1、 鉆井與完井工程試題及答案第一章 鉆井的工程地質條件三、名詞解釋 1. 巖石的塑性系數是怎樣定義的？答：巖石的塑性系數是用來定量表征巖石塑性及脆性大小的參數。塑性系數為巖石破碎前耗費的總功與巖石破碎前彈性變形功的比值。2. 什么是巖石的可鉆性？答：巖石的可鉆性是巖石抗破碎的能力。即一定鉆頭規格、類型及鉆井工藝條件下巖石抵抗鉆頭破碎的能力。什么叫有效應力、有效上覆巖層壓力、各向壓縮效應？答：在“各向壓縮效應”試驗中，如果巖石孔隙中含有流體且具有一定的孔隙壓力，這種孔隙壓力的作用降低了巖石的各向壓縮效應，這樣，把巖石所受外壓與內壓之差稱為有效應力。上覆巖層壓力和巖石內孔隙流體壓力的差稱為有效上覆巖

2、層壓力。 在三軸應力試驗中，如果巖石是干的或者不滲透的，或孔隙度小且孔隙中不存在液體或者氣體時，增大圍壓則一方面增大巖石的強度，另一方面也增大巖石的塑性，這兩方面的作用統稱為“各向壓縮效應”。4. 簡述地下各種壓力的基本概念答：地下壓力包括靜液壓力、上覆巖層壓力、地層壓力和基巖應力等。靜液壓力是由液柱自身的重力所引起的壓力，它的大小與液體的密度、液柱的垂直高度或深度有關。地層某處的上覆巖層壓力是指該處以上地層巖石基質和空隙中流體的總重力所產生的壓力。基巖應力是指由巖石顆粒之間相互接觸來支撐的那部分上覆巖層壓力，也稱有效上覆巖層壓力或顆粒間壓力，這部分壓力是不被孔隙水所承擔的。四、簡答題1 簡述

3、地下各種壓力的基本概念及上覆巖層壓力、地層孔隙壓力和基巖應力三者之間的關系。答： 地下壓力包括靜液壓力、上覆巖層壓力、地層壓力和基巖應力等。靜液壓力是由液柱自身的重力所引起的壓力，它的大小與液體的密度、液柱的垂直高度或深度有關。地層某處的上覆巖層壓力是指該處以上地層巖石基質和空隙中流體的總重力所產生的壓力。基巖應力是指由巖石顆粒之間相互接觸來支撐的那部分上覆巖層壓力，也稱有效上覆巖層壓力或顆粒間壓力，這部分壓力是不被孔隙水所承擔的。上覆巖層的重力是由巖石基質（基巖）和巖石孔隙中的流體共同承擔的，即上覆巖層壓力是地層壓力與基巖應力的和：不管什么原因使基巖應力降低時，都會導致孔隙壓力增大。2 簡述

4、地層沉積欠壓實產生異常高壓的機理。答：沉積物的壓縮過程是由上覆沉積層的重力所引起的。隨著地層的沉降，上覆沉積物重復地增加，下覆巖層就逐漸被壓實。如果沉積速度較慢，沉積層內的巖石顆粒就有足夠的時間重新排列，并使孔隙度減小，空隙中的過剩流體被擠出。如果是“開放”的地質環境，被擠出的流體就沿著阻力小的方向，或向著低壓高滲的方向流動，于是便建立了正常的靜液壓力環境。這種正常沉積壓實的地層，隨著地層埋藏深度的增加，巖石越致密，密度越大，孔隙度越小。 在穩定沉積過程中，若保持平衡的任意條件受到影響，正常的沉積平衡就被破壞。如果沉積速度很快，巖石顆粒就沒有足夠的時間去排列，孔隙內流體的排出受到限制，基巖無法

5、增加它的顆粒與顆粒之間的壓力。由于上覆巖層繼續沉積，負荷增加，而下面基巖的支撐能力沒有增加，孔隙中的流體必然開始部分地支撐本來應由巖石顆粒所支撐的那部分上覆巖層壓力，從而導致了異常高壓。3.簡述在正常壓實的地層中巖石的密度、強度、孔隙度、聲波時差和dc指數隨井深變化的規律。答：正常壓實的地層中，隨著地層的沉降，上覆沉積物重復的增加，下覆巖層就逐漸的被壓實。所以隨著地層埋藏深度的增加，即隨井深的增加，地層中巖石密度逐漸變大，而巖石的空隙度變小。而隨著地層埋藏深度的增加，圍壓增大，對所有巖石，當圍壓增大時強度均增大，即隨著井深的增加，巖石的強度增大。常用聲波到達井壁上不同深度的兩點所用的時間之差來

6、表示聲波在地層中傳播的快慢，即聲波時差。在正常地層壓力井段，隨著井深增加，巖石的空隙度減小，聲波速度增大，聲波時差減小。在正常地層壓力情況下，機械鉆速隨井深增加而減小，d指數隨井深增加而增大。因為dc指數只是對d指數因鉆井液密度不同而做的修正，所以dc指數也隨井深的增加而增大。解釋地層破裂壓力的概念，怎樣根據液壓實驗曲線確定地層破裂壓力。答：在井下一定深度的裸露地層，承受流體壓力的能力是有限的，當液體壓力達到一定數值時會使地層破裂，這個液體壓力稱為地層破裂壓力。在確定地層破裂壓力的液壓試驗曲線中，開始偏離原始直線點的壓力稱為漏失壓力。試驗曲線上達到最高點時的壓力稱為破裂壓力，這時地層開始破裂。

7、通常將漏失壓力與第一個砂層深度的比值作為該處砂層的地層破裂壓力梯度，并以此作為確定井控作業的關井壓力依據。3 巖石的硬度與抗壓強度有何區別？答：硬度只是固體表面的局部對另一物體壓入或侵入時的阻力，而抗壓強度則是固體抵抗固體整體破壞時的能力。4 巖石的塑性系數是怎樣定義的？簡述脆性，塑脆性和塑性巖石在壓入破碎時的特性。答：巖石的塑性系數是用來定量表征巖石塑性及脆性大小的參數。塑性系數為巖石破碎前耗費的總功與巖石破碎前彈性變形功的比值。塑性巖石在外力壓入時，巖石只改變形狀和大小而不破壞自身的連續性；脆性巖石當外力壓入時，巖石直至破碎無明顯的形狀改變；而塑脆性巖石受外力作用時首先發生形狀改變，當外力

