《钻井工程》在线教育试题及答案

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： 姓名： 学号：—名词解释（每小题5分，共20分）1♦井斜方位角：某点处的井眼方向线投影到水平面上，成为井眼方位线，或井斜方位线。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的角度，即井眼睛方位角，即井眼方位角。硬关井：发现井涌后，在节流阀关闭的情况下关闭防器。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业。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，可以损害井口装置，并有可能压漏套管鞋处地层及下部裸眼地层。欠平衡钻井：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。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。简答题（每小题10分，共40分）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。钻井液的功用答：（1）从井底清除岩屑；（2）冷却和润滑钻头和钻柱;（3）造壁性能；（4）控制地层压力；（5）循环停止时悬浮钻屑和加重材料，防止下沉；（6）从所钻地层获得资料；（7）传递水力功率。射流清洁井底的机理答：（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。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“V”部分必须设计，其他部分可选做或不做）。1•地质设计摘要（V）;2.井身结构设计（V）;•固井工程设计：套管柱强度设计（V）;.钻柱组合和强度设计（V）;.钻机选择（V）;.钻进参数设计：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）（V）；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（V）；（4）钻柱与下部防斜钻具结构（V）。考核方式及成绩评定格式、规范：4分，评分依据：工程设计规范；评分标准：4*符合程度％。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％。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％。结果准确性：12分。基础数据：地质概况：见后附设计样例表A-1。.设计井深：H=3000+4X100+学号的后二位数字X3 （m. 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+4X100+学号的后二位数字X3 （m）.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。.水力参数设计数据见表A-4。.钻柱设计数据见参数书2。.完井方式：先期裸眼完井，？177.8mm（7）生产套管。附录地质概况表A-1井另U探井井号A5设计井深目的层QJ井位坐标地面海拔 m 50纵n横 4275165纵()横mm(y) 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QJ含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气源完钻原贝U进入Q150m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Fi3500350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QQJ Q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 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Sg/cm3Sgg/cm3Sfg/cm3Skg/cm3PNMPaPaMPa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 F3 F2JF2KF1Qj可钻性值0.611.392.163 3.5 7.35.24.9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缸套直径（mm）额定泵冲（次分）额定排差（LS）12015019.913015023.414015027.1额定泵压（Mpa）33.128.224.315015031.121.216015035.418.617015040.016.5⑵钻井液性能其它参数地面泵压不超过20MpaKg=1.07*10M3paSL1.81.8环空返速不低于0.7m/s,不高于1.2m/s钻井液塑性粘度环空返速不低于0.7m/s,不高于1.2m/s钻井液塑性粘度0.0047pa.S三、课程设计：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1地质设计摘要1.1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矿大QJ该油区的勘探范围，增加油区的总体油气后备储量。井别探井井号 A5 设计井深 目的层 QJ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凹陷表A-1钻探目的了解XX构造QJ含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气源完钻原贝U进入Q150m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1.2地质基本数据井号：A5井 另U：生产井井 位:⑴井位座标：纵（X）4275165横（Y）20416485面海拔：50m地理位置：XX省XX市东500m构造位置：XX凹陷过井测线：504和45地震测线交点设计井深：H=3000+4X100+3X3=3409m（学号：936203）目的层：Qj层，底层深度3409m分层厚度150m完钻层位：A、B、C、DE、F3、F2J、F2KF1、QJ完钻原则：先期裸眼完井钻探目的：了解XX构造Qj含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气源2井身结构设计井下复杂情况提示在本井的钻井过程中，现场有关技术人员应充分了解、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的影响：井漏：井漏深度及层位；井斜：易斜井段及对应层位；井喷：易井喷井段及对应层位。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。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：钻揭目的层前7天。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的安全临界浓度为20mg/m3（约14PPr）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0.611.392.1633.57.35.24.9222压力剖面预测当封占井液密度?/cm0L01.11.2h3L4l.EL61.71.81.9当封占井液密度?/cm0L01.11.2h3L4l.EL61.71.81.9Aec0.0D981HDF・地层压力梯度Fe3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Sg/cm3Sgg/cm3Sfg/cm3skg/cm3PNMPaPaMPa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

