石油工程鉆井課程

1、鉆井工程設(shè)計(jì)是石油工程的一個(gè)重要部分， 是確保油氣鉆井工程順利實(shí)施和質(zhì)量控 制的重要保證，是鉆井施工作業(yè)必須遵循的原則，是組織鉆井生產(chǎn)和技術(shù)協(xié)作的基礎(chǔ)， 是搞好單井預(yù)算和決算的唯一依據(jù)。 鉆井設(shè)計(jì)的科學(xué)性、 先進(jìn)性關(guān)系到一口井作業(yè)的成 敗和效益?？茖W(xué)鉆井水平的提高，在一定程度上依靠鉆井設(shè)計(jì)水平的提高。設(shè)計(jì)應(yīng)在充分分析有關(guān)地質(zhì)和工程資料的基礎(chǔ)上，遵循國(guó)家及當(dāng)?shù)卣嘘P(guān)法律、 法規(guī)和要求， 按照安全、快速、優(yōu)質(zhì)和高效的原則進(jìn)行。 并且必須以保證實(shí)施地質(zhì)任務(wù) 為前提。主要目的層段的設(shè)計(jì)必須體現(xiàn)有利于發(fā)現(xiàn)與保護(hù)油氣層， 非目的層段的設(shè)計(jì)主 要考慮滿足鉆井工程施工作業(yè)和降低成本的需要。本設(shè)計(jì)的主要容包括

2、： 1、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及井身質(zhì)量要求：原則是能有效地保護(hù)油 氣層，使不同地層壓力梯度的油氣層不受鉆井液污染損壞；應(yīng)避免漏、噴、塌、卡等復(fù) 雜情況發(fā)生， 為全井順利鉆進(jìn)創(chuàng)造條件， 是鉆井周期最短； 鉆下部高雅地層時(shí)所用的較 高密度鉆井液產(chǎn)生的液柱壓力， 不致壓裂上一層管鞋處薄弱的裸露地層； 下套管過程中， 井鉆井液柱壓力之間的壓差不致產(chǎn)生壓差卡套管等嚴(yán)重事故；以及強(qiáng)度的校核。2、套管柱設(shè)計(jì)：選擇不同型號(hào)的套管，滿足鉆井中固井、完井要求； 3、鉆具組合設(shè)計(jì)：給 鉆頭加壓時(shí)下部鉆柱是否會(huì)壓彎， 選用足夠的鉆鋌以防鉆桿受壓變形； 4、鉆井液體系； 5、水力參數(shù)設(shè)計(jì)； 6、注水泥設(shè)計(jì)，鉆井施工進(jìn)度計(jì)劃等幾

3、個(gè)方面的基本設(shè)計(jì)容；目錄第 1 章 預(yù)設(shè)井、鄰井基本參數(shù) 11.1 設(shè)計(jì)資料收集 11.2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 4第 2 章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 52.1 最大鉆井液密度和壓差計(jì)算公式 52.2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6第 3 章 套管柱設(shè)計(jì) 83.1 資料的查取匯總 83.2 油層套管柱的設(shè)計(jì) 83.3 表層套管柱的設(shè)計(jì) 10第 4 章 鉆柱設(shè)計(jì) 124.1 鉆鋌的設(shè)計(jì) 124.2 鉆具組合 134.3 結(jié)論統(tǒng)計(jì) 16第 5 章 鉆井液設(shè)計(jì) 175.1 所需鉆井液體積及相關(guān)公式 175.2 井筒鉆井液體積計(jì)算 175.3 鉆井液密度轉(zhuǎn)換 185.4 結(jié)論統(tǒng)計(jì) 19第 6 章 鉆井水力參數(shù)設(shè)計(jì) 206.1 水力

4、參數(shù)相關(guān)公式 206.2 泵的選擇 236.3 相關(guān)參數(shù)計(jì)算 24第 7 章 注水泥設(shè)計(jì) 287.1 水泥漿的用量 287.2 所需干水泥的用量 307.3 所需清水的體積的計(jì)算 307.4 頂替排量的計(jì)算 317.5 頂替容積的計(jì)算 317.6 防凝時(shí)間的計(jì)算 32第 8 章 設(shè)計(jì)結(jié)果 34參考文獻(xiàn) 36第1章預(yù)設(shè)井、鄰井基本參數(shù)1.1設(shè)計(jì)資料收集預(yù)設(shè)計(jì)井基本參數(shù)井號(hào)SJ0065井另U預(yù)探井坐標(biāo)21603563,5023464設(shè)計(jì)井深1600井口海拔128目的層位P完井層位青23段地理位置升南、宋芳屯構(gòu)造位置松遼盆地中央坳陷區(qū)三肇凹陷永樂向斜設(shè)計(jì)依據(jù)1.設(shè)計(jì)依據(jù) （1） 1997年勘探方案審

