中國(guó)石油大學(xué)華東鉆井工程課后題答案

1、第一章 鉆井的工程地質(zhì)條件（P41 ）1、簡(jiǎn)述地下各種壓力的基本概念及 上覆巖層壓力、地層壓力和基巖應(yīng)力三者之間的關(guān)系 答：P6P82、簡(jiǎn)述地層沉積欠壓實(shí)產(chǎn)生異常高壓的機(jī)理。答： P10答：地層在沉積壓實(shí)過(guò)程中，能否保持壓實(shí)平衡主要取決于四個(gè)因素： （1）上覆巖層 沉積速度的大小，（2）地層滲透率的大小，（3）地層孔隙減小的速度，（4）排出孔隙流體 的能力。在地層的沉積過(guò)程中，如果沉積速度很快，巖石顆粒沒(méi)有足夠的時(shí)間去排列，孔隙內(nèi) 流體的排出受到限制，基巖無(wú)法增加它的顆粒和顆粒之間的壓力，即無(wú)法增加它對(duì)上覆巖 層的支撐能力。由于上覆巖層繼續(xù)沉積，巖層壓力增加，而下面的基巖的支撐能力并沒(méi)有 增加

2、，孔隙流體必然開(kāi)始部分地支撐本應(yīng)有巖石顆粒所支撐的那部分上覆巖層壓力。如果 該地層的周圍又有不滲透的地層圈閉，就造成了地層欠壓實(shí)，從而導(dǎo)致了異常高壓的形成。3、簡(jiǎn)述在正常壓實(shí)地層中巖石的密度、強(qiáng)度、空隙度、聲波時(shí)差和dc指數(shù)隨井深變化的規(guī)律。答：密度、強(qiáng)度、dc指數(shù)隨井深增加而增大（見(jiàn) P10上、P25下、P15中）；空隙度、聲波時(shí)差隨井深增加而減?。ㄒ?jiàn) P12下）。4、解釋地層破裂壓力的概念，怎樣根據(jù)液壓實(shí)驗(yàn)曲線確定地層破裂壓力？答：地層破裂壓力：P17中。根據(jù)液壓實(shí)驗(yàn)曲線確定地層破裂壓力：見(jiàn) P21中（步驟4、5）。-可編輯修改-5、某井井深2000m ,地層壓力25MPa ,求地層壓力當(dāng)

3、量密度解：根據(jù)P13、式（1-12 ）,地層壓力pp 0.00981 pD地層壓力當(dāng)量密度31.274 (g/m )Pp250.00981 D 0.00981 20006、某井井深2500m ,鉆井液密度1.18g/cm 3,若地層壓力27.5MPa/m ,求井底壓差解：井底壓差=井底鉆井液液柱壓力-地層壓力靜液壓力：P6、式(1-1 )-.1 . - - . . Ph 0.00981 h 0.00981 1.18 2500 28.94(MPa)井底壓差：P Ph Ph 28.94 27.5 1.44(MPa)7、某井井深3200m ,產(chǎn)層壓力為23.1MPa ,求產(chǎn)層的地層壓力梯度。解：地層

4、壓力梯度三地層壓力/井深參考P13、式（1-12.）,地層壓力pp0.00981 pD p或P7、式（1-2 ）,靜液壓力梯度GpPh h產(chǎn)層壓力梯度：GP最急0.00722 (MPa/m)8、某井鉆至2500m ,鉆頭 D=215mm ,鉆壓 W = 160KN ,鉆速n=110r/min ,機(jī)械鉆速7.3m/h ,鉆井液密度1.28 g/cm 3,正常條件下鉆井液密度1.07 g/cm 3,求d和dc 指數(shù)。解：據(jù)P15、式（1-16 ）、式（1-17 ）（注意：各變量的單位）-可編輯修改-d指數(shù)：d0.0547v DClg吧nlg0.0547 7.3110lg0.0684Wdblg0.0

5、684 1602151.88681 07dc 指數(shù)：dc d -1.8868 1.5772d 1.2812、巖石受圍壓作用時(shí)，其強(qiáng)度和塑性是怎樣變化的？答：(1)當(dāng)圍壓增加時(shí)強(qiáng)度均增大，但所增加的幅度對(duì)于不同類型的巖石是不一樣的(p 28);(2)隨著圍壓增大，巖石表現(xiàn)出由脆性向塑性轉(zhuǎn)變，并且圍壓越大，巖石破壞 前所呈現(xiàn)的塑性也越大(P31 )。補(bǔ)充題：某井將套管下至1000m固井后做漏失試驗(yàn)，測(cè)得漏失壓力為 PL=5.9MPa ,井內(nèi) 泥漿密度為1.15g/cm 3。繼續(xù)鉆進(jìn)至2000m將鉆遇油氣層，預(yù)計(jì)油氣層壓力為35.0MPa。 若采用平衡壓力鉆井方法鉆穿油氣層，能否壓漏地層？.一(或是

6、管需要下技術(shù)套管?).解：等價(jià)問(wèn)題鉆2000m處油層時(shí)，使用的鉆井液在1000m 處產(chǎn)生的液柱壓力是否 會(huì)超過(guò)此處的地層破裂壓力”。思路：(1)計(jì)算套管鞋處地層破裂壓力當(dāng)量密度，與鉆開(kāi)油層所需鉆井液密度比較；(2)計(jì)算套管鞋處地層破裂壓力，與鉆開(kāi)油層時(shí)該處的液柱壓力比較；(3)計(jì)算套管鞋處地層破裂壓力當(dāng)量密度，以及采用該密度的鉆井液鉆開(kāi)油層時(shí)井底液柱壓力，與油層壓力比較(4)計(jì)算當(dāng)前密度的鉆井液鉆開(kāi)油層時(shí)關(guān)井套壓，與漏失試驗(yàn)的漏失壓力比較。Pl0.00981D解法1 :計(jì)算地層破裂壓力的當(dāng)量密度：P21、式(1-27 )1.15 59 1.751(g / cm3)0.00981 1000-可編

