中國石油大學北京2019春季期末考試-鉆井工程參考答案

中國石油大學（北京）遠程教育學院期末考試《鉆井工程》一、名詞解釋（每小題5分，共20分）1、井斜方位角答：井斜方位角：某測點處的井眼方向線投影到水平面上，稱為井眼方位線，或井抖方位線。以正北方位線為始邊，順時針方向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過角度，即井眼方位角。注意，正北方位線是指地理子午線沿正北方向延伸線段。所以正北方位線和井眼方位線也都是有向線段，都可以用矢量表示。2、硬關(guān)井答：發(fā)現(xiàn)井涌后，在節(jié)流閥關(guān)閉的情況下關(guān)閉防噴器。本方法關(guān)井最迅速，地層流體侵入井眼最少。但在防噴器關(guān)閉期間，由于環(huán)空流體由流動突然變?yōu)殪o止，對井口裝置將產(chǎn)生水擊作用。其水擊波又會反作用于整個環(huán)空，也作用于套管鞋處及裸眼地層。嚴重時，可能損害井口裝置，并有可能壓漏套管鞋處地層及下部裸眼地層。.欠平衡鉆井答：所謂欠平衡壓力鉆井，即在鉆井過程中允許地層流體進入井內(nèi)，循環(huán)出井，并在地面得到控制。其主要標志為井底有效壓力低于地層壓力。由此可見，采用密度低于1.0g/cm，的鉆井液鉆井，未必是欠平衡鉆井，而在壓力系數(shù)低于1.0的油氣藏進行欠平衡鉆井則必須采用低密度鉆井液。實際上欠平衡鉆井既可以在低壓油氣藏進行，只要滿足欠平衡壓力條件，也可以在較高地層壓力且井眼穩(wěn)定的油氣藏進行。.巖石的可鉆性答：巖石可鉆性是巖石抗破碎的能力?？梢岳斫鉃樵谝欢ㄣ@頭規(guī)格、類型及鉆井工藝條件下巖石抵抗鉆頭破碎的能力。可鉆性的概念，已經(jīng)把巖石性質(zhì)由強度、硬度等比較一般性的概念，引向了與鉆孔有聯(lián)系的概念，在實際應(yīng)用方面占有重要的地位。通常鉆頭選型、制定生產(chǎn)定額、確定鉆頭工作參數(shù)、預(yù)瀏鉆頭工作指標等都以巖石可鉆性為基礎(chǔ)。二、簡答題（每小題10分，共40分）.鐘擺鉆具組合的防斜原理答：鐘擺鉆具原理如圖所示。當鐘擺擺過一定角度時，在鐘擺上會產(chǎn)生一個向回擺的力Gc，稱作鐘擺力，Gc=G.sina。顯然，鐘擺擺過的角度越大，鐘擺力就越大。如果在鉆柱的下部適當位置加一個扶正器，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(chǎn)生一個鐘擺力。此鐘擺力的作用是使鉆頭切削井壁的下側(cè)，從而使新鉆的井眼不斷降斜。.鉆井液的功用答：鉆井液在鉆井中的重要性是通過它在鉆井過程中的功用表現(xiàn)出來的。鉆井液通過以下路線沿井眼周而復(fù)始地循環(huán)。鉆井液在鉆桿內(nèi)向下循環(huán)，通過鉆頭水眼流出，經(jīng)過井壁（或套管）和鉆桿的環(huán)形空間上返。鉆井液攜帶著鉆屑經(jīng)過振動篩，鉆屑留在篩布上面，鉆井液流經(jīng)鉆井液槽到鉆井液池。去掉鉆屑后的鉆井液被鉆井泵從鉆井液池吸入并泵入鉆桿內(nèi)，開始下一個循環(huán)。在該循環(huán)過程中，鉆井液具有以下功用。1）從井底清除巖屑，經(jīng)鉆頭破碎下來的巖石碎屑叫鉆屑或巖屑，隨著鉆井過程的不斷進行，必須將井底的巖屑及時地清除出去，以利于提高鉆速和減少鉆井事故。雖然重力傾向于使鉆屑向井底滑落，知果鉆井液在環(huán)形空間向上的流速大于滑落速度，則巖屑就可被帶出井眼。清除鉆屑的效率與鉆井液的密度、鉆井液的粘度和切力、鉆井液的流型等因素有關(guān)2）冷卻和潤滑鉆頭及鉆柱，鉆進中，鉆頭摩擦部分以及鉆柱與地層接觸處會產(chǎn)生很大熱量，這些熱量很難由地層傳遞出去，但熱量從摩擦部位傳到鉆井液中后，隨著循環(huán)該熱量就會被帶到地面大氣中。鉆井液中加有各種類型的添加#1，尤其是潤滑齊」類，鉆井液具有好的潤滑性能，這有利于減少扭矩、延長鉆頭壽命、降低泵壓、提高鉆速。3）造壁性能，性能良好的鉆井液在井壁上形成一層比地層滲透性低得多的濾餅，一方面鞏固井壁，防止井壁坍塌，同時阻止濾液進入地層。在鉆井液中加入膨潤土并進行化學處理，改善膨潤土的顆粒度分布，增加鉆井液中膠體顆粒含量，可使鉆井液的造壁性能得到改善。4）控制地層壓力。地層壓力的合理控制，取決于鉆井液的密度。正常情況下地層的壓力為地層水柱產(chǎn)生的壓力。一般情況下，鉆進過程中混入的鉆屑加上水的質(zhì)量足以平衡地層壓力。然而有時存在地層壓力異常，不注意會引起井漏或井噴。5）循環(huán)停止時懸浮鉆屑和加重材料，防止下沉良好的鉆井液在循環(huán)停止后都具有切力，即具有懸浮鉆屑和加重材料的能叫鉆井工程理論與技術(shù)力，否則這些固相顆粒沉于井底，造成反復(fù)研磨和沉砂卡鉆等事故。循環(huán)恢復(fù)后，鉆井液又呈液體狀態(tài)可把鉆屑等粗顆拉帶到地面。6）從所鉆地層獲得資料，從鉆井液攜帶出的巖屑分析和鉆井液中的油氣顯示，可以判斷所鉆地層是否含油氣資源。從鉆井液性能變化和濾液分析可以知道是否鉆遇到巖鹽層、鹽膏層和鹽水層等。7）傳遞水力功率，鉆井液是將有用的水功率從地面?zhèn)鬟f到鉆頭及井底動力鉆具的媒介。鉆井液的類型、排量、流動特性和固相含量等是影響水力功率傳遞的重要因素。.射流清潔井底的機理答：射流對井底的清洗作用，射流撞擊井底后形成的井底沖擊壓力波和井底漫流是射流對井底清洗的兩個主要作用形式。(1)射流的沖擊壓力作用。射流撞擊井底后形成的沖擊壓力波并不是作用在整個井底，而是作用在小圓面積上。就整個井底而言，射流作用的面積內(nèi)壓力較高，而射流作用的面積以外壓力較低。在射流的沖擊范圍內(nèi)。沖擊壓力也極不均勻，射流作用的中心壓力最高，離開中心則壓力急劇下降。另外，由于鉆頭的旋轉(zhuǎn)，射流作用的小面積在迅速移動，本來不均勻的壓力分布又在迅速變化。