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1、钻井工程理论与技术复习题1. 静液压力由液柱自身的重力所引起的压力,其大小与液体的密度与液柱的垂直高度或深度有关。2. 静液压力梯度的大小与液体中溶解的矿物或气体的浓度有关。3.液柱的静液压力随液柱垂直高度的增加而增加4上覆岩层压力地层某处的上覆岩层压力是该处以上的岩石基质和岩石孔隙中流体的总重力所产生的压力。5.上覆岩层压力随深度增加而增大。6.地层压力指岩石孔隙中的流体所具有的压力，亦称地层孔隙压力。7.异常高压超过正常地层静液压力的地层压力(Pp Ph)称为异常高压。异常低压低于正常地层静液压力的地层压力(Pp Ph)称为异低压8. 异常地层压力地层压力大于或小于正常地层压力。9.基岩应
2、力是由岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压力，称为基岩应力。10.异常低压是压力梯度小于0.00981MPa/m 11.正常的流体压力体系可以看成是一个水力学的“开启”系统。12.异常高压被公认的成因只要有沉积压实不均、水热增压、渗透作用和构造作用等。13.与正常压实的地层相比，欠压实地层的岩石密度低，孔隙度大。14.地层压力预测典型的方法有地震法、声波时差法、页岩电阻（电位）法。15.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。16.地层压力监测常用的方法有dc 指数法、 d 指数法、页岩密度法、标准化钻速法。17.机械钻速会随井深增加而减小，d 指数
3、随井深增加而增大。18.地层破裂压力概念能够使井下一定深度出露的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的压力称为地层破裂压力。19.层理是指沉积岩在垂直方向上岩石成分和结构的变化。20.页理是岩石沿平行平面分裂为薄片的能力。21.岩石的孔隙度为岩石中孔隙的体积与岩石体积的比值。22.物体在外力作用下产生变形，外力撤除以后变形随之消失，物体恢复到原来的形状和体积的性质为弹性变形，当外力撤除后变形不能消失的为塑性变形。23.岩石在一定条件下受外力的作用而达到破坏时的应力称为岩石在这种条件下的强度。24.岩石强度的大小取决于岩石的内聚力和岩石颗粒间的内摩擦力。25.影响
4、岩石强度的因素自然因素为岩石的矿物成分、矿物颗粒的大小、岩石的密度和孔隙度。26.岩石的强度一般情况下随着埋藏深度的增加而增加。27. 抗拉强度抗弯强度 抗剪强度抗压强度28. 随着围压的增大，岩石由脆性向塑性转变，且围压越大，岩石破坏前呈现的塑性也越大。29.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。30.硬度的概念岩石抵抗其它物体表面压入的能力31.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，而抗压强度是固体抵抗固体整体破坏时的阻力。32.增大围压一方面增大岩石的强度，另一方面也增大岩石的塑性，统称“各向压缩效应”。33.在一定的液柱压力下岩石从脆性破坏转为塑性破
5、坏。34.随着井的加深或钻井液密度的增大，钻速的下降不仅是由于岩石硬度的增大，而且也由于岩石塑性的增大。35.岩石的研磨性表现在对钻头刃部表面的磨损即研磨性磨损36.岩石的可钻性是岩石抗破碎的能力37.钻头的工作指标钻头进尺、钻头工作寿命、机械钻速、单位进尺成本38.刮刀钻头的结构上钻头体、下钻头体、刀翼、水眼。39.刮刀钻头破碎塑脆性岩石的过程为：碰撞压碎及小剪切 大剪切。40.牙轮钻头上使用的硬质合金是碳化钨钴系列硬质合金41.牙轮钻头轴承由牙轮内腔、轴承跑道、牙掌轴颈、锁紧元件等42.滚动轴承结构：滚柱滚珠 滚柱 止推和滚柱 滚珠 滑动一止推滑动轴承结构：滑动滚珠 滑动 止推及滑动 滑动