8、達到一定程度后巖石破碎。6.巖石在平行層理和垂直層理方向上的強度有何不同？巖石的這種性質叫什么？答：7.巖石受圍壓作用時，其強度和塑脆性是怎樣變化的？答：當巖石受到圍壓作用時，所有巖石的強度均增大，但壓力對砂巖和花崗巖強度的影響要比石灰巖、大理巖大；在開始增大圍壓時，巖石強度的增加比較明顯，再繼續增加圍壓時，相應的強度增量就變得越來越小，最后當壓力很高時，有些巖石的強度便趨于常量。 隨著圍壓的增大，巖石表現從脆性向塑性的轉變，并且圍壓越大，巖石破碎前所呈現的塑性也越大。5 影響巖石強度的因素有哪些？答：影響巖石強度的因素可以分為自然因素和工藝技術因素兩類： 自然因素方面包括：巖石的礦物成分、礦

9、物顆粒的大小、巖石的密度和空隙度。同種巖石的空隙度增加，密度降低，巖石的強度也隨之降低。一般情況下，巖石的空隙度隨著巖石的埋藏深度的增加而減小；因此，巖石的強度一般情況下隨著埋藏深度的增加而增加。工藝技術方面包括：巖石的受載方式不同，相同巖石的強度不同；巖石的應力狀態不同，相同巖石的強度差別也很大；此外還有外載的速度、液體介質性質等等。6 什么是巖石的可鉆性？我國石油部門采用什么方法評價巖石的可鉆性？將地層按可鉆性分為幾級？答：巖石的可鉆性是巖石抗破碎的能力。即一定鉆頭規格、類型及鉆井工藝條件下巖石抵抗鉆頭破碎的能力。 我國石油系統巖石可鉆性分類方法是用微鉆頭在巖樣上鉆孔，通過實鉆鉆時（即鉆速

10、）確定巖樣的可鉆性。將地層按可鉆性分為10級。7 井底和井眼周圍地層巖石受哪些力？答：井眼周圍地層巖石受力包括：上覆巖層壓力、巖石內空隙流體的壓力（地層壓力）、水平地應力、鉆井液液柱壓力。8 水平地應力是怎樣產生的？它與上覆巖層壓力的關系是怎樣的？答：水平地應力由兩部分組成，一部分是由上覆巖層的重力作用引起的，它是巖石泊松比的函數；另一部分是地質構造力，它隨著埋藏深度的增加而線形增大，和有效上覆巖層壓力成正比。有效上覆巖層壓力指上覆巖層壓力和巖石內孔隙流體壓力的差。9 簡述液壓試驗法（漏失試驗）的方法和步驟：答： 循環調節鉆井液性能，保證鉆井液性能穩定，上提鉆頭至套管鞋內，關閉防噴器（環形空間

11、）； 以低速起泵后用較小排量（0.661.32 L/s）向井內注入鉆井液，并計錄各個時間的泵入量和立管壓力； 作立管壓力與泵入量（累計）的關系曲線圖，這條曲線開始時為過作標原點的直線，然后會在某處偏離此直線，但壓力仍繼續上升； 標出試驗曲線上偏離原始直線之點的壓力，即為漏失壓力； 試驗曲線達到最高點的壓力稱為破裂（開裂）壓力，這時地層開使破裂； 最大值過后壓力下降并趨于平緩，平緩的壓力稱為傳播壓力。11.塑性巖石的特點有那些？脆性巖石的特點有那些？簡要說明流體介質對巖石機械性質的影響。答：塑性巖石的特點是巖石在破碎前發生永久變形，抗刮切能力弱。脆性巖石的特點是巖石在破碎前未發生永久變形，抗沖擊

12、能力弱。流體介質對巖石機械性質的影響包含以下兩方面：第一，巖石中所含的水分都使巖石的強度下降，而且含水量越多，強度下降得也越多，含水量對一些巖石，例如泥頁巖，也會影響其塑性性質，增大其流變特性；第二，具有化學活性的液體對巖石強度的降低，要比同類巖石在相同條件下以非活性液體所飽和時對巖石強度的降低要大得多。12.巖石的力學性質含義包括哪些？它們反映了巖石的什么規律？繪出平底圓柱壓頭壓入脆性巖石、塑脆性巖石、塑性巖石時的吃入深度與所加載荷關系的典型變形曲線。答：巖石力學性質的含義包括兩個：巖石的變形特征和強度特征。巖石的變形特征是指巖石試件在載荷作用下的變形規律，其中包括巖石的彈性變形、塑性變形、

13、粘性流動和破壞規律，它反應了巖石的力學屬性。巖石強度是指巖石試件在載荷作用下開始破壞的最大應力（極限強度）以及應力與破壞之間的關系，它反映了巖石抵抗破壞的能力和破壞規律。巖石的變形規律和強度特征，由巖石試件在單軸或三軸試驗機上所得到的應力應變曲線來描述。10 分析井內液柱壓力和地層孔隙壓力對鉆井巖石破碎的影響。答：巖石的屈服強度隨著孔隙壓力的減小而增大。當圍壓 一定時，只有當孔隙壓力相對地小時，巖石才呈現塑性的破壞；增大孔隙壓力將使巖石由塑性破壞轉變為脆性破壞。一些受壓巖頁（Pressured shale）由于孔隙壓力相當高，當鉆開井眼后，從井壁上因產生脆性的破壞而崩落，大概與這種機理有關。因

14、此，在考慮頁巖井壁的穩定時應對孔隙壓力給予足夠的重視。相反地，在鉆井工程中，孔隙壓力有助于巖石的破碎從而提高鉆井的速度。井底的巖石，如果不滲透、無孔隙液體時，則增大泥漿的液柱壓力Ph，也將增大對巖石的“各向壓縮效應”。其結果必然導致巖石抗壓入強度（或即巖石的硬度）的增加和塑性的增大，并且在一定的液柱壓力下，巖石將從脆性的破壞轉變為塑性破壞。這個轉變壓力可稱為脆塑性轉變的臨界壓力。五、計算題1.某井井深2000m，地層壓力25MPa，求地層壓力當量密度。答：根據公式：Pp=0.00981h = Pp0.00981h=25MPa(0.009812000m)=1.27gcm32.某井垂深2500m,

