課程設(shè)計(jì)--鉆井工程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　前 言</b></p><p>　　鉆井工程設(shè)計(jì)是石油工程的一個(gè)重要課題，它是確保油氣鉆井工程順利實(shí)施和質(zhì)量控制的重要保證，是鉆井施工作業(yè)必須遵循的原則，是組織鉆井生產(chǎn)和技術(shù)協(xié)作的基礎(chǔ)，是搞好單井預(yù)算和決算的唯一依據(jù)。鉆井設(shè)計(jì)的科學(xué)性、先進(jìn)性關(guān)系到一口井作業(yè)的成敗和效益?？茖W(xué)鉆井水平的提高，很大程度上依靠鉆井設(shè)計(jì)水平的提高。</p><p&g

2、t;　　搞好鉆井設(shè)計(jì)是提高技術(shù)管理和加強(qiáng)企業(yè)管理水平的一項(xiàng)重要措施，是鉆井生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理的前提。鉆井設(shè)計(jì)應(yīng)立足在充分分析有關(guān)地質(zhì)和工程資料的基礎(chǔ)上，遵循國(guó)家及當(dāng)?shù)卣嘘P(guān)法律、法規(guī)和要求，按照安全、快速、優(yōu)質(zhì)和高效的原則進(jìn)行，并且必須以保證實(shí)施地質(zhì)任務(wù)為前提。主要目的層段的設(shè)計(jì)必須體現(xiàn)有利于發(fā)現(xiàn)與保護(hù)油氣層，非目的層段的設(shè)計(jì)主要考慮滿(mǎn)足鉆井工程施工作業(yè)和降低成本的需要。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括

3、：1、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及井身質(zhì)量要求：原則是能有效地保護(hù)油氣層，使不同地層壓力梯度的油氣層不受鉆井液污染損壞；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；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，不致壓裂上一層管鞋處薄弱的裸露地層；下套管過(guò)程中，井內(nèi)鉆井液柱壓力之間的壓差不致產(chǎn)生壓差卡套管等嚴(yán)重事故以及強(qiáng)度的校核。2、套管強(qiáng)度設(shè)計(jì)；3、鉆柱設(shè)計(jì)：給鉆頭加壓時(shí)下部鉆柱是否會(huì)壓彎，選用足夠的鉆鋌以防鉆桿

4、受壓變形；4、鉆井液體系；5、水力參數(shù)設(shè)計(jì)；6，注水泥設(shè)計(jì)，鉆井施工進(jìn)度計(jì)劃等幾個(gè)方面的基本設(shè)計(jì)內(nèi)容。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 設(shè)計(jì)資料的收集1</p><p>　　1.1預(yù)設(shè)計(jì)井基本參數(shù)1</p><p>　　1.2 鄰井基本參數(shù)1</p><p

5、>　　第2章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1 鉆井液壓力體系6</p><p>　　2.1.1最大泥漿密度6</p><p>　　2.1.2校核各層套管下到初選點(diǎn)深度時(shí)是否會(huì)發(fā)生壓差卡套6</p><p>　　2.2 井身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.2.1套管層次與深度的確定7&

6、lt;/p><p>　　第3章 套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 油層套管柱設(shè)計(jì)10 </p><p>　　3.1.1 計(jì)算的相關(guān)公式10</p><p>　　3.1.2 按抗外擠強(qiáng)度設(shè)計(jì)由下向上選擇第一、二段套管的使用長(zhǎng)度10</p><p>　　3.1.3 油層套管的抗拉強(qiáng)度校核12</p

7、><p>　　3.2 表層套管柱設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.3 結(jié)論設(shè)計(jì)14</p><p>　　第4章 鉆柱設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.1鉆鋌的設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.1.1 所需鉆鋌長(zhǎng)度的計(jì)算公式16</p><p>　　4.1.2 計(jì)算鉆柱所受拉力的公式16&

8、lt;/p><p>　　4.2 鉆鋌、鉆桿長(zhǎng)度的計(jì)算17</p><p>　　4.2.1一次鉆開(kāi)鉆具組合17</p><p>　　4.2.2 二次開(kāi)鉆鉆具組合19</p><p>　　4.3 設(shè)計(jì)結(jié)果22</p><p>　　第5章 鉆井液設(shè)計(jì)23</p><p>　　5.1 鉆井液的選

9、擇23</p><p>　　5.1.1井筒內(nèi)鉆井液體積23</p><p>　　5.1.2 地面循環(huán)量23</p><p>　　5.1.3 損耗量23</p><p>　　5.1.4 需要加入粘土、清水的量23</p><p>　　5.2 鉆井液密度轉(zhuǎn)換24</p><p>　　5.

10、2.1 一次開(kāi)鉆需要加入重晶石量24</p><p>　　5.2.2 二次開(kāi)鉆需要加入重晶石量24</p><p>　　5.3 鉆井液設(shè)計(jì)24</p><p>　　5.3.1 井筒內(nèi)鉆井液體積24</p><p>　　5.3.2 鉆井過(guò)程中所需的鉆井液體積24</p><p>　　5.3.3需要加入的水量和土

11、量25</p><p>　　5.3.4 鉆井液密度轉(zhuǎn)換25</p><p>　　5.4 結(jié)論統(tǒng)計(jì)26</p><p>　　第6章 鉆井水力參數(shù)的設(shè)計(jì)27</p><p>　　6.1泵的選擇27</p><p>　　6.1.1 確定最小排量27</p><p>　　6.1.2 計(jì)算不同

12、井深循環(huán)壓耗系數(shù)27</p><p>　　6.1.3 臨界井深的確定28</p><p>　　6.1.4 噴嘴直徑的確定28</p><p>　　6.1.5 最優(yōu)排量的計(jì)算29</p><p>　　6.2 泵的各種參數(shù)計(jì)算29</p><p>　　6.2.1 一開(kāi)時(shí)噴嘴直徑的計(jì)算29</p>