由于這兩個原因。使作用在井底巖屑上的沖擊壓力極不均勻，極不均勻的沖擊壓力使巖屑產(chǎn)生一個翻轉(zhuǎn)力矩，從而離開井底。這就是射流對井底巖屑的沖擊翻轉(zhuǎn)作用。(2)漫流的橫推作用。射流撞擊井底后形成的漫流是一層很薄的高速液流層，具有附面射流的性質(zhì)。研究表明，在表面光滑的井底條件下，最大漫流速度出現(xiàn)在小于距井底0.5mm的高度范圍內(nèi)，最大漫流速度值可達到射流噴嘴出口速度的50%-80%.噴嘴出口距井底越近，井底漫流速度越高。正是這層具有很高速度的井底漫流，對井底巖屑產(chǎn)生一個橫向推力，使其離開原來的位笠.而處于被鉆井液攜帶并隨鉆井液一起運動的狀態(tài)。因而，井底漫流對井底清洗有非常重要的作用。.鉆柱的功用答：(一)鉆柱的功用，鉆柱在鉆井過程中的主要作用：(1)為鉆井液由井口流向鉆頭提供通道；(2)給鉆頭施加適當?shù)膲毫?鉆壓)，使鉆頭的工作刃不斷吃入巖石；(3)把地面動力(扭矩等)傳遞給鉆頭，使鉆頭不斷旋轉(zhuǎn)破碎巖石；(4)起下鉆頭；(5)根據(jù)鉆柱的長度計算井深。2.鉆柱的特殊作用，(1)通過鉆柱可以觀察和了解鉆頭的工作情況、井眼狀況及地層情況等；(2)進行取心、擠水泥、打撈井下落物、處理井下事故等特殊作業(yè)；(3)對地層流體及壓力狀況進行測試與評價，即鉆桿瀏試，又稱中途測試。三、課程設(shè)計(共40分)設(shè)計任務(wù)：XX油區(qū)XX凹陷一口直井生產(chǎn)井的鉆井與完井設(shè)計。地質(zhì)設(shè)計摘要地質(zhì)概況該探井位于504和45地震測線交點，距XX省XX市東500m，所在的地質(zhì)構(gòu)造為乂乂凹陷，該井海拔較低，鉆該井目的是通過打開0層來了解該層的油氣情況J礦大該油區(qū)的勘探范圍，增加油區(qū)的總體油氣后備儲量。表A-1井別探井井號A5設(shè)計井深目的層Q.井位坐標地面海拔m 50縱（）m 4275165橫（y）m 20416485測線位置504和45地震測線交點地理位置XX省XX市東500m構(gòu)造位置XX凹陷鉆探目的了解XX構(gòu)造Q7含油氣情況，擴大勘探區(qū)域，增加后備油氣源完鉆原則進入0150m完鉆完井方法先期裸眼層位代號底界深度，m分層厚度，m主要巖性描述故障提示A280礫巖層夾砂土，未膠結(jié)滲漏B600320上部礫巖，砂質(zhì)礫巖，中下部含礫砂巖滲漏C1050450中上部含礪砂巖、夾泥巖和粉砂質(zhì)泥巖；下部礪狀砂巖，含礪砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖不等厚互層防塌D1600泥巖、砂質(zhì)泥巖、礪狀砂巖、含礪砂巖不等厚互層，泥質(zhì)粉砂巖防漏防斜E1900300砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、夾礪狀砂巖、含礪砂巖防斜防漏F32650750泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖防斜F2J2900250泥巖夾鈣質(zhì)砂巖，夾碳質(zhì)條帶煤線，中部泥巖夾煤層、下部泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖防斜、塌、卡F2K3150250泥巖為主，泥質(zhì)粉砂巖，中粗砂巖，砂礫巖間互F13500350泥巖、泥質(zhì)砂巖、下部灰褐色泥巖防漏、噴、卡Qj3650(未穿)150深灰，淺灰色灰?guī)r為主，間夾褐，磚紅色泥巖防漏、噴、卡地質(zhì)基本數(shù)據(jù)井號：A5井別：生產(chǎn)井井位：(1)井位座標：縱(X)4275165橫(Y)20416485(2)地面海拔：50m(3)地理位置：XX省XX市東500m(4)構(gòu)造位置：XX凹陷(5)過井測線：504和45地震測線交點設(shè)計井深：H=3000+4X100+76X3=3628m (學號：)目的層：Qj層，底層深度3628m，分層厚度150m完鉆層位：A、B、C、D、E、F3、F2J、F2K、F1、QJ完鉆原則：先期裸眼完井鉆探目的：了解乂乂構(gòu)造Qj含油氣情況，擴大勘探區(qū)域，增加后備油氣源井身結(jié)構(gòu)設(shè)計井下復(fù)雜情況提示2.1.1在本井的鉆井過程中，現(xiàn)場有關(guān)技術(shù)人員充分了解、分析鄰井事故復(fù)雜情況，防止事故的發(fā)生，及時處理好工程復(fù)雜。注意觀察地震對鉆井影響：①井漏：井漏深度及層位；②井斜：易斜井段及對應(yīng)層位；③井噴：易井噴井段及對應(yīng)層位。2.1.2進入目的層，應(yīng)根據(jù)實鉆情況及時調(diào)整泥漿密度，注意防噴、防漏和防卡，一方面要搞好油氣層的發(fā)現(xiàn)，保護工作，另一方面要切實搞好井控工作，確保安全施工。2.1.3根據(jù)XX油田分公司鉆開油氣層申報制度要求，由地質(zhì)監(jiān)督以書面形式向鉆井監(jiān)督和井隊提出油氣層預(yù)告；原則：1）鉆揭目的層前7天。2）目的層提前或非目的層發(fā)現(xiàn)油氣顯示要立即通知。3）鄰井沒有發(fā)現(xiàn)HS氣體，但本井應(yīng)密切監(jiān)控。行業(yè)標準中H2S的安全臨2界濃度為20mg/m3（約14PPm）,若發(fā)現(xiàn)H2S,無論濃度高低，都要向勘探事業(yè)部的鉆井技術(shù)部及HSE管理辦公室、生產(chǎn)技術(shù)處和質(zhì)量安全環(huán)保處報告，同時作業(yè)隊伍要向所屬的上級部門報告。地層可鉆性分級及地層壓力預(yù)測地層可鉆性分級地層ABCDEF3F2JF2KF1QJ可鉆性值0.611.392.1633.57.35.24.9

