中国石油大学(华东)钻井工程课后题答案

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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：P6P82、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

2、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

3、压力地层压力当量密度 6、某井井深2500m，钻井液密度1.18 g/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）井底压差：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），地层压力或P7、式（1-2），静液压力梯度 产层压力梯度：8、某井钻至2500m，钻头D215mm，钻压W160KN，钻速n110r/min，机械钻速7.3m/h，钻井液密度1.28 g/cm3，正常条件下钻井液密度1.07 g/cm3，求d和dc指数。解：据P15、式（

4、1-16）、式（1-17） （注意：各变量的单位）d指数：dc指数：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）。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

5、，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：计算地层破裂压力的当量密度： P21、式（1-27）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： P13、式（1-12）则井深2000m处，地层压力35.0

6、MPa，对应的钻井液密度为：比较两当量密度：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)计算1000m处的地层破裂压力：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。地层压力： P13、式（1-12）则井深2000m处，地层压力35.0MPa，对应的钻井液密度为：钻开油层时，1000m处的静液柱压力：比较两个压力：由于，则地层被压漏。解法3：计算地层破裂压力当量密度： P21、式（1-27）破裂压力当量密度在2000m处能产生的静液柱压力：比

7、较两个压力：由于，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

8、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：P8690。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

9、口处受力最严重，受到最大拉力。31、某井用91/2in钻头，7in钻铤（）和5in钻杆（），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（1）浮力系数： P87、式（2-3）（2）取安全系数SN1.2 P88、式（2-7）钻铤长度：若此井为直井，则需要钻铤长度为189.70m。32、已知：井深，钻压，钻井液密度为；钻具结构：81/2 in钻头61/2 in钻铤200m（）5in钻杆1300m（）。求中性点所在井深。解：（1）浮力系数: P87、式（2-3）（2）中性点位置： P88、式（2-7）（3）中性点所在井深：34、某井用121/4in钻头钻

10、至3500m，试进行钻柱设计。已知：钻头直径，井深；钻井液密度；钻压；拉力余量；安全系数；卡瓦长度；正常润滑；井斜角。库存钻具：9in钻铤（）27m；7in 钻铤（）81m；61/4in钻铤（）供应充足;E级5in钻杆（）900m；95（X）及105（G）级5in钻杆（）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”）：121/4 in钻头首选9in钻铤。浮力系数： P87、式（2-3）取安全系数 P92、式（2-12）则钻铤长度：计算长度大于库存量（27m），则实际长度。除了9in钻铤、还要选12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（

11、P87）：“钻柱上轴向力等于0的点”。 钻铤长度的确定原则（P92）：“保持中性点始终处在钻铤上”。各段钻铤长度的计算公式如下：第2段钻铤选择7in钻铤，则该段钻铤的计算长度为：计算长度仍然大于库存量（81m），则实际长度。除了9in钻铤、7in钻铤，还要使用61/4in钻铤，计算长度为：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。全部钻铤的总长度：全部钻铤在空气中的重量：全部钻铤的浮重：（2）选择第一段钻杆（接钻铤）：E级5in钻杆，线重据钻杆直径、钢级、线重（或壁厚），查表2-12（P75）、表2-14（P77），最小抗拉载荷。A、计算最大安全静拉载荷： P93-95、分

12、3种情况计算，最后取最小值 安全系数法： P95、式（220） 设计系数法（卡瓦挤毁）： P95、式（221）其中，据钻杆外径127.0mm，卡瓦长度及正常润滑条件，查表2-22（P94），得到防止卡瓦挤毁钻杆的设计系数。 拉力余量法： P95、式（222）显然，按卡瓦挤毁比值计算的最大安全载荷最小，取。B、计算最大许用长度：因为库存量仅有900m，实取第1段钻杆长度。（3）选取第2段钻杆： 95 X级5in钻杆，线重同理：最小抗拉力最大安全静拉载荷： 安全系数法： 设计系数法（卡瓦挤毁）： 拉力余量法：实取最大安全静拉载荷。最大许用长度：因为总井深为3500m，实取第2段钻杆长度：。设计钻柱