15、井內鉆井液密度為1.18g/cm3,若地層壓力為27.MPa，求井底壓差。答: Ph=gh=1.18g/cm30.009812500m =28.94Mpa P=Ph-Pp=28.94-27.5=1.44MPa 即井底壓差為1.44Mpa.3.某井井深3200m，產層壓力為23.1MPa,求產層的地層壓力梯度。答：產層的地層壓力梯度 Gp=Pp/h=23.1MPa/3200m=0.0072Mpa/m4.某井井深2500m,鉆進時所用的鉆頭直徑為215mm,鉆壓160kN,鉆速110r/min,機械鉆速7.3m/h,鉆井液密度1.28g/cm3,正常條件下鉆井液密度為1.07g/cm3,求d和dc

16、指數。答： d=10(0.0547vpc/n)/ 10(0.0684W/db) =10(0.05477.3/110)/ 10(0.0684160/215) =1.8866 dc=dn/d=1.88661.07/1.28=1.57711 繪出平底圓柱壓頭壓入脆性巖石、塑脆性巖石、塑性巖石時的典型變形曲線，并給出脆性巖石、塑脆性巖石的巖石硬度計算式。給出塑脆性巖石塑性系數的定義和計算式。答：巖石硬度計算式： N/mm2式中 P產生脆性破碎時壓頭上的載荷，N；S壓頭的底面積，mm2。衡量巖石塑性的大小可以用巖石破碎前耗費的總功AF與彈性變形功AE的比值表示，這個比值稱為巖石的塑性系數。因此，塑性系數

17、K等于K=AF/AE第二章 鉆進工具三、名詞解釋1 “PDC”含義是什么？答：“PDC”是聚晶金剛石復合片鉆頭的簡稱，它是金剛石材料鉆頭的一種。中性點的概念是由魯賓斯基提出來的。他認為中性點時鉆柱受拉和受壓的分屆點。 何謂鉆柱的中性點？答：中性點的概念是由魯賓斯基提出來的。他認為中性點時鉆柱受拉和受壓的分界點。3 什么叫復合鉆柱？答 即采用不同尺寸（上打下小）、或不同壁厚（上后下薄）、不同鋼號（上高下低）的鉆桿組成的鉆桿柱。4 什么叫最大安全靜拉載荷？答：指允許鉆桿所承受的由鉆柱重力（浮重）引起的最大載荷。四、簡答題1 評價鉆頭性能的指標有那幾項？答：鉆頭進尺，鉆頭工作壽命，鉆頭平均機械鉆速，

18、鉆頭單位進尺成本。簡述刮刀鉆頭破巖原理。答：刮刀鉆頭刀翼在鉆壓W和扭轉力T的作用下，一方面作向下的運動，一方面圍繞鉆頭軸線旋轉，刀翼以正螺旋面吃入并切削巖層，井底平面與水平面成 角。刮刀鉆頭主要以切削和擠壓方式破碎地層，具體方式主要取決于鉆頭的切削結構及所鉆地層的巖性。由于這幾種破巖方式主要要克服巖石的抗剪強度，所以它比克服巖石的抗壓強度的破巖方式要容易得多。刮刀鉆頭其刀翼結構角有哪兒個？有什么影響？如何取值？答：刃尖角、切削角、刃前角、刃后角。刃尖角、切削角、刃前角、刃后角；刃尖角表示刀翼的減為尖銳程度。從吃入巖石和提高鉆速出發，刃尖角越小越好，但是強度不能保證。一般要根據上述因素及巖石性能

19、確定角的大小。巖石軟時，角可以稍小，較硬時硬適當增大，夾層多，井較深時，角應適當增大。切削角刀以前刃和水平面之間的夾角，在其他情況一定時，越大，吃入深度越深，但過大時，刃前巖石剪切破碎困難，鉆進憋勁大。一般情況下，松軟地層=70度；軟地層=7080度；中硬地層，=8085度。刃后角=-。刃后角必須大于井底角。刃前角與切削角互為補角，刃前角=90-銑齒牙輪鉆頭和鑲齒牙輪鉆頭有哪些不同？答：牙輪鉆頭按材料不同分為銑齒（鋼齒）和鑲齒（硬質合金齒）兩大類。銑齒牙輪鉆頭的牙齒石油牙輪毛胚銑削加工而成，主要是楔型齒，齒的結構參數要兼顧有利于破巖和齒的強度。一般軟地層牙輪鉆頭的齒高、齒寬、齒距都較大，硬地層

20、則相反。通常要在齒的工作面上敷焊硬質合金以提高齒的耐磨性，在背椎部位業要敷焊硬質合金層已達到保徑的目的。 鑲齒牙輪鉆頭是在牙輪上鉆出孔后，將硬質合金材料制成的齒鑲入孔中。其齒型較多，如楔型齒、圓錐形齒、球型齒、勺型齒、主要依據巖石的性能和齒材料性能、強度、相撞工藝等。目前向齒牙輪鉆頭在軟地層、中硬地層及堅硬地層中都得到了廣泛應用。牙輪鉆頭有哪幾副軸承？按結構不同可分為幾類？滑動軸承有什么特點？答：有大、中、小和止推軸承。鉆頭軸承按結構分為滾動軸承和滑動軸承兩大類。牙輪鉆頭的儲油滑密封系統包括幾部分？其作用是什么？答：儲油囊、護膜杯、壓蓋、密封圈。牙輪的超頂、移軸和復錐各產生哪個方向的滑動？答：

21、由于牙輪的超頂、移軸、復錐，使牙輪在滾動的同時在井底產生滑動。超頂和復錐引起沿切線方向滑動，這種作用除了沖擊、壓碎作用破碎巖石外，還可以剪切掉同一齒圈相鄰牙齒破碎坑之間的巖脊；移軸產生軸向方向的滑動，可以剪切掉齒圈之間的巖脊。國產三牙輪鉆頭有哪個系列？試解釋812HP5的含義？答：普通鉆頭、噴射式鉆頭、密封鉆頭、密封保徑鉆頭、滑動軸承鉆頭、滑動保徑鉆頭、鄉齒密封鉆頭、鑲齒滑動軸承鉆頭8個系列。表示用于中硬地層、直徑為81/2英寸的銑齒滑動密封噴射式三牙輪鉆頭。金剛石鉆頭有哪些突出優點？答：（1）是一體性鉆頭，沒有結構薄弱的環節，因而可以使用較高的轉速，可以承載較大的側向載荷而不發生井下事故，（

