中国石油大学在线考试期末考试钻井工程答案.docx

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中国石油大学在线考试期末考试钻井工程答案

中国石油大学（北京）远程教育学院

期末考试

《钻井工程》

学习中心：

_______姓名：

________学号：

_______

关于课程考试违规作弊的说明

1、提交文件中涉嫌抄袭内容（包括抄袭网上、书籍、报刊杂志及其他已有论文），

带有明显外校标记，不符合学院要求或学生本人情况，或存在查明出处的内容或

其他可疑字样者，判为抄袭，成绩为“0”。

2、两人或两人以上答题内容或用语有50%以上相同者判为雷同，成绩为“0”。

3、所提交试卷或材料没有对老师题目进行作答或提交内容与该课程要求完全不

相干者，认定为“白卷”或“错卷”，成绩为“0”。

一、名词解释（每小题5分，共20分）

1.井斜方位角

2.硬关井

3.欠平衡钻井

4.岩石的可钻性

二、简答题（每小题10分，共40分）

1.钟摆钻具组合的防斜原理

2.钻井液的功用

3.射流清洁井底的机理

4.钻柱的功用

三、课程设计（共40分）

设计任务：

XX油区XX凹陷一口直井生产井的钻井与完井设计。

设计内容：

（其中打“√”部分必须设计，其他部分可选做或不做）。

1.地质设计摘要（√）；

2.井身结构设计（√）；

3.固井工程设计：

套管柱强度设计（√）；

4.钻柱组合和强度设计（√）；

5.钻机选择（√）；

6.钻进参数设计：

（1）机械破岩参数设计（包括钻头选型，所有钻头选用江汉钻头厂牙轮钻头、选取钻压和转速）（√）；

（2）钻井液体系及性能设计（仅设计钻井液密度，其它参数不作要求）

（3）水力参数设计（√）；

（4）钻柱与下部防斜钻具结构（√）。

考核方式及成绩评定

（1）格式、规范：

4分，评分依据：

工程设计规范；评分标准：

4＊符合程度％。

（2）设计的依据与原则准确性：

12分，评分依据：

工程设计依据与原则；

评分标准：

12＊符合程度％。

（3）过程的参数选择的合理性和计算过程的可靠性：

12分，评分依据：

参

数符合工程实际，计算过程可靠；评分标准：

12＊符合程度％。

（4）结果准确性：

12分。

基础数据：

1.地质概况：

见后附设计样例表A－1。

2.设计井深：

H=3000+4×100+学号的后二位数字×3（m）

3.地层压力和破裂压力剖面：

根据图A－1，地层压力梯度的当量钻井液密度由1.00g/cm3变为1.10g/cm3的井深按以下规律取值：

H=3000+4×100+学号的后二位数字×3（m）

4.设计系数：

见表A-2和表A-3，其他数据查《钻井手册》（甲方）和参考

书。

5.水力参数设计数据见表A-4。

6.钻柱设计数据见参数书2。

”

7.完井方式：

先期裸眼完井，?

