中國(guó)石油大學(xué)在線考試期末考試《-鉆井工程》答案

中國(guó)石油大學(xué)（北京）遠(yuǎn)程教育學(xué)院

期末考試

《鉆井工程》

學(xué)習(xí)中心：-三一方***姓名：張*學(xué)號(hào)：**034

一、名詞解釋?zhuān)啃☆}5分，共20分）

1.井斜方位角

某測(cè)點(diǎn)處的井眼方向線投影到水平面上稱(chēng)為井眼方位線，以正北方向線為始

邊，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至井眼方位線所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為井斜方位角。

2.硬關(guān)井

是指在沒(méi)打開(kāi)放噴閘門(mén)防噴的情況下，直接關(guān)閉防噴器的關(guān)井。

3.欠平衡鉆井

欠平衡鉆井又叫負(fù)壓鉆井，是指在鉆井時(shí)井底壓力小于地層壓力，地底的流體有控制

地進(jìn)入井筒并且循環(huán)到地面上的鉆井技術(shù)。

4.巖石的可鉆性

是鉆進(jìn)時(shí)巖石抵抗機(jī)械破碎能力的量化指標(biāo)。巖石可鉆性是工程鉆探中選擇鉆進(jìn)方法、

鉆頭結(jié)構(gòu)類(lèi)型、鉆進(jìn)工藝參數(shù)，衡量鉆進(jìn)速度和實(shí)行定額管理的主要依據(jù)。

二、簡(jiǎn)答題（每小題10分，共40分）

1.鐘擺鉆具組合的防斜原理

答：當(dāng)鐘擺擺過(guò)一定角度時(shí)，在鐘擺上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向回?cái)[的力，稱(chēng)作鐘擺力。

顯然，鐘擺擺過(guò)的角度越大，鐘擺力就越大。

如果在鉆柱的下部適當(dāng)位置加一個(gè)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(gè)鐘擺，也要產(chǎn)生一個(gè)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。

2.鉆井液的功用

答：（1）清除井底巖屑，并攜帶至地面。（2）冷卻，潤(rùn)滑鉆頭和鉆具，給地

層以沖擊力，加快破碎巖石速度。（3）懸浮巖屑。（4）平衡地層壓力，防止井噴、

井漏、井塌和卡鉆等事故。（5）形成低滲透性泥餅鞏固井壁。（6）渦輪鉆具的井

底動(dòng)力液。（7）控制腐蝕。（8）承受部分鉆柱和套管的重量。（9）幫助錄井。（10）

減少油氣層傷害。

3.射流清潔井底的機(jī)理

答: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(duì)井底清洗的

兩個(gè)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井底沖擊壓力波并不是

作用在整個(gè)井底，而是作用在某些小圓面積上。就整個(gè)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(kāi)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(dòng)，本來(lái)不均勻的壓力分布又在迅速

變化。由于這兩個(gè)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(gè)翻轉(zhuǎn)力矩，從而離開(kāi)井底，這就是射流對(duì)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，它對(duì)井底巖屑產(chǎn)生一個(gè)橫向推力，使起離開(kāi)原來(lái)的位置，進(jìn)入環(huán)空。

4.鉆柱的功用

答：（1）為鉆井液由井口流向鉆頭提供通道；（2）給鉆頭施加適當(dāng)?shù)膲毫Γㄣ@

壓），使鉆頭的工作刃不斷吃入巖石；（3）把地面動(dòng)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(zhǎng)度計(jì)算井深；（6）

通過(guò)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；（7）進(jìn)行取

心、擠水泥、打撈井下落物，處理井下事故等特殊作業(yè)；（8）對(duì)地層流體及壓力

狀況進(jìn)行測(cè)試與評(píng)價(jià)，及鉆桿測(cè)試等。

三、課程設(shè)計(jì)（共40分）

設(shè)計(jì)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(jì)。

設(shè)計(jì)內(nèi)容：（其中打部分必須設(shè)計(jì)，其他部分可選做或不做）。

L地質(zhì)設(shè)計(jì)摘要（J）;

2.井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（J）；

3.固井工程設(shè)計(jì)：套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)（V）；

4.鉆柱組合和強(qiáng)度設(shè)計(jì)（V）；

5.鉆機(jī)選擇（J）；

6.鉆進(jìn)參數(shù)設(shè)計(jì)：

（1）機(jī)械破巖參數(shù)設(shè)計(jì)（包括鉆頭選型，所有鉆頭選用江漢鉆頭廠牙輪鉆

頭、選取鉆壓和轉(zhuǎn)速）（J）；

（2）鉆井液體系及性能設(shè)計(jì)（僅設(shè)計(jì)鉆井液密度，其它參數(shù)不作要求）

（3）水力參數(shù)設(shè)計(jì)（J）；

（4）鉆柱與下部防斜鉆具結(jié)構(gòu)（V）o

考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定

（1）格式、規(guī)范：4分，評(píng)分依據(jù)：工程設(shè)計(jì)規(guī)范；評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：4*符合程