maxpmaxSbmaxpmaxSb(2-1)式中max 某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度，g/cm3；pmax该井段中所用地层孔隙压力梯度等效密度，g/cm3；pmaxSb 抽吸压力允许值的当量密度，取0.036g/cm3。发生井涌情况(2-2)_ HS(2-2)= +s pmaxkfnk pmax b+sf+ hnifnk第nfnk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,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，mSk 压井时井内压力增高值的等效密度,取0.06g/cm3；Sf 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pr29.8pr29.81hmm(pmaxsbi)103pmin(2-3)P第n层套管钻进井段内实际的井内最大静止压差，MParn该井段内最小地层孔隙压力梯度等效密度，g/cm3；pmin——P――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1.确定油层套管下入深度已因为井深H=3409m所以油层套管下入深度H=13409m

.确定第技术套管下入深度H2⑴初选点H试取H2i=310m参考临井基本参数,f3io=1.6Og/cm3,pmax=1.12g/cm由公式3-2f2k=1.12+0.036+0.03+(3409X0.060)-310f2k=1.846(g/cm)3因为f2k<f950且相近，则初选点下入深度H2i=310m(2)校核出=310m在此井段,pmax=1.12g/cm3,pmin=0.85g/cm3,Hmm=163m。由公式3-3Pr2=9.81 163X(1.12+0.036-0.85) 103Pr2=0.17126(MPa)因为Pr2< P,所以不会产生压差卡套，则确定此级套管的下入深度310m。.确定第表层套管下入深度H3(1)试取H3i=80m参考临井基本参数， pmax=0.85g/cm3, f80=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/cm由公式3-2和3-1f3k=1.15+0.03+310160f3k=1.15+0.03+31016080f3k=1.4125(g/cm3)f3k因为f3k<f2oo且相近，则初选点下入深度舄=40口。⑵校核舄二80口在此井段,pmax=0.85g/cm,pmin=0.85g/cm3,Hmm=80m。由公式3-3Pr3=9.8180(1.2-0.85) 103Pr3=0.27468(MPa)因为Pr3<P,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D=Pc1SD=1.1569.81 20001031.125=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(mrh壁厚(mr)i均重(kg/m)抗拉强度(t)抗挤强度(MPa)内径(mm)J-55139.76.9923.07100.727.855125.71.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(t)抗挤强度(MPa)内径(mm)J-55139.76.220.8385.721.512127.31686.17m1.1560.009811.125D2D2=1618.17(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zLqKB39023.07 9.81103 11567.85=12.998KN查《钻井手册(甲方)》=1103.2KNS129980.011781103.2gD2SD1.1560.0098116101.125=20.54KN27.8550.964526.866故pgD2SD满足双轴应力校核.抗拉强度校核ZSt12.9981.8 23.39<987.5满足抗拉强度要求。 3.1.3 确定第二段使用长度和第三段可下入深度表3-3第三段套管钢级选择钢级外径(mn)壁厚(mm均重(kg/m)抗拉强度(t)抗挤强度(MPa)内径(mmH-40139.76.220.835918.064127.3D 18.046 1414m33 1.1560.009811.125实际取D3=1414(m)第二段使用长度L2=D2-D3=1618-1414=204(m),取第二段套管的长度200m.双轴应力校核zLqKB+12.9982000.20430.8512.99847.729KN查《钻井手册(甲方)》S=987.5KN故pgDzS。0.0483987.5gD3SD1.1560.00981141gD3SD1.1560.00981141 16.04421.5120.9612S20.67满足双轴应力校核.抗拉强度校核ZZSt47.7291.885.912840.7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(mmK=55139.76.220.83108.421.512127.31计算D41.1560009811.1251021mL3=D4-D3=393m在这里我们取L3=400m.抗拉强度校核由公式zLqKB+47.7294000.20430.8547.729118.52KN.抗拉强度校核ZSt118.521.8213.39578.3满足抗拉强度要求。故pgDzS。 t所以第四段套管的长度为：L4=LL1I2L32000-390-200-400=10103校核第四段套管第四段套管主要所受最大的拉应力抗拉强度校核：Lqa+118.52=10100.20430.85+118.52=293.91<578.3KN井口内压校核：PriPriPi满足井口内压校核 1.2981.12所以满足要求gD1.1560.009812000所以满足要求3.2技术套管柱的设计技术套管段的最大钻井液密度为1.15g/cm3pc1=1.1569.83101.125pc1=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(mrh内径(mrh抗拉强度(t)抗挤强度(kg/cm12)120-310H-4047.627.72228.6115.296.3满足井口内压校核，技术套管设计完毕。Pi 15.651 15.651SiE %T 1.1560.00981310 4.451.121抗拉强度校核zLqKB3100.4670.85123.05KNzzst231.161.8416.1911.9满足抗拉强度要求。2井口内压校核

