中國石油大學(xué)在線考試期末考試鉆井工程答案

......中國石油大學(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：_______姓名：________學(xué)號：_______關(guān)于課程考試違規(guī)作弊的說明提交文件中涉嫌抄襲內(nèi)容（包括抄襲網(wǎng)上、書籍、報(bào)刊雜志及其他已有論文），帶有明顯外校標(biāo)記，不符合學(xué)院要求或?qū)W生本人情況，或存在查明出處的內(nèi)容或其他可疑字樣者，判為抄襲，成績?yōu)椤?”。兩人或兩人以上答題內(nèi)容或用語有50%以上相同者判為雷同，成績?yōu)椤?”。3、所提交試卷或材料沒有對老師題目進(jìn)行作答或提交內(nèi)容與該課程要求完全不相干者，認(rèn)定為“白卷”或“錯卷”，成績?yōu)椤?”。一、名詞解釋（每小題5分，共20分）1.井斜方位角2.硬關(guān)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.鉆井液的功用射流清潔井底的機(jī)理鉆柱的功用三、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）。1.地質(zhì)設(shè)計(jì)摘要（√）；2.井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（√）；3.固井工程設(shè)計(jì)：套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)（√）；4.鉆柱組合和強(qiáng)度設(shè)計(jì)（√）；5.鉆機(jī)選擇（√）；6.鉆進(jìn)參數(shù)設(shè)計(jì)：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）（√）；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）水力參數(shù)設(shè)計(jì)（√）；鉆柱與下部防斜鉆具結(jié)構(gòu)（√）?？己朔绞郊俺煽冊u定格式、規(guī)范：4分，評分依據(jù)：工程設(shè)計(jì)規(guī)范；評分標(biāo)準(zhǔn)：4＊符合程度％。設(shè)計(jì)的依據(jù)與原則準(zhǔn)確性：12分，評分依據(jù)：工程設(shè)計(jì)依據(jù)與原則；評分標(biāo)準(zhǔn)：12＊符合程度％。過程的參數(shù)選擇的合理性和計(jì)算過程的可靠性：12分，評分依據(jù)：參數(shù)符合工程實(shí)際，計(jì)算過程可靠；評分標(biāo)準(zhǔn)：12＊符合程度％。結(jié)果準(zhǔn)確性：12分?；A(chǔ)數(shù)據(jù)：1.地質(zhì)概況：見后附設(shè)計(jì)樣例表A－1。2.設(shè)計(jì)井深：H=3000+4×100+學(xué)號的后二位數(shù)字×3（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1.00g/cm3變?yōu)?.10g/cm3的井深按以下規(guī)律取值：H=3000+4×100+學(xué)號的后二位數(shù)字×3（m）4.設(shè)計(jì)系數(shù)：見表A-2和表A-3，其他數(shù)據(jù)查《鉆井手冊》（甲方）和參考書。5.水力參數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見表A-4。6.鉆柱設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見參數(shù)書2。7.完井方式：先期裸眼完井，?177.8mm(7”)生產(chǎn)套管。附錄1.地質(zhì)概況表A-1井井別探井井號A5目的層JQ井位坐標(biāo)地面海拔m50縱（）m4275165橫（y）m20416485測線位置504和45地震測線交點(diǎn)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JQ含油氣情況，擴(kuò)大勘探區(qū)域，增加后備油氣源完鉆原則完鉆原則進(jìn)入JQ150m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(jié)滲漏B600320上部礫巖,砂質(zhì)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(zhì)泥巖；下部礪狀砂巖，含礪砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖不等厚互層防塌D1600泥巖、砂質(zhì)泥巖、礪狀砂巖、含礪砂巖不等厚互層，泥質(zhì)粉砂巖防漏防斜E1900300砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、夾礪狀砂巖、含礪砂巖防斜防漏F32650750泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖防斜FJ22900250泥巖夾鈣質(zhì)砂巖，夾碳質(zhì)條帶煤線，中部泥巖夾煤層、下部泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖防斜、塌、卡F2K3150250泥巖為主，泥質(zhì)粉砂巖，中粗砂巖，砂礫巖間互F13500350泥巖、泥質(zhì)砂巖、下部灰褐色泥巖防漏、噴、卡QJ3650(未穿)150深灰，淺灰色灰?guī)r為主，間夾褐，磚紅色泥巖防漏、噴、卡2.