壓力剖面預(yù)測井身結(jié)構(gòu)設(shè)計系數(shù)鉆探目的層為灰?guī)r地層，確定完井方法為先期裸眼完井。根據(jù)地質(zhì)情況鉆達目的層過程中不受鹽巖，高壓水層等復(fù)雜地層影響，故井身結(jié)構(gòu)設(shè)計按地層壓力和破裂壓力剖面進行。井深結(jié)構(gòu)設(shè)計系數(shù)如下表所示。名稱S①g/cm3Sgg/cm3Sfg/cm3Skg/cm3APNMPaAPaMPa數(shù)值0.050.050.030.051520來源理論計算理論計算區(qū)域資料統(tǒng)計區(qū)域資料統(tǒng)計區(qū)域資料統(tǒng)計區(qū)域資料統(tǒng)計鉆井液的壓力體系最大鉆井液密度Pmax二PpmJ^b ^T)式中Pmax——某層套管鉆進井段中所用最大泥漿密度，g/cm3；Ppmax——該井段中所用地層孔隙壓力梯度等效密度，g/cm3；Sb——抽吸壓力允許值的當量密度，取0.036g/cm3。發(fā)生井涌情況p=p+S+S+—pmax (2-2)fnkpmaxbfHniP——第n層套管以下井段發(fā)生井涌時，在井內(nèi)最大壓力梯度作用下，fnk上部地層不被壓裂所應(yīng)有的地層破裂壓力梯度，g/cm3；Hni——第n層套管下入深度初選點，m；Sk——壓井時井內(nèi)壓力增高值的等效密度,取0.06g/cm3；s于——地層壓裂安全增值，取0.03g/cm3。校核各層套管下到初選點時是否會發(fā)生壓差卡套妨.2=9.81^Hmm(Ppmax+SLp_J'(2-3)Apn——第n層套管鉆進井段內(nèi)實際的井內(nèi)最大靜止壓差，MPa；Ppmin——該井段內(nèi)最小地層孔隙壓力梯度等效密度，g/cm3；AP——避免發(fā)生壓差卡套的許用壓差，取12MPa；Hmm——該井段內(nèi)最小地層孔隙壓力梯度的最大深度，m。套管層次的確定.確定油層套管下入深度H1因為井深H=3628m,所以油層套管下入深度H1=3628m。

