中国石油大学华东钻井工程课后题答案doc.docx

1、中国石油大学华东钻井工程课后题答案doc第一章钻井的工程地质条件（敖）1、 简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、她屋压力和察若龙力三者之间的关系。 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

2、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de指数随井深变化的 规律。答：密度、强度、de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 + （步骤4、5）。5、 某井井深2000m,地层压力25M

3、Pa,求地层压力当量密度。解：根据3、式（L12）,地层压力pp =0.00981?,。地层压力当量密度p,=性一= =1.274 （g/m3）0.0098 ID 0.00981x20006、某井井深2500m,钻井液密度1.18 g/cnr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一地层压力P6、式QL)静液压力：Ph = 0.0098p h = 0.00981x1.18x 2500 = 28.94(MPo)井底压差：AP = Ph Ph = 28.94 - 27.5 = 1.44 (MPa)7、某井井深3200m,产层压力为23.1MPa,求产层的地层

4、压力梯度。解：地层压力梯度=地层压力I井深参考 P13、式(M2)，地层压力 Pp =0.00981/7或P7、式Q.2,静液压力梯度G,=四h产层压力梯度：G = = - = 0.00722 (MPa/m)1 D 32008、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1.28 g/cm正常条件下钻井液密度1.07 g/cm求d和由指数。解：据PL5、式(116 )、式(注意:各变量的单位)i 0.0547x7.30.0547lg d 指数：d= w 八=1.8868i 0.06841V | 0.0684x

5、160以一3 用云dh 215,.匕炯 / ； pn 1.07 ,de 指数：d = d x 1.8868 = 1.5772Pd 1.2812、岩石受围压作用时，其强度和塑姓是怎样变化的？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JP282； (2)随着围压增大，岩石表现出由脆性向塑性转变，并旦围压越大，岩石破坏前 所呈现的塑性也越大也2。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

6、漏地层？或是否需要下技术金管？）解：等价问题一一“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蹄思路：（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： P2L、式（1.27）%1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

7、层压力。则井深2000m处，地层压力35.0MPa,对应的钻井液密度为:PpPp0.0098 ID35.00.00981 x 20001.784(g)%1比较两当量密度：pp 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:Pf = I、+ 0.0098 pd 0 = 5.94- 0.00981x1.15x1000 = 17.1 S(MPa)%1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：pp

8、 = 0.00981,0 773、式(L12)则井深2000m处，地层压力35.0MPa,对应的钻井液密度为：Ph = pp = = = l.784(g /cm3)h p 0.0098 ID 0.00981 x 2000%1钻开油层时，1000m处的静液柱压力：ph = 0.00981/4。= 0.0091x1.784x1000 = 17.50(MP。)%1比较两个压力：由于Ph pf ,则地层被压漏。解法3：计算地层破裂压力当量密度： P2I、式(127)Pt = P +一性一= 1.15 + = 1.751(g)f d 0.0098 ID 0.00981x1000%1破裂压力当量密度在20

9、00m处能产生的静液柱压力：ph = 0.0098 ph D = 0.009 lxl.751x 2000 = 34.47(奶0%1比较两个压力：由于力vp.，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

10、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）适用地层里：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：P869024、 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）

11、答（1）钻进时：钻柱下部受力最为严重，同时受到轴向压力、扭矩利弯曲力矩作用。 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。七，=284.78N/m ),设31、某井用9/in钻头，7in钻铤（qc =632N/m ）和5in钻杆（计钻压为180kN,钻井液密度1.28g/cm试计算所需钻铤长度。上可 寿 r 180x1.2钻铤长度：Ln = = = 189.700)(2)取安全系数Sn=1.2P88.式(27) q(. kB cos a 1.362 x 0.836若此井为直井，贝IJ需要钻铤长度为189.70m。32、已知：井深Dv = 150

12、0m ,钻压W = 4t,钻井液密度为乃=1.38g/s3 ；钻具结构：81/2 in 钻头 + 61/2 in 钻铤 200m ( qe = 136.24kg/m )+ 5in 钻杆 1300m（qp =29.04奴/刀）。求中性点所在井深。解（1）浮力系数：=1-色=1-淄= 0.823Ps 7.8(2)中性点位置： Lv =一堕至四一= 124.86() qc - K, 136.24x0.823P88、式(27)(3)中性点所在井深：Dv-Ln =1500-124.86= 1375.14()4、某井用1274in钻头钻至3500m,试进行钻柱设计。已知：钻头直径dh = 121 /4 i

13、n ,井深D = 3500m;钻井液密度pd =1.23?/cm3;钻压W = 200AN;拉力余量MOP = 450kN ;安全系数S, =1.30；卡瓦长度= 406.4/777/7 ；正常润滑；井斜角a = 6 o库存钻具： 9in 钻铤(qc = 286ON/? ) 27m; 7in 钻铤(qc = 1632N/？ ) 81m;61/4in钻铤（气=1362.4N/m ）供应充足;E 级 5in 钻杆(qp =284.78NS ) 900m;95 (X)及 105 (G)级 5in 钻杆(qp =284.78N )供应充足。解（1）选择钻铤查表2-21 （P91, “钻头尺寸与钻柱尺寸

