中国石油大学北京2019春季期末考试-钻井工程参考答案

中国石油大学（北京）远程教育学院期末考试《钻井工程》一、名词解释（每小题5分，共20分）1、井斜方位角答：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，或井抖方位线。以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线上所转过角度，即井眼方位角。注意，正北方位线是指地理子午线沿正北方向延伸线段。所以正北方位线和井眼方位线也都是有向线段，都可以用矢量表示。2、硬关井答：发现井涌后，在节流阀关闭的情况下关闭防喷器。本方法关井最迅速，地层流体侵入井眼最少。但在防喷器关闭期间，由于环空流体由流动突然变为静止，对井口装置将产生水击作用。其水击波又会反作用于整个环空，也作用于套管鞋处及裸眼地层。严重时，可能损害井口装置，并有可能压漏套管鞋处地层及下部裸眼地层。.欠平衡钻井答：所谓欠平衡压力钻井，即在钻井过程中允许地层流体进入井内，循环出井，并在地面得到控制。其主要标志为井底有效压力低于地层压力。由此可见，采用密度低于1.0g/cm，的钻井液钻井，未必是欠平衡钻井，而在压力系数低于1.0的油气藏进行欠平衡钻井则必须采用低密度钻井液。实际上欠平衡钻井既可以在低压油气藏进行，只要满足欠平衡压力条件，也可以在较高地层压力且井眼稳定的油气藏进行。.岩石的可钻性答：岩石可钻性是岩石抗破碎的能力。可以理解为在一定钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。可钻性的概念，已经把岩石性质由强度、硬度等比较一般性的概念，引向了与钻孔有联系的概念，在实际应用方面占有重要的地位。通常钻头选型、制定生产定额、确定钻头工作参数、预浏钻头工作指标等都以岩石可钻性为基础。二、简答题（每小题10分，共40分）.钟摆钻具组合的防斜原理答：钟摆钻具原理如图所示。当钟摆摆过一定角度时，在钟摆上会产生一个向回摆的力Gc，称作钟摆力，Gc=G.sina。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。.钻井液的功用答：钻井液在钻井中的重要性是通过它在钻井过程中的功用表现出来的。钻井液通过以下路线沿井眼周而复始地循环。钻井液在钻杆内向下循环，通过钻头水眼流出，经过井壁（或套管）和钻杆的环形空间上返。钻井液携带着钻屑经过振动筛，钻屑留在筛布上面，钻井液流经钻井液槽到钻井液池。去掉钻屑后的钻井液被钻井泵从钻井液池吸入并泵入钻杆内，开始下一个循环。在该循环过程中，钻井液具有以下功用。1）从井底清除岩屑，经钻头破碎下来的岩石碎屑叫钻屑或岩屑，随着钻井过程的不断进行，必须将井底的岩屑及时地清除出去，以利于提高钻速和减少钻井事故。虽然重力倾向于使钻屑向井底滑落，知果钻井液在环形空间向上的流速大于滑落速度，则岩屑就可被带出井眼。清除钻屑的效率与钻井液的密度、钻井液的粘度和切力、钻井液的流型等因素有关2）冷却和润滑钻头及钻柱，钻进中，钻头摩擦部分以及钻柱与地层接触处会产生很大热量，这些热量很难由地层传递出去，但热量从摩擦部位传到钻井液中后，随着循环该热量就会被带到地面大气中。钻井液中加有各种类型的添加#1，尤其是润滑齐」类，钻井液具有好的润滑性能，这有利于减少扭矩、延长钻头寿命、降低泵压、提高钻速。3）造壁性能，性能良好的钻井液在井壁上形成一层比地层渗透性低得多的滤饼，一方面巩固井壁，防止井壁坍塌，同时阻止滤液进入地层。在钻井液中加入膨润土并进行化学处理，改善膨润土的颗粒度分布，增加钻井液中胶体颗粒含量，可使钻井液的造壁性能得到改善。4）控制地层压力。地层压力的合理控制，取决于钻井液的密度。正常情况下地层的压力为地层水柱产生的压力。一般情况下，钻进过程中混入的钻屑加上水的质量足以平衡地层压力。然而有时存在地层压力异常，不注意会引起井漏或井喷。5）循环停止时悬浮钻屑和加重材料，防止下沉良好的钻井液在循环停止后都具有切力，即具有悬浮钻屑和加重材料的能叫钻井工程理论与技术力，否则这些固相颗粒沉于井底，造成反复研磨和沉砂卡钻等事故。循环恢复后，钻井液又呈液体状态可把钻屑等粗颗拉带到地面。6）从所钻地层获得资料，从钻井液携带出的岩屑分析和钻井液中的油气显示，可以判断所钻地层是否含油气资源。从钻井液性能变化和滤液分析可以知道是否钻遇到岩盐层、盐膏层和盐水层等。7）传递水力功率，钻井液是将有用的水功率从地面传递到钻头及井底动力钻具的媒介。钻井液的类型、排量、流动特性和固相含量等是影响水力功率传递的重要因素。.射流清洁井底的机理答：射流对井底的清洗作用，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冲击压力波并不是作用在整个井底，而是作用在小圆面积上。