7、輯修改-計(jì)算鉆開(kāi)油層所需要的鉆井液密度：采用平衡鉆井鉆穿油氣層，鉆井液靜液壓力等于地層壓力。地層壓力：pp 0.00981 pDP13、式（1-12 ）則井深2000m處，地層壓力35.0MPa ,對(duì)應(yīng)的鉆井液密度為：Pp35.0p0.00981D0.00981 200031.784(g/cm )比較兩當(dāng)量密度：p f采用平衡鉆井鉆穿油氣層時(shí)，鉆井液密度大于1000m處的地層破裂壓力當(dāng)量密度,而此處地層又沒(méi)有用套管封隔，則地層被壓漏。解法2 :(比較1000m 處的壓力)計(jì)算1000m處的地層破裂壓力：pfpL 0.00981 dD 5.9 0.00981 1.15 1000 17.18(MP

8、a)計(jì)算鉆開(kāi)油層所需要的鉆井液密度：（同上）采用平衡鉆井鉆穿油氣層，鉆井液靜液壓力等于地層壓力。地層壓力：pp 0.00981 pDP13、式（1-12 ）Ppp0.00981D則井深2000m處，地層壓力35.0MPa ,對(duì)應(yīng)的鉆井液密度為:35.03、1.784(g / cm ) 0.00981 2000鉆開(kāi)油層時(shí),1000m處的靜液柱壓力：Ph 0.00981 hD 0.0091 1.784 1000 17.50（MPa）比較兩個(gè)壓力：由于Ph Pf ,則地層被壓漏。-可編輯修改-解法3:計(jì)算地層破裂壓力當(dāng)量密度：P21?( 1-27 )f d pL1.15 5 1.751(g/cm3)

9、0.00981D0.00981 1000破裂壓力當(dāng)量密度在2000m處能產(chǎn)生的靜液柱壓力：ph 0.00981 hD 0.0091 1.751 2000 34.47(MPa)比較兩個(gè)壓力：由于Ph Pp,說(shuō)明該密度的鉆井液在井底產(chǎn)生的靜液壓力不能平衡地層壓力；如果采用平衡壓力鉆井方式鉆開(kāi)2000m處油氣層，所需鉆井液密度必定要高于套管鞋處地層破裂壓力當(dāng)量密度，則地層被壓漏。第1章補(bǔ)充復(fù)習(xí)題：1、 名詞解釋：地層破裂壓力、巖石的強(qiáng)度、巖石的可鉆性-可編輯修改-第二章鉆進(jìn)工具（P98-99.）7、牙輪的超頂、移軸和復(fù)錐各產(chǎn)生哪個(gè)方向的滑動(dòng)？（P53-54）答：超頂和復(fù)錐產(chǎn)生切向滑動(dòng)，可以剪切掉同一

10、齒圈相鄰牙齒之間的巖石；移軸產(chǎn)生軸向滑動(dòng)，可以剪切掉相鄰齒圈之間的巖石。16、PDC鉆頭是怎樣破碎巖石的？適用于什么樣的地層？答：（1）工作原理（P45:）:與刮刀鉆頭基本相同。主要以切削、剪切和擠壓方式破I-I土 ， 1m i h.碎巖石，具體方式取決于鉆頭的切削結(jié)構(gòu)及所鉆地層的巖性。（2）適用地層（P69）:軟到中硬地層；地層必須是均質(zhì)地層，以避免沖擊載荷；含礫石的地層不能使用PDC鉆頭。18、鉆柱主要由哪幾部分組成？其主要功用有哪些？答： P73中、P73上。 .，I I H ，81 ri l一 J I M n I I ，23、井下鉆柱受到哪些力的作用？最主要的作用力是什么？答：P869

11、0。24、何為鉆柱的中性點(diǎn)？為什么要保證中性點(diǎn)落在鉆鋌上？答：P87下、P88中上。25、鉆柱的哪些部位受力最嚴(yán)重？最主要的作用力是什么？（P91）.答：（1）鉆進(jìn)時(shí)：鉆柱下部受力最為嚴(yán)重，同時(shí)受到軸向壓力、扭矩和彎曲力矩作用。井口處鉆柱受力比較嚴(yán)重，所受拉力、扭矩都最大。（2）起下鉆時(shí)：井口處受力最嚴(yán)重，受到最大拉力。31、某井用 91/2in 鉆頭,7in 鉆鋌（q。 1632N/m）和 5in 鉆桿（qp 284.78N/m）,設(shè)計(jì)鉆壓為180kN ,鉆井液密度1.28g/cm 3,試計(jì)算所需鉆鋌長(zhǎng)度。3解：鋼材餐度統(tǒng)一取 s 7.8g/cm-可編輯修改-(1)浮力系數(shù)：Kb 11.28