22、2）金剛石鉆頭在正確使用的情況下，耐磨且壽命長，適合于深井及研磨性地層。（3）在高溫下，牙輪密封易失效，金剛石鉆頭則不會出現此問題。（4）金剛石鉆頭不受空間尺寸的限制，適合于小井巖鉆井。（5）在鉆牙受限的情況下可以使用金剛石鉆頭。（6）結構設計制造比較靈活，生產設備簡單，能滿足非標的需要。（7）PDC鉆頭是一種切削型鉆頭，實踐表明在適應地層可以取得很高的經濟效益。（8）由于熱穩定性的限制，必須保證充分的沖洗和冷卻。（9）金剛石鉆頭抗載荷、抗沖擊能力較差，使用時必須巖嚴格的規程。（10）金剛石材料價格較高。10.按切削齒材料可將金剛石鉆頭分為幾種類型？答：天然、人造11.天然金剛石鉆頭及TSP鉆

23、頭常用的水力結構有哪幾種？各有何優點?答：它們均采用水孔水槽式水力結構，這種結構是鉆井液游說空中流出經水槽流過鉆頭工作面，沖洗每一粒金剛石前的巖屑并冷卻、潤滑每一粒金剛石。防止金剛石杯燒毀。其結構有：副壓式水槽結構；輻射型水槽；輻射型逼壓式水槽；螺旋形水槽。12.天然金剛石鉆頭是怎樣破碎巖石的？適用鉆什么樣的地層?答：聚晶金剛石復合片。既有金剛石的硬度和耐磨性，又有碳化鎢的結構強度和抗沖擊能力。金剛石鉆頭由于巖石性能技工條件的復雜性至今沒有統一結論，但是可以歸納以下幾點：（1）在鉆遇硬地層時，在鉆壓的作用下壓入巖石，使接觸巖石呈現極高的應力狀態而使巖石呈現塑性。（2）在塑性地層，金剛石吃入地層

24、并在鉆頭扭矩的作用下使前方的巖石內部發生破碎或塑性流動，脫離巖石基體，這一過程稱作犁削。（3）在脆性較大的巖石中，在鉆壓和扭矩的作用下，巖石表現為脆性破碎，在這種情況下，金剛石鉆頭的破巖速度較高，巖石破碎的體積遠大于金剛石吃入后位移的體積。13.“PDC”含義是什么？有哪些特點?答：“PDC”是聚晶金剛石復合片鉆頭的簡稱，它是金剛石材料鉆頭的一種。 它是一體式鉆頭，在鉆進時鉆頭部件不宜掉落；它主要靠PDC復合片的切削作用破碎巖石，類似于刮刀鉆頭的切削原理，在鉆進過程中扭矩小，穩定性好，在較小鉆壓、高轉速下機械鉆速高，但在含礫巖和軟硬互層的地層不宜使用PDC鉆頭，以防崩掉PDC鉆頭的復合片；分為

25、胎體PDC鉆頭和剛體PDC鉆頭。14.PDC鉆頭切削刃的后傾角和側傾角各起什么作用?答：后傾角的作用是減少切削齒在工作時的振動，延長使用壽命； 側傾角的作用是使切削齒在切削地層時對齒前切削產生側向推力，使巖屑想鉆頭外緣移動，以利排出巖屑。15.PDC鉆頭切削齒布置有哪幾種方式？有何特點?答：PDC鉆頭切削齒的排列及分布方式有刮刀式、單齒式及組合式三種。刮刀式布齒方式將切削齒沿著從鉆頭中心附近到保徑部位的直線（或接近于直線的曲線）不知在胎體刮刀上，在適當的位置布置噴嘴，每個噴嘴起到清洗或冷卻一個或兩個掛刀片上的切削齒的作用。這種布置方式整體強度高，抗沖擊力強，易于清洗和冷卻，排屑好，抗泥包能力強

26、，適宜于在粘性或軟地層中使用。單齒式布齒方式是將切削齒一個一個單獨布置在鉆頭工作面上，在適當的地方布置噴嘴或水眼，鉆井液從噴嘴流出后，切削齒受到清洗及冷卻，但同時也起到阻流和分配液流的作用。這種結構的布齒區域大、布齒密度高，可以提高鉆頭的壽命，但水力控制能力低，容易在粘性地層泥包。16.PDC鉆頭是怎樣破碎巖石的？適用于什么樣的地層?答：PDC鉆頭實質上就是具有負切削角度的微型切削片刮刀鉆頭，其工作原理與刮刀鉆頭基本相同。在鉆壓和扭矩的作用下，PDC復合片吃入地層，充分利用復合片極硬、耐磨（磨耗比是碳化鎢的100多倍）、自銳的特點犁削和剪切地層、破碎巖石。 PDC鉆頭適宜于在軟到中硬的均質、無

27、礫巖的地層中鉆進。17.TSP鉆頭與PDC鉆頭相比有什么優點?答：TSP具有良好的熱穩定性，齒型也比較多，尺寸也可根據要求而定。其耐磨性高于PDC，抗沖擊能力強，具有金剛石材料的優點。18.鉆柱主要由哪幾部分組成？其主要功用有哪些?答：鉆柱由方鉆桿、鉆桿段和下部鉆具組合三部分組成。鉆桿段包括鉆桿和街頭，有時也裝擴眼器。下部鉆具組合主要時鉆停，也可能安裝穩定器、減震器、震擊器、擴眼器及其他特殊工具。主要作用有：為鉆井液提供通道；為鉆頭施加適當的壓力；把地面扭矩傳到井底；起下鉆頭；計算井深19.鉆桿的API鋼級有哪幾種?答：D、E、95(X)、105(G)、135(S)級共5種。20.為什么鉆柱下

28、部使用鉆鋌而不使用鉆桿？答：鉆挺具有加大的中立和剛度，它在鉆井工程中有加鉆壓、保證壓縮條件下必要的強度；減輕鉆頭的振動、擺動、跳動等，使鉆頭工作平穩；控制井斜等作用不能由鉆桿替代。21.內平、貫眼和正規三種接頭的主要內別是什么?答：內平式接頭主要用于外加厚鉆桿，其特點時鉆桿內徑與管體加厚處內徑，接頭內徑相同，鉆井液流動阻力笑，有利于提高水功率，但外徑較大，易磨損。慣眼式接頭適用予內加厚桿，其特點是鉆桿有兩個內徑，接頭內徑等于管體加厚處內徑，但小于管體部分內徑。正規式接頭適用于內加厚鉆桿。這種接頭的內徑比較小，這種接頭的內徑比較小，小于鉆桿加後處的內徑，所以鉆井液六國的阻力最大，但它的外徑最小，