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，具有附面射流的性质。研究表明，在表面光滑的井底条件下，最大漫流速度出现在小于距井底0.5mm的高度范围内，最大漫流速度值可达到射流喷嘴出口速度的50%-80%.喷嘴出口距井底越近，井底漫流速度越高。正是这层具有很高速度的井底漫流，对井底岩屑产生一个横向推力，使其离开原来的位笠.而处于被钻井液携带并随钻井液一起运动的状态。因而，井底漫流对井底清洗有非常重要的作用。.钻柱的功用答：(一)钻柱的功用，钻柱在钻井过程中的主要作用：(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。2.钻柱的特殊作用，(1)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；(2)进行取心、挤水泥、打捞井下落物、处理井下事故等特殊作业；(3)对地层流体及压力状况进行测试与评价，即钻杆浏试，又称中途测试。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。地质设计摘要地质概况该探井位于504和45地震测线交点，距XX省XX市东500m，所在的地质构造为乂乂凹陷，该井海拔较低，钻该井目的是通过打开0层来了解该层的油气情况J矿大该油区的勘探范围，增加油区的总体油气后备储量。表A-1井别探井井号A5设计井深目的层Q.井位坐标地面海拔m 50纵（）m 4275165横（y）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Q7含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气源完钻原则进入0150m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A280砾岩层夹砂土，未胶结渗漏B600320上部砾岩，砂质砾岩，中下部含砾砂岩渗漏C1050450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D1600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E1900300砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含砺砂岩防斜防漏F32650750泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩防斜F2J2900250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F2K3150250泥岩为主，泥质粉砂岩，中粗砂岩，砂砾岩间互F13500350泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩防漏、喷、卡Qj3650(未穿)150深灰，浅灰色灰岩为主，间夹褐，砖红色泥岩防漏、喷、卡地质基本数据井号：A5井别：生产井井位：(1)井位座标：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地震测线交点设计井深：H=3000+4X100+76X3=3628m (学号：)目的层：Qj层，底层深度3628m，分层厚度150m完钻层位：A、B、C、D、E、F3、F2J、F2K、F1、QJ完钻原则：先期裸眼完井钻探目的：了解乂乂构造Qj含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气源井身结构设计井下复杂情况提示2.1.1在本井的钻井过程中，现场有关技术人员充分了解、分析邻井事故复杂情况，防止事故的发生，及时处理好工程复杂。注意观察地震对钻井影响：①井漏：井漏深度及层位；②井斜：易斜井段及对应层位；③井喷：易井喷井段及对应层位。2.1.2进入目的层，应根据实钻情况及时调整泥浆密度，注意防喷、防漏和防卡，一方面要搞好油气层的发现，保护工作，另一方面要切实搞好井控工作，确保安全施工。2.1.3根据XX油田分公司钻开油气层申报制度要求，由地质监督以书面形式向钻井监督和井队提出油气层预告；原则：1）钻揭目的层前7天。2）目的层提前或非目的层发现油气显示要立即通知。3）邻井没有发现HS气体，但本井应密切监控。行业标准中H2S的安全临2界浓度为20mg/m3（约14PPm）,若发现H2S,无论浓度高低，都要向勘探事业部的钻井技术部及HSE管理办公室、生产技术处和质量安全环保处报告，同时作业队伍要向所属的上级部门报告。地层可钻性分级及地层压力预测地层可钻性分级地层ABCDEF3F2JF2KF1QJ可钻性值0.611.392.1633.57.35.24.9

