钻井工程理论与技术(第二版)课后题简答题答案

第一章钻井的工程地质条件

1.简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层孔隙压力和基岩应力三者之间的关系。答：静液压力：是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。

地应力：钻井工程施工之前存在于地下某点的应力状态为原地应力状态。

地层孔隙压力：岩石孔隙中流体所具有的压力。也称地层压力。

上覆岩层压力：是指由上覆岩层重力产生的铅垂方向的地应力分量。该处以上地层岩石基质和岩石孔隙中流体的总重力所产生的压力。

基岩应力：是指由岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压力。也称有效上覆岩层压力或骨架应力。

地层破裂压力：地层某深度处的井壁产生拉伸破坏时的应力

地层坍塌压力：地层某深度处的井壁产生剪切破坏时的应力

上覆岩层的重力是由岩石基质（基岩）和岩石孔隙中的流体共同承担的，即上覆岩层压力是地层压力与基岩应力的和

2、简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。

答：在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就被破坏。如果沉积速度很快，岩石颗粒就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与颗粒之间的压力。由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没有增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应由岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力，从而导致了异常高压。

3、简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、孔隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。

答：所以随井深的增加，地层中岩石密度逐渐变大，而岩石的孔隙度变小。随着井深的增加，岩石的强度增大。在正常地层压力井段，随着井深增加，岩石的孔隙度减小，声波速度增大，声波时差减小。在正常地层压力情况下，机械钻速随井深增加而减小，d指数随井深增加而增大。所以dc指数也随井深的增加而增大。

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：在井下一定深度的裸露地层，承受流体压力的能力是有限的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂，这个液体压力称为地层破裂压力。（解释）

在确定地层破裂压力的液压试验曲线中，开始偏离原始直线点的压力称为漏失压力。试验曲线上达到最高点时的压力称为破裂压力，这时地层开始破裂。通常将漏失压力与第一个砂层深度的比值作为该处砂层的地层破裂压力梯度，并以此作为确定井控作业的关井压力依据。

5.某井井深2000m，地层压力25MPa，求地层压力当量密度。

答：根据公式：Pp=×ρh ρ= Pp∕×h=25MPa∕×2000m)=∕cm3

6.某井垂深2500m,井内钻井液密度为cm3,若地层压力为2

7.５MPa，求井底压差。

答: Ph=ρgh=cm3××2500m =

△P=Ph-Pp= 即井底压差为.

7.某井井深3200m，产层压力为,求产层的地层压力梯度。

答：产层的地层压力梯度 Gp=Pp/h=3200m=m

9、岩石的硬度与抗压强度有何区别

答：硬度只是固体表面的局部对另一物体压入或侵入时的阻力，而抗压强度则是固体抵抗固体整体破坏时的能力。

10、岩石的塑性系数是怎样定义的简述脆性，塑脆性和塑性岩石在压入破碎时的特性。

答：岩石的塑性系数是用来定量表征岩石塑性及脆性大小的参数。塑性系数为岩石破碎前耗费的总功与岩石破碎前弹性变形功的比值。塑性岩石在外力压入时，岩石只改变形状和大小而不破坏自身的连续性；脆性岩石当外力压入时，岩石直至破碎无明显的形状改变；而塑脆性岩石受外力作用时首先发生形状改变，当外力达到一定程度后岩石破碎。

11、岩石在平行层理和垂直层理方向上的强度有何不同岩石的这种性质叫什么

答：沉积岩的强度有明显的各向异性，垂直于层理的抗压强度最大，平行于层理的抗压强度最小。层理对硬度的影响与对强度的影响相反，垂直层理方向的硬度值最小，而平行层理方向的硬度值最大，岩石的这种性质叫做岩石的各向异性。

各向异性：如果物体某一性质随方向的不同而不同，则称物体具有各向异性。

12、岩石受围压作用时，其强度和塑脆性是怎样变化的

答：当岩石受到围压作用时，所有岩石的强度均增大，但压力对砂岩和花岗岩强度的影响要比石灰岩、大理岩大；在开始增大围压时，岩石强度的增加比较明显，再继续增加围压时，相应的强度增量就变得越来越小，最后当压力很高时，有些岩石的强度便趋于常量。随着围压的增大，岩石表现从脆性向塑性的转变，并且围压越大，岩石破碎前所呈现的塑性也越大。

13、影响岩石强度的因素有哪些

答：影响岩石强度的因素可以分为自然因素和工艺技术因素两类：

自然因素1、岩石的矿物成分 2、岩石的颗粒尺寸 3、岩石的容重和孔隙度 4、岩石的层理 5、岩石结构构造的缺陷

工艺技术因素1、岩石的形变方式 2、岩石的应力状态 3、外载作用的速度 4、介质的影响 5、岩样的线性尺寸

14、什么是岩石的可钻性我国石油部门采用什么方法评价岩石的可钻性将地层按可钻性分为几级

答：岩石的可钻性是岩石抗破碎的能力。即一定钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。

我国石油系统岩石可钻性分类方法是用微钻头在岩样上钻孔，通过实钻钻时（即钻速）确定岩样的可钻性。将地层按可钻性分为10级。

15、井底和井眼周围地层岩石受哪些力

答：井眼周围地层岩石受力包括：上覆岩层压力、岩石内空隙流体的压力（地层压力）、水平地应力、钻井液液柱压力。

井底 1、地应力影响2、液柱压力和孔隙压力的影响

16、水平地应力是怎样产生的它与上覆岩层压力的关系是怎样的

答：水平地应力由两部分组成，一部分是由上覆岩层侧向力；另一部分是地质构造力。

它随着埋藏深度的增加而线形增大，和有效上覆岩层压力成正比。有效上覆岩层压力指上覆岩层压力和岩石内孔隙流体压力的差。

17、什么叫有效应力、有效上覆岩层压力、各向压缩效应

答：在“各向压缩效应”试验中，如果岩石孔隙中含有流体且具有一定的孔隙压力，这种孔隙压力的作用降低了岩石的各向压缩效应，这样，把岩石所受外压与内压之差称为有效应力。

上覆岩层压力和岩石内孔隙流体压力的差称为有效上覆岩层压力。

在三轴应力试验中，如果岩石是干的或者不渗透的，或孔隙度小且孔隙中不存在液体或者气体时，增大围压则一方面增大岩石的强度，另一方面也增大岩石的塑性，这两方面的作用统称为“各向压缩效应”。

