中国石油大学在线考试期末考试《-钻井工程》答案

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：-三一方***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）。

L地质设计摘要（J）;

2.井身结构设计（J）；

3.固井工程设计：套管柱强度设计（V）；

4.钻柱组合和强度设计（V）；

5.钻机选择（J）；

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）（J）；

（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（J）；

（4）钻柱与下部防斜钻具结构（V）o

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+4X100+学号的后二位数字X3（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LOOg/cn?变为LlOg/cn?的井深按以下规律取值：

H=3000+4X100+学号的后二位数字X3（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-4o

6.钻柱设计数据见参数书2。

7.完井方式：先期裸眼完井，0177.8mm（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Q,

地面海拔m50

坐标纵（力）m4275165

井

横（y）m20416485

测线位置504和45地震测线交点

位

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Q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

中上部含砺砂岩、夹泥岩和粉砂质泥岩；

C1050450下部砺状砂岩，含砺砂岩、泥岩、粉砂质泥防塌

岩不等厚互层

泥岩、砂质泥岩、砺状砂岩、含砺砂岩不等防漏

D1600

厚互层，泥质粉砂岩防斜

砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含砺防斜

E1900300

砂岩防漏

2650750泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩防斜

F3

泥岩夹钙质砂岩，夹碳质条带煤线，中部泥

FJ2900250防斜、塌、卡

2岩夹煤层、下部泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩

泥岩为主，泥质粉砂岩，中粗砂岩，砂砾岩

F2K3150250

间互

Fi3500350泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩防漏、喷、卡

3650深灰，浅灰色灰岩为主，间夹褐，砖红色泥

QJ150防漏、喷•、卡

（未穿）岩

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。

设计系数见表A-2。

表A-2井深结构设计有关系数

**又必

名称比

g/cm3g/cm3g/cm3g/cm3MPaMPa

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

表A-3各层段地层可钻级值

地层ABCDE

F3F"F2KFiQJ

可钻性值0.611.392.1633.57.35.24.9

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（LS）额定泵压（Mpa）

12015019.933.1

13015023.428.2

14015027.124.3

15015031.121.2

16015035.418.6

17015040.016.5

（2）钻井液性能其它参数

地面泵压不超过20Mpa

Kg=1.07*10-3MpaSL8L,!!

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②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+4X100+34X3=3502m（学号：933034）

1.2.5目的层：Q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、Fl、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

F2K

地层ABCDEF3F2JFtQJ

可钻性值0.611.392.1633.57.35.24.9

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。

Sk期轨

名称1

g/cm3g/cm3g/cm3g/cm3MPaMPa

数值0.050.050.030.051520

区域资料区域资料区域资料区域资料

来源理论计算理论计算

统计统计统计统计

2.5各段套管下入目的及确定依据:

一开：0~330机下一层表层套管，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加下入一层技术套管，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：

套管钻头

开钻顺序

尺寸(1)下深(，〃)尺寸(汽)钻深(m)

一3,/

13/833017%"330

二5W

9/8290012%"2900

三1"35008年”3500

四6%"3650

2.4井身结构图

井身结构不意图（图1_1）

2.5完井方法:

对目的层采用先期裸眼完井

先期裸眼完井一先钻至油气层顶部，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机，井内泥浆密度为4=1.39+0.07=1.468/63,水泥

返至地面，抗挤安全系数：〃抗拉安全系数：叼=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=PmH/l02=(1.46x4120)/102=58.97MPa

计算所需抗挤强度：Pcl=Pm><=58.97X1.0=58.97MPa

C.选第一段套管：N—80、«=1L5加〃z、p“=59.293M4、

%=47.62Kg/加、pj1=2.989兆牛

p,59.2931…ic

=--=1.01)1.0

抗挤安全系数：'P"58.97

满足抗挤要求的强度。

2)选二定一

A.选第二段套管：N—80、2=1036加加、p,2=48.4MPa、

%=43.15Kg/q

Pj2=2.656兆牛

B.第二段可下入深度

48.4x10V=3382M

xlOOOx-q=/9,8xl000xl.0xl.46

C.第一段长度

L1=H1-H2=3500-3382=ll8M

D.计算重力

Wl=qlXgXLl=47.62*9.8*118=55067N

选三定二

A.选第三段套管:N—80、$3=895加加、几3=26.4MPa、%=34.22Kg/m

Pj3=1.966兆牛

B.第三段可下入深度

26.4x10/=1845m

%=xlOOOxnx^-=/9.8xl000xl.0xl.46-

C.第二段长度

L尸&-=3382-1845=1537m

D.计算重力

吗=%xgx4=34.22x9.8xl537=515442N

吗+%=344407+515442=859849N

/?J3_1.966xlQ6

n=2.28<2x[〃j=3.2

三一859849

5).转入抗拉设计

A.计算第三段

’1.966x1()61

1

----------859849=1100/H

34.22x9.8IL6J

B.计算重力:

