第⼀章钻井的⼯程地质条件
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：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。 地应⼒：钻井⼯程施⼯之前存在于地下某点的应⼒状态为原地应⼒状态。
地层孔隙压⼒：岩⽯孔隙中流体所具有的压⼒。也称地层压⼒。
上覆岩层压⼒：是指由上覆岩层重⼒产⽣的铅垂⽅向的地应⼒分量。该处以上地层岩⽯基质和岩⽯孔隙中流体的总重⼒所产⽣的压⼒。
基岩应⼒：是指由岩⽯颗粒间相互接触⽀撑的那⼀部分上覆岩层压⼒。也称有效上覆岩层压⼒或⾻架应⼒。
地层破裂压⼒：地层某深度处的井壁产⽣拉伸破坏时的应⼒
地层坍塌压⼒：地层某深度处的井壁产⽣剪切破坏时的应⼒
上覆岩层的重⼒是由岩⽯基质（基岩）和岩⽯孔隙中的流体共同承担的，即上覆岩层压⼒是地层压⼒与基岩应⼒的和
2、简述地层沉积⽋压实产⽣异常⾼压的机理。
答：在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就被破坏。如果沉积速度很快，岩⽯颗粒就没有⾜够的时间去排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩⽆法增加它的颗粒与颗粒之间的压⼒。由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，⽽下⾯基岩的⽀撑能⼒没有增加，孔隙中的流体必然开始部分地⽀撑本来应由岩⽯颗粒所⽀撑的那部分上覆岩层压⼒，从⽽导致了异常⾼压。
3、简述在正常压实的地层中岩⽯的密度、强度、孔隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。
答：所以随井深的增加，地层中岩⽯密度逐渐变⼤，⽽岩⽯的孔隙度变⼩。随着井深的增加，岩⽯的强度增⼤。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。在正常地层压⼒情况下，机械钻速随井深增加⽽减⼩，d指数随井深增加⽽增⼤。所以dc指数也随井深的增加⽽增⼤。
4、解释地层破裂压⼒的概念，怎样根据液压实验曲线确定地层破裂压⼒。
答：在井下⼀定深度的裸露地层，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，这个液体压⼒称为地层破裂压⼒。（解释）
在确定地层破裂压⼒的液压试验曲线中，开始偏离原始直线点的压⼒称为漏失压⼒。试验曲线上达到最⾼点时的压⼒称为破裂压⼒，这时地层开始破裂。通常将漏失压⼒与第⼀个砂层深度的⽐值作为该处砂层的地层破裂压⼒梯度，并以此作为确定井控作业的关井压⼒依据。
纺织涂层5.某井井深2000m，地层压⼒25MPa，求地层压⼒当量密度。
答：根据公式：Pp=0.00981×ρh ρ= Pp⁄0.00981×h=25MPa⁄(0.00981×2000m)=1.27g ⁄cm3
6.某井垂深2500m，井内钻井液密度为1.18g/cm3，若地层压⼒为2
7.５MPa，求井底压差。
020服务
答: Ph=ρgh=1.18g/cm3×0.00981×2500m =28.94Mpa
△P=Ph-Pp=28.94-27.5=1.44MPa 即井底压差为1.44Mpa.