井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鉆探目的層為Q灰?guī)r地層，確定完井方法為先期裸眼完井。油氣套管下入J QJ層3－5m。根據(jù)地質(zhì)情況，鉆達(dá)目的層過程中不受鹽巖，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。圖A-1地層壓力和破裂壓力設(shè)計(jì)系數(shù)見表A-2。表A-2井深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)系數(shù)名稱名稱Sg/cm3gSg/cm3fSg/cm3kSg/cm3NPMPaaPMPa數(shù)值0.050.050.030.051520來源理論計(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各層段地層可鉆級值地層 ABCDEFFF FQ 3 2J 2K 1 J可鉆性值 0.611.392.1633.57.35.24.93.水力參數(shù)設(shè)計(jì)泥漿泵型號與性能表A-4水力參數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)3NB1000鉆井泥漿泵（兩臺，可僅用一臺）缸套直徑（mm缸套直徑（mm）額定泵壓（Mpa）12015019.933.113015023.428.214014015027.124.315015031.121.216015035.418.617015040.016.5鉆井液性能其它參數(shù)地面泵壓不超過20MpaKg=1.07*103MpaS1.8L1.8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中國石油大學(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：_____________姓名：___________學(xué)號：__________關(guān)于課程考試違規(guī)作弊的說明提交文件中涉嫌抄襲內(nèi)容（包括抄襲網(wǎng)上、書籍、報(bào)刊雜志及其他已有論文），帶有明顯外校標(biāo)記，不符合學(xué)院要求或?qū)W生本人情況，或存在查明出處的內(nèi)容或其他可疑字樣者，判為抄襲，成績?yōu)椤?”。兩人或兩人以上答題內(nèi)容或用語有50%以上相同者判為雷同，成績?yōu)椤?”。3、所提交試卷或材料沒有對老師題目進(jìn)行作答或提交內(nèi)容與該課程要求完全不相干者，認(rèn)定為“白卷”或“錯卷”，成績?yōu)椤?”。一、名詞解釋（每小題5分，共20分）井斜方位角答：井斜方位角：某測點(diǎn)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(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過的角度，即井眼方位角。注意，正北方位線是指地理子午線沿正北方向延伸的線段。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。硬關(guān)井答：發(fā)現(xiàn)井涌后，在節(jié)流閥關(guān)閉的情況下關(guān)閉防噴器。本方法關(guān)井最迅速，地層流體侵入井眼最少。但在防噴器關(guān)閉期間，由于環(huán)空流體由流動突然變?yōu)殪o止，對井口裝置將產(chǎn)生水擊作用。其水擊波又會反作用于整個環(huán)空，也作用于套管鞋處及裸眼地層。嚴(yán)重時，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(jìn)入井內(nèi)，循環(huán)出井，并在地面得到控制。其主要標(biāo)志為井底有效壓力低于地層壓力。由此可見，采用密度低于1.0g/cm，的鉆井液鉆井，未必是欠平衡鉆井，而在壓力系數(shù)低于1.0的油氣藏進(jìn)行欠平衡鉆井則必須采用低密度鉆井液。實(shí)際上欠平衡鉆井既可以在低壓油氣藏進(jìn)行，只要滿足欠平衡壓力條件，也可以在較高地層壓力且井眼穩(wěn)定的油氣藏進(jìn)行。4.巖石的可鉆性答：巖石可鉆性是巖石抗破碎的能力?？梢岳斫鉃樵谝欢ㄣ@頭規(guī)格、類型及鉆井工藝條件下巖石抵抗鉆頭破碎的能力。可鉆性的概念，已經(jīng)把巖石性質(zhì)由強(qiáng)度、硬度等比較一般性的概念，引向了與鉆孔有聯(lián)系的概念，在實(shí)際應(yīng)用方面占有重要的地位。通常鉆頭選型、制定生產(chǎn)定額、確定鉆頭工作參數(shù)、預(yù)瀏鉆頭工作指標(biāo)等都以巖石可鉆性為基礎(chǔ)。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(dāng)鐘擺擺過一定角度時，在鐘擺上會產(chǎn)生一個向回?cái)[的力Gc，稱作鐘擺力，Gc=G.sina。顯然，鐘擺擺過的角度越大，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鐘擺，也要產(chǎn)生一個鐘擺力。