12、7.80.836P87、式 2二3 )P88、式(2-7 )(2)取安全系數(shù)Sn = 1.2鉆鋌長(zhǎng)度：LnW Sn-180 1.2189.70(m)qc kB cos 1.362 0.836若此井為直井，則需要鉆鋌長(zhǎng)度為 189.70m332、已知：井深Dv 1500m,鉆壓W 14t ,鉆井減密度為d 1.38g / cm ； 鉆具結(jié)構(gòu)：81/2 in 鉆頭+61/2 in 鉆鋌 200m (qc 136.24kg/m) + 5in 鉆桿 1300m(qp 29。4kg/m)。求中性點(diǎn)所在井深解：(1)浮力系數(shù)：Kb 1d1.381 0.823s7.8P87、式(2-3 )(2)中性點(diǎn)位置：

13、Ln14 103qc Kb 136.24 0.823 c124.86(m)P88、式(2-7 )(3)中性點(diǎn)所在井深:Dv Ln 1500 124.86 1375.14(m)34、某井用121/4in鉆頭鉆至3500m ,試進(jìn)行鉆柱設(shè)計(jì)。13已知：鉆頭直徑db 12 ”in,井深D 3500m；鉆井減密度d 1.23g/cm ；鉆壓W 200kN ；拉力余量MOP 450kN ；安全系數(shù)St 1.30 ；卡瓦長(zhǎng)度Ls 406.4mm；正常潤(rùn)滑；井斜角 6 。庫(kù)存鉆具：9in 鉆鋌(qc 2860N/m)27m ;7in 鉆鋌(qc 1632N/m)81m；61/4in 鉆鋌(qc 1362.4

14、N/m)供應(yīng)充足；E級(jí) 5in 鉆桿(qp 284.78N/m)900m ；95 (X)及 105 (G)級(jí) 5in 鉆桿(qp 284.78N / m)供應(yīng)充足。-可編輯修改-解：（1）選擇鉆鋌查表2-21 （P91 , “鉆頭尺寸與鉆柱尺寸配合”）：121/4 in鉆頭首選9in鉆鋌。浮力系數(shù)：KBd1.231 1 s7.80.842P87、式. .(2-3 )取安全系數(shù)Sn1.20P92、式(2-12 )則鉆鋌長(zhǎng)度：LcSn W1.20 200qc kB cos2.860 0.842 cos6100.21(m) 27(m)計(jì)算長(zhǎng)度Lc 100.21m大于庫(kù)存量（27m ）,則實(shí)際長(zhǎng)度Lc

15、1 27 m。除了 9in 鉆鋌、還要選12段尺寸較小的鉆鋌，組成 “塔式鉆具組合”（直井防斜打直）。中性點(diǎn)（P87 ）: “鉆柱上軸向力等于0的點(diǎn)”。nW(qci Lci) kB cosi 1鉆鋌長(zhǎng)度的確定原則（P92）: “保持中性點(diǎn)始終處在鉆鋌上”。nWmax SN(qci Lci) k B cosi 1各段鉆鋌長(zhǎng)度的計(jì)算公式如下:Sn Wmaxn ；、(qci Ld)kB cosi 1LcnqcnSn Wmaxqc1 Lc1 qc2 Lc2qcn kB cos1q第2段鉆鋌選擇7in鉆鋌，則該段鉆鋌的計(jì)算長(zhǎng)度為:SN Wmaxqc1 Lc1Lc2.qc2 kB cos qc21.20

16、2001.632 0.842 cos62.860 27.0 128.30(m)1.632計(jì)算長(zhǎng)度Lc2 128.30m仍然大于庫(kù)存量（81m）,則實(shí)際長(zhǎng)度Lc2 81.0m 0除了 9in鉆鋌、7in鉆鋌，還要使用61/4in鉆鋌，計(jì)算長(zhǎng)度為:-可編輯修改-Lc3Sn WmaxLc1 qc1Lc2qc2qc3 kB cosqc31.20 20027.0 2.860 81.0 1.6321.362 0.842 cos61.36256.68(m)該尺寸鉆鋌供應(yīng)充足。若按每1g鉆鋌9m計(jì)算，需要7根，實(shí)際長(zhǎng)度Lc3 63.0m 3全部鉆鋌的總長(zhǎng)度：Lci 27.0 81.0 63.0 171.0（m

17、）i 1全部鉆鋌在空氣中的重量:(qcii 1Lci)2.860 27.0 1.632 81.0 1.362 63.0 295.22(kN)3全部鉆鋌的浮重：(qci Lci) kB 295.22 0.842 248.57(kN)i 1（2）選擇第一段鉆桿（接鉆鋌）：E級(jí)5in鉆桿，線重qp1 284.78N/m據(jù)鉆桿直徑、鋼級(jí)、線重（或壁厚）,查表212（P75.）、表/二14（P77）,最小 抗拉載荷 Fy1 1760.31kN。A、計(jì)算最大安全靜拉載荷：P93-95.二.分.3.種值：況計(jì)算，.最后里最小值安全系數(shù)法：P95、式（220）0.9 1760.31Fa1 0.9Fy1/st

18、-1218.68（kN）1.3設(shè)計(jì)系數(shù)法（卡瓦擠毀）：P95、式（221）y x 0.9 1760.31Fa1 0.9Fy1/（一） 1115.69 （kN）t 1.42其中，據(jù)鉆桿外徑127.0mm，卡瓦長(zhǎng)度Ls 406.4mm及正常潤(rùn)滑條件，查表2-22P95、式（2 22)（P94）,得到防止卡瓦擠毀鉆桿的設(shè)計(jì)系數(shù) 1.42。 x拉力余量法：Fa10.9Fy1 MOP 0.9 1760.31 450 1134.28 （kN）-可編輯修改-顯然，按卡瓦擠毀比值計(jì)算的最大安全載荷最小，取Fai 1115.69kNB、計(jì)算最大許用長(zhǎng)度:LpiFaiqpiKBqcLcqpi1115.69284.

