中国石油大学在线考试期末考试《钻井工程》答案.docx

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中国石油大学（北京）远程教育学院 期 末 考 试 《 钻井工程》 学习中心：_甘肃**_ 姓名：_张*_ 学号：_**034_ 一、名词解释（每小题5分，共20分） 1.井斜方位角 某测点处的井眼方向线投影到水平面上称为井眼方位线，以正北方向线为始边，顺时针旋转至井眼方位线所转过的角度称为井斜方位角。 2.硬关井 是指在没打开放喷闸门防喷的情况下，直接关闭防喷器的关井。 3.欠平衡钻井 欠平衡钻井又叫负压钻井，是指在钻井时井底压力小于地层压力，地底的流体有控制地进入井筒并且循环到地面上的钻井技术。 4.岩石的可钻性 是钻进时岩石抵抗机械破碎能力的量化指标。岩石可钻性是工程钻探中选择钻进方法、钻头结构类型、钻进工艺参数，衡量钻进速度和实行定额管理的主要依据。 二、简答题（每小题10分，共40分） 1.钟摆钻具组合的防斜原理 答：当钟摆摆过一定角度时，在钟摆上会产生一个向回摆的力，称作钟摆力。显然，钟摆摆过的角度越大，钟摆力就越大。 如果在钻柱的下部适当位置加一个扶正器，该扶正器支撑在井壁上，使下部钻柱悬空，则该扶正器以下的钻柱就好像一个钟摆，也要产生一个钟摆力，此钟摆力的作用是使钻头切削井壁的下侧，从而使新钻的井眼不断降斜。 2.钻井液的功用 答：（1）清除井底岩屑，并携带至地面。（2）冷却，润滑钻头和钻具，给地层以冲击力，加快破碎岩石速度。（3）悬浮岩屑。（4）平衡地层压力，防止井喷、井漏、井塌和卡钻等事故。（5）形成低渗透性泥饼巩固井壁。（6）涡轮钻具的井底动力液。（7）控制腐蚀。（8）承受部分钻柱和套管的重量。（9）帮助录井。（10）减少油气层伤害。 3. 射流清洁井底的机理 答：射流撞击井底后形成的井底冲击压力波和井底漫流是射流对井底清洗的两个主要作用形式。 （1）射流的冲击压力作用。射流撞击井底后形成的井底冲击压力波并不是作用在整个井底，而是作用在某些小圆面积上。就整个井底而言，射流作用的面积内压力较高，而射流作用的面积以外压力较低。在射流的冲击范围内，冲击压力也极不均匀，射流作用的中心压力最高，离开中心则压力急剧下降。另外，由于钻头的旋转，射流作用的小面积在迅速移动，本来不均匀的压力分布又在迅速变化。由于这两个原因，使作用在井底岩屑上的冲击压力极不均匀，极不均匀的冲击压力使岩屑产生一个翻转力矩，从而离开井底，这就是射流对井底岩屑的冲击翻转作用。 （2）漫流的横推作用，射流撞击井底后形成的漫流是一层很薄的高速液流层，它对井底岩屑产生一个横向推力，使起离开原来的位置，进入环空。 4. 钻柱的功用 答：（1）为钻井液由井口流向钻头提供通道；（2）给钻头施加适当的压力（钻压），使钻头的工作刃不断吃入岩石；（3）把地面动力（扭矩等）传递给钻头，使钻头不断旋转破碎岩石；（4）起下钻头；（5）根据钻柱的长度计算井深；（6）通过钻柱可以观察和了解钻头的工作情况、井眼状况及地层情况等；（7）进行取心、挤水泥、打捞井下落物，处理井下事故等特殊作业；（8）对地层流体及压力状况进行测试与评价，及钻杆测试等。 三、课程设计（共40分） 设计任务：XX油区XX凹陷一口直井生产井的钻井与完井设计。 设计内容：（其中打“√”部分必须设计，其他部分可选做或不做）。 1.地质设计摘要（√）； 2.井身结构设计（√）； 3.固井工程设计：套管柱强度设计（√）； 4.钻柱组合和强度设计（√）； 5.钻机选择（√）； 6.钻进参数设计： （1）机械破岩参数设计（包括钻头选型，所有钻头选用江汉钻头厂牙轮钻头、选取钻压和转速）（√）； （2）钻井液体系及性能设计（仅设计钻井液密度，其它参数不作要求） （3）水力参数设计（√）； （4）钻柱与下部防斜钻具结构（√）。 考核方式及成绩评定 （1）格式、规范：4分，评分依据：工程设计规范；评分标准：4＊符合程度％。 （2）设计的依据与原则准确性：12分，评分依据：工程设计依据与原则； 评分标准：12＊符合程度％。 （3）过程的参数选择的合理性和计算过程的可靠性：12分，评分依据：参数符合工程实际，计算过程可靠；评分标准：12＊符合程度％。 （4）结果准确性：12分。 基础数据： 1.地质概况：见后附设计样例表A－1。 2.设计井深：H=3000 + 4100 + 学号的后二位数字 3 （m） 3.地层压力和破裂压力剖面：根据图A－1，地层压力梯度的当量钻井液密度由1.00g/cm3变为1.10g/cm3的井深按以下规律取值： H=3000 + 4100 + 学号的后二位数字 3 （m） 4.设计系数：见表A-2和表A-3，其他数据查《钻井手册》（甲方）和参考书。 5.水力参数设计数据见表A-4。 6.钻柱设计数据见参数书2。 7.完井方式：先期裸眼完井，177.8mm(7”)生产套管。 附录 1.