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（mrh壁厚（mr）i均重(kg/m)抗拉强度⑴抗挤强度(kg/cm2)内径（mm0-80H-40339.78.3871.43146.152323表层套管段的最大钻井液密度为1.15g/cmpc1=1.159.81 801.125pc1=1.015MPa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zLqKB800.70010.8547.61KNZSt47.611.885.69578.3满足抗拉强度要求。2.井口内压校核S

i钻铤的设计ZSt47.611.885.69578.3满足抗拉强度要求。2.井口内压校核S

i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。所需钻铤重量的计算公式PriPi11.92811.928gD 13.211.121.150.00981804钻柱组合和强度设计=WmSfKb(4-1)m所需钻铤的重量，kN;w——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；TOC\o"1-5"\h\zN——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=[(Ldpqdp+Lcqdp)]Kb (4-2)P――钻柱所受拉力，kN；P产dgL ⑷3)P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.钻铤长度的确定选钻铤外径203.2mm内径71.4mmqc=2190N/m此时Kb=0.858,W=40KN,SnWq1R20i9u0.一5h=一==25.54mcb从而实际用3根，实际长度39.1=27.3(n).钻杆长度计算及安全校核钻杆外径139.7mm内径121.4mmq=319.71N/m,钢级E级Fy=1945.06KN,St=1.3安全系数校核：Fa,=0.9Fy/St=0.91945.06/1.3=1346.58KN卡瓦挤毁校核Fa2=0.9Fy/(y/x)=0.9 1945.06/1.42=1232.78KN动载校核：Fa3=0.9Fy-MOP=0.91945.06-400=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-qcLc Kb)/(qKb)=4307.08m>80m从而实际用钻杆：80-27.3=52.7m校核抗挤度：P外挤=gh=1.110009.8 (80-27.3)0.568MPa<D=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•钻铤长度的确定选钻铤外径203.2mm内径71.4mn，qc=2190N/m此时Kb=0.852，W=180KN,SNW1.2180一厂7L=— = =115.7mc qckb2.190.852从而实际用13根，实际长度139.仁118.3(n).钻杆长度计算及安全校核钻杆外径139.7mm内径118.6mmq=360.59N/m,钢级E级Fy=1945.06KN,St=1.3安全系数校核：Fa1=0.9Fy/St=0.91945.06/1.3=1346.58KN卡瓦挤毁校核Fa2Fa2=0.9Fy/(y/x)=0.91945.06/1.42=1232.78KN(3)动载校核：Fa3=0.9Fy-MOP=0.91945.06-400=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-qcLc 心)/(q心)=3294.2m>310m从而实际用钻杆：310-118.3=191.7m校核抗挤度：Pgh=1.1510009.8 (310-118.3)外挤==2.1605MPa<D=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•钻铤长度的确定选钻铤外径152.4mmqc=1212N/m此时Kb=0.839，W=180KNL=SNW= 1.2180 =212.41mc qckb 1.2120.839从而实际用24根，实际长度249.仁218.4(m).钻杆长度计算及安全校核钻杆外径127mm内径112mmq=237.73N/m,钢级E级Fy=1760.31KN,&=1.3(1)安全系数校核：Fa1=0.9Fy/St=0.91760.31/1.3=1218.676KN(2)卡瓦挤毁校核Fa2=0.9Fy/(y/x)=0.9 1760.31/1.42=1115.68KN(3)动载校核:Fag=0.9Fy-MOP=0.91760.31-400=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-qcLc心)/(qKb)=4480.17m>2000m从而实际用钻杆：2000-218.4=1781.6m。校核抗挤度：Pgh=1.2510009.8 (2000-218.4)外挤=

