1、第二章 钻进工具1.何谓钻柱的中性点？ 答： 中性点的概念是由鲁宾斯基提出来的。他认为中性点时钻柱受拉和受压的分界点。2. 什么叫复合钻柱？ 答： 即采用不同尺寸（上打下小） 、或不同壁厚（上后下薄） 、不同钢号（上高下低）的 钻杆组成的钻杆柱。3.评价钻头性能的指标有那几项？答：钻头进尺，钻头工作寿命，钻头平均机械钻速，钻头单位进尺成本。4.简述刮刀钻头破岩原理。答：刮刀钻头刀翼在钻压 W 和扭转力 T 的作用下，一方面作向下的运动，一方面围绕钻头轴线旋转，刀翼以正螺旋面吃入并切削岩层，井底平面与水平面成 角。刮刀钻头主要以切削和挤压方式破碎地层，具体方式主要取决于钻头的切削结构及所钻地层的
2、岩性。由于这几种破岩方式主要要克服岩石的抗剪强度，所以它比克服岩石的抗压强度的破岩方式要容易得多。5. 牙轮的超顶、移轴和复锥各产生哪个方向的滑动？ 答： 由于牙轮的超顶、移轴、复锥，使牙轮在滚动的同时在井底产生滑动。 超顶和复锥引起沿切线方向滑动，这种作用除了冲击、压碎作用破碎岩石外，还可 以剪切掉同一齿圈相邻牙齿破碎坑之间的岩脊；移轴产生轴向方向的滑动，可以剪切掉 齿圈之间的岩脊。6. 金刚石钻头有哪些突出优点？ 答： （1）是一体性钻头，没有结构薄弱的环节，因而可以使用较高的转速，可以承载 较大的侧向载荷而不发生井下事故， （2） 金刚石钻头在正确使用的情况下， 耐磨且寿命长， 适合于深
3、井及研磨性地层。 （3 ）在高温下，牙轮密封易失效，金刚石钻头则不会出现此问题。 （4）金刚石钻头不受空间尺寸的限制，适合于小井岩钻井。 （5 ）在钻牙受限的情况下可以使用金刚石钻头。 （6 ）结构设计制造比较灵活，生产设备简单，能满足非标的需要。 （7）PDC 钻头是一种切削型钻头，实践表明在适应地层可以取得很高的经济效益。 （8）由于热稳定性的限制，必须保证充分的冲洗和冷却。 （9）金刚石钻头抗载荷、抗冲击能力较差，使用时必须岩严格的规程。7. 金刚石钻头的工作原理？答：由于岩石性能技工条件的复杂性至今没有统一结论， 但是可以归纳以下 几点： （1）在钻遇硬地层时，在钻压的作用下压入岩石，
4、使接触岩石呈现极高的应力状 态而使岩石呈现塑性。 （2）在塑性地层，金刚石吃入地层并在钻头扭矩的作用下使前方的岩石内部发生 破碎或塑性流动， ，脱离岩石基体，这一过程称作犁削。 （3 ）在脆性较大的岩石中，在钻压和扭矩的作用下，岩石表现为脆性破碎，在这 种情况下，金刚石钻头的破岩速度较高，岩石破碎的体积远大于金刚石吃入后位移的体 积。8.牙轮钻头的工作原理 牙轮钻头的工作原理 牙齿的公转和自转 钻头的纵向振动及对地层的冲击、压碎作用 钻头的纵向振动及对地层的冲击、 牙齿对地层的剪切作用 牙轮钻头的自洗9.为什么钻柱下部使用钻铤而不使用钻杆？答：钻挺具有加大的中立和刚度，它在钻井工程中有加钻压、
5、保证压缩条件下必要的强度；减轻钻头的振动、摆动、跳动等，使钻头工作平稳；控制井斜等作用不能由钻杆替代。10.钻柱在井下的运动形式可能有哪几种?答：自转、公转、自转和公转结合、无规则的旋转摆动。11.井下钻柱受到哪些力的作用？最主要的作用力是什么?答：钻柱在井下受到多种载荷的作用，在不同的工作状态下，不同部位的钻柱受力是不同的。（1） 、轴向压力和拉力（2） 、在转盘钻井时，受到扭矩（3）在钻压超过钻柱临界值时等情况下，将受到弯曲力距。（4）当钻柱绕井眼轴线公转时，将产生离心力。（5）钻杆测试时，钻杆将受到很大的外挤压力。（6）钻进时会引起钻柱的纵向振动。（7）在某一临界转速下钻头将出现横向摆振