地质概况 表A-1 井 别 探 井 井 号 A5 设计井深 目的层 井 位 坐标 地面海拔 m 50 纵（）m 4275165 横（）m 20416485 测线位置 504和45地震测线交点 地理位置 XX省XX市东500m 构造位置 XX凹陷 钻探目的 了解XX构造含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气源 完钻原则 进入150m完钻 完井方法 先期裸眼 层位代号 底界深度，m 分层厚度，m 主要岩性描述 故障提示 A 280 砾岩层夹砂土,未胶结 渗漏 B 600 320 上部砾岩,砂质砾岩,中下部含砾砂岩 渗漏 C 1050 450 中上部含砺砂岩、夹泥岩和粉砂质泥岩； 下部砺状砂岩，含砺砂岩、泥岩、粉砂质泥岩不等厚互层 防塌 D 1600 泥岩、砂质泥岩、砺状砂岩、含砺砂岩不等厚互层，泥质粉砂岩 防漏 防斜 E 1900 300 砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含砺砂岩 防斜 防漏 F3 2650 750 泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩 防斜 F2J 2900 250 泥岩夹钙质砂岩，夹碳质条带煤线，中部泥岩夹煤层、下部泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩 防斜、塌、卡 F2K 3150 250 泥岩为主，泥质粉砂岩，中粗砂岩，砂砾岩间互 F1 3500 350 泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩 防漏、喷、卡 QJ 3650 (未穿) 150 深灰，浅灰色灰岩为主，间夹褐，砖红色泥岩 防漏、喷、卡 2.井身结构设计 钻探目的层为灰岩地层，确定完井方法为先期裸眼完井。油气套管下入层3－5m。 根据地质情况，钻达目的层过程中不受盐岩，高压水层等复杂地层影响，故井身结构设计按地层压力和破裂压力剖面（图A－1）进行。 图A-1 地层压力和破裂压力 设计系数见表A-2。 表A-2 井深结构设计有关系数 名称 g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 MPa MPa 数值 0.05 0.05 0.03 0.05 15 20 来源 理论计算 理论计算 区域资料统计 区域资料统计 区域资料统计 区域资料统计 表 A-3 各层段地层可钻级值 地 层 A B C D E F3 F2J F2K F1 QJ 可钻性值 0.6 1 1.39 2.16 3 3.5 7.3 5.2 4.9 3.水力参数设计 （1）泥浆泵型号与性能 表A-4 水力参数设计数据 3NB1000钻井泥浆泵（两台，可仅用一台） 缸套直径（mm） 额定泵冲（次 分） 额定排差（L S） 额定泵压（Mpa） 120 150 19.9 33.1 130 150 23.4 28.2 140 150 27.1 24.3 150 150 31.1 21.2 160 150 35.4 18.6 170 150 40.0 16.5 （2）钻井液性能其它参数 地面泵压不超过20Mpa Kg=1.07*10Mpa SL 环空返速不低于0.7m/s，不高于1.2m/s 钻井液塑性粘度0.0047pa.S 1.地质设计摘要 1.1 地质概况 该井位于504和45地震测线交点，距XX省XX市东500m，所在的地质构造为XX凹陷，该井海拔较低，钻该井目的是通过打开层来了解该层的油气情况，扩大该油区的勘探范围，增加油区的总体油气后备储量。 1.2 地质基本数据 1.2.1 井号：A5 1.2.2 井别：生产井 1.2.3 井位： （1）井位坐标：纵（X）4275165 横（Y）20416485 （2）地面海拔：50m （3）地理位置：XX省XX市东500m （4）构造位置：XX凹陷 （5）过井测线：504和45地震测线交点 1.2.4 设计井深：H=3000 + 4100 + 343=3502m （学号：933034） 1.2.5 目的层：层，底层深度3650m，分层厚度150m 1.2.6 完钻层位：A、B、C、D、E、F3、F2J、F2K、F1、QJ 1.2.7 完钻原则：先期裸眼完井 1.2.8 钻探目的：了解XX构造的油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气源 2.井身结构设计 2.1井身结构设计思路： （1）、能够避免或尽量减少漏、喷、塌、卡等复杂情况，从而实现安全顺利钻进； （2）、能有效的保护油、气藏； （3）、满足地址和开采的要求； （4）、应使全井经济效益最好。 2.2井身结构设计的原则： （1）能有效地保护油气层，使不同压力梯度的油气层不受钻井液的损害。 （2）应避免漏，喷，塌，卡等复杂情况发生，为全井顺利钻进创造条件，使钻井周期最短。 （3）钻下部高压地层时所用的较高密度钻井液产生的液柱压力，不致压裂上一层套管鞋处薄弱的裸露地层。 （4）下套管过程中，井内钻井液压力和地层压力之间的压差，不致产生压差卡阻套管事故。 