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：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(xiàn)出來的。鉆井液通過以下路線沿井眼周而復(fù)始地循環(huán)。鉆井液在鉆桿內(nèi)向下循環(huán)，通過鉆頭水眼流出，經(jīng)過井壁(或套管)和鉆桿的環(huán)形空間上返。鉆井液攜帶著鉆屑經(jīng)過振動篩，鉆屑留在篩布上面，鉆井液流經(jīng)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(nèi)，開始下一個循環(huán)。在該循環(huán)過程中，鉆井液具有以下功用。從井底清除巖屑，經(jīng)鉆頭破碎下來的巖石碎屑叫鉆屑或巖屑，隨著鉆井過程的不斷進(jìn)行，必須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(huán)形空間向上的流速大于滑落速度，則巖屑就可被帶出井眼。清除鉆屑的效率與鉆井液的密度、鉆井液的粘度和切力、鉆井液的流型等因素有關(guān)冷卻和潤滑鉆頭及鉆柱，鉆進(jìn)中，鉆頭摩擦部分以及鉆柱與地層接觸處會產(chǎn)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(huán)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。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，同時阻止濾液進(jìn)入地層。在鉆井液中加入膨潤土并進(jìn)行化學(xué)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。控制地層壓力。地層壓力的合理控制，取決于鉆井液的密度。正常情況下地層的壓力為地層水柱產(chǎn)生的壓力。一般情況下，鉆進(jìn)過程中混入的鉆屑加上水的質(zhì)量足以平衡地層壓力。然而有時存在地層壓力異常，不注意會引起井漏或井噴。循環(huán)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(huán)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與技術(shù)力，否則這些固相顆粒沉于井底，造成反復(fù)研磨和沉砂卡鉆等事故。循環(huán)恢復(fù)后，鉆井液又呈液體狀態(tài)可把鉆屑等粗顆拉帶到地面。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，可以判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。傳遞水力功率，鉆井液是將有用的水功率從地面?zhèn)鬟f到鉆頭及井底動力鉆具的媒介。鉆井液的類型、排量、流動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(jī)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(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，本來不均勻的壓力分布又在迅速變化。由于這兩個原因。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)生一個翻轉(zhuǎn)力矩，從而離開井底。這就是射流對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，具有附面射流的性質(zhì)。研究表明，在表面光滑的井底條件下，最大漫流速度出現(xiàn)在小于距井底0.5mm的高度范圍內(nèi)，最大漫流速度值可達(dá)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(chǎn)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(yùn)動的狀態(tài)。因而，井底漫流對井底清洗有非常重要的作用。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提供通道；(2)給鉆頭施加適當(dāng)?shù)膲毫?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(zhuǎn)破碎巖石；(4)起下鉆頭；(5)根據(jù)鉆柱的長度計(jì)算井深。2.鉆柱的特殊作用，(1)通過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；(2)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)；(3)對地層流體及壓力狀況進(jìn)行測試與評價，即鉆桿瀏試，又稱中途測試。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)。1地質(zhì)設(shè)計(jì)摘要1.1地質(zhì)概況該探井位于504和45地震測線交點(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，鉆該井目的是通過打開Q層來了解該層的油氣情況J礦大該油區(qū)的勘探范圍，增加油區(qū)的總體油氣后備儲量。