鉆井工程課程設(shè)計(jì)

1、表A-1 鉆井工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、地質(zhì)概況29：井別： 探井 井號(hào)： 設(shè)計(jì)井深：3265m 目的層： 井位坐標(biāo)地理位置構(gòu)造位置測(cè)線(xiàn)位置鉆探目的進(jìn)一步了解構(gòu)造情況完鉆原則鉆穿J層完井方法射孔完井層位代號(hào)底界深度（M）主要巖性描述故障提示fPA320表層，未膠結(jié)滲漏1.0B480礫巖夾泥巖防斜1.231.02C1150砂礫巖防斜1.231.02D1472砂質(zhì)泥巖防斜1.321.09E1755泥巖、泥巖砂巖互層防蹋1.361.12F2170頁(yè)巖、泥巖防斜、防塌1.431.12G2700砂巖防漏1.571.18H3089泥巖、泥巖砂巖互層防斜1.711.21I3150泥巖防塌1.901.22J324

2、5砂巖防噴2.321.23當(dāng)量密度為：g/cm3表 A-2設(shè)計(jì)系數(shù)名稱(chēng)Swg/cm3Sgg/cm3Sfg/cm3Skg/cm3PNMPaPaMPa數(shù)值0.0240.0210.0260.0231420備注石工專(zhuān)業(yè) 石工（卓越班）1201班 學(xué)生姓名： 木合來(lái)提.木哈西圖 A-1 地層壓力和破裂壓力一井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.由于該井位為探井，故中間套管下深按可能發(fā)生溢流條件確定必封點(diǎn)深度。由圖A-1得，鉆遇最大地層壓力當(dāng)量密度 pmax=1.23g/cm，則設(shè)計(jì)地層破裂壓力當(dāng)量密度為：fD=1.23+0.024+3245/H10.023+0.026.試取H1=1500m，則fD=1.23+0.024+2.

3、160.023+0.026=1.33 g/cm,f1400=1.36 g/cm fD 且相近，所以確定中間套管下入深度初選點(diǎn)為H1=1500m。驗(yàn)證中間套管下入深度初選點(diǎn)1500m是否有卡鉆危險(xiǎn)。從圖A-1知在井深1400m處地層壓力梯度為1.12 g/cm以及320m屬正常地層壓力，該井段內(nèi)最小地層壓力梯度當(dāng)量密度為1.0 g/cm。PN=0.00981(1.10+0.024-1.0)320=0.38911MPa所以中間套管下入井深1500m無(wú)卡套管危險(xiǎn)。水泥返至井深500m。2.油層套管下入J層13-30m，即H2=3265m。校核油層套管下至井深3265m是否卡套管。從圖A-1知井深32

4、65m處地層壓力梯度為1.23 g/cm，該井段內(nèi)的最小地層壓力梯度為1.12g/cm，故該井段的最小地層壓力的最大深度為2170m。pa=0.00981（1.23+0.024-1.12）2170=2.85Mpa20 Mpa所以油層套管下至井深3265m無(wú)卡套管危險(xiǎn)。水泥返至井深2265m。3.表層套管下入深度。 中間套管下入井深1500處，地層壓力梯度當(dāng)量密度為1.12 g/cm，給定溢流數(shù)值Sk=0.023 g/cm。由公式fD=1.12+0.024+1500/D10.023+0.026試取700m 得fD=1.22 g/cm由圖A-1得f700 =1.23 g/cmf700 fD=1.2

5、3-1.22=0.011.051.10第二段選用J-55，壁厚8.94mm套管。Pc=13.93Mpa , Pi=24.27MpaPT=2015kN , q=525.4N/mdi=226.6mm ， 長(zhǎng)圓螺紋。許可下入深度: 第一段套管下入長(zhǎng)度L1=1502-1182=320m校核第一段套管抗拉強(qiáng)度 1.8第二段套管下入長(zhǎng)度 L2=1502-320=1182m由于第二段套管穿過(guò)了水泥封固面，故應(yīng)進(jìn)行雙軸應(yīng)力校核。先計(jì)算在水泥面處套管在雙軸應(yīng)力作用下的實(shí)際抗擠強(qiáng)度。所受拉力載荷：則查表實(shí)際抗擠強(qiáng)度 抗擠安全系數(shù) 水泥面處實(shí)際抗擠強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。對(duì)第二段套管底端進(jìn)行雙軸應(yīng)力校核。查表得K=0.934