177.8mm（7）生产套管。

附录

1.地质概况

表A-1

井别

探井

井号

设计井深

目的层

地面海拔

井

坐标

纵（

）m

4275165

横（y）m

20416485

位

测线位置

504和45地震测线交点

地理位置

XX省XX市东500m

构造位置

XX凹陷

钻探目的

了解XX构造QJ

含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气源

完钻原则

进入J150m完钻

完井方法

先期裸眼

层位代号

底界深度，m

分层厚度，m

主要岩性描述

故障提示

280

砾岩层夹砂土,未胶结

渗漏

600

320

上部砾岩,砂质砾岩,中下部含砾砂岩

渗漏

中上部含砺砂岩、夹泥岩和粉砂质泥岩；

1050

450

下部砺状砂岩，含砺砂岩、泥岩、粉砂质泥

防塌

岩不等厚互层

1600

泥岩、砂质泥岩、砺状砂岩、含砺砂岩不等

防漏

厚互层，泥质粉砂岩

防斜

1900

300

砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含砺

防斜

砂岩

防漏

2650

750

泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩

防斜

F2J

2900

250

泥岩夹钙质砂岩，夹碳质条带煤线，中部泥

防斜、塌、卡

岩夹煤层、下部泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩

F2K

3150

250

泥岩为主，泥质粉砂岩，中粗砂岩，砂砾岩

间互

3500

350

泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩

防漏、喷、卡

3650

150

深灰，浅灰色灰岩为主，间夹褐，砖红色泥

防漏、喷、卡

（未穿）

岩

2.井身结构设计

钻探目的层为QJ灰岩地层，确定完井方法为先期裸眼完井。

油气套管下入QJ

层3－5m。

根据地质情况，钻达目的层过程中不受盐岩，高压水层等复杂地层影响，故井身结构设计按地层压力和破裂压力剖面（图A－1）进行。

图A-1地层压力和破裂压力

设计系数见表A-2。

表A-2井深结构设计有关系数

名称

MPa

g/cm

数值

0.05

0.03

0.05

来源

理论计算

区域资料统计

表A-3

各层段地层可钻级值

地

层

F2J

F2K

可钻性值

0.6

1.39

2.16

3.5

7.3

5.2

4.9

3.水力参数设计

（1）泥浆泵型号与性能

表A-4

水力参数设计数据

3NB1000钻井泥浆泵（两台，可仅用一台）

缸套直径（mm）

额定泵冲（次

分）

额定排差（LS）

额定泵压（Mpa）

120

150

19.9

33.1

130

150

23.4

28.2

140

150

27.1

24.3

150

31.1

21.2

160

150

35.4

18.6

170

150

40.0

16.5

（2）钻井液性能其它参数地面泵压不超过20Mpa

Kg=1.07*103MpaS1.8L1.8

环空返速不低于0.7m/s，不高于1.2m/s

钻井液塑性粘度0.0047pa.S

中国石油大学（北京）远程教育学院

期末考试

《钻井工程》

学习中心：

_____________

姓名：

___________学号：

__________

关于课程考试违规作弊的说明

1、提交文件中涉嫌抄袭内容（包括抄袭网上、书籍、报刊杂志及其他已有论文），

带有明显外校标记，不符合学院要求或学生本人情况，或存在查明出处的内容或

其他可疑字样者，判为抄袭，成绩为“0”。

2、两人或两人以上答题内容或用语有50%以上相同者判为雷同，成绩为“0”。

3、所提交试卷或材料没有对老师题目进行作答或提交内容与该课程要求完全不相干者，认定为“白卷”或“错卷”，成绩为“0”。

一、名词解释（每小题5分，共20分）

1、井斜方位角

答：

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，或井抖方位线。

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，即井眼方位角。

注意，正北方位线是指地理子午线沿正北方向延伸的线段。

所以正北方位线和井眼方位线也都是有向线段，都可以用矢量表示。

2、硬关井

答：

发现井涌后，在节流阀关闭的情况下关闭防喷器。

本方法关井最迅速，地层流体侵入井眼最少。

但在防喷器关闭期间，由于环空流体由流动突然变为静止，对井口装置将产生水击作用。

其水击波又会反作用于整个环空，也作用于套管鞋处及裸眼地层。

严重时，可能损害井口装置，并有可能压漏套管鞋处地层及下部裸眼地层。

3.欠平衡钻井

答：

所谓欠平衡压力钻井，即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。

其主要标志为井底有效压力低于地层压力。

由此可见，

采用密度低于1.0g/cm，的钻井液钻井，未必是欠平衡钻井，而在压力系数低于1.0的油气藏进行欠平衡钻井则必须采用低密度钻井液。