表A-1井別井別探井井號A5目的層JQ井位坐標(biāo)地面海拔m50縱（）m4275165橫（y）m20416485測線位置504和45地震測線交點(diǎn)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JQ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JQ150m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AA280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C1050450中上部含礪砂巖、夾泥巖和粉砂質(zhì)泥巖；下部礪狀砂巖，含礪砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖不等厚互層防塌D1600泥巖、砂質(zhì)泥巖、礪狀砂巖、含礪砂巖不等厚互層，泥質(zhì)粉砂巖防漏防斜E1900300砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、夾礪狀砂巖、含礪砂巖防斜防漏F32650750泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖防斜F2J2900250泥巖夾鈣質(zhì)砂巖，夾碳質(zhì)條帶煤線，中部泥巖夾煤層、下部泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖防斜、塌、卡FK23150250泥巖為主，泥質(zhì)粉砂巖，中粗砂巖，砂礫巖間互F13500350泥巖、泥質(zhì)砂巖、下部灰褐色泥巖防漏、噴、卡QJ3650(未穿)150深灰，淺灰色灰?guī)r為主，間夾褐，磚紅色泥巖防漏、噴、卡1.2地質(zhì)基本數(shù)據(jù)1.2.1井號：A51.2.2井別：生產(chǎn)井1.2.3井位：(1)井位座標(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)過井測線：504和45地震測線交點(diǎn)1.2.4設(shè)計(jì)井深：H=3000+4×100+67×3=3601m（學(xué)號：929167）1.2.5目的層：Q層，底層深度3601m，分層厚度150mJ1.2.6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2.8鉆探目的：了解XX構(gòu)造QJ含油氣情況，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井下復(fù)雜情況提示1.1在本井的鉆井過程中，現(xiàn)場有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)充分了解、分析鄰井事故復(fù)雜情況，防止事故的發(fā)生，及時處理好工程復(fù)雜。注意觀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(yīng)層位；③井噴：易井噴井段及對應(yīng)層位。2.1.2進(jìn)入目的層，應(yīng)根據(jù)實(shí)鉆情況及時調(diào)整泥漿密度，注意防噴、防漏和防卡，一方面要搞好油氣層的發(fā)現(xiàn)，保護(hù)工作，另一方面要切實(shí)搞好井控工作，確保安全施工。2.1.3根據(jù)××油田分公司鉆開油氣層申報(bào)制度要求，由地質(zhì)監(jiān)督以書面形式向鉆井監(jiān)督和井隊(duì)提出油氣層預(yù)告；原則：鉆揭目的層前7天。目的層提前或非目的層發(fā)現(xiàn)油氣顯示要立即通知。鄰井沒有發(fā)現(xiàn)HS氣體，但本井應(yīng)密切監(jiān)控。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中H2S的安全臨2界濃度為20mg/m3（約14PPm），若發(fā)現(xiàn)H2S，無論濃度高低，都要向勘探事業(yè)部的鉆井技術(shù)部及HSE管理辦公室、生產(chǎn)技術(shù)處和質(zhì)量安全環(huán)保處報(bào)告，同時作業(yè)隊(duì)伍要向所屬的上級部門報(bào)告。地層可鉆性分級及地層壓力預(yù)測地層可鉆性分級地地層ABCDEF3FJ2F2KF1QJ可鉆性值0.611.392.1633.57.35.24.9壓力剖面預(yù)測井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)鉆探目的層為灰?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。名稱名稱Sg/cm3gSg/cm3fSg/cm3kSg/cm3NPMPaaPMPa數(shù)值0.050.050.030.051520來源理論計(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)鉆井液的壓力體系最大鉆井液密度S(2-1)maxpmaxb式中——某層套管鉆進(jìn)井段中所用最大泥漿密度，g/cm3；max——該井段中所用地層孔隙壓力梯度等效密度，g/cm3；pmaxS——抽吸壓力允許值的當(dāng)量密度，取0.036g/cm3。