6、。12.何谓钻柱的中性点？为什么要保证中性点落在钻铤上?答：中性点的概念是由鲁宾斯基提出来的。他认为中性点时钻柱受拉和受压的分界点。在管柱的设计中，我们希望中性点始终落在刚度大，抗弯能力强的钻挺上，使钻杆一直处于受拉伸的直线稳定状态。13.什么叫复合钻柱，使用复合钻柱有何优点?答：即采用不同尺寸（上打下小） 、或不同壁厚（上后下薄） 、不同钢号（上高下低）的钻杆组成的钻杆柱。它既能满足强度要求又能减轻钻柱的重力，允许在一定的钻机负荷下钻的更深。第三章 钻井液1 大多数钻井液属什么流体类型，写出其流变方程。答：大多数钻井液属于塑形流型，其流变方程为：-0=pvdv/dx切应力0动切应力pv塑形粘
7、度 2 说明静切力、动切力、表观粘度、塑性粘度的物理意义。怎样调整这些参数。答：静切力是使钻井液开始流动所需的最低切应力，它是钻井液静止时单位面积上所形成的连续空间网架结构强度的量度。调整钻井液中粘土的含量及分散度，加无机电解质调整粘土颗粒间的静电斥力和水化膜斥力，加降粘剂等措施可调整钻井液静切应力。动切力是延长流变曲线直线段与切应力轴相交得的假像值，反映钻井液处于层流状态时钻井液中网状结构强度的量度。调整方法与静切力相同。表观粘度又称视粘度或有效粘度，它是在某一流速梯度下剪切应力与相应流速梯度的比值。钻井液在不同流速下的表观粘度是不同的。表观粘度的调整采用调节动切力和塑形粘度的办法。塑性粘度
8、是塑性流体流变曲线段斜率的倒数。它不随剪切力而变化，相当于体系中结构拆散速度等于恢复速度时的粘度。塑性粘度由钻井液中的固相含量、固相颗粒的形状和分散程度、表面润滑性及液相本身的粘度等因素决定。体系中塑性粘度太高需要降低时，一般使用固控设备降低固相含量，增加体系的抑制性，降低活性固相的分散度；如急需降低可加水稀释。如果要提高体系的塑性粘度可加入高分子有机聚合物增粘剂。3.简述产生井塌（井壁不稳定）的原因。防止泥、页岩的水化问题需采取哪几方面的措施？答：产生井壁不稳定的原因有：（1）地质因素：异常压力地层的压力释放，钻遇地质破碎带、断层、含有大量微裂缝地层及煤层。（2）工程因素：钻井液排量过大，冲
9、蚀井壁；起下钻太快，造成压力激动，压裂地层；钻井液液柱压力低于地层压力及钻井液浸泡时间过长等。（3）泥、页岩的水化造成井壁不稳定：泥、页岩地层中的粘土矿物容易吸水膨胀和分散，造成井壁岩石强度降低，引起井壁不稳定。防止泥、页岩的水化问题必须采取以下几方面的措施：（1）钻井液中加入 K+、NH 4+等无机阳离子；（2）加入高聚物；（3）利用沥青类物质在井壁上起封堵作用。4.用旋转粘度计测得钻井液的 60076，30054，计算该钻井液的 AV、 PV、 。答：AV=(1/2) 600=(1/2)76=38(mPa.s)PV=600-300=76-54=22(mPa.s)。=0.511( 300-
10、PV)=0.511(54-22)=16.35(Pa)第四章 试题及答案第五章 试题及答案一、简答题1 井眼轨迹的基本参数有哪些？为什么将它们称为基本参数？答：井眼轨迹基本参数包括：井深、井斜角、井斜方位角。这三个参数足够表明井眼中一个测点的具体位置。2 分析造成井斜的原因，简述控制井斜的基本方法和原理。答：造成井斜的原因主要有：（1）地质因素a. 地层可钻性的各向异性，即地层可钻性在不同方向上的不均匀性。b. 地层可钻性的纵向变化。C. 地层可钻性的横向变化。（2）钻具原因下部钻具的倾斜和弯曲，引起钻头倾斜，在井底形成不对称切削；或使钻头受到侧向力的作用，迫使钻头进行侧向切削。（3）井眼扩大井