29、強度較大。22.鉆柱在井下的運動形式可能有哪幾種?答：自轉、公轉、自轉和公轉結合、無規則的旋轉擺動。23.井下鉆柱受到哪些力的作用？最主要的作用力是什么?答：鉆柱在井下受到多種載荷的作用，在不同的工作狀態下，不同部位的鉆柱受力是不同的。（1）、軸向壓力和拉力（2）、在轉盤鉆井時，受到扭矩（3）在鉆壓超過鉆柱臨界值時等情況下，將受到彎曲力距。（4）當鉆柱繞井眼軸線公轉時，將產生離心力。（5）鉆桿測試時，鉆桿將受到很大的外擠壓力。（6）鉆進時會引起鉆柱的縱向振動。（7）在某一臨界轉速下鉆頭將出現橫向擺振。10.何謂鉆柱的中性點？為什么要保證中性點落在鉆鋌上?答：中性點的概念是由魯賓斯基提出來的。他

30、認為中性點時鉆柱受拉和受壓的分界點。在管柱的設計中，我們希望中性點始終落在剛度大，抗彎能力強的鉆挺上，使鉆桿一直處于受拉伸的直線穩定狀態。鉆柱的哪些部位受力最嚴重？都受到什么載荷的作用?答：鉆柱在兩端口處受力最嚴重，在上端口受到在大拉力，在井底處受到最大壓力。鉆柱設計應滿足哪些要求?答：滿足強度要求，保證鉆柱安全工作；盡量減輕整個鉆柱的重力，以便在現有的抗負荷能力下鉆更深的井。在條件允許的情況下，為什么要盡可能選用在尺寸鉆柱?答：方鉆桿由于受到扭矩和拉力最大，在供應可能的情況下，應盡量選用大尺寸鉆桿，因為大尺寸鉆桿強度大，水眼大，鉆井液流動阻力小，鉆井液上返速度高，有利于攜帶巖屑。2 什么叫復

31、合鉆柱，使用復合鉆柱有何優點?答：即采用不同尺寸（上打下小）、或不同壁厚（上后下薄）、不同鋼號（上高下低）的鉆桿組成的鉆桿柱。它既能滿足強度要求又能減輕鉆柱的重力，允許在一定的鉆機負荷下鉆的更深。鉆桿柱設計主要考慮哪種力的作用？強度條件是什么?答：鉆桿設計主要是抗拉強度設計，即按抗拉強度進行校核。鉆桿強度設計的強度條件是：鉆桿柱任意界面上的靜拉伸載荷要小于鉆桿柱的最大安全靜拉力。什么叫最大安全靜拉載荷？如何確定鉆柱的最大安全靜拉載荷?答：指允許鉆桿所承受的由鉆柱重力（浮重）引起的最大載荷。目前有三種確定鉆桿的最大安全靜拉力的方法：（1）安全系數法：考慮起下鉆的動載和摩擦力，一般取一個安全系數保

32、證鉆柱的安全，一般取1.3。（2）設計系數法：（考慮卡瓦擠壓）（3）最大余量法：考慮鉆柱被卡時的上提解卡力。并以它為最大允許靜拉力和最大安全拉伸力的余量。3 轉盤鉆井時，鉆柱受那些不變應力和交變應力的作用？分析指出鉆柱受力的嚴重部位。答：轉盤鉆井時，屬于不變應力的有拉應力、壓應力和剪應力；而屬于交變應力的有彎曲應力，扭轉振動所引起的剪應力以及縱向振動作用所產生的拉應力和壓應力。在整個鉆柱長度內，載荷作用的特點是在井口處主要是不變載荷的影響，而靠近井底處主要是交變負荷的影響。這種交變載荷的作用正是鉆柱疲勞破壞的原因。（1）鉆進時鉆柱的下部受力最為嚴重。因為鉆柱同時受到軸向壓力、扭矩和彎曲應力矩的

33、作用，更為嚴重的是自轉存在著劇烈的交變應力循環，以及鉆頭突然遇阻卡，會使鉆柱受到的扭矩大大增加。（2）鉆進時和起下鉆時井口處受力復雜。起下鉆時井口處受到最大拉力，如果下鉆時猛提、猛殺，會使井口處鉆柱受到的軸向力大大增加，鉆進時所受拉力和扭矩最大，受力情況也比較嚴重。（3）由于地層巖性變化、鉆頭的沖擊和縱向振動等因素的存在，使得鉆壓不均勻，因而使中和點位置上下移動，這樣，在中和點附近的鉆柱就受到交變載荷的作用。4 分析單一尺寸（沿鉆柱軸線截面積相同）鉆柱分別在下列四種條件下軸向受拉、壓載荷的情況(用圖示之)，并標出軸向應力為零的點和中和點。條件一：井內無流體(鉆柱下端面不與井底接觸)；條件二：井

34、內有流體(鉆柱下端面不與井底接觸)；條件三：井內無流體鉆柱下放（鉆進）的情況；條件四：井內有流體鉆柱下放（鉆進）的情況。答：五、計算題5 某井用912in鉆頭，7in鉆鋌（qc=1632N/m）和5in鉆桿（qc=284.78N/m），設計鉆壓為180kN,鉆井液密度為1.28g/cm3,計算所需鉆鋌長度。答：先根據=1-1.28/7.8=0.8359,由計算中性點得LN=180000/（0.8359*1632）=131.45米，按每根鉆挺10米計算，則至少需要140 米鉆挺。, , 6.已知井深Dv=1500m,鉆壓W14t,鉆井液密度為1.38g/cm3,鉆具結構為：812in鉆頭612i