5、定紀(jì)要（2）本地區(qū)地震T1, T2構(gòu)造圖。2.鉆井目的（1）證實(shí)該目的層是否為構(gòu)造類型油氣藏，以及巖性因素對(duì)油氣藏影響程度。（2）查明該區(qū)的油氣情況。（3）查明該區(qū)的儲(chǔ)層特性。鄰井基本參數(shù)（1）井身結(jié)構(gòu)井號(hào)項(xiàng)目鉆頭尺寸（mm）下深（m）套管尺寸（mm）泥漿密度（g/cm ）井深永樂區(qū)塊導(dǎo)管444.5203391.05 1.1525永樂區(qū)塊油層215.916201391.2 1.251625（2）地層壓力井號(hào)井段3地層壓力（g/cm ）破裂壓力（g/cm 3）永樂區(qū)塊0 170.951.3永樂區(qū)塊170400.961.35永樂區(qū)塊400600.951.4永樂區(qū)塊6008001.021.45永樂區(qū)

6、塊80010001.081.49永樂區(qū)塊100012001.131.52永樂區(qū)塊120015001.21.57永樂區(qū)塊150016201.251.6(3)鉆具組合井號(hào)井段鉆頭外徑(mm)密度(g/cm 3)鉆具組合永樂區(qū)塊-1620215214穩(wěn)疋器+178短鉆鋌+214穩(wěn)疋器+178X 9+214穩(wěn)定器+178X 27+214穩(wěn)定器+ 178X 90+ 159X 26(4)鉆井液性能井號(hào)地質(zhì)年代井段(m)鉆井液類型密度3 (g/cm )漏斗粘度(s)PH值靜切 力(Pa)塑性粘度(mPa.s)屈服 值(Pa)N值K值失水(API)永樂區(qū)塊嫩3段-第四系0-1050兩性復(fù)合 離子鉆井液30-4

7、08.5-9.5-28-184-9.6-.75.1-.31-5永樂區(qū)塊青2-3段-嫩2段1050-1620兩性復(fù)合離子鉆井液30-458.5-91-2.513-236-12.6-.7.2-.41-4(5)水力參數(shù)井號(hào)鉆頭尺寸(mm)井段(m)泵壓(MPa)鉆頭壓降(MPa)環(huán)空 壓降 (MPa)沖擊力(kN)噴射 速度 (m/s)鉆頭水 功率(%)比水 功率(%)上返速度(m/s)功率利用率(%)永樂區(qū)塊2150-80017.98 16.241.747.07161592161.6290.31永樂區(qū)塊215800-1620 12.649.972.675.78121363101.6278.85(6

8、)鉆井參數(shù)井號(hào)井段(m)鉆頭尺寸(mm)鉆頭類型生產(chǎn)廠噴嘴組合鉆壓(kN)轉(zhuǎn)速(rpm)排量(l/s)泥漿密度3 (g/cm )永樂 區(qū)塊0-8002153B10+10+10160-180195-20035-38 1.05-1.15永樂 區(qū)塊800-1620215FM282D大港10+10+10+10 :2-50195-20035-38 1.15-1.25(7)套管柱設(shè)計(jì)參數(shù)井號(hào)套管類型套管層位井段(m)外徑(mm)鋼級(jí)段重(t)長(zhǎng)度(m)壁厚(mm)累重(t)抗拉系數(shù)抗擠系數(shù)永樂區(qū)塊常規(guī)油層0-10139J-557.7210.2534.953.2266.7永樂區(qū)塊常規(guī)油層10-1360139

9、J-556.2135028.1234.72.251.25永樂區(qū)塊常規(guī)油層1360-1620139J-557.722606.586.5817.031.71(8)注水泥設(shè)計(jì)參數(shù)井號(hào)套管層位固井前 密度要 求(g/cm3)上返深度(m)水泥塞面深度(m)水泥漿密 度(g/cm 3)漏失里(m3)水泥品種標(biāo)號(hào)注水泥 量(袋)外加劑品種外加劑量(kg)永樂區(qū)塊油層1.2513100G級(jí)30001.2井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖當(dāng)量鉆井液密度（g/cm3）破裂壓力破裂壓力地層壓力與地層破裂壓力剖面圖第2章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1最大鉆井液密度和壓差計(jì)算公式考慮是否發(fā)生井涌DfSbSf皿Sk（ 2-1）fpmax bf dk

10、21式中：f為發(fā)生井涌時(shí)，在井最大壓力梯度作用下，上部地層不被壓裂所應(yīng)有的地層破裂壓力梯度，g/cm3 ；為某井段鉆進(jìn)井段中所用的最大泥漿密度，g/cm3 ；pmaxSb為抽吸壓力允許值的當(dāng)量密度，取0.036 g/cm3 ； Sf為地層壓裂安全系數(shù)，0.03 ；Sk為發(fā)生井涌時(shí)的井涌允量，取0.06 g/cm3。壓差計(jì)算公式p 0.00981. Dm pmin pmin=0.00981S. D .（ 2-2）pmax b pmin pmin式中：某井段實(shí)際的井最大壓差p，MPa ；、.分別為井段最大與最小地pmax pmin層壓力當(dāng)量密度，g/cm3 ； D 、D .為最大與最小地層壓力點(diǎn)所