7.某井井深3200m，产层压⼒为23.1MPa，求产层的地层压⼒梯度。
答：产层的地层压⼒梯度 Gp=Pp/h=23.1MPa/3200m=0.0072Mpa/m
9、岩⽯的硬度与抗压强度有何区别？
答：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，⽽抗压强度则是固体抵抗固体整体破坏时的能⼒。
10、岩⽯的塑性系数是怎样定义的？简述脆性，塑脆性和塑性岩⽯在压⼊破碎时的特性。
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。塑性岩⽯在外⼒压⼊时，岩⽯只改变形状和⼤⼩⽽不
破坏⾃⾝的连续性；脆性岩⽯当外⼒压⼊时，岩⽯直⾄破碎⽆明显的形状改变；⽽塑脆性岩⽯受外⼒作⽤时⾸先发⽣形状改变，当外⼒达到⼀定程度后岩⽯破碎。
11、岩⽯在平⾏层理和垂直层理⽅向上的强度有何不同？岩⽯的这种性质叫什么？
答：沉积岩的强度有明显的各向异性，垂直于层理的抗压强度最⼤，平⾏于层理的抗压强度最⼩。层理对硬度的影响与对强度的影响相反，垂直层理⽅向的硬度值最⼩，⽽平⾏层理⽅向的硬度值最⼤，岩⽯的这种性质叫做岩⽯的各向异性。
各向异性：如果物体某⼀性质随⽅向的不同⽽不同，则称物体具有各向异性。
12、岩⽯受围压作⽤时，其强度和塑脆性是怎样变化的？
答：当岩⽯受到围压作⽤时，所有岩⽯的强度均增⼤，但压⼒对砂岩和花岗岩强度的影响要⽐⽯灰岩、⼤理岩⼤；在开始增⼤围压时，岩⽯强度的增加⽐较明显，再继续增加围压时，相应的强度增量就变得越来越⼩，最后当压⼒很⾼时，有些岩⽯的强度便趋于常量。随着围压的增⼤，岩⽯表现从脆性向塑性的转变，并且围压越⼤，岩⽯破碎前所呈现的塑性也越⼤。
13、影响岩⽯强度的因素有哪些？
答：影响岩⽯强度的因素可以分为⾃然因素和⼯艺技术因素两类：
⾃然因素1、岩⽯的矿物成分 2、岩⽯的颗粒尺⼨ 3、岩⽯的容重和孔隙度 4、岩⽯的层理 5、岩⽯结构构造的缺陷
⼯艺技术因素1、岩⽯的形变⽅式 2、岩⽯的应⼒状态 3、外载作⽤的速度 4、介质的影响 5、岩样的线性尺⼨
14、什么是岩⽯的可钻性？我国⽯油部门采⽤什么⽅法评价岩⽯的可钻性？将地层按可钻性分为⼏级？
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。 我国⽯油系统岩⽯可钻性分类⽅法是⽤微钻头在岩样上钻孔，通过实钻钻时（即钻速）确定岩样的可钻性。将地层按可钻性分为10级。
15、井底和井眼周围地层岩⽯受哪些⼒？
答：井眼周围地层岩⽯受⼒包括：上覆岩层压⼒、岩⽯内空隙流体的压⼒（地层压⼒）、⽔平地应⼒、钻井液液柱压⼒。
井底 1、地应⼒影响2、液柱压⼒和孔隙压⼒的影响
16、⽔平地应⼒是怎样产⽣的？它与上覆岩层压⼒的关系是怎样的？
答：⽔平地应⼒由两部分组成，⼀部分是由上覆岩层侧向⼒；另⼀部分是地质构造⼒。
它随着埋藏深度的增加⽽线形增⼤，和有效上覆岩层压⼒成正⽐。有效上覆岩层压⼒指上覆岩层压⼒和岩⽯内孔隙流体压⼒的差。
17、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”。
1.旋转转井⼯艺对钻机的功能有哪些要求？
答：（1）旋转钻进的能⼒。
（2）起下钻具的能⼒。
（3）循环洗井的能⼒。
2钻机的组成及各系统的主要部件有哪些？
答：（1）起升系统