6、=0.93413.93=13.01MPa第二段不滿(mǎn)足要求，故延伸第一段套管向上100m。即查表得K=0.924Pcc2=0.92413.93=12.87MPa所以第一段套管下入長(zhǎng)度L1=420m抗拉安全系數(shù) 抗內(nèi)壓安全系數(shù) 第二段套管下入井深，校核該段套管頂部截面（井口）的抗拉強(qiáng)度以上計(jì)算結(jié)果列入表A-4。表A-4 中間套管設(shè)計(jì)結(jié)果序號(hào)井段m段長(zhǎng)m壁厚mm鋼級(jí)螺紋類(lèi)型重力 kN安全系數(shù)段重累重抗拉ST抗擠Sc抗內(nèi)壓Si20108210828.94J-55長(zhǎng)圓螺紋188.45348.042.411.071.6111082150242010.03J-55159.59159.593.771.0511

7、.81油層套管設(shè)計(jì)（139.7mm）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù):下入深度 3265m鉆井液密度 m=P+Sb =1.23+0.024=1.254 g/cm3 ，抗外擠安全系數(shù)Sc=1.10, 抗拉安全系數(shù)St=1.80, 抗內(nèi)壓安全系數(shù)Si=1.10設(shè)計(jì)方法:等安全系數(shù)法計(jì)算井口最大內(nèi)壓力Psi設(shè)計(jì)內(nèi)壓力 因此，抗內(nèi)壓強(qiáng)度小于35.48的套管均不能選用。確定下部第一套管，設(shè)計(jì)擠壓強(qiáng)度為由表查得N-80 壁厚9.17mm套管：Pc=60.88Mpa , Pi=63.36MpaPT=1903.8kN , q=291.9N/mdi=121.4mm ， 長(zhǎng)圓螺紋。校核第一段套管抗拉強(qiáng)度 以上計(jì)算結(jié)果列入表A-5中。表A

8、-5 油層套管設(shè)計(jì)結(jié)果序號(hào)井段m段長(zhǎng)m壁厚mm鋼級(jí)螺紋類(lèi)型重力 kN安全系數(shù)段重累重抗拉ST抗擠Sc抗內(nèi)壓Si10326532659.17N-80長(zhǎng)圓螺紋800.8800.82.3771.511.96三、注水泥漿設(shè)計(jì)（1）表層套管設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：套管下入長(zhǎng)度 Ls=704m,水泥塞高度ho=10m，水泥漿返深：地面，鉆井液性能，n=0.52，。水泥漿性能，。水泥漿附加量70%，鉆井液壓縮系數(shù)。計(jì)算井徑按鉆頭直徑444.5mm。水泥用量N 704=45.55m 附加30%， 水泥漿密度時(shí)，每袋水泥（50kg）配水泥漿0.04015m3/袋（40.15升/袋），則用水量VW（水灰比m=0.5）VW=15

9、01500.5/1000=37.53m3替鉆井液Vm替鉆井液終泵壓設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表A-6中。（2）中間套管設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：設(shè)計(jì)井深H=1505m,水泥塞高度ho=20m，套管下入長(zhǎng)度Ls=1502m，水泥返深500m，水泥附加量30%，鉆井液壓縮系數(shù)，計(jì)算井徑按鉆頭直徑311.1mm。鉆井液性能，n=0.5, 。水泥漿，。 水泥用量N 附加30%， 水泥漿密度時(shí)，每袋水泥（50kg）配水泥漿0.04015m3/袋（40.15升/袋），則袋用水量VW（水灰比m=0.5）VW=963500.5/1000=24.075m3替鉆井液Vm替鉆井液終泵壓10026.94MPa計(jì)算環(huán)空臨界流速（塑性流體）計(jì)算管內(nèi)流速