b發(fā)生井涌情況 H S =+S+S+pmax k(2-2)fnk pmax b f Hni——第n層套管以下井段發(fā)生井涌時，在井內(nèi)最大壓力梯度作用下，fnk上部地層不被壓裂所應(yīng)有的地層破裂壓力梯度，g/cm3；H——第n層套管下入深度初選點(diǎn)，m；niS——壓井時井內(nèi)壓力增高值的等效密度,取0.06g/cm3；ks——地層壓裂安全增值，取0.03g/cm3。f校核各層套管下到初選點(diǎn)時是否會發(fā)生壓差卡套P9.81H(S)103 r2 mm pmax b pmin(2-3)p——第n層套管鉆進(jìn)井段內(nèi)實(shí)際的井內(nèi)最大靜止壓差，MPa；rn——該井段內(nèi)最小地層孔隙壓力梯度等效密度，g/cm3；pminP——避免發(fā)生壓差卡套的許用壓差，取12MPa；H——該井段內(nèi)最小地層孔隙壓力梯度的最大深度，m。mm套管層次的確定1.確定油層套管下入深度H1因?yàn)榫頗=3601m,所以油層套管下入深度H1=3601m。2.確定第技術(shù)套管下入深度H2(1)初選點(diǎn)H2i試取H=310m2i參考臨井基本參數(shù),=1.60g/cm3,=1.12g/cm3 f310 pmax由公式3-236010.060=1.12+0.036+0.03+f2k 310=1.883(g/cm3)f2k因?yàn)?lt;且相近，則初選點(diǎn)下入深度H=310m。 f2k f950 2i(2)校核H=310m2i在此井段,=1.12g/cm3,=0.85g/cm3,H=163m。 pmax pmin mm由公式3-3P=9.81163×(1.12+0.036-0.85)103r2P=0.17126(MPa)r2因?yàn)镻<P,所以不會產(chǎn)生壓差卡套,則確定此級套管的下入深度r2310m。3.確定第表層套管下入深度H3(1)試取H=80m3i參考臨井基本參數(shù)，=0.85g/cm3,=1.50g/cm3。 pmax f80參考鄰井資料的鉆井液性能指標(biāo)的數(shù)據(jù)：在0-163m的井段上鉆井液的密度范圍為1.1-1.2g/cm3,在這里我們試取鉆井液密度為1.15g/cm3由公式3-2和3-1310160=1.15+0.03+f3k 80=1.4125(g/cm3)f3k因?yàn)?lt;且相近，則初選點(diǎn)下入深度H=40m。 f3k f200 3i(2)校核H=80m3i在此井段,=0.85g/cm3,=0.85g/cm3,H=80m。 pmax pmin mm由公式3-3P=9.8180(1.2-0.85)103r3P=0.27468(MPa)r3因?yàn)镻<P,所以不會產(chǎn)生壓差卡套,則確定此級套管下入深度為80r3m。套管尺寸與井眼尺寸的選擇與配合1.查《鉆井手冊(甲方)》，選擇以下鉆頭與套管如下：表2-1鉆頭與套管的選擇井號井號項(xiàng)目鉆頭尺寸(mm)下深(m)套管外徑(mm)SJ0089表層444.580339.7SJ0089技術(shù)215.9310244.5SJ0089油層215.92000139.73套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)3.1油層套管柱設(shè)計(jì)3.1.1按抗外擠強(qiáng)度設(shè)計(jì)由下向上選擇第一段套管=pS=1.1569.8120001031.125 D c1 D=25.515MPaD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鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉強(qiáng)度(t)抗擠強(qiáng)度（MPa）內(nèi)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使用長度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鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉強(qiáng)度(t)抗擠強(qiáng)度（MPa）內(nèi)徑(mm)J-55139.76.220.8385.721.512127.321.512D1686.17m21.1560.009811.125D=1618.17(m)2實(shí)際取D=1618(m)2第一段套管使用長度L=D-D=2000-1618 1 1 2L=382(m)1圓整進(jìn)到390m2.雙軸應(yīng)力校核LqK z B1.15639023.079.811037.85=12.998KN查《鉆井手冊（甲方）》=1103.2KNS12.998 故 z 0.011781103.2sgDS1.1560.0098116101.125=20.54KN2Dt27.8550.964526.866S故pgDSt2DS滿足雙軸應(yīng)力校核3.抗拉強(qiáng)度校核S12.9981.823.39<987.5 Z t滿足抗拉強(qiáng)度要求。