.確定第技術(shù)套管下入深度H2(1)初選點H2i試取H試取H2i=310m參考臨井基本參數(shù),pf310=1.60g/cm3,ppmax=1.12g/cm3由公式3-2pf2kpf2k=1.12+0.036+0.03+3628x0.060310p=1.888(g/cm3)因為Pf2k<P且相近，f因為Pf2k<P且相近，f950則初選點下入深度H2i=310m。(2)校核H2i=310在此井段,ppmax=1.12g/cm3,ppmin=0.85g/cm3,Hmm=163m。由公式3-3AP=9.81x163X(1.12+0.036-0.85)x10-3r2AP=0.17126(MPa)r2因為AP<AP,所以不會產(chǎn)生壓差卡套，則確定此級套管的下入深度r2310m。.確定第表層套管下入深度H3(1)試取H3:80m參考臨井基本參數(shù)，p=0.85g/cm3,pf80=1.50g/cm3參考鄰井資料的鉆井液性能指標的數(shù)據(jù)：在0-163m的井段上鉆井液的密度范圍為1.1-1.2g/cm3,在這里我們試取鉆井液密度為1.15g/cm3由公式3-2和3-1310x160pf3k=1.15+0.03+—80—p=1.4125(g/cm3)因為Pf3k<0尸00且相近，則初選點下入深度H3「80m。(2)校核H3i=80m在此井段,Ppmax=0.85g/cm3,Ppmin=0.85g/cm3,Hmm=80m。由公式3-3AP3=9.81x80x(1.2-0.85)x10-3AP3=0.27468(MPa)因為AP3<AP,所以不會產(chǎn)生壓差卡套，則確定此級套管下入深度為80m。套管尺寸與井眼尺寸的選擇與配合1.查《鉆井手冊(甲方)》，選擇以下鉆頭與套管如下：表2-1鉆頭與套管的選擇井號項目鉆頭尺寸(mm)下深(m)套管外徑(mm)SJ0089表層444.580339.7SJ0089技術(shù)215.9310244.5SJ0089油層215.92000139.73套管柱強度設(shè)計油層套管柱設(shè)計按抗外擠強度設(shè)計由下向上選擇第一段套管8D=p1xSD=1.156x9.81x2000x10一3x1.1258D=25.515MPa查《鉆井手冊(甲方)》，選擇第一段套管