卬3=%xgX4=34.22X9.8X1100=36890IN

32

VWH'+w3=859849+368901=12287507V

C.差多少到井口

//4=H3-L3=1845-1100=745M

6).选四定四

A.选第四段套管：N—80、3=\\.5\mm、As=59.29MP

%=47.62Kg/m

吃5=2.989兆牛

B.计算第四段长：

6

,1(PA/e11f2.989xl01

L=----1jy=--------------------1228750=1370M>745M

%xg(/%47.62x9.811.6J

C.计算重力

%=%x4xg=47.62x745x9.8=347673.6/V

43

Z=Ea，+%=1228750+347673.6=1576423.6N

抗内压校核

①对井口处内压力强度进行校核：

H=3500米、%=L46g/cm3pp=/?/nx.gx/7=1.46x9.8x4120=5S.95Mpa

-1.115x0.00001x(//-H)

Pi=PpXe

=53.44Mpa

11，5xx4,2J4l20<，554

Pif=58.95xe-'^<->-=58.94MP«

套管鞋处内压力:

②外平衡压力（认为时间长泥浆会沉淀，?。'取L08g/cm1

井口处：Po「=°

套管科处之'=9.8x42，“=9.8x1()3x1.08x4120=43.6\MPa

③有效内压力及其梯度：

井口处：=53.44-°=53.44MPa

A.=P'L《/=58・94-43.61=15.33M出

套管鞋处:

(15.33-53.44)x106

G-----------------------=-9250Pa/m

有效内压力梯度：4120

由下图可知，抗内压安全

计算第三段套管剩余拉力

P/3=P,3/L3-Zw=1.966X106/1.3-1228750=0.284x106^

=〃河/1.3—£卬=2.989xIO,/13一1576423.6=0.723x10‘N

阳=pj2卬=2.656xlO6/859849=3.089

实际抗拉安全系数：’

%=P,4/Zw=2989xio6/l228750=2.433

3.2套管设计结果

编井段套管段累计安全系数剩余

拉力

号段长重重(千

(m)(m)(N)(N)牛)

钢级壁厚扣抗挤抗拉

(mm)型

40-745745N—8011.51长34767415764241.01.60243

圆

3745〜1100N—808.0536890112287501.03.089

1845

21845〜1537N—8010.365154428598491.0

3382

13382〜118N—8011.51长55067550671.01

3500圆

扣

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一一所需钻压；

Sf——安全系数，此取Sf=1.2；

心——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夕卜挤=PdgL

P外挤——钻杆所受外挤压力,MPao

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/mo此时&=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：

Fai=0.9Fv/St=0.9*1945.06/1.3=1346.58KN

⑵卡瓦挤毁校核

Fa2=0.9Fy/(oy/ox)=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=Pgh=l.l*1000*9.8*(80-27.3)

=0.568MPa<oD=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

选钻铤外径内径此时&

203.2mm,71.4mm,qc=2190N/mo=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

钻杆外径内径钢级级

139.7mm,118.6mm,q=360.59N/m,EFy=1945.06KN,St=1.3

(1)安全系数校核：

Fai=0.9Fy/St=0.9*1945.06/1.3=1346.58KN

⑵卡瓦挤毁校核

Fa2=0.9Fy/(oy/ox)=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=Pgh=l.l*1000*9.8*(310-118.3)

=2.1605MPa<oD=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。此时

152.4mmqc=1212N/m»4=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

钻杆外径内径钢级级

127mm,112mm,q=237.73N/m,EFy=1760.31KN,St=1.3

(1)安全系数校核：

Fax=0.9Fy/St=0.9*1760.31/1.3=1218.676KN

⑵卡瓦挤毁校核

Fa2=0.9Fy/(oy/ox)=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««=Pgh=l.l*1000*9.8*(2000-218.4)

=21.825MPa<oD=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444.5203.225.54139.7

二开215.9203.2118.3139.7

三开215.9152.4218.4127

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9%"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=3500X43.15=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1.8o

W=151.03X1.8=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-50D1台

2井架1台

3天车TC-3151台

4游车YC-3501台

5大钩DG-3501台

最大静负荷：450吨1台

6水龙头SL-450静载荷

中心管内径：75毫米

7绞车JC-50D1台

8转盘1台

PZ12V-190最大功率：742千瓦

9柴油机4台

B

10泥浆泵3NB-1300输入功率：1300马力2台

11钢丝绳1台32.5机

12振动筛2ZZS-G2台

14除泥器NCSX81台

15除砂器NCS-2XZ1台

16除气器NCQ-11台

17离心机1台

18储气罐1台

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m5000

2最大钩载T350

3绞车最大功率KW1470

4最大钻柱重量T220

钻井绳数根5X6

5提升系统绳数

最大绳数根6X7

6钢丝绳直径mm34.925

KW955

7钻井泵配备功率

马力1300

mm698.5

8钻盘开口名义直径

in27'/2

9塔式井架有效高度m44.8

10井架底座高度m7.5

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

m表5-1

地层性质软中软中中硬极硬

硬

形形式代号1234567

式原式代号JRRZRZZYYJY

泥岩中软页岩硬页岩石英砂岩燧石岩

石膏硬石膏石灰岩硬白云岩花岗岩

适用岩石举例岩盐中软石灰岩中软石灰岩硬石灰岩石英岩

软页岩中软砂岩中软砂岩大理岩玄武岩

白垩黄铁矿

软石灰岩

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6T0%（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