度％。

（2）設(shè)計(jì)的依據(jù)與原則準(zhǔn)確性：12分，評(píng)分依據(jù)：工程設(shè)計(jì)依據(jù)與原則；

評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：12*符合程度％。

（3）過(guò)程的參數(shù)選擇的合理性和計(jì)算過(guò)程的可靠性：12分，評(píng)分依據(jù)：參

數(shù)符合工程實(shí)際，計(jì)算過(guò)程可靠；評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：12*符合程度％。

（4）結(jié)果準(zhǔn)確性：12分。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：

1.地質(zhì)概況：見(jiàn)后附設(shè)計(jì)樣例表A—1。

2.設(shè)計(jì)井深：H=3000+4X100+學(xué)號(hào)的后二位數(shù)字X3（m）

3.地層壓力和破裂壓力剖面：根據(jù)圖A-1,地層壓力梯度的當(dāng)量鉆井液密

度由LOOg/cn?變?yōu)長(zhǎng)lOg/cn?的井深按以下規(guī)律取值：

H=3000+4X100+學(xué)號(hào)的后二位數(shù)字X3（m）

4.設(shè)計(jì)系數(shù)：見(jiàn)表A-2和表A-3,其他數(shù)據(jù)查《鉆井手冊(cè)》（甲方）和參考

書(shū)。

5.水力參數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表A-4o

6.鉆柱設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)參數(shù)書(shū)2。

7.完井方式：先期裸眼完井，0177.8mm（7"）生產(chǎn)套管。

附錄

1.地質(zhì)概況

表A-1

井別探井井號(hào)A5設(shè)計(jì)井深目的層Q,

地面海拔m50

坐標(biāo)縱（力）m4275165

井

橫（y）m20416485

測(cè)線位置504和45地震測(cè)線交點(diǎn)

位

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Q含油氣情況，擴(kuò)大勘探區(qū)域，增加后備油氣源

完鉆原則進(jìn)入0150m完鉆

完井方法先期裸眼

層位代號(hào)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

中上部含礪砂巖、夾泥巖和粉砂質(zhì)泥巖；

C1050450下部礪狀砂巖，含礪砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥防塌

巖不等厚互層

泥巖、砂質(zhì)泥巖、礪狀砂巖、含礪砂巖不等防漏

D1600

厚互層，泥質(zhì)粉砂巖防斜

砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、夾礪狀砂巖、含礪防斜

E1900300

砂巖防漏

2650750泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖防斜

F3

泥巖夾鈣質(zhì)砂巖，夾碳質(zhì)條帶煤線，中部泥

FJ2900250防斜、塌、卡

2巖夾煤層、下部泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖

泥巖為主，泥質(zhì)粉砂巖，中粗砂巖，砂礫巖

F2K3150250

間互

Fi3500350泥巖、泥質(zhì)砂巖、下部灰褐色泥巖防漏、噴、卡

3650深灰，淺灰色灰?guī)r為主，間夾褐，磚紅色泥

QJ150防漏、噴?、卡

（未穿）巖

2.井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鉆探目的層為。，灰?guī)r地層，確定完井方法為先期裸眼完井。油氣套管下入

層3—5m。

根據(jù)地質(zhì)情況，鉆達(dá)目的層過(guò)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(jì)按地層壓力和破裂壓力剖面（圖A—1）進(jìn)行。

設(shè)計(jì)系數(shù)見(jiàn)表A-2。

表A-2井深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)系數(shù)

**又必

名稱(chēng)比

g/cm3g/cm3g/cm3g/cm3MPaMPa

數(shù)值0.050.050.030.051520

來(lái)源理論計(jì)算理論計(jì)算區(qū)域資料統(tǒng)計(jì)區(qū)域資料統(tǒng)計(jì)區(qū)域資料統(tǒng)計(jì)區(qū)域資料統(tǒng)計(jì)

表A-3各層段地層可鉆級(jí)值

地層ABCDE

F3F"F2KFiQJ

可鉆性值0.611.392.1633.57.35.24.9

3.水力參數(shù)設(shè)計(jì)

（1）泥漿泵型號(hào)與性能

表A-4水力參數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

3NB1000鉆井泥漿泵（兩臺(tái)，可僅用一臺(tái)）

缸套直徑（mm）額定泵沖（次分）額定排差（LS）額定泵壓（Mpa）

12015019.933.1

13015023.428.2

14015027.124.3

15015031.121.2

16015035.418.6

17015040.016.5

（2）鉆井液性能其它參數(shù)

地面泵壓不超過(guò)20Mpa

Kg=1.07*10-3MpaSL8L,!!