2.3 地层可钻性分级及地层压力预测 2.3.1 地层可钻性分级 地 层 A B C D E F3 F2J F2K F1 QJ 可钻性值 0.6 1 1.39 2.16 3 3.5 7.3 5.2 4.9 2.3.2 压力剖面预测 2.4 井身结构设计系数 钻探目的层位灰岩地层，确定完井方法为先期裸眼完井，根据地质情况钻达目的层过程中不受盐岩、高压水层等复杂地层影响，故井身结构设计按地层压力和破裂压力剖面进行。井深结构设计系数如下表所示。 名称 g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 MPa MPa 数值 0.05 0.05 0.03 0.05 15 20 来源 理论计算 理论计算 区域资料统计 区域资料统计 区域资料统计 区域资料统计 2.5各段套管下入目的及确定依据： 一开：0~330下一层表层套管，171/2″钻头,133/8″套管，依据是因为在这一段地层的岩性描述为：泥岩夹砂岩，页岩。所以这一段下表层套管，其目的就是封隔地表疏松，易塌，易漏的地层,安装井口装置，是井口设备的唯一支撑件。 二开：0~2900下入一层技术套管，121/4″钻头，95/8″套管，依据是因为在这地层下入一层技术套管段的主要目的是解决由地层性质，地层压力引起的钻井技术问题。 三开：0~3500m下油层套管至3500米，81/2″钻头，7″套管，依据是因为在这地层下入一层技术套管段的主要目的是解决由地层性质，地层压力引起的钻井技术问题。 四开：3500~3650m采用61/2″钻头钻穿水泥塞，先期裸眼完井。 根据数据资料计算设计井身结构： 开钻顺序 套管 钻头 尺寸() 下深() 尺寸() 钻深（） 一 133/8″ 330 171/2″ 330 二 95/8″ 2900 121/4″ 2900 三 7″ 3500 81/2″ 3500 四 61/2″ 3650 2.4井身结构图 井身结构示意图（图1-1） 　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　 套管φ133/8″330m 钻头ф171/2″330m 套管φ95/8″ 2900m 钻头φ121/4″2900m 套管φ7″ 3500m 钻头φ81/2″3500m 用61/2″″的钻头打开产层 井深3650米 2.5完井方法： 对目的层采用先期裸眼完井 先期裸眼完井---先钻至油气层顶部，下套管固井，固井后，再用小钻头打开油气层的完井方法。 3. 套管柱强度设计 3.1 油层套管柱设计 7″套管设计下深3500，井内泥浆密度为=1.39+0.07=1.46，水泥返至地面，抗挤安全系数：=1.0，抗拉安全系数：=1.6，抗内压安全系数：=1.0。 （1）选第一段套管： 计算井底液柱压力：Pm=H/102=(1.464120)/102=58.97 计算所需抗挤强度：Pc1=Pm=58.971.0=58.97 C . 选第一段套管：N—80 、 、、、 Pj1=2.989兆牛 抗挤安全系数： 满足抗挤要求的强度。 2）选二定一 A .选第二段套管：N—80 、 、、、 Pj2=2.656兆牛 B .第二段可下入深度 C .第一段长度 L1=H1-H2=3500-3382=118M D .计算重力 W1=q1XgXL1=47.62*9.8*118=55067N 选三定二 A .选第三段套管: N—80 、 、、、Pj3=1.966兆牛 B .第三段可下入深度 C .第二段长度 D .计算重力 5）.转入抗拉设计 A .计算第三段 第三段可下长： B .计算重力： C . 差多少到井口 6）.选四定四 A .选第四段套管：N—80 、 、 、 B .计算第四段长： C .计算重力 抗内压校核 ①对井口处内压力强度进行校核： H=3500米 、 、Pp= =53.44Mpa 套管鞋处内压力： ②外平衡压力（认为时间长泥浆会沉淀，取） 井口处： 套管鞋处：。 ③有效内压力及其梯度： 井口处： 套管鞋处： 有效内压力梯度： 由下图可知，抗内压安全 计算第三段套管剩余拉力 实际抗拉安全系数： 3.2套管设计结果 编 号 井 段 （m） 段 长 (m) 套管 段 重 (N) 累计 重 (N) 安全系数 剩余拉力（千牛） 钢级 壁厚 （mm） 扣型 抗挤 抗拉 4 0-745 745 N—80 11.51 长圆 347674 1576424 1.0 1.60 243 3 745～1845 1100 N—80 8.05 长 圆 扣 368901 1228750 1.0 3．089 2 1845～3382 1537 N—80 10.36 515442 859849 1.0 1 3382～3500 118 N—80 11.51 55067 55067 1.01 4.钻柱组合和强度设计 4.1钻铤的设计 根据五兹和鲁宾斯基理论得出，允许最小钻铤的最小外径为：允许最小钻铤外径=2倍套管接箍外径-钻头直径。 钻铤长度取决于选定的钻铤尺寸与所需钻铤重量。 