Pm=Pp+Pc

式中：Pm---设计钻井液密度

pp——地层压力当量泥浆密度

Pc----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

Pml=l.00+(0.07"0.15)=(1.07,15)g/cm3定Pml=l.11g/cm3

塑粘：PV=10p±3=(8.P14.1)mpa,s

粘度:FV=2.2pv=(17.82~24.42)s

切力:YP=0.02pv=(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。

Pm2=pp+pc=1.28+(0.07^0.15)=(1.35^1.43)g/cm3定Pm2=1.39

g/cm3

塑粘:PV=10P±3=(10.9~16.9)mpa«s

粘度：FV=2.2pv=(23.98^37.18)s

切力:YP=0.02pv=(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。

Pm3=l.50+(0.07^0.15)=(1.57~1.65)g/cm3定Pm3=l.60g/cm3

塑粘：PV=10p-3=(13^19)mpa•s

粘度:FV=2.2pv=(29~41.8)s

切力:YP=O.02pv=(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。

Pm4=l.05+(0.07^0.15)=(L12~1.20)g/cm3定pm4=l.15g/cm3

塑粘:PV=10P±3=(9~15)mpa•s

粘度：FV=2.2pv=(20~33)s

切力:YP=0.02pv=(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

钻井段钻井液钻井液性能参数

序(m)类型体PmPVFL

号FVYPKfPH

系(g/cm3(mpa(m

(s)(pa)(mm)

)•s)1)

一0低固相8.117.820.16250.58

开钻井液1.11------

33014.124.420.2821029

二330聚合物10.923.980.21850.59

开钻井液1.19------

290016.937.180.33810210

三2900磺化13290.350.59.5

开钻井液1.60------

35001941.80.410211

四3500磺化922-0.250.58

开钻井液1.15—33----

3650150.310210

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20MPa,地面管汇折算成5“钻杆长度为150m,

12%"钻头钻进井深为330〜2900〃?，8%"钻头钻进井深为2900〜3500m,设计按

每400M左右一段来计算水力参数：

分段

H「330〜730H2=730~1130H3=1130~1530H4=1530~1930

H5=l930-2330比=2330〜27304=2730〜2900H8=2900~3300

H9=3300~3500HIO=35OO~365O

7.3钻进水力参数具体计算步骤和结果

1、在井段330〜730吠：

(1)确定最小排量Q：

QL?。/.匕

V„=0.6mls

Dh=0.311m,

Dp=0.121m；

22

Q=^X(0.311-0.127)X0.6

=38.01L/S

(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如〃，P=21.

MPa,Q,=41.52L/s,允许使用泵压P/地允二20Mpa.

⑶计算m、n值

m=Kpi+Kpa=p,°8-702[|,„+-----------------------------4]

mdpi^(Dh-dpa)3(Dh+dpa)，8

dpi----钻杆内径108.6mm

dpa----钻杆外径127.0mm

3

£),,=0.311zn;pn=1.09Xl0kg/ni7=0.13

13。叶S082।____________以?___________

m=1.09°x0

,0.10848(0.311—0.127)3(0.311+0.127)18」

=6.35X105

.0.80.2r0.0820.091.

ni~~pmnJc«48+(Dh-dcaY(Dh+dca)'^口

=

p,ni.09X10kg/ni;7=0.13

dci9=71.4mm;dcag=228.6mm;Lci9=27.3mm

dci8=71.4mm;dca8=203.2mm;Lci8=54.6mm

dci7=71.4mm;dca7=177.8mm;Lci7=114.97mm

82

.=1O9O°8XO.13O2[°1°,+-----------------------^1x114.97

1780.0714488(0.311—0.178)3(0.311+0.178)13」

=3.24X108

0.0820.091

O8X2

n'2O3=1O9OO.13°[.0.071448+(0.311-0.203)3(0.311+0.203)盖x54.6

=2.57X108

0.0820.091

储228=1090°8x0.13°2]0.071448+(0.311-0.228)3(0.311+0.228)'8■]x27.3

=1.30X108

/21.,^1O9OO8XO.13°2(-^082,-)X150

48

地0.1086

=0.935X10s

n'=(l.3+2.57+3.24+0.935)X10s

=8.045X108

n=n'-mE-Lcj

=0.8045X10-6.35X105(27.3+54.6+114.97)

=7.086X10s

(4)计算临界井深：

H=---...—

12.8x”Q；*m

21xl067.086，八3

-------------<--------iT------X10

2.8x6.35xl05x0.0415'86.35

=2334.Im

Hc)H

则Q可以确定，

即因为He〉H,则Q可以确定，即

Q=Qr=O.04152m7s

(5)计算钻头分到的压力Pt

Hc)H

L8

Pt=pr-(mH+n)Qr

=21X10-(6.35X105X1140+0.7086X109)X(0.04152)18

=15.33MPa

(6)计算喷嘴面积

心=眄加"(％)

==2.55加

43.14".

A=----d