压力剖面预测井身结构设计系数钻探目的层为灰岩地层，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S①g/cm3Sgg/cm3Sfg/cm3Skg/cm3APNMPaAPaMPa数值0.050.050.030.051520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钻井液的压力体系最大钻井液密度Pmax二PpmJ^b ^T)式中Pmax——某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度，g/cm3；Ppmax——该井段中所用地层孔隙压力梯度等效密度，g/cm3；Sb——抽吸压力允许值的当量密度，取0.036g/cm3。发生井涌情况p=p+S+S+—pmax (2-2)fnkpmaxbfHniP——第n层套管以下井段发生井涌时，在井内最大压力梯度作用下，fnk上部地层不被压裂所应有的地层破裂压力梯度，g/cm3；Hni——第n层套管下入深度初选点，m；Sk——压井时井内压力增高值的等效密度,取0.06g/cm3；s于——地层压裂安全增值，取0.03g/cm3。校核各层套管下到初选点时是否会发生压差卡套妨.2=9.81^Hmm(Ppmax+SLp_J'(2-3)Apn——第n层套管钻进井段内实际的井内最大静止压差，MPa；Ppmin——该井段内最小地层孔隙压力梯度等效密度，g/cm3；AP——避免发生压差卡套的许用压差，取12MPa；Hmm——该井段内最小地层孔隙压力梯度的最大深度，m。套管层次的确定.确定油层套管下入深度H1因为井深H=3628m,所以油层套管下入深度H1=3628m。

.确定第技术套管下入深度H2(1)初选点H2i试取H试取H2i=310m参考临井基本参数,pf310=1.60g/cm3,ppmax=1.12g/cm3由公式3-2pf2kpf2k=1.12+0.036+0.03+3628x0.060310p=1.888(g/cm3)因为Pf2k<P且相近，f因为Pf2k<P且相近，f950则初选点下入深度H2i=310m。(2)校核H2i=310在此井段,ppmax=1.12g/cm3,ppmin=0.85g/cm3,Hmm=163m。由公式3-3AP=9.81x163X(1.12+0.036-0.85)x10-3r2AP=0.17126(MPa)r2因为AP<AP,所以不会产生压差卡套，则确定此级套管的下入深度r2310m。.确定第表层套管下入深度H3(1)试取H3:80m参考临井基本参数，p=0.85g/cm3,pf80=1.50g/cm3参考邻井资料的钻井液性能指标的数据：在0-163m的井段上钻井液的密度范围为1.1-1.2g/cm3,在这里我们试取钻井液密度为1.15g/cm3由公式3-2和3-1310x160pf3k=1.15+0.03+—80—p=1.4125(g/cm3)因为Pf3k<0尸00且相近，则初选点下入深度H3「80m。(2)校核H3i=80m在此井段,Ppmax=0.85g/cm3,Ppmin=0.85g/cm3,Hmm=80m。由公式3-3AP3=9.81x80x(1.2-0.85)x10-3AP3=0.27468(MPa)因为AP3<AP,所以不会产生压差卡套，则确定此级套管下入深度为80m。套管尺寸与井眼尺寸的选择与配合1.查《钻井手册(甲方)》，选择以下钻头与套管如下：表2-1钻头与套管的选择井号项目钻头尺寸(mm)下深(m)套管外径(mm)SJ0089表层444.580339.7SJ0089技术215.9310244.5SJ0089油层215.92000139.73套管柱强度设计油层套管柱设计按抗外挤强度设计由下向上选择第一段套管8D=p1xSD=1.156x9.81x2000x10一3x1.1258D=25.515MPa查《钻井手册(甲方)》，选择第一段套管