13、组合列表如下：规范长度 /m空气中重 /kN第1段钻铤：9in，线重2.860kN/m2777.22第2段钻铤：7in，线重1.632kN/m81132.19第3段钻铤：61/2in，线重1.362kN/m6385.81第1段钻杆：5in，E级，线重284.78N/m900256.30第2段钻杆：5in，95 X级，线重284.78N /m2432692.59合计35001144.11第3章复习题：1、 钻井液的功用是什么？P101-102 2、 名词解释：井塌（P116）第四章 钻进参数优选（P165）1、某井用200mm241型钻头钻进，W=196kN，n=70r/min，井底净化条件较好

14、，钻头工作14h后起钻，已知Af=2.3310-3。求牙齿磨损量hf。解：查表41（P130）、表42（P131），200mm241型钻头的有关数据：Z1=0.0167牙齿磨损量： P132、例4-12、某井用200mm211型钻头钻进，W=196kN，n=80r/min，钻头工作14h后起钻，轴承磨损到B6级，求轴承工作系数b。解：轴承磨损到B6级，表示轴承磨损了6/8。 参考P141、例4-2轴承的磨损速度方程： P133、式（4-15）轴承工作系数: 3、已知某井五点法钻进试验结果如下，求该地区钻压M和转速系数。实验点123456钻压/kN225254254196196225转速/(r.

15、min-1)70601201206070钻速/(m.h-1)3132.546342430解：该表中实验点编号与表4-3（P134）不一致！（1）验证试验是否成功： P134、L6所以试验成功。（2）计算门限钻压M： 转速n固定，钻压W变化、钻速方程： P129：式（4-9）转速（第3、4点）： 参考P134、式（4-18）、式（4-19）转速（第2、5点）：则：（2）求转速指数：钻压W固定，转速n变化、钻压（第2、3点）： 参考P135、式（4-21）、式（4-22）钻压（第4、5点）：则：4、某井用215.9mm钻头钻进，喷嘴流量系数C=0.96，钻井液d=1.42g/cm3，排量为16L/

16、S，若要求井底比水功率为0.418kW/cm2，且三个喷嘴中拟采用一个直径为9mm，另两个为等径。试求另两个喷嘴的直径，并计算射流水力参数和钻头水力参数。解：比水功率通常为射流水功率与井底面积的比值。（1）射流水功率：射流水功率 P146、式（4-52）喷嘴总面积，又、；则另两个喷嘴的直径：另两个喷嘴的实际直径。喷嘴总面积：（2）射流水力参数：射流喷射速度： P145、式（4-50）射流冲击力： P145、式（4-51）（3）钻头水力参数钻头压降： P146、式（4-53）钻头水功率： P147：式（4-53）5、已知：钻头直径215.9mm；钻铤外径177.8mm（内径71.4mm）、长度1

17、00m；内平钻杆、外径127mm（内径108.6mm）；钻井液密度d=1.2g/cm3、塑性粘度PV=0.022PaS、排量Q=22L/S；地面管汇压耗Pg=0.34MPa。求m，a值及井深时循环系统压耗。解：地面管汇压耗公式： P152、式（4-73）, P153、式（4-80） 据P153、式（4-82）：内平钻杆，常数： P152、式（4-74）（P153） （P154） 当井深时，钻杆长度。循环系统压耗： P154、式（4-83）8、已知：钻头直径；喷嘴流量系数； 钻铤外径（内径）、长度；内平钻杆、外径（内径）；钻井液密度、塑性粘度；排量；要求环空返速；地面管汇压耗系数；配备2台3NB