第二章石油钻机及钻进工具

1.旋转转井工艺对钻机的功能有哪些要求

答：（1）旋转钻进的能力。

（2）起下钻具的能力。

（3）循环洗井的能力。

2钻机的组成及各系统的主要部件有哪些

答：（1）起升系统

组成：井架、大钩、辅助刹车、钻井绞车、游动系统（钢丝绳，天车，游动滑车）以及井口工具和机械化设备（吊环、吊卡、吊钳、卡瓦、动力大钳、立根运移机构）。

（2）旋转系统

组成：转盘、水龙头、钻具或顶部驱动装置。

（3）循环系统

组成：钻井泵、地面管汇、钻井液罐、钻井液净化设备。其中地面管汇包括高压管汇、立管、水龙带。钻井液净化设备包括振动筛、除砂器、除泥器、离心机等。

（4）井控系统

组成：井口防喷器组合、液压防喷器控制系统、井控管汇、井控仪器仪表、钻井液处理设备、钻井内防喷工具、特殊作业设备

（5）动力传动系统

组成：柴油机、电动机。

（6）控制系统

组成：机械控制、气控制、电控制和液控制等。

3、根据不同的分类标准，钻机有哪些类型

答：一、按钻井方法分

(1)冲击钻机，(2)旋转钻机，

二、按钻井深度分

(1)浅井钻机（钻井深度不超过1500米）

(2)中深井钻机（钻井深度为1500-4500M）

(3)深井钻机。（钻井深度为4500-6000M）

(4)超深井钻机。（钻井深度为大于6000M）

三、按地域环境

陆地钻机、海洋钻机、沙漠钻机、沼泽地钻机、低温环境钻机和丛林直升机吊装钻机

四、按移动方式

块装钻机、车装钻机和拖挂钻

五、按驱动传动形式

柴油机驱动钻机、电驱动钻机

4、何为钻机的基本参数、主参数国产钻机系列有哪些钻机

答：钻机的基本参数是反映钻机工作性能的技术指标，钻机的基本参数包括：钻机的主参数、起升系统参数、旋转系统参数、循环系统参数。

在钻机基本参数中，选定一个最主要的参数作为主参数，主参数应具备以下特征：

1）能最直接地反映钻机的钻井能力和主要性能

2）对其他参数具有影响和决定作用

3）可用来标定钻机型号，并作为设计、选用钻机的主要技术依据。

主要钻机型号

ZJ30/1800 ZJ40/2250 ZJ50/3150 ZJ70/4500

5、简述常用井架的分类及各类井架的优缺点

答：钻井井架按整体结构形式的主要特征可分为塔型井架，前开口井架、A形井架、桅形井架1）塔型井架整体稳定性好，承载能力大、可拆卸，不受运输条件限制，允许井架内部空间大，起下操作方便、安全，但单件拆装工作量大，高空作业，不安全。

2）前开口井架本体截面比塔形井架小、可分段运输

3）A形井架大腿是封闭的整体结构，承载能力和稳定性好。井架整体稳定性不理想

4）桅形井架结构简单、轻便，但承载能力小，只用于车装轻便钻机和修井机

6、钻机的动力驱动系统有哪些类型

机械驱动、电驱动、复合驱动、（机电复合驱动、交直流电复合驱动）

7、简述绞车、钻井泵、转盘和顶驱的功用。

答：绞车功用

1）用以起下钻具，下套管

2）钻进过程中控制钻压，送进钻具

3）借助猫头上、卸钻具螺纹，起吊重物及进行其他辅助工作

4）充当转盘的变速机构或中间传动机构

5）整体起放井架

钻井泵：用以提高洗井液的能力，进行洗井循环，或将水功率送至地下

转盘的功用

1.转动井中钻具，传递足够大的扭矩和必要的转速。

2.下套管或起下钻时，承托井中全部套管柱或钻杆柱的重量。

3.完成卸钻头、卸扣，处理事故时倒扣、进扣等辅助工作；涡轮钻井时，转盘制动上部钻杆柱，以承受反扭矩。

顶驱：可完成旋转钻进、倒划眼、循环钻井液、接钻杆、下套管和上卸管柱螺纹

8、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

9、铣齿牙轮钻头和镶齿牙轮钻头有哪些不同

答：牙轮钻头按材料不同分为铣齿（钢齿）和镶齿（硬质合金齿）两大类。

铣齿牙轮钻头的牙齿是由牙轮毛胚铣削加工而成，主要是楔型齿。

镶齿牙轮钻头是在牙轮上钻出孔后，将硬质合金材料制成的齿镶入孔中。

10、牙轮钻头有哪几副轴承按结构不同可分为几类滑动轴承有什么特点

答：有大、中、小和止推轴承。钻头轴承按结构分为滚动轴承和滑动轴承两大类。滑动轴承特点是承压面积大，载荷分布均匀，吸收振动好

11、牙轮钻头的储油润滑密封系统包括几部分其作用是什么

答：储油囊、护膜杯、压盖、密封圈。

牙轮钻头的储油润滑密封系统既能保证轴承得到润滑又可以有效地防止钻井液进入钻头的轴承内，大幅度地提高了轴承以及钻头的使用寿命。

12、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。

13、国产三牙轮钻头有哪个系列试解释8 ? HP5的含义

答：普通钻头Y、喷射式钻头P、密封钻头MP、密封保径钻头MPB、滑动轴承钻头HP、滑动保径钻头HPB、镶齿密封钻头XMP、镶齿滑动轴承钻头XHP8个系列。

8 ? HP5表示用于中硬地层、直径为8 ?英寸的铣齿滑动密封喷射式三牙轮钻头。

14、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，适合于小井眼钻井。

（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。

15、金刚石钻头常用的水力结构有几种有何优点

答：1逼压式水槽一般用于软地层钻头

2、辐射式水槽一般用于软到中硬地层钻头

3、辐射形逼压式水槽常用于中硬到硬地层

4、螺旋形水槽常用高转速条件

16、天然金刚石钻头是怎样破碎岩石的适用钻什么样的地层

答：金刚石钻头的破岩作用是由金刚石颗粒完成的。在钻压和旋转扭矩的作用下，金刚石颗粒连续施加给井底岩石以正压力和切向力，使岩石破碎，主要破岩方式有压碎、剪切、切削、研磨等。