13、<p>　　6.2.2 二開(kāi)時(shí)噴嘴直徑的計(jì)算30</p><p>　　第7章 注水泥設(shè)計(jì)35</p><p>　　7.1 水泥漿的用量35</p><p>　　7.1.1 所需水泥漿體積的計(jì)算公式35</p><p>　　7.1.2 所需干水泥質(zhì)量的計(jì)算公式…………..………………….................. 3

14、5 </p><p>　　7.1.3 所需水的體積的計(jì)算公式35</p><p>　　7.1.4 頂替排量的計(jì)算公式36</p><p>　　7.1.5 防凝時(shí)間的計(jì)算公式36</p><p>　　7.2 所需干泥灰、清水的用量36</p><p>

15、;　　7.2.1 水泥漿體積的計(jì)算36</p><p>　　7.2.2干水泥質(zhì)量的計(jì)算37</p><p>　　7.2.3所需清水的體積的計(jì)算37</p><p>　　7.3頂替時(shí)間的計(jì)算37</p><p>　　7.3.1頂替排量37</p><p>　　7.3.2頂替容積38</p>&l

16、t;p>　　7.3.3 頂替時(shí)間……………………………………………………………….38</p><p>　　7.3.4 注水時(shí)間38</p><p>　　7.3.5 防凝時(shí)間39</p><p>　　7.4設(shè)計(jì)結(jié)果39</p><p>　　第8章 設(shè)計(jì)結(jié)果40</p><p><b>　　參考

17、文獻(xiàn)40</b></p><p>　　第1章 設(shè)計(jì)資料的收集</p><p>　　1.1 預(yù)設(shè)計(jì)井基本參數(shù)</p><p>　　1.2 鄰井基本參數(shù)</p><p><b>　?。?）井身結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　?。?）地層壓力</b><

18、/p><p><b>　?。?）鉆具組合</b></p><p><b>　?。?）鉆井液性能</b></p><p><b>　?。?）水利參數(shù)</b></p><p><b>　?。?）鉆井參數(shù)</b></p><p>　　（7）套

19、管柱設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　（8）注水泥設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　第2章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　井身結(jié)構(gòu)是采油目的層以上井段須下入專(zhuān)用套管的層次、深度以及相應(yīng)的井眼（鉆頭）尺寸。</p><p>　　井身結(jié)構(gòu)組成包括導(dǎo)管、表層套管、技術(shù)套管、生產(chǎn)套管。</p><p>　　其中導(dǎo)管的作用，在鉆井

20、一開(kāi)始建立泥漿循環(huán)，保護(hù)井口附近的表土地層，防止被經(jīng)常流出的洗井液體沖垮，保證井口正常鉆井。</p><p>　　表層套管作用，在鉆井中用以鞏固上部比較疏松易塌的不穩(wěn)定巖層（松軟地層及淺層氣），還可用于安裝防噴器等井口設(shè)備，以控制鉆開(kāi)高壓層時(shí)可能發(fā)生的井噴現(xiàn)象。</p><p>　　技術(shù)套管作用，在鉆井中用以封隔某些難以控制的復(fù)雜地層，以便以順利的鉆達(dá)預(yù)定的生產(chǎn)目的層。</p>

21、<p>　　生產(chǎn)套管作用，用以封隔油、氣、水層，保證油井的順利生產(chǎn)。保護(hù)井壁，隔斷上覆地層和油層的通路，在套管內(nèi)形成舉升油氣的良好通道。</p><p>　　井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是確定套管的下入層次、下入深度、水泥漿返深、水泥環(huán)厚度生產(chǎn)套管尺寸及鉆頭尺寸；主要原則是有效保護(hù)儲(chǔ)集層，避免生產(chǎn)井漏、井塌、卡鉆等井下復(fù)雜情況和事故，為優(yōu)質(zhì)、安全、高速和經(jīng)濟(jì)鉆井創(chuàng)造條件。</p><p

22、>　　2.1 鉆井液壓力體系</p><p>　　2.1.1 最大泥漿密度</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　式中 —某層套管鉆進(jìn)井段中所用最大泥漿密度，g/cm³；</p><p>　　—該井段中所用最大地層孔隙壓力梯度密度，g/cm³；</p>

23、;<p>　　—抽吸壓力允許值的當(dāng)量密度，取0.036 g/cm³。</p><p>　　預(yù)計(jì)發(fā)生井涌情況時(shí)，</p><p><b>　　（2-2）</b></p><p>　　式中 —發(fā)生井涌時(shí)，在井內(nèi)最大壓力梯度作用下，上部地層不被壓裂所應(yīng)有的地層破裂壓力梯度，g/cm³；</p><

24、;p>　　—該井段中所用最大地層孔隙壓力梯度密度，g/cm³；</p><p>　　—壓井時(shí)井內(nèi)壓力增高值的等效密度，取0.06 g/cm³；</p><p>　　—地層壓裂安全增值，取0.03 g/cm³；</p><p>　　D21—表層套管下入深度初選點(diǎn)。</p><p>　　2.1.2 校核各層套管

25、下到初選點(diǎn)深度時(shí)是否會(huì)發(fā)生壓差卡套</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中 —某段井段內(nèi)實(shí)際的井內(nèi)最大壓差，MPa；</p><p>　　—在深度為允許差值時(shí)采用的鉆井液密度，g/cm³；</p><p>　　、分別為井段內(nèi)最大與最小地層壓力當(dāng)量密度，g/cm³；