環(huán)空返速不低于0.7m/s,不高于1.2m/s

鉆井液塑性粘度0.0047pa.S

1.地質(zhì)設(shè)計(jì)摘要

1.1地質(zhì)概況

該井位于504和45地震測(cè)線交點(diǎn)，距XX省XX市東500m,所在的地質(zhì)構(gòu)

造為XX凹陷，該井海拔較低，鉆該井目的是通過(guò)打開(kāi)②層來(lái)了解該層的油氣情

況，擴(kuò)大該油區(qū)的勘探范圍，增加油區(qū)的總體油氣后備儲(chǔ)量。

1.2地質(zhì)基本數(shù)據(jù)

1.2.1井號(hào)：A5

1.2.2井別：生產(chǎn)井

1.2.3井位：

（1）井位坐標(biāo)：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(guò)井測(cè)線：504和45地震測(cè)線交點(diǎn)

1.2.4設(shè)計(jì)井深：H=3000+4X100+34X3=3502m（學(xué)號(hào)：933034）

1.2.5目的層：Q層，底層深度3650m,分層厚度150m

1.2.6完鉆層位：A、B、C、D、E、F3、F2J、F2K、Fl、QJ

1.2.7完鉆原則：先期裸眼完井

1.2.8鉆探目的：了解XX構(gòu)造°，的油氣情況，擴(kuò)大勘探區(qū)域，增加后備油氣源

2.井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路：

（1）、能夠避免或盡量減少漏、噴、塌、卡等復(fù)雜情況，從而實(shí)現(xiàn)安全順利鉆進(jìn)；

（2）、能有效的保護(hù)油、氣藏；

（3）、滿足地址和開(kāi)采的要求；

（4）、應(yīng)使全井經(jīng)濟(jì)效益最好。

2.2井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則：

（1）能有效地保護(hù)油氣層，使不同壓力梯度的油氣層不受鉆井液的損害。

（2）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，使鉆

井周期最短。

（3）鉆下部高壓地層時(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

層套管鞋處薄弱的裸露地層。

（4）下套管過(guò)程中，井內(nèi)鉆井液壓力和地層壓力之間的壓差，不致產(chǎn)生壓差卡

阻套管事故。

2.3地層可鉆性分級(jí)及地層壓力預(yù)測(cè)

2.3.1地層可鉆性分級(jí)

F2K

地層ABCDEF3F2JFtQJ

可鉆性值0.611.392.1633.57.35.24.9

2.3.2壓力剖面預(yù)測(cè)

2.4井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)

鉆探目的層位灰?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(dá)

目的層過(guò)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(jì)按地層壓力

和破裂壓力剖面進(jìn)行。井深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)如下表所示。

Sk期軌

名稱(chēng)1

g/cm3g/cm3g/cm3g/cm3MPaMPa

數(shù)值0.050.050.030.051520

區(qū)域資料區(qū)域資料區(qū)域資料區(qū)域資料

來(lái)源理論計(jì)算理論計(jì)算

統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)

2.5各段套管下入目的及確定依據(jù):

一開(kāi)：0~330機(jī)下一層表層套管，171/2”鉆頭,133/8"套管，依據(jù)是因?yàn)樵谶@一

段地層的巖性描述為：泥巖夾砂巖，頁(yè)巖。所以這一段下表層套管，其目的就是

封隔地表疏松，易塌，易漏的地層，安裝井口裝置，是井口設(shè)備的唯一支撐件。

二開(kāi)：0~2900加下入一層技術(shù)套管，121/4"鉆頭，95/8"套管，依據(jù)是因?yàn)樵?/p>

這地層下入一層技術(shù)套管段的主要目的是解決由地層性質(zhì)，地層壓力引起的鉆井

技術(shù)問(wèn)題。

三開(kāi)：0~3500m下油層套管至3500米，81/2"鉆頭，7〃套管，依據(jù)是因?yàn)樵谶@

地層下入一層技術(shù)套管段的主要目的是解決由地層性質(zhì)，地層壓力引起的鉆井技

術(shù)問(wèn)題。

四開(kāi)：3500~3650m采用61/2"鉆頭鉆穿水泥塞，先期裸眼完井。

根據(jù)數(shù)據(jù)資料計(jì)算設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)：

套管鉆頭

開(kāi)鉆順序

尺寸(1)下深(，〃)尺寸(汽)鉆深(m)

一3,/

13/833017%"330

二5W

9/8290012%"2900

三1"35008年”3500

四6%"3650

2.4井身結(jié)構(gòu)圖

井身結(jié)構(gòu)不意圖（圖1_1）

2.5完井方法:

對(duì)目的層采用先期裸眼完井

先期裸眼完井一先鉆至油氣層頂部，下套管固井，固井后，再用小鉆頭打開(kāi)

油氣層的完井方法。

3.套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)

3.1油層套管柱設(shè)計(jì)

7”套管設(shè)計(jì)下深3500機(jī)，井內(nèi)泥漿密度為4=1.39+0.07=1.468/63,水泥

返至地面，抗擠安全系數(shù)：〃抗拉安全系數(shù)：叼=1.6,抗內(nèi)壓安全系數(shù):