表镶金刚石一般用于钻进中硬-硬的完整均质地层。

孕镶金刚石用于硬-坚硬的地层、软硬不均的地层、裂隙性地层、高研磨地层和坚硬地层。17、“PDC”含义是什么有哪些特点

答：“PDC”是聚晶金刚石复合片的简称，分为柱状片和片式片。

聚晶金刚石复合片的特点：

强度和耐磨性极高，且不易破裂；具有可焊性；具有自锐作用；抗冲击性能较差不能承受较大的冲击载荷；热稳定性较差。

18、PDC钻头切削齿的后倾角和侧倾角的定义，各起什么作用

答：后倾角是指切削齿工作面与井底岩面外法线的夹角

侧倾角是指切削齿工作面与过齿面中心的钻头径向线的夹角

后倾角的主要作用是使切削工作刃能有效的吃入岩石，并有较好的抗冲击性。

侧倾角的作用是使切削齿在切削地层时对齿前岩屑产生一个侧向推力，提高切削齿的排屑能力，防止钻头泥包。

19、PDC钻头是怎样破碎岩石的适用于什么样的地层

答：PDC钻头以切削方式破碎岩石。在钻压和旋转扭矩的共同作用下，钻头在井下做旋转和给进运动，连续侵入并剪切破碎岩石，将岩石一层层的剥离井底，从而使井不断加深。

PDC钻头适用于软到中等硬度地层，但是PDC钻头钻进的地层必须是均质地层，以免冲击载荷，含砾石的地层不能使用PDC钻头。

20、钻柱主要由哪几部分组成其主要功用有哪些

答：钻柱由方钻杆、钻杆柱和下部钻具组合和配合接头组成。下部钻具组合主要由钻铤组成，有时串接稳定器、减震器、震击器、扩眼器等特殊工具。

主要作用有：

1）为钻井液由井口流向钻头提供通道；

2）给钻头施加破碎岩石所需要的钻压；

3）把地面动力（扭矩等）传递给钻头；

4）起下钻头；

5）根据钻柱的长度计算井深

21、钻杆的API钢级有哪几种

API钻杆钢级有D-55 E-75 X-95 G-105 S-135 五种（注:API常用的有四种无D-55）

22、为什么钻柱下部使用钻铤而不使用钻杆

答：钻挺具有加大的重量和刚度，可承受较大的轴向压力而不发生弯曲。它在钻井工程中有给钻头施加钻压、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。

23、内平、贯眼和正规三种接头的主要区别是什么

答：内平式接头(IF)主要用于外加厚钻杆，其特点时钻杆内径与管体加厚处内径，接头内径相同，钻井液流动阻力小，有利于提高水功率，但外径较大，易磨损。

惯眼式接头(FH)适用于内加厚钻杆，其特点是钻杆有两个内径，接头内径等于管体加厚处内径，但小于管体部分内径。外径小于内平式。

正规式接头(REG)适用于内加厚钻杆。这种接头的内径比较小，小于钻杆加厚处的内径，所以钻井液流过的阻力最大，但它的外径最小，强度较大。

24、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、振动（纵向、扭转、横向）。

25、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轴向拉力和压力；②弯曲力矩；③离心力；④扭矩；⑤纵向振动；⑥扭转振动横向摆振；⑦动载荷。⑧外挤压力

轴向拉力是钻杆的主要作用力。

26．何谓钻柱的中性点为什么要保证中性点落在钻铤上

答：通常把钻柱上轴向力等于零的点称为钻柱中性点。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，而不是落在强度较弱的钻杆上，以免钻杆受压弯曲和受交变应力的作用。使钻杆一直处于受拉伸的直线稳定状态。

27、钻柱的哪些部位受力最严重都受到什么载荷的作用

答：

中性点附近受拉、压交变载荷，

井口部位受到最大拉力和最大扭矩，

下部钻柱钻进时，同时受到轴向压力、扭矩和弯曲用力。

28、钻柱设计应满足哪些要求

答：

1、满足工艺要求，确保钻井作业顺利进行

2、满足强度要求，保证钻柱安全工作

3、尽量减轻整个钻柱的重力，以便在现有的抗负荷能力下钻更深的井。

29、在条件允许的情况下，为什么要尽可能选用大尺寸钻柱

答：在供应可能的情况下，应尽量选用大尺寸钻杆，因为大尺寸钻杆强度大，水眼大，钻井液流动阻力小，钻井液上返速度高，有利于携带岩屑。

30、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（上大下小）、或不同壁厚（上厚下薄）、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能力下下钻

达更大的井深。

31、钻杆柱设计主要考虑哪种力的作用强度条件是什么

答：钻杆设计主要是抗拉强度设计，即按抗拉强度进行校核。

钻杆强度设计的强度条件是：钻杆柱任意界面上的静拉伸载荷要小于钻杆柱的最大安全静拉力。

第三章钻井液

1．钻井液与钻井工程关系如何钻井液有哪些功用

答：钻井液与钻井工程关系密切。钻井液在钻进时用来清洗井底并把岩屑携带到地面、维持钻井操作正常进行。

钻井液具有以下功用：（1）从井底清除岩屑；（2）冷却和润滑钻头及钻柱（3）改善造壁性能，促进井壁稳定（4）控制地层压力（5）悬浮岩屑和加重材料，防止下沉（6）获得地层信息（7）传递水力功率

2．说明钻井液的一般组成及钻井液的分类。

答：广义钻井液的一般组成包括分散介质、分散相和钻井液处理剂。

钻井液的分类：

按密度大小可分为非加重钻井液和加重钻井液

按其与黏土水化作用的强弱可分为非抑制性钻井液和抑制性钻井液

按其固相含量的多少可分为低固相钻井液和无固相钻井液

普遍根据分散介质不同可分为水基钻井液、油基钻井液，气体型钻井流体和合成基钻井液

3．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（宾汉公式）为：г-г

0=μ

pv

dv/dx

г——静切应力г

0——动切应力μ

pv

——塑形粘度

4.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：静切力是塑性流体从静止状态开始运动时所需的最低剪切应力。物理意义：钻井液从静止到开始塞流流动所需要的最小剪切应力。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。

动切力是塑性流体在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的截距。物理意义：使钻井液开始做层流流动所必需的最小剪切应力。调整方法与静切力相同。

表观粘度又称视粘度或有效粘度，是指钻井液剪切应力与剪切速率的比值。表观粘度的调整采用调节动切力和塑形粘度的办法。

塑性粘度是塑性流体在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的斜率。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。

6.钻井液的流态对钻井作业影响如何

答：：(1)影响钻井速度；(2)影响环空携岩能力；(3)影响井壁稳定；(4)影响岩屑与加重物的悬浮；(5)影响井内压力激动；(6)影响钻井泵压和排量；(7)影响固井质量。