11、對(duì)應(yīng)的井 pmax pmin深，m ;壓差允值 pN =15-18 Mpa。資料的查取匯總Sb =0.036 g/cm3 ；Sg =0.04 g/cm3 ；Sk =0.06 g/cm3 ；Sf =0.03 ；Pn =15-18 Mpa。2.2井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)221套管層次的確定(1)確定表層套管的下入深度D21D =1600 m , S =0.06 g/cm3 代 pmaxk將 pmax=1 g/cm3，Sb=0.036 g/cm3，Sf=。.03 ,入公式(2-1 )中有pmax Sb SDpmax 石Sk= 1.25 0.036 0.0330.06 =1.444 g/cm現(xiàn)試取D21=750m

12、代入上式中有p =1.25 0.036 0.03 1600f750而f750m=1.45 g/cm3，因f f750m且相近，所以確定表層套管的下入深度初選點(diǎn)為 D21=750m。(2) 校核表層套管下入到初選點(diǎn)D21 =750m過程中是否發(fā)生壓差卡套:將=1.02 g/cm3 , S =0.036g/cm?,. =0.95 g/cm3 , D . =600m代入公式pmaxbpminpmin(2-2)中有=0.6239MPa而 pN 15 18M Pa，因 p pN ,不會(huì)發(fā)生壓差卡套，所以初選點(diǎn)D21 750m為0.00981mpminDpmin0.00981pmaxSbpminDpmin

13、111.020.0360.95600P表層套管的下入深度（3）因?yàn)榫顬镠=1600m在留足5m 口袋的前提下，油層套管下入深度為1595m。現(xiàn)校核油層套管：將=1.25 g/cm3， S = 0.036g/cm3，. =1.02 g/cm3， D . =750m 代入公式pmaxb口pmi npmin(2-2)中有p 0.00981pminDpmin0.00981pmaxSbpmin Dpmin=0.009811.250.0361.02750=1.957 MPa而pN 15 18M Pa，因p pN，不會(huì)發(fā)生壓差卡套，所以油層套管的下入深度為H=1595m設(shè)計(jì)結(jié)果井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表井號(hào)項(xiàng)目井深（

14、m鉆頭尺寸（mr）套管外徑（mn）下入深度（m）SJ0065表層套管755444.5339.7750SJ0065油層套管1600215.9139.71595第3章 套管柱設(shè)計(jì)3.1資料的查取匯總抗壓安全系數(shù)為Si1.12 ,抗外擠安全系數(shù)為St1.8 ,抗拉安全系數(shù)為Sc 1.0 ,最小抗外擠安全系數(shù)為Sd 1.125。3.2油層套管柱的設(shè)計(jì)按抗外擠強(qiáng)度設(shè)計(jì)由下而上設(shè)計(jì)選擇套管(1) 第一段油層套管所受最大外擠力為3pc1dgD1SD 10=1.25 9.8 1595 1.125 10=21.981 MPa ；查鉆井手冊(cè)(甲方)選擇第一段套管如下:鋼級(jí)外徑(mm)壁厚(mm)均重(kg/m)抗

15、拉強(qiáng)度(t)抗壓強(qiáng)度(MPa)抗擠強(qiáng)度(MPa)徑(mn)s( KNJ-55139.76.9923.07100.733.16427.855125.71103.2(2) 確定第二段套管下入深度和第一段套管的使用長(zhǎng)度查鉆井手冊(cè)(甲方)選擇第二段套管如下:鋼級(jí)夕卜徑(mm)壁 厚(mm)均重(kg/m)抗拉強(qiáng)度(t)抗壓強(qiáng)度(MPa)抗 擠 強(qiáng)度(MPa徑(mms ( KNH-40139.76.220.835921.44318.064127.3716.218.064D2第二段套管的下入深度為331310.8 m dgSD 10 31.25 9.8 1.125 10 3取D2=1300m則第一段套管的

16、使用長(zhǎng)度為：L1 D1 D2=1595-1300=295 m ；取每根套管的長(zhǎng)度為：L 9.1m ;則第一段套管共N=295/9.1=32.4根，取33根，實(shí)際下入深度33 9.1300.3 m ;第二段套管共N=( 1595-300.3)/9.仁142.3根，取142根，實(shí)際下入深度142 9.1 1292.2 m ；油層套管的強(qiáng)度校核(1) 抗拉強(qiáng)度校核浮力系數(shù)：B1 A=1s1.25=0.8417.85qc123.07 9.8226.086 N/m ；Wcd1StBqdL1St/9800= 0.841 226086 300.3 1.8/9800=10.49 t而t1 100.7t，則wc