表3-1第一段套管鋼級選擇鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉強度（t）抗擠強度（MPa）內(nèi)徑(mm)J-55139.76.9923.07100.727.855125.73.1.2確定第二段套管的下入深度和第一段套管的使用長度1.查《鉆井手冊（甲方）》，選擇第二段套管表3-2第二段套管鋼級選擇鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉強度⑴抗擠強度（MPa）內(nèi)徑(mm)J-55139.76.220.8385.721.512127.3=1686.17mD= 21512 =1686.17m21.156x0.00981x1.125Dj1618.17(m)實際取D2=1618(m)第一段套管使用長度L1=D1-D2=2000-1618L1=382(m)圓整進到390m2.雙軸應(yīng)力校核o=LqK二390x23.07x9.81x10-3x11567.85=12.998KN查《鉆井手冊（甲方）》。［1103.2KN6 12.9986 12.998廠―1103.2=0.01178PgD2SD=1.156x0.00981x1610x1.125=20.54KNox3=27.855x0.9645=26.866oSo故pgDS<o義一2D oS滿足雙軸應(yīng)力校核3.抗拉強度校核5工xS=12.998x1.8=23.39<987.5滿足抗拉強度要求。18.0463.1.3確定第二段使用長度和第三段可下入深度18.046表3-3第三段套管鋼級選擇鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉強度⑴抗擠強度（MPa）內(nèi)徑（mm）H-40139.76.220.835918.064127.3=1414m==1414m31.156x0.00981x1.125實際取D3=1414(m)第二段使用長度L2=D2-D3=1618-1414=204（m），取第二段套管長度200m；2.雙軸應(yīng)力校核o=LqKB+12.998=200x0.2043x0.85+12.998=47.729KN查《鉆井手冊（甲方）》。［987.5KN故號=47.729=0.04835 987.5SpgD3SD=1.156x0.00981x1414=16.04ox0^=21.512x0.9612=20.67oS故pgDS<o義乙2D OS滿足雙軸應(yīng)力校核3.抗拉強度校核5/義S=47,729義1.8=85.912<840.7滿足抗拉強度要求。3.1.4確定第三段使用長度和第四段可下入深度表3-3第三段套管鋼級選擇鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉強度（t）抗擠強度（MPa）內(nèi)徑（mm）K=55139.76.220.83108.421.512127.3按計算D= 13.0367 =1021m41.156x0.00981x1.125L3=D4-D3=393m在這里我們?nèi)3=400m1.抗拉強度校核由公式o=LqKB+47.729=400x0.2043x0.85+47.729=118.52KN2.抗拉強度校核5ZxS=118.52x1.8=213.39<578.3滿足抗拉強度要求。所以第四段套管的長度為:L4=L-L1-12-L3=2000-390-200-400=10103校核第四段套管第四段套管主要所受最大拉應(yīng)力抗拉強度校核：o=LqK+118.52=1010x0.2043x0.85+118.52=293.91<578.3KN井口內(nèi)壓校核：=1.298>1,12=1.298>1,12PgD―1.156x0.00981x2000滿足井口內(nèi)壓校核，所以滿足要求3.2技術(shù)套管柱的設(shè)計技術(shù)套管段最大鉆井液密度為1.15g/cm3p=1.156x9.8x310x1.125c1p=3.95MPa查《鉆井手冊（甲方）》，選擇第一段套管井深（m）鋼級單位重量（kg/m）壁厚（mm）內(nèi)徑（mm）抗拉強度（t）抗擠強度（kg/cm2）120-310H-4047.627.72228.6115.296.3選取抗擠強度為9.446MPa，故滿足抗擠強度校核。1.抗拉強度校核o=LqK=310x0.467x0.85=123.05KN。xs=231.16x1.8=416.1<911.9滿足抗拉強度要求。2.井口內(nèi)壓校核=4.45=4.45>1,12PgD~1.156x0.00981x310滿足井口內(nèi)壓校核，技術(shù)套管設(shè)計完畢。

表3.3層套管柱的設(shè)計查《鉆井手冊（甲方）》，選擇第一段套管井深（m）鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉強度⑴抗擠強度（kg/cm2）內(nèi)徑（mm）0-80H-40339.78.3871.43146.152323表層套管段的最大鉆井液密度為1.15g/cm3p1=1.15x9.81x80x1.125