实际上欠平衡钻井既可以在低压油气藏进行，只要满足欠平衡压力条件，也可以在较高地层压力且井眼稳定的油气藏进行。

4.岩石的可钻性

答：

岩石可钻性是岩石抗破碎的能力。

可以理解为在一定钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。

可钻性的概念，已经把岩石性质由强度、硬度等比较一般性的概念，引向了与钻孔有联系的概念，在实际应用方面占有重要的地位。

通常钻头选型、制定生产定额、确定钻头工作参数、预浏钻头工

作指标等都以岩石可钻性为基础。

二、简答题（每小题10分，共40分）

1.钟摆钻具组合的防斜原理

答：

钟摆钻具原理如图所示。

当钟摆摆过一定角度时，在钟摆上会产生一个向回摆的力Gc，称作钟摆力，Gc=G.sina。

显然，钟摆摆过的角度越大，钟摆力就越大。

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。

2.钻井液的功用

答：

钻井液在钻井中的重要性是通过它在钻井过程中的功用表现出来的。

钻井液通过以下路线沿井眼周而复始地循环。

钻井液在钻杆内向下循环，通过钻头水眼流出，经过井壁（或套管）和钻杆的环形空间上返。

钻井液携带着钻屑经过振动筛，钻屑留在筛布上面，钻井液流经钻井液槽到钻井液池。

去掉钻屑后的钻井液被钻井泵从钻井液池吸入并泵入钻杆内，开始下一个循环。

在该循环过程中，钻井液具有以下功用。

1）从井底清除岩屑，经钻头破碎下来的岩石碎屑叫钻屑或岩屑，随着钻井

过程的不断进行，必须将井底的岩屑及时地清除出去，以利于提高钻速和减少钻

井事故。

虽然重力倾向于使钻屑向井底滑落，知果钻井液在环形空间向上的流速

大于滑落速度，则岩屑就可被带出井眼。

清除钻屑的效率与钻井液的密度、钻井

液的粘度和切力、钻井液的流型等因素有关

2）冷却和润滑钻头及钻柱，钻进中，钻头摩擦部分以及钻柱与地层接触处会产生很大热量，这些热量很难由地层传递出去，但热量从摩擦部位传到钻井液

中后，随着循环该热量就会被带到地面大气中。

钻井液中加有各种类型的添加#1，尤其是润滑齐」类，钻井液具有好的润滑性能，这有利于减少扭矩、延长钻头寿命、降低泵压、提高钻速。

3）造壁性能，性能良好的钻井液在井壁上形成一层比地层渗透性低得多的

滤饼，一方面巩固井壁，防止井壁坍塌，同时阻止滤液进入地层。

在钻井液中加

入膨润土并进行化学处理，改善膨润土的颗粒度分布，增加钻井液中胶体颗粒含

量，可使钻井液的造壁性能得到改善。

4）控制地层压力。

地层压力的合理控制，取决于钻井液的密度。

正常情况

下地层的压力为地层水柱产生的压力。

一般情况下，钻进过程中混入的钻屑加上

水的质量足以平衡地层压力。

然而有时存在地层压力异常，不注意会引起井漏或

井喷。

5）循环停止时悬浮钻屑和加重材料，防止下沉良好的钻井液在循环停止后

都具有切力，即具有悬浮钻屑和加重材料的能叫钻井工程理论与技术力，否则这

些固相颗粒沉于井底，造成反复研磨和沉砂卡钻等事故。

循环恢复后，钻井液又

呈液体状态可把钻屑等粗颗拉带到地面。

6）从所钻地层获得资料，从钻井液携带出的岩屑分析和钻井液中的油气显示，可以判断所钻地层是否含油气资源。

从钻井液性能变化和滤液分析可以知道是否钻遇到岩盐层、盐膏层和盐水层等。

7）传递水力功率，钻井液是将有用的水功率从地面传递到钻头及井底动力钻具的媒介。

钻井液的类型、排量、流动特性和固相含量等是影响水力功率传递的重要因素。

3.射流清洁井底的机理

答：

射流对井底的清洗作用，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。

（1）射流的冲击压力作用。

射流撞击井底后形成的冲击压力波并不是作用在整

个井底，而是作用在小圆面积上。

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。

（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，具有附面射流的性质。

研究表明，在表面光滑的井底条件下，最大漫流速度出现在小于距井底0.5mm的高度范围内，最大漫流速度值可达到射流喷嘴出口速度

的50%-80%喷.嘴出口距井底越近，井底漫流速度越高。

正是这层具有很高速度

的井底漫流，对井底岩屑产生一个横向推力，使其离开原来的位笠.而处于被钻井液携带并随钻井液一起运动的状态。

因而，井底漫流对井底清洗有非常重要的作用。

4.钻柱的功用

答：

（一）钻柱的功用，钻柱在钻井过程中的主要作用：

（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）根据钻柱的长度计算井深。

2.钻柱的特殊作用，

（1）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）进行取心、挤水泥、打捞井下落物、处理井下事故等特殊作

业；（3）对地层流体及压力状况进行测试与评价，即钻杆浏试，又称中途测试。

三、课程设计（共40分）

设计任务：

XX油区XX凹陷一口直井生产井的钻井与完井设计。

1地质设计摘要

1.1地质概况

该探井位于504和45地震测线交点，距XX省XX市东500m，所在的地质构造为XX凹陷，该井海拔较低，钻该井目的是通过打开QJ层来了解该层的油气情况矿大该油区的勘探范围，增加油区的总体油气后备储量。