3.1.3確定第二段使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鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉強(qiáng)度(t)抗擠強(qiáng)度（MPa）內(nèi)徑（mm）H-40139.720.835918.064127.318.046D1414m31.1560.009811.125實(shí)際取D=1414(m)3第二段使用長度L=D-D=1618-1414=204(m)，取第二段套管的長度 2 2 3200m；2.雙軸應(yīng)力校核LqK+12.998 z B 2000.20430.8512.99847.729KN查《鉆井手冊（甲方）》=987.5KNS47.729 故Z 0.0483987.5SgDS1.1560.00981141416.043Dt21.5120.961220.67S故pgDSt2DS滿足雙軸應(yīng)力校核3.抗拉強(qiáng)度校核S47.7291.885.912840.7 Z t滿足抗拉強(qiáng)度要求。3.1.4確定第三段使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鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)(t)（MPa）內(nèi)徑（mm）K=55139.76.220.83108.421.512127.313.0367按計(jì)算D1021m41.1560.009811.125L3=D4-D3=393m在這里我們?nèi)3=400m1.抗拉強(qiáng)度校核由公式LqK+47.729 z B4000.20430.8547.729118.52KN2.抗拉強(qiáng)度校核S118.521.8213.39578.3Z t滿足抗拉強(qiáng)度要求。所以第四段套管的長度為:L=LLlL2000-390-200-400=1010 4 1 2 3校核第四段套管第四段套管主要所受最大的拉應(yīng)力抗拉強(qiáng)度校核：LqK+118.52 z B=10100.20430.85+118.52=293.91<578.3KN.井口內(nèi)壓校核： p 29.441 29.441sri1.2981.12ipgD1.1560.009812000i滿足井口內(nèi)壓校核，所以滿足要求技術(shù)套管柱的設(shè)計(jì)技術(shù)套管段的最大鉆井液密度為1.15g/cm3p=1.1569.83101.125c1p=3.95MPac1查《鉆井手冊（甲方）》，選擇第一段套管(kg/m)(kg/m)壁厚（mm）內(nèi)徑（mm）抗拉強(qiáng)度(t)抗擠強(qiáng)度(kg/cm2)120-310H-4047.627.72228.6115.296.3選取的抗擠強(qiáng)度為9.446MPa，故滿足抗擠強(qiáng)度校核。1.抗拉強(qiáng)度校核LqK z B3100.4670.85123.05KNs231.161.8416.1911.9 z t滿足抗拉強(qiáng)度要求。2.井口內(nèi)壓校核 p 15.651 15.651sri4.451.12ipgD1.1560.00981310i滿足井口內(nèi)壓校核，技術(shù)套管設(shè)計(jì)完畢。表3.3層套管柱的設(shè)計(jì)查《鉆井手冊（甲方）》，選擇第一段套管井深井深（m）鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉強(qiáng)度t)(抗擠強(qiáng)度(kg/cm2)內(nèi)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/cm3p=1.159.81801.125c1p=1.015MPac1選取的抗擠強(qiáng)度為5.102MPa，故滿足抗擠強(qiáng)度校核。1.抗拉強(qiáng)度校核LqK z B800.70010.8547.61KNS47.611.885.69578.3滿足抗拉強(qiáng)度要求。 Z t2.井口內(nèi)壓校核 p 11.928 11.928sri 13.211.12ipgD 1.150.0098180i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WSm=m f（4-1）Kbm——所需鉆鋌的重量，kN;W——所需鉆壓；mS——安全系數(shù),此取S=1.2； f f——浮力系數(shù)；b——所需鉆鋌的長度,m；cL——所需鉆桿的長度，m；dpq——每次開鉆所需鉆鋌單位長度重量；cN——每次開鉆所需鉆鋌的根數(shù)；每根鉆鋌的長度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=[（Lq+Lq）]K（4-2） dp dp c dp bP——鉆柱所受拉力，kN；P=gL（4-3） 外擠 dP——鉆桿所受外擠壓力,MPa。外擠4.2鉆鋌長度的計(jì)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(nèi)徑71.4mm，q=2190N/m。此時K=0.858，W=40KNb SW 1.240L=N = =25.54mc qk2.190.858c b從而實(shí)際用3根，實(shí)際長度39.1=27.3（m）2.