19、78 i0 3 0.842295.22284.78 10 33616.22(m)因?yàn)閹?kù)存量?jī)H有900m ,實(shí)取第1段鉆桿長(zhǎng)度Lpi 900.0m(3)選取第2段鉆桿:95 X級(jí)5in鉆桿，線重qpi284.78N /m同理：最小抗拉力Fy22229.71kN最大安全靜拉載荷:安全系數(shù)法：Fa20.9 2229.710.9Fy2 /St 1.31543.65 (kN)設(shè)計(jì)系數(shù)法(卡瓦擠毀)：Fa2 0.9Fy2/() t1413203)拉力余量法：Fa2 0.9Fy2 MOP 0.92229.71 450 1556.74 (kN)實(shí)取最大安全靜拉載荷Fa2 1413.20kN 0最大許用長(zhǎng)度:F

20、a2/KBqcLc qpiLpiLp2 qp29003956.12m3284.78 10 31413.20/0.842 295.22 284.78 10因?yàn)榭偩顬?500m ,實(shí)取第2段鉆桿長(zhǎng)度:Lp2 DLc Lp1 3500.0 168.0 900 2432.0(m) 0設(shè)計(jì)鉆柱組合列表如下：規(guī)范長(zhǎng)度/m空氣中重/kN第1段鉆鋌：9in ,線重2.860kN/m2777.22-可編輯修改-第2段鉆鋌：7in ,線重1.632kN/m81132.19第3段鉆鋌：61/2in,線重1.362kN/m6385.81第1段鉆桿：5in , E級(jí)，線重284.78N/m900256.30第2段鉆桿

21、：5in , 95 X級(jí)，線重284.78N/m2432692.59合計(jì)35001144.11第3章復(fù)習(xí)題：鉆井液的功用是什么？ P101-102名詞解釋：井塌（P116）-可編輯修改-第四章鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選（P165 ）1、某井用 200mm241 型鉆頭鉆進(jìn)，W=196kN , n=70r/min ,井底凈化條件較好，鉆頭工作14h后起鉆，已知Af=2.33 X10-3。求牙齒磨損量hf0解：查表4 1 (P130)、表4 2 (P131 ),200mm241 型鉆頭的有關(guān)數(shù)據(jù):一一 一=一，=4_*Z10.0167, Z 25.94,a10.9,a20.39210 , Ci3zi =0 01

22、67牙齒磨損量:hfP132、例 4-13、，/ cc Af(an a2n )tf11 2Ci Z2 Z1Wc_3_ _4_ 3/ c c 2.33 10(0.9700.392 1070 )1411 2 3 %5.94 0.0167 1960.522、某井用 200mm211 型鉆頭鉆進(jìn)，W=196kN , n=80r/min ,鉆頭工作14h后起鉆,軸承磨損到B6級(jí)，求軸承工作系數(shù)bo解：軸承磨損到B6級(jí)，表示軸承磨損了 6/8參考P141、例4-2軸承的磨損速度方程： 變 1w1.5n軸承工作系數(shù)：bdt b1 5 1 5nWt 80 19614Bf0.75P133、式(4-15 )4.1

23、 1063、已知某井五點(diǎn)法鉆進(jìn)試驗(yàn)結(jié)果如下，求該地區(qū)鉆壓 M和轉(zhuǎn)速系數(shù)入實(shí)驗(yàn)點(diǎn)123456鉆壓/kN225254254196196225-可編輯修改-轉(zhuǎn)速/(r.min -1)70601201206070鉆速/(m.h -1)3132.546342430解：談表上哭現(xiàn)也緬乜表.4-3,_ - 1 - - -1 1 - 1 1 1 一 一鉆速萬(wàn)程：VpC Kr(W M )n CpCH1 C2hP129 :式(4-9 )轉(zhuǎn)速 nmax 120r / min (第 3、4 點(diǎn))：參考P.134.:式.(4-18)、一式(4-19 )Wmax Wmin254 196M1 Wmin qx吧 vdc4 1

24、96 34 31.67(kN)minpcV pc3 V pc44634轉(zhuǎn)速 nmin 60r/ min (第 2、5 點(diǎn))：M2WIax Wmin254 196 ,Wmin一 Vpc5 19624 32.24(kN)V pc2 Vpc532.5 24則：M1 一2(M1M2) 31.96(kN)（2）求轉(zhuǎn)速指數(shù)：鉆壓W固定，轉(zhuǎn)速n變化nmax、nmin鉆壓 Wmax 254kN (第 2、3 點(diǎn)):參考 P135、式（4-21 ）、式（4-22 ）0.1510.3010.50161g(v pc 2 /Vpc 3)lg(32.5/46)lg(nmin/nmax)以60/120)鉆壓 Wmin 1

25、96kN （第 4、5 點(diǎn)）：-可編輯修改-lg(V pc5 /vpc 4)lg(24/ 34)0.15110.5016lg(nmin /nmax)lg(60/120)0.301則:12)0.50164、某井用 215.9mm 鉆頭鉆進(jìn)，噴嘴流量系數(shù) C=0.96 ,鉆井液p d=1.42g/cm3 ,排量 為16L/S ,若要求井底比水功率為0.418kW/cm2 ，且三個(gè)噴嘴中擬采用一個(gè)直徑為 9mm,另兩個(gè)為等徑。試求另兩個(gè)噴嘴的直徑，并計(jì)算射流水力參數(shù)和鉆頭水力參數(shù)。21.592 153.03( kW)P146、式( 4-52 )解：比水功率通常為射流水功率與井底面積的比值(1)射流水