14、配合”）. 121/4 in钻头首选9in钻铤。浮力系数：心=1-色=1-竖= 0.842Ps 7.8P87、式(2-3)取安全系数S，=1.20P92、式(212)则钻铤长度 1 = 2.86。、隽二6。 27计算长度4 =100.2Im大于库存量(27m),则实际长度LcX = Tim o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(P87)： “钻柱上轴向力等于0的点”。W = (qi 4)*8 cosa i=l钻铤长度的确定原则(P92)： “保持中性点始终处在钻铤上”。也林 =Z(%Ecosa /=!各段钻铤长度的计算公式如下:s .w

15、N* max _()cn稣,COS。,=1 = Sn，Wmax 0”，L 1 + + + %-1，LiS cos a qcn第2段钻铤选择7in钻铤，则该段钻铤的计算长度为:L(2S n Wmax _ q” . L”Qc2 cosa Qc21.20x200 2.860x27.01.632 x 0.842 x cos 6 1.632= 128.30(/77)计算长度Lc2 = 128.30m仍然大于库存量(81m),则实际长度L 2 = 81 .0/h o除了 9in钻铤、7in钻铤，还要使用61/4in钻铤，计算长度为： _ SN Wmax Lcl0cl +乙。202 3 qc3-kB cos

16、 a qc31.20x200 27.0x2.860 + 81.0x1.632 “ 、= =56.68(/n)1.362 x 0.842 x cos 6 1.362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Lc3 = 63.0/77全部钻铤的总长度：丈么=27.0 + 81.0 + 63.0 = 171.0() i=l全部钻铤在空气中的重量：3Z0ci Lci)= 2.860 X 27.0 +1.632 x 81.0 +1.362 x63.0 = 295.22QN) f=l全部钻铤的浮重：丈(必广侃=295.22x0.842 = 248.57(3) 1=1(2)选择第一段钻杆(

17、接钻铤)：E级5in钻杆，线重=284.78N/m据钻杆直径、钢级、线重(或壁厚)，查表2T2 (P75)、表2-14 (P77),最小抗 拉载荷 F、, =1760.3 WoA、计算最大安全静拉载荷:P9395、分3种情况计算,最后取最小值P95、式(220)P95、式(221)安全系数法：广 八八厂, 0.9 x 1760.31FaX - 0.9Fvl / st = 1218.68 (kN)1.3设计系数法(卡瓦挤毁)：Fal = 0.9Fvl /(笔=09x1760.31 = 1H 5 69 N), b, 1.42其中，据钻杆外径127.0mm,卡瓦长度Ls = 406.4/nm及正常润

18、滑条件，查表2-22(P94),得到防止卡瓦挤毁钻杆的设计系数冬=1.42。. 拉力余量法： P95、式(222)Fm= 0.9Fv1 - MOP = 0.9 x 1760.31- 450 = 1134.28 (kN)显然，按卡瓦挤毁比值计算的最大安全载荷最小，取Fal =1115.690B、计算最大许用长度：,_ 扁 qL _ 1115.69 295.22qpKb qp 284.78xIO3 x0.842 284.78xlO3因为库存量仅有900m,实取第1段钻杆长度Lp】=900.0m o(3)选取第2段钻杆：95X级5in钻杆，线重|=284.78N/m同理：最小抗拉力Fv2 = 222

19、9.7IS最大安全静拉载荷：安全系数法：Fa2 =0.9Fy2/st = 0,9x222971 = 1543.65 (kN)设计系数法(卡瓦挤毁)：Fa? = 0.泪2 /(冬)=。V； = 1413.20 (kN) 拉力余量法：Fq = 0.9Fv2 - MOP = 0.9 X 2229.71 - 450 = 1556.74 (kN)J实取最大安全静拉载荷兀2 = 1413.20S。最大许用长度：r 乙2 / Kb 一 qL -qpLpiLp2 = 1413.20/0.842 - 295.22 - 284.78 x 103 x 900 c= ； =3956.12m284.78 x!03因为总

20、井深为3500m,实取第2段钻杆长度：Lp2 = D - 匚 - Lq 3500.0-168.0 一 900 = 2432.0(/?)。设计钻柱组合列表如下：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：6%in,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？ P101-1022、 名词解释

21、：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，钻头工作 14h后起钻，已知Af=2. 33 x 10求牙齿磨损量hf。解：查表4一1 (P130)、表4-2 (P131), 0 200mm241型钻头的有关数据：Z =0.0167, Z? =5.94, a, =0.9, a2 = 0.392xIO4, C! =3Z-0 0167.A/(aln + a2n3)t/JL 十 |1 z9-z,w匕 I牙齿磨损量： P132、例4-1-1 + hf = / G,I o 2.33 x 103 x (0.9