8.说明瞬时滤失、动滤失、静滤失各自的涵义。

答：在滤饼尚未形成的一段时间内的滤失称为瞬时滤失。

钻井液在井内循环流动时的滤失过程称为动滤失。

钻井液在静止循环时的滤失称为静滤失。

9.降滤失剂是如何起降滤失作用的

答： 1）护胶作用；

2)增加钻井液中粘土颗粒的水化膜厚度，有助于降低滤失量。

3)提高滤液粘度，降低滤失量。

4)降滤失剂分子本身的堵孔作用。

10.简述常用钻井液润滑剂及其作用机理

答：钻井液常用润滑剂有固体润滑剂和液体类润滑剂。

固体润滑剂主要通过在钻柱和井壁之间形成一层隔离润滑薄膜，或将滑动摩擦变为滚动摩擦，进而起降低摩阻的作用。

矿物油、植物油、表面活性剂等液体润滑剂主要是通过在金属、岩石和粘土薄膜形成吸附膜，使钻柱与井壁岩石接触（或水膜接触）产生的固-固摩擦，改变为活性剂非极性端之间或油膜之间的摩擦，或者通过表面活性剂的非极性端还可以再吸附一层油膜。从而使钻柱与岩石之间的摩阻力大大降低。

11.简述钻井液漏失的类型及常用堵漏剂。

答：1）渗透性漏失在高渗透性砂岩或砾岩地层产生的钻井液漏失桅渗透性漏失 m3/h

2）裂缝性漏失在裂缝地层产生的钻井液漏失10-100 m3/h

3）溶洞性漏失在溶洞地层产生的钻井液漏失大于100 m3/h

常用堵漏剂：单向压力封闭剂；随钻堵漏剂；堵漏护壁处理剂；惰性颗粒堵漏材料；酸溶性桥塞堵漏剂

12.引起井壁不稳定的因素有哪些

答：(1)地质及力学因素：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等。

(2)工程因素：钻井液排量过大，冲蚀井壁；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)物理化学因素：井壁泥页岩与水接触产生水化作用可引起井壁不稳定。

13.从钻井液角度出发，为了防止井塌应采取什么措施。

答：针对地质因素：适当提高钻井液密度或采用化学固壁的防塌技术措施

针对物理化学因素：通过加入页岩抑制剂来提高钻井液抑制性能改善封堵能力并合理调整钻井液密度等协同防塌措施。

针对工程因素：采用改进钻井工艺的有效方法加以预防

14.说明钻井液固相对钻速的影响。

答：(1)钻井液中的固相含量对钻速的影响：钻速随固相含量升高而下降。研究表明，固相含量每降低1﹪，钻速至少可以提高10﹪。

(2)固相类型对钻速的影响：砂子、重晶石等惰性固相对钻速影响较小，钻屑、低造浆率的劣质土的影响居中，而高造浆率粘土的影响最大。小于1μm的溶胶颗粒对钻速的影响最大。

15.固相控制设备有几种，各自的使用范围如何

答：钻井液固相控制设备主要有：

振动筛：主要清除以上的岩屑和沙粒。

旋流分离器：按被分离颗粒的大小又分为：

（1）旋流除砂器，分离直径在74μm以上的固相颗粒；

（2）旋流除泥器，分离直径在10～74μm的固相颗粒；

（3）超级旋流分离器，分离5～10μm的固相颗粒。

离心分离机：清除颗粒直径在2～5μm以上的颗粒。

16.引起油气储层损害的主要原因是什么怎样预防。

答：（1）外来流体中的固相颗粒对储层的损害：钻井液、完井液等外来流体中的颗粒在井内液柱压差下在滤饼形成前会侵入储层，造成储层油气流通道堵塞，储层渗透性降低。

预防措施：1、实施屏蔽暂堵技术2、使用无固相清洁盐水做完井液。

(2)储层内部微粒运移造成的损害：在流体的作用下，特别是流体的流速超过临界流速时，储层中附着在岩石表面的矿物微粒会从孔壁冲刷下来，随流体运移到孔喉处，对孔喉造成堵塞或桥堵。

预防措施：首先要控制流体（包括储层内流体和外来流体）的流速低于临界流速；另外在入井流体中使用粘土微粒防运移剂。

（3）储层内粘土水化膨胀，引起孔喉堵塞。

预防措施：减少入井流体的滤失量，提高滤液的矿化度（提高滤液的抑制性）和使用粘土防膨剂。

（4）流体的不配伍性对储层的损害：不同流体相遇后会产生沉淀物，这些沉淀物会堵塞储层孔隙喉道，造成储层损害。

预防措施：入井前对入井流体进行配伍性试验，对配伍性差的流体进行改性。

（5）水锁效应：油流中的水滴在通过狭窄的孔隙喉道时，孔喉两侧必须有一定的压差水滴才能通过，否则孔喉就被水滴堵塞。水锁效应是可以叠加的。故会导致油流阻力大大增加。尽量控制外来流体滤失量是防止发生水所效应的有效措施。

17.哪些完井液适用于钻油气储层

答：(1)无固相清洁盐水完井液(2)水包油完井液(3)低膨润土聚合物完井液(4)改性完井液(5)油基完井液(6)气体类完井液

第四章钻进参数优选

第五章井眼轨道设计与轨迹控制

1．定向井与垂直井的区别何在什么情况下适合打定向井

答：定向井：设计目标点与井口不在一条铅垂线上的井

直井；设计井眼轴线为一铅垂线的井。

主要区别：井眼轨迹不同

1）地面环境条件限制2）地下地质条件要求3）钻井技术需要4）经济、有效勘探开发油气藏的需要

2．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。

3．井斜方位角有哪两种表示方法二者之间如何换算

4．方位与方向的区别何在请举例说明。

答：“方向”与“方位”是有区别的。方位线是水平面上的矢量，而方向线则是空间的矢量。只要讲到方位、方位线、方位角，都是在某个水平面上；而方向和方向线则是在三维空间内（当然也可能在水平面上）

5．水平投影长度与闭合距有何区别视平移与闭合距有何区别

答：水平投影长度是指井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。简称水平长或平长。

水平位移是指轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离，或指轨迹上某点至井口的距离在水平面上的投影。水平位移也称闭合距。

在实钻井眼轨迹上，二者有明显区别，水平长度一般为曲线段，而水平位移为直线段。但在二维设计轨道上二者相同。

视平移是水平位移在设计方位线上的投影长度。

6．垂直投影图与垂直剖面图有何区别

答：垂直投影图相当于机械制造图中的侧视图，即将井眼轨迹投影到铅垂平面上；垂直剖面图是经过井眼轨迹上的每一点做铅垂线所组成的曲面，将此曲面展开就是垂直剖面图。

7．狗腿角、狗腿度、狗腿严重度三者的概念有何不同为什么说狗腿严重度是井眼的最小曲率答：狗腿角是指测段上、下二测点处的井眼方向线之间的夹角（注意是在空间的夹角）。狗腿严重度是指井眼曲率，是井眼轨迹曲线的曲率。井眼曲率也称全角变化率，是指单位长度井段内“狗腿角”的大小。狗腿度和狗腿严重度相同