10、Vi計(jì)算管內(nèi)Rei計(jì)算管外水泥漿段計(jì)算管外鉆井液段Reom管內(nèi)摩阻系數(shù) 管外摩阻系數(shù)fo 管內(nèi)壓耗Pci 環(huán)空耗壓Pco循環(huán)壓耗替鉆井液終泵壓 碰壓泵壓計(jì)算注水泥施工總時(shí)間:選用AC-400B型水泥車(chē)3臺(tái)，每臺(tái)車(chē)平均每分鐘注水泥20袋，則替鉆井液 其它（倒換閥，開(kāi)擋銷(xiāo)，壓膠塞，碰壓） 總施工時(shí)間 選用G級(jí)水泥。（3）油層套管設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：設(shè)計(jì)井深H=3265m,水泥塞高度ho=20m，套管下入長(zhǎng)度Ls=3262m，水泥返深2265m，水泥附加量40%，鉆井液壓縮系數(shù)，計(jì)算井徑按鉆頭直徑215.9mm。鉆井液性能，n=0.52, 。水泥漿，。 水泥用量Nm 附加40%， 水泥漿密度時(shí)，每袋水泥（50

11、kg）配水泥漿0.04015m3/袋（40.15升/袋），則用水量（水灰比m=0.5）替鉆井液Vm替鉆井液終泵壓10020.00981=5.86MPa設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表A-6中。表A-6 注水泥漿設(shè)計(jì)結(jié)果套管層次鉆井液密度g/cm3水泥漿上返高度m水泥塞高度m水泥級(jí)別水泥漿密度g/cm3水泥漿量m3用水量m3干水泥袋數(shù)替鉆井液量m3替鉆井液終泵壓Mpa表層1.044地面10G1.8578.2737.53150157.8525.57中間16524.07596359.3914.11油層1.25410052030.05118.774838.7015.27四、鉆柱設(shè)計(jì)鉆柱組合第一次

12、開(kāi)鉆（0705m）444.5mm3A+228mmDC+203mmDC+177.8mmDC+127mmDP+133mmK。(注：3A-代表三牙輪鉆頭，DC-鉆鋌，DP-鉆桿，K-方鉆桿)。第二次開(kāi)鉆（7051505m）311.1mm3A+203mmDC+177.8mmDC+127mmDP+133mmK第三次開(kāi)鉆（15053265m）215.9mm3A+177.8mmDC+155.8mmDC+127mmDP+133mmK。各次開(kāi)鉆，由預(yù)估（設(shè)計(jì)）鉆頭最大鉆壓計(jì)算鉆鋌長(zhǎng)度。444.5mm3A， 311.1mm3A， 215.9mm3A， 組合鉆鋌長(zhǎng)度計(jì)算時(shí)，先按組合中最大直徑鉆鋌由設(shè)計(jì)最大鉆壓確定長(zhǎng)

13、度，然后再根據(jù)大尺寸鉆鋌庫(kù)存及鉆井工藝要求確定不同直徑鉆鋌的長(zhǎng)度。下部鉆具組合后面再設(shè)計(jì)。一開(kāi)，由零軸向應(yīng)力截面確定。Lz實(shí)=Lz+25=157二開(kāi): （203mmDC，內(nèi)徑71.44mm,）。m三開(kāi): （177.8mmDC，內(nèi)徑71.44mm,）。鉆柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)一次開(kāi)鉆（略）二次開(kāi)鉆：井深H=1505m， dc=203mm,qc=2194.32 Nm,拉力余量450kN,設(shè)計(jì)系數(shù)1.35，。選127mm，G105鋼級(jí)鉆桿，Py=2464.39kN因?yàn)樵O(shè)計(jì)系數(shù)1.35，所以Pa=(0.9Py)/1.42=(0.92464.39)/1.42=1561.94kN當(dāng)拉力余量為450kN時(shí)，Pa=0.9