17、d1 q t1，所以第一段滿足抗拉強(qiáng)度要求。(2) 應(yīng)用雙軸應(yīng)力來(lái)校核第一段油層套管.1 25浮力系數(shù)：B 1十1莎=0841套管浮重為：zL1qc1 B = 300.3 226.086 0.841 10 3=57.099 (KN);57.0990.0518s 1103.2結(jié)合雙軸應(yīng)力橢圓查得：0.975 ;s則實(shí)際抗外擠強(qiáng)度為：pc1 0.975 27.855 27.159 MPa ；s3而實(shí)際外擠力為：Pc實(shí)際dgD2SD 10 3= 1.25 9.8 1292.2 1.125 10 3 =17.808 MPa ；PC實(shí)際 Pc1，所以第一段滿足雙軸應(yīng)力校核s(3) 第二段油層套管抗拉強(qiáng)度

18、校核浮力系數(shù)：B 1 d =1s1.25=0.8417.85q 彳 20.83 9.8Mc1204.134 N/mWW斗cd 總cd1Wcd2St=204.1341292.2226.086 300.30841 18/9800 =51.24 t而t2 59t，則Wcd總t2，所以第二段滿足抗拉強(qiáng)度要求，不需要進(jìn)行雙軸應(yīng)力校核。3.3表層套管柱的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)選擇表層套管表層套管所受最大外擠壓力為pc3dgD3SD 10查鉆井手冊(cè)(甲方)選擇表層套管如下:鋼級(jí)夕卜徑(mm)壁 厚(mm)均重(kg/m)抗拉強(qiáng)度(t)抗壓強(qiáng) 度(MPa)抗 擠 強(qiáng)度(MPa)徑(mm)s(KN)J-55339.712.1

19、9101.2306.223.78713.445315.34755.1332表層套管強(qiáng)度校核浮力系數(shù):s1.15=0.8547.85qc3 101.2 9.8 991.76 N/m ；Wcd3 StBqc3D3St/9800=0.854 991.76 750 1.8/9800=116.67 t而t3 306.2t，則Wcd1 St t1，所以表層套管滿足抗拉強(qiáng)度要求。取每根套管的長(zhǎng)度為：L 9.1m ;則表層套管共N=750/9.仁82.4根，取82根，不足長(zhǎng)度的用一短套管。設(shè)計(jì)結(jié)果套管柱設(shè)計(jì)參數(shù)表項(xiàng)目井 段(m)鋼級(jí)外徑(mm)壁厚(mm)均重(kg/m)抗拉強(qiáng)度(t)抗壓強(qiáng) 度(MPa)抗擠

20、強(qiáng)度(MPa)徑(mm)s(KN)表層套管0-750J-55339.712.19101.2306.223.78713.445315.34755.1油層 套管II0-1300H-40139.76.220.835921.44318.064127.3716.2油層套管I1300-1595J-55139.76.9923.07100.733.16427.855125.71103.2第4章鉆柱設(shè)計(jì)4.1鉆鋌的設(shè)計(jì)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倍套管接箍外徑一鉆頭直徑。鉆鋌長(zhǎng)度取決于選定的鉆鋌尺寸與所需鉆鋌重量。所需鉆鋌重量的計(jì)算公式所需鉆鋌重量=設(shè)計(jì)的最大鉆壓安

21、全系數(shù)鉆井液的浮力系數(shù)1，考慮最危險(xiǎn)狀態(tài)，選最小式中：安全系數(shù)為Sf 1.15 1.25 ；浮力系數(shù)為鉆井液密度，使浮力系數(shù)為最大。4.2鉆具組合421 開鉆具組合當(dāng)使用尺寸為444.5mm鉆頭時(shí)，Wmax=180KN。選用鉆鋌：NC 56-80 外徑為 203.2mm，徑為 71.40mm,長(zhǎng)度為 9.1m，qc=2.19KN/m浮力系數(shù):s1.05=0.866 ;7.85所需鉆鋌重量為：葉低伽=259.8 KN ; 0.866則鉆鋌長(zhǎng)度為：m 259.8Lc=118.6 m ;qc 2.19Lc 118.613.03 （根）鉆鋌根數(shù)為：Nc9.19.1實(shí)際取Nc 14根，則鉆鋌實(shí)際長(zhǎng)度為：