11、眼扩大,钻头可在井眼内左右移动，靠向一侧，也可使受压弯曲的钻柱挠度加大，于是钻头轴线与井眼轴线不重合，导致井斜。3 满眼钻具组合控制井斜的原理是什么?它能使井斜角减小吗？答：满眼钻具组合采用在钻铤上适当安装扶正器（近钻头扶正器、中扶正器、上扶正器、第四扶正器） ，采用扶正器组合的办法解决井斜问题。满眼钻具组合并不能减小井斜角，只能做到使井斜角的变化（增斜或将斜）很小或不变化。4 定向井如何分类？常规二维定向井包括哪些？答：根据轨道的不同，定向井可分为二维定向井和三维定向井两大类，按照井斜角的大小，可将定向井分为三类：井斜角在 1530 的属小倾斜角定向井；井斜角在 3060的属中倾斜角定向井；
12、井斜角超过 60的属大倾斜角定向井。常规二维定向井轨道有四种类型：三段式、多靶三段式、五段式和双增式。5.轨迹控制的三个阶段的主要任务各是什么？答：（1）打好垂直井段。在钻垂直井段时要求实钻轨迹尽可能接近铅垂线，也就是要求井斜角尽可能小。（2）把好定向井造斜关。如果定向造斜段的方位有偏差，则会给以后的轨迹控制造成巨大困难。所以定向造斜是关键。（3）跟踪控制到靶点。从造斜段结束，至钻完全井，都属于跟踪控制阶段。这一阶段的任务是在钻进过程中，不断了解轨迹的变化发展情况，不断地使用各种造斜工具或钻具组合，对井眼轨迹进行控制，原则就是既要保证中靶，又要加快钻速。第六章 试题及答案6.在实际钻井中,如何
13、处理平衡压力钻井与安全钻井的关系?答：所谓平衡压力钻井就是在钻井过程中使井内有效压力等于地层压力，这样可以保持井眼压力系统平衡，有利于解放钻速，保护油气层，并能安全钻进。但是在一些井眼不稳定的井中钻进时，为了抑制井眼不稳定，需要选择较高的钻井液密度，但井底压力不能高于地层破裂压力。7.欠平衡压力钻井的方式有哪些？简述欠平衡压力钻井的特点、适用性及局限性。答：欠平衡压力钻井的方式有：（1）空气钻井（2）雾化钻井（3）泡沫钻井（4）充气钻井（5）边喷边钻欠平衡钻井具有一系列的优点，如减少地层伤害，避免漏失 ；提高钻井速度；避免压差卡钻；减少完井及油层改造费用；可以对油气藏数据进行实时评价等。对像稠
14、油油田、低压裂缝性油气田、低压低渗透油气田等具有储层孔隙压力低的特点，采用常规的平衡压力钻井方式，容易污染油气层；对于探井，又不利于发现油气层和评价油气层；此外对于裂缝发育的高压地层，如果采用过平衡压力钻井，则会出现严重的漏失，有时因此无法钻达目的层。为此，常采用欠平衡压力钻井。欠平衡钻井理论技术尚不完善，也存在着许多缺点，如在所感兴趣井段的钻井与完井过程中，并不能始终保证全为欠平衡压力状态，像接单根、起下钻过程易出现过平衡，机械设备出现故障也可以出现过平衡。由于井眼缺少泥饼，过平衡下则会对油层造成伤害。8.地层流体侵入的原因及其预防。答：造成井底有效压力降低，进而导致地层流体进入井眼的原因有
15、多种，主要为：（1）钻井液密度低；（2）环空钻井液液柱降低；（3）起钻抽汲；（4）停止循环。要预防地层流体的侵入，就要使井底有效压力不小于地层压力值：首先钻井液密度不小于地层压力当量密度与安全系数之和；保持钻井液液柱高度不降，起下钻要平稳等。9.简述地层流体侵入井眼的征兆。答：地层液体侵入井眼的征兆有：（1）钻时加快；（2）钻井液池液面增高；（3）钻井液返出流量增加；（4）返出钻井液温度增高；（5）返出钻井液密度变低；（6）返出钻井液电导率变化； （7）返出钻井液粘度变化；（8）循环压力下降；（9）地面油气显示；（10 ）大钩负荷（Hook Load）增大。10.某井井深为 D=4000m；钻