14、Py-450=0.92464.39-450=1767.951kN而實(shí)際下入最大長(zhǎng)度（1505-192.3）=1312.7m。三次開(kāi)鉆井深H=3265, dc=177.8mm,qc=1061 Nm,拉力余量450kN,設(shè)計(jì)系數(shù)1.35，。s/t =1.42選127mm，G105鋼級(jí)鉆桿，Py=2464.39kNPa=(0.9Py)/1.42=(0.92464.39)/1.42=1561.93kNPa=0.9Py-450=0.92464.39-450=1767.95kNPaH=3265m,而實(shí)際下入長(zhǎng)度（3265-266.83）=2998m設(shè)計(jì)結(jié)果列于表A-7。表A-7 鉆柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)結(jié)果開(kāi)鉆程序鉆

15、桿鉆鋌尺寸 mm鋼級(jí)單位重力 N/m最小抗拉力kN井段 m尺寸 mm單位重力N/m長(zhǎng)度m1127G284.781760.31070522828031572127284.781760.31015052032194.32192.33127284.781760.3103265177.81061266.8五、鉆機(jī)選擇中間套管在空氣的重力為814kN,油層套管在空氣中的重力953kN。鉆機(jī)按80%的套管破斷強(qiáng)度來(lái)選擇最大鉤載。即選F-200-2DH型鉆機(jī)。鉆柱最大重力726.6kN ,此時(shí)鉆機(jī)鉤載儲(chǔ)備系數(shù)KST為六、機(jī)械破碎參數(shù)設(shè)計(jì)鉆頭選型表A-8 各地層可鉆級(jí)值地層ABCDEFGHIJ可鉆級(jí)值0.61

16、1.392.1633.57.35.24.9第一次開(kāi)鉆（0705m）X221第二次開(kāi)鉆（7051505m）J111(7051160m)J221(11601505m)第三次開(kāi)鉆（15053265m）B22M1(15052265m)J221(22652715m)J221(27153015m)ATMJ111(30153265m)鉆壓W,鉆速n的確定表A-9 機(jī)械破巖參數(shù)鉆頭序號(hào)鉆頭尺寸mm類(lèi)型鉆進(jìn)井段m地層鉆壓kN轉(zhuǎn)速r/min純鉆h進(jìn)尺m機(jī)械鉆速m/h0444.5X220705mA B C3020082546070511.751311J117051160C D210123845511.92311J2

17、211601505 D E21025011582503456.93215.9B22M15052265E F G5080170120807609.54215.9J2222652715G H 16020087525045095215.9J2227153015H 16020087525030066215.9ATMJ1130153265H I J1602008752502505七、鉆井液設(shè)計(jì)表層（0705m）采用高膨潤(rùn)土鉆井液。，漏斗粘度60100s，濾失水810ml，泥餅12mm，初切12Pa，終切力25Pa，pH值89.中間套管（7051505m）采用不分散聚合物鉆井液體系鉆井液密度按近平衡壓力鉆

18、井確定，即中間套管鉆井液性能設(shè)計(jì)列于表A-10.油層套管（15053265m）鉆井液體系：由不分散聚合物體系過(guò)渡到分散型三磺體系。鉆井液密度按近平衡壓力鉆井設(shè)計(jì)。鉆井液性能列于表A-10.表A-10 鉆井液設(shè)計(jì)地層分層深度m厚度m井段m鉆井液體系鉆井液性能密度g/cm3漏斗粘度s濾失水ml泥餅mm初切Pa終切Pa含沙量%PHA320320070510441.1060100810121223089B480160C1150670D14723227051505膨潤(rùn)土漿不分散聚合物E17552831.1441.1493050580.51.502130.10.5810F217041515053265分散

19、三磺G2700530H30893891.2541.3035070350.5103250.511012I315061J324595八、下部鉆具組合設(shè)計(jì)第一次看開(kāi)鉆采用單穩(wěn)器鐘擺鉆具設(shè)計(jì)數(shù)據(jù):dc=228mm，qc=2803N/m，W=200 kN,D=444.5mm,Ds=440mm,=1,I=1.323310-4m4，E=2.058108kPa，1=0.5（0.4445-0.2286）=0.10795m，2=0.5（0.4445-0.440）=0.00255.將以上數(shù)據(jù)代入計(jì)算式，可求得穩(wěn)定器的理想安裝高度LT.a=22.083sin1=0.385 c=-184.622.0581088.241

