钻井工程考试题作业题Word格式文档下载.docx
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继续钻进至2021m将钻遇油气层,预计油气层压力为35.0MPa。
若采用平衡压力钻井方法钻穿油气层,能否压漏地层?
等价问题——“钻2021m处油层时,使用的钻井液在1000m处产生的液柱压力是否会超过此处的地层破裂压力”。
思路:
计算套管鞋处地层破裂压力当量密度,与钻开油层所需钻井液密度比较;
计算套管鞋处地层破裂压力,与钻开油层时该处的液柱压力比较;
计算套管鞋处地层破裂压力当量密度,以及采用该密度的钻井液钻开油层时井底液柱压力,与油层压力比较计算当前密度的钻井液钻开油层时关井套压,与漏失试验的漏失压力比较。
解法1:
①计算地层破裂压力的当量密度:
P21、式②计算钻开油层所需要的钻井液密度:
采用平衡钻井钻穿油气层,钻井液静液压力等于地层压力。
地层压力:
P13、式则井深2021m处,地层压力35.0MPa,对应的钻井液密度为:
③比较两当量密度:
采用平衡钻井钻穿油气层时,钻井液密度大于1000m处的地层破裂压力当量密度,而此处地层又没有用套管封隔,则地层被压漏。
解法2:
①计算1000m处的地层破裂压力:
②计算钻开油层所需要的钻井液密度:
③钻开油层时,1000m处的静液柱压力:
④比较两个压力:
由于,则地层被压漏。
解法3:
①计算地层破裂压力当量密度:
P21、式②破裂压力当量密度在2021m处能产生的静液柱压力:
③比较两个压力:
由于,说明该密度的钻井液在井底产生的静液压力不能平衡地层压力;
如果采用平衡压力钻井方式钻开2021m处油气层,所需钻井液密度必定要高于套管鞋处地层破裂压力当量密度,则地层被压漏。
第1章补充复习题:
1、名词解释:
地层破裂压力、岩石的强度、岩石的可钻性第二章钻进工具7、牙轮的超顶、移轴和复锥各产生哪个方向的滑动?
超顶和复锥产生切向滑动,可以剪切掉同一齿圈相邻牙齿之间的岩石;
移轴产生轴向滑动,可以剪切掉相邻齿圈之间的岩石。
16、PDC钻头是怎样破碎岩石的?
适用于什么样的地层?
工作原理:
与刮刀钻头基本相同。
主要以切削、剪切和挤压方式破碎岩石,具体方式取决于钻头的切削结构及所钻地层的岩性。
适用地层:
软到中硬地层;
地层必须是均质地层,以避免冲击载荷;
含砾石的地层不能使用PDC钻头。
18、钻柱主要由哪几部分组成?
其主要功用有哪些?
P73中、P73上。
23、井下钻柱受到哪些力的作用?
最主要的作用力是什么?
P86~90。
24、何为钻柱的中性点?
为什么要保证中性点落在钻铤上?
P87下、P88中上。
。
25、钻柱的哪些部位受力最严重?