22、 x 70 + 0.392 x 104 x 703) x 141 + J1 + 2 x 3 x = V 5.94-0.0167x196 3= 0.522、 某井用0 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血 参考P14L、例42轴承的磨损速度方程：- = -Wl5N P133、式(4-15)dt b尚 少粉 nW5t 80xl96L5 xl4 . 1 in6轴承工作系数：b = = = 4.lxl06Bf 0.753、 已知某井五点法钻进试验结果如下，求该地区钻压M和

23、转速系数入。实验点123456钻压/kN225254254196196225转速/ (r. 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!P134. L6（1）验证试验是否成功:w -W 254-196M 】=吧烦-验4 =196- x 34 = 31.67(用)%3 -46 - 34转速 nmin =60/7min (第 2、5 点):w -W . 254-196M, = Wmin vnrS =196 x24 = 32.24(kN)上2一由 32.5-24则：M =-(M1 +M2) = 31

24、.96()（2）求转速指数；l：钻压例固定，转速变化一g、而n】 他七妃/七耘)lg(32.5/46) -0.151 n Llg(f/%x)晾60/120广-0.301一 钻压W硕=196kN （第4、5点）:；1g(由 /5) lg(24/34) 0.151 Eg1lg(n/%ax)lg(60/120)_-0.301则：A = -(2, +A2) = 0.50164、某井用0215. 9mm钻头钻进,喷嘴流量系数C=0. 96,钻井液Pd=l 42g/cm3,排量为16L/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

25、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：P. = p. -A = 0.418xx21.592 =153.03aiV)Pl.式(4二32)射流水功率p 。507 总喷嘴总面积&=（d；+d；+d；）,又q=9m、&则另两个喷嘴的直径:20 92x L3785 - - = 0.687(wi) 6.87伽) n 2另两个喷嘴的实际直径= 3 = 7.0/71/7? O喷嘴总面积：& 弓（d： +d； +d；）= j（0.92 4-o.72 +0.72） = 1.406（2）（2）射流水力参数：射流喷射速度：七=些=冬也= 113.80(/

26、s) P145、式(4-50)J A。 1.406射流冲击力：Fi = Pd ,必=L42x16 =2.585(3) P145、式(4-51)J 100& 100x1.406(3)钻头水力参数/： l r nr 人 0*05 p f , Q 0.05 X 1.42 x 16 n cxnm n D1 P-/A m、彷头压降：p.= 一 = ； = 9.977(MPa) Pl46、式(4-53) C2- 0.962 xl.4062钻头水功率：ph =。5了气。3 = 0.05 ：1.42x1? = 59 63(AW) P147：式(4-53)C2-A(; 0.962 x1.40625、已知：钻头直

27、径215.9mm;钻铤外径177.8mm （内径71.4mm）、M 100m;内平钻杆、 外径127mm （内径108.6mm）;钻井液密度pd=1.2g/cm塑性粘度pPV=0.022Pa-S.排量 Q=22L/S;地面管汇压耗 Pg=0.34MPao求m, a值及井深D = 2000/n时循环系统压耗。解：地面管汇压耗公式： P152、式（4-73）, P153、式（4-80）小产普=导=顷52 x *据 P153、式(4-820.51655(7.14)48 (21.59-17.78)3 (21.59 + 17.78)18=0.53993 x 100x(4.12440 x W5 +1.39

28、836 xW5)山 c8 “02m = Pd % ,B 0.575031(dh-dp)dhdf)y= 2.98190x10-3=0.539930 x (5.50971 x 1 (注 +1.41151xl0-6)(1.2)-8 x(0.022)-2x0.575030.51655(10.86) * (21.59 12.7尸(21.59 + 12.7)云(P153)=3.73697 x IO-6a = Kg + K_ m Lc=1.30352x 10一3 + 2.98190x IO-3 - 3.73697 x W6 xlOO (PL54)= 3.91172x10-3当井深 D = 2000m 时，钻

29、杆长度 Lp = 2000 -100 = 1900m。循环系统压耗： P154、式(4-83)S = (mD + a)Q = (3.73697 x IO-6 x 2000 + 3.91172 x 103) x 2218= 0.01138566 x22l8 =2.97(MPa)8、已知：钻头直径= 215.9mm ；喷嘴流量系数C = 0.98 ;钻铤外径 dc = 117.8mm （内径 d” = 71.4m”）、M Lc = 120m ；内平钻杆、外径 21.0mm （内径 d= 108.6/nm ）；钻井液密度= 1.64g/顷3、塑性粘度网=0.047Pqs；排量Q = 22L/s；要求环空返速V.N0.7L/S；地面管汇压耗系数Kp =1.07xl03WPa-5,8-r,8； ft配备2台3NB-1000钻井泵；地面泵压不超过18Mpa;当前井深D = 4000m。试按最大钻头水功率方式对该井深处进行水力参数设计。0.51655(7.14)48 +=0.80593 xl20x (4.12440 x 10-5 +1.39836 x 105)= 5.34111x10-3=(1.64严 x(0.047)2 x 120 x0.57503(21.59 17.78)3(21.59 + 17.78内平钻杆,则常数8 = 0.51655().8