由于狗腿角是根据平面圆弧曲线假设推导的，所以计算出的狗腿严重度实际上是井眼曲率的最小值

8．全角变化值是何含义如何计算为什么全角变化率能表示井眼曲率

答：井眼从一个点到另一个点，其前进方向发生了变化，既有井斜角的变化，又有井斜方位的变化，将这种既反映井斜角变化又反映井斜方位角变化的井眼前进方向变化值称为全角变化值。全角变化值除以井段长度，称为全角变化率。全角变化率可以反映该井段的平均井眼曲率

c αφαγ222sin ?+?=

式中，γ表示全角变化值，α?表示井斜变化率，φ?表示方位变化率，c α表示测段平均井斜角，()2/B A c ααα+=。

9． 重力加速度计和磁通门的工作原理是什么

重力加速度计是测量井斜角的传感器。利用重力始终指向地心的原理测量井斜角。

磁通门是测量井斜方位角的传感器。利用地磁场测量方位角。 10． 电子测斜仪为什么要使用无磁钻铤电子测斜仪在无磁钻铤中的位置是应该偏上还是偏下无磁钻铤长度的确定与井斜角和井斜方位角有没有关系

答：因为电子测斜仪是利用地磁场测量方位角，钢钻铤和钻头都可能被磁化，为避免磁罗盘产生可能的误差所以使用无磁钻铤。

测斜仪安装在无磁钻铤与钻头之间的位置，所以位置偏下。

无磁钻铤长度的确定与井斜角和井斜方位角有关系，应根据测量井段的井斜角和井斜方位角来选定无磁钻铤的长度。井斜角大时，要加长无磁钻铤的长度。

11． 什么是磁偏角什么是子午线收敛角磁北、真北和网格北三者之间有何区别钻井工程中为什么要以网格北为基准

答：我们称磁北到真北之间的夹角为“ 磁偏角”。真北方向线与网格北方向线的交角称为平面子午线收敛角。

真北方位=磁方位+磁偏角

网格方位=真北方位-收敛角

网格方位=磁方位+磁偏角-收敛角

地质设计时采用大地坐标系，它不能给出在地球表面上的距离或长度，不便于钻井工程应用，所以希望能够在平面上把某点的位置标示出来，这就需要平面坐标系，由于地球表面是球面，不可能展平到平面上，所以想要在平面上表示出来，就要使用投影方法，我国采用的是高斯-克吕格投影法。又称高斯投影。

进行定向井井眼轨道设计，轨迹计算以及绘图时，使用的坐标系是高斯平面直角坐标系，纵坐标正方向为GN ，称为网格北。

12． 为什么要进行井斜方位角校正如何进行校正

答：目前广泛使用的磁性测斜仪是以地球磁北方位为基准的。磁北方位与正北方位并不重合而是有个夹角，称为磁偏角。磁偏角又分为东磁偏角和西磁偏角。东磁偏角指磁北方位线在正北方位线的东面，西磁偏角指磁北方位线在正北方位线的西面。用磁性测斜仪测得的井斜方位角称为磁方位角，并不是真方位角，需要经过换算求得真方位角。这种换算称为磁偏角校正。换算的方法如下：

真方位角＝磁方位角＋东磁偏角 真方位角＝磁方位角－西磁偏角

13． 为什么要规定一个测段内方位角变化的绝对值不得超过180ο实际资料中如果超过了怎

么办

答：因为假设一个测段内方位角沿顺时针变化超过180o时，沿逆时针其变化则小于180o，所以一个测段内方位角变化的绝对值不得超过180o。实际资料中超过了，则可用如下方法计算：

当Ф

i -Ф

i-1

＞180o时，△Ф

i

=Ф

i

-Ф

i-1

-360 o

当Ф

i -Ф

i-1

＜-180o时，△Ф

i

=Ф

i

-Ф

i-1

+360 o

14．测斜计算，对一个测段来说，要计算那些参数对一个测点来说，需要计算哪些参数测段计算与测点计算有什么关系

答：测斜时，对一个测段来说，需要计算的参数有五个：垂增、平增、N坐标增量、E坐标增量和井眼曲率；对一个测点来说，需要计算的参数有七个：五个直角坐标值（垂深、水平长度、N 坐标、E坐标、视平移）和两个极坐标（水平位移、平移方位角）。

轨迹计算时，必须首先算出每个测段的坐标增量，然后才能求得测点的坐标值。

15．平均角法与校正平均角法有什么区别实际计算结果可能有什么差别

答：平均角法假设测段是一条直线，该直线的方向是上下二测点处井眼方向的“和方向”（矢量和）。校正平均角法假设测段形状为一条圆柱螺线。

校正平均角法的计算公式是在平均角计算公式的基础上加入了校正系数。

16．最小曲率法和圆柱螺线法的假设条件分别是什么

答：最小曲率法把测段假设为空间平面上的圆弧曲线，这正好与狗腿严重度公式的假设条件相同。

圆柱螺线法的假设条件是：两测点间的测段是一条等变螺旋角的圆柱螺线，螺线在两端点处与上下两测点的井眼方向线相切

17．垂直井井眼轨迹控制的主要任务是什么

答：直井轨迹控制的主要任务就是要防止实钻轨迹偏离设计的铅垂直线。一般来说实钻轨迹总是要偏离设计轨道的，问题在于能否控制井斜的度数或井眼的曲率在一定范围之内。

18．引起井斜的地质因素中最本质的两个因素是什么二者如何起作用

答：最本质的两个因素是地层可钻性的不均匀性和地层的倾斜。

地层可钻性的各向异性

地层可钻性的纵向变化

地层可钻性的横向变化

最终表现为钻头对井底的不对称切削，使钻头轴线相对于井眼轴线发生倾斜，从而使新钻的井眼偏离原井眼

19．引起井斜的钻具原因中最主要的两个因素是什么他们又与什么因素有关

答：钻具导致井斜的主要因素是钻具的倾斜和弯曲。

导致钻具倾斜和弯曲的主要因素：首先，由于钻具直径小于井眼直径，钻具和井眼之间有一定的间隙。其次，由于钻压的作用，下部钻具受压后必将靠向井壁一侧而倾斜。

20．井径扩大如何引起井斜如何防止井径扩大

答：井眼扩大后，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。

要防止井径扩大，可以使用满眼钻具组合和钟摆钻具组合。

21．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：满眼钻具一般由几个外径与钻头直径相近的稳定器与一些外径较大的钻铤组成可以通过三点直线性来保持井眼的直线性和限制钻头的横向移动。

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（增斜或降斜）很小或不变化。22．钟摆钻具组合控制井斜的原理是什么为什么使用它钻速很慢