表3-1第一段套管钢级选择钢级外径（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉强度（t）抗挤强度（MPa）内径(mm)J-55139.76.9923.07100.727.855125.73.1.2确定第二段套管的下入深度和第一段套管的使用长度1.查《钻井手册（甲方）》，选择第二段套管表3-2第二段套管钢级选择钢级外径（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉强度⑴抗挤强度（MPa）内径(mm)J-55139.76.220.8385.721.512127.3=1686.17mD= 21512 =1686.17m21.156x0.00981x1.125Dj1618.17(m)实际取D2=1618(m)第一段套管使用长度L1=D1-D2=2000-1618L1=382(m)圆整进到390m2.双轴应力校核o=LqK二390x23.07x9.81x10-3x11567.85=12.998KN查《钻井手册（甲方）》。［1103.2KN6 12.9986 12.998厂―1103.2=0.01178PgD2SD=1.156x0.00981x1610x1.125=20.54KNox3=27.855x0.9645=26.866oSo故pgDS<o义一2D oS满足双轴应力校核3.抗拉强度校核5工xS=12.998x1.8=23.39<987.5满足抗拉强度要求。18.0463.1.3确定第二段使用长度和第三段可下入深度18.046表3-3第三段套管钢级选择钢级外径（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉强度⑴抗挤强度（MPa）内径（mm）H-40139.76.220.835918.064127.3=1414m==1414m31.156x0.00981x1.125实际取D3=1414(m)第二段使用长度L2=D2-D3=1618-1414=204（m），取第二段套管长度200m；2.双轴应力校核o=LqKB+12.998=200x0.2043x0.85+12.998=47.729KN查《钻井手册（甲方）》。［987.5KN故号=47.729=0.04835 987.5SpgD3SD=1.156x0.00981x1414=16.04ox0^=21.512x0.9612=20.67oS故pgDS<o义乙2D OS满足双轴应力校核3.抗拉强度校核5/义S=47,729义1.8=85.912<840.7满足抗拉强度要求。3.1.4确定第三段使用长度和第四段可下入深度表3-3第三段套管钢级选择钢级外径（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉强度（t）抗挤强度（MPa）内径（mm）K=55139.76.220.83108.421.512127.3按计算D= 13.0367 =1021m41.156x0.00981x1.125L3=D4-D3=393m在这里我们取L3=400m1.抗拉强度校核由公式o=LqKB+47.729=400x0.2043x0.85+47.729=118.52KN2.抗拉强度校核5ZxS=118.52x1.8=213.39<578.3满足抗拉强度要求。所以第四段套管的长度为:L4=L-L1-12-L3=2000-390-200-400=10103校核第四段套管第四段套管主要所受最大拉应力抗拉强度校核：o=LqK+118.52=1010x0.2043x0.85+118.52=293.91<578.3KN井口内压校核：=1.298>1,12=1.298>1,12PgD―1.156x0.00981x2000满足井口内压校核，所以满足要求3.2技术套管柱的设计技术套管段最大钻井液密度为1.15g/cm3p=1.156x9.8x310x1.125c1p=3.95MPa查《钻井手册（甲方）》，选择第一段套管井深（m）钢级单位重量（kg/m）壁厚（mm）内径（mm）抗拉强度（t）抗挤强度（kg/cm2）120-310H-4047.627.72228.6115.296.3选取抗挤强度为9.446MPa，故满足抗挤强度校核。1.抗拉强度校核o=LqK=310x0.467x0.85=123.05KN。xs=231.16x1.8=416.1<911.9满足抗拉强度要求。2.井口内压校核=4.45=4.45>1,12PgD~1.156x0.00981x310满足井口内压校核，技术套管设计完毕。