4.1.1所需钻铤重量的计算公式 m=（Wm*Sf）/Kb m——所需钻铤的重量，kN Wm——所需钻压； Sf——安全系数,此取Sf=1.2； Kb——浮力系数； Lc——所需钻铤的长度,m； Ldp——所需钻杆的长度，m； qc——每次开钻所需钻铤单位长度重量； N——每次开钻所需钻铤的根数； 每根钻铤的长度9.1m。 4.1.2计算钻柱所受拉力的公式 1．钻柱所受拉力P=[（Ldp*qdp+Lc*qdp）]Kb P——钻柱所受拉力，kN； P外挤=ρdgL P外挤——钻杆所受外挤压力,MPa。 4.2钻铤长度的计算 4.2.1一次开钻钻具组合 1.钻铤长度的确定 选钻铤外径203.2mm，内径71.4mm，qc=2190N/m。此时Kb=0.858，W=40KN Lc=（Sn*W）/（qc*Kb）=（1.2*40）/（2.19*0.858）=25.54m 从而实际用3根，实际长度3*9.1=27.3（m） 2.钻杆长度计算及安全校核 钻杆外径139.7mm，内径121.4mm，q=319.71N/m，钢级E级Fy=1945.06KN，St=1.3 （1）安全系数校核： Fa1=0.9Fy/ St =0.9*1945.06/1.3=1346.58KN (2)卡瓦挤毁校核 Fa2=0.9 Fy /(σy/σx)=0.9*1945.06/1.42=1232.78KN （3）动载校核： Fa3=0.9Fy-MOP=0.9*1945.06-400=1350.5KN 较三种安全校核知卡瓦挤毁校核计算的最小 则钻杆Lp=（Fa2*qc*Lc* Kb）/（q* Kb）=4307.08m>80m 从而实际用钻杆：80-27.3=52.7m 校核抗挤度：P外挤=ρgh=1.1*1000*9.8*（80-27.3） =0.568MPa<σD=58.21MPa 故安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。 4.2.2二次开钻钻具组合 1.钻铤长度的确定 选钻铤外径203.2mm，内径71.4mm，qc=2190N/m。此时Kb =0.852，W=180KN Lc=（Sn*W）/（qc*Kb）=(1.2*180)/(2.19*0.852)=115.7m 从而实际用13根，实际长度13*9.1=118.3（m） 2.钻杆长度计算及安全校核 钻杆外径139.7mm，内径118.6mm，q=360.59N/m，钢级E级Fy=1945.06KN，St =1.3 （1）安全系数校核： Fa1=0.9Fy/ St =0.9*1945.06/1.3=1346.58KN (2)卡瓦挤毁校核 Fa2=0.9 Fy /(σy/σx)=0.9*1945.06/1.42=1232.78KN （3）动载校核： Fa3=0.9Fy-MOP=0.9*1945.06-400=1350.5KN 较三种安全校核知卡瓦挤毁校核计算的最小 则钻杆Lp=（Fa2*qc*Lc* Kb）/（q* Kb）=3294.2m>310m 从而实际用钻杆：310-118.3=191.7m 校核抗挤度：P外挤=ρgh=1.1*1000*9.8*（310-118.3） =2.1605MPa<σD=58.21MPa 故安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。 4.2.3三次开钻钻具组合 1.钻铤长度的确定 选钻铤外径152.4mm。qc=1212N/m。此时Kb=0.839，W=180KN Lc=（Sn*W）/（qc*Kb）=(1.2*180)/(1.212*0.839)=212.41m 从而实际用24根，实际长度24*9.1=218.4（m） 2.钻杆长度计算及安全校核 钻杆外径127mm，内径112mm，q=237.73N/m，钢级E级Fy=1760.31KN，St =1.3 （1）安全系数校核： Fa1=0.9Fy/ St =0.9*1760.31/1.3=1218.676KN (2)卡瓦挤毁校核 Fa2=0.9 Fy /(σy/σx)=0.9*1760.31/1.42=1115.68KN （3）动载校核： Fa3=0.9Fy-MOP=0.9*1760.31-400=1184.279KN 较三种安全校核知卡瓦挤毁校核计算的最小 则钻杆Lp=（Fa2*qc*Lc* Kb）/（q* Kb）=4480.17m>2000m 从而实际用钻杆：2000-218.4=1781.6m 校核抗挤度：P外挤=ρgh=1.1*1000*9.8*（2000-218.4） =21.825MPa<σD=68.96MPa 故安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。 钻具选择表 项目 钻头尺寸（mm） 钻铤外径（mm） 钻铤长度（m） 钻杆外径（mm） 一开 444.5 203.2 25.54 139.7 二开 215.9 203.2 118.3 139.7 三开 215.9 152.4 218.4 127 5. 