*1.0。

(1)選第一段套管：

計(jì)算井底液柱壓力：Pm=PmH/l02=(1.46x4120)/102=58.97MPa

計(jì)算所需抗擠強(qiáng)度：Pcl=Pm><=58.97X1.0=58.97MPa

C.選第一段套管：N—80、?=1L5加〃z、p“=59.293M4、

%=47.62Kg/加、pj1=2.989兆牛

p,59.2931…ic

=--=1.01)1.0

抗擠安全系數(shù)：'P"58.97

滿足抗擠要求的強(qiáng)度。

2)選二定一

A.選第二段套管：N—80、2=1036加加、p,2=48.4MPa、

%=43.15Kg/q

Pj2=2.656兆牛

B.第二段可下入深度

48.4x10V=3382M

xlOOOx-q=/9,8xl000xl.0xl.46

C.第一段長(zhǎng)度

L1=H1-H2=3500-3382=ll8M

D.計(jì)算重力

Wl=qlXgXLl=47.62*9.8*118=55067N

選三定二

A.選第三段套管:N—80、$3=895加加、幾3=26.4MPa、%=34.22Kg/m

Pj3=1.966兆牛

B.第三段可下入深度

26.4x10/=1845m

%=xlOOOxnx^-=/9.8xl000xl.0xl.46-

C.第二段長(zhǎng)度

L尸&-=3382-1845=1537m

D.計(jì)算重力

嗎=%xgx4=34.22x9.8xl537=515442N

嗎+%=344407+515442=859849N

/?J3_1.966xlQ6

n=2.28<2x[〃j=3.2

三一859849

5).轉(zhuǎn)入抗拉設(shè)計(jì)

A.計(jì)算第三段

’1.966x1()61

1

----------859849=1100/H

34.22x9.8IL6J

B.計(jì)算重力:

卬3=%xgX4=34.22X9.8X1100=36890IN

32

VWH'+w3=859849+368901=12287507V

C.差多少到井口

//4=H3-L3=1845-1100=745M

6).選四定四

A.選第四段套管：N—80、3=\\.5\mm、As=59.29MP

%=47.62Kg/m

吃5=2.989兆牛

B.計(jì)算第四段長(zhǎng)：

6

,1(PA/e11f2.989xl01

L=----1jy=--------------------1228750=1370M>745M

%xg(/%47.62x9.811.6J

C.計(jì)算重力

%=%x4xg=47.62x745x9.8=347673.6/V

43

Z=Ea，+%=1228750+347673.6=1576423.6N

抗內(nèi)壓校核

①對(duì)井口處內(nèi)壓力強(qiáng)度進(jìn)行校核：

H=3500米、%=L46g/cm3pp=/?/nx.gx/7=1.46x9.8x4120=5S.95Mpa

-1.115x0.00001x(//-H)

Pi=PpXe

=53.44Mpa

11，5xx4,2J4l20<，554

Pif=58.95xe-'^<->-=58.94MP?

套管鞋處內(nèi)壓力:

②外平衡壓力（認(rèn)為時(shí)間長(zhǎng)泥漿會(huì)沉淀，?。'取L08g/cm1

井口處：Po「=°

套管科處之'=9.8x42，“=9.8x1()3x1.08x4120=43.6\MPa

③有效內(nèi)壓力及其梯度：

井口處：=53.44-°=53.44MPa

A.=P'L《/=58?94-43.61=15.33M出

套管鞋處:

(15.33-53.44)x106

G-----------------------=-9250Pa/m

有效內(nèi)壓力梯度：4120

由下圖可知，抗內(nèi)壓安全

計(jì)算第三段套管剩余拉力

P/3=P,3/L3-Zw=1.966X106/1.3-1228750=0.284x106^

=〃河/1.3—￡卬=2.989xIO,/13一1576423.6=0.723x10‘N

陽(yáng)=pj2卬=2.656xlO6/859849=3.089

實(shí)際抗拉安全系數(shù)：’

%=P,4/Zw=2989xio6/l228750=2.433

3.2套管設(shè)計(jì)結(jié)果

編井段套管段累計(jì)安全系數(shù)剩余

拉力

號(hào)段長(zhǎng)重重(千

(m)(m)(N)(N)牛)

鋼級(jí)壁厚扣抗擠抗拉

(mm)型

40-745745N—8011.51長(zhǎng)34767415764241.01.60243

圓

3745?1100N—808.0536890112287501.03.089

1845

21845?1537N—8010.365154428598491.0

3382

13382?118N—8011.51長(zhǎng)55067550671.01

3500圓

扣

4.鉆柱組合和強(qiáng)度設(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-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。