26、</p><p>　　—最大與最小地層壓力點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的井深，m；</p><p>　　—壓差允值，取=16Mpa。</p><p>　　2.2 井身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 套管層次與深度的確定</p><p>　　根據(jù)鄰井參數(shù)繪制的壓力與井身變化示意圖，如下圖所示。</p><p&

27、gt;　?。?）表層套管下入深度D21初選點(diǎn)的確定</p><p>　　已知=1.1g/cm³，=0.036g/cm³，=0.03，=1700m，=0.06g/cm³，確定表層套管下入深度。</p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式（2-2）得</b><

28、;/p><p><b>　　試取，代入上式得</b></p><p><b>　　而</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　所以表層套管下入深度初選點(diǎn)</p><p>　?。?）校核表層套管下入到深度初選點(diǎn)過(guò)程中是否發(fā)生壓差卡

29、套</p><p>　　已知判斷表層套管下入深度到初選點(diǎn)過(guò)程中是否發(fā)生壓差卡套。</p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式（2-3）得</b></p><p><b>　　而所以</b></p><p>　　所以下入過(guò)

30、程中不會(huì)發(fā)生壓差卡套。</p><p><b>　?。?）校核油層套管</b></p><p>　　確定油層套管的下入深度初選點(diǎn)的確定</p><p>　　已知，在設(shè)計(jì)井深結(jié)構(gòu)時(shí)需要留足5m的口袋，在此條件下確定油層套管的下入深度初選點(diǎn)。</p><p><b>　　解:</b></p>

31、<p>　　因?yàn)榫钕绿坠軙r(shí)需要留足5m的口袋，所以油層套管下入深度</p><p>　　校核油層套管下入深度到初選點(diǎn)過(guò)程中是否發(fā)生壓差卡套</p><p>　　已知判斷油層套管下入深度到初選點(diǎn)過(guò)程中是否發(fā)生壓差卡套。</p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式（

32、2-3）得</b></p><p><b>　　而所以</b></p><p>　　所以下入過(guò)程中不會(huì)發(fā)生壓差卡套。</p><p><b>　　結(jié)論統(tǒng)計(jì)</b></p><p>　　查《鉆井手冊(cè)（甲方）》，選擇鉆頭與套管如下表所示</p><p><b&g

33、t;　　井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表</b></p><p>　　第3章 套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)的任務(wù)就是要事先設(shè)計(jì)出強(qiáng)度足夠的套管柱以保證能經(jīng)受入井后各種外載的作用，同時(shí)在保證套管不破壞的前提下，還應(yīng)使所設(shè)計(jì)出的套管柱在成本上是最低的，這就是通常所說(shuō)的套管柱設(shè)計(jì)的“既安全又經(jīng)濟(jì)”的原則。 </p><p><b>　

34、　。</b></p><p>　　3.1 油層套管柱設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 計(jì)算的相關(guān)公式</p><p>　　（1）某井段的最大外擠壓力</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 —該井段所用你講的最大密度，g/cm³；D為某

35、段鋼級(jí)的下入深度，m。</p><p>　?。?）某段鋼級(jí)套管的最大下入深度</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　式中 —某段鋼級(jí)套管的抗外擠強(qiáng)度，MPa；為最小抗外擠強(qiáng)度安全系數(shù)，取1.25。</p><p><b>　?。?）套管浮力系數(shù)</b></p&g

36、t;<p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中 —某段所用鋼材的密度，取7.8g/cm³.</p><p><b>　?。?）安全系數(shù)</b></p><p><b>　　抗拉安全系數(shù)：。</b></p><p>　　3.1.2

37、按抗外擠強(qiáng)度設(shè)計(jì)由下向上選擇第一、二段套管的使用長(zhǎng)度</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，查《鉆井手冊(cè)（甲方）》選擇第一段套管如下：</p><p>　　表3-1 第一段套管選擇</p><p>　　查《鉆井手冊(cè)（甲方）》選擇第二段套管如下：</p><p>　　表3-2 第二段套管選擇</p><p>　　根據(jù)

38、以上數(shù)據(jù)求出第一、二段套管的使用長(zhǎng)度</p><p><b>　　解：</b></p><p>　?。?）對(duì)第一段油層套管進(jìn)行抗外擠強(qiáng)度校核</p><p><b>　　由公式（3-1）得</b></p><p><b>　　由表（3-1）知：</b></p>&

39、lt;p><b>　　所以</b></p><p>　　所以第一段套管滿(mǎn)足抗擠要求</p><p>　?。?）確定第一、二段油層套管的使用長(zhǎng)度</p><p><b>　　由表（3-2）得</b></p><p><b>　　由公式（3-2）得</b></p>

40、<p>　　取=1400m，則第一段油層套管使用長(zhǎng)度</p><p>　　取每根套管長(zhǎng)度為9.1m</p><p>　　則第一段油層套管使用根數(shù)：</p><p><b>　　根 取=33根</b></p><p>　　則第一段油層套管實(shí)際下入井中的長(zhǎng)度為</p><p>　　則

41、第二段油層套管使用長(zhǎng)度為</p><p>　　則第二段油層套管使用根數(shù)：</p><p>　　根 取=153根</p><p>　　則第二段油層套管實(shí)際下入井中的長(zhǎng)度為</p><p>　?。?）對(duì)第二段油層套管進(jìn)行抗外擠強(qiáng)度校核</p><p><b>　　由公式（3-1）得</b><

42、/p><p><b>　　由表（3-1）知：</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　所以第二段套管滿(mǎn)足抗擠要求。</p><p>　　3.1.3 油層套管的抗拉強(qiáng)度校核</p><p>　?。?）第一段油層套管抗拉強(qiáng)度校核</p>&