钻机选择 5.1根据井深和最大钩载来选择钻机及设备 因为大钩最大的负重是提7″和95/8″的套管，又因为在7″套管的单位重量是43.15kg，即：按7″套管计算：G=350043.15=151.03吨；因为在起下钻遇阻，处理事故及大钩本身重量等因素，所以大钩最大载荷，取安全系数为1.8。W=151.031.8=271.85吨。该井的最大钩载的计算结果271.85吨，选择ZJ—50D钻机。 5.2钻机基本参数 序号 设备名称 型号 规范 数量 备注 1 钻 机 ZJ-50D 1台 2 井 架 1台 3 天 车 TC-315 1台 4 游 车 YC-350 1台 5 大 钩 DG-350 1台 6 水 龙 头 SL-450 最大静负荷：450吨 1台 静载荷 中心管内径：75毫米 7 绞 车 JC-50D 1台 8 转 盘 1台 9 柴 油 机 PZ12V-190B 最大功率：742千瓦 4台 10 泥 浆 泵 3NB-1300 输入功率：1300马力 2台 11 钢 丝 绳 1台 32.5 12 振 动 筛 2ZZS–G 2台 14 除 泥 器 NCSX8 1台 15 除 砂 器 NCS–2XZ 1台 16 除 气 器 NCQ–1 1台 17 离 心 机 1台 18 储 气 罐 1台 4 5.3钻机ZJ50D的其它参数及配件 表2-2 钻机参数及配件 序号 项 目 名 称 单位 参 数 1 名义钻深 m 5000 2 最大钩载 T 350 3 绞车最大功率 KW 1470 4 最大钻柱重量 T 220 5 提升系统绳数 钻井绳数 根 56 最大绳数 根 67 6 钢丝绳直径 mm 34.925 7 钻井泵配备功率 KW 955 马力 1300 8 钻盘开口名义直径 mm 698.5 in 271/2 9 塔式井架有效高度 m 44.8 10 井架底座高度 m 7.5 6. 钻进参数设计 6.1 机械破岩参数设计 6.1.1钻头的选择原则 （1）、在浅井段，岩石胶结疏松，主要考虑钻头的钻速和防止泥包；在深井段，由于起下钻行程长，主要考虑钻头的进尺。 （2）、在易斜井段宜选用位移量小，牙齿多而短或不移轴的钻头。 （3）、在3000米以下的泥岩、页岩、软地层，最好选用中硬地层钻头。 （4）、研磨性地层往往会造成钻头直径的磨损，严重影响下一个钻头的的指标，所以应选择外排加强的镶齿保径钻头。 （5）、软硬交错地层，一般选择中长楔型齿或锥型齿的镶齿钻头。 6.1.2地层软硬参考表 表5- 1 地层性质 极软 软 中软 中 中硬 硬 极硬 形式 形式代号 1 2 3 4 5 6 7 原式代号 JR R ZR Z ZY Y JY 适用岩石举例 泥岩 石膏 岩盐 软页岩 白垩 软石灰岩 中软页岩 硬石膏 中软石灰岩 中软砂岩 硬页岩 石灰岩 中软石灰岩 中软砂岩 石英砂岩 硬白云岩硬石灰岩 大理岩 燧石岩 花岗岩 石英岩 玄武岩 黄铁矿 钻头提颜色 乳白 黄 淡蓝 灰 墨绿 红 褐 6.2钻井液体系及性能设计 6.2.1钻井液的作用和功效： 1.冷却和润滑钻头、钻柱； 2.清洗井底，携带岩屑； 3.控制地层压力； 4.保持井眼稳定，提高钻速； 5.保护和发现油气层； 6.提供水力作用。 6.2.2设计依据： 1.地层岩性、深度、压力。 2.套管程序。 3.钻井工艺要求。 4.成本因素和可行性。 5.综合考虑、因地自宜。 6.2.3钻井液设计（分段设计） 1．一开井段选用低固相钻井液体系 因为该段井深较浅，地质情况不复杂，地层压力小，故选用该类型钻井液体系。该体系钻井液是一种低密度、固相总含量在6-10%（体积比）范围内的水基钻井液，其中的搬土含量应控制在30%（体积比）或更低的范围内，钻屑与搬土比值应小于2：1，它的一个主要优点是可以明显的提高钻速 按安全附加当量泥浆密度设计 ρm=ρp+ρc 式中：ρm----设计钻井液密度 ρp----地层压力当量泥浆密度 ρc-----安全附加当量泥浆密度 0.07~0.15g/cm3 所以，一开井段设计钻井液密度 ρm1=1.00+（0.07~0.15）=（1.07~1.15）g/cm3 定ρm1=1.11 g/cm3 塑粘：PV=10ρ=（8.1~14.1）mpas 粘度：FV=2.2 pv=（17.82~24.42）s 切力：YP=0.02 pv=（0.162~0.282）pa 失水量：FL=（5~10）ml 泥饼厚度：Kf=（0.5~2）mm 2． 二开井段较深，钻进过程中可能会遇到井下复杂情况，故此段考虑用聚合物钻井液体系。 该体系是一种经过含有絮凝和包被作用的长链，高聚物处理以增加粘度，降低滤失量及稳定地层的水基钻井液。这些高聚物包括膨润土，增粘剂，生物聚合物和交联聚合物。它们是较高的分子量和酸溶性。在低浓度下就具有较高的粘度及良好的剪切稀释性。因而可用来絮凝质量差的土，增加粘度，降低失水量及稳定地层。 ρm2=ρp+ρc=1.28+（0.07~0.15）=（1.35~1.43）g/cm3 定ρm2=1.39 g/cm3 塑粘：PV=10ρ=（10.9~16.9）mpas 粘度：FV=2.2 pv=（23.98~37.18）s 切力：YP=0.02 pv=（0.218~0338）pa 失水量：FL=（5~10）ml 泥饼厚度：Kf=（0.5~2）mm 3．