第頁中國石油大學（北京）遠程教化學院期末考試《鉆井工程》學習中心：_______姓名：________學號：_______關于課程考試違規作弊的說明1,提交文件中涉嫌抄襲內容（包括抄襲網上,書籍,報刊雜志及其他已有論文），帶有明顯外校標記，不符合學院要求或學生本人狀況，或存在查明出處的內容或其他可疑字樣者，判為抄襲，成果為“0”。2,兩人或兩人以上答題內容或用語有50%以上相同者判為雷同，成果為“0”。3,所提交試卷或材料沒有對老師題目進行作答或提交內容及該課程要求完全不相干者，認定為“白卷”或“錯卷”，成果為“0”。一,名詞說明（每小題5分，共20分）1.井斜方位角2.硬關井3.欠平衡鉆井4.巖石的可鉆性二,簡答題（每小題10分，共40分）1.鐘擺鉆具組合的防斜原理2.鉆井液的功用3.射流清潔井底的機理4.鉆柱的功用三,課程設計（共40分）設計任務：XX油區XX凹陷一口直井生產井的鉆井及完井設計。設計內容：（其中打“√”部分必需設計，其他部分可選做或不做）。1.地質設計摘要（√）；2.井身結構設計（√）；3.固井工程設計：套管柱強度設計（√）；4.鉆柱組合和強度設計（√）；5.鉆機選擇（√）；6.鉆進參數設計：（1）機械破巖參數設計（包括鉆頭選型，全部鉆頭選用江漢鉆頭廠牙輪鉆頭,選取鉆壓和轉速）（√）；（2）鉆井液體系及性能設計（僅設計鉆井液密度，其它參數不作要求）（3）水力參數設計（√）；（4）鉆柱及下部防斜鉆具結構（√）?？己朔绞郊俺晒u定（1）格式,規范：4分，評分依據：工程設計規范；評分標準：4＊符合程度％。（2）設計的依據及原則精確性：12分，評分依據：工程設計依據及原則；評分標準：12＊符合程度％。（3）過程的參數選擇的合理性和計算過程的牢靠性：12分，評分依據：參數符合工程實際，計算過程牢靠；評分標準：12＊符合程度％。（4）結果精確性：12分。基礎數據：1.地質概況：見后附設計樣例表A－1。2.設計井深：H=3000+4×100+學號的后二位數字×3（m）3.地層壓力和裂開壓力剖面：依據圖A－1，地層壓力梯度的當量鉆井液密度由1.00g/cm3變為1.10g/cm3的井深按以下規律取值：H=3000+4×100+學號的后二位數字×3（m）4.設計系數：見表A-2和表A-3，其他數據查《鉆井手冊》（甲方）和參考書。5.水力參數設計數據見表A-4。6.鉆柱設計數據見參數書2。7.完井方式：先期裸眼完井，?177.8mm(7”)生產套管。附錄1.地質概況表A-1 井別探井井號A5設計井深目的層井位坐標地面海拔m50縱（）m4275165橫（）m20416485測線位置504和45地震測線交點地理位置XX省XX市東500m構造位置XX凹陷鉆探目的了解XX構造含油氣狀況，擴大勘探區域，增加后備油氣源完鉆原則進入150m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,未膠結滲漏B600320上部礫巖,砂質礫巖,中下部含礫砂巖滲漏C1050450中上部含礪砂巖,夾泥巖和粉砂質泥巖；下部礪狀砂巖，含礪砂巖,泥巖,粉砂質泥巖不等厚互層防塌D1600泥巖,砂質泥巖,礪狀砂巖,含礪砂巖不等厚互層，泥質粉砂巖防漏防斜E1900300砂質泥巖,泥質粉砂巖,夾礪狀砂巖,含礪砂巖防斜防漏F32650750泥巖,粉砂質泥巖,泥質粉砂巖防斜F2J2900250泥巖夾鈣質砂巖，夾碳質條帶煤線，中部泥巖夾煤層,下部泥巖,粉砂巖,泥質粉砂巖防斜,塌,卡F2K3150250泥巖為主，泥質粉砂巖，中粗砂巖，砂礫巖間互F13500350泥巖,泥質砂巖,下部灰褐色泥巖防漏,噴,卡QJ3650(未穿)150深灰，淺灰色灰巖為主，間夾褐，磚紅色泥巖防漏,噴,卡2.井身結構設計鉆探目的層為灰巖地層，確定完井方法為先期裸眼完井。油氣套管下入層3－5m。依據地質狀況，鉆達目的層過程中不受鹽巖，高壓水層等困難地層影響，故井身結構設計按地層壓力和裂開壓力剖面（圖A－1）進行。圖A-1地層壓力和裂開壓力設計系數見表A-2。表A-2井深結構設計有關系數名稱g/cm3g/cm3g/cm3g/cm3MPaMPa數值0.050.050.030.051520來源理論計算理論計算區域資料統計區域資料統計區域資料統計區域資料統計表A-3各層段地層可鉆級值地層ABCDEF3F2JF2KF1QJ可鉆性值0.611.392.1633.57.35.24.93.