答：钟摆钻具组合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，也会产生一个钟摆力。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。

钟摆钻具组合的性能对钻压特别敏感。钻压加大，则增斜力加大，钟摆力减小。钻压再增大，还会将扶正器以下的钻柱压弯，甚至出现新的接触点，从而完全失去钟摆组合的作用。所以钟摆钻具组合在使用中必须严格控制钻压，故钻速很慢。

23．井的分类标准是什么一口直井打斜了还能算是垂直井吗

按照设计的井眼轨道作为分类标准。根据直井的井身质量要求可判断是否算直井。

24．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，

按井眼最大井斜角的大小，可分为常规定向井、大斜度井、水平井、上翘井；而水平位移与垂深之比大于等于2比1的称为大位移井。

常规二维定向井分为三类：井斜角在15°～30°的属小倾斜角定向井；井斜角在30°～60°的属中倾斜角定向井；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。

25．从钻井工艺的角度看，定向井的最大井斜角是大点好还是小点好

答：在可能的条件下，尽量减小最大井斜角，以便减小钻井的难度。但最大井斜角不得小于15°，否则井斜方位不易稳定。

26．多靶三段式与三段式有何区别轨道设计方法有何不同

答：多靶三段式的轨道给定条件中，没有目标的水平位移。多靶三段式在设计中需要求出目标点的水平位移，确定地面上的井位，所以被称为“倒推设计法”。

27．井眼轨道设计的最终结果包括哪些内容

答：设计结果包括：井斜角/°、垂增/m、垂深/m、平增/m、平移/m、段长/m和井深/m。28．动力钻具造斜工具有哪几种形式他们的造斜原理有何共同之处

答：动力钻具造斜工具有弯接头、弯外壳和偏心垫块三种形式

动力钻具又称井下马达，包括涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻具三种。动力钻具接在钻铤之下，钻头之上。在钻井液循环通过动力钻具时，驱动动力钻具转动并带动钻头旋转破碎岩石。动力钻具以上的整个钻柱都可以不旋转。这种特点对于定向造斜非常有利。

29．螺杆钻具在定向井造斜方面有何优点用于导向钻井系统的螺杆钻具有什么特点为什么要有这些特点

答：螺杆钻具的扭矩与压降成正比。压降可从泵压表上读出，扭矩则反映所加钻压的大小，所

以可以看着泵压表打钻。根据泵压表上的压降还可以换算出钻头上的扭矩，从而可以较为准确的求得反扭矩。这是螺杆钻具在定向钻井应用中的突出优点。

用于导向钻井系统的螺杆钻具特点是：在滑动钻进过程中具有较大的造斜能力，在旋转钻进的过程中弯外壳可以旋转而不会有很大的阻力

为了钻出一定斜度和方位的井眼，控制井眼的轨迹，螺杆钻具一般带有一定的弯度。螺杆钻具的万向轴壳体设计为弯外壳，来达到一定的造斜率要求。

30．变向器与射流钻头造斜原理有什么不同它们能连续造斜吗

答：变向器是钻出小井眼扩眼并增斜来钻井的，射流钻头是利用一个大喷嘴中喷出的强大射流形成的冲击来造斜的。变向器不能连续造斜。

31．旋转导向钻井系统由哪些部分组成如何在井下工作最主要的优点是什么

答：旋转导向钻井系统由井下导向工具、MWD系统、地面监控系统组成。

在井下安装在钻铤（或加扶正器）与钻头之间，随钻测量，改变角度导向。

旋转导向最主要优点：在旋转钻进过程中实现准确增斜、稳斜、降斜及扭方位，随钻大大增强轨迹控制能力。

32．井眼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。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。33．高边方向线与工具面向线各是怎样形成的

答：我们假设造斜工具放在井内时不受井眼的限制，钻头将在井底的外面。旋转钻柱，则钻头中心点将画出一个与井底圆同心的圆。井底圆上的最高点与圆心的连线称为“高边方向线”，钻头中心与圆心的连线称为“工具面向线”。两条线都在井底平面上。

34．工具面角有什么重要意义当工具面角等于240ο时，井眼轨迹将如何发展

答：当造斜工具的造斜能力确定后，改变井眼方向的最重要的参数就是工具面角。反过来说，当需要井眼向某个方向钻进时，只要计算和控制好工具面角就可以实现。可以根据工具面角算出钻具的高边，确定钻头的位置。当工具面角等于240ο时，新钻出的井眼井斜角和井斜方位角均减小。

35．有了高边工具面角为什么还要有磁北工具面角它们之间有什么关系

答：由于磁北方位线并不处在井底平面上，所以实际通过测量计算获得的磁北工具面角式乃是近似公式，只有当井斜角较小或者井斜方位角接近0ο或180ο时，近似程度才比较高。而高边工具面角恰恰在井斜角较小时精确度较低。所以在实际工作中，二者可互补使用；井斜角大于5ο时，以高边工具面角为准；小于5ο时，则以磁北工具面角为准。磁北工具面角是高边工具面角与井斜方位角之和。

36．动力钻具反扭角是如何产生的为什么反扭角总是使工具面角减小

答：动力钻具在工作中，液流作用于转子并产生扭矩，传给钻头去破碎岩石。液流同时也作用于定子，使定子受到一反扭矩。此反扭矩将有使钻柱旋转的趋势，但由于钻柱在井口处是被锁住的，所以只能扭转一定的角度，此角度称为反扭角。

定向前实际工作面角和反扭角之和等于定向结束的造斜工具面的工具面角。定向结束后工具面角会无限趋向于零。

37．什么是定向定向的目的和意义是什么现场是如何作业的

答：定向就是把造斜工具的工具面摆在预定的定向方位线上。在扭方位计算中，我们可以算出造斜工具的定向方位角，定向可以知道造斜工具在井下的状况，以及使造斜工具的工具面正好处在预定的定向方位。

38．测量仪的定向槽为什么能够与造斜工具上的定向键自动嵌合

答：当测斜仪下到井底时，由于定向鞋特制曲线的作用，使定向键自动卡在定向槽内。这样就使得造斜工具的工具面向线，定向键、定向槽和探管的X轴正方向在井下完全对齐。39．井斜方位角与象限角的换算：

（1）将下列方位角用象限角表示：50ο，90ο，175ο，200ο，315ο，0ο；

（2）将下列象限角用方位角表示：ο，S70οW，N50οE，N33οW。

答：(1)N50o E N90o E S5o E S20o W N45o W N0o E

(2) 250o 50o 327o

第六章油气井压力控制

1．确定钻井液密度的主要依据是什么其重要意义是什么

答：确定钻井液密度的主要依据是地层孔隙压力和地层破裂压力。

在实际钻井中，钻井液密度应不小于地层孔隙压力当量密度，以避免地层流体侵入井眼，造成溢流，发生井喷；钻井液密度应不大于地层破裂压力当量密度，以避免压漏地层，造成井漏。