三开井段用磺化泥浆 因三开井段比较深，对泥浆性能要求比较高，不但要有良好的粘切，还能在高温下不丧失其基本性能，故此段用磺化泥浆体系。 ρm3=1.50+（0.07~0.15）=（1.57~1.65）g/cm3 定ρm3=1.60 g/cm3 塑粘：PV=10ρ=（13~19）mpas 粘度：FV=2.2 pv=（29~41.8）s 切力：YP=0.02 pv=（0.3~0.4）pa 失水量：FL=（5~10）ml 泥饼厚度：Kf=（0.5~2）mm 4．此井设计采用先期裸眼完井，四开钻井液要接触油气层，所以泥浆密度尽量的小。 ρm4=1.05+（0.07~0.15）=（1.12~1.20）g/cm3 定ρm4=1.15 g/cm3 塑粘：PV=10ρ=（9~15）mpas 粘度：FV=2.2 pv=（20~33）s 切力：YP=0.02 pv=（0.2~0.3）pa 失水量：FL=（5~10）ml 泥饼厚度：Kf=（0.5~2）mm 钻井液设计结果 开钻序号 井段 （m） 钻井液 类型体系 钻井液性能参数 ρm （g/cm3） PV （mpas） FV （s） YP （pa） FL （ml） Kf （mm） PH 一开 0 ~ 330 低固相 钻井液 1.11 8.1 - 14.1 17.82- 24.42 0.162- 0.282 5 - 10 0.5 - 2 8 - 9 二开 330 ~ 2900 聚合物 钻井液 1.19 10.9 - 16.9 23.98- 37.18 0.218- 0.338 5 - 10 0.5 - 2 9 - 10 三开 2900 ~ 3500 磺化 钻井液 1.60 13 - 19 29 - 41.8 0.3 - 0.4 5 - 10 0.5 - 2 9.5 - 11 四开 3500 ~ 3650 磺化 钻井液 1.15 9 - 15 22- 33 0.2 - 0.3 5 - 10 0.5 - 2 8 - 10 6.3水力参数设计 6.3.1钻井水力参数的意义和作用 钻井水力参数的正确设计和维护能提高钻井效率和降低钻井成本，水力参数设计不当，则不能很好的清除岩屑，这不仅会降低钻速，甚至能引起井喷。 钻井水力参数在井内有很多的作用：①、控制井下压力；②、对钻柱和套管产生浮力；③、减少钻井液运动时对井壁的冲蚀作用；④、从井内带出岩屑，冲洗钻头，并清除钻头下的岩屑；⑤、提高钻进速度；⑥、确定地面设备和钻井泵的大小；⑦、控制下钻时产生的激动压力；⑧、清除因起钻时的抽汲作用引起的井底压降；⑨、计算循环钻井液时的井内动压力；⑩、井漏时控制井内压力。 6.3.2钻井水力参数的设计 地面管汇最大允许压力为20，地面管汇折算成5″钻杆长度为150，12″钻头钻进井深为330~2900，81/2″钻头钻进井深为2900~3500m, 设计按每400左右一段来计算水力参数： 分段 H1=330~730 H2=730~1130 H3=1130~1530 H4=1530~1930 H5=1930~2330 H6=2330~2730 H7=2730~2900 H8=2900~3300 H9=3300~3500 H10=3500~3650 7.3钻进水力参数具体计算步骤和结果 1、在井段330~730： (1)确定最小排量Qa： Qa= Vn=0.6 =0.311， =0.127； Qa= (2)选择缸套的直径和排量： 由《石油工程技术手册》得：3NB-1300钻井泵，选缸套内径为170，=21. ，=41.52，允许使用泵压Pb=P地允=20Mpa. (3)计算m、n值 dpi-----钻杆内径108.6mm dpa-----钻杆外径127.0mm =0.311;=1.09103k; =6.35105 =1.09103k; dci 9=71.4mm ;dca9=228.6mm;Lci9=27.3mm dci 8=71.4mm; dca8 =203.2mm;Lci8=54.6mm dci 7=71.4mm; dca7 =177.8mm;Lci7=114.97mm =3.24108 =2.57108 =1.30108 =0.935108 n1=(1.3+2.57+3.24+0.935) 108 =8.045108 n= n1-m∑ =0.8045109-6.35105(27.3+54.6+114.97) =7.086108 (4)计算临界井深： = =2334.1m HcH 则Q可以确定, 即因为HcH，则Q可以确定,即 Q=Qr=0.04152m3/s (5)计算钻头分到的压力Pt HcH Pt=pr-(mH+n)Qr1.8 =21106-(6.351051140+0.7086109) (0.04152)1.8 =15.33 (6)计算喷嘴面积 A0= = = 2.55cm2 d = mm 选喷嘴直径：=7，=12，=13； = =19.0>18.8 即A0实=284.2 mm2>276.7mm2 (7)计算水力参数： Pt实==15.3； Px实=(mH+n)Q1.8=4.9 