4.1.1所需鉆鋌重量的計(jì)算公式

m=(Wm*Sf)/Kb

m——所需鉆鋌的重量，kN

Wm一一所需鉆壓；

Sf——安全系數(shù)，此取Sf=1.2；

心——浮力系數(shù)；

Lc——所需鉆鋌的長(zhǎng)度,m；

Ldp-------所需鉆桿的長(zhǎng)度，m；

qc——每次開(kāi)鉆所需鉆鋌單位長(zhǎng)度重量；

N——每次開(kāi)鉆所需鉆鋌的根數(shù)；

每根鉆鋌的長(zhǎng)度9.1m。

4.1.2計(jì)算鉆柱所受拉力的公式

1.鉆柱所受拉力P=[(Ldp*qdp+Lc*qdp)]Kb

P——鉆柱所受拉力，kN；

P夕卜擠=PdgL

P外擠——鉆桿所受外擠壓力,MPao

4.2鉆鋌長(zhǎng)度的計(jì)算

4.2.1一次開(kāi)鉆鉆具組合

1.鉆鋌長(zhǎng)度的確定

選鉆鋌外徑203.2mm,內(nèi)徑71.4mm,qc=2190N/mo此時(shí)&=0.858,W=40KN

Lc=(Sn*W)/(qc*Kb)=(1.2*40)/(2.19*0.858)=25.54m

從而實(shí)際用3根,實(shí)際長(zhǎng)度3*9.1=27.3(m)

2.鉆桿長(zhǎng)度計(jì)算及安全校核

鉆桿外徑139.7mm,內(nèi)徑121.4mm,q=319.71N/m,鋼級(jí)E級(jí)Fy=1945.06KN,St=1.3

(1)安全系數(shù)校核：

Fai=0.9Fv/St=0.9*1945.06/1.3=1346.58KN

⑵卡瓦擠毀校核

Fa2=0.9Fy/(oy/ox)=0.9*1945.06/1.42=1232.78KN

(3)動(dòng)載校核：

Fa3=0.9Fy-MOP=0.9*1945.06-400=1350.5KN

較三種安全校核知卡瓦擠毀校核計(jì)算的最小

則鉆桿

Lp=(Fa2*qc*Lc*Kb)/(q*Kb)=4307.08m>80m

從而實(shí)際用鉆桿：80-27.3=52.7m

校核抗擠度:P外擠=Pgh=l.l*1000*9.8*(80-27.3)

=0.568MPa<oD=58.21MPa

故安全校核所選鉆鋌及鉆桿滿足要求。

4.2.2二次開(kāi)鉆鉆具組合

1.鉆鋌長(zhǎng)度的確定

選鉆鋌外徑內(nèi)徑此時(shí)&

203.2mm,71.4mm,qc=2190N/mo=0.852,W=180KN

Lc=(Sn*W)/(qc*Kb)=(1.2*180)/(2,19*0.852)=115.7m

從而實(shí)際用13根，實(shí)際長(zhǎng)度13*9.1=118.3(m)

2.鉆桿長(zhǎng)度計(jì)算及安全校核

鉆桿外徑內(nèi)徑鋼級(jí)級(jí)

139.7mm,118.6mm,q=360.59N/m,EFy=1945.06KN,St=1.3

(1)安全系數(shù)校核：

Fai=0.9Fy/St=0.9*1945.06/1.3=1346.58KN

⑵卡瓦擠毀校核

Fa2=0.9Fy/(oy/ox)=0.9*1945.06/1.42=1232.78KN

(3)動(dòng)載校核：

Fa3=0.9Fy-MOP=0.9*1945.06-400=1350.5KN

較三種安全校核知卡瓦擠毀校核計(jì)算的最小

則鉆桿

Lp=(Fa2*qc*Lc*Kb)/(q*Kb)=3294.2m>310m

從而實(shí)際用鉆桿：310-118.3=191.7m

校核抗擠度：P外擠=Pgh=l.l*1000*9.8*(310-118.3)

=2.1605MPa<oD=58.21MPa

故安全校核所選鉆鋌及鉆桿滿足要求。

4.2.3三次開(kāi)鉆鉆具組合

1.鉆鋌長(zhǎng)度的確定

選鉆鋌外徑。此時(shí)

152.4mmqc=1212N/m?4=0.839,W=180KN

Lc=(Sn*W)/(qc*Kb)=(1.2*180)/(1.212*0.839)=212.41m

從而實(shí)際用24根，實(shí)際長(zhǎng)度24*9.1=218.4(m)

2.鉆桿長(zhǎng)度計(jì)算及安全校核

鉆桿外徑內(nèi)徑鋼級(jí)級(jí)

127mm,112mm,q=237.73N/m,EFy=1760.31KN,St=1.3

(1)安全系數(shù)校核：

Fax=0.9Fy/St=0.9*1760.31/1.3=1218.676KN

⑵卡瓦擠毀校核

Fa2=0.9Fy/(oy/ox)=0.9*1760.31/1.42=1115.68KN

(3)動(dòng)載校核:

Fa3=0.9Fy-MOP=0.9*1760.31-400=1184.279KN

較三種安全校核知卡瓦擠毀校核計(jì)算的最小

則鉆桿

Lp=(Fa2*qc*Lc*Kb)/(q*Kb)=4480.17m>2000m

從而實(shí)際用鉆桿：2000-218.4=1781.6m

校核抗擠度：P??=Pgh=l.l*1000*9.8*(2000-218.4)