组成：井架、⼤钩、辅助刹车、钻井绞车、游动系统（钢丝绳，天车，游动滑车）以及井⼝⼯具和机械化设备（吊环、吊卡、吊钳、卡⽡、动⼒⼤钳、⽴根运移机构）。 （2）旋转系统
组成：转盘、⽔龙头、钻具或顶部驱动装置。
（3）循环系统
组成：钻井泵、地⾯管汇、钻井液罐、钻井液净化设备。其中地⾯管汇包括⾼压管汇、⽴管、⽔龙带。钻井液净化设备包括振动筛、除砂器、除泥器、离⼼机等。
（4）井控系统
组成：井⼝防喷器组合、液压防喷器控制系统、井控管汇、井控仪器仪表、钻井液处理设备、钻井内防喷⼯具、特殊作业设备
（5）动⼒传动系统
组成：柴油机、电动机。
（6）控制系统
组成：机械控制、⽓控制、电控制和液控制等。
3、根据不同的分类标准，钻机有哪些类型？
答：⼀、按钻井⽅法分
(1)冲击钻机，(2)旋转钻机，
⼆、按钻井深度分
(1)浅井钻机（钻井深度不超过1500⽶）
(2)中深井钻机（钻井深度为1500-4500M）
(3)深井钻机。（钻井深度为4500-6000M）
(4)超深井钻机。（钻井深度为⼤于6000M）
数据执行保护三、按地域环境
陆地钻机、海洋钻机、沙漠钻机、沼泽地钻机、低温环境钻机和丛林直升机吊装钻机
四、按移动⽅式
块装钻机、车装钻机和拖挂钻
五、按驱动传动形式
柴油机驱动钻机、电驱动钻机
4、何为钻机的基本参数、主参数？国产钻机系列有哪些钻机？
答：钻机的基本参数是反映钻机⼯作性能的技术指标，钻机的基本参数包括：钻机的主参数、起升系统参数、旋转系统参数、循环系统参数。
在钻机基本参数中，选定⼀个最主要的参数作为主参数，主参数应具备以下特征：
1）能最直接地反映钻机的钻井能⼒和主要性能
2）对其他参数具有影响和决定作⽤
3）可⽤来标定钻机型号，并作为设计、选⽤钻机的主要技术依据。
主要钻机型号
ZJ30/1800 ZJ40/2250 ZJ50/3150 ZJ70/4500
5、简述常⽤井架的分类及各类井架的优缺点？
答：钻井井架按整体结构形式的主要特征可分为塔型井架，前开⼝井架、A形井架、桅形井架1）塔型井架整体稳定性好，承载能⼒⼤、可拆卸，不受运输条件限制，允许井架内部空间⼤，起下操作⽅便、安全，但单件拆装⼯作量⼤，⾼空作业，不安全。
2）前开⼝井架本体截⾯⽐塔形井架⼩、可分段运输
3）A形井架⼤腿是封闭的整体结构，承载能⼒和稳定性好。井架整体稳定性不理想
4）桅形井架结构简单、轻便，但承载能⼒⼩，只⽤于车装轻便钻机和修井机
6、钻机的动⼒驱动系统有哪些类型
机械驱动、电驱动、复合驱动、（机电复合驱动、交直流电复合驱动）
7、简述绞车、钻井泵、转盘和顶驱的功⽤。
答：绞车功⽤
1）⽤以起下钻具，下套管
调心滚子轴承2）钻进过程中控制钻压，送进钻具
3）借助猫头上、卸钻具螺纹，起吊重物及进⾏其他辅助⼯作
4）充当转盘的变速机构或中间传动机构
5）整体起放井架
钻井泵：⽤以提⾼洗井液的能⼒，进⾏洗井循环，或将⽔功率送⾄地下
转盘的功⽤
加强筋
1.转动井中钻具，传递⾜够⼤的扭矩和必要的转速。
2.下套管或起下钻时，承托井中全部套管柱或钻杆柱的重量。
3.完成卸钻头、卸扣，处理事故时倒扣、进扣等辅助⼯作；涡轮钻井时，转盘制动上部钻杆柱，以承受反扭矩。
顶驱：可完成旋转钻进、倒划眼、循环钻井液、接钻杆、下套管和上卸管柱螺纹
8、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
