1、1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
2、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（） ；26.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、）（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 A1。2.设计井深：H=3000 + 4100 + 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 A1，地层压力梯度的当量钻井液密度由 1.
4、00g/cm3 变为 1.10g/cm3 的井深按以下规律取值：H=3000 + 4100 + 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 A5 设计井深 目的层 JQ坐标地面海拔 m 50纵（ ）m 4275165横（ ）m 20416485y测线位置 504 和 45 地震测线交点地理位置 XX 省 XX 市东 500m井位构造位置 XX 凹陷3钻探目的
5、 了解 XX 构造 含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气源JQ完钻原则 进入 150m 完钻J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A 280 砾岩层夹砂土,未胶结 渗漏B 600 320 上部砾岩,砂质砾岩,中下部含砾砂岩 渗漏C 1050 450中上部含砺砂岩、夹泥岩和粉砂质泥岩；下部砺状砂岩，含砺砂岩、泥岩、粉砂质泥岩不等厚互层防塌D 1600 泥岩、砂质泥岩、砺状砂岩、含砺砂岩不等厚互层，泥质粉砂岩 防漏防斜E 1900 300 砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含砺砂岩 防斜防漏F3 2650 750 泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩 防斜F2J
6、 2900 250泥岩夹钙质砂岩，夹碳质条带煤线，中部泥岩夹煤层、下部泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩防斜、塌、卡F2K 3150 250 泥岩为主，泥质粉砂岩，中粗砂岩，砂砾岩间互F1 3500 350 泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩 防漏、喷、 卡QJ 3650(未穿) 150 深灰，浅灰色灰岩为主，间夹褐，砖红色泥岩 防漏、喷、 卡2.井身结构设计钻探目的层为 灰岩地层，确定完井方法为先期裸眼完井。油气套管下入J层 35m。J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 A1）进行。4图 A-1 地层压力和破裂压力设计系数见表 A-2
7、。表 A-2 井深结构设计有关系数名称 Sg/cm3gg/cm3fSg/cm3kg/cm3NPMPaaMPa数值 0.05 0.05 0.03 0.05 15 20来源 理论计算 理论计算 区域资料统计 区域资料统计 区域资料统计 区域资料统计表 A-3 各层段地层可钻级值地 层 A B C D E F3 F2J F2K F1 QJ可钻性值 0.6 1 1.39 2.16 3 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（L S） 额定泵压（Mpa）
8、120 150 19.9 33.1130 150 23.4 28.25140 150 27.1 24.3150 150 31.1 21.2160 150 35.4 18.6170 150 40.0 16.5（2）钻井液性能其它参数地面泵压不超过 20MpaKg=1.07*10 Mpa S L38.1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.S6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
9、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
10、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。73.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
11、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
12、.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8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
13、。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
14、，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9都具有切力，即具有悬浮钻屑
15、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。
16、(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
17、的井底条件下，最大漫流速度出现在小于距井底 0. 5 mm 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。104.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
18、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 层来了解该层的油气情JQ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 A5 设计井深 目的层 J坐标地面海拔 m 50纵（ ）m 4275165横（ ）m 20416485y测线位置 504 和 45 地震测线交点地理位置 XX 省 XX 市东 500m井位构造位置 XX 凹陷