16、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=1.50g/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 pci=12.00MPa；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，最大泵压为 33.27MPa；发生井涌关井后 10min，立管压力为 4.67MPa，套压为 6.65MPa；钻井液池内钻井液增加 4.5m3。利用司钻法及工程师法设计一压井施工单。答：根据以上数据，比较关井立压和套压，差
17、值为 1.98Mpa,而钻井液增加 4.5m3，说明环形空间被侵染的不严重，井涌发现及时。（1）地层压力 pPpP=psp+0.00981dD=4.67+0.009811.504000=63.53(Mpa)（2）压井所需钻井液密度 d11.62(g/cm3)0981.(1Dspd )40981.(67450.（3）钻井时所需钻井液密度 ： 取 =0.0552d= （g/cm 3）2d 6.1如将整个井筒容积二倍的钻井液加重，根据经验公式每一千米井筒容积= 2)(井 径 英 寸 数4000m 井筒容积为 4 =144.5（m 3）5.8二倍为 144.52=289（m 3）（4）初始循环立管压力
18、 Tip= + =4.67+12=16.67（MPa）Tipsci这小于该钻井泵 120mm 钢套的最大泵压，所以 120 钢套是适用的。（5）终了立管总压力 Tf= =Tfpcf)(96.120.5.16MPapcid（6）重钻井液到达钻头所需的时间 t 由钻井手册查得 114.3mm(4 1/2in)、24.72kg/m 的钻柱每米长的内容积 Vd=7.417 L/m,则(min)78.356.1047.QDVtd（7）许可的最大关井套压=（19.9-9.811.50）3000=15.55510 3（kPa）cdtaGp)8.9(mx=15.56(MPa)第七章 试题及答案1 简述套管的的
19、种类及其功用。答：（1）表层套管，表层套管是开始下入的最短最浅的一层套管，表层套管主要有两个作用：一是在其顶部安装套管头，并通过套管头悬挂和支承后续各层套管；二是隔离地表浅水层和浅部复杂地层，使淡水层不受钻井液污染。（2）中间套管，亦称技术套管。介于表层套管和生产套管之间的套管都称中间套管，中间套管的作用是隔离不同地层孔隙压力的层系戒易塌易漏等复杂地层。（3）生产套管。生产套管是钻达目的层后下入的最后一层套管，其作用是保护生产层，并给油气从产层流到地面提供通道。（4）钻井衬管，亦称钻井尾管。钻井衬管常在已下入一层中间套管后采用，即只要裸眼井段下套管注水泥，套管柱不延伸至井口。采用钻井衬管可以减
20、轻下套管时钻机的负荷和固井后套管头的负荷，同时又可节省大量套管和水泥，降低固井成本。2 套管柱在井下可能受到哪些力的作用？主要有哪几种力？答：套管柱在井下可能受到的力包括：（1）轴向拉力：套管本身自重产生的轴向拉力、套管弯曲引起的附加应力、套管内注入水泥引起的套管柱附加应力及动载和泵压变化等引起的附加应力。（2）外挤压力：主要有套管外液柱的压力，地层中流体的压力、高塑性岩石的侧向挤压力及其他作业时产生的压力。（3）内压力：主要来自地层流体（油、气、水）进入套管产生的压力及生产中特殊作业（压裂、酸化、注水）时的外来压力。主要受：轴向拉力、外挤压力及内压力。3 油井水泥的主要成分和性能是什么？答：