=21.825MPa<oD=68.96MPa

故安全校核所選鉆鋌及鉆桿滿足要求。

鉆具選擇表

項(xiàng)目鉆頭尺寸（mm）鉆鋌外徑（mm）鉆鋌長(zhǎng)度（m）鉆桿外徑（mm）

一開(kāi)444.5203.225.54139.7

二開(kāi)215.9203.2118.3139.7

三開(kāi)215.9152.4218.4127

5.鉆機(jī)選擇

5.1根據(jù)井深和最大鉤載來(lái)選擇鉆機(jī)及設(shè)備

因?yàn)榇筱^最大的負(fù)重是提7"和9%"的套管，又因?yàn)樵?"套管的單位重

量是43.15kg,即：按7"套管計(jì)算：G=3500X43.15=151.03噸;因?yàn)樵谄鹣裸@

遇阻，處理事故及大鉤本身重量等因素，所以大鉤最大載荷，取安全系數(shù)為1.8o

W=151.03X1.8=271.85噸。該井的最大鉤載的計(jì)算結(jié)果271.85噸，選擇ZJ—50D

鉆機(jī)。

5.2鉆機(jī)基本參數(shù)

序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)型號(hào)規(guī)范數(shù)量備注

1鉆機(jī)ZJ-50D1臺(tái)

2井架1臺(tái)

3天車(chē)TC-3151臺(tái)

4游車(chē)YC-3501臺(tái)

5大鉤DG-3501臺(tái)

最大靜負(fù)荷：450噸1臺(tái)

6水龍頭SL-450靜載荷

中心管內(nèi)徑：75毫米

7絞車(chē)JC-50D1臺(tái)

8轉(zhuǎn)盤(pán)1臺(tái)

PZ12V-190最大功率：742千瓦

9柴油機(jī)4臺(tái)

B

10泥漿泵3NB-1300輸入功率：1300馬力2臺(tái)

11鋼絲繩1臺(tái)32.5機(jī)

12振動(dòng)篩2ZZS-G2臺(tái)

14除泥器NCSX81臺(tái)

15除砂器NCS-2XZ1臺(tái)

16除氣器NCQ-11臺(tái)

17離心機(jī)1臺(tái)

18儲(chǔ)氣罐1臺(tái)

5.3鉆機(jī)ZJ50D的其它參數(shù)及配件

表2-2鉆機(jī)參數(shù)及配件

序號(hào)項(xiàng)目名稱(chēng)單位參數(shù)

1名義鉆深m5000

2最大鉤載T350

3絞車(chē)最大功率KW1470

4最大鉆柱重量T220

鉆井繩數(shù)根5X6

5提升系統(tǒng)繩數(shù)

最大繩數(shù)根6X7

6鋼絲繩直徑mm34.925

KW955

7鉆井泵配備功率

馬力1300

mm698.5

8鉆盤(pán)開(kāi)口名義直徑

in27'/2

9塔式井架有效高度m44.8

10井架底座高度m7.5

6.鉆進(jìn)參數(shù)設(shè)計(jì)

6.1機(jī)械破巖參數(shù)設(shè)計(jì)

6.1.1鉆頭的選擇原則

(1)、在淺井段，巖石膠結(jié)疏松，主要考慮鉆頭的鉆速和防止泥包；在深井

段，由于起下鉆行程長(zhǎng)，主要考慮鉆頭的進(jìn)尺。

(2)、在易斜井段宜選用位移量小，牙齒多而短或不移軸的鉆頭。

(3)、在3000米以下的泥巖、頁(yè)巖、軟地層，最好選用中硬地層鉆頭。

(4)、研磨性地層往往會(huì)造成鉆頭直徑的磨損，嚴(yán)重影響下一個(gè)鉆頭的的指

標(biāo)，所以應(yīng)選擇外排加強(qiáng)的鑲齒保徑鉆頭。

(5)、軟硬交錯(cuò)地層，一般選擇中長(zhǎng)楔型齒或錐型齒的鑲齒鉆頭。

6.1.2地層軟硬參考表

m表5-1

地層性質(zhì)軟中軟中中硬極硬

硬

形形式代號(hào)1234567

式原式代號(hào)JRRZRZZYYJY

泥巖中軟頁(yè)巖硬頁(yè)巖石英砂巖燧石巖

石膏硬石膏石灰?guī)r硬白云巖花崗巖

適用巖石舉例巖鹽中軟石灰?guī)r中軟石灰?guī)r硬石灰?guī)r石英巖

軟頁(yè)巖中軟砂巖中軟砂巖大理巖玄武巖

白堊黃鐵礦

軟石灰?guī)r

鉆頭提顏色乳白黃淡藍(lán)灰墨綠紅褐

6.2鉆井液體系及性能設(shè)計(jì)

