5第二章 钻进工具——钻柱
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工程硕士入学考试?石油工程综合测试?大纲〔油气井局部〕主要内容:第一章钻井的工程地质条件地下各种压力的概念、地层压力与地层破裂压力、岩石的工程力学性质第二章钻进工具常用钻头钻头类型、构造、工作原理、使用方法钻柱的组成、功用、钻柱的受力分析、设计方法第三章钻井液钻井液的作用、组成与分类;钻井液的主要性能、主要固控制方法与设备第四章钻进参数优选钻井过程中各参数间的关系、钻速方程、机械破岩钻进参数优选方法、水力参数优化设计方法第五章井眼轨道设计与轨迹控制井眼轨迹的根本概念、轨迹测量及计算、直井防斜技术、定向井眼轨道设计、定向井造斜工具及轨迹控制第六章油气井压力控制与井控井眼与地层压力系统、平衡与欠平衡钻井、地层流体侵入控制第七章固井与完井井身构造的概念与设计方法、套管柱载荷分析与设计方法、注水泥技术、常用完井方法第八章井下复杂情况与事故处理常见的井下复杂情况类型、相应事故处理方法参考书:主要考察学生对油气田开发过程中的各研究对象及工艺流程、设备等内容的理解和掌握程度,主要内容包括油气藏及流体的物理性质、采油〔气〕工程和油气田开发过程中各工艺环节的根本概念、根本技术原理、设备及其功用、主要工艺流程等,进步油气开采技术的根本方法和原理等。
主要考试内容绪论油气田开发的根本概念、任务、目的、根本方法和系统组成。
第1章油层物理根底油藏流体的物理性质;储层岩石的物理性质;含多相流体的储层岩石的渗流机理。
第2章油藏工程根底油气田开发概论;油气田开发动态分析;油气田开发调整。
第3章完井与试油油气井完井方式;试油;油气层保护。
第4章油气井的流入动态、井筒多相流及气体井筒流动油气井的流入动态及其应用;井筒多相流的流动构造;滑脱损失;气体井筒流动。
第5章自喷与气举采油自喷井的流动过程;自喷的条件和产量;自喷井的管理;气举原理、分类。
第6章有杆泵与无杆泵采油有杆泵的根本装置和原理;泵的分类及根本原理、泵效的计算、影响因素及进步泵效的措施;无杆泵采油的分类、根本装置和原理。
第 1 页 共 45 页第一章 钻井的工程地质条件1. 岩石的塑性系数是怎样定义的?答:岩石的塑性系数是用来定量表征岩石塑性及脆性大小的参数。
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。
2. 什么是岩石的可钻性?答:岩石的可钻性是岩石抗破碎的能力。
即一定钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。
3. 什么叫有效应力、有效上覆岩层压力、各向压缩效应?答:在“各向压缩效应”试验中,如果岩石孔隙中含有流体且具有一定的孔隙压力,这种孔隙压力的作用降低了岩石的各向压缩效应,这样,把岩石所受外压与内压之差称为有效应力。
上覆岩层压力和岩石内孔隙流体压力的差称为有效上覆岩层压力。
在三轴应力试验中,如果岩石是干的或者不渗透的,或孔隙度小且孔隙中不存在液体或者气体时,增大围压则一方面增大岩石的强度,另一方面也增大岩石的塑性,这两方面的作用统称为“各向压缩效应”。
4. 简述地下各种压力的基本概念答:地下压力包括静液压力h P 、上覆岩层压力Po 、地层压力p P 和基岩应力σ等。
静液压力是由液柱自身的重力所引起的压力,它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。
地层某处的上覆岩层压力是指该处以上地层岩石基质和空隙中流体的总重力所产生的压力。
基岩应力是指由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那部分上覆岩层压力,也称有效上覆岩层压力或颗粒间压力,这部分压力是不被孔隙水所承担的。
1. 简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层孔隙压力和基岩应力三者之间的关系。
答: 地下压力包括静液压力h P 、上覆岩层压力Po 、地层压力p P 和基岩应力σ等。
静液压力是由液柱自身的重力所引起的压力,它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。
地层某处的上覆岩层压力是指该处以上地层岩石基质和空隙中流体的总重力所产生的压力。