表3.3层套管柱的设计查《钻井手册（甲方）》，选择第一段套管井深（m）钢级外径（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉强度⑴抗挤强度（kg/cm2）内径（mm）0-80H-40339.78.3871.43146.152323表层套管段的最大钻井液密度为1.15g/cm3p1=1.15x9.81x80x1.125

p=1.015MPac1选取的抗挤强度为5.102MPa，故满足抗挤强度校核。1.抗拉强度校核o=LqK=80x0.7001x0.85=47.61KN5zxS=47.61x1.8:85.69<578.3满足抗拉强度要求。2.井口内压校核p_11.928p_11.928PiPgD=13.21>1,121.15x0.00981x804钻柱组合和强度设计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=WmTS.Kbm——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.钻柱所受拉力P=[(Ldpxqdp+Lcxqdp)]\P—-钻柱所受拉力，kN;P外挤二PdgLP外挤 钻杆所受外挤压力,MPa。4.2钻铤长度的计算一次开钻钻具组合（4-1）（4-2）（4-3）1.钻铤长度的确定选钻铤外径203.2mm,内径71.4mm,q=2190N/m。此时Kb=0.858,W=40KNL=cS、•W_1.2x40『kb 2.19x0.858=25.54m从而实际用3根，实际长度3x9.1=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F=1945.06KN,St=1.3(1)安全系数校核：Fa1=0.9F/S=0.9x1945.06/1.3=1346.58KN(2)卡瓦挤毁校核Fa2=0.9F/(。/o)=0.9x1945.06/1.42=1232.78KN(3)动载校核：Fa3=0.9Fy-MOP=0.9x1945.06-400=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-qcxLcxKb）/（qxKb）=4307.08m>80m从而实际用钻杆：80-27.3=52.7m校核抗挤度：P外挤=p…x1000x9.8x（80-27.3）0.568MPa<。D=58.21MPa故安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。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，q=2190N/m。此时Kb=0.852,W=180KNL=c=115.7mS、•W_1.2x180

；：院2.19xL=c=115.7m从而实际用13根，实际长度13x9.1=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F=1945.06KN，S=1.3（1）安全系数校核：Fa1=0.9Fy/St=0.9x1945.06/1.3=1346.58KN(2)卡瓦挤毁校核Fa2=0.9Fy/(oy/ox)=0.9x1945.06/1.42=1232.78KN

（3）动载校核：Fa3=0.9F-MOP=0.9x1945.06-400=1350.55KN较三种安全校核知卡瓦挤毁校核计算的最小则钻杆Lp=（Fa2-qxLxKb）/（qxKb）=3294.2m>310m从而实际用钻杆：310-118.3=191.7m校核抗挤度：P外挤Pgh=1.15x1000x9.8x（310-118.3）=2.1605MPa<。D=58.21MPa故安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。三次开钻钻具组合1.钻铤长度的确定此时Kb=0.839，W=180KNL=cS此时Kb=0.839，W=180KNL=cSN・Wq-k1.2x1801.212x0.839=212.41m从而实际用24根，实际长度24x9.1=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F=176631KN，S=1.3yt（1）安全系数校核：Fa1=0.9Fy/St=0.9x1760.31/1.3=1218.676KN(2)卡瓦挤毁校核Fa2=0.9F/(。/。)=0.9x1760.31/1.42=1115.68KN(3)动载校核：Fa3=0.9Fy-MOP=0.9x1760.31-400=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-qcxLcxKb)/(qxKb)=4480.17m>2000m从而实际用钻杆：2000-218.4=1781.6m。校核抗挤度：P外挤Pgh=1.25x1000x9.8x(2000-218.4)=21.825MPa＜。D=68.96MPa综上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444.5203.225.54139.7二开215.9203.2118.3139.7三开215.9152.4218.41275钻井液设计钻井液的选择井筒内钻井液体积V=—D2L (5-1)bi4biiVbi——第i次开钻时井筒内钻井液的体积，m3；Dbi——第i次开钻时钻头的直径，m；Li——第i层套管的下入深度，m；P加—一所加入的重晶石的密度，取4200kg/m3；P重—一加入重晶石粉后钻井液的密度，kg/m3；P原—一加入重晶石之前的钻井液的密度，kg/m3。5.1.2需要加入粘土的量PV(P-P)W=土泥泥—(5-2)土 P土-P水式中P土——所加入粘土的密度，取2000kg/m3；p水——水的密度，取1000kg/m3；P原—一加入粘土前钻井液的密度，kg/m3。V原—一所配钻井液的最大体积，m3。5.1.3需要加入清水的量Q=V-^土 (5-3)水原p水式中 W土一一所加入的粘土的量，t；p水——水的密度，取1000kg/m3。W=PJ(P重—p原) (5-4)加P加-重式中P加—一所加入的重晶石的密度，取4200kg/m3；P重—一加入重晶石粉后钻井液的密度，kg/m3；P原——加入粘土前钻井液的密度，kg/m3。参考临井资料，一开和时钻井液的密度为1.15g/cm3，二开和三开时钻井液密度同为1.156g/cm3，无须改变钻井液的密度。钻井液体最大积的计算一次开钻井筒内钻井液体积由公式5-1V=-(0.4445)2x80b1 4Vb1=12.41(m3)二次开钻井筒内钻井液体积由公式5-1V=-(0.2159)2x310b2 4Vb2=11.34(m3)