6、（卡簧） 滑动 止推43.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、压碎作用牙齿对地层的剪切作用牙轮钻头的自洗44.牙轮超顶产生滑动滑动速度随超顶距的增加而增加45.金刚石钻头为无活动部件的整体式钻头。由钻头体、冠部、水力结构、保径、切削刃等部分组成46.人造金刚石材料主要有聚晶金刚石复合片（PDC） 和热稳定聚晶金刚石复合片（TSP）47.TSP 的耐磨性高于PDC ，抗冲击能里力强48.牙轮钻头选型的原则及应考虑的问题地层的软硬程度和研磨性钻进井段的深浅易斜地层软硬交错地层49.金刚石材料钻头的钻压低于牙轮钻头50.TSP 钻头适合与在具有研磨性的中等至硬地层钻井，P
7、DC 钻头适用于软到中等硬度地层51.金刚石钻头不同冠部形状分类：双锥阶梯型、双锥型、B 型、脊圈式B 型。52.复合片在钻头上安装时，具有后倾角 和侧倾角 。钻柱是由方钻杆、钻柱段和下部钻具组合三大部分组成。下部钻具组合主要是钻挺，也可以安装稳定器、减震器、震击器、扩眼器及其它特殊井下工具。常用的加厚形式有内加厚(a)、外加厚 (b)、 内外加厚 (c)三种 . 丝扣连接条件：尺寸相等，丝扣类型相同，公母扣相匹配。钻杆接头类型：内平（IF）、贯眼（ FH）、正规（ REG）。内平式：主要用于外加厚钻杆。特点是钻杆通体内径相同，钻井液流动阻力小；但外径较大，容易磨损。方钻杆上端至水龙头的连接部
8、位的丝扣均为左旋丝扣（反扣），方钻杆下端至钻头的所有连接丝扣均为右旋扣（正扣）。贯眼式：主要用于内加厚钻杆。其特点是钻杆有两个内径，钻井液流动阻力大于内平式，但其外径小于内平式。正规式：主要用于内加厚钻杆及钻头、打捞工具。其特点是接头内径加厚处内径 管体内径，钻井液流动阻力大，但外径最小，强度较大。稳定器类型：旋转叶片型（旋转叶片、直叶片）、不转动套、滚轮。钻柱的旋转运动形式：（1）自转（2）公转（3）公转与自转的结合垂直井眼中钻柱的中性点高度：中性点是钻柱受拉与受压的分界点（钻柱上轴向力等于零的点）。设计钻铤长度不能小于中性点高度，也就是说钻铤的浮重不能小于钻压，这就是所谓的“ 浮重原则 ”
9、 。典型钻柱的设计举例（1）设计参数 井深 :5000m; 井径 :215.9mm(8-1/2in); 钻井液密度 :1.2g/cm3; 钻压 :180kN; 井斜角 :3; 拉力余量 :200kN(本例假设 ); 卡瓦长度 :406.4mm; 安全系数： 1.30(本例假设 )。（2）钻铤选择： 选用外径 158.75mm(6-1/4in) 、内径 57.15mm(2-1/4in) 钻铤，每米重力qc=1.35kN/m 。 计算钻铤长度 : 式中 : 最大钻压 ,180 kN; 安全系数 ,取 =1.18; 每米钻铤在空气中的重力,1.35 kN/m；浮力系数 ,计算得=0.85; 井斜角
10、, =3。计算得：=1801.18/1.350.85cos3=185(m) 按每米钻铤10m 计，需用 19 根钻铤 ,总长 190m。（3）选择第一段钻杆（接钻铤） 选用外径 127mm、内径 108.6mm，每米重 284.69N/m，E 级新钻杆，最小抗拉载荷 =1760KN 。 最大长度计算 : 最大安全静拉载荷为: Fa1=0.9Fy /St=0.91760/1.30=1218.46(kN) Fa1=0.9Fy /(y / t) =0.91760/1.42=1115.49(kN) Fa1=0.9Fy -MOP =0.9 1760-200=1384(kN) 由上面的计算可以看出,按卡瓦
11、挤毁比值计算的最小，则第一段钻杆的许用长度为：=1115.49/284.6910-30.856-1901.35/284.6910-3=3675(m) （4）选择第二段钻杆 选用外径 127mm,内径 108.6mm，每米重 284.69N/m ，X-95 级新钻杆，最小抗拉载荷为 =2229.71 kN 。 最大长度计算 : 最大安全静拉载荷计算如下: Fa2 =0.92229.71/1.30=1543.645(kN) Fa2 =0.92229.71/1.42=1413.196(kN) Fa2 =0.92229.71-200=1806.739(kN) 那么，第二段钻杆的最大允许长度为：=141