43、lt;p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式（3-3）得</b></p><p>　　由表（3-1）知 第一段油層套管均重為</p><p>　　則第一段油層套管在鉆井液中的重量：</p><p><b>　　由表(3-1)得</b></

44、p><p><b>　　所以</b></p><p>　　所以第一段油層套管滿(mǎn)足抗拉要求</p><p>　　（2）第二段油層套管抗拉強(qiáng)度校核</p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式（3-3）得</b></p>

45、;<p>　　由表（3-1）知 第二段油層套管均重為</p><p>　　則第一段油層套管在鉆井液中的重量：</p><p><b>　　由表(3-1)得</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　所以第二段油層套管滿(mǎn)足抗拉要求。</p>&

46、lt;p>　　3.2 表層套管柱設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，查《鉆井手冊(cè)（甲方）》選擇表層套管如下：</p><p>　　表3-3 表層套管選擇</p><p>　　判斷表層套管的強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求。</p><p><b>　　解：</b></p><p>　　對(duì)表層套

47、管進(jìn)行抗外擠強(qiáng)度校核</p><p>　　則表層套管使用根數(shù)：</p><p><b>　　根 取=38根</b></p><p>　　則第二段油層套管實(shí)際下入井中的長(zhǎng)度為</p><p><b>　　由公式（3-1）得</b></p><p><b>　　由表

48、（3-1）知：</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　所以表層套管滿(mǎn)足抗擠要求</p><p>　　表層套管抗拉強(qiáng)度校核</p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式（3-3）得</b

49、></p><p>　　由表（3-1）知 第一段油層套管均重為</p><p>　　則表層套管在鉆井液中的重量：</p><p><b>　　由表(3-1)得</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　所以表層套管滿(mǎn)足抗拉要求。</p

50、><p><b>　　3.3 結(jié)論設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　套管柱設(shè)計(jì)參數(shù)表：</b></p><p><b>　　第4章 鉆柱設(shè)計(jì)</b></p><p>　　合理的鉆柱設(shè)計(jì)是確保優(yōu)質(zhì)、快速、安全鉆井的重要條件。尤其是對(duì)深井鉆井，鉆柱在井下的工作條件十分復(fù)雜與惡

51、劣，鉆柱設(shè)計(jì)就顯得更加重要。 </p><p>　　鉆柱設(shè)計(jì)包括鉆柱尺寸選擇和強(qiáng)度設(shè)計(jì)兩方面內(nèi)容。在設(shè)計(jì)中，一般遵循以下兩個(gè)原則： </p><p>　　第一， 滿(mǎn)足強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度、抗擊強(qiáng)度等）要求，保證鉆柱安全工作；</p><p>　　第二， 盡量減輕整個(gè)鉆柱的重力，以便在現(xiàn)有的抗負(fù)荷能力下鉆更深的井。</p>

52、<p><b>　　4.1 鉆鋌的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)鉆頭直徑選擇鉆鋌外徑，鉆鋌長(zhǎng)度取決于選定的鉆鋌尺寸與所需鉆鋌重量。</p><p>　　4.1.1 所需鉆鋌長(zhǎng)度的計(jì)算公式 </p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 —設(shè)計(jì)最大鉆

53、壓，KN；</p><p><b>　　—安全系數(shù)，此??；</b></p><p><b>　　—鉆井液浮力系數(shù)；</b></p><p>　　—所需鉆鋌的長(zhǎng)度，m；</p><p>　　—每次開(kāi)鉆所需鉆鋌單位長(zhǎng)度重量，N/m；</p><p>　　—每次開(kāi)鉆所需鉆鋌的根數(shù)，

54、沒(méi)跟鉆鋌的長(zhǎng)度9.1m。</p><p>　　4.1.2 計(jì)算鉆柱所受拉力的公式</p><p><b>　　（4-2）</b></p><p>　　式中 —懸掛在鉆井液中鉆柱任意截面上所受拉力，KN；</p><p><b>　　—鉆鋌的長(zhǎng)度，m；</b></p><p>

55、;　　—鉆鋌單位長(zhǎng)度重量，N/m；</p><p><b>　　—鉆桿長(zhǎng)度，m；</b></p><p>　　—鉆桿單位長(zhǎng)度重量，N/m。</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中 —鉆桿所受外擠壓力，MPa；</p><p>　　—最大鉆井

56、液密度，g/cm3。</p><p>　　4.2 鉆鋌、鉆桿長(zhǎng)度的計(jì)算</p><p>　　4.2.1 一次鉆開(kāi)鉆具組合</p><p>　?。?）鉆鋌長(zhǎng)度的確定</p><p>　　查《鉆井手冊(cè)（甲方）》選擇鉆鋌，選用鉆鋌：NC56-80外徑為203.2mm，內(nèi)徑為71.40mm，長(zhǎng)度為9.1mm，，，最大需要抗擠強(qiáng)度。求鉆鋌的使用長(zhǎng)度。&

57、lt;/p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　浮力系數(shù) </b></p><p><b>　　所需鉆鋌重量為</b></p><p><b>　　則鉆鋌長(zhǎng)度為 </b></p><p><b>　　

58、則鉆鋌根數(shù)為</b></p><p><b>　　根</b></p><p><b>　　取根</b></p><p>　　則實(shí)際鉆鋌使用長(zhǎng)度為</p><p><b>　　由公式（4-3）得</b></p><p><b>　　而

59、 所以</b></p><p>　　所以鉆鋌滿(mǎn)足抗擠強(qiáng)度要求</p><p><b>　?。?）鉆桿長(zhǎng)度計(jì)算</b></p><p>　　查《鉆井手冊(cè)（甲方）》選擇鉆桿，選用外徑為139.7mm，內(nèi)徑為124.3mm，鋼級(jí)為D級(jí)，按最小屈服強(qiáng)度計(jì)算最小抗拉力；最小抗擠壓力為773.33KN；的鉆桿，MOP為拉力余量，一般取2005