鉆桿長度計(jì)算及安全校核鉆桿外徑139.7mm，內(nèi)徑121.4mm，q=319.71N/m，鋼級E級F=1945.06KN，yS=1.3t（1）安全系數(shù)校核：Fa=0.9F/S=0.91945.06/1.3=1346.58KN 1 y t(2)卡瓦擠毀校核Fa=0.9F/(/)=0.91945.06/1.42=1232.78KN 2 y y x（3）動載校核：Fa=0.9F-MOP=0.91945.06-400=1350.5KN 3 y較三種安全校核知卡瓦擠毀校核計(jì)算的最小則鉆桿Lp=（Fa-qLK）/（qK）=4307.08m>80m 2 c c b b從而實(shí)際用鉆桿：80-27.3=52.7m校核抗擠度：Pgh=1.110009.8（80-27.3）外擠=0.568MPa<=58.21MPaD故安全校核所選鉆鋌及鉆桿滿足要求。4.2.2二次開鉆鉆具組合.鉆鋌長度的確定選鉆鋌外徑203.2mm，內(nèi)徑71.4mm，q=2190N/m。此時K=0.852，W=180KN c b SW 1.2180L=N = =115.7mc qk2.190.852c b從而實(shí)際用13根，實(shí)際長度139.1=118.3（m）2.鉆桿長度計(jì)算及安全校核鉆桿外徑139.7mm，內(nèi)徑118.6mm，q=360.59N/m，鋼級E級F=1945.06KN，S=1.3 y t安全系數(shù)校核：Fa=0.9F/S=0.91945.06/1.3=1346.58KN 1 y t卡瓦擠毀校核Fa=0.9F/(/)=0.91945.06/1.42=1232.78KNy y x（3）動載校核：Fa=0.9F-MOP=0.91945.06-400=1350.55KN 3 y較三種安全校核知卡瓦擠毀校核計(jì)算的最小則鉆桿Lp=（Fa-qLK）/（qK）=3294.2m>310m 2 c c b b從而實(shí)際用鉆桿：310-118.3=191.7m校核抗擠度：Pgh=1.1510009.8（310-118.3）外擠==2.1605MPa<=58.21MPaD故安全校核所選鉆鋌及鉆桿滿足要求。4.2.3三次開鉆鉆具組合.鉆鋌長度的確定選鉆鋌外徑152.4mm。q=1212N/m。此時K=0.839，W=180KN c b SW 1.2180L=N = =212.41mc qk1.2120.839c b從而實(shí)際用24根，實(shí)際長度249.1=218.4（m）2.鉆桿長度計(jì)算及安全校核鉆桿外徑127mm，內(nèi)徑112mm，q=237.73N/m，鋼級E級F=1760.31KN，S=1.3 y t安全系數(shù)校核：Fa=0.9F/S=0.91760.31/1.3=1218.676KN 1 y t卡瓦擠毀校核Fa=0.9F/(/)=0.91760.31/1.42=1115.68KNy y x（3）動載校核：Fa=0.9F-MOP=0.91760.31-400=1184.279KN 3 y較三種安全校核知卡瓦擠毀校核計(jì)算的最小則鉆桿Lp=（Fa-qLK）/（qK）=4480.17m>2000m 2 c c b b從而實(shí)際用鉆桿：2000-218.4=1781.6m。校核抗擠度：Pgh=1.2510009.8（2000-218.4）外擠==21.825MPa<=68.96MPaD綜上安全校核所選鉆鋌及鉆桿滿足要求。鉆具選擇表項(xiàng)目項(xiàng)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(shè)計(jì)5.1鉆井液的選擇5.1.1井筒內(nèi)鉆井液體積V=D2L(5-1)bi4biiV——第i次開鉆時井筒內(nèi)鉆井液的體積，m3；biD——第i次開鉆時鉆頭的直徑，m；biL——第i層套管的下入深度，m；i——所加入的重晶石的密度，取4200kg/m3；加——加入重晶石粉后鉆井液的密度，kg/m3；重——加入重晶石之前的鉆井液的密度，kg/m3。原5.1.2需要加入粘土的量V（）W=土泥泥水（5-2）土土水式中——所加入粘土的密度，取2000kg/m3；土——水的密度，取1000kg/m3；水——加入粘土前鉆井液的密度，kg/m3。原——所配鉆井液的最大體積，m3。原5.1.3需要加入清水的量WQ=V-土（5-3）水原水式中W——所加入的粘土的量，t；土——水的密度，取1000kg/m3。水V（）=加原 重 原（5-4）加加 重式中——所加入的重晶石的密度，取4200kg/m3；加——加入重晶石粉后鉆井液的密度，kg/m3；重——加入粘土前鉆井液的密度，kg/m3。原參考臨井資料，一開和時鉆井液的密度為1.15g/cm3，二開和三開時鉆井液密度同為1.156g/cm3，無須改變鉆井液的密度。5.2鉆井液體最大積的計(jì)算5.2.1一次開鉆井筒內(nèi)鉆井液體積由公式5-1V=(0.4445)280b14V=12.41(m3)b15.2.2二次開鉆井筒內(nèi)鉆井液體積由公式5-1V=(0.2159)2310b24V=11.34(m3)b25.2.3三次開鉆井筒內(nèi)鉆井液體積由公式5-1V=(0.2159)22000b34V=73.18(m3)b3一般泥漿池內(nèi)要存儲備用50m3鉆井液，取循環(huán)浪費(fèi)20m3鉆井液，所以>50+20+73.18,所以V>143.18m3,V=160m3。原 原 原5.3鉆井液密度的轉(zhuǎn)換5.3.1一次開鉆時由公式5-4V（）2103210（1.21)1032103160(1.151)103=加原 重 原=加 (21)103 (21)103加 重W=48(t)加所以加入黏土的量為48t W 48103Q=V-土=160-=112m3原 1103 水 水5.3.2一次開鉆到二次開鉆時需要重晶石質(zhì)量V由公式G原重加原得重重加1604.2103(1.1561.15)103G==4.032t重 (4.21.156)103所以需加重晶石4.032t。