水力參數設計（1）泥漿泵型號及性能表A-4水力參數設計數據3NB1000鉆井泥漿泵（兩臺，可僅用一臺）缸套直徑（mm）額定泵沖（次分）額定排差（LS）額定泵壓（Mpa）12015019.933.113015023.428.214015027.124.315015031.121.216015035.418.617015040.016.5（2）鉆井液性能其它參數地面泵壓不超過20MpaKg=1.07*10MpaSL環空返速不低于0.7m/s，不高于1.2m/s鉆井液塑性粘度0.0047pa.S中國石油大學（北京）遠程教化學院期末考試《鉆井工程》學習中心：_____________姓名：___________學號：__________關于課程考試違規作弊的說明1,提交文件中涉嫌抄襲內容（包括抄襲網上,書籍,報刊雜志及其他已有論文），帶有明顯外校標記，不符合學院要求或學生本人狀況，或存在查明出處的內容或其他可疑字樣者，判為抄襲，成績為“0”。2,兩人或兩人以上答題內容或用語有50%以上相同者判為雷同，成果為“0”。3,所提交試卷或材料沒有對老師題目進行作答或提交內容及該課程要求完全不相干者，認定為“白卷”或“錯卷”，成果為“0”。一,名詞說明（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，順時針方向旋轉到井眼方位線上所轉過的角度，即井眼方位角。留意，正北方位線是指地理子午線沿正北方向延長的線段。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,硬關井答：發覺井涌后，在節流閥關閉的狀況下關閉防噴器。本方法關井最快速，地層流體侵入井眼最少。但在防噴器關閉期間，由于環空流體由流淌突然變為靜止，對井口裝置將產生水擊作用。其水擊波又會反作用于整個環空，也作用于套管鞋處及裸眼地層。嚴峻時，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。3.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，循環出井，并在地面得到限制。其主要標記為井底有效壓力低于地層壓力。由此可見，采納密度低于1.0g/cm，的鉆井液鉆井，未必是欠平衡鉆井，而在壓力系數低于1.0的油氣藏進行欠平衡鉆井則必需采納低密度鉆井液。事實上欠平衡鉆井既可以在低壓油氣藏進行，只要滿意欠平衡壓力條件，也可以在較高地層壓力且井眼穩定的油氣藏進行。4.巖石的可鉆性答：巖石可鉆性是巖石抗裂開的實力?？梢岳斫鉃樵诳隙ㄣ@頭規格,類型及鉆井工藝條件下巖石反抗鉆頭裂開的實力?？摄@性的概念，已經把巖石性質由強度,硬度等比較一般性的概念，引向了及鉆孔有聯系的概念，在實際應用方面占有重要的地位。通常鉆頭選型,制定生產定額,確定鉆頭工作參數,預瀏鉆頭工作指標等都以巖石可鉆性為基礎。二,簡答題（每小題10分，共40分）1.鐘擺鉆具組合的防斜原理答：鐘擺鉆具原理如圖所示。當鐘擺擺過肯定角度時，在鐘擺上會產生一個向回擺的力Gc，稱作鐘擺力，Gc=G.sina。明顯，鐘擺擺過的角度越大，鐘擺力就越大。假如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似乎一個鐘擺，也要產生一個鐘擺力。此鐘擺力的作用是使鉆頭切削井壁的下側，從而使新鉆的井眼不斷降斜。2.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出來的。鉆井液通過以下路線沿井眼周而復始地循環。鉆井液在鉆桿內向下循環，通過鉆頭水眼流出，經過井壁(或套管)和鉆桿的環形空間上返。鉆井液攜帶著鉆屑經過振動篩，鉆屑留在篩布上面，鉆井液流經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，開始下一個循環。在該循環過程中，鉆井液具有以下功用。1）從井底清除巖屑，經鉆頭裂開下來的巖石碎屑叫鉆屑或巖屑，隨著鉆井過程的不斷進行，必需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。清除鉆屑的效率及鉆井液的密度,鉆井液的粘度和切力,鉆井液的流型等因素有關2）冷卻和潤滑鉆頭及鉆柱，鉆進中，鉆頭摩擦部分以及鉆柱及地層接觸處會產生很大熱量，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，同時阻擋濾液進入地層。