12、3.196/287.6910-30.856-.35190 +284.6910-33675/284.6910-3 =1221(m) 钻柱总长已超过设计井深。C2 称为牙齿磨损系数,与钻头齿形结构和岩层性质有关 ,由现场数据统计得到。水力净化能力通常用水力净化系数CH 表示 ,其含意为实际钻速与净化完善时的钻速之比. 即：压差影响系数：实际钻速与零压差条件下的钻速之比钻速方程（修正杨格模式）其中： vpc 钻速 ,m/h； W 钻压 ,kN；M 门限钻压 ,kN； n 转速 ,r/min 转速指数；C2 牙齿磨损系数；CH 水力净化系数；Cp 压差影响系数；h 牙齿磨损相对高度；KR 地层可钻系数
13、。当钻压等于Z2Z1 时,牙齿的磨损速度无限大。Z2Z1 是该尺寸钻头的理论极限钻压。牙齿磨损速度方程：式中： Af 称为地层研磨性系数. 需根据现场钻头资料统计计算确定。轴承磨损量用B 表示。轴承磨损速度用dB/dt 表示。式中：b 称为轴承工作系数，与钻头类型与钻井液性能有关，现场资料确定。衡量钻井技术经济效果的标准：其中 : C pm单位进尺成本，元/m；C b钻头成本，元 /只；Cr钻机作业费，元 /h； tt 起下钻、接单根时间，h；t钻头工作时间 ,h； H- 钻头总进尺 ,m。J 的物理意义：牙齿磨损量h=0（新钻头）时的初始钻速. S的物理意义：牙齿磨损量h =0 时牙齿的初始
14、磨速。它的倒数相当于不考虑牙齿磨损影响时的钻头理论寿命。E 的物理意义：考虑牙齿磨损对钻速和牙齿磨损速度影响后的进尺系数。它是牙齿最终磨损量的函数。J/S的物理意义：不考虑牙齿磨损影响时的理论进尺。射流的扩散角：射流纵剖面上周界母线的夹角称为射流扩散角（如图4-13 中的）。射流扩散角表示了射流的密集程度。显然， 越小，则射流的密集性越高，能量就越集中。速度分布规律在射流轴线上 在喷嘴出口断面，各点的速度基本相等，为初始速度。 射流中心部分保持初始速度流动的流束，称为射流等速核。 等速核长度与喷嘴直径和流到形状有关。在等速核以内，射流轴线上的速度等于出口速度；超过等速核以后，射流 轴线上的速度
15、迅速降低。射流轴线上的速度衰减规律 在射流任一横截面上，射流轴心上的速度最高，由中心向外速度很快降低，到射流边界上速度降为零。射流对井底的清洗作用：（1）射流的冲击压力作用（2）漫流的横推作用射流水力参数包括：1. 射流喷射速度2. 射流冲击力3.射流水功率钻头水力参数是射流水力能量和喷嘴损耗能量的综合反映，包括钻头压力降和钻头水功率。按水力参数优选的目的，希望获得较高的钻头压降和钻头水功率。提高钻头水力参数的主要途径1. 提高泵压 ps 和泵功率 Ps 2. 降低循环压耗系数Kl （1）使用低密度钻井液（2）减小钻井液粘度（3）适当增大管路直径3. 增大钻头压降系数Kb 唯一有效的途径是减小
16、喷嘴直径。4. 优选排量 Q 钻杆内外压耗：钻铤内外压耗：称为整个循环系统的压耗系数钻井泵的工作状态：根据泵排量的大小，可将钻井泵的工作分为两种工作状态：（1）额定泵压工作状态当 Q Qr 时，ps=pr，PS Pr （2）额定功率工作状态当 QQr 时，Ps=Pr ，pS pr 钻井泵的实际工作状态取决于所选用钢套的大小。只有当泵排量等于额定排量时，钻井泵才能同时达到额定输出功率和额定泵压。因此，应尽量选用额定排量与实用排量相近的缸套。各水力参数随排量变化的规律：由曲线可知，选择一个排量不可能使四个参数同时达到最大，那麽究竟按照什麽标准选择排量呢？三种选择方式：以 Nb 为标准选排量称为最大水功率工作方式。以 Fj 为标准选排量称为最大冲击力工作方式。以 Vo 为标准选排量称为最大喷射速度工作方式。当 QQr 时 ：当 QQr 时：不
