2011-06-07 2011年《油气井工程设备与工具》习题集.pdfVIP

2011 年《油气井工程设备与工具》习题集 第一章 绪论 第二章 石油钻井基本知识 1. 熟记下列油气井工程基本术语： 钻时、水平井、油气井工程、方入、方余、井深、垂深、完井、直井 2. 顿钻钻井的基本工艺过程： 周期地将钻头提到一定的高度向下冲击井底，破碎岩石。在不断冲击的同 时，向井内注水，将岩屑、泥土混成泥浆，等井底泥浆碎块积到一定数量时， 便停止冲击，下入捞砂筒捞出岩屑，然后再开始冲击作业。如此交替进行， 加深井眼，直至钻到预定深度为止。 3. 旋转钻井的基本工艺过程： 利用驱动设备驱动钻头旋转并给钻头施加钻压破碎岩石，利用钻井液取出 岩粉，使井眼连续(无间断)加深。 4. 旋转钻井方式分类： ①地面驱动转盘旋转钻井和顶部驱动马达旋转钻井法 ②井下动力钻具旋转钻井法。 第三章 钻头 1. 按成因岩石分为哪三类？ 2. 简述沉积岩的结构，说明胶结物的类型与岩石强度的关系。 3. 简述层理构造对岩石破碎的影响规律：层理构造使岩石性能(弹性模量、泊松 比、强度、可钻性等)具有各向异性，是井斜的重要原因。 4. 简述聚晶金刚石复合片(PDC)的结构及特点。 结构：复合片为圆片状，金刚石层厚度一般小于 3 mm，切削岩石时作为工作 层，碳化钨基体对聚晶金刚石薄层起支撑作用。 特点：①金刚石和硬质合金两种材料的复合材料； ②金刚石的耐磨性是硬质合金的 300 倍以上，在钻进过程中硬质合金 磨损量大于金刚石层，金刚石层始终保持一定的出露量，使得整个复合片齿始终 保持良好的自锐性。 ③聚晶金刚石复合片内含有金属触媒，由于金属触媒的热膨胀系数远大于金 刚石的热膨胀系数，复合片急剧受热容易引起热裂；同时因金刚石层与硬质合金 的热胀系数存在差异，受热也会造成金刚石的脱层。因此，复合片的热稳定性差， 其耐热温度小于 700 °。 ④金刚石是人类目前已知材料中最硬、抗压强度最高、抗磨损能力最强的材 料，脆性大。金刚石与硬质合金的弹性模量不同，冲击响应频率不同，受冲击载 荷作用时，金刚石层受到的冲击不能完全由硬质合金层吸收，容易造成金刚石层 发生崩裂，因此抗冲击韧性差，地层适应能力有限。 5. 钻头单位进尺成本的计算公式并说明各参数的含义。 钻头单位进尺成本: Cb +Cr (t +tt ) C pm H 式中 Cpm—单位进尺成本，元/m ； Cb—钻头成本，元/ 只； C —钻机作业费，元/h ； r t—钻头纯钻进时间，h ； t —起下钻、接单根等辅助时间，h ； t H—钻头进尺，m 。 6. 简述圆柱平底压头受垂直载荷作用压入岩石时岩石破碎的发展过程。 ①圆柱平底压头受垂直载荷作用压入岩石初期，岩石表面压力在压头周边存 在应力极值，随着载荷的增加，压头周边岩石应力首先达到屈服极限而发生 塑性破坏。 ②压头周边岩石发生塑性变形破坏后，压头向下移动侵入岩石一定深度，载 荷变为均布载荷；同时由于压头的移动使得压头周边区域形成拉应力区。在 岩石内部对称轴一定深度处, 剪应力存在最大值。随着压入力的进一步增加， 在压头下方深度为 Zm 处，剪应力达到岩石的抗剪强度，此处形成剪应力破坏 点。 ③当载荷继续增加时，在最大剪应力点外侧的产生微裂纹。这些微裂纹发展 贯穿周围的岩石达到自由面，在压实核作用下形成大面积崩裂，最终形成岩 石破碎坑。 7. 岩石破碎分为哪三个阶段？为什么钻井过程中钻压要大于门限钻压？ 岩石破碎三个阶段：①裂纹发展阶段(塑性变形阶段) ；②压实体形成阶 段(局部破碎阶段) ；③岩石崩切阶段(大体积破碎阶段) 。 在裂纹发展阶段，仅在岩石内部形成裂纹；在压实体形成阶段，仅仅压头 下部岩石发生破坏，破碎体积很小；只有在崩切阶段才产生大体积破碎，破 岩效果好。从岩石破碎三阶段看出，为获得好的破岩效果，必须使压头所受 的压力超过岩石产生体积破坏所需要的载荷。对钻头来讲，所有牙齿所受压 力总和即为钻头钻压。根据压头破岩过程分析，钻头要取得良好