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）限制地層壓力。地層壓力的合理限制，取決于鉆井液的密度。正常狀況下地層的壓力為地層水柱產生的壓力。一般狀況下，鉆進過程中混入的鉆屑加上水的質量足以平衡地層壓力。然而有時存在地層壓力異樣，不留意會引起井漏或井噴。5）循環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及技術力，否則這些固相顆粒沉于井底，造成反復研磨和沉砂卡鉆等事故。循環復原后，鉆井液又呈液體狀態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，可以推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傳遞到鉆頭及井底動力鉆具的媒介。鉆井液的類型,排量,流淌特性和固相含量等是影響水力功率傳遞的重要因素。3.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。沖擊壓力也極不勻稱，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，射流作用的小面積在快速移動，原來不勻稱的壓力分布又在快速變化。由于這兩個緣由。使作用在井底巖屑上的沖擊壓力極不勻稱，極不勻稱的沖擊壓力使巖屑產生一個翻轉力矩，從而離開井底。這就是射流對井底巖屑的沖擊翻轉作用。(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。探討表明，在表面光滑的井底條件下，最大漫流速度出現在小于距井底0.5mm的高度范圍內，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。因而，井底漫流對井底清洗有特別重要的作用。4.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供應通道；(2)給鉆頭施加適當的壓力(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，使鉆頭不斷旋轉裂開巖石；(4)起下鉆頭；(5)依據鉆柱的長度計算井深。2.鉆柱的特別作用，(1)通過鉆柱可以視察和了解鉆頭的工作狀況,井眼狀況及地層狀況等；(2)進行取心,擠水泥,打撈井下落物,處理井下事故等特別作業；(3)對地層流體及壓力狀況進行測試及評價，即鉆桿瀏試，又稱中途測試。三,課程設計（共40分）設計任務：XX油區XX凹陷一口直井生產井的鉆井及完井設計。1地質設計摘要1.1地質概況該探井位于504和45地震測線交點，距XX省XX市東500m，所在的地質構造為XX凹陷，該井海拔較低，鉆該井目的是通過打開層來了解該層的油氣狀況礦大該油區的勘探范圍，增加油區的總體油氣后備儲量。表A-1井別探井井號A5設計井深目的層井位坐標地面海拔m50縱（）m4275165橫（）m20416485測線位置504和45地震測線交點地理位置XX省XX市東500m構造位置XX凹陷鉆探目的了解XX構造含油氣狀況，擴大勘探區域，增加后備油氣源完鉆原則進入150m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,未膠結滲漏B600320上部礫巖,砂質礫巖,中下部含礫砂巖滲漏C1050450中上部含礪砂巖,夾泥巖和粉砂質泥巖；下部礪狀砂巖，含礪砂巖,泥巖,粉砂質泥巖不等厚互層防塌D1600泥巖,砂質泥巖,礪狀砂巖,含礪砂巖不等厚互層，泥質粉砂巖防漏防斜E1900300砂質泥巖,泥質粉砂巖,夾礪狀砂巖,含礪砂巖防斜防漏F32650750泥巖,粉砂質泥巖,泥質粉砂巖防斜F2J2900250泥巖夾鈣質砂巖，夾碳質條帶煤線，中部泥巖夾煤層,下部泥巖,粉砂巖,泥質粉砂巖防斜,塌,卡F2K3150250泥巖為主，泥質粉砂巖，中粗砂巖，砂礫巖間互F13500350泥巖,泥質砂巖,下部灰褐色泥巖防漏,噴,卡QJ3650(未穿)150深灰，淺灰色灰巖為主，間夾褐，磚紅色泥巖防漏,噴,卡1.2地質基本數據1.2.1井號：A51.2.2井別：生產井1.2.3