6.2.1鉆井液的作用和功效：

1.冷卻和潤(rùn)滑鉆頭、鉆柱；

2.清洗井底，攜帶巖屑；

3.控制地層壓力；

4.保持井眼穩(wěn)定，提高鉆速；

5.保護(hù)和發(fā)現(xiàn)油氣層；

6.提供水力作用。

6.2.2設(shè)計(jì)依據(jù)：

1.地層巖性、深度、壓力。

2.套管程序。

3.鉆井工藝要求。

4.成本因素和可行性。

5.綜合考慮、因地自宜。

6.2.3鉆井液設(shè)計(jì)（分段設(shè)計(jì)）

1.一開(kāi)井段選用低固相鉆井液體系

因?yàn)樵摱尉钶^淺，地質(zhì)情況不復(fù)雜，地層壓力小，故選用該類(lèi)型鉆井液體

系。該體系鉆井液是一種低密度、固相總含量在6T0%（體積比）范圍內(nèi)的水基

鉆井液，其中的搬土含量應(yīng)控制在30%（體積比）或更低的范圍內(nèi)，鉆屑與搬土

比值應(yīng)小于2：1,它的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是可以明顯的提高鉆速

按安全附加當(dāng)量泥漿密度設(shè)計(jì)

Pm=Pp+Pc

式中：Pm---設(shè)計(jì)鉆井液密度

pp——地層壓力當(dāng)量泥漿密度

Pc----安全附加當(dāng)量泥漿密度0.07^0.15g/cm3

所以，一開(kāi)井段設(shè)計(jì)鉆井液密度

Pml=l.00+(0.07"0.15)=(1.07,15)g/cm3定Pml=l.11g/cm3

塑粘：PV=10p±3=(8.P14.1)mpa,s

粘度:FV=2.2pv=(17.82~24.42)s

切力:YP=0.02pv=(0.162~0.282)pa

失水量：FL=(5~10)ml

泥餅厚度：Kf=(0.5~2)mm

2.二開(kāi)井段較深，鉆進(jìn)過(guò)程中可能會(huì)遇到井下復(fù)雜情況，故此段考慮用聚

合物鉆井液體系。

該體系是一種經(jīng)過(guò)含有絮凝和包被作用的長(zhǎng)鏈，高聚物處理以增加粘度，降

低濾失量及穩(wěn)定地層的水基鉆井液。這些高聚物包括膨潤(rùn)土，增粘劑，生物聚合

物和交聯(lián)聚合物。它們是較高的分子量和酸溶性。在低濃度下就具有較高的粘度

及良好的剪切稀釋性。因而可用來(lái)絮凝質(zhì)量差的土，增加粘度，降低失水量及穩(wěn)

定地層。

Pm2=pp+pc=1.28+(0.07^0.15)=(1.35^1.43)g/cm3定Pm2=1.39

g/cm3

塑粘:PV=10P±3=(10.9~16.9)mpa?s

粘度：FV=2.2pv=(23.98^37.18)s

切力:YP=0.02pv=(0.218^0338)pa

失水量：FL=(5~10)ml

泥餅厚度：Kf=(0.5~2)mm

3.三開(kāi)井段用磺化泥漿

因三開(kāi)井段比較深，對(duì)泥漿性能要求比較高，不但要有良好的粘切，還能在

高溫下不喪失其基本性能，故此段用磺化泥漿體系。

Pm3=l.50+(0.07^0.15)=(1.57~1.65)g/cm3定Pm3=l.60g/cm3

塑粘：PV=10p-3=(13^19)mpa?s

粘度:FV=2.2pv=(29~41.8)s

切力:YP=O.02pv=(0.3~0.4)pa

失水量：FL=(5~10)ml

泥餅厚度：Kf=(0.5~2)mm

4.此井設(shè)計(jì)采用先期裸眼完井，四開(kāi)鉆井液要接觸油氣層，所以泥漿密度

盡量的小。

Pm4=l.05+(0.07^0.15)=(L12~1.20)g/cm3定pm4=l.15g/cm3

塑粘:PV=10P±3=(9~15)mpa?s

粘度：FV=2.2pv=(20~33)s

切力:YP=0.02pv=(0.2~0.3)pa

失水量：FL=(5"10)ml

泥餅厚度：Kf=(0.5~2)mm

鉆井液設(shè)計(jì)結(jié)果

開(kāi)

鉆井段鉆井液鉆井液性能參數(shù)

序(m)類(lèi)型體PmPVFL

號(hào)FVYPKfPH

系(g/cm3(mpa(m

(s)(pa)(mm)

)?s)1)

一0低固相8.117.820.16250.58

開(kāi)鉆井液1.11------

33014.124.420.2821029

二330聚合物10.923.980.21850.59

開(kāi)鉆井液1.19------

290016.937.180.33810210

三2900磺化13290.350.59.5

開(kāi)鉆井液1.60------

35001941.80.410211

四3500磺化922-0.250.58

開(kāi)鉆井液1.15—33----

3650150.310210

6.3水力參數(shù)設(shè)計(jì)