20、1.323310-4 (0.10795-0.420.00225-0.080.002252/0.10795)=-530.376104第二次開(kāi)鉆采用剛性滿(mǎn)眼組合設(shè)計(jì)數(shù)據(jù):dc=203mm，qc=2194.32N/m，W=250 kN,D=311mm,Ds=308mm,=2,，I=8.24110-5m4，E=2.0581011kPa，a=0.2.下穩(wěn)定器位置為21.630.2=4.33m。在靠近鉆頭在裝一只穩(wěn)定器。第三次， 采用光鉆鋌組合。九、水力參數(shù)設(shè)計(jì)第一次開(kāi)鉆（0-705m）鉆頭序號(hào)：0#，444.5mm, X22設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：井深H=705m,m=1.044g/cm3,300=35,600=50

21、,dc=228mmdi71.4mm157m,dp=127mmdi9.02mm548m,Db=444.5mm1. 確定流量Qmin=1.43344.452-12.7244.451.044=56.03l/sQmax=1.84344.452-12.7244.451.044=72.06/s由ZPN-800B鉆井泵水功率特性表查得170mm缸套，Qr=28.41l/s,Pr=14.21MPa,選用兩臺(tái)ZPN-800B，Q=228.41=56.82l/s。鉆井液流變參數(shù) n=3.322log5035=0.515K=0.51355110.515=0.719Pasn2. 計(jì)算循環(huán)壓耗Pc鉆桿內(nèi)流速Vpi=56

22、.820.07859.022=8.9m/s鉆桿外環(huán)空流速Vpo=56.820.0785(44.452-12.72)=0.399m/s鉆鋌內(nèi)流速Vdi=56.820.07857.142=14.2m/s鉆鋌外環(huán)空流速Vdo=56.820.0785(44.452-22.82)=0.497m/sRepi=108001-0.5159.020.5158.92-0.5151.0440.719（30.515+140.515）0.515=26574Redi=108001-0.5157.140.51514.22-0.5151.0440.719（30.515+140.515）0.515=47150Repo=1012

23、001-0.515(44.45-12.7)0.5150.3992-0.5151.0440.719（20.515+130.515）0.515=595Redo=1012001-0.515(44.45-22.8)0.5150.4972-0.5151.0440.719（20.515+130.515）0.515=677a=log0.515+3.9350=0.0728b=1.75-log0.5157=0.291fpi=0.0728265740.291=0.00375fdi=0.0728471500.291=0.00318fpo=24595=0.0403fdo=24677=0.0354Pc=32.456.8

24、221.0440.003755489.025+0.003181577.145+0.0354157(44.45-22.8)3(44.45+22.8)2+0.0403548(44.45-12.7)3(44.45+12.7)2=6.7MPa3. 計(jì)算鉆頭壓降PbPb=14.21-6.7=7.51MPa4. 計(jì)算噴嘴當(dāng)量直徑de取流量系數(shù)C=0.98de=40.08111.04456.8220.9827.51=2.481cm5. 計(jì)算噴嘴組合采用三不等徑組合，選取J1=15.88mm,J2=14.29mm,J3=12.70mm。de=15.882+14.292+12.702=24.81mm計(jì)算功能參數(shù)

25、Nb=PbQ=7.5156.82=426KWNc=1.273PbQDb2=1.2737.5156.8244.452=0.275KW/cm2Fb=mQ2As=1.04456.8220.78524.812=6.975KNVb=1000QAs=100056.820.78524.812=117m/s第二次開(kāi)鉆（7051505m）鉆頭序號(hào)：1，311mm,J11設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：H=1160m,m=1.144g/cm3,300=20,600=30, dc=203mmdi71.4mm,Lc=192m,dp=127mmdi9.02mm。1. 確定流量Qmin=1.43331.112-12.7231.111.144=