三次开钻井筒内钻井液体积由公式5-1V=-（0.2159）2X2000b3 4Vb3=73.18（m3）一般泥浆池内要存储备用50m3钻井液，取循环浪费20m3钻井液，所以V原＞50+20+73.18，所以V原＞143.18m3C原二160山3。钻井液密度的转换一次开钻时由公式5-4W=加P”（P重—P原）P加一P重2X103X210(1.2-1)X10W=加P”（P重—P原）P加一P重(2-1)X103 (2-1)X103W加=48(t)所以加入黏土的量为48tQ=V原水Wj二160-Q=V原水Wj二160-P水48x1031X103=112m3一次开钻到二次开钻时需要重晶石质量Vp（P-p）由公式G=上空一加——心得重 P重-P加=4.032tG=160x4.2x103(1.156-1.15)x103=4.032t重 (4.2-1.156)x103所以需加重晶石4.032t。

6钻井水力参数设计泵的选择保证井壁不被冲刷相关公式―1517.83(D—D)n・V2-n・p]Z= H P a 500n•n0.387•K式中Z——流态值，808；DH——井眼直径，cm；Dp 钻具外径，cm；n——流性指数；K 稠度系数,Pa，sn;P——钻井液密度，g/cm3。Q=—(D2-D2)xu4HPamaxQ=―(D2-D2)Xu4HPslmin6.1.2临界井深确定公式1．第一临界井深0.357Pr aDcr1=^qt-mr式中a=k+k-mxL（6-1）（6-2）（6-3）（6-4）（6-5）（6-6）k=0.51655p0.8

gdLLLL口0.2(U（6-1）（6-2）（6-3）（6-4）（6-5）（6-6）k=0.51655p0.8

gdLLLL口0.2(U+ 2-+ 3-+ 4-pvd4.8d4.8d4.8d4.81234k=p0.8u0.2LPdpvp[—+

d4.8

pi0.57503(d-d)3(d+d)

hphp-]1.8(6-7)(6-8)0.51655k=P00.51655k=P0-8h0.2L[ cdpvc d4.8ci0.57503+ (d—d)3(d+d)1.8

hchc(6-9)式中d1,d2,d3,d4——地面高压管线，水龙带和水龙头，方钻杆的内径，m；L1,L2,L3,L4——地面高压管线，水龙带和水龙头，方钻杆的长度，m；dpi,dp,dci,d0——分别为钻杆,钻铤的内径和外径，m；B——常数，内平钻杆取0.51655；LP,Lc——分别为钻杆和钻铤的长度，m；kg,kp,kc——分别为地面管汇，钻杆内外，钻铤内外的压力损耗系数；d卜 井径，m；dc 钻具外径，m；口—-钻井液的塑性粘度，Pa・s；hpvpr——泵的最大工作压力，kW；Qr——泵的最大排量，m3/s2.第二临界井深(6-10)D=皿cr2mQ1.8a(6-10)Qa——钻井液携带岩屑最小速度对应泵的排量，m3/s。6.1.3一开时泵的排量计算DH=444.5mm,DP=139.7mm,n=0.65,K=0.3,Z=808,P=1.1g/cm3(6-11)(6-12)(6-13)u=(6-11)(6-12)(6-13)0二u-d(p-p)23u:0.00707——sd—sl P13H13de