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)構造位置：XX凹陷(5)過井測線：504和45地震測線交點1.2.4設計井深：H=3000+4×100+67×3=3601m（學號：929167）1.2.5目的層：層，底層深度3601m，分層厚度150m1.2.6完鉆層位：A,B,C,D,E,F3,F2J,F2K,F1,QJ1.2.7完鉆原則：先期裸眼完井1.2.8鉆探目的：了解XX構造含油氣狀況，擴大勘探區域，增加后備油氣源2井身結構設計2.1井下困難狀況提示2.1.1在本井的鉆井過程中，現場有關技術人員應充分了解,分析鄰井事故困難狀況，防止事故的發生，及時處理好工程困難。留意視察地震對鉆井的影響：①井漏：井漏深度及層位；②井斜：易斜井段及對應層位；③井噴：易井噴井段及對應層位。2.1.2進入目的層，應依據實鉆狀況及時調整泥漿密度，留意防噴,防漏和防卡，一方面要搞好油氣層的發覺，愛護工作，另一方面要切實搞好井控工作，確保安全施工。2.1.3依據××油田分公司鉆開油氣層申報制度要求，由地質監督以書面形式向鉆井監督和井隊提出油氣層預報；原則：1）鉆揭目的層前7天。2）目的層提前或非目的層發覺油氣顯示要馬上通知。3）鄰井沒有發覺H2S氣體，但本井應親密監控。行業標準中H2S的安全臨界濃度為20mg/m3（約14PPm），若發覺H2S，無論濃度高低，都要向勘探事業部的鉆井技術部及HSE管理辦公室,生產技術處和質量安全環保處報告，同時作業隊伍要向所屬的上級部門報告。2.2地層可鉆性分級及地層壓力預料2.2.1地層可鉆性分級地層ABCDEF3F2JF2KF1QJ可鉆性值0.611.392.1633.57.35.24.92.2.2壓力剖面預料2.3井身結構設計系數鉆探目的層為灰巖地層，確定完井方法為先期裸眼完井。依據地質狀況鉆達目的層過程中不受鹽巖，高壓水層等困難地層影響，故井身結構設計按地層壓力和裂開壓力剖面進行。井深結構設計系數如下表所示。名稱g/cm3g/cm3g/cm3g/cm3MPaMPa數值0.050.050.030.051520來源理論計算理論計算區域資料統計區域資料統計區域資料統計區域資料統計鉆井液的壓力體系最大鉆井液密度(2-1)式中——某層套管鉆進井段中所用最大泥漿密度，；——該井段中所用地層孔隙壓力梯度等效密度，；——抽吸壓力允許值的當量密度，取0.036。發生井涌狀況=++S+(2-2)——第n層套管以下井段發生井涌時，在井內最大壓力梯度作用下，上部地層不被壓裂所應有的地層裂開壓力梯度，；——第n層套管下入深度初選點，m；——壓井時井內壓力增高值的等效密度,取0.06；——地層壓裂安全增值，取0.03。校核各層套管下到初選點時是否會發生壓差卡套(2-3)——第n層套管鉆進井段內實際的井內最大靜止壓差，MPa；——該井段內最小地層孔隙壓力梯度等效密度，；P——避開發生壓差卡套的許用壓差，取12MPa；——該井段內最小地層孔隙壓力梯度的最大深度，m。套管層次的確定1.確定油層套管下入深度H因為井深H=3601m,所以油層套管下入深度H=3601m。2.確定第技術套管下入深度H(1)初選點H試取H=310m參考臨井基本參數,=1.60g/cm,=1.12g/cm由公式3-2=1.12+0.036+0.03+=1.883(g/cm)因為<且相近，則初選點下入深度H=310m。(2)校核H=310m在此井段,=1.12g/cm,EMBEDEquation.3=0.85g/cm,H=163m。由公式3-3P=9.81163×(1.12+0.036-0.85)10P=0.17126(MPa)因為P<P,所以不會產生壓差卡套,則確定此級套管的下入深度310m。3.確定第表層套管下入深度H(1)試取H=80m參考臨井基本參數，=0.85g/cm,=1.50g/cmEMBEDEquation.3。參考鄰井資料的鉆井液性能指標的數據：在0-163m的井段上鉆井液的密度范圍為1.1-1.2g/cm,在這里我們試取鉆井液密度為1.15g/cmEMBEDEquation.3由公式3-2和3-1=1.15+0.03+=1.4125(g/cm)因為EMBEDEquation.3<且相近，則初選點下入深度H=40m。(2)校核H=80m在此井段,=0.85g/cm,=0.85g/cm,H=80m。由公式3-3=9.8180(1.2-0.85)10=0.27468(MPa)因為<P,所以不會產生壓差卡套,則確定此級套管下入深度為80m。