岩土钻掘工程学课程试题库2

1《岩土钻掘工程学》课程试题库2考虑到《岩土钻掘工程学》的讲课分成“岩土钻掘工艺”与“钻井液”两大部分，而且分别考试，所以这里把“钻井液试题库”单列出来。一、概念与术语1.阳离子交换容量一种离子从粘土颗粒中置换出带相同电荷等量等大小，一般用mcq/100g。2.同晶置换在不改变晶格构架的情况下，硅氧四面体中的硅被低价铝离子或铁离子所置换，铝氧八面体中的铝被低价镁离子所置换。3.造浆率配得表观粘度为15mPa·s的泥浆是每吨粘土所造浆的立方数。4.取代度高分子纤维素链节中三个羟基被钠羧甲基取代的程度。5.剪切稀释作用泥浆的表观粘度随剪切速率的增加而降低的现象。6.触变性泥浆静止时粘土颗粒之间互相吸附而形成结构，当外加一定切力使泥浆流动时，结构拆散，流动性增加，此种特性称为泥浆触变性。7.失水造壁性在井中液体压力差的作用下，泥浆中的自由水通过井壁孔隙或裂隙向地层中渗透，称为泥浆的失水。失水的同时，泥浆中的固相颗粒附着在井壁上形成泥皮（泥饼），称为失水造壁性。8.充气钻井液气体分散在钻井液中形成的稳定分散体系称做充气钻井液。9.聚结稳定性泥浆中的固相颗粒是否容易自动聚结变大，降低其分散度的特性。10.塑性粘度反映流体在层流下达到动平衡时，固相颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及液相内部内摩擦力的大小。11.压差卡钻压差卡钻是指钻具在井中静止时，在钻井液与地层孔隙压力之间的压差作用下，紧压在井壁泥饼上而导致的卡钻。12.油气层损害在钻井、完井、井下作业及油气田开采全过程中，造成油气层渗透率下降的现象称为油气层损害。13.循环阻力损失钻井液在循环流动过程中，流经地面管路、钻杆、孔底钻具、钻头和环状间隙时，形2成一定的水力损失或称为压力损失，也可称为压降。14.水解度聚丙烯酰胺发生水解反应后产物中的丙稀酸单元和丙稀酰单元的总和与原料的总结构单元数之比。15.网袋水泥法钻进遇到较大溶洞时，为了降低水泥的大量流失，采用网袋注水泥，以控制水泥浆的扩散流失范围。16.暂堵型钻井液用粘性可变、体积可变和强度可变的材料研制钻井液，根据钻井周期的需要，通过对材料配方的调整来控制变化时间，从而达到在钻井期间钻井液具有强的护壁堵漏效果，而在成井后开采时，在近井地层中侵入的钻井液粘度下降，体积骤减，强度脆化，从而使地下流体通道畅通，提高生产井的产量。17.四面体与八面体每个四面体的中心是一个硅原子，它与四个氧原子以相等的距离相连，四个氧原子分别在四面体的四个顶角上；每个八面体的中心是一个铝原子，它与三个氧原子和三个氢氧原子以等距离相连。18.不分散低固相泥浆指泥浆中固相含量不超过泥浆重量的4％，不分散指，粘土颗粒由于高聚物的存在而聚合变粗，高聚物对泥浆中的岩屑起絮凝作用，不使其分散，便于机械除去。19.气液比泡沫钻井液中，气相与液相成分的体积比。20.脲醛树脂水泥球脲醛树脂水泥球选用脲醛树脂胶浆液、水泥和水玻璃，与水调配而成。该水泥球具有强的抗水稀释性能，与岩石粘结力强，且有可堵期可调、早期强度高的特点。21.双液注浆利用专门双液灌注器，让两种注浆材料同步定量均匀混和的注浆方法。22.沉降稳定性指在重力作用下泥浆中的固体颗粒是否容易下沉的特性。23.动切力钻井液在层流状态下达到动平衡时形成网架结构的强弱。24.聚合度聚合物分子中所含单体单元的数目。二、简答题1.确定钻井液循环泵量应考虑哪些因素？（1）根据岩屑的上返速度确定；（2）根据循环液中岩屑的含量不超过某一定制确定。2.常用的泥浆无机处理剂有哪些？（1）纯碱：调节pH；（2）烧碱：调节pH；（3）钙盐：提供钙离子、胶凝堵漏、配制化学处理剂；（4）氯化钠：配制盐水泥浆；（5）氯化钾：提供钾离子；（6）硅酸钠：抑制泥3页岩水化膨胀、胶凝堵漏、沉淀钻井液中部分钙离子和镁离子；（7）六偏磷酸钠：作为分散剂或降粘剂；（8）硫酸钡：泥浆加重剂；（9）石灰石：加重剂、暂堵剂；（10）其它处理剂：石墨（改善润滑性）等。