由公式(6-11)(6-12)(6-13)得携岩最低返速u'=0.6(m/s)由公式6-2-兀公_. 兀/Q =—(D2一D2)xu=_(0.44452一0.139.72)x1.21max4HPa4Q1max=167.73(l/s)由公式6-3Q,.二-(D2一D2)xu=-(0.44452-0.13972)x0.61mm4Hpsl4Q1min=83.868(l/s)6.1.4二开时泵的排量计算DHDH=215.9mm,Dp=139.7mm,n=0.65,K=0.3,Z=808,p=1.1g/cm3uZ=808,p=1.1g/cm3u=1.2m/sU=U-d(P-p)23u:0.00707一-s一d一sl p13R13de(6-11)(6-12)(6-13)由公式(6-11)(6-12)(6-13)得携岩最低返速u「0.6(m/s)由公式6-2Q=-(D2-D2)xu=-(0.21592-0.139.72)x1.21max4Hpa4Q1max=25.53(l/s)由公式6-3Q,.二-(D2-D2)xu=-(0.21592-0.13972)x0.61min4Hp sl41min=12.76(l/s)1min=12.76(l/s)6.1.5三开时泵的排量计算=1.25g/cm3DH=215.9mm,Dp=127mm,n=0.65,K=0.3,Z=808,=1.25g/cm3由公式6-2Q =-(D2—D2)XU=-(0.21592-0.1272)x1.23max4HPa4Q3max=28.72(l/s)由公式6-3Q=-(D2-D2)xu=-(0.21592-0.1272)x0.63min4HPsl4Q3min=14.36(l/s)表5-1泵的参数表井段泵型钢套直径（mm）最大工作压力（MPa）泵速（冲/分）柴油机转速（rpm）额定排量（l/s）一开3台3NB-1300A16024112140034.32二开1台3NB-1300A15027112140030.17三开1台3NB-1300A15027112140030.176.2临界井深的计算三开时第一临界井深的确定当三开时，di=112mm,d=127mm,di=71.4mm,d=152.4mm,d=0.2m,p=1.156g/cm3,^=0.023Pa•s,djd=d=d=0.120m,1=50m,L2=30m,L3=20m,L4=16m。由公式6-7K=0.12975(1.156x103)0.8x0.0230.2(50+_20_+_20_+_J6_)g 0.1204.80.124.80.124.80.124.8Kg=5.346x10-4由公式6-6

Km=-p-=Km=-p-=(1.256x103)0.8x0.0230.2[p0.129750.144440-111964.8(0.22-0.127)(0.22+0.127》8=3.22*10-6由公式6-100.144440129750.14444K二(0.001156)0.8x0.0230.2x366[ +c 0.07144.8(0.2-0.1524)3(0.2+0.1524)1.8K=1.98x10-4c由公式6-5n=5.346x10-4+1.98x10-4—3.22x10-6x218.4n=2.94x10-5由公式5-4Dcr=10.357PraDcr=10.357Pra735.50.0375x 28.722.94x10-5mQ1.8 m3.22x10-6x28.721.83.22x10-6Dcr1=3785.36（m）泵的工作状态的选择因为Dcr1>2000m，所以全井段泵都以额定泵功率工作，即：。op=30.17Ls。喷嘴射流速度及射流冲击力的设计因为喷嘴的当量直径：d/r怒产'' b又D<Dpc所以Apb=Pr-(n+mD)Qr1.8=27.99-(2.94x10-5+3.22x10-6x2000)x28.721.8=27.32cm当量直径de=40081PdQ；=2.12cm4C2AP' b若采用三个等直径的喷嘴时：dd1=d2=d3=y=1.23cm•『3射流速度：射流速度：Vj=10-jQ-Vj=10-jQ-冗d24―10x28.72 A99m/— =165.622mm—x3.14x1.232 's4射流冲击力：射流冲击力：Fj=PFj=PdQ2_=5