6鉆井水力參數(shù)設(shè)計(jì)6.1泵的選擇6.1.1保證井壁不被沖刷的相關(guān)公式1517.83(DD)nv2n] Z= H P a （6-1）500nn0.387K式中Z——流態(tài)值，808；D——井眼直徑，cm；HD——鉆具外徑，cm；Pn——流性指數(shù)；K——稠度系數(shù),Pa·sn；——鉆井液密度，g/cm3。Q=(D2D2)（6-2）4HPamaxQ=(D2D2)（6-3）4HPslmin6.1.2臨界井深的確定公式1．第一臨界井深0.357PraDcr=（6-4） 1mQ1.8 mr式中a=k+k-mL（6-5） g c ck=mL(6-6) p p L L L Lk=0.516550.80.2(1+2+3+4)(6-7) g d pvd4.8d4.8d4.8d4.8 1 2 3 4 B 0.57503 k=0.80.2L[ + ](6-8) P d pv pd4.8(dd)3(dd)1.8 pi h p h pk=0.80.2L[0.51655+0.57503](6-9)cdpvcd4.8(dd)3(dd)1.8 ci h c h c式中d,d,d,d——地面高壓管線，水龍帶和水龍頭，方鉆桿的內(nèi)徑，m； 1 2 3 4L,L,L,L——地面高壓管線，水龍帶和水龍頭，方鉆桿的長度，m； 1 2 3 4d,d,d,d——分別為鉆桿,鉆鋌的內(nèi)徑和外徑，m；pi p ci cB——常數(shù)，內(nèi)平鉆桿取0.51655；L,L——分別為鉆桿和鉆鋌的長度，m；P ck,k,k——分別為地面管匯，鉆桿內(nèi)外，鉆鋌內(nèi)外的壓力損耗系數(shù)；g p cd——井徑，m；hdc——鉆具外徑，m；——鉆井液的塑性粘度，Pa·s；pv——泵的最大工作壓力，kW；r——泵的最大排量，m3/sr2.第二臨界井深 0.357P aD=r(6-10)cr2mQ1.8 maQ——鉆井液攜帶巖屑最小速度對應(yīng)泵的排量，m3/s。a6.1.3一開時泵的排量計(jì)算D=444.5mm,D=139.7mm,n=0.65,K=0.3,Z=808,=1.1g/cm3 H P1.2msa(6-11)a sl230.00707s s d (6-12)sl 1313d edd1n2n1n12hp3nK(6-13)e a由公式(6-11)(6-12)(6-13)得攜巖最低返速=0.6(m/s)sl由公式6-2 Q =(D2D2)=(0.444520.139.72)1.2 1max4H P a4 Q =167.73(l/s)1max由公式6-3 Q1min=4(D2HDP2)sl=4(0.444520.13972)0.6 Q =83.868(l/s)1min6.1.4二開時泵的排量計(jì)算D=215.9mm,D=139.7mm,n=0.65,K=0.3, H PZ=808,=1.1g/cm31.2msa(6-11)a sl230.00707s s d (6-12)sl 1313d edd1n2n112hp3nnK(6-13)e a由公式(6-11)(6-12)(6-13)得攜巖最低返速=0.6(m/s)sl由公式6-2 Q =(D2D2)=(0.215920.139.72)1.2 1max4H P a4 Q =25.53(l/s)1max由公式6-3 Q1min=4(D2HDP2)sl=4(0.215920.13972)0.6 Q =12.76(l/s)6.1.5開時泵的排量計(jì)算D=215.9mm,D=127mm,n=0.65,K=0.3,Z=808,=1.25g/cm3。 H P由公式6-2 Q =(D2D2)=(0.215920.1272)1.2 3max4H P a4 Q =28.72(l/s)3max由公式6-3 Q =(D2D2)=(0.215920.1272)0.63min4H P sl4Q =14.36(l/s)3min表5-1泵的參數(shù)表井段井段泵型徑（mm）壓力（MPa）速（沖/分）柴油機(jī)轉(zhuǎn)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臨界井深的計(jì)算6.2.1三開時第一臨界井深的確定當(dāng)三開時，d=112mm,d=127mm,d=71.4mm,d=152.4mm, pi p ci cd=0.2m,=1.156g/cm3,=0.023Pa·s,d=d=d=d=0.120m, h d pv 1 2 3 4=50m,L=30m,L=20m,L=16m。 1 2 3 4由公式6-7K=0.12975(1.156103)0.80.0230.2(+++)g 0.1200.120.120.12K=5.346104g由公式6-6mKp1.2561030.80.0230.2[0.129750.14444]L0.111964.80.220.12730.220.1271.8p=3.22106由公式6-100.12975 0.14444K=(0.001156)0.80.0230.2366[ + ]c 0.07144.8(0.20.1524)3(0.20.1524)1.8K=1.98104c由公式6-5n=5.3461041.981043.22106218.4n=2.94105由公式5-4735.50.0375 Dcr=0.357Pra= 28.72-2.94105 1mQ1.8 m3.221