21、油井水泥的主要要成分有：（1）硅酸三钙 3CaOSiO2(简称 C3S)是水泥的主要成分，一般的含量为40% 65%，它对水泥的强度，尤其是早期强度有较大的影响。高早期强度水泥中 C3S 的含量可达 60%65%，缓凝水泥中含量在 40%45% 。（2）硅酸二钙 2CaOSiO2(简称 C2S)，其含量一般在 24%30%之间。C 2S 的水化反应缓慢，强度增长慢，但能在很长一段时间内增加水泥强度，对水泥的最终强度有影响。不影响水泥的初凝时间。（3）铝酸三钙 3CaOAl2O3（简称 C3A） ，是促进水泥快速水化的化合物，是决定水泥初凝和稠化时间的主要因素。对水泥的最终强度影响不大，但对水泥
22、浆的流变性及早期强度有较大影响。它对硫酸盐极为敏感，因此抗硫酸盐的水泥，应控制其含量在 3%以下，但对于有较高早期强度的水泥，其含量可达 15%。（4）铁铝酸四钙 4CaO2Al2O3Fe2O3（简称 C4AF） ，它对强度影响较小，水化速度仅次于 C3A，早期强度增长较快，含量为 8%12% 。除了以上四种主要成分之外，还有石膏、碱金属的氧化物等。第八章 试题及答案1 取心钻进的评价指标是什么？答：取心钻进一般以“岩心收获率”为评价指标，其计算方法为：岩心收获率实际取出岩心长度本次取心钻进进尺100%2.井下复杂情况与处理？答：1 井喷失控及处理井喷的原因有：（1）地层压力掌握不准；（2）钻
23、井液压油压油降低；（3）钻井液液柱高度降低；（4）起钻时的抽汲作用。处理方法： 目前处理着火井喷的常用方法有两种，一是地面灭火，由原井口循环重钻井液压井；二是打定向救援井内向着火井输送重钻井液压井、灭火。2井漏及处理井漏的因素主要有两方面：一是井下地层破裂压力异常低，岩层孔隙度大、渗透性好，或有裂缝、溶洞等；另一方面是由于钻井工艺措施不当，如钻井液密度过大、压力过高，或开泵过猛以及下钻速度过快而造成井下压力激动等。井漏可能会发生在以下四种地层中：（1）松散的或高渗透率的地层；（2）天然裂缝性地层；（3）诱导的裂缝性地层；（4）洞穴性地层。井漏分为三大类。（1）渗透性漏失。这种类型的井漏多发生在
24、浅井段胶结疏松的砂、砾岩层中。由于这些地层的渗透性较好，在井内压差的作用下钻井液将会漏入岩层的空隙里，但泥饼的形成又会阻止或减弱其漏失的程度，因而渗透性漏失的漏速不大，一般在 10m3/h 以内。（2）裂缝性漏失。钻井中钻遇的各种类型的岩层均可能存在着自然裂缝，在自然裂缝发育的地层中钻井，都会发生不同程度的钻井液漏失。在破碎带地层中钻进时，常会随着井下蹩跳、钻速加快等现象的出现而发生井漏，其漏速一般为 20100m 3/h 不等。（3）溶洞性漏失。在某些石灰岩地层中，经地下水长期溶蚀而形成大溶洞。当钻遇大溶洞时，会出现钻具放空，有时可达 45m，随之循环失灵，钻井液只进不出。漏速一般在 100
25、m3/h 以上，井漏后往往会造成井喷或井塌卡钻事故，属最严重的井漏。井漏的处理答：（1）渗透性井漏的处理。轻微的漏失主要通过调整钻井液性能，降低井下压差及堵塞岩层空隙通道的办法，达到恢复正常钻井的目的，可降低钻井液密度，采用平衡钻井技术，同时适当提高钻井液的粘度和切力，以增大钻井液流入地层空隙的阻力。常用的提高粘度和切力的处理剂有 CMC、烤胶、纯碱、水玻璃、芒硝等。若提高粘度后处理效果不明显，则可在钻井液中加入细云母片、坚果壳粉等细颗粒桥堵剂循环，直至堵住为止。（2）裂缝性漏失的处理。由于裂缝性漏失的具体条件不同，其漏速差别很大，在具体处理时要根据具体情况选择合适的方法，目前国内常用的有以下