35、n鉆鋌200m（qc=136.24kg/m）+5in鉆桿1300m（qc=29.04kg/m）。求中性點所在井深。答：由鉆柱任意截面上的軸向拉力得出鉆柱和鉆挺結合處的拉力FW=(1-1.38/7.8)*(0+0.13624*200)-14=8.428(噸)，所以由線性關系易知（0，-14），（LN,0）,(200,8.428)可假設在鉆挺的軸線上。得LN=124.85米。1500-124.85=1375.16米，所以中性點在井深1375.16米處。6 試計算由412in內外加厚，壁厚為10.92mm的E級鉆桿各512in內外加厚，壁厚為10.54mm的E級鉆桿組成的復合鉆柱在密度為1.2 g/

36、cm3的鉆井液中的可下深度。若將512in鉆桿換成412in內外加厚，壁厚為10.92mm的95（X）級鉆桿，可下深度又是多少？答：7 某井用1214in鉆頭鉆至3500m,試根據以下條件進行鉆柱設計：鉆井液密度：d=1.25g/cm3;鉆壓：W200kN;拉力余量：MOP450kN;安全系數：St=1.30;卡瓦長度：Ls=406.4mm,正常潤滑；井斜角：6；庫存鉆具：鉆鋌：9in鉆鋌（qc=2860N/m）27m,7in鉆鋌（qc=1632N/m）81m,612in鉆鋌（qc=1362.4N/m）供應充足。鉆桿：E級5in鉆桿（qc=284.78N/m）900m,95（X）及105（G）

37、級5in鉆桿（qc=284.78N/m）供應充足。答：8 簡要分析三牙輪鉆頭的破巖機理以及用每米鉆井成本評選三牙輪鉆頭的思路，并給出每米鉆井成本的計算式。答：三牙輪鉆頭是通過兩個方面的作用來破碎巖石：（1）沖擊、壓碎作用：鉆進時鉆頭承受的鉆壓經牙齒作用在巖石上壓碎巖石。除此靜載以外還有一沖擊載荷，牙輪在滾動過程中，以單齒和雙齒交替與井底相接觸引起鉆頭的縱向振動，使鉆頭齒對巖石產生沖擊作用。（2）剪切作用：剪切作用主要是通過牙輪在井底滾動的同時還產生牙輪齒對井底的滑動來實現，當牙輪錐頂不與鉆頭軸線重合時就有滑動產生，引起鉆頭滑動的主要因數有三個，即超頂、復錐和移軸。評價鉆頭的選擇是否合適決不能單

38、純地根據進尺最多或機械鉆速最高來衡量，因為所鉆地層的深淺、鉆頭成本的多少以及設備使用費等都是影響鉆頭效率的因素。因此可以用“每米成本”來衡量。即：Ct=(Cb+Cr(T+Tr)/H式中 Ct成本，元/米；Cb鉆頭成本，元；Cr設備使用成本，元/小時；T鉆頭鉆進時間，小時；Tr起下鉆時間，小時；H鉆頭的進尺，米。9 已知某鉆頭單價為6000元，用該鉆頭鉆進500m進尺，純鉆進時間為23h，起下鉆時間為18.5h，如果設備使用費按4000元/h，試求每米鉆井成本。解：鉆井每米成本是鉆頭選型與合理使用的標準，它的計算公式如下：其中 Cb一一鉆頭成本，元； Cr設備使用成本，元h； Tr起下鉆時間（包

39、括起鉆前循環鉆井液時間與鉆頭在井底跑和的時間）h； T一一純鉆進時間，h； H鉆頭的進尺，m。代入已知參數，得：10 已知井深為1000m，鉆鋌外徑為177.8mm，鉆鋌長度為100m，鉆壓為=117.72kN，鉆井液密度為1.2 ，鉆鋌單位重量為=1601 N/m， 請計算中和點位置。解：中和點位置可由下列公式計算：-中和點距井底的高度，m；-鉆壓，N；-鉆鋌在空氣中的每米重量， N/m-浮力系數。浮力系數為米第四章 鉆進參數優選三、名詞解釋四、簡答題1 影響鉆進速度的主要因素有哪些，哪些為可控制的因素？簡要分析這些可控因素對鉆進速度的影響。答：影響因素：地質條件、巖層性質和鉆井深度等客觀因

40、素；鉆頭類型、鉆井液性能、水力參數、鉆壓、轉速等可控變量。鉆頭類型：因不同的鉆頭類型適用于不同的地層，選擇好鉆頭可獲得高的機械鉆速。鉆井液性能：密度增加會降低機械鉆速；粘度增加會降低機械鉆速，固相含量增加會降低機械鉆速，鉆井液的分散性增加鉆速降低。鉆壓：增加鉆壓，提高機械鉆速。轉速：增加轉速，一般機械鉆速提高，但當鉆頭齒的接觸時間小于破碎巖石的接觸時間時，鉆速降低。2 寫出修正的楊格模式鉆速方程，簡要分析該鉆速方程中所列因素對鉆進機械鉆速的影響規律。答：楊格模式鉆速方程為：式中 鉆速，m/h； W鉆壓，kN； M門限鉆壓，kN； N轉速，r/min； 、h為無因次量。鉆速方程考慮的因素對鉆進機

41、械鉆速的影響規律如下：（1）巖石可鉆性：它包含了巖石強度，以及與可鉆性有關的鉆頭類型和泥漿性能等對鉆速的影響；可鉆性越大鉆速越高。（2）井底壓差：隨著井底壓差的增加鉆速減小。（3）單位鉆壓：隨著單位鉆壓的增加鉆速增加。（4）轉速：轉速的增加鉆速增加。（5）水力凈化和水力參數：隨著井眼凈化程度和水力能量的提高鉆速增加。（6）牙齒磨損：磨損量增加鉆速降低。3 什么是噴射鉆井？噴射鉆井能大幅度提高鉆速的主要原因是什么。答：簡單地說噴射鉆井就是充分利用鉆井液通過噴射鉆頭所形成的高速射流的水力作用，以提高機械鉆速的一種鉆井方法。噴射鉆井的一個顯著特點，是從鉆頭噴嘴中噴出強大的鉆井液射流。它具有很高的噴射

42、速度，具有很大的水力功率，它能給予井底巖屑一個很大的沖擊力，從而使巖屑及時迅速地離開井底，始終保持井底干凈。另當鉆井液射流水力功率達到一定程度時，它還具有輔助鉆頭機械破巖的作用，從而使機械鉆速更進一步地提高。五、計算題4 某井用直徑200mm24l型鉆頭鉆進，鉆壓W196kN,轉速n=70r/min,井底凈化條件較好，鉆頭工作14h以后起鉆，已知Af=2.3310-3。求牙齒磨損量hf。答： 由表查得200mm24l型鉆頭的有關系數為：Z1=0.0167 Z2=5.94 a1=0.9 a2=0.39210-4 C1=3 tf=14h Af=2.3310-3 n=70 W=196kN 某井用直徑