22、14 9.1127.4 m ；選用外徑為139.7mm,徑為121.4mm,鋼級(jí)為E級(jí)，按最小屈服強(qiáng)度計(jì)算的最小抗拉力 Fy1945.06KN ;最小抗擠壓力為D 58.21M Pa ； qp 319.71N/m 的鉆桿。實(shí)際鉆桿長(zhǎng)度為：LP750 127.4 662.6 m ；所需鉆桿根數(shù)為：NpLp622668.4Pp9.19.1(根)；實(shí)際取Np 69根，則鉆桿實(shí)際長(zhǎng)度為：69 9.1627.9 m。4.2.2 一開鉆具的強(qiáng)度校核(1)安全系數(shù)法：安全系數(shù)取St 1.30Fa1 0.9Fy/St 0.9 1945.06/1.30 1346.58 KN ；(2)設(shè)計(jì)系數(shù)法:設(shè)計(jì)系數(shù)取y/

23、x1.47a20.9Fy /y/ x0.9 1945.06 /1.471190.85 KN ;(3) 拉力余量法:拉力余量取MOP=500KNFa3 0.9Fy MOP 0.9 1945.06 5001250.55 KN ；比較以上三種校核方法,可以看出按卡瓦擠毀比值計(jì)算的Fa2最小，則鉆桿的許用長(zhǎng)度為IFa2LcqcLPqP B qP=1190.85127.4 2.190.31970.8660.3971=3428.4 m 627.9 m ；(4) 抗擠強(qiáng)度校核：33P外擠dghSD 10 =1.25 9.8 627.9 108.653 MPa D 58.2 MPa ；綜上所知，所選鉆桿鉆鋌滿

24、足要求二開鉆具組合當(dāng)使用尺寸為215.9mm鉆頭時(shí)，Wmax=50KNo選用鉆鋌：NC44-62 (4IF)外徑為 158.80mm,徑為 71.40mm,長(zhǎng)度為 9.1m，qc=1.212KN/m浮力系數(shù):1s1.20=0.847 ;7.85501 25所需鉆鋌重量為：n= =73.79 KN ;0.847則鉆鋌長(zhǎng)度為：Lcm 73.79=60.88 m ;qc 1.212鉆鋌根數(shù)為：NcLc60.889.19.16.69 (根);實(shí)際取Nc 7根，則鉆鋌實(shí)際長(zhǎng)度為：7 9.1 63.7 m ；選用外徑為127mm徑為112mm鋼級(jí)為E級(jí)，按最小屈服強(qiáng)度計(jì)算的最小抗拉力Fy 1760.31K

25、N ;最小抗擠壓力為D 68.96MPa； qp 284.78N/m 的鉆桿。實(shí)際鉆桿長(zhǎng)度為：Lp 1595 63.7 1531.3 m ；所需鉆桿根數(shù)為：Lp 1531 3Np 上 -168.3根；實(shí)際取Np 169根，則鉆桿實(shí)際長(zhǎng)度為：169 9.1 1537.9 m9.19.1二開鉆具的強(qiáng)度校核(1)安全系數(shù)法:安全系數(shù)取St 1.30a10.9Fy/St 0.9 1760.3/1.30 1218.68 KN ；(2)設(shè)計(jì)系數(shù)法：設(shè)計(jì)系數(shù)取y/ x 1.42Fa2。.迅/ y/ x0.9 1760.3/1.421115.7 KN ；(3) 拉力余量法:拉力余量取MOP=500KNFa3

26、0.9 Fy MOP 0.9 1760.3 500 1048.28 KN ；比較以上三種校核方法，可以看出按拉力余量法計(jì)算的Fa3最小，則鉆桿的許用長(zhǎng)度為I Fa3LcqcLp qp B qp_1048.2863.7 1.2120.28478 0.8470.28478=4224.07（ m）1531.3 （ m）；(4) 抗擠強(qiáng)度校核:p外擠dghSD 10 3=1.25 9.8 1531.3 10 3 18.758 MPa D 69.96 MPa綜上所知，所選鉆桿鉆鋌滿足要求。4.3設(shè)計(jì)結(jié)果鉆具組合設(shè)計(jì)表項(xiàng)目鉆頭尺寸（mm鉆鋌鉆桿型號(hào)外徑（mm徑（mr）i長(zhǎng)度（mm鋼級(jí)外徑（mm徑（mn）長(zhǎng)

27、度 （mm一開444.5NC56-80203.271.40127.4E級(jí)139.7121.4627.9二開215.9NC44-62 （4IF）158.871.463.7E級(jí)127108.61531.3第5章鉆井液設(shè)計(jì)5.1所需鉆井液體積及相關(guān)公式所需鉆井液體積=井筒鉆井液體積+地面循環(huán)量+損耗量（5-1 ）其中：井筒鉆井液體積為n 2V_Dj2Lj（ 5-2）i 1 4 i i式中：Dj為第i段井徑，Li為第i段井眼長(zhǎng)度；地面循環(huán)量為：15鉆機(jī)為100m3，30鉆機(jī)為120m3,40鉆機(jī)為140m3 ；損耗量為：井筒內(nèi)鉆井液體積地面循環(huán)量20%（ 5-3）原漿體積為V原漿V水m±土（