26、三种方法： 注谷壳、锯末稠钻井液堵漏。谷壳和锯末要细，加量为 10%15% ，粘度要适当高些，因锯末、谷壳易堵钻头水眼，可采用反循环注入。 在非油所层中发生裂缝性漏失时，可注入水泥或胶质水泥堵漏。胶质水泥的一种配方是：水泥 5 份，粘土 1 份，另加 2%的氯化钙作为催凝剂。目前我国现场采用水泥堵漏的较多，水泥堵漏的关键在于掌握井内水泥浆的位置，使初凝时水泥浆大部分进入地层剩下少量留作水泥塞。 在油、气层中发生裂缝性漏失时，可采用注石灰乳钻井液对裂缝性油、气层进行暂时性封堵，其配方为石灰乳（密度 1.3g/cm3）和钻井液（密度 1.25g/cm3以上）相混合，比例为 11 或 12 ，具体要
27、根据井下温度施工要求的时间来确定；另一种是速凝石灰乳钻井液，即在普通石灰乳钻井液中加水玻璃配制而成，用水玻璃的含量来调节初凝时间，水玻璃含量越大，初凝时间越短，适用于较大的裂缝漏失。（3）溶洞性漏失的处理。溶有洞性漏失是最严重的漏失，常采取直接从井口投入石子泥球、长纤维物捆（稻草、树枝等）来填堵井下洞穴，或架起“桥”来再用水泥浆等方法封堵。近年来又发展起了使用一种以钻井液和水泥浆携带形状不同、大小不一、数量不等腰三角形的多边角坚硬果壳及云母、赛璐璐和各种植物纤维等惰性物质配成的复合堵漏液，利用这些物质的边锋与溶洞、裂缝、孔穴的腔壁产生较大的摩擦、阻挂和滞流作用形成网状桥架，进而利用云母等薄而光
28、滑的、曲张变形的特点造成无孔不入，滑而流动的环境，再以植物纤维的密集堆砌达到填缝堵漏，消除漏失而恢复循环钻进之目的，实践中已取得了较好的效果。3卡钻及处理钻井过程中，由于各种原因造成的钻具陷在井内不能自由活动的现象，称为卡钻。卡钻的类型有：（1）沉砂卡钻；（2 ）井塌卡钻；（3）压差卡钻（泥饼粘附卡钻） ；（4 ）键槽卡钻；（5）缩径卡钻；（6 ）落物卡钻。 （7）泥包卡钻（8 ）砂桥卡钻（9）干钻卡钻处理方法：卡钻事故发生后，首先要根据上提、下放、转动、开泵循环情况，以及了解到的井眼情况和卡钻前的各种现象进行分析，准确判断出卡钻的原因，再采取相应的措施，但不管哪种性质的卡钻，都要重视调整钻井
29、液的性能，及时清除岩屑，清洗井眼，一般常用下述几种方法进行解卡。（1）上提、 (下放) 和转动钻具解卡；（ 2）浴井解卡；（3 ）上击、( 下击)解卡；（4）倒扣套铣解卡；（5 ）爆炸倒扣、套铣；（6）爆炸、侧钻新井眼。粘吸卡钻、坍塌卡钻、砂桥卡钻、缩径卡钻、键槽卡钻、泥包卡钻、干钻卡钻都可用上面方法从上到下依次进行，只致事故解除。4钻具事故及处理钻具事故包括：（1）钻杆、钻铤折断；（2 ）钻杆滑扣、脱扣。常见的打捞工具有：（1）卡瓦打捞筒；（2 ）打捞矛；（3）公、母锥。5落物事故及处理常见的落物事故：掉牙轮，断刀片，测斜仪落井，钻台工具落井落物事故处理：（1）井壁埋藏法（2）磁铁打捞器广泛用于打捞落井的牙轮、弹子、小工具等；（3）反循环打捞篮是打捞牙轮和小件落物的打捞工具；（4）随钻打捞杯能随钻头一起下钻，捞出掉在井内的钻头脱齿、断齿、弹子等粒状落物。 ；（5）一把抓是一种结构简单，制造容易，使用方便的技术指标工具常用于打捞钻头牙轮之类的落物；（6）平底铣鞋用于将井底不易打捞的落物磨碎。