2．如何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。3．简述欠平衡压力钻井的特点、适用性及局限性。

答：特点：

1、防止储层污染，提高采收率

2、早期发现油气层

3、提高钻速

4、防止和减少压差卡钻及井漏

5、随钻油气藏评价

适用储层：

1、高渗透固结砂岩和碳酸岩油气藏

2、裂缝性油气藏

3、致密性油气藏

4、压力衰竭的低压油气藏

局限性：

1、井眼不稳定

2、油藏地质需全面了解

3、维持全过程欠平衡难

4、限制MWD的使用

5、有发生火灾和工具腐蚀的可能性

4．简述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普遍原因：

1、起钻时未及时灌钻井液，使井筒液柱高度降低

2、起钻抽吸，形成负压差

3、地层漏失，使井筒液柱高度降低

4、钻井液或固井液密度低，形成负压差

5、地层异常高压，大于井底有效压力，形成负压差

6、下钻速度过快，压漏地层，使井筒内液柱高度降低

7、固井过程中，由于水泥浆的失重、串槽，形成套管外气侵，造成套管外溢流。

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。

5．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。

6．地层流体侵入井眼检测方法有哪些

答：（1）钻井液体积检测法：

（2）返出钻井液流量检测法：

（3）声波法检测溢流：

（4）声波法检测漏失

（5）其他检测手段

7．什么情况下采用硬关井

答：（1）井口井涌速度不高；

(2)盐水侵严重影响井眼稳定；

(3)井口装置能够承受较大压力。

8．气侵情况下如何准确地确定关井立压与套压

答：每隔2～4min记录一次立压和套压；以时间为横坐标，以立压、套压为纵坐标，做曲线；当曲线变化平滑时，其拐点处，即可读为关井立压与关井套压；对于低渗油气藏，关井后立压

和套压较长时间不出现平稳段及拐点，可取最高压力值，然后再根据井眼及地层情况，适当增加钻井液密度附加值。

9．根据关井压力恢复情况粗略判断井控难易的原理是什么

答：根据关井压力恢复情况，可以粗略判断井底压力与地层压力间的负压差大小及地层渗透率大小。

关井后立压、套压大小直接反映的是井底压力与地层压力间的负压差大小，但间接反映的是地层压力大小。依据经验，根据关井后立压、套压的恢复情况可粗略判断地层渗透率大小。而通过地层压力的大小和地层渗透率的高低可以判断井控难易。

10．井底常压法压井的原则是什么

答：原则是保持井底常压，就是在压井过程中井底压力略大于地层压力并且使井底压力保持不变。同时还要考虑套管鞋处的地层破裂压力、套管的抗内压强度、井口防喷器装置的承压能力。11．压井方法的选择依据是什么

答：压井的目的是恢复井眼内压力平衡，即井底压力等于或稍大于地层压力，并且还必须把地层进入井眼中的流体安全的排出井眼，或安全的再压回地层。选择压井方法，应保证以最短的时间压住井，循环排出流体，既不损毁井口装置及套管，又不压裂地层，并且压井循环结束后，保证井底压力大于地层压力。

12．常规压井与非常规压井区别在哪里

答：常规属于循环法压井，即压井液通过钻柱注入井眼，将受污染钻井液通过正常循环出井，并保证井底压力大于地层压力的压井方法。

非常规压井不局限于正常循环加重钻井液方法，可以从环空泵入钻井液，地层释放适当体积的钻井液等方法，只要保证井底压力大于地层压力即可。

14、简述工程师法压井套压的变化规律。

答：溢流为油或盐水时：压井液由地面到达钻头，套管压力不变，其值等于初始关井套管压力；压井液进入环空，溢流物逐渐到达井口，套管压力缓慢下降；溢流排出井口，套管压力迅速下降；压井液排替环空内原来密度的钻井液，套管压力逐渐降低。

15、什么是反循环法压井反循环法压井的适用条件是什么

答：反循环压井法是指在发生溢流后，裸眼井段较长，为了防止溢流窜入井下其他地层，需尽快将溢流排出井内的方法。其基本做法是：将钻井液从环空注入井内，将井底的溢流循环至钻柱内，经钻柱、井口、反循环管汇、地面节流管汇排出。

第七章固井与完井

1．简述套管的的种类及其功用。

答：（1）导管：防止地表疏松地层坍塌，隔离海水和地表淤泥层。

（2）表层套管，防止潜层水受污染，封闭浅层流砂、砾石层及浅气层，支撑井口装备，悬挂依次下入各层套管的载荷。

（3）技术套管：封隔坍塌地层及高压水层，封隔不同的压力体系，满足继续钻井的需要。（4）油层套管。为油气生产提供流通通道，保护产层、分层测试、分层采油、分层改造。（5）尾管。减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．井身结构设计的原则是什么

答：进行井身结构设计所遵循的原则主要有：

（1）有效地保护油气层。

（2）应避免产生井漏、井喷、井塌、卡钻等井下复杂情况的发生，为全井安全、优质、快速、经济钻进创造条件。

（3）当实际地层压力超过预测值使井出现溢流时，在一定范围内，具有压井处理溢流的能力。

4.套管柱设计包括哪些内容设计原则是什么

答：套管柱设计包括套管的强度计算；有效外在计算；及套管柱强度设计。

套管柱设计原则：

(1)应能满足钻井作业、油气层开发和产层改造的需要；

(2)在承受外载时应有一定的储备能力；

(3)经济性要好。

5.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：轴向拉伸或压缩，外挤压力和內挤压力主要受：轴向拉力、外挤压力及内压力。

6.目前主要有几种套管柱的设计方法各有何特点

答：(1)等安全系数法：它的设计思路是使各个危险截面上的最小安全系数等于或大于规定的安全系数。

（2）边界载荷法：它的优点是套管柱各段的边界载荷相等，使套管在受拉时，各段的拉力余量是相等的，这样可避免套管浪费。

(3)最大载荷法：其设计方法是先按内压力筛选套管，再按有效外挤力及拉应力进行强度设计。该方法对外载荷考虑细致，设计精确。

(4)AMOCO设计方法：该方法在抗挤设计中考虑拉力影响，按双轴应力设计，在计算外载时考虑到接箍处的受力，在计算内压力时也考虑拉应力的影响。

(5)BEB设计方法：设计特点是将套管分类进行设计。

（6）前苏联的设计方法：设计思想是考虑外载按不同时期的变化，考虑不同井段的抗拉安全系数不同，不考虑双向应力，但是当拉应力达到管体屈服强度的50%时，把抗拉安全系数增加到10%。