28、5-4）粘土的質(zhì)量與水體積的關(guān)系為m 土（5-6）5%1查取資料知：土 2000kg/m33，重晶石 4200kg/m。5.2井筒鉆井液體積計(jì)算一次開鉆井筒鉆井液體積為Vb1 - Db1L- 0.44452 750 116.3 m3 ；二次開鉆井筒鉆井液體積為b1；Db1L14 b2 2- 0.44452750 - 0.21592 850147.4 m3 ；44選用30鉆機(jī)，則地面循環(huán)量為120m3 ；損耗量為：井筒內(nèi)鉆井液體積 地面循環(huán)量 20% =147.4 12020%53.48 m3則V原漿147.4 120 53.48 320.88 m3，實(shí)際取V原漿330 m3?，F(xiàn)將 土 2000

29、kg/m3，V原漿 330m3代入公式(5-5)及( 5-6)中有解得：m土 16.1 t，330 V 水m土5%3322 m3 。m 土2000V水"T5.3鉆井液密度轉(zhuǎn)換密度轉(zhuǎn)換公式加重m 土 m水 m重晶石Vm重晶石v原漿 重晶石(5-7)式中:加重為需要調(diào)整到的鉆井液密度，g/cm3 ；m 土、m水分別為土與水的質(zhì)量，kg ;m重晶石 為需要的重晶石質(zhì)量, kg ； V原漿為原漿體積，m3 ；加入重晶石的質(zhì)量(1)第一次需要將鉆井液密度調(diào)整到加重11.15g/cm3將數(shù)據(jù)代入公式(5-7)貝3 16.11.15 10333103322 103 m重晶石 1330 皿44200

30、由此解得m重晶石157 t。(2)第二次需要將鉆井液密度調(diào)整到加重2 1.25g/cm3將數(shù)據(jù)代入公式(5-7)則:1.25 103仞103322 103 m重晶石2330重晶必4200由此解得m重晶石2106 t ,即第二次需再加重晶石 106-57=49 t 。5.4設(shè)計(jì)結(jié)果鉆井液設(shè)計(jì)參數(shù)表項(xiàng)目泥漿密度（g/cm3）重晶石用量一開1.1557二開1.15649第6章 鉆井水力參數(shù)設(shè)計(jì)泵組所提供的水力能量，一部分消耗于沿程損失，一部分為鉆頭所利用。一般情況 在軟到中軟地層采用最大沖擊力工作方式，在硬地層采用最大水馬力工作方式。因此， 在表層套管段，采用最大沖擊力的工作方式，在油層套管段采用最

31、大水馬力（最大水功 率）工作方式。6.1水力參數(shù)相關(guān)公式m0.80.2B0.57503dPv.4.8 dpi. . 1.8 dh dP dh dPa Kg Kc mLc(6-1 )(6-1 )0.516550.8 d(6-2)0.80.2.pv Lc0.516550.57503Kcdd4.8cidh dc3dh dc1.80.2L1PV嚴(yán)4.84.84.8d2 d3 d4(6-3)最大沖擊力工作方式相關(guān)公式第一臨界井深為DFcPr1.9mQ8(6-4)第二臨界井深為Fapr伽(6-5)當(dāng)D DFc時(shí)最優(yōu)噴嘴直徑為de0.081 dQ2pra mD Q8(6-6)當(dāng)DFc D DFa時(shí)最優(yōu)噴嘴直

32、徑為de0-171 dPCQOpt2(6-7)當(dāng)D DFa時(shí)最優(yōu)噴嘴直徑為20-081 dQap a mD Q1'8 a(6-8)當(dāng)Q Q時(shí)最大射流力為Fj Kf . PrQ a mD Q3'8當(dāng)Q Qr時(shí)最大射流力為Fj KF prQ a mD Q3'8(6-9)(6-10)最大水功率工作方式相關(guān)公式第一臨界井深為DPcpr2'8mQ1'8(6-11)第二臨界井深為DPapr2.8mQl.8a(6-12)當(dāng)D DPc時(shí)最優(yōu)噴嘴直徑為(6-13)0.081 dQ24C2 pra mD qJ.80.126當(dāng)DPc D DPa時(shí)最優(yōu)噴嘴直徑為(6-14)d

33、4e . pc2當(dāng)D DPa時(shí)最優(yōu)噴嘴直徑為81amD Q：.8(6-15)當(dāng)Q Q時(shí)最大水功率為P P a mD Q2.8 b r當(dāng)Q Qr時(shí)最大水功率為2 8Pb prQ a mD Q2.8最優(yōu)排量為(6-16)(6-17)1Qoptpr1.82.8Klpr2.8 a mL11.8(6-18)式中:pv為鉆井液塑性粘度,Pa s ; dpj為鉆桿徑，cm; dh為井眼直徑，相當(dāng)于井段所用鉆頭直徑，cm; dp為鉆桿外徑，cm; dc為鉆鋌外徑，cm； B為常數(shù)，平鉆桿B 0.51655，貫眼鉆桿B 0.57503； Lc、L分別為鉆鋌、鉆桿長(zhǎng)度，m 0、pnKc分別為地面管匯、鉆鋌外的壓耗