9、铣齿⽛轮钻头和镶齿⽛轮钻头有哪些不同？
答：⽛轮钻头按材料不同分为铣齿（钢齿）和镶齿（硬质合⾦齿）两⼤类。
铣齿⽛轮钻头的⽛齿是由⽛轮⽑胚铣削加⼯⽽成，主要是楔型齿。
镶齿⽛轮钻头是在⽛轮上钻出孔后，将硬质合⾦材料制成的齿镶⼊孔中。
10、⽛轮钻头有哪⼏副轴承？按结构不同可分为⼏类？滑动轴承有什么特点？
答：有⼤、中、⼩和⽌推轴承。钻头轴承按结构分为滚动轴承和滑动轴承两⼤类。滑动轴承特点是承压⾯积⼤，载荷分布均匀，吸收振动好
11、⽛轮钻头的储油润滑密封系统包括⼏部分？其作⽤是什么？
答：储油囊、护膜杯、压盖、密封圈。
⽛轮钻头的储油润滑密封系统既能保证轴承得到润滑⼜可以有效地防⽌钻井液进⼊钻头的轴承内，⼤幅度地提⾼了轴承以及钻头的使⽤寿命。
12、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。
13、国产三⽛轮钻头有哪个系列？试解释8 ? HP5的含义？
答：普通钻头Y、喷射式钻头P、密封钻头MP、密封保径钻头MPB、滑动轴承钻头HP、滑动保径钻头
HPB、镶齿密封钻头XMP、镶齿滑动轴承钻头XHP8个系列。
8 ? HP5表⽰⽤于中硬地层、直径为8 ?英⼨的铣齿滑动密封喷射式三⽛轮钻头。
14、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，适合于⼩井眼钻井。
（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。
15、⾦刚⽯钻头常⽤的⽔⼒结构有⼏种？有何优点？
答：1逼压式⽔槽⼀般⽤于软地层钻头
2、辐射式⽔槽⼀般⽤于软到中硬地层钻头
3、辐射形逼压式⽔槽常⽤于中硬到硬地层
4、螺旋形⽔槽常⽤⾼转速条件
16、天然⾦刚⽯钻头是怎样破碎岩⽯的？适⽤钻什么样的地层?
答：⾦刚⽯钻头的破岩作⽤是由⾦刚⽯颗粒完成的。在钻压和旋转扭矩的作⽤下，⾦刚⽯颗粒连续施加给井底岩⽯以正压⼒和切向⼒，使岩⽯破碎，主要破岩⽅式有压碎、剪切、切削、研磨等。
表镶⾦刚⽯⼀般⽤于钻进中硬-硬的完整均质地层。
孕镶⾦刚⽯⽤于硬-坚硬的地层、软硬不均的地层、裂隙性地层、⾼研磨地层和坚硬地层。17、“PDC”含义是什么？有哪些特点?
答：“PDC”是聚晶⾦刚⽯复合⽚的简称，分为柱状⽚和⽚式⽚。济南丝足
聚晶⾦刚⽯复合⽚的特点：
强度和耐磨性极⾼，且不易破裂；具有可焊性；具有⾃锐作⽤；抗冲击性能较差不能承受较⼤的冲击载荷；热稳定性较差。
18、PDC钻头切削齿的后倾⾓和侧倾⾓的定义，各起什么作⽤？
答：后倾⾓是指切削齿⼯作⾯与井底岩⾯外法线的夹⾓
侧倾⾓是指切削齿⼯作⾯与过齿⾯中⼼的钻头径向线的夹⾓
后倾⾓的主要作⽤是使切削⼯作刃能有效的吃⼊岩⽯，并有较好的抗冲击性。
侧倾⾓的作⽤是使切削齿在切削地层时对齿前岩屑产⽣⼀个侧向推⼒，提⾼切削齿的排屑能⼒，防⽌钻头泥包。
19、PDC钻头是怎样破碎岩⽯的？适⽤于什么样的地层?
答：PDC钻头以切削⽅式破碎岩⽯。在钻压和旋转扭矩的共同作⽤下，钻头在井下做旋转和给进运动，连续侵⼊并剪切破碎岩⽯，将岩⽯⼀层层的剥离井底，从⽽使井不断加深。
PDC钻头适⽤于软到中等硬度地层，但是PDC钻头钻进的地层必须是均质地层，以免冲击载荷，含砾⽯的地层不能使⽤PDC
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