26、功率：Pj Pj A 0.418 43射流水功率Pj0.05 2 QJ AA00.05 d Q3Pj0.05 1.42 163153.032、1.3785(cm )噴嘴總面積A。一 (d24d2 d；),又 d19mm、d2d3；則另兩個(gè)噴嘴的直徑:d 2 d3d1222 1.3785 0.90.687(cm)26.87(mm)另兩個(gè)噴嘴的實(shí)際直徑d2d37.0mm o噴嘴總面積：A0(d；4d2.2、d3)小0.9220.72420.7 ) 1.406(cm )(2)射流水力參數(shù):射流噴射速度：Vj10Q1016A0113.80(m/s)1.406P145、式(4-50 )射流沖擊力：Fjd

27、 Q21.42 162100A01001.4062.585(kN)P145、式( 4-5,1 _)(3)鉆頭水力參數(shù)鉆頭壓降：pb0.05C2Q20.05 1.42 162220.96 1.4069.977(MPa)P146 、式-可編輯修改-(4-53 )鉆頭水功率：Pb。叱d2Q3 c2 A3O.05.42 16159.63( kW) P147 :式0.962 1.4062(4-53 )5、已知：鉆頭直徑215.9mm ;鉆鋌外徑177.8mm (內(nèi)徑 71.4mm )、長(zhǎng)度 100m ;內(nèi)平鉆桿、外徑127mm （內(nèi)徑108.6mm ）；鉆井液密度pd=1.2g/cm 3、塑性粘度ppv

28、=0.022Pa S、排量 Q=22L/S;地面管匯壓耗 APg=0.34MPa。求 m , a值及井深D 2000m時(shí)循環(huán)系統(tǒng)壓耗。解：地面管匯壓耗公式:P152、式(4-73 ) , P153、式(4-80 )Pg Kg Q1.8 KgpgQ180.343后 1.30352 10 3(22.0)1.8據(jù) P153、式（4-82 ）：0.80.20.51655K c dpv Lc4 8dci0.57503(dh dc)3(dh dc)(1.2)08 (0.022)0.2 1000.516550.575030.53993 100 (4.124402.98190 10 3(7.14)48(21.

29、59 17.78)3(21.59 17.78)1.810 5 1.39836 10 5)P152、式(4-74 )(1.2)0.8 (0.022)020.516550.575030.539930 (5.5097163.73697 10(10.86)4.8(21.59 12.7)3(21.59 12.7)1866101.41151 10 )(P153)內(nèi)平鉆桿，常數(shù) B 0.51655:0.80.2 B0.57503m d pv-483T8dpi (dh dp) (dh dp).-可編輯修改-a Kg Kc m Lc(P154 )1.30352 10 3 2.98190 10 3 3.73697

30、 10 6 10033.91172 10當(dāng)井深D 2000m時(shí)，鉆桿長(zhǎng)度Lp 2000 100 1900 m。循環(huán)系統(tǒng)壓耗:P154、式(4-83 )3.91172 10 3) 221.8Pl (mD a)Q1.8(3.73697 10 6 20000.01138566 221.8 2.97(MPa)8、已知：鉆頭直徑db 215.9mm;噴嘴流量系數(shù)C 0.98;鉆鋌外徑 dc 177.8mm （內(nèi)徑 dci 71.4mm）、長(zhǎng)度 Lc 120m;內(nèi)平鉆桿、外徑dp 127.0mm （內(nèi)徑dpi 108.6mm）；鉆井液密度d 1.64g/cm3、塑性粘度pv 0.047 Pa s;排量Q

31、22L/s ;要求環(huán)空返速Va 0.7L/s;地面管匯壓耗系數(shù)Kg 1.07 10 3MPa s1.8 L 1.8 ; g配備2臺(tái)3NB-1000鉆井泵；地面泵壓不超過(guò)18Mpa ;當(dāng)前井深D 4000m o試按最大鉆頭水功率方式對(duì)該井深處進(jìn)行水力參數(shù)設(shè)計(jì)。P16_2、.式( 4-112 )解：（1）確定最小排量Qa：18.24d d h18.241.64 21.590.515(L/s)要求環(huán)空返速Va 0.7L/S,則實(shí)取Va 0.7L/S攜巖要求最小排量:P163、式(4-116 )_22_2_2_Qa(d： dp) va(21.592 12.72) 0.7 16.76(L/s)4 p 4

32、-可編輯修改-(2)計(jì)算環(huán)空壓耗系數(shù):鉆鋌內(nèi)外壓耗系數(shù):P153、式(4-82 )0.80.2K c d pvLc0.516554.8 d ci0.57503(dh dc)3(dh dc)18(1.64)0.802 (0.047).1200.516550.57503(7.14)4.8(21.59 17.78)3(21.5917.78)1.80.805935.34111120 (4.1244010 3_ 5 _ 5101.39836 10 )內(nèi)平鉆桿,則常數(shù)B0.516550.8m d0.2 pvB48 d pi(dh0.57503dp) (dh1.8 dp)(1.64)0.802 (0.047

33、).0.51655(10.86)4.8(21.590.5750312.7)3(21.59 12.7)1.8(P153 )0.805935.57799(5.5097110 610 61.41151 10 6)aKgKcm Lcc1.0710335.34111 105.57799 10 6120_ 35.7404 10(P154 )井深D4000m時(shí)壓耗系數(shù):Kl mD a 5.57799 10 64000 5.740410 30.028(P154 )(3)選擇缸套直徑鉆井泵排量Qr Qa (攜巖要求的最小排量)，要求若 18.61 (L/S)U . V由P156.、.表.4-6.一知，3NB-1