34、系數(shù)；Qr、Qa分別為額定排量、攜巖所需的最小排量，L/s ; pr為額定泵壓，MPa C為噴嘴流量系數(shù)，無(wú)因次；de為噴嘴的當(dāng)量直徑，cm; Pr、pr分別為額定泵功率、泵壓，KW MPa D為井深，n。巖屑舉升效率為Ks vs/va(6-19)式中：Ks為巖屑舉升效率，無(wú)因次，要求 Ks 0.5 ； vs為巖屑在環(huán)空的實(shí)際上返速度,m/s ； va為鉆井液在環(huán)空的平均上返速度，m/s。(6-20)vsl0.0707d s3d2s d 33e(6-21)dh dp 1120叫n2n 1 n3n(6-22)Qa4 dhdp va(6-23)vsvavsl式中：vsl為巖屑在鉆井液中的下滑速度，

35、m/s ; ds為巖屑直徑，cm; s為巖屑密度，g/cm3 ；e為鉆井液有效粘度，Pas ； K為鉆井液稠度系數(shù)，Pas ; n為鉆井液流性指數(shù),無(wú)因次；d為鉆井液密度，g/cm3。6.2泵的選擇查鄰井水力參數(shù)資料及鉆井參數(shù)知:井號(hào)井段（m泵壓（MPa排量（L/s）永樂區(qū)塊0-80017.9835-38永樂區(qū)塊800-162012.6435-38泵的選擇如下:井號(hào)井段(m)泵型缸套直徑(mm)額定 泵壓(MPa)額定功率(KW)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速仲m)理論排量(L/s)SJ00650-750一臺(tái)SL3NB-1300A17021956140038.75SJ00650-1600一臺(tái)SL3NB-1000A

36、18014.5735.5130040.346.3相關(guān)參數(shù)計(jì)算表層套管段(0-750m)m0.80.2B0.57503dPv.4.8 d .Pidh dp3dh dp 1.81.150.80.0150.20.575030.5750312.144.844.45 13.97 3 44.4513.97 1.8=0.0000017K 1"5 O.。15。2 12740.516557.144.80.5750344.45 20.32 3 44.4520.32 1.8=0.002538a Kg Kc mLc= 0.00107 0.002538 0.0000017 127.4=0.00339將n=0.

37、0000017 , K =0.002538 , a=0.0039代入公式(6-4)中得第一臨界井深為 cPrFc1.9mQ?.8 m21 0.003391.9 0.000001738.751.80.0000017=7004 m >750 mKF100= °.982015 =0.04699100最大射流力為Fj KfPrQa mD q3.80.04699956 38.750.00339 0.000001775038.753.8=8.4 KN將幔=0.5 , K=0.2 ,ds=0.6cm， s=2.52 g/cm3， n=0.7，d =1.15 g/cm3，dh =44.45cm

38、，dp=13.97cm 代入公式(6-19)、(6-20)、(6-21 )中vsvavslvsl0.0707d s13d2s d 3彳3edh$1200van2n 13n可解得 va=0.145 ms 。則攜巖所需的最小排量Qad2.2dhdpva=20.344.45213.9720.145Ls <Qr即所選泵滿足要求。因?yàn)镈 DFc，故最優(yōu)噴嘴直徑de 4o.。81 dQfC2 pr a mDQ8=1.69520.081 1.15 38.7524 0.982210.003390.0000017 750 38.751.8cm采用三個(gè)相同直徑的噴嘴，則每個(gè)噴嘴直徑為d?de = 3 1.6

39、95=0.979 cm。3 e 3油層套管段（0-1300m）0.8 0.2 Bd Pv 748d .Pi0.57503dh dPdh dp 1.8= 1.250.80.020.20.575030.5750310.864.821.59 12.7 3 21.5912.7 1.8=0.00000412Kc1.250.0120.2 63.70.516550.57503=0.00159mLc= 0.001077.144.80.00159 0.0000041221.59 15.883 21.59 15.88 匸863.7=0.002398則第一臨界井深為Dp-Pc 2.8mQ1.814.50.00239

40、82.8 0.00000412 40.341.8°.00000412=1036 m <1600 m現(xiàn)將 Ks=0.5 , K=0.3 , ds=0.6cm , s=2.52 g/cm3 , n=0.7 , d=1.25 g/cm3 , dh=21.59cm ,dp=12.7cm 代入公式(6-19)、(6-20)、(6-21 )中vsvavslvsl0.0707d s1dh1200va2n 1 n3n可解得va=0.9594 ms。則攜巖所需的最小排量為22Qd2d2va 4 hpa=21.59212.720.95944=22.969 L/ <Qr即所選泵滿足要求則第二臨