7.何谓双向应力椭圆何时考虑双向应力

答：在轴向上套管承受有下部套管的拉应力，在径向上存在有套管内的压力或管外液体的外挤力，套管处于双向应力的作用中。根据第四强度理论，列套管破坏的强度条件方程：

σ

z 2+σ

t

2-σ

t

σ

z

=σ

s

2

改写为: (σ

z /σ

s

)2-(σ

z

σ

t

)/ σ

s

2+(σ

t

/σ

s

)2=1

得一椭圆方程。

用σ

z /σ

s

的百分比为横坐标，用σ

t

/σ

s

的百分比为纵坐标，绘出的应力图，称为双向应力椭圆。

轴向拉应力与外挤压力的联合作用，由于轴向拉力的存在使套管强度降低，因此此时考虑双

向应力。

8.油井水泥的主要成分和性能是什么答：油井水泥的主要要成分有：

（1）硅酸三钙3CaO?SiO

2(简称C

3

S)

（2）硅酸二钙2CaO?SiO

2(简称C

2

S)，

（3）铝酸三钙3CaO?Al

2O

3

（简称C

3

A），

（4）铁铝酸四钙4CaO

2?Al

2

O

3

?Fe

2

O

3

（简称C

4

AF），除了以上四种主要成分之外，还有石

膏、碱金属的氧化物等。

水泥浆性能：水泥浆密度、水泥浆稠化时间、水泥浆失水、水泥浆的凝结时间、水泥浆的流变性、水泥浆的稳定性、水泥石的强度特征、水泥石的渗透性、水泥石的抗腐蚀性能。9.水灰比的概念

答：水灰比就是加水量与水泥干灰的质量之比。干灰密度一般在。

10.水泥浆密度设计的原则是什么

答：1）满足井下压力条件限制

2）满足顶替效率的密度差要求,尾浆密度＞领浆密度＞前置液密度＞钻井液密度

3)满足水泥石强度和胶结要求。

11.简述水泥浆稠化时间的概念及其与固井的关系。

答：在井下温度压力条件下，从对水泥浆加温加压时起至水泥浆稠度达100Bc所经历的时间。注水泥的全过程必须在水泥浆稠化之前完成，稠化时间决定了施工作业的可能的时间。

12.简述水泥浆稳定性的表征方法及意义。

答：水泥浆的稳定性一般可用游离水含量和水泥柱的纵向密度分布来表示。

稳定性差的水泥浆，其游离液含量一般都较大，会在水泥柱中形成油、气、水窜的通道，影响水泥环的封固质量。

13.简述水泥石胶结强度的表征方法及意义

答：剪切胶结力：支撑套管的自重

水力胶结力：阻止流体在环空中的窜移能力

保证水泥石和套管和地层之间的胶结质量，达到有效封隔地层

14.何谓前置液体系有何作用

答：前置液体系是用于在注水泥之前，向井中注入的各种专门液体。其作用是将水泥浆与钻井液隔开，起到隔离、缓冲、清洗的作用

15.套管柱下部结构包括哪些部件各有何作用

答：套管柱下部结构

(1)引鞋：引导套管入井，避免套管插入或刮挤井壁；

(2)套管鞋：引导在其内部起钻的钻具进入套管；

(3)浮箍：防止水泥浆反入套管内并实现碰压

(4)浮鞋：增大浮力，减小大钩负荷，在顶替完毕后，防止水泥浆倒灌入套管内；

(5)承托环：承托胶塞、控制水泥塞高度；

(6)套管扶正器：使套管在钻井中居中，提高固井质量

（7）水泥伞：支撑上部分水泥浆重量，防止压漏和污染油气层

16.简述多级注水泥工艺技术的流程及适用范围。

答：对于长封固井段的井来说，根据地层状况事先设计好需要分级的位置，把安全合格的分级箍接装好并随套管串一起下入井内。首先进行第一级固井作业，第一级注水泥与单级注水泥工艺相似；根据分级箍打开原理的不同，打开分级箍旁通孔进行第二级注水泥作业，二级注水泥完毕后压入关闭塞，关闭分级箍循环孔并实现碰压；然后关井侯凝；最后钻掉分级箍内的关闭塞和打开塞。

分级固井应用范围

1.一次要求注水泥封固段太长，顶替泵压过高，一般注水泥设备难以满足施工要求。

2.低压易漏失井固井时，由于一次封固段太长，环空压力过高，容易引起固井漏失并污染产层。

3.因一次封固段太长，上下温差太大，水泥浆性能无法保证固井要求。

4.油气分布不均、不连续，且中间间隔距离太长。

17.尾管注水泥技术与单级注水泥工艺技术的主要差别是什么

答：注水泥工艺技术基本相同，只是套管串下部结构有所差异。尾管注水泥需要使用尾管悬挂器，使用复合胶塞。

18.影响固井质量的主要因素有哪些

答：1）井身结构2）井身质量3）长封固段与套管扶正4）泥浆性能问题5）水泥浆体系6）固井工艺7）测井与评价

19.如何提高固井质量

答：1）保证套管的顺利下入2）选择合适的水泥浆体系3）提高水泥浆的顶替效率4）防止固井过程中的油、气、水侵窜5）防止固井侯凝过程中水泥浆失重造成油气上窜6）尽量提高水泥浆密度7)给水泥浆增加物理能量8）用添加剂对水泥浆性能进行化学调节9）减少有效封固段10）使用膨胀水泥浆体系11）防止井漏12）避免工程事故

20.油井完成有几种方法各有何特点

答：(1)裸眼完井法：这种方法的优点是储集层直接与井眼连通，油气流进入井眼的阻力最小。但缺点是适应面狭窄，投产后难以实施酸化、压裂等增产措施。

(2)射孔完井法：它适合于各种储集层，但最适用于非均质储集层，是目前主要的完井方法。

(3)防砂完井：某些砂岩储集层在生产过程中，由于砂岩胶结不良等原因导致出砂，严重时会影响产量，使井报废，所以必须采用防砂完井。常见的方式有：裸眼砾石充填完井、管内砾石充填完井、人工井壁完井。

（4）割缝衬管完井：允许一些细沙随着原油进入井中，较大的沙粒被阻挡在衬管外面，形成沙桥或砂拱，随后较小的沙粒被挡住，以后更小的沙粒被阻挡住。

（5封隔器法完井：在完井的最初阶段使用，也可在裸眼井使用一段时间，出现并不很严重的复杂情况后使用

第八章其他钻井技术及作业

1．什么叫井下复杂情况什么叫钻井事故

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