60、00KN，抗拉安全系數(shù)。求鉆桿的使用長(zhǎng)度。</p><p><b>　　解：</b></p><p>　　由書(shū)查得，取MOP=300</p><p><b>　　則最大安全靜拉力為</b></p><p><b>　　安全系數(shù)法</b></p><p>

61、<b>　　設(shè)計(jì)系數(shù)法</b></p><p><b>　　拉力余量法</b></p><p><b>　　由最小原則知，取 </b></p><p>　　由公式（4-2）轉(zhuǎn)化得</p><p>　　由鉆鋌長(zhǎng)度知，鉆桿長(zhǎng)度為 </p><p><b

62、>　　鉆桿根數(shù) 根</b></p><p><b>　　取根</b></p><p><b>　　則鉆桿實(shí)際長(zhǎng)度為</b></p><p><b>　　（3）校核鉆桿強(qiáng)度</b></p><p><b>　　解：</b></p>

63、;<p><b>　　由公式（4-3）得</b></p><p><b>　　而 所以</b></p><p>　　所以鉆桿滿(mǎn)足抗擠強(qiáng)度要求</p><p>　　4.2.2 二次開(kāi)鉆鉆具組合</p><p>　?。?）355-1100m</p><p><

64、;b>　　鉆鋌長(zhǎng)度的確定</b></p><p>　　查《鉆井手冊(cè)（甲方）》選擇鉆鋌，選用鉆鋌：NC50-70外徑為187mm，內(nèi)徑為71.40mm，長(zhǎng)度為9.1mm，，，最大需要抗擠強(qiáng)度。求鉆鋌的使用長(zhǎng)度。</p><p><b>　　解：</b></p><p>　　浮力系數(shù) </p>

65、<p><b>　　所需鉆鋌重量為 </b></p><p>　　則鉆鋌長(zhǎng)度為 </p><p><b>　　則鉆鋌根數(shù)為</b></p><p><b>　　根</b></p><p><b>　　取根</b><

66、;/p><p>　　則實(shí)際鉆鋌使用長(zhǎng)度為</p><p><b>　　由公式（4-3）得</b></p><p><b>　　而 所以</b></p><p>　　所以鉆鋌滿(mǎn)足抗擠強(qiáng)度要求</p><p><b>　　鉆桿長(zhǎng)度計(jì)算</b></p>

67、;<p>　　查《鉆井手冊(cè)（甲方）》選擇鉆桿，選用外徑為127mm，內(nèi)徑為108.6mm，鋼級(jí)為D級(jí)，按最小屈服強(qiáng)度計(jì)算最小抗拉力；最小抗擠壓力為893.67KN；的鉆桿，求鉆桿的使用長(zhǎng)度。</p><p><b>　　解：</b></p><p>　　由書(shū)查得，取MOP=300</p><p><b>　　則最大安全靜

68、拉力為</b></p><p><b>　　安全系數(shù)法</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)系數(shù)法</b></p><p><b>　　拉力余量法</b></p><p><b>　　由最小原則知，取 </b></p><

69、;p>　　由公式（4-2）轉(zhuǎn)化得</p><p>　　由鉆鋌長(zhǎng)度知，鉆桿長(zhǎng)度為 </p><p><b>　　鉆桿根數(shù) 根</b></p><p><b>　　取根</b></p><p><b>　　則鉆桿實(shí)際長(zhǎng)度為</b></p><p>&l

70、t;b>　　校核鉆桿強(qiáng)度</b></p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式（4-3）得</b></p><p><b>　　而 所以</b></p><p>　　所以鉆桿滿(mǎn)足抗擠強(qiáng)度要求</p><p&

71、gt;　?。?）1100-1700m</p><p><b>　　鉆鋌長(zhǎng)度的確定</b></p><p>　　查《鉆井手冊(cè)（甲方）》選擇鉆鋌，選用鉆鋌：NC50-70外徑為178mm，內(nèi)徑為71.40mm，長(zhǎng)度為9.1mm，，，最大需要抗擠強(qiáng)度。求鉆鋌的使用長(zhǎng)度。</p><p><b>　　解：</b></p>

72、;<p><b>　　浮力系數(shù)</b></p><p><b>　　所需鉆鋌重量為</b></p><p><b>　　則鉆鋌長(zhǎng)度為 </b></p><p><b>　　則鉆鋌根數(shù)為 根</b></p><p><b>　　取根&

73、lt;/b></p><p>　　則實(shí)際鉆鋌使用長(zhǎng)度為</p><p><b>　　由公式（4-3）得</b></p><p><b>　　而 所以</b></p><p>　　所以鉆鋌滿(mǎn)足抗擠強(qiáng)度要求</p><p><b>　　鉆桿長(zhǎng)度計(jì)算</b&

74、gt;</p><p>　　查《鉆井手冊(cè)（甲方）》選擇鉆桿，選用外徑為127mm，內(nèi)徑為108.6mm，鋼級(jí)為D級(jí)，按最小屈服強(qiáng)度計(jì)算最小抗拉力；最小抗擠壓力為893.67KN；的鉆桿，求鉆桿的使用長(zhǎng)度。</p><p><b>　　解：</b></p><p>　　由書(shū)查得，取MOP=300</p><p><b

75、>　　則最大安全靜拉力為</b></p><p><b>　　安全系數(shù)法</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)系數(shù)法</b></p><p><b>　　拉力余量法</b></p><p><b>　　由最小原則知，取 </b><