3.简述脲醛树脂水泥球的特点和使用方法。脲醛树脂水泥球选用脲醛树脂胶浆液、水泥和水玻璃，与水调配而成。该水泥球具有强的抗水稀释性能，与岩石粘结力强，且有可堵期可调、早期强度高的特点。使用时做成鸡蛋大小的形状，依次投入孔内，用鱼尾钻头刮，再用岩心管上下挤压，可取得较好的效果。4.影响泥浆失水量的因素有那些？单位渗滤面积的滤失量)(AVf与泥皮的渗透率K、固相含量因素)1(mcCC、滤失压差△P、渗滤时间t等因素的平方根成正比；与滤液粘度的平方根成反比。5.常用的泥浆有机处理剂有哪些？降失水剂：Na－CMC，磺化褐煤；稀释剂：丹宁类高聚物，腐植酸；絮凝剂：聚丙稀酰胺；提粘剂：CMC,胍尔胶；抑制页岩水化：聚丙稀酰胺。6.如何测定泥浆含砂量？（1）在玻璃量筒内加入泥浆（20毫升或40毫升），再加入适量水不超过160毫升，用手指盖住筒口，摇匀，倒入过滤筒内，边倒边用水冲洗，直到泥浆冲洗干净，网上仅有砂子为止。（2）将漏斗放在玻璃量筒上，过滤筒倒置在漏斗上，用水把砂子冲入玻璃量筒内，等砂子沉淀到底部细管后，读出含砂量体积，计算出砂子体积的百分含量。7.有机处理剂在泥浆中有哪些作用？（1）降失水作用；（2）稀释作用；（3）絮凝作用；（4）增粘作用；（5）抑制页岩水化；（6）流型调节作用。8.如何根据所要求的泥浆密度计算粘土粉的加量？配制1m3体积的泥浆所需粘土重量q按以下过程推导计算：1000)(31321q式中：1――粘土的比重，2.6～2.8；2――泥浆的比重；3――水的比重．9.钻孔护壁堵漏对水泥浆性能要求的特点是什么？（1）好的流动性；（2）快干早凝；（3）后期强度要求不高。10.如何测定泥浆的固相含量？对泥浆中固相含量的测定，一般采用“蒸馏原理”。取一定量（20ml）泥浆，置于蒸馏管内，用电加热高温将其蒸干，水蒸气则进入冷凝器，用量筒收集冷凝的液相，然后称出干涸在蒸馏器中的固相的重量，读出量筒中液相的体积，计算泥浆中的固相含量，其单位为重量或体积百分比。11.怎样设计钻孔护壁堵漏的综合技术措施？（1）各种盐类地层，采用盐水泥浆；（2）粘土、泥岩、页岩，钙处理泥浆、钾基泥浆，乳化沥青泥浆和油包水活度平衡泥浆；4（3）流砂、砂砾、松散破碎地层，钠羧甲基纤维素泥浆、铁铬盐泥浆、木质素磺酸盐泥浆和腐植酸泥浆；（4）裂隙地层，优质膨润土泥浆；（5）岩溶地层，化学堵漏，包括水泥堵漏、脲醛树脂堵漏；（6）高压油、气、水地层，高比重泥浆，同时采用暂堵技术。（7）高温地层，①选用耐高温的造浆粘土，如海泡石和凹凸棒石粘土等。②采用抗温和抗盐能力较强的有机处理剂。丙烯酸类的衍生物、腐植酸类的磺化体，以及各种树脂具有较高的抗温能力。③减少粘土加量，对付粘土分散度增大的情况。12.屏蔽暂堵钻井液的技术要点用压汞法测出油气层孔喉分布曲线及孔喉的平均直径。按平均孔喉直径的1/2～2/3选择架桥颗粒(通常用细目CaCO3的粒径，使这类颗粒在钻井液中的含量大于3％。选择粒径更小的颗粒(大约为平均孔喉直径的1/4)作为充填颗粒，其加量应大于1.5％。再加入1％～2％可变形的颗粒，其粒径应与充填颗粒相当，其软化点应与油气层温度柏适应。这类颗粒通常从磺化沥青、氧化沥青、石蜡、树脂等物质中进行选择。13.简述造浆粘土质量评价的方法评价造浆膨润土优劣的测试项目包括：（1）蒙脱石含量；（2）胶质价和膨胀倍数；（3）阳离子交换容量、盐基总量和盐基分量；（4）可溶性盐含量；（5）造浆率；（6）流变特性和失水特性。14.写出一套抗高温泥浆的配方（1）4%～7%膨润土＋3%～7%SMC＋0.3％～1%表面活性剂（ABS、OP－10等）；（2）3％～4％膨润土十2％～7％SMC十1％～5％FCLS。三、填空题1.钻井液的主要功能有携带和悬浮岩屑、稳定井壁和平衡地层、冷却和润滑钻头钻具、传递水功率、传递井下信息，及时发现油气显示和高低压地层、悬浮加重剂、套管和钻具等、保护油气层等。2.粘土矿物基本构造单元有硅氧四面体和一层铝氧八面体两种。