钻进时:
钻柱下部受力最为严重,同时受到轴向压力、扭矩和弯曲力矩作用。
井口处钻柱受力比较严重,所受拉力、扭矩都最大。
起下钻时:
井口处受力最严重,受到最大拉力。
31、某井用91/2in钻头,7in钻铤和5in钻杆,设计钻压为180kN,钻井液密度1.28g/cm3,试计算所需钻铤长度。
钢材密度统一取浮力系数:
P87、式取安全系数SN=1.2P88、式钻铤长度:
若此井为直井,则需要钻铤长度为189.70m。
32、已知:
井深,钻压,钻井液密度为;
钻具结构:
81/2in钻头+61/2in钻铤200m+5in钻杆1300m。
求中性点所在井深。
浮力系数:
P87、式中性点位置:
P88、式中性点所在井深:
34、某井用121/4in钻头钻至3500m,试进行钻柱设计。
已知:
钻头直径,井深;
钻井液密度;
钻压;
拉力余量;
安全系数;
卡瓦长度;
正常润滑;
井斜角。
库存钻具:
9in钻铤27m;
7in钻铤81m;
61/4in钻铤供应充足;
E级5in钻杆900m;
95及105级5in钻杆供应充足。
选择钻铤查表2-21:
121/4in钻头首选9in钻铤。
浮力系数:
P87、式取安全系数P92、式则钻铤长度:
计算长度大于库存量,则实际长度。
除了9in钻铤、还要选1~2段尺寸较小的钻铤,组成“塔式钻具组合”。
中性点:
“钻柱上轴向力等于0的点”。
钻铤长度的确定原则:
“保持中性点始终处在钻铤上”。
各段钻铤长度的计算公式如下:
第2段钻铤选择7in钻铤,则该段钻铤的计算长度为:
计算长度仍然大于库存量,则实际长度。
除了9in钻铤、7in钻铤,还要使用61/4in钻铤,计算长度为:
该尺寸钻铤供应充足。
若按每根钻铤9m计算,需要7根,实际长度。
全部钻铤的总长度:
全部钻铤在空气中的重量:
全部钻铤的浮重:
选择第一段钻杆:
E级5in钻杆,线重据钻杆直径、钢级、线重,查表2-12、表2-14,最小抗拉载荷。
A、计算最大安全静拉载荷:
P93-95、分3种情况计算,最后取最小值Ÿ安全系数法:
P95、式Ÿ设计系数法:
P95、式其中,据钻杆外径127.0mm,卡瓦长度及正常润滑条件,查表2-22,得到防止卡瓦挤毁钻杆的设计系数。
Ÿ拉力余量法:
P95、式显然,按卡瓦挤毁比值计算的最大安全载荷最小,取。
B、计算最大许用长度:
因为库存量仅有900m,实取第1段钻杆长度。
选取第2段钻杆:
95X级5in钻杆,线重同理:
①最小抗拉力②最大安全静拉载荷:
Ÿ安全系数法:
Ÿ设计系数法:
实取最大安全静拉载荷。
③最大许用长度:
因为总井深为3500m,实取第2段钻杆长度:
。
设计钻柱组合列表如下:
规范长度/m空气中重/kN第1段钻铤:
9in,线重2.860kN/m2777.22第2段钻铤:
7in,线重1.632kN/m81132.19第3段钻铤:
61/2in,线重1.362kN/m6385.81第1段钻杆:
5in,E级,线重284.78N/m900256.30第2段钻杆:
5in,95X级,线重284.78N/m2432692.59合计35001144.11第3章复习题:
1、钻井液的功用是什么?
P101-1022、名词解释:
井塌第四章钻进参数优选1、某井用200mm241型钻头钻进,W=196kN,n=70r/min,井底净化条件较好,钻头工作14h后起钻,已知Af=2.33×
10-3。
求牙齿磨损量hf。
查表4-1、表4-2,200mm241型钻头的有关数据:
Z1=0.0167牙齿磨损量:
P132、例4-12、某井用200mm211型钻头钻进,W=196kN,n=80r/min,钻头工作14h后起钻,轴承磨损到B6级,求轴承工作系数b。
轴承磨损到B6级,表示轴承磨损了6/8。
参考P141、例4-2轴承的磨损速度方程:
P133、式轴承工作系数:
3、已知某井五点法钻进试验结果如下,求该地区钻压M和转速系数λ。
实验点123456钻压/kN225254254196196225转速/70601201206070钻速/3132.546342430解:
该表中实验点编号与表4-3不一致!