76、;/p><p>　　由公式（4-2）轉(zhuǎn)化得</p><p>　　由鉆鋌長(zhǎng)度知，鉆桿長(zhǎng)度為 </p><p><b>　　鉆桿根數(shù) 根</b></p><p><b>　　取根</b></p><p><b>　　則鉆桿實(shí)際長(zhǎng)度為</b></p>

77、<p><b>　　校核鉆桿強(qiáng)度</b></p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式（4-3）得</b></p><p><b>　　而 所以</b></p><p>　　所以鉆桿滿(mǎn)足抗擠強(qiáng)度要求</p

78、><p><b>　　4.3 設(shè)計(jì)結(jié)果</b></p><p><b>　　鉆具組合設(shè)計(jì)表：</b></p><p><b>　　鉆井液設(shè)計(jì)</b></p><p>　　鉆井液是鉆探過(guò)程中，孔內(nèi)使用的循環(huán)沖洗介質(zhì), 鉆井液的主要作用是把巖屑從井底攜帶至地面，鉆井液是鉆井的

79、“血液”，在鉆井作業(yè)中起著非常重要的作用。因此對(duì)鉆井液要求很高。</p><p>　　5.1 鉆井液的選擇</p><p>　　5.1.1 井筒內(nèi)鉆井液體積</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 —井筒內(nèi)鉆井液的體積， ；</p><p><b>　

80、　—第i段井徑，m；</b></p><p>　　—第i段井眼長(zhǎng)度，m。</p><p>　　5.1.2 地面循環(huán)量 </p><p>　　由于井深為1700m，選擇30鉆機(jī)則地面循環(huán)量為。</p><p><b>　　5.1.3 損耗量</b></p><p><b>　

81、　損耗量為</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　5.1.4 需要加入粘土、清水的量</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式

82、中：為所加粘土的密度，2000；為所配鉆井液最大體積，；為所加粘土質(zhì)量，t；為配置鉆井液所需要的水的體積，。查取資料知：，。</p><p>　　5.2 鉆井液密度轉(zhuǎn)換</p><p>　　5.2.1 一次開(kāi)鉆需要加入重晶石量</p><p><b>　　（5-5）</b></p><p>　　式中 —加入重晶石的量，

83、t；</p><p>　　—一次開(kāi)鉆鉆井液的密度，。</p><p>　　5.2.2 二次開(kāi)鉆需要加入重晶石量</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　式中 —加入重晶石的量，t；</p><p>　　—二次開(kāi)鉆鉆井液的密度，。</p><p>

84、;　　參考臨井資料，一開(kāi)時(shí)鉆井液密度為1.15，二開(kāi)時(shí)鉆井液密度為1.25。</p><p><b>　　5.3 鉆井液設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.3.1 井筒內(nèi)鉆井液體積</p><p>　?。?）求出一次開(kāi)鉆井筒內(nèi)的鉆井液體積。</p><p><b>　　解：</b></p&g

85、t;<p>　　由公式（5-1）可知</p><p>　　（2）求出二次開(kāi)鉆井筒內(nèi)的鉆井液體積。</p><p><b>　　解：</b></p><p>　　由公式（5-1）可知</p><p>　　5.3.2 鉆井過(guò)程中所需的鉆井液體積</p><p>　　求出鉆井過(guò)程中所需的鉆

86、井液體積。</p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式（5-2）知</b></p><p>　　則所需鉆井液原漿體積為</p><p><b>　　實(shí)取 </b></p><p>　　5.3.3 需要加入的水量和土量&l

87、t;/p><p>　　求出要配置261的鉆井液需要加入的水量和土量。</p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式（5-3）知</b></p><p><b>　　（1）</b></p><p><b>　　由公式（

88、5-4）知</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　將（2）帶入（1）解得：</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　5.3.4 鉆井液密度轉(zhuǎn)換</p><p>　　（1）一次開(kāi)鉆時(shí)所需重晶石的量</p&

89、gt;<p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式（5-5）知</b></p><p>　?。?）二次開(kāi)鉆時(shí)所需重晶石的量</p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式（5-6）知</b>

90、;</p><p><b>　　5.4 結(jié)論統(tǒng)計(jì)</b></p><p><b>　　鉆井液參數(shù)表：</b></p><p>　　第6章 鉆井水力參數(shù)的設(shè)計(jì)</p><p>　　鉆井水力參數(shù)的設(shè)計(jì)對(duì)于提高鉆速有著非常重要的意義，水力參數(shù)設(shè)計(jì)的目的是有效、合理地利用水力能量，提高清巖，破巖能力和攜屑

91、效率。 水力參數(shù)設(shè)計(jì)要根據(jù)地質(zhì)及鉆井實(shí)際條件對(duì)每次開(kāi)鉆分井段分鉆頭逐個(gè)進(jìn)行計(jì)算、分析、調(diào) 整，以擬定一個(gè)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)水力參數(shù)的綜合性方案。</p><p><b>　　6.1 泵的選擇</b></p><p>　　6.1.1 確定最小排量</p><p><b>　　（6-1）</b></p><p>

92、<b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中 —最低環(huán)空返速，；</p><p><b>　　—鉆井液密度，；</b></p><p>　　、分別為井徑和鉆柱外徑，；</p><p>　　—攜巖屑的最小排量，。</p><p>　　6.1.2 計(jì)算不同井深循環(huán)壓

93、耗系數(shù)</p><p>　　單位長(zhǎng)度鉆桿內(nèi)外壓耗系數(shù)：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　單位長(zhǎng)度鉆鋌內(nèi)外壓耗系數(shù)：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　單位長(zhǎng)度循環(huán)系統(tǒng)壓耗系數(shù)：</p><