套管尺寸及井眼尺寸的選擇及協作1.查《鉆井手冊(甲方)》，選擇以下鉆頭及套管如下：表2-1鉆頭及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215.9310244.5SJ0089油層215.92000139.73套管柱強度設計3.1油層套管柱設計3.1.1按抗外擠強度設計由下向上選擇第一段套管=pEMBEDEquation.3=1.1569.81200010EMBEDEquation.3=25.515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（）內徑(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運用長度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(t)抗擠強度（）內徑(mm)J-55139.76.220.8385.721.512127.3mD=1618.17(m)實際取D=1618(m)第一段套管運用長度L=D-D=2000-1618L=382(m)圓整進到390m2.雙軸應力校核23.07=12.998KN查《鉆井手冊（甲方）》=1103.2KN故0.01178=20.54KN故滿意雙軸應力校核3.抗拉強度校核<987.5滿意抗拉強度要求。3.1.3確定第二段運用長度和第三段可下入深度表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（）內徑（mm）H-40139.76.220.835918.064127.31414m實際取D=1414(m)第二段運用長度L=D-D=1618-1414=204(m)，取第二段套管的長度200m；2.雙軸應力校核+12.998查《鉆井手冊（甲方）》=987.5KN故故滿意雙軸應力校核3.抗拉強度校核滿意抗拉強度要求。3.1.4確定第三段運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（）內徑（mm）K=55139.76.220.83108.421.512127.3按計算mL3=D4-D3=393m在這里我們取L3=400m1.抗拉強度校核由公式+47.7292.抗拉強度校核滿意抗拉強度要求。所以第四段套管的長度為:L=2000-390-200-400=10103校核第四段套管第四段套管主要所受最大的拉應力抗拉強度校核：+118.52=1010+118.52=293.91<578.3KN.井口內壓校核：滿意井口內壓校核，所以滿意要求3.2技術套管柱的設計技術套管段的最大鉆井液密度為1.15g/cmp=1.1569.83101.125p=3.95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）內徑（mm）抗拉強度(t)抗擠強度(kg/cm)120-310H-4047.627.72228.6115.296.3選取的抗擠強度為9.446，故滿意抗擠強度校核。1.抗拉強度校核滿意抗拉強度要求。2.井口內壓校核滿意井口內壓校核，技術套管設計完畢。表3.3層套管柱的設計查《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(t)抗擠強度(kg/cm)內徑（mm）0-80H-40339.78.3871.43146.152323表層套管段的最大鉆井液密度為1.15g/cmp=1.159.81801.125p=1.015選取的抗擠強度為5.102，故滿意抗擠強度校核。1.抗拉強度校核滿意抗拉強度要求。2.井口內壓校核4鉆柱組合和強度設計4.1鉆鋌的設計依據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及所需鉆鋌重量。4.1.1所需鉆鋌重量的計算公式m=（4-1）m——所需鉆鋌的重量，kN;W——所需鉆壓；S——安全系數,此取S=1.2；K——浮力系數；L——所需鉆鋌的長度,m；L——所需鉆桿的長度，m；q——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；每根鉆鋌的長度9.1m。