验证试验是否成功:
P134、L6所以试验成功。
计算门限钻压M:
转速n固定,钻压W变化-、钻速方程:
P129:
式转速:
参考P134、式、式转速:
则:
求转速指数:
钻压W固定,转速n变化-、钻压:
参考P135、式、式钻压:
4、某井用215.9mm钻头钻进,喷嘴流量系数C=0.96,钻井液ρd=1.42g/cm3,排量为16L/S,若要求井底比水功率为0.418kW/cm2,且三个喷嘴中拟采用一个直径为9mm,另两个为等径。
试求另两个喷嘴的直径,并计算射流水力参数和钻头水力参数。
比水功率通常为射流水功率与井底面积的比值。
射流水功率:
射流水功率P146、式喷嘴总面积,又、;
则另两个喷嘴的直径:
另两个喷嘴的实际直径。
喷嘴总面积:
射流水力参数:
射流喷射速度:
P145、式射流冲击力:
P145、式钻头水力参数钻头压降:
P146、式钻头水功率:
P147:
式5、已知:
钻头直径215.9mm;
钻铤外径177.8mm、长度100m;
内平钻杆、外径127mm;
钻井液密度ρd=1.2g/cm3、塑性粘度μPV=0.022Pa·
S、排量Q=22L/S;
地面管汇压耗ΔPg=0.34MPa。
求m,a值及井深时循环系统压耗。
地面管汇压耗公式:
P152、式,P153、式据P153、式:
内平钻杆,常数:
P152、式当井深时,钻杆长度。
循环系统压耗:
P154、式8、已知:
钻头直径;
喷嘴流量系数;
钻铤外径、长度;
内平钻杆、外径;
钻井液密度、塑性粘度;
排量;
要求环空返速;
地面管汇压耗系数;
配备2台3NB-1000钻井泵;
地面泵压不超过18Mpa;
当前井深。
试按最大钻头水功率方式对该井深处进行水力参数设计。
确定最小排量:
P162、式要求环空返速,则实取携岩要求最小排量:
P163、式计算环空压耗系数:
钻铤内外压耗系数:
P153、式内平钻杆,则常数井深时压耗系数:
选择缸套直径钻井泵排量,要求。
由P156、表4-6知,3NB-1000钻井泵、选择140mm缸套时:
额定排量,额定泵压;
考虑钻井泵上水效率,则24.3×
0.90=21.87MPa27.1×
0.90=24.39L/s根据限定条件-“地面泵压以不超过18MPa较合适”,则:
泵的工作额定泵压Pr=18MPa,工作额定排量Qr=24.39L/s计算按最大钻头水功率方式下的临界井深第一临界井深:
P159、式第二临界井深为:
P159、式计算优选排量当前井深,,则最优排量:
P158、式确定喷嘴直径当前井深处的循环压耗:
P158、式或或当量喷嘴直径:
P160、式计算各水力参数泵压:
钻头压降:
射流喷速:
射流冲击力:
钻头水功率:
第4章补充复习题:
1、提高钻头水力参数的途径?
、压持效应、第五章井眼轨道设计与轨迹控制34.井斜方位角与象限角的换算解:
方位角:
50o,90o,175o,200o,315o,0o象限角:
N50oE,N90oE,S5oE,S20oW,N45oW,N0o象限角:
S13.5oE,S70oW,N50oE,N33oW方位角:
166.5o,250o,50o,327o35.用两种井眼曲率公式分别计算表中所列三个测斜段井眼曲率。
测段123段长/m333535井斜角/3380853539方位角/15194100160303295法1狗腿角/6.0059.626.25曲率5.4551.115.36法2狗腿角/9.3759.706.26曲率8.5251.175.37解:
Lubinski公式:
P170:
式、狗腿角:
平均井眼曲率:
以测段1为例:
行业标准计算公式:
式、其中:
注意测段1:
狗腿角平均井眼曲率:
36.求井斜方位角增量及平均井斜方位角测段1234300185345102535523070-160-8-175335105-1-42.5解:
当时要特别注意!