表A-1

井别

探井

井号

设计井深

目的层

地面海拔m

井

坐标

纵（

）m

4275165

横（y）m

20416485

位

测线位置

504和45地震测线交点

地理位置

XX省XX市东500m

构造位置

XX凹陷

钻探目的

了解XX构造QJ

含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气源

完钻原则

进入

J150m完钻

完井方法

先期裸眼

层位代号

底界深度，m

分层厚度，m

主要岩性描述

故障提示

280

砾岩层夹砂土,未胶结

渗漏

600

320

上部砾岩,砂质砾岩,中下部含砾砂岩

渗漏

中上部含砺砂岩、夹泥岩和粉砂质泥岩；

1050

450

下部砺状砂岩，含砺砂岩、泥岩、粉砂质泥

防塌

岩不等厚互层

1600

泥岩、砂质泥岩、砺状砂岩、含砺砂岩不等

防漏

厚互层，泥质粉砂岩

防斜

1900

300

砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含砺

防斜

砂岩

防漏

2650

750

泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩

防斜

F2J

2900

250

泥岩夹钙质砂岩，夹碳质条带煤线，中部泥

防斜、塌、卡

岩夹煤层、下部泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩

F2K

3150

250

泥岩为主，泥质粉砂岩，中粗砂岩，砂砾岩

间互

3500

350

泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩

防漏、喷、卡

3650

150

深灰，浅灰色灰岩为主，间夹褐，砖红色泥

防漏、喷、卡

（未穿）

岩

1.2

地质基本数据

1.2.1

井

号：

1.2.2

井

别：

生产井

1.2.3

井

位：

（1）井位座标：

纵（X）4275165

横（Y）20416485

（2）地面海拔：

50m

（3）地理位置：

XX省XX市东500m

（4）构造位置：

XX凹陷

（5）过井测线：

504和45地震测线交点

1.2.4设计井深：

H=3000+4×100+67×3=3601m（学号：

929167）

1.2.5目的层：

QJ层，底层深度3601m，分层厚度150m

1.2.6完钻层位：

A、B、C、D、E、F3、F2J、F2K、F1、QJ

1.2.7完钻原则：

先期裸眼完井

1.2.8钻探目的：

了解XX构造QJ含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气源

2井身结构设计

2.1井下复杂情况提示

2.1.1在本井的钻井过程中，现场有关技术人员应充分了解、分析邻井事故

复杂情况，防止事故的发生，及时处理好工程复杂。

注意观察地震对钻井的影响：

①井漏：

井漏深度及层位；

②井斜：

易斜井段及对应层位；

③井喷：

易井喷井段及对应层位。

2.1.2进入目的层，应根据实钻情况及时调整泥浆密度，注意防喷、防漏和

防卡，一方面要搞好油气层的发现，保护工作，另一方面要切实搞好井控工作，

确保安全施工。

2.1.3根据××油田分公司钻开油气层申报制度要求，由地质监督以书面形

式向钻井监督和井队提出油气层预告；原则：

1）钻揭目的层前7天。

2）目的层提前或非目的层发现油气显示要立即通知。

3）邻井没有发现H2S气体，但本井应密切监控。

行业标准中H2S的安全临

界浓度为20mg/m3（约14PPm），若发现H2S，无论浓度高低，都要向勘探事业部

的钻井技术部及HSE管理办公室、生产技术处和质量安全环保处报告，同时作业

队伍要向所属的上级部门报告。

2.2地层可钻性分级及地层压力预测

2.2.1地层可钻性分级

地

层ABCDEF3F2JF2K

可钻性值

0.6

1.39

2.16

3.5

7.3

5.2

4.9

2.2.2压力剖面预测

2.3井身结构设计系数

钻探目的层为灰岩地层，确定完井方法为先期裸眼完井。

根据地质情况钻达

目的层过程中不受盐岩，高压水层等复杂地层影响，故井身结构设计按地层压力

和破裂压力剖面进行。

井深结构设计系数如下表所示。

名称

MPa

g/cm

数值

0.05

0.03

0.05

来源

理论计算

区域资料

统计

钻井液的压力体系

最大钻井液密度

maxpmaxSb

（2-1）

式中

max——某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度，

g/cm3；

pmax——该井段中所用地层孔隙压力梯度等效密度，

g/cm3；

Sb——抽吸压力允许值的当量密度，取

0.036g/cm3。

发生井涌情况

fnk=pmax+Sb+Sf

Hpmax

（2-2）

Hni

fnk——第n层套管以下井段发生井涌时，在井内最大压力梯度作用下，

上部地层不被压裂所应有的地层破裂压力梯度，g/cm3；

Hni——第n层套管下入深度初选点，m；

Sk——压井时井内压力增高值的等效密度,取0.06g/cm3；sf——地层压裂安全增值，取0.03g/cm3。

校核各层套管下到初选点时是否会发生压差卡套

Pr29.81Hmm（pmaxSbpmin）103

（2-3）

prn——第n层套管钻进井段内实际的井内最大静止压差，MPa；

pmin——该井段内最小地层孔隙压力梯度等效密度，g/cm3；

P——避免发生压差卡套的许用压差，取12MPa；

Hmm——该井段内最小地层孔隙压力梯度的最大深度，m。

套管层次的确定

1.确定油层套管下入深度H1

因为井深H=3601m,所以油层套管下入深度H=3601m。

2.确定第技术套管下入深度H2

（1）初选点H2i

试取H2i=310m

参考临井基本参数,f310=1.60g/cm3,pmax=1.12g/cm3

由公式3-2

36010.060

f2k=1.12+0.036+0.03+

f2k=1.883（g/cm3）

310

因为f2k

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