4.1.2計算鉆柱所受拉力的公式1．鉆柱所受拉力P=[（LEMBEDEquation.3q+LEMBEDEquation.3q）]K（4-2）P——鉆柱所受拉力，kN；P外擠=gL（4-3）P外擠——鉆桿所受外擠壓力,MPa。4.2鉆鋌長度的計算4.2.1一次開鉆鉆具組合1.鉆鋌長度的確定選鉆鋌外徑203.2mm，內徑71.4mm，q=2190N/m。此時=0.858，W=40KNL===25.54m從而實際用3根，實際長度39.1=27.3（m）2.鉆桿長度計算及安全校核鉆桿外徑139.7mm，內徑121.4mm，q=319.71N/m，鋼級E級=1945.06KN，=1.3（1）安全系數校核：=0.9/=0.91945.06/1.3=1346.58KN(2)卡瓦擠毀校核=0.9/(/)=0.91945.06/1.42=1232.78KN（3）動載校核：=0.9-MOP=0.91945.06-400=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=（-qEMBEDEquation.DSMT4LEMBEDEquation.DSMT4）/（qEMBEDEquation.DSMT4）=4307.08m>80m從而實際用鉆桿：80-27.3=52.7m校核抗擠度：P外擠==1.110009.8（80-27.3）0.568MPa<=58.21MPa故安全校核所選鉆鋌及鉆桿滿意要求。4.2.2二次開鉆鉆具組合1.鉆鋌長度的確定選鉆鋌外徑203.2mm，內徑71.4mm，q=2190N/m。此時=0.852，W=180KNL===115.7m從而實際用13根，實際長度139.1=118.3（m）2.鉆桿長度計算及安全校核鉆桿外徑139.7mm，內徑118.6mm，q=360.59N/m，鋼級E級=1945.06KN，=1.3（1）安全系數校核：=0.9/=0.91945.06/1.3=1346.58KN(2)卡瓦擠毀校核=0.9/(/)=0.91945.06/1.42=1232.78KN（3）動載校核：=0.9-MOP=0.91945.06-400=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=（-qEMBEDEquation.DSMT4LEMBEDEquation.DSMT4）/（qEMBEDEquation.DSMT4）=3294.2m>310m從而實際用鉆桿：310-118.3=191.7m校核抗擠度：P外擠==1.1510009.8（310-118.3）=2.1605MPa<=58.21MPa故安全校核所選鉆鋌及鉆桿滿意要求。4.2.3三次開鉆鉆具組合1.鉆鋌長度的確定選鉆鋌外徑152.4mm。q=1212N/m。此時=0.839，W=180KNL===212.41m從而實際用24根，實際長度249.1=218.4（m）2.鉆桿長度計算及安全校核鉆桿外徑127mm，內徑112mm，q=237.73N/m，鋼級E級=1760.31KN，=1.3（1）安全系數校核：=0.9/=0.91760.31/1.3=1218.676KN(2)卡瓦擠毀校核=0.9/(/)=0.91760.31/1.42=1115.68KN（3）動載校核：=0.9-MOP=0.91760.31-400=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=（-qEMBEDEquation.DSMT4LEMBEDEquation.DSMT4）/（qEMBEDEquation.DSMT4）=4480.17m>2000m從而實際用鉆桿：2000-218.4=1781.6m。校核抗擠度：P外擠==1.2510009.8（2000-218.4）=21.825MPa<=68.96MPa綜上安全校核所選鉆鋌及鉆桿滿意要求。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鉆井液設計5.1鉆井液的選擇5.1.1井筒內鉆井液體積V=EMBEDEquation.DSMT4(5-1)V——第i次開鉆時井筒內鉆井液的體積，m；D——第i次開鉆時鉆頭的直徑，m；L——第i層套管的下入深度，m；——所加入的重晶石的密度，取4200；——加入重晶石粉后鉆井液的密度，；——加入重晶石之前的鉆井液的密度，。