6.3.1鉆井水力參數(shù)的意義和作用

鉆井水力參數(shù)的正確設(shè)計(jì)和維護(hù)能提高鉆井效率和降低鉆井成本，水力參

數(shù)設(shè)計(jì)不當(dāng)，則不能很好的清除巖屑，這不僅會(huì)降低鉆速，甚至能引起井噴。

鉆井水力參數(shù)在井內(nèi)有很多的作用：①、控制井下壓力；②、對(duì)鉆柱和套

管產(chǎn)生浮力；③、減少鉆井液運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)井壁的沖蝕作用；④、從井內(nèi)帶出巖屑，

沖洗鉆頭，并清除鉆頭下的巖屑；⑤、提高鉆進(jìn)速度；⑥、確定地面設(shè)備和鉆

井泵的大??；⑦、控制下鉆時(shí)產(chǎn)生的激動(dòng)壓力；⑧、清除因起鉆時(shí)的抽汲作用

引起的井底壓降；⑨、計(jì)算循環(huán)鉆井液時(shí)的井內(nèi)動(dòng)壓力；⑩、井漏時(shí)控制井內(nèi)

壓力。

6.3.2鉆井水力參數(shù)的設(shè)計(jì)

地面管匯最大允許壓力為20MPa,地面管匯折算成5“鉆桿長(zhǎng)度為150m,

12%"鉆頭鉆進(jìn)井深為330?2900〃?，8%"鉆頭鉆進(jìn)井深為2900?3500m,設(shè)計(jì)按

每400M左右一段來(lái)計(jì)算水力參數(shù)：

分段

H「330?730H2=730~1130H3=1130~1530H4=1530~1930

H5=l930-2330比=2330?27304=2730?2900H8=2900~3300

H9=3300~3500HIO=35OO~365O

7.3鉆進(jìn)水力參數(shù)具體計(jì)算步驟和結(jié)果

1、在井段330?730吠：

(1)確定最小排量Q：

QL?。/.匕

V?=0.6mls

Dh=0.311m,

Dp=0.121m；

22

Q=^X(0.311-0.127)X0.6

=38.01L/S

(2)選擇缸套的直徑和排量：

由《石油工程技術(shù)手冊(cè)》得：3NB-1300鉆井泵，選缸套內(nèi)徑為170如〃，P=21.

MPa,Q,=41.52L/s,允許使用泵壓P/地允二20Mpa.

⑶計(jì)算m、n值

m=Kpi+Kpa=p,°8-702[|,?+-----------------------------4]

mdpi^(Dh-dpa)3(Dh+dpa)，8

dpi----鉆桿內(nèi)徑108.6mm

dpa----鉆桿外徑127.0mm

3

￡),,=0.311zn;pn=1.09Xl0kg/ni7=0.13

13。葉S082?____________以?___________

m=1.09°x0

,0.10848(0.311—0.127)3(0.311+0.127)18」

=6.35X105

.0.80.2r0.0820.091.

ni~~pmnJc?48+(Dh-dcaY(Dh+dca)'^口

=

p,ni.09X10kg/ni;7=0.13

dci9=71.4mm;dcag=228.6mm;Lci9=27.3mm

dci8=71.4mm;dca8=203.2mm;Lci8=54.6mm

dci7=71.4mm;dca7=177.8mm;Lci7=114.97mm

82

.=1O9O°8XO.13O2[°1°,+-----------------------^1x114.97

1780.0714488(0.311—0.178)3(0.311+0.178)13」

=3.24X108

0.0820.091

O8X2

n'2O3=1O9OO.13°[.0.071448+(0.311-0.203)3(0.311+0.203)蓋x54.6

=2.57X108

0.0820.091

儲(chǔ)228=1090°8x0.13°2]0.071448+(0.311-0.228)3(0.311+0.228)'8■]x27.3

=1.30X108

/21.,^1O9OO8XO.13°2(-^082,-)X150

48

地0.1086

=0.935X10s

n'=(l.3+2.57+3.24+0.935)X10s

=8.045X108

n=n'-mE-Lcj

=0.8045X10-6.35X105(27.3+54.6+114.97)

=7.086X10s

(4)計(jì)算臨界井深：

H=---...—

12.8x”Q；*m

21xl067.086，八3

-------------<--------iT------X10

2.8x6.35xl05x0.0415'86.35

=2334.Im

Hc)H

則Q可以確定，

即因?yàn)镠e〉H,則Q可以確定，即

Q=Qr=O.04152m7s

(5)計(jì)算鉆頭分到的壓力Pt

Hc)H

L8

Pt=pr-(mH+n)Qr

=21X10-(6.35X105X1140+0.7086X109)X(0.04152)18

=15.33MPa

(6)計(jì)算噴嘴面積

心=眄加"(％)

==2.55加

43.14".

A=----d