基岩应力是指由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那部分上覆岩层压力,也称有效上覆岩层压力或颗粒间压力,这部分压力是不被孔隙水所承担的。
第二节钻柱♦钻柱:是指钻头以上,水龙头以下部分的钢管柱的总称,它包括方钻杆、钻杆、钻铤、各种接头及稳定器等井下工具。
它是连通地面与地下的枢纽。
♦在用转盘钻井时,是靠钻柱传递破碎岩石所需能量,给钻头加压,以及井内输送洗井液。
♦在井下动力钻井时,其承受井底动力机的反扭矩,同时涡轮钻具和螺杆钻具所需的液体能量也是通过钻柱输送到井底的。
♦其是钻井工具与装备的薄弱环节。
(特别是对于深井钻具井下情况又是比较复杂。
如卡、堵、蹦等)从以下几个方面我们可以看出,合理的设计钻柱与下部的钻井组合,对于实现优质快速的钻进具有十分重要的意义。
那么组成钻柱的主要钻井工具有哪些呢?①方钻杆②钻杆③加重钻杆④钻铤⑤井下马达(涡轮钻具与螺杆钻具)⑥⎪⎩⎪⎨⎧随钻减震器减震器稳定器其它的钻井工具一、钻柱的组成与作用(《甲方手册》,上册)(一)钻柱的作用1、输送钻井液 为钻井液由井口流向钻头提供通道;2、传递能量与压力 把地面的动力(扭矩)传递给钻头,同时给钻头施压,使钻头在钻压的作用下吃入岩石,在扭矩的作用下,钻头不断的破碎岩石;3、起下钻头钻柱除了以上在正常钻进中作用外,还具有其它一些重要作用:1)检测 观察钻头的情况、井眼情况、地层情况;2)特殊作业 取心、挤水泥、打捞井下落物及处理井下其它事故;3)对地层流体及压力状况等进行测试与评价(中途测试)(二)钻柱的组成⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧→⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎩⎪⎨⎧特殊的钻具组合打捞工具测试工具随钻监测工具扩眼器震击器减震器稳定器钻铤下部钻具组合扩眼器(有时)加重钻杆普通钻杆钻杆段不同的目的而不同)具体的组成则随着钻柱( 见教材P 74,图2—28,典型的钻具组合二、组成钻柱的主要钻井工具的规范与特性(一)方钻杆定义:方钻杆位于钻柱的最上端,其主要的作用是传递扭矩。
其位于钻柱的最上方,与水龙头相连。
方钻杆的驱动部分断面为中空的四边形与六方形。
由于方钻杆在工作时要承受整个钻柱的重量和旋转柱及钻头所需的扭矩,所以方钻杆的壁厚一般比钻杆大3倍左右,同时使用高强度的合金钢制造。
第二章钻进工具1.何谓钻柱的中性点?答:中性点的概念是由鲁宾斯基提出来的。
他认为中性点时钻柱受拉和受压的分界点。
2. 什么叫复合钻柱?答:即采用不同尺寸(上打下小)、或不同壁厚(上后下薄)、不同钢号(上高下低)的钻杆组成的钻杆柱。
3.评价钻头性能的指标有那几项?答:钻头进尺,钻头工作寿命,钻头平均机械钻速,钻头单位进尺成本。
4.简述刮刀钻头破岩原理。
答:刮刀钻头刀翼在钻压W和扭转力T的作用下,一方面作向下的运动,一方面围绕钻头轴线旋转,刀翼以正螺旋面吃入并切削岩层,井底平面与水平面成Ø 角。
刮刀钻头主要以切削和挤压方式破碎地层,具体方式主要取决于钻头的切削结构及所钻地层的岩性。
由于这几种破岩方式主要要克服岩石的抗剪强度,所以它比克服岩石的抗压强度的破岩方式要容易得多。
5. 牙轮的超顶、移轴和复锥各产生哪个方向的滑动?答:由于牙轮的超顶、移轴、复锥,使牙轮在滚动的同时在井底产生滑动。
超顶和复锥引起沿切线方向滑动,这种作用除了冲击、压碎作用破碎岩石外,还可以剪切掉同一齿圈相邻牙齿破碎坑之间的岩脊;移轴产生轴向方向的滑动,可以剪切掉齿圈之间的岩脊。
6. 金刚石钻头有哪些突出优点?答:(1)是一体性钻头,没有结构薄弱的环节,因而可以使用较高的转速,可以承载较大的侧向载荷而不发生井下事故,(2)金刚石钻头在正确使用的情况下,耐磨且寿命长,适合于深井及研磨性地层。
(3)在高温下,牙轮密封易失效,金刚石钻头则不会出现此问题。
(4)金刚石钻头不受空间尺寸的限制,适合于小井岩钻井。
(5)在钻牙受限的情况下可以使用金刚石钻头。
(6)结构设计制造比较灵活,生产设备简单,能满足非标的需要。
(7)PDC 钻头是一种切削型钻头,实践表明在适应地层可以取得很高的经济效益。
(8)由于热稳定性的限制,必须保证充分的冲洗和冷却。
(9)金刚石钻头抗载荷、抗冲击能力较差,使用时必须岩严格的规程。
7. 金刚石钻头的工作原理?答:由于岩石性能技工条件的复杂性至今没有统一结论,但是可以归纳以下几点:(1)在钻遇硬地层时,在钻压的作用下压入岩石,使接触岩石呈现极高的应力状态而使岩石呈现塑性。