34、000 鉆井泵、選擇140mm 缸套時(shí)：-可編輯修改-額定排量Qr 27.1L/s,額定泵壓Pr 24.3MPa；考慮鉆井泵上水效率，則24.3 X0.90=21.87MPa27.1 X 0.90=24.39L/s根據(jù)限定條件-“地面泵壓以不超過(guò)18MPa較合適”，則:泵的工作額定泵壓 Pr=18MPa ,工作額定排量 Qr=24.39L/s第一臨界井深:(4)計(jì)算按最大鉆頭水功率方式下的臨界井深P.159、式(4.-96)DpcPr a -2.8mQr.m3.6699 103182.8 5.57799 10 6 24.391.81.0291 1032639.48(m)5.7404 10 35

35、.57799 10 6第二臨界井深為P159、式(4-97 )prpa2.8mQ；.87.21014m103182.8 5.57799 10 6 16.76180.33179一 3 一一 一103 6214.37(m)5.7404 10 35.57799 10 6(5)計(jì)算優(yōu)選排量當(dāng)前井深D 4000m ,Dpc DDpa,則最優(yōu)排量:QoptDr2.8Kl182.8 0.02811.820.491(L/s).P.1.58、式4二92)(6)確定噴嘴直徑當(dāng)前井深d 4000m處的循環(huán)壓耗：piKl Q1.8 0.028 20.491.8 6.43(MPa)或 pl 0.357pr 18.0 0

36、.357 6.43(MPa)P158.式一.(4-92.)或.(4-9.3.)當(dāng)量噴嘴直徑：P160、式(4-99)-可編輯修改-de20.126 d QoptPr C220.126 d QoptPr C24 0.126 1.64 2049218 0.9821.497(cm)(7)計(jì)算各水力參數(shù)泵壓：Ps Pr 18(MPa)鉆頭壓降:pbpspl 18 6.43 11.57(MPa)射流噴速：Vj10QA010 20.4923.14 1.497 2/4116.47(m/s)射流水功率:射流沖擊力:PjFj。05 dQ3A00.05 1.64 20.493廠 227.72( kW)3.144

37、1.4972100 A0_ 21.64 20.49100 3.144 1.49723.82( kN)Pi227.72鉆頭水功率：Pb2 p qM 237.09( kW)C 0.98第4章補(bǔ)充復(fù)習(xí)題：提高鉆頭水力參數(shù)的途徑？ ( P154-155水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟？ ( P162-163名詞解釋：門限鉆壓(P125)壓持效應(yīng)(P.12.7.)、-可編輯修改-第五章井眼軌道設(shè)計(jì)與軌跡控制（P211 ）34.井斜方位角與象限角的換算解：(1)方位角：50,900,00象限角： N50 E,N90 E,N0 (2)象限角：S13.5E,S70W,方位角： 166.5,250 ,175,200,315

38、,S5 E,S20 W,N45 W ,N50E,N33W50,32735.用兩種井眼曲率公式分別計(jì)算表中所列三個(gè)測(cè)斜段井眼曲率。測(cè)段123/m333535井斜角1/ 2/3380853539方位角1/ 2/15194100160303295法1狗腿角/6.0059.626.25曲率/30m5.4551.115.36法2狗腿角/9.3759.706.26曲率/30m8.5251.175.37解：(1) Lubinski 公式：P170 :式(5-1 )、(5-2 )狗腿角： cs cs A cs B sin A sin B cs( A B)平均井眼曲率：Kc 30 D-可編輯修改-以測(cè)段1為例:

39、cos cos 1cos 2 sin 1sin 2 cos( 21)cos30 cos3o sin 3o sin 3o cos 194o 15o（三角函數(shù)值保留4位小數(shù)）0.9945 arccos cos 1 cos 2sin 1 sin 2 cos( 21) arccos 0.99456.0030 6.00 oKc 30 / Dm-5.45 /30mcm 33(2)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式：,22. 2、0.5(sin c)P170 :式(5-3 )、(5-2 )測(cè)段1 :狗腿角A ,c ( A B)./2,注意 1802sin2 c 0.5 (0o1792 sin23o)0.5 9.3736.平均

40、井眼曲率：Kc 30 Dm 二 852o/30m求井斜方位角增量及平均井斜方位角測(cè)段12343001853452/。1025355230/。70-160-8-175cF335105-1-42.5解：當(dāng)| 180時(shí)要特別注意!.(D180 時(shí)：213600(2)180 時(shí)：c -一1 1800 221360-可編輯修改-o18037.分別用平均角法和校正平均角法完成測(cè)斜計(jì)算，設(shè)計(jì)方位角 o 22L/m/平均角法校正平均角法N/ mE/mD/mV/ mDLS/ mN/ mE/mD/mV/ mDLS/ m1524.26.111.061.30.011524.21.20.2441.30.011524.1

41、1.20.24443043041532.217.30.892.90.041532.02.71.4042.90.041531.82.71.404446365751542.819.0358.6.20.011542.15.80.1756.20.011541.95.80.1759028537821551.920.10.999.3-0.01550.68.60.2359.3-0.01550.58.60.2354211830102解：（1）根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，由第_1 測(cè)點(diǎn).推算第.Q.測(cè)點(diǎn)參數(shù)：._L0D0 Dm0 1524.24 25 1499.24mLpo 0 , N00, E00-可編輯修改-測(cè)段Dm /