41、界井深為為DPapr2.8mQ80.0023980.0000041214.52.8 0.00000412 22.9691.8 =3877 m因 Dp。1600Pa所以最優(yōu)排量為11QoptPr 1.8pr 1.82.8Kl2.8 a mL114.51.82.80.0023980.00000412 1600=34.165 乂則水功率為Pb prQa mDQ2.814.5 34.1650.0023980.00000412 160034.1652'8KW=318.468因Dp。1600 。卩玄,故最優(yōu)噴嘴直徑為40126 dQ0ptcm'；prC2采用三個(gè)相同直徑的噴嘴，則每個(gè)噴嘴直

42、徑為d3 e 31.906 =1.1004 cm 。第7章注水泥設(shè)計(jì)7.1水泥漿的用量所需水泥漿體積的計(jì)算公式VT 7 i DHi DSi L 4dj2h1 -DHih2(7-1)式中：h1為水泥塞深度，15m ； h2為井眼口袋高度，5m ； L為設(shè)計(jì)封填水泥長(zhǎng)度，m ; 為第i次開鉆鉆頭尺寸，m ； Dgi為自外向里第i層套管的外徑，m ； dj為 第i層套管的徑，m ; i為修正系數(shù)，1.1。水泥漿體積的計(jì)算(1)封固表層套管水泥漿體積的計(jì)算將 =444.5mm, D$i =339.71mm, L=750m, d=315.3mm, h =15m ， h2 =5m 代入公式(7-1 )中有

43、VT1 7D 2D 2i DHi DSi2L -di2h14 i 1D42 .Hih221.10.4445220.3397127502 2-0.3153215 0.444525444=55.2（m3）則封固表層套管水泥漿體積為VT表層55.2 m3 。(2) 封油層套管水泥漿體積的計(jì)算1) 封固0-1300m油層套管水泥漿體積的計(jì)算將=215.9mm, Dsj =139.7mm, L=1300m, d=127.3mm, h =15m， h2 =5m 代入公式(7-1 )中有VT2 匸 i DHi DSi L 7di2h1 7 DHi h2=1.1 0.21592 0.1397213000.12

44、732 150.21592 5444=30.8( m3)2)封固1300-1600m油層套管水泥漿體積的計(jì)算將=215.9mm, D$i =139.7mm, L=300m, d1 =125.7mm, h =15m ，h2 =5m代入公式(7-1)中有VT3 7 i DHi DSi L ；di2h1 7DHih2=1.10215920.13972300 0.1257215 0.215925=7.4(m3)則封固油層套管水泥漿體積為VT油層VT2 VT3 30.8 7.4 38.2 m37.2所需干水泥的用量所需干水泥的質(zhì)量的計(jì)算公式配制1m3的水泥漿所需水泥灰的質(zhì)量qc w（ 7-2）w m c

45、式中：c為水泥灰的密度，3.15 g/cm3 ；為水的密度，1.0 g/cm3 ； m為水灰比，0.44cw（G級(jí)水泥）；干水泥質(zhì)量的計(jì)算（1）封固表層套管所需干水泥的質(zhì)量為3.15 1.0WVq 1.1 55.280.2 tT 表層T 表層1.0 0.44 3.15（2）封固油層套管所需干水泥的質(zhì)量3.15 1.0WVq 1.1 38.255.5 tT油層T油層 r1.0 0.44 3.157.3所需清水的體積的計(jì)算所需清水的體積計(jì)算公式m WVTL（ 7-3）iw式中：m為水灰比，0.44 （G級(jí)水泥）；w為水密度，1.0 g/cm3 ；為干水泥質(zhì)量，kg ；732清水體積的計(jì)算(1)封固

46、表層套管所需清水的量:V表層清水0.44 80.235.29 m3固井時(shí)儲(chǔ)備清水的體積為：20 m3 ;(2)封固油層套管所需清水的量:呂由層清水口叫油層叱空24.42 m31.0w固井時(shí)儲(chǔ)備清水的體積為：40 m3 ;7.4頂替排量的計(jì)算(1)表層：井徑444.5mm,套管外徑339.71mm,鉆井液返速2.23m/s ;QVA -40.444520.3397122.23 1.10.15824 m3/s(2)油層：井徑215.9mm,套管外徑139.7mm,鉆井液返速2.23m/s ;QnVA -20.2159220.139722.23 1.10.05218 m3/s47.5頂替容積的計(jì)算(1)表層：徑為315.3mm套管;V表層D2h0.31532 750 58.53 m344(2)油層:0-1300m 徑為 127.3