5.1.2須要加入粘土的量W=（5-2）式中——所加入粘土的密度，取2000；——水的密度，取1000；——加入粘土前鉆井液的密度，。V——所配鉆井液的最大體積，m。5.1.3須要加入清水的量Q=V-（5-3）式中W——所加入的粘土的量，t；——水的密度，取1000。W=（5-4）式中——所加入的重晶石的密度，取4200；——加入重晶石粉后鉆井液的密度，；——加入粘土前鉆井液的密度，。參考臨井資料，一開和時鉆井液的密度為1.15，二開和三開時鉆井液密度同為1.156，無須改變鉆井液的密度。5.2鉆井液體最大積的計算5.2.1一次開鉆井筒內鉆井液體積由公式5-1V=80V=12.41(m)5.2.2二次開鉆井筒內鉆井液體積由公式5-1V=310V=11.34(m)5.2.3三次開鉆井筒內鉆井液體積由公式5-1V=2000V=73.18(m)一般泥漿池內要存儲備用50m鉆井液，取循環奢侈20m鉆井液，所以V>50+20+73.18,所以V>143.18m,V=160m。5.3鉆井液密度的轉換5.3.1一次開鉆時由公式5-4W==EMBEDEquation.3W=48(t)所以加入黏土的量為48tQ=V-=160-=112m5.3.2一次開鉆到二次開鉆時須要重晶石質量由公式得G==4.032t所以需加重晶石4.032t。6鉆井水力參數設計6.1泵的選擇6.1.1保證井壁不被沖刷的相關公式Z=EMBEDEquation.3（6-1）式中Z——流態值，808；D——井眼直徑，cm；D——鉆具外徑，cm；n——流性指數；K——稠度系數,Pa·s；——鉆井液密度，g/cm。Q=(DEMBEDEquation.3（6-2）Q=(DEMBEDEquation.3（6-3）6.1.2臨界井深的確定公式1．第一臨界井深Dcr=（6-4）式中a=k+k-mL（6-5）k=mL(6-6)k=0.51655EMBEDEquation.3(+++)(6-7)k=EMBEDEquation.3L[+](6-8)k=EMBEDEquation.3L[+](6-9)式中d,d,d,d——地面高壓管線，水龍帶和水龍頭，方鉆桿的內徑，m；L,L,L,L——地面高壓管線，水龍帶和水龍頭，方鉆桿的長度，m；d,d,d,d——分別為鉆桿,鉆鋌的內徑和外徑，m；B——常數，內平鉆桿取0.51655；L,L——分別為鉆桿和鉆鋌的長度，m；k,k,k——分別為地面管匯，鉆桿內外，鉆鋌內外的壓力損耗系數；d——井徑，m；d——鉆具外徑，m；——鉆井液的塑性粘度，Pa·s；P——泵的最大工作壓力，kW；Q——泵的最大排量，m/s2.第二臨界井深D=(6-10)Q——鉆井液攜帶巖屑最小速度對應泵的排量，m/s。6.1.3一開時泵的排量計算D=444.5mm,D=139.7mm,n=0.65,K=0.3,Z=808,=1.1g/cm(6-11)(6-12)(6-13)由公式(6-11)(6-12)(6-13)得攜巖最低返速=0.6(m/s)由公式6-2Q=(DEMBEDEquation.3=(EMBEDEquation.3)1.2Q=167.73(l/s)由公式6-3Q=(DEMBEDEquation.3=(0.4445EMBEDEquation.30.6Q=83.868(l/s)6.1.4二開時泵的排量計算D=215.9mm,D=139.7mm,n=0.65,K=0.3,Z=808,=1.1g/cm(6-11)(6-12)(6-13)由公式(6-11)(6-12)(6-13)得攜巖最低返速=0.6(m/s)由公式6-2Q=(DEMBEDEquation.3=(EMBEDEquation.3)1.2Q=25.53(l/s)由公式6-3Q=(DEMBEDEquation.3=(0.2159EMBEDEquation.30.6Q=12.76(l/s)6.1.5三開時泵的排量計算D=215.9mm,D=127mm,n=0.65,K=0.3,Z=808,=1.25g/cm。由公式6-2Q=(DEMBEDEquation.3=(0.2159EMBEDEquation.DSMT4Q=28.72(l/s)由公式6-3Q=(DEMBEDEquation.3=(0.2159EMBEDEquation.30.6Q=14.36(l/s)表5-1泵的參數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