3.常见的粘土矿物有蒙脱石、伊利石和高岭石。4.一般来说，钻井液处于平板型层流状态时，对携岩效果较好，当动塑比τ0/ηp越大或流性指数n越小，越有利于提高携岩效率，一般要求τ0/ηp的比值为0.36-0.48Pa/mPa·s。5.现场钻井液常用四级固相控制设备指振动筛、旋流除砂器、旋流除泥器和离心机。6.井壁不稳定的三种基本类型是指坍塌、缩径和地层压裂。7.盐水钻井液的三种基本类型是欠饱和盐水钻井液、饱和盐水钻井液和海水钻井液。。8.井内钻井液的滤失有三种：静滤失、动滤失和瞬时滤失。9.CMC的两个主要性能指标是：取代度和聚合度。10.在钻井液中，NaOH用做pH调节剂，重晶石做加重剂，FClS用做稀释剂，LV-CMC用做降滤失剂。11.油气层敏感性评价包括水敏、酸敏、速敏、盐敏和碱敏等。12.粘土矿物1：1型基本结构层由一层硅氧四面体和一层铝氧八面体组成。13.按分散介质分，钻井液可以分为水基钻井液、油基钻井液和气基钻井液等。14.一般来说，要求钻井液滤失量要小、泥饼要薄而致密。18.钻井液降滤失剂按材料来源分主要有腐植酸类、纤维素类、丙烯酸类、淀粉类和树脂类。19.油基钻井液主要由基油、水、乳化剂、润湿剂、亲油胶体、石灰和加重材料。520.在钻井液中，重晶石做加重剂，FClS用做稀释剂。三、论述与计算题1.分析粘土矿物的构造特点，比较说明蒙脱石和高岭石的造浆能力（1）高岭石矿物晶胞是由一层硅氧四面体和一层铝氧八面体组成，故称为1:1型粘土矿物，高岭石重叠的晶胞之间是氢氧层与氧层相对，形成结合力较强的氢键，因而晶胞间联结紧密，不易分散。高岭石矿物晶体结构比较稳定，即晶格内部几乎不存在同晶置换现象，仅有表层OH－的电离和晶体侧面断键才造成少量的电荷不平衡，因而其负电性较小。由于负电性很小，致使这种粘土矿物吸附阳离子的能力低，所以水化等“活性”效果差。由上可知，高岭石矿物由于晶胞间连接紧密，可交换的阳离子少，故水分子不易进入晶胞之间，因而不易膨胀水化，造浆率低，每吨粘土造浆量低于3m3。同时因可交换的阳离子量少，粘土接受处理的能力差，不易改性或用化学处理剂调节泥浆性能。因此，高岭石不是好的造浆粘土。（2）由于蒙脱石矿物的晶胞是由两层硅氧四面体和一层铝氧八面体组成，故称为2:1型作用力是弱的分子间力。因而晶胞间联结不紧密，易分散微小颗粒，甚至可以分离至一个晶胞的厚度，一般小于1μm的颗粒达50%以上。从形状上看，晶胞片的长度往往为其厚度的几十倍，是薄片状的颗粒。蒙脱石矿物晶体构造的另一特点是同晶置换现象很多，即铝氧八面体中的铝被镁、铁、锌等所置换，置换量可达20～35%。硅氧四面体中的硅也可被铝所置换，置换量较小，一般小于5%。因此，蒙脱石晶胞带较多的负电荷，其阳离子交换容量大。2.从钻井液的材料组成入手，分析不同流变曲线的形成机理泥浆流动时的剪切应力与剪切速率之间的关系用流变方程和流变曲线来表达。不同泥浆的流变关系大体上可以分为四种理论流型，即牛顿流型、宾汉流型、幂律流型和卡森流型。一种具体泥浆的实际流型与哪一种理论流型较相近，就认为它属于该理论流型。泥浆的流型主要取决于构成泥浆的材料组成及其它们的含量。粘土含量较少的细分散泥浆比较接近于牛顿流型，其剪切应力主要由相互无连接力的粘土微粒及水分子之间的摩擦力构成。反映该类泥浆粘稠性的流变参数是牛顿粘度η。由于一般泥浆（在未加稀释剂和高聚物加量很少的情况下）存在粘土颗粒之间的结合力，具有一定程度的网架结构。因此，泥浆在发生流动之前需要克服一定的结构力。其流型用宾汉流型来反映较为合适。反映该类泥浆粘稠性的流变参数是动切力τo和塑性粘度ηp。当泥浆中的线形高聚物或类似油微粒的可变形物质含量较高，并且泥浆结构力很低时，可以用幂律关系来描述泥浆流型。这种流型的切应力随剪切速率的变化不是线性关系，而是由快到慢呈幂指数关系，也就是说流动慢时切力增加得快，流动快时切力增加得慢。其原因是线形高聚物等在流动中具有顺流方向性。流速越大，顺流方向性越强，阻力增加得越慢。