26、32.47l/sQmax=1.84331.112-12.7231.111.144=41.76l/s由3NB-800鉆井泵水功率特性表查得160mm缸套，Qr=34.73l/s,Pr=15.3MPa。鉆井液流變參數(shù) n=3.322log3020=0.585K=0.51205110.515=0.419Pasn2.計(jì)算循環(huán)壓耗Pc鉆桿內(nèi)流速Vpi=34.730.07859.022=5.4m/s鉆桿外環(huán)空流速Vpo=34.730.0785(31.112-12.72)=0.548m/s鉆鋌內(nèi)流速Vdi=34.730.07857.142=8.68m/s鉆鋌外環(huán)空流速Vdo=34.730.0785(31.1

27、12-20.32)=0.796m/sRepi=108001-0.5859.020.5855.42-0.5851.1440.419（30.585+140.585）0.585=15654Redi=108001-0.5857.140.5858.682-0.5851.1440.419（30.585+140.585）0.585=26725Repo=1012001-0.585(31.11-12.7)0.5850.5482-0.5851.1440.419（20.585+130.585）0.585=982Redo=1012001-0.585(31.11-20.3)0.5850.7962-0.5151.1440

28、.419（20.585+130.585）0.585=1220a=log0.585+3.9350=0.0739b=1.75-log0.5857=0.283fpi=0.0739156540.283=0.00480fdi=0.0739267250.283=0.00412fpo=24982=0.0244fdo=241220=0.0197Pc=32.434.7321.1440.004802639.025+0.004121927.145+0.0197192(31.11-20.3)3(31.11+20.3)2+0.0244263(31.11-12.7)3(31.11+12.7)2=2.9MPa3.計(jì)算鉆頭壓

29、降PbPb=15.3-2.9=12.4MPa4.計(jì)算噴嘴當(dāng)量直徑de取流量系數(shù)C=0.98de=40.08111.14434.7320.98212.4=1.751cm5.計(jì)算噴嘴組合采用三不等徑組合，選取J1=14.29mm,J2=7.94mm,J3=6.35mm。de=14.292+7.942+6.352=17.51mm計(jì)算功能參數(shù)Nb=PbQ=12.434.73=430KWNc=1.273PbQDb2=1.27312.434.7331.112=0.565KW/cm2Fb=mQ2As=1.14434.7320.78517.512=5.73KNVb=1000QAs=100034.730.785

30、17.512=144m/s第三次開(kāi)鉆（15053265m）鉆頭序號(hào)：4#，215.9mm,J22設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：H=2715m,m=1.254g/cm3,300=32,600=47, dc=177.8mmdi71.4mm,Lc=267m,dp=127mmdi9.02mm。2. 確定流量Qmin=1.43321.592-12.7221.591.254=16.1l/sQmax=1.84321.592-12.7221.591.254=20.75l/s由3NB-800鉆井泵水功率特性表查得120mm缸套，Qr=19.56l/s,Pr=27.08MPa。鉆井液流變參數(shù) n=3.322log4732=0.555

31、K=0.51325110.555=0.512Pasn2.計(jì)算循環(huán)壓耗Pc鉆桿內(nèi)流速Vpi=19.560.07859.022=3.06m/s鉆桿外環(huán)空流速Vpo=19.560.0785(21.592-12.72)=0.817m/s鉆鋌內(nèi)流速Vdi=19.560.07857.142=4.89m/s鉆鋌外環(huán)空流速Vdo=19.560.0785(21.592-17.782)=1.66m/sRepi=108001-0.5559.020.5553.062-0.5551.2540.512（30.555+140.555）0.555=7393Redi=108001-0.5557.140.5554.892-0.5551.2540.512（30.555+140.555）0.555=12785Repo=1012001-0.555(21.59-12.7)0.5550.8172-0.5551.2540.512（20.555+130.555）0.555=2430Redo=1012001-0.555(21.59-17.78)0.5551.662-0.5551.2540.512（20.555+130.555）0.555=2200a=log0.555+3.9350=0.0735b=1.75-log0.5557=0.287fpi=0.0735