18、-1000钻井泵；地面泵压不超过18Mpa；当前井深。试按最大钻头水功率方式对该井深处进行水力参数设计。解：（1）确定最小排量： P162、式（4-112）要求环空返速，则实取携岩要求最小排量： P163、式（4-116）（2）计算环空压耗系数：钻铤内外压耗系数： P153、式（4-82）内平钻杆，则常数 （P153） （P154）井深时压耗系数： （P154）（3）选择缸套直径钻井泵排量（携岩要求的最小排量），要求(L/s)。由P156、表4-6知，3NB-1000钻井泵、选择140mm缸套时: 额定排量，额定泵压；考虑钻井泵上水效率，则24.30.90=21.87MPa27.10.90=2

19、4.39L/s根据限定条件“地面泵压以不超过18MPa较合适”，则:泵的工作额定泵压Pr=18MPa，工作额定排量Qr=24.39L/s（4）计算按最大钻头水功率方式下的临界井深第一临界井深： P159、式（4-96）第二临界井深为: P159、式（4-97）（5）计算优选排量当前井深，则最优排量： P158、式（4-92）（6）确定喷嘴直径当前井深处的循环压耗： P158、式（4-92）或（4-93）或 当量喷嘴直径：P160、式（4-99）（7）计算各水力参数泵压：钻头压降：射流喷速：射流水功率：射流冲击力：钻头水功率：第4章补充复习题：1、 提高钻头水力参数的途径？（P154-1552、

20、 水力参数优化设计步骤？（P162-163 3、 名词解释：门限钻压（P125）、压持效应（P127）、 第五章 井眼轨道设计与轨迹控制（P211）34. 井斜方位角与象限角的换算解：（1）方位角：50o，90o，175o，200o， 315o， 0o象限角：N50 o E，N90 o E，S5 o E，S20 o W，N45 o W，N0 o（2）象限角：S13.5oE，S70oW，N50oE，N33oW方位角：166.5o，250o，50o，327o35.用两种井眼曲率公式分别计算表中所列三个测斜段井眼曲率。测 段123段长/m333535井斜角/3380853539方位角/1519410

21、0160303295法1狗腿角/ 6.0059.626.25曲率5.4551.115.36法2狗腿角/ 9.3759.706.26曲率8.5251.175.37解：（1）Lubinski公式： P170：式（5-1）、（5-2）狗腿角：平均井眼曲率：以测段1为例： （三角函数值保留4位小数）（2）行业标准计算公式： P170：式（5-3）、（5-2）其中： 注意测段1：狗腿角平均井眼曲率：36. 求井斜方位角增量及平均井斜方位角测 段1234300185345102535523070-160-8-175335105-1-42.5解：当时要特别注意！（1）时： （2）时：37. 分别用平均角法和

22、校正平均角法完成测斜计算，设计方位角L/m平均角法校正平均角法N/mE/mD/mV/mDLS/mN/mE/mD/mV/mDLS/m1524.246.111.061.330.011524.201.240.2441.330.011524.101.240.2441532.2417.340.892.960.041532.032.761.4042.950.041531.872.751.4041542.8919.00358.26.280.011542.155.830.1756.270.011541.985.820.1751551.9420.120.999.31-0.011550.688.630.2359.

23、30-0.011550.508.620.235解：（1）根据行业标准，由第1测点推算第0测点参数：，（2）计算所需参数列于下表：， 注意：、采用弧度测段125.06.1103.0550.530.9961.00028.011.23-0.1711.7250.9750.9920.998310.651.66-2.6918.17-0.4550.9991.00049.051.122.7919.56359.5950.9991.000（3）平均角法：测段1：水平位移平移方位角视平移狗腿角曲率测段2：测段3：测段4：（2）校正平均角法：同样依据公式计算。测段1：测段2：测段3： 测段4：39、满眼钻具组合扶正器