94、;p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　式中 ，為地面管匯內(nèi)外壓耗系數(shù)；—鉆井液塑性粘度，—鉆桿長(zhǎng)度，m；—鉆鋌長(zhǎng)度，m；—鉆桿外徑，cm；、—鉆鋌內(nèi)徑、外徑，cm。</p><p>　　6.1.3 臨界井深的確定</p><p>　?。?）按最大鉆頭水功率方式計(jì)算臨界井深</p><p>　　

95、第一臨界井深為 （6-6）</p><p>　　第二臨界井深為 （6-7）</p><p>　　式中：為額定泵壓，MPa；為額定排量，。</p><p>　?。?）按最大射流沖擊力方式計(jì)算臨界井深</p><p>　　第一臨界井深為

96、 （6-8）</p><p>　　第二臨界井深為 （6-9）</p><p>　　6.1.4 噴嘴直徑的確定</p><p>　?。?）按最大鉆頭水功率方式計(jì)算的噴嘴當(dāng)量直徑</p><p>　　當(dāng)時(shí)， （） （6-10）</p><

97、p>　　當(dāng)時(shí)，（6-11）</p><p>　　當(dāng)時(shí)，（6-12）</p><p>　?。?）按最大射流沖擊力方式計(jì)算的噴嘴當(dāng)量直徑</p><p>　　當(dāng)時(shí)， （6-13）</p><p>　　當(dāng)時(shí)，（6-14）</p><p>　　當(dāng)時(shí)

98、，（6-15）</p><p>　　6.1.5 最優(yōu)排量的計(jì)算</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　6.2 泵的各種參數(shù)計(jì)算</p><p>　　6.2.1 一開(kāi)時(shí)噴嘴直徑的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)鄰井參數(shù)可知選擇缸套直徑為的型號(hào)為SL3NB-

99、1000A的鉆井泵兩臺(tái)，其額定排量為，最大工作壓力為16MPa。</p><p>　　由鉆柱設(shè)計(jì)和鄰井參數(shù)可知：</p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式（6-1）知</b></p><p><b>　　由公式（6-2）知</b></p

100、><p><b>　　已知 ，所以</b></p><p>　　所以泵排量滿(mǎn)足要求。</p><p><b>　　由公式（6-3）知</b></p><p><b>　　由公式（6-3）知</b></p><p><b>　　由公式（6-4）知&l

101、t;/b></p><p>　　按最大射流沖擊力算臨界井深</p><p><b>　　由公式（6-8）知</b></p><p>　　所以由公式（6-13）知</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　6.2.2 二開(kāi)時(shí)噴嘴直徑的計(jì)算</p&

102、gt;<p>　　（1）355-1100m</p><p>　　根據(jù)鄰井參數(shù)可知選擇缸套直徑為的型號(hào)為SL3NB-1000A的鉆井泵兩臺(tái)，其額定排量為，泵壓為16MPa。</p><p>　　由鉆柱設(shè)計(jì)和鄰井參數(shù)可知：</p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式（

103、6-1）知</b></p><p><b>　　由公式（6-2）知</b></p><p><b>　　已知 ，所以</b></p><p><b>　　所以泵排量滿(mǎn)足要求</b></p><p><b>　　由公式（6-3）知</b><

104、/p><p><b>　　由公式（6-3）知</b></p><p><b>　　由公式（6-4）知</b></p><p>　　按最大鉆頭水功率算臨界井深</p><p><b>　　由公式（6-6）知</b></p><p><b>　　由公式

105、（6-7）知</b></p><p>　　因?yàn)橛晒剑?-16）知</p><p>　　所以由公式（6-11）知</p><p><b>　　所以</b></p><p>　?。?）1100-1700m</p><p>　　根據(jù)鄰井參數(shù)可知選擇缸套直徑為的型號(hào)為SL3NB-1000A的

106、鉆井泵兩臺(tái)，其額定排量為，泵壓為14.5MPa。</p><p>　　由鉆柱設(shè)計(jì)和鄰井參數(shù)可知：</p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式（6-1）知</b></p><p><b>　　由公式（6-2）知</b></p>&l

107、t;p><b>　　已知 ，所以</b></p><p><b>　　所以泵排量滿(mǎn)足要求</b></p><p><b>　　由公式（6-3）知</b></p><p><b>　　由公式（6-3）知</b></p><p><b>　　由

108、公式（6-4）知</b></p><p>　　按最大鉆頭水功率算臨界井深</p><p><b>　　由公式（6-6）知</b></p><p><b>　　由公式（6-7）知</b></p><p>　　由公式（6-16）知</p><p>　　因?yàn)?所以由公式

109、（6-11）知</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　第 7 章 注水泥設(shè)計(jì)</p><p>　　注水泥為固井工程,油(氣)井固井作業(yè)之一。在套管下人油井之后,必須要用水泥車(chē)將水泥漿自套管泵入井內(nèi),使其從套管鞋返回到套管與井壁之間的環(huán)狀空間,并達(dá)到一定高度。這種作業(yè)即為“注水泥”。注水泥的目的是保證套管與井壁之間的固定

110、,隔絕油、氣層和水層,或者隔絕易坍及易漏地層。需要開(kāi)采時(shí),則通過(guò)在預(yù)定層位射孔將套管和水泥穿透,打開(kāi)油氣層,誘導(dǎo)出油氣流。</p><p>　　7.1 水泥漿的用量</p><p>　　7.1.1 所需水泥漿體積的計(jì)算公式</p><p><b>　　(7-1)</b></p><p>　　式中 h1—水泥塞高度，取2

111、0m；h2為井眼口袋高度，取5m；L—設(shè)計(jì)封填水泥長(zhǎng)度，m；DHi—第I次開(kāi)鉆鉆頭尺寸，m；DSi—自外向里第i層套管的外徑，m；</p><p>　　di—第i層套管的內(nèi)徑，m；K1—水泥附和系數(shù)，取1.1。</p><p>　　7.1.2 所需干水泥的質(zhì)量的計(jì)算公式</p><p>　?。?）配置1m3的水泥漿所需水泥灰的質(zhì)量為</p><p