Pb实= Pt实+ Px实=20.2 Nt = Pt实Q=697.7KW Nx = Px实Q=223.4KW Nb = Nt + Nx =921.1 KW h = Nt/ Nb =0.757 Vo = =160.6m/s； ==； 2、在井段730~1130： (1)确定最小排量Qa： Qa= Vn=0.6 =0.311， =0.127； Qa= (2)选择缸套的直径和排量： 由《中国石油装备大全》得：3NB-1300钻井泵，选缸套内径为170，=21. ，=41.52，允许使用泵压Pb=P地允=20Mpa. (3)计算m、n值 dpi-----钻杆内径108.6mm dpa-----钻杆外径127.0mm =0.311;=1.20103k; =6.97105 =1.20103k;3 dci 9=71.4mm ;dca9=228.6mm;Lci9=27.3mm dci 8=71.4mm; dca8 =203.2mm;Lci8=54.6mm dci 7=71.4mm; dca7 =177.8mm;Lci7=114.97mm =3.56108 =2.82108 =1.42108 =1.026108 n1=(1.3+2.57+3.24+0.935) 108 =8.826108 n= n1-m∑ =8.826108-6.97105(27.3+54.6+114.97) =7.773108 (1)计算临界井深： = =2030.9m HcH 则Q可以确定, 即因为HcH，则Q可以确定,即 Q=Qr=0.04152 m3/s (2)计算钻头分到的压力Pt HcH Pt=pr-(mH+n)Qr1.8 =21106-(6.971051540+7.773108) (0.04152)1.8 =13.97 (3)计算喷嘴面积 A0= = =2.78cm2 d =mm 选喷嘴直径：=10，=11，=12； = =19.08>19.01 即A0实=285.7 mm2>283.8mm2 (4)计算水力参数： Pt实==15.1； Px实=(mH+n)Q1.8=5.7 Pb实= Pt实+ Px实=20.8 Nt = Pt实Q=688.6KW Nx = Px实Q=259.9KW Nb = Nt + Nx =948.5 KW h = Nt/ Nb =0.726 Vo = =159.44m/s； ==； 3、在井段1130~1530： 其它参数不变 (1)计算临界井深： = =2031m HcH 则Q可以确定, 即因为HcH，则Q可以确定,即 Q=Qr=0.04152m3/s (2)计算钻头分到的压力Pt HcH Pt=pr-(mH+n)Qr1.8 =21106-(6.971051940+7.773108) (0.04152)1.8 =13.064 (3)计算喷嘴面积 A0= = = 2.87cm2 d = mm 选喷嘴直径：=9，=10，=14； ==19.40>19.30 即A0实=295.4 mm2>292.3mm2 (4)计算水力参数： Pt实==14.16； Px实=(mH+n)Q1.8=6.57 Pb实= Pt实+ Px实=20.73 Nt = Pt实Q=637.2KW Nx = Px实Q=299.6KW Nb = Nt + Nx =936.8 KW h = Nt/ Nb =0.68 KW Vo = =154.6m/s； ==； 4、在井段1530~1930： 其它参数不变 (1)计算临界井深： = =2031 则Q可以确定, 即因为HcH，则Q可以确定,即 Q=Qr=0.04152m3/s (2)计算钻头分到的压力Pt HcH Pt=pr-(mH+n)Qr1.8 =21106-(6.971051940+7.773108) (0.04152)1.8 =13.064 (3)计算喷嘴面积 A0= = = 2.87cm2 d = mm 选喷嘴直径：=9，=10，=14； ==19.40>19.30 即A0实=295.4 mm2>292.3mm2 (4)计算水力参数： Pt实==14.16； Px实=(mH+n)Q1.8=6.57 Pb实= Pt实+ Px实=20.73 Nt = Pt实Q=637.2KW Nx = Px实Q=299.6KW Nb = Nt + Nx =936.8 KW h = Nt/ Nb =0.68 KW Vo = =154.6m/s； ==； 5、在井段1930~2330： 其它参数不变 (1)计算临界井深： = =2031 则Q可以确定, 即因为HcH，则Q可以确定,即 Q=Qr=0.04152m3/s (2)计算钻头分到的压力Pt HcH Pt=pr-(mH+n)Qr1.8 =21106-(6.971051940+7.773108) (0.04152)1.8 =13.064 (3)计算喷嘴面积 A0= = = 2.87cm2 d = mm 选喷嘴直径：=9，=10，=14； ==19.40>19.30 即A0实=295.4 mm2>292.3mm2 (4)计算水力参数： Pt实==14.16； Px实=(mH+n)Q1.8=6.57 