圈之间的岩石。16、PDC钻头是怎样破碎岩石的？适用于什么样的地层？答：（1）工作原理（P45：）：与刮刀钻头基本相同。主要以切削、剪切和挤压方式破碎岩石，具体方式取决于钻头的切削结构及所钻地层的岩性。（2）适用地层（P69）：软到中硬地层；地层必须是均质地层，以避免冲击载荷；含砾石的地层不能使用PDC钻头。18、钻柱主要由哪几部分组成？其主要功用有哪些？答：P73中、P73上。23、井下钻柱受到哪些力的作用？最主要的作用力是什么？答：P86～90。24、何为钻柱的中性点？为什么要保证中性点落在钻铤上？答：P87下、P88中上。。25、钻柱的哪些部位受力最严重？最主要的作用力是什么？（P91）答：（1）钻进时：钻柱下部受力最为严重，同时受到轴向压力、扭矩和弯曲力矩作用。井口处钻柱受力比较严重，所受拉力、扭矩都最大。（2）起下钻时：井口处受力最严重，受到最大拉力。31、某井用91/2in钻头，7in钻铤（mNqc/1632）和5in钻杆（mNqp/78.284），设计钻压为180kN，钻井液密度1.28g/cm3，试计算所需钻铤长度。解：钢材密度统一取3/8.7cmgs（1）浮力系数：836.08.728.111sbBKP87、式（2-3）（2）取安全系数SN＝1.2P88、式（2-7）钻铤长度：)(70.189836.0362.12.1180cosmkqSWLBcNN若此井为直井，则需要钻铤长度为189.70m。632、已知：井深mDv1500，钻压tW14，钻井液密度为3/38.1cmgd；钻具结构：81/2in钻头＋61/2in钻铤200m（mkgqc/24.136）＋5in钻杆1300m（mkgqp/04.29）。求中性点所在井深。解：（1）浮力系数:823.08.738.111sdBKP87、式（2-3）（2）中性点位置：)(86.124823.024.13610143mKqWLBcNP88、式（2-7）（3）中性点所在井深：)(14.137586.1241500mLDNv34、某井用121/4in钻头钻至3500m，试进行钻柱设计。已知：钻头直径indb41/12，井深mD3500；钻井液密度3/23.1cmgd；钻压kNW200；拉力余量kNMOP450；安全系数30.1tS；卡瓦长度mmLs4.406；正常润滑；井斜角6。库存钻具：9in钻铤（mNqc/2860）27m；7in钻铤（mNqc/1632）81m；61/4in钻铤（mNqc/4.1362）供应充足;E级5in钻杆（mNqp/78.284）900m；95（X）及105（G）级5in钻杆（mNqp/78.284）供应充足。解：（1）选择钻铤查表2-21（P91，“钻头尺寸与钻柱尺寸配合”）：121/4in钻头首选9in钻铤。浮力系数：842.08.723.111sdBKP87、式（2-3）取安全系数20.1NSP92、式（2-12）则钻铤长度：)(27)(21.1006cos842.0860.220020.1cosmmkqWSLBcNc7计算长度mLc21.100大于库存量（27m），则实际长度mLc271。除了9in钻铤、还要选1～2段尺寸较小的钻铤，组成“塔式钻具组合”（直井防斜打直）。中性点（P87）：“钻柱上轴向力等于0的点”。cos)(1BnicicikLqW钻铤长度的确定原则（P92）：“保持中性点始终处在钻铤上”。cos)(1maxBniciciNkLqSW各段钻铤长度的计算公式如下：cncncnccccBcnNcnniciciBNcnqLqLqLqkqWSqLqkWSL112211max11maxcos)(cos第2段钻铤选择7in钻铤，则该段钻铤的计算长度为：)(30.128632.10.27860.26cos842.0632.120020.1cos2112max2mqLqkqWSLcccBcNc计算长度mLc30.1282仍然大于库存量（81m），则实际长度mLc0.812。除了9in钻铤、7in钻铤，还要使用61/4in钻铤，计算长度为：)(68.56362.1632.10.81860.20.276cos842.0362.120020.1cos322113max3mqqLqLkqWSLcccccBcNc该尺寸钻铤供应充足。若按每根钻铤9m计算，需要7根，实际长度mLc0.633。全部钻铤的总长度：)(0.1710.630.810.2731mLici全部钻铤在空气中的重量：)(22.2950.63362.10.81632.10.27860.2)(31kNLqicici全部钻铤的浮重：)(57.248842.022.295)(31kNkLqBicici8（2）选择第一段钻杆（接钻铤）：E级5in钻杆，线重mNqp/78.2841据钻杆直径、钢级、线重（或壁厚），查表2-12（P75）、表2-14（P77），最小抗拉载荷kNFy31.17601。A、计算最大安全静拉载荷：P93-95、分3种情况计算，最后取最小值安全系数法：P95、式（2－20）)(68.12183.131.17609.0/9.011kNsFFtya设