112、><b>　　(7-2)</b></p><p>　　式中 —水泥灰的密度，3.15g/cm3;；—水的密度，g/cm3；m—水灰比0.44。</p><p>　　（2）所需干水泥的質(zhì)量為</p><p><b>　　(7-3)</b></p><p>　　式中：K2為地面損失系數(shù)，取1.1

113、。</p><p>　　7.1.3 所需水的體積的計(jì)算公式</p><p><b>　　(7-4)</b></p><p>　　7.1.4 頂替排量的計(jì)算公式</p><p><b>　　(7-5)</b></p><p>　　式中 Qc—頂替排量，m3/s ；v—水泥漿

114、上返速度，取2.25m/s。</p><p>　　7.1.5 防凝時(shí)間的計(jì)算公式</p><p><b>　　(7-6)</b></p><p>　　7.2 所需干泥灰、清水的用量</p><p>　　7.2.1 水泥漿體積的計(jì)算</p><p>　?。?）封固表層套管水泥漿體積的計(jì)算</p

115、><p>　　由套管設(shè)計(jì)可知，，。計(jì)算出封固表層套管需要的水泥漿體積。</p><p><b>　　解：</b></p><p>　　由公式（7-1）得 </p><p>　?。?）封固油層套管水泥漿體積的計(jì)算</p><p>　　由套管設(shè)計(jì)可知。計(jì)算出封固油層套管需要的水泥漿體積。&l

116、t;/p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式（7-1）得</b></p><p>　　7.2.2 干水泥質(zhì)量的計(jì)算</p><p>　?。?）計(jì)算出配制1m3的水泥漿所需干水泥的質(zhì)量。</p><p><b>　　解：</b>

117、;</p><p><b>　　由公式(7-3)得</b></p><p>　?。?）計(jì)算出封固表層套管需要干水泥的質(zhì)量。</p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式(7-3)得</b></p><p>　　（3）計(jì)算出

118、封固油層套管所需要干水泥的質(zhì)量</p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　由公式(7-3)得</b></p><p>　　7.2.3 所需清水的體積的計(jì)算</p><p>　?。?）計(jì)算出封固表層套管所需清水的體積。</p><p><b&g

119、t;　　解：</b></p><p><b>　　由公式(7-4)得</b></p><p>　　因此封固表面套管和油管時(shí)，各取清水20m3。</p><p>　?。?）計(jì)算出封固油層套管所需清水的體積。</p><p><b>　　解：</b></p><p>

120、<b>　　由公式(7-4)得</b></p><p>　　7.3 頂替時(shí)間的計(jì)算</p><p>　　7.3.1 頂替排量</p><p>　?。?）井徑444.5mm,套管外徑339.7mm,反速2,25m/s.計(jì)算封固表層套管時(shí)的頂替排量。</p><p><b>　　解：</b></p

121、><p><b>　　由公式（7-5）得</b></p><p>　　7.3.2 頂替容積</p><p>　　已知油層套管：0-1394.7m，內(nèi)徑127.3mm;1394.7-1695m,內(nèi)徑125.7mm;表層套管：內(nèi)徑323mm.計(jì)算油層套管和表層套管的頂替容積。</p><p><b>　　解:</

122、b></p><p>　?。?）封固油套時(shí)的頂替容積為</p><p><b>　　（2）固封表套</b></p><p>　　7.3.3 頂替時(shí)間</p><p>　　計(jì)算油層套管和表層套管的頂替時(shí)間</p><p><b>　　解：</b></p>&

123、lt;p>　?。?）封固油層套管時(shí)的頂替時(shí)</p><p>　?。?）封固表層套管時(shí)的頂替時(shí)</p><p>　　7.3.4 注水時(shí)間</p><p>　　已知鉆井液注水速度為1.8m/s。求表層套管進(jìn)和油層套管的注入排量和注入時(shí)間。</p><p><b>　　解：</b></p><p>

124、;<b>　　（1）封固表層套管</b></p><p><b>　?、僮⑷肱帕?lt;/b></p><p><b>　　②注入時(shí)間</b></p><p><b>　?。?）固井面積</b></p><p><b>　　①注水排量</b>

125、;</p><p><b>　?、谧⑺畷r(shí)間</b></p><p>　　7.3.5 防凝時(shí)間</p><p>　　計(jì)算出封固表層套管和油層套管時(shí)，水泥漿的防凝時(shí)間。</p><p><b>　　解：</b></p><p><b>　　①封固表套</b>

126、</p><p><b>　　由公式（7-6）得</b></p><p><b>　　②封固油套</b></p><p><b>　　7.4 設(shè)計(jì)結(jié)果</b></p><p><b>　　注水泥設(shè)計(jì)參數(shù)：</b></p><p>&

127、lt;b>　　第8章 設(shè)計(jì)結(jié)果</b></p><p>　　8-1井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表</p><p>　　8-2套管柱設(shè)計(jì)參數(shù)表</p><p>　　8-3鉆具組合設(shè)計(jì)表</p><p><b>　　8-4鉆井液參數(shù)表</b></p><p>　　8-5注水泥設(shè)計(jì)參數(shù)</p&g

128、t;<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]蔣希文鉆井手冊(cè)（甲方）上冊(cè)[M]。北京：石油工業(yè)出版社，2001:319-330.。</p><p>　　[2]屈東升，石油工程[M]。石油工業(yè)出版社出版，2001,24(4)。</p><p>　　[3]甘秀娥，石油工程設(shè)計(jì)[M]。江漢石油學(xué)院，石油工業(yè)出版社出