43、200mm21l型鉆頭鉆進，鉆壓W196kN,轉速n=80r/min,鉆頭工作14h以后起鉆，軸承磨損到B6級，求軸承工作系數b。答：已知某井五點法鉆進試驗的結果如下表所示：實驗點123456鉆壓kN225254254196196225轉速(rmin-1)70601201206070鉆速(mh-1)3132.546342430求該地區的門限鉆壓M和轉速指數。答：某井使用215.9mm鉆頭鉆進，噴嘴流量系數C0.96，井內鉆井液密度為1.42g/cm3,排量為16Ls。若要求井底比水功率為0.418kW/cm2,且三個噴嘴中擬采用一個直徑為9mm,另兩個為等徑。試求另兩個噴嘴的直徑，并計算射流水

44、力參數和鉆頭水力參數。答：某井鉆進215.9mm井眼，使用127mm內平鉆桿（內徑108.6mm）,177.8mm鉆鋌（內徑71.4mm）100m。測得鉆井液性能d=1.2g/cm3,PV =0.022Pas,Pg=0.34MPa,Q=22L/s。試求m、a值及井深2000m時循環系統的壓力損耗。答：條件同題5，求允許泵壓分別為17.3MPa時鉆頭所可能獲得的壓降及相應的噴嘴當量直徑（噴嘴流量系統C0.96）和射流水力參數。答：已知某井用215.9mm鉆頭鉆進，井眼擴大處井徑310mm,鉆桿外徑127mm,排量21L/s。鉆井液密度1.16g/cm3,其范氏粘度計600、300r/min的讀數

45、分別為65、39。巖屑密度2.52 g/cm3，平均粒徑6mm。試校核巖屑舉升效率。答：某井采用215.9mm鉆頭鉆進（噴嘴流量系數C0.98），177.8鉆鋌（內徑71.4mm）120m,所用鉆桿為127mm內平鉆桿（內徑108.6mm）。井隊配備有兩臺NB1000鉆井泵，根據經驗，對整個循環系統而言，地面泵壓以不超過18MPa較合適；Kg取值1.0710-MPas1.8。預計鉆進到4000m處鉆井液密度為1.64g/cm3,塑性粘度0.0047Pas。試按最大鉆頭水功率方式對該井深處進行水力參數設計。要求環空返速不低于0.7m/s。答：射流為什么能提高機械鉆速？當鉆井泵處在額定泵壓狀態時(

46、Ps=Pr)，試推導獲得最大鉆頭水馬力（Nbmax）的條件。答：射流沖到井底以后能產生兩種凈化井底的作用，其一是射流對巖屑的沖擊壓力作用，其二是射流在井底產生漫流對巖石起橫推作用，使巖屑迅速離開井底，保持井底干凈，避免鉆頭重復破碎巖石。當地層較軟時射流會產生直接的破巖作用，從而提高了鉆進速度。當泥漿泵處在額定泵壓狀態時(Ps=Pr)，鉆頭水功率可以用下式表示： 獲得最大鉆頭水馬力（Nbmax）的條件是： 即： 可得： 這就是額定泵壓狀態下獲得最大鉆頭水馬力的條件。第五章 井眼軌道設計與軌跡控制三、名詞解釋四、簡答題1 井眼軌跡的基本參數有哪些？為什么將它們稱為基本參數？答：井眼軌跡基本參數包括

47、：井深、井斜角、井斜方位角。這三個參數足夠表明井眼中一個測點的具體位置。方位與方向的區別何在？請舉例說明。井斜方位角有哪兩種表示方法？二者之間如何換算？答：方位都在某個水平面上，而方向則是在三維空間內（當然也可能在水平面上）。方位角表示方法：真方位角、象限角。方位線位置真方位角與象限角關系第一象限真方位角象限角第二象限真方位角180象限角第三象限真方位角180象限角第四象限真方位角360象限角2 水平投影長度與水平位移有何區別？視平移與水平位移有何區別?答：水平投影長度是指井眼軌跡上某點至井口的長度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影長度。水平位移是指軌跡上某點至井口所在鉛垂線的距離，或指

48、軌跡上某點至井口的距離在水平面上的投影。在實鉆井眼軌跡上，二者有明顯區別，水平長度一般為曲線段，而水平位移為直線段。視平移是水平位移在設計方位上的投影長度。狗腿角、狗腿度、狗腿嚴重度三者的概念有何不同？答：狗腿角是指測段上、下二測點處的井眼方向線之間的夾角（注意是在空間的夾角）。狗腿嚴重度是指井眼曲率，是井眼軌跡曲線的曲率。垂直投影圖與垂直剖面圖有何區別？答：垂直投影圖相當于機械制造圖中的側視圖，即將井眼軌跡投影到鉛垂平面上；垂直剖面圖是經過井眼軌跡上的每一點做鉛垂線所組成的曲面，將此曲面展開就是垂直剖面圖。為什么要規定一個測段內方位角變化的絕對值不得超過180？實際資料中如果超過了怎么辦？答

49、：因為假設一個測段內方位角沿順時針變化超過180o時，沿逆時針其變化則小于180o，所以一個測段內方位角變化的絕對值不得超過180o。實際資料中超過了，則可用如下方法計算：當i-i-1180o時， i=i-i-1-360 o 當i-i-1-180o時， i=i-i-1+360 o測斜計算，對一個測段來說，要計算那些參數？對一個測點來說，需要計算哪些參數？測段計算與測點計算有什么關系？答：測斜時，對一個測段來說，需要計算的參數有五個：垂增、平增、N坐標增量、E坐標增量和井眼曲率；對一個測點來說，需要計算的參數有七個：五個直角坐標值（垂深、水平長度、N坐標、E坐標、視平移）和兩個極坐標（水平位移、