24、最优距离计算。Dh216mm，Ds214mm，Dc178mm（内径75mm），E=20.5841010Pa ，d1.33kg/L；设计允许最大井斜角（3）。试求该组合的中扶正器距离钻头的最优距离。解：据P183、式（5-30），可以参考例5-2： 注意各变量的单位 （P183、例5-2） 中扶正器距钻头最优距离为5.83m40钟摆钻具组合扶正器最优距离计算。Dh=216mm，Ds=214mm，Dc=178mm（内径75mm），E=20.5941010Pa，d1.33kg/L，设计允许最大井斜角3o，钻压w=120KN。试求该组合扶正器距离钻头的最优距离。解：据P185、式（5-31）： 注意各

25、变量的单位 （r为环空间隙）扶正器距钻头的最优距离为24.21m。41、某定向井设计目标点垂深800m，造斜点垂深500m，造斜率1.8/30m。设计轨道形状为三段式。设计该轨道，并按表计算有关未知参数。（水平位移40m）节点井斜角 /垂深 /m水平位移 /m井深 /m00000a05000500b10.8678.9016.92680.01t10.880040801.11解：已知、计算稳斜段井斜角： 据P189、式（5-33）（5-37） 增斜段计算： 据P190、式（5-52）（5-54）稳斜段计算： 据P190、式（5-55）（5-56）检验t点位移：44、某井井深2000m处，井斜角，方

26、位角。根据轨迹控制要求，希望钻进，使井斜角，方位角，求造斜工具的装置角及造斜率。解：据P202、式（5-69）（5-73），采用解析法，可以参考P202、例55令，则代入数据： 注意：三角函数值保留4位小数！造斜率 ，实取45、某井方位控制计算。已知：当前井底井斜角，方位角，造斜工具的造斜率，装置角，求钻进以后的井斜角，方位角。解： 由公式得： 由公式得：（相当于全力增方位），第5章补充复习题：1、 名词解释：井斜角、方位角、水平位移、狗腿角（全角变化）：P167-169装置角（P200）、反扭角（P203）、造斜（P199）、定向（P204）2、 井斜原因及防斜打直措施？P179-1813、

27、 满眼钻具、钟摆钻具的原理及使用特点？（P182、184；P184、185186第六章 油气井压力控制（P248）47、简述地层流体侵入井眼的原因、征兆、检测方法。答：原因（P222）、征兆（P226-227）、检测方法（P227229）14、某井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d=1.5g/cm3；技术套管下至3000m，该处地层破裂压力梯度Gf=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；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

28、泵压为33.27MPa；发生井涌关井后10min，立管压力psp4.67MPa，套压pa6.65MPa；钻井液池内钻井液量增加4.5m3。利用工程师法设计一压井施工单。解：工程师法压井与司钻法压井的工艺不同，但压井数据计算是相同的。可以参考P242-例，P237、式（6-16）（6-28）比较关井立管压力和套压，钻井液增量4.5m3，说明环空气侵不严重，关井及时。计算地层压力： P237、式（6-16）计算压井所需钻井液密度： P237、式（6-17）计算钻井时所需钻井液密度： P237、式（6-19）将整个井筒容积二倍的钻井液加重，根据经验公式4000m井筒容积：二倍为： 144.52=28

29、9(m3)由钻井手册查得，将密度为1.5g/cm3的钻井液加重到1.674g/cm3，每1 m3原浆需要重晶石（密度4.0 g/cm3）0.2784t。因此，压井需重晶石2890.2784=80.4576（t）。计算初始立管压力： P237、式（6-25）小于最大泵压（33.27MPa）,则120mm缸套可用。计算终了立管总压力： P237、式（6-26）计算重钻井液到达钻头所需的时间：由钻井手册查得114.3mm、24.72kg/m的钻柱每米长的内容积Vd=7.417L/m，则计算许可的最大关井套压： P237、式（6-26）第6章补充复习题：1、 名词解释：平衡压力钻井、欠平衡压力钻井、硬（软）关井（P230）、压井第7章补充复习题：1、 名词解释：井身结构、水泥浆的稠化时间、裸眼完井、射孔完井2、 套管种类及作用？（P250）3、 井身结构设计原则？（P257）4、 提高固井（或注水泥）质量的技术措施？（P280-283）