Pb实= Pt实+ Px实=20.73 Nt = Pt实Q=637.2KW Nx = Px实Q=299.6KW Nb = Nt + Nx =936.8 KW h = Nt/ Nb =0.68 KW Vo = =154.6m/s； ==； 6、在井段2330~2730： 其它参数不变 (4)计算临界井深： =2031m Ha= =2573m 即因为H>Ha，则Q可以确定,即 Q=Qa=0.03801m3/s (5)计算钻头分到的压力Pt Pt= pr-(mH+n)Qa1.8 =21106-(6.971053140+7.773108) (0.03801)1.8 =11.76 (6)计算喷嘴面积 A0= = 2.77cm2 d =mm 选喷嘴直径：=8，=10，=11； ==16.88>16.80 即A0实=223.7mm2>221.7mm2 (7)计算水力参数： Pt实==13.28； Px实=(mH+n)Q1.8=7.56 Pb实= Pt实+ Px实=20.84 Nt = Pt实Q=419.6KW Nx = Px实Q=238.9KW Nb = Nt + Nx =658.5KW h = Nt/ Nb =0.64 Vo = =141.7m/s； ==； 7、在井段2730~2900： (1)确定最小排量Qa： Qa= Vn=0.6 =0.311， =0.127； Qa= (2)选择缸套的直径和排量： 由《中国石油装备大全》得：3NB-1300钻井泵，选缸套内径为170，=21，=41.52,允许使用泵压Pb=P地允=20Mpa. (3)计算m、n值 dpi-----钻杆内径108.6mm dpa-----钻杆外径127.0mm =0.311;=1.32103k; =7.65105 =1.32103k; dci 9=71.4mm ;dca9=228.6mm;Lci9=27.3m dci 8=71.4mm; dca8 =203.2mm;Lci8=54.6m dci 7=71.4mm; dca7 =177.8mm;Lci7=69.13m =3.91108 =3.099108 =1.56108 =1.127108 n1=(1.56+3.099+3.91)108 =9.696109 n= n1-m∑ =8.5406108 (4)计算临界井深： = =1751m Ha= = =2244m 即因为H>Ha，则Q可以确定,即 Q=Qa=0.03801m3/s (5)计算钻头分到的压力Pt Pt= pr-(mH+n)Qa1.8 =21106-(7.651053659+8.5406108) (0.03801)1.8 =9.85 (6)计算喷嘴面积 A0= = 3.175cm2 d = mm 选喷嘴直径：=6，=10，=12； ==16.732>16.73 即A0实=219.8 mm2>219.7mm2 (7)计算水力参数： Pt实==11.32； Px实=(mH+n)Q1.8=7.56 Pb实= Pt实+ Px实=20.82 Nt = Pt实Q=420.9KW Nx = Px实Q=238.9KW Nb = Nt + Nx =659.8 KW h = Nt/ Nb =0.64 Vo = =143.6m/s； ==； 8、在井段2900~3300： (1)确定最小排量Qa： Qa= Vn=1 =0.215， =0.127； Qa= (2)选择缸套的直径和排量： 由《中国石油装备大全》得：3NB-1300钻井泵，选缸套内径为170，=21，=41.52，允许使用泵压Pb=P地允=20Mpa. (3)计算m、n值 dpi-----钻杆内径108.6mm dpa-----钻杆外径127.0mm =0.215;=1. 42103k;7 =10.308105 =1.42103k;7 dci 7=71.4mm; dca7 =177.8mm;L7=54.6m =71.4mm; dca6.5 =165.1mm;=100.87m =4.55108 =6.87108 =1.22108 n1=(4.55+6.87+1.22) 108 =12.64108 n= n1-m∑ =12.64108-10.308105(54.6+100.87) =11.037108 (4)计算临界井深： = =1057m Ha= = =4797m 即因为H17.86 即A0实=253.5 mm2>250.3mm2 (7)计算水力参数： Pt实==10.5； Px实=(mH+n)Q1.8=10.2 Pb实= Pt实+ Px实=20.7 Nt = Pt实Q=331.8KW Nx = Px实Q=322.3KW Nb = Nt + Nx =654.1KW h = Nt/ Nb =0.507 Vo = =124.9m/s； ==； 9在井段3300~3500： (1)确定最小排量Qa： Qa= Vn=1 =0.215， =0.127； Qa= (2)选择缸套的直径和排量： 由《中国石油装备大全》得：3NB-1300钻井泵，选缸套内径为170，=21，=41.52，允许使用泵压Pb=P地允=20Mpa. (3)