42、m/o/o/o c /o c f Di儲(chǔ)i25.06.ii03.0550.530.996i.00028.0ii.23-0.i7ii.7250.9750.9920.9983i0.65i.66-2.69i8.i7-0.4550.999i.00049.05i.i22.79i9.56359.5950.999i.000(2)計(jì)算所需參數(shù)列于下表:(3)平均角法:測(cè)段1 : DiDmicos ci 25 cos3.055o 24.96(m)Di DoDi 14499.24 24.96 1524.20(m)N1 Dmi sin ci cos ci 25sin 3.0550 cos0.53oi.33(m)cc

43、Ni N0 Ni 0 i.33 i.33(m)EiDmi sin ci sin ci 25sin 3.055 sin0.53 0.0i(m)Ei E0Ei 0 0.0i 0.0i(m)水平位移S . Ni2 Ei2i.332 0.0i2i.33平移方位角 i atn - atn j0i0.43Nii.33視平移VS cos 0 ii.33 cos22o 0.43oi.24(m)6.iio0.244(o/m)狗腿角 ii2i2 sin2 ci 05 6.ii2 0 05曲率 Kci 30 i D 1 30 6.i125 7.33(o/30m)-可編輯修改-測(cè)段2 :D2 Dm2 cos c2 8

44、 cos11.73o 7.83(m)D2D1D21524.20 7.83 1532.03(m)N2Dm2 sinc2cos c2 8 sin 11.730 cos0.98o 1.63(m)N2N1 N21.33 1.63 2.96(m)E2Dm2sinc2 sin c2 8 sin11.73osin0.975o 0.03(m)E2E1E20.01 0.03 0.04(m)S2,N| E|,2.9620.0422.96(m)atn E2N20.04 atn2.960.77測(cè)段3 :D3N3N3E3E3S3S2 cos 0222D3Dm3K.c2D2 D3Dm3sinN2 N3Dm3 sinE2E

45、3.N3 E；atn EN3S3 cos2.96cos22o 0.77o2.76(m)20.5222sin2 c211.2320.17 sin211.73cv30 11.238 42.11(o/30m) 1.404(/m)cos c3 10.65 cos18.17o 10.12(m)1532.03 10.12 1542.15(m)C3 cos2.96c3sin0.04c310.65 sin 18.170 cos 0.455oc33.32 6.28(m)c310.65 sin18.17o sin 0.455oc(0.03) 0.01(m)6.2820.0126.28(m)0.511.23o3.3

46、2m0.03(m)0.01 atn6.280.096.28cos220.095.83(m)20.5sin c31.6622.69 2 sin218.170.51.86o-可編輯修改-Kc3 30 7 D 3018%065 524(o/30m) 0.175(o/m)測(cè)段 4: D4 Dm4 cos c4 9.05 COS19.5608.53(m)N4D4 D3D41542.15 8.53 1550.68( m)Dm4Sin c4 cos c4 9.05 sin19.56 cos359.5953.03(m)N4 N3 N46.28 3.03 9.31(m)E4 Dm4sin c4 sin c4 9

47、.05 sin 19.56 sin359.60.02(m)E4 E3 E40.01 ( 0.02)0.01(m)S4.1 N4E4,9.3120.01 29.31 (m)x E4 x 0.01 TOC o 1-5 h z 4 atn atn0.06N49.310.068.63(m)V4 S4 cos 049.31 cos22o4Kc4sin2 c4 0.51.122 2.792 sin2 19.56 0.52.13o30 2.19 05 7.06(o/30m) 0.235(o/m)(2)校正平均角法：同樣依據(jù)公式計(jì)算測(cè)段 1 : D1D0fD1 Dm1 cos c1 1499.24 0.996

48、 25cos3.055o1524.10(m)N1N0 fH1 Dm1 sin c1 cos c1 0 1.000 25sin 3.0550 cos0.53o 1.33(m)E1E0fH1 Dm1 sin c1sin c1 0 1.000 25sin 3.055O sin 0.53O0.01(m). N12 E121.332 0.0121.33(m)一 TOC o 1-5 h z x E1x0.011atnatn0.43N11.33V1S1 cos011.33cos22O0.43O1.24(m)-可編輯修改-測(cè)段 2: D2 DifD2 Dm2cos c2 1524.10 0.992 8cos

49、11.7251531.87(m)N2 N1fH2 Dm2 sin c2cos c2 1.33 0.998 8sin 11.725 cos0.975 2.95(m)E2 日f(shuō)H2 Dm2 sin c2 sin c2 0.01 0.998 8sin 11.725o sin 0.975o 0.04(m)S2,N22E22.2.952 0.0422.95( m), E2 atn -rN2atn0.042.950.78S2 cos 022.95 cos22o 0.78o 2.75(m)測(cè)段 3: D3D2 fD3 Dm3 cos c3 1531.87 0.999 10.65cos18.17o 1541.