p=1.015MPac1選取的抗擠強度為5.102MPa，故滿足抗擠強度校核。1.抗拉強度校核o=LqK=80x0.7001x0.85=47.61KN5zxS=47.61x1.8:85.69<578.3滿足抗拉強度要求。2.井口內(nèi)壓校核p_11.928p_11.928PiPgD=13.21>1,121.15x0.00981x804鉆柱組合和強度設(shè)計鉆鋌的設(shè)計根據(jù)五茲和魯賓斯基理論得出，允許最小鉆鋌的最小外徑為：允許最小鉆鋌外徑=2倍套管接箍外徑-鉆頭直徑。鉆鋌長度取決于選定的鉆鋌尺寸與所需鉆鋌重量。4.1.1所需鉆鋌重量的計算公式m=WmTS.Kbm——所需鉆鋌的重量，kN;Wm——所需鉆壓；Sf——安全系數(shù)，此取Sf=1.2；Kb——浮力系數(shù)；Lc——所需鉆鋌的長度，m；Ldp——所需鉆桿的長度，m；qc——每次開鉆所需鉆鋌單位長度重量；N——每次開鉆所需鉆鋌的根數(shù)；每根鉆鋌的長度9.1m。4.1.2計算鉆柱所受拉力的公式.鉆柱所受拉力P=[(Ldpxqdp+Lcxqdp)]\P—-鉆柱所受拉力，kN;P外擠二PdgLP外擠 鉆桿所受外擠壓力,MPa。4.2鉆鋌長度的計算一次開鉆鉆具組合（4-1）（4-2）（4-3）1.鉆鋌長度的確定選鉆鋌外徑203.2mm,內(nèi)徑71.4mm,q=2190N/m。此時Kb=0.858,W=40KNL=cS、?W_1.2x40『kb 2.19x0.858=25.54m從而實際用3根，實際長度3x9.1=27.3(m)2.鉆桿長度計算及安全校核鉆桿外徑139.7mm,內(nèi)徑121.4mm,q=319.71N/m,鋼級E級F=1945.06KN,St=1.3(1)安全系數(shù)校核：Fa1=0.9F/S=0.9x1945.06/1.3=1346.58KN(2)卡瓦擠毀校核Fa2=0.9F/(。/o)=0.9x1945.06/1.42=1232.78KN(3)動載校核：Fa3=0.9Fy-MOP=0.9x1945.06-400=1350.5KN較三種安全校核知卡瓦擠毀校核計算的最小則鉆桿Lp=（Fa2-qcxLcxKb）/（qxKb）=4307.08m>80m從而實際用鉆桿：80-27.3=52.7m校核抗擠度：P外擠=p…x1000x9.8x（80-27.3）0.568MPa<。D=58.21MPa故安全校核所選鉆鋌及鉆桿滿足要求。二次開鉆鉆具組合1.鉆鋌長度的確定選鉆鋌外徑203.2mm，內(nèi)徑71.4mm，q=2190N/m。此時Kb=0.852,W=180KNL=c=115.7mS、?W_1.2x180

；：院2.19xL=c=115.7m從而實際用13根，實際長度13x9.1=118.3（m）2.鉆桿長度計算及安全校核鉆桿外徑139.7mm，內(nèi)徑118.6mm，q=360.59N/m，鋼級E級F=1945.06KN，S=1.3（1）安全系數(shù)校核：Fa1=0.9Fy/St=0.9x1945.06/1.3=1346.58KN(2)卡瓦擠毀校核Fa2=0.9Fy/(oy/ox)=0.9x1945.06/1.42=1232.78KN

（3）動載校核：Fa3=0.9F-MOP=0.9x1945.06-400=1350.55KN較三種安全校核知卡瓦擠毀校核計算的最小則鉆桿Lp=（Fa2-qxLxKb）/（qxKb）=3294.2m>310m從而實際用鉆桿：310-118.3=191.7m校核抗擠度：P外擠Pgh=1.15x1000x9.8x（310-118.3）=2.1605MPa<。D=58.21MPa故安全校核所選鉆鋌及鉆桿滿足要求。三次開鉆鉆具組合1.鉆鋌長度的確定此時Kb=0.839，W=180KNL=cS此時Kb=0.839，W=180KNL=cSN?Wq-k1.2x1801.212x0.839=212.41m從而實際用24根，實際長度24x9.1=218.4（m）2.鉆桿長度計算及安全校核鉆桿外徑127mm，內(nèi)徑112mm，q=237.73N/m，鋼級E級F=176631KN，S=1.3yt（1）安全系數(shù)校核：Fa1=0.9Fy/St=0.9x1760.31/1.3=1218.676KN(2)卡瓦擠毀校核Fa2=0.9F/(。/。)=0.9x1760.31/1.42=1115.68KN(3)動載校核：Fa3=0.9Fy-MOP=0.9x1760.31-400=1184.279KN較三種安全校核知卡瓦擠毀校核計算的最小則鉆桿 Lp=(Fa2-qcxLcxKb)/(qxKb)=4480.17m>2000m從而實際用鉆桿：2000-218.4=1781.6m。校核抗擠度：P外擠Pgh=1.25x1000x9.8x(2000-218.4)=21.825MPa＜。D=68.96MPa綜上安全校核所選鉆鋌及鉆桿滿足要求。鉆具選擇表項目鉆頭尺寸(mm)鉆鋌外徑(mm)鉆鋌長度(m)鉆桿外徑(mm)一開444.5203.225.54139.7二開215.9203.2118.3139.7三開215.9152.4218.41275鉆井液設(shè)計鉆井液的選擇井筒內(nèi)鉆井液體積V=—D2L (5-1)bi4biiVbi——第i次開鉆時井筒內(nèi)鉆井液的體積，m3；Dbi——第i次開鉆時鉆頭的直徑，m；Li——第i層套管的下入深度，m；P加—一所加入的重晶石的密度，取4200kg/m3；P重—一加入重晶石粉后鉆井液的密度，kg/m3；P原—一加入重晶石之前的鉆井液的密度，kg/m3。5.1.2需要加入粘土的量PV(P-P)W=土泥泥—(5-2)土 P土-P水式中P土——所加入粘土的密度，取2000kg/m3；p水——水的密度，取1000kg/m3；P原—一加入粘土前鉆井液的密度，kg/m3。V原—一所配鉆井液的最大體積，m3。5.1.3需要加入清水的量Q=V-^土 (5-3)水原p水式中 W土一一所加入的粘土的量，t；p水——水的密度，取1000kg/m3。W=PJ(P重—p原) (5-4)加P加-重式中P加—一所加入的重晶石的密度，取4200kg/m3；P重—一加入重晶石粉后鉆井液的密度，kg/m3；P原——加入粘土前鉆井液的密度，kg/m3。參考臨井資料，一開和時鉆井液的密度為1.15g/cm3，二開和三開時鉆井液密度同為1.156g/cm3，無須改變鉆井液的密度。鉆井液體最大積的計算一次開鉆井筒內(nèi)鉆井液體積由公式5-1V=-(0.4445)2x80b1 4Vb1=12.41(m3)二次開鉆井筒內(nèi)鉆井液體積由公式5-1V=-(0.2159)2x310b2 4Vb2=11.34(m3)