50、平移方位角）。軌跡計算時，必須首先算出每個測段的坐標增量，然后才能求得測點的坐標值。平均角法與校正角法有什么區別？實際計算結果可能有什么差別？答：平均角法假設測段是一條直線，該直線的方向是上下二測點處井眼方向的“和方向”（矢量和）。校正平均角法假設測段形狀為一條圓柱螺線。校正平均角法的計算公式是在平均角計算公式的基礎上加入了校正系數。直井軌跡控制的主要任務是什么？答：直井軌跡控制的主要任務就是要防止實鉆軌跡偏離設計的鉛垂直線。一般來說實鉆軌跡總是要偏離設計軌道的，問題在于能否控制井斜的度數或井眼的曲率在一定范圍之內。引起井斜的地質原因中最本質的兩個因素是什么？二者如何起作用？答：最本質的兩個因

51、素是地層可鉆性的不均勻性和地層的傾斜。沉積巖都有這樣的特征：垂直層面方向的可鉆性高，平行層面方向的可鉆性低。在地層傾斜的情況下，當地層傾角小于45時，鉆頭前進方向偏向垂直地層層面的方向，于是偏離鉛垂線；當傾角超過60以后，鉆頭前進方向則是沿著平行地層層面方向下滑，也要偏離鉛垂線；當地層傾角在4560之間時，井斜方向屬不穩定狀態。引起井斜的鉆具原因中最主要的兩個因素是什么？他們又與什么因素有關？答：鉆具導致井斜的主要因素是鉆具的傾斜和彎曲。導致鉆具傾斜和彎曲的主要因素：首先，由于鉆具直徑小于井眼直徑，鉆具和井眼之間有一定的間隙。其次，由于鉆壓的作用，下部鉆具受壓后必將靠向井壁一側而傾斜。井徑擴大

52、如何引起井斜？如何防止井徑擴大？答：井眼擴大后，鉆頭可在井眼內左右移動，靠向一側，也可使受壓彎曲的鉆柱撓度加大，于是轉頭軸線與井眼軸線不重合，導致井斜。要防止井徑擴大，首先要有好的鉆井液護壁技術；其次可以搶在井徑擴大以前鉆出新的井眼。滿眼鉆具組合控制井斜的原理是什么?它能使井斜角減小嗎？答：滿眼鉆具組合采用在鉆鋌上適當安裝扶正器（近鉆頭扶正器、中扶正器、上扶正器、第四扶正器），采用扶正器組合的辦法解決井斜問題。滿眼鉆具組合并不能減小井斜角，只能做到使井斜角的變化（增斜或將斜）很小或不變化。鐘擺鉆具組合控制井斜的原理是什么？為什么使用它鉆速很慢？答：鐘擺鉆具組合在鉆柱的下部適當位置加一個扶正器，

53、該扶正器支撐在井壁上，使下部鉆柱懸空，則該扶正器以下的鉆柱就好像一個鐘擺，也要產生一個鐘擺力。此鐘擺力的作用是使鉆頭切削井壁的下側，從而使新鉆的井眼不斷降斜。鐘擺鉆具組合的性能對鉆壓特別敏感。鉆壓加大，則增斜力加大，鐘擺力減小。鉆壓再增大，還會將扶正器以下的鉆柱壓彎，甚至出現新的接觸點，從而完全失去鐘擺組合的作用。所以鐘擺鉆具組合在使用中必須嚴格控制鉆壓，故鉆速很慢。定向井如何分類？常規二維定向井包括哪些？答：根據軌道的不同，定向井可分為二維定向井和三維定向井兩大類，按照井斜角的大小，可將定向井分為三類：井斜角在1530的屬小傾斜角定向井；井斜角在3060的屬中傾斜角定向井；井斜角超過60的屬

54、大傾斜角定向井。常規二維定向井軌道有四種類型：三段式、多靶三段式、五段式和雙增式。從鉆井工藝的角度看，定向井的最大井斜角是大點好還是小點好？答：在可能的條件下，盡量減小最大井斜角，以便減小鉆井的難度。但最大井斜角不得小于15，否則井斜方位不易穩定。多靶三段式與三段式有何區別？軌道設計方法有何不同？答 多靶三段式的軌道給定條件中，沒有目標的水平位移。多靶三段式在設計中需要求出目標點的水平位移，確定地面上的井位，所以被稱為“倒推設計法”。軌道設計的最終結果包括哪些內容？答：設計結果包括：井斜角/、垂增/m、垂深/m、平增/m、平移/m、段長/m和井深/m。動力鉆具造斜工具有哪幾種形式？他們的造斜原

55、理有何共同之處？答：動力鉆具又稱井下馬達，包括渦輪鉆具、螺桿鉆具、電動鉆具三種。動力鉆具接在鉆鋌之下，鉆頭之上。在鉆井液循環通過動力鉆具時，驅動動力鉆具轉動并帶動鉆頭旋轉破碎巖石。動力鉆具以上的整個鉆柱都可以不旋轉。這種特點對于定向造斜非常有利。螺桿鉆具在定向井造斜方面有何優點？答：螺桿鉆具的扭矩與壓力降成正比。壓力降可從泵壓表上讀出，扭矩則反映所加鉆壓的大小，所以可以看著泵壓表打鉆。根據泵壓表上的壓力降還可以換算出鉆頭上的扭矩，從而可以較為準確的求得反扭矩。這是螺桿鉆具在定向鉆井應用中的突出優點。變向器與射流鉆頭造斜原理有什么不同？它們能連續造斜嗎？答：變向器是鉆出小井眼擴眼并增斜來鉆井的，

56、射流鉆頭是利用一個大噴嘴中噴出的強大射流形成的沖擊來造斜的，它們不能連續造斜。BHA是什么意思？它有什么用途？答：BHA（Bottom Hole Assembly）為靠近鉆頭的那部分鉆具，稱為“底部鉆具組合”。BHA是定向造斜的關健，通過它進行定向井軌跡控制。軌跡控制的三個階段的主要任務各是什么？答：（1）打好垂直井段。在鉆垂直井段時要求實鉆軌跡盡可能接近鉛垂線，也就是要求井斜角盡可能小。（2）把好定向井造斜關。如果定向造斜段的方位有偏差，則會給以后的軌跡控制造成巨大困難。所以定向造斜是關鍵。（3）跟蹤控制到靶點。從造斜段結束，至鉆完全井，都屬于跟蹤控制階段。這一階段的任務是在鉆進過程中，不斷了解軌跡的變化發展情況，不斷地使用各種造斜工具或鉆具組合，對井眼