50、98(m)N3N2 fH3 Dm3 sin c3 cos c3 2.95 1.000 10.65sin 18.170 cos 0.46o 6.27(m)E3E2fH3 Dm3sin c3sin c3 0.04 1.000 10.65sin 18.17o sin0.46o0.01(m)S3,N32 E326.272 0.0126.27(m)一一一 TOC o 1-5 h z E30.01atn r atn0.09N36.27V3S3 cos 036.27 cos22o 0.09o5.82(m)測(cè)段 4: D4 D3 fD4 Dm4 cos c4 1541.98 0.999 9.05cos19.5

51、6o 1550.50(m)N4 N3 fH4 Dm4sin c4 cos c4 6.27 1.000 9.05 sin 19.560 cos359.6o9.30(m)E4E3 fH4 Dm4 sin c4 sin c4 0.01 1.000 9.05 sin19.56 sin 359.60.01(m)S4. N42 E429.3020.01 2 9.30(m)一 x E4 x 0.01 TOC o 1-5 h z atn -ratn 0.06N49.30*- 一_ o-o 、V4S4 cos049.30 cos220.068.62(m)-可編輯修改-39、滿眼鉆具組合扶正器最優(yōu)距離計(jì)算。Dh

52、=216mm , Ds= 214mm , Dc= 178mm （內(nèi) 徑75mm ）, E=20.584 M010Pa , d = 1.33kg/L ;設(shè)計(jì)允許最大井斜角（3。試求該組合的中扶正器距離鉆頭的最優(yōu)距離。注意各變量的單位解：據(jù)P183、式（5-30 ）,可以參考例5-2 :(dh ds)2(0.216 0.215)20.0005( m)qm20.594 1010Pa 20.594444649cdci)-(178q(1 )(0.1782s 41., 16CEJ 4一Lp二 qm sin107kN/m 241275 ) 104.7720.0752) 7.8 9.8_ 5410 (m )1

53、.33(1)7.816 0.0005 20.594 107 4.77 101.30 sin3中扶正器距鉆頭最優(yōu)距離為5.83m40.鐘擺鉆具組合扶正器最優(yōu)距離計(jì)算。Dh=216mm ,(P183、例 5-2 )1.30(kN/m)145.83mDs=214mm,Dc=178mm (內(nèi)徑 75mm ),E=20.594 X1010Pa, pd=1.33kg/L ,設(shè)計(jì)允許最大井斜角3o,鉆壓w=120KN 。試求該組合扶正器距離鉆頭的最優(yōu)距離。解：據(jù) P185、式（5-31 ）:注意各變量的單位qmq(1 ) (0.1782 0.0752) 7.8 9.8s 41.33(1 一)7.81.30(

54、kN/m)2_.qmSin2 1.30 sin3o 0.67_10_7220.594 10 Pa 20.594 10 kN/m-可編輯修改-r dh dc20.2162078 0.019(m)（r為環(huán)空間隙）B 82.04W r 82.04 120 0.019 187.05_4_4_ 44_ 12_ 54J Dc Dci 17875104.77 10 (m )6464C 184.6 2EJ r 184.620.594 107 4.77 10 5 0.019 3.40 105B2 4AC BLZ , 2A1187.052 4 0.67 3.40 105 187.052 0.6724.21m扶正器

55、距鉆頭的最優(yōu)距離為24.21m41、某定向井設(shè)計(jì)目標(biāo)點(diǎn)垂深 800m ,造斜點(diǎn)垂深500m ,造斜率1.8 730m 。設(shè)計(jì)軌道形狀為三段式。設(shè)計(jì)該軌道，并按表計(jì)算有關(guān)未知參數(shù)。（水平位移40m ）節(jié)點(diǎn)井斜角/。垂深/m水平位移/m井深/m00000a05000500b10.8678.9016.92680.01t10.880040801.11解：已知 Dt 800m、St 40m、D 500m、Kz 1.8 /30m計(jì)算穩(wěn)斜段井斜角:據(jù) P189、式(5-33 )(5-37 )RZ1719Kz17191.8955(m)-可編輯修改-Se St 40 mDe Dt Dkop 800 500 30

56、0(m)Re Rz 955mDmw.De Se2ReSe3002 402 2 955 40 123.28(m)2atnDe2KD mwSe2atn300 123.282 955 40 10.800增斜段計(jì)算:據(jù) P190、式(5-52 )(5-54 )* 1 一 r * uki 1 * r * I 口 1 ， 一月 ，* , I * r n r I 1 . n i iDzRz sin b 955 sin10.800178.90 (m)Sz Rz(1 cos b) 955 (1 cos10.800) 16.92 (m)DmzRz b 955 10.80180.01( m)180180穩(wěn)斜段計(jì)算：

57、據(jù)P190.、式,(5二55 )(5-56 )DwDmw cos b 123.28 cos10.80o121.10 (m)Sw Dmw sin b 123.28 sin 10.80023.10 (m)檢驗(yàn)t點(diǎn)位移：SzSw 16.92 23.10 40.02 (m)coscos令cosDm44、某井井深2000m處，井斜角1 31,方位角1 102。根據(jù)軌跡控制要求，希望鉆進(jìn)Dm 100m,使井斜角2 33o,方位角2 70o,求造斜工具的裝置角及造斜率。解：據(jù)P202、式（5-69 ）（5-73 ）,采用解析法，可以參考 P202、例5 5cos 1 cos 2 sin 1 sin 2 co

58、scos 1 cos cos 2sin 1 sin TOC o 1-5 h z arccosC0C ,則oarccosC 或 arccosC 360o030Kc-可編輯修改-代入數(shù)據(jù)：江豆:二魚四數(shù)但保附4a小包c(diǎn)os cos 1 cos 2 sin 1 sin 2 coscos31o cos33o sin31o sin33o cos(70 102o) 0.9568arccos0.9568 16.913030 16.91o造斜率 Kc 5.07 ( /30m)Dm 100coscos 1 cos cos 2cos31 cos16.91 cos33sin 1sinsin31 sin 16.910.12391 70 10232 0arccos( 0.1239)97.12 ,實(shí)取360( 97.12o) 262.8845、某井方位控制計(jì)算。已知：當(dāng)前井底井斜角22.