三次開鉆井筒內(nèi)鉆井液體積由公式5-1V=-（0.2159）2X2000b3 4Vb3=73.18（m3）一般泥漿池內(nèi)要存儲備用50m3鉆井液，取循環(huán)浪費20m3鉆井液，所以V原＞50+20+73.18，所以V原＞143.18m3C原二160山3。鉆井液密度的轉(zhuǎn)換一次開鉆時由公式5-4W=加P”（P重—P原）P加一P重2X103X210(1.2-1)X10W=加P”（P重—P原）P加一P重(2-1)X103 (2-1)X103W加=48(t)所以加入黏土的量為48tQ=V原水Wj二160-Q=V原水Wj二160-P水48x1031X103=112m3一次開鉆到二次開鉆時需要重晶石質(zhì)量Vp（P-p）由公式G=上空一加——心得重 P重-P加=4.032tG=160x4.2x103(1.156-1.15)x103=4.032t重 (4.2-1.156)x103所以需加重晶石4.032t。

6鉆井水力參數(shù)設(shè)計泵的選擇保證井壁不被沖刷相關(guān)公式―1517.83(D—D)n?V2-n?p]Z= H P a 500n?n0.387?K式中Z——流態(tài)值，808；DH——井眼直徑，cm；Dp 鉆具外徑，cm；n——流性指數(shù)；K 稠度系數(shù),Pa，sn;P——鉆井液密度，g/cm3。Q=—(D2-D2)xu4HPamaxQ=―(D2-D2)Xu4HPslmin6.1.2臨界井深確定公式1．第一臨界井深0.357Pr aDcr1=^qt-mr式中a=k+k-mxL（6-1）（6-2）（6-3）（6-4）（6-5）（6-6）k=0.51655p0.8

gdLLLL口0.2(U（6-1）（6-2）（6-3）（6-4）（6-5）（6-6）k=0.51655p0.8

gdLLLL口0.2(U+ 2-+ 3-+ 4-pvd4.8d4.8d4.8d4.81234k=p0.8u0.2LPdpvp[—+

d4.8

pi0.57503(d-d)3(d+d)

hphp-]1.8(6-7)(6-8)0.51655k=P00.51655k=P0-8h0.2L[ cdpvc d4.8ci0.57503+ (d—d)3(d+d)1.8