时:
37.分别用平均角法和校正平均角法完成测斜计算,设计方位角L/m平均角法校正平均角法N/mE/mD/mV/mDLS/mN/mE/mD/mV/mDLS/m1524.246.111.061.330.011524.201.240.2441.330.011524.101.240.2441532.2417.340.892.960.041532.032.761.4042.950.041531.872.751.4041542.8919.00358.26.280.011542.155.830.1756.270.011541.985.820.1751551.9420.120.999.31-0.011550.688.630.2359.30-0.011550.508.620.235解:
根据行业标准,由第1测点推算第0测点参数:
,,计算所需参数列于下表:
,注意:
、采用弧度测段125.06.1103.0550.530.9961.00028.011.23-0.1711.7250.9750.9920.998310.651.66-2.6918.17-0.4550.9991.00049.051.122.7919.56359.5950.9991.000平均角法:
测段1:
水平位移平移方位角视平移狗腿角曲率测段2:
测段3:
测段4:
校正平均角法:
同样依据公式计算。
测段2:
39、满眼钻具组合扶正器最优距离计算。
Dh=216mm,Ds=214mm,Dc=178mm,E=20.584×
1010Pa,ρd=1.33kg/L;
设计允许最大井斜角。
试求该组合的中扶正器距离钻头的最优距离。
据P183、式,可以参考例5-2:
注意各变量的单位∴∴中扶正器距钻头最优距离为5.83m40.钟摆钻具组合扶正器最优距离计算。
Dh=216mm,Ds=214mm,Dc=178mm,E=20.594×
1010Pa,ρd=1.33kg/L,设计允许最大井斜角3o,钻压w=120KN。
试求该组合扶正器距离钻头的最优距离。
据P185、式:
注意各变量的单位∴扶正器距钻头的最优距离为24.21m。
41、某定向井设计目标点垂深800m,造斜点垂深500m,造斜率1.8°
/30m。
设计轨道形状为三段式。
设计该轨道,并按表计算有关未知参数。
节点井斜角/°
垂深/m水平位移/m井深/m00000a05000500b10.8678.9016.92680.01t10.880040801.11解:
已知、、、计算稳斜段井斜角:
据P189、式~∴增斜段计算:
据P190、式~稳斜段计算:
据P190、式~检验t点位移:
44、某井井深2021m处,井斜角,方位角。
根据轨迹控制要求,希望钻进,使井斜角,方位角,,求造斜工具的装置角及造斜率。
据P202、式~,采用解析法,可以参考P202、例5-5令,则代入数据:
注意:
三角函数值保留4位小数!
造斜率∵∴,实取45、某井方位控制计算。
已知:
当前井底井斜角,方位角,造斜工具的造斜率,装置角,求钻进以后的井斜角,方位角。
∵∴由公式得:
∴由公式得:
∵∴,,第5章补充复习题:
井斜角、方位角、水平位移、狗腿角:
P167-169装置角、反扭角、造斜、定向2、井斜原因及防斜打直措施?
P179-1813、满眼钻具、钟摆钻具的原理及使用特点?
4+7、简述地层流体侵入井眼的原因、征兆、检测方法。
原因、征兆、检测方法14、某井D=4000m,钻头尺寸为215.9mm;
钻杆尺寸为114.3mm,24.72kg/m,壁厚8.6mm;
钻井液密度ρd=1.5g/cm3;
技术套管下至3000m,该处地层破裂压力梯度Gf=19.9kPa/m。
根据溢流发生之前的记录,泵速30冲每分时,循环压力;
钻井泵类型为3NB-900,缸套直径120mm,泵速30冲每分时排量Q=15.56L/S,最大泵压为33.27MPa;
发生井涌关井后10min,立管压力psp=4.67MPa,套压pa=6.65MPa;
钻井液池内钻井液量增加4.5m3。
利用工程师法设计一压井施工单。
工程师法压井与司钻法压井的工艺不同,但压井数据计算是相同的。
可以参考P242-例,P237、式~比较关井立管压力和套压,,钻井液增量4.5m3,说明环空气侵不严重,关井及时。
①计算地层压力:
P237、式②计算压井所需钻井液密度:
P237、式③计算钻井时所需钻井液密度:
P237、式将整个井筒容积二倍的钻井液加重,根据经验公式4000m井筒容积:
二倍为:
144.5×
2=289由钻井手册查得,将密度为1.5g/cm3的钻井液加重到1.674g/cm3,每1m3原浆需要重晶石0.2784t。
因此,压井需重晶石289×
0.2784=80.4576。
④计算初始立管压力:
P237、式小于最大泵压,则120mm缸套可用。
⑤计算终了立管总压力:
P237、式⑥计算重钻井液到达钻头所需的时间:
由钻井手册查得114.3mm、24.72kg/m的钻柱每米长的内容积Vd=7.417L/m,则⑦计算许可的最大关井套压:
P237、式第6章补充复习题:
平衡压力钻井、欠平衡压力钻井、硬关井、压井第7章补充复习题:
井身结构、水泥浆的稠化时间、裸眼完井、射孔完井2、套管种类及作用?
3、井身结构设计原则?
4、提高固井质量的技术措施?
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