hchc(6-9)式中d1,d2,d3,d4——地面高壓管線，水龍帶和水龍頭，方鉆桿的內(nèi)徑，m；L1,L2,L3,L4——地面高壓管線，水龍帶和水龍頭，方鉆桿的長度，m；dpi,dp,dci,d0——分別為鉆桿,鉆鋌的內(nèi)徑和外徑，m；B——常數(shù)，內(nèi)平鉆桿取0.51655；LP,Lc——分別為鉆桿和鉆鋌的長度，m；kg,kp,kc——分別為地面管匯，鉆桿內(nèi)外，鉆鋌內(nèi)外的壓力損耗系數(shù)；d卜 井徑，m；dc 鉆具外徑，m；口—-鉆井液的塑性粘度，Pa?s；hpvpr——泵的最大工作壓力，kW；Qr——泵的最大排量，m3/s2.第二臨界井深(6-10)D=皿cr2mQ1.8a(6-10)Qa——鉆井液攜帶巖屑最小速度對應(yīng)泵的排量，m3/s。6.1.3一開時泵的排量計算DH=444.5mm,DP=139.7mm,n=0.65,K=0.3,Z=808,P=1.1g/cm3(6-11)(6-12)(6-13)u=(6-11)(6-12)(6-13)0二u-d(p-p)23u:0.00707——sd—sl P13H13de

由公式(6-11)(6-12)(6-13)得攜巖最低返速u'=0.6(m/s)由公式6-2-兀公_. 兀/Q =—(D2一D2)xu=_(0.44452一0.139.72)x1.21max4HPa4Q1max=167.73(l/s)由公式6-3Q,.二-(D2一D2)xu=-(0.44452-0.13972)x0.61mm4Hpsl4Q1min=83.868(l/s)6.1.4二開時泵的排量計算DHDH=215.9mm,Dp=139.7mm,n=0.65,K=0.3,Z=808,p=1.1g/cm3uZ=808,p=1.1g/cm3u=1.2m/sU=U-d(P-p)23u:0.00707一-s一d一sl p13R13de(6-11)(6-12)(6-13)由公式(6-11)(6-12)(6-13)得攜巖最低返速u「0.6(m/s)由公式6-2Q=-(D2-D2)xu=-(0.21592-0.139.72)x1.21max4Hpa4Q1max=25.53(l/s)由公式6-3Q,.二-(D2-D2)xu=-(0.21592-0.13972)x0.61min4Hp sl41min=12.76(l/s)1min=12.76(l/s)6.1.5三開時泵的排量計算=1.25g/cm3DH=215.9mm,Dp=127mm,n=0.65,K=0.3,Z=808,=1.25g/cm3由公式6-2Q =-(D2—D2)XU=-(0.21592-0.1272)x1.23max4HPa4Q3max=28.72(l/s)由公式6-3Q=-(D2-D2)xu=-(0.21592-0.1272)x0.63min4HPsl4Q3min=14.36(l/s)表5-1泵的參數(shù)表井段泵型鋼套直徑（mm）最大工作壓力（MPa）泵速（沖/分）柴油機轉(zhuǎn)速（rpm）額定排量（l/s）一開3臺3NB-1300A16024112140034.32二開1臺3NB-1300A15027112140030.17三開1臺3NB-1300A15027112140030.176.2臨界井深的計算三開時第一臨界井深的確定當三開時，di=112mm,d=127mm,di=71.4mm,d=152.4mm,d=0.2m,p=1.156g/cm3,^=0.023Pa?s,djd=d=d=0.120m,1=50m,L2=30m,L3=20m,L4=16m。由公式6-7K=0.12975(1.156x103)0.8x0.0230.2(50+_20_+_20_+_J6_)g 0.1204.80.124.80.124.80.124.8Kg=5.346x10-4由公式6-6

Km=-p-=Km=-p-=(1.256x103)0.8x0.0230.2[p0.129750.144440-111964.8(0.22-0.127)(0.22+0.127》8=3.22*10-6由公式6-100.144440129750.14444K二(0.001156)0.8x0.0230.2x366[ +c 0.07144.8(0.2-0.1524)3(0.2+0.1524)1.8K=1.98x10-4c由公式6-5n=5.346x10-4+1.98x10-4—3.22x10-6x218.4n=2.94x10-5由公式5-4Dcr=10.357PraDcr=10.357Pra735.50.0375x 28.722.94x10-5mQ1.8 m3.22x10-6x28.721.83.22x10-6Dcr1=3785.36（m）泵的工作狀態(tài)的選擇因為Dcr1>2000m，所以全井段泵都以額定泵功率工作，即：。op=30.17Ls。噴嘴射流速度及射流沖擊力的設(shè)計因為噴嘴的當量直徑：d/r怒產(chǎn)'' b又D<Dpc所以Apb=Pr-(n+mD)Qr1.8=27.99-(2.94x10-5+3.22x10-6x2000)x28.721.8=27.32cm當量直徑de=40081PdQ；=2.12cm4C2AP' b若采用三個等直徑的噴嘴時：dd1=d2=d3=y=1.23cm?『3射流速度：射流速度：Vj=10-jQ-Vj=10-jQ-冗d24―10x28.72 A99m/— =165.622mm—x3.14x1.232 's4射流沖擊力：射流沖擊力：Fj=PFj=PdQ2_=5