=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(mr)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5.1钻井液的选择5.1.1井筒内钻井液体积VDL (5-1)bi=—bii4Vbi――第i次开钻时井筒内钻井液的体积，m5；Dbi――第i次开钻时钻头的直径，mLi――第i层套管的下入深度，m;加——所加入的重晶石的密度，取4200kg/m3加——所加入的重晶石的密度，取4200kg/m3；重加入重晶石粉后钻井液的密度,kg/m3；加入重晶石之前的钻井液的密度,kg/m3o5.1.2需要加入粘土的量(5-2)土V(5-2)式中土——所加入粘土的密度，取2000kg/m3;水的密度，取1000kg/m3;加入粘土前钻井液的密度，kg/m3V原一一所配钻井液的最大体积，m3。5.1.3需要加入清水的量(5-3)式中W土所加入的粘土的量，t；水的密度，取1000kg/m3。(5-4)加V(((5-4)式中所加入的重晶石的密度，取4200kg/m3;式中重—一加入重晶石粉后钻井液的密度，kg/m3；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。5.2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5-1Vm=—(0.4445)2804Vb1=12.41(m3)二次开钻井筒内钻井液体积由公式5-1Vb2=4—(0.2159)2310Vb2=11.34(m3)523三次开钻井筒内钻井液体积由公式5-1V= (0.2159)2 2000b34必3=73.18伸3)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＞143.18m3,V原=160m3。5.3钻井液密度的转换5.3.1一次开钻时由公式5-4160(1.151)103(21)103 一2103210(1.21)103160(1.151)103(21)103 (21)103W加=48⑴所以加入黏土的量为48tqk=v原-=160-48 103=112m5.3.2一次开钻到二次开钻时需要重晶石质量由公式G重重=4.032t1604.2103(1.1561.15)103=4.032tGi=(4.21.156)103所以需加重晶石4.032t

6钻井水力参数设计6.1泵的选择6.1.1保证井壁不被冲刷的相关公式(6-1)Z=1517.83(DHDp)nv：n]500nn0.387(6-1)式中Z 流态值，808;DH-一井眼直径，cm;Dp-钻具外径，cm;n 流性指数；K——稠度系数,Pa•sn;钻井液密度，g/cm。Q二](DHd；max=(DHDPsimin6.1.2临界井深的确定公式1•第一临界井深Dcr1=0357^式中a=kg+kc-mLckp=m Lp(6-6)kg=0.516550.8d02 L1pv(d4.8L2d4.8L3L4、4.8 4.8)d3d4■k=0.8

pdLp[+---dp4.8(dh0.57503dp)3(dhdp)1.8(6-2)(6-3)(6-4)(6-5)(6-7)(6-8)1n1nI08ORr0.51655±0.57503j-Lc[-C-+(dhde)3(dhde)^](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，Li,L2,L3，L4——地面高压管线，水龙带和水龙头，方钻杆的长度,dpj,dp,dci,dc——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一分别为钻杆和钻铤的长度，mkg,kp,kc――分别为地面管汇，钻杆内外，钻铤内外的压力损耗系数;dh一井径，mde一钻具外径，m钻井液的塑性粘度，Pa-s；pvPr――泵的最大工作压力，kW；Q-----泵的最大排量，m3/s2.第二临界井深0.357Prcr2 mQ8；(6-10)Qa---钻井液携带岩屑最小速度对应泵的排量，m/s6.1.3一开时泵的排量计算DH=444.5mm,DP=139.7mm,n=0.65,K=0.3,Z=808, =1.1g/cm31.2m.sa(6-11)caslds0.00707ssl(6-12)dhdp2n1123n(6-13)由公式(6-11)(6-12)(6-13)得携岩最低返速si=0.6(m/s)=—(=—(0.444520.139.72) 1.24Q1max(D4Hp)Q1max=167.73(l/s)由公式6-3Q1min=—(DHD；)4Hsl=才(0.444520.13972)0.6Q1 =83.868(l/s)min6.1.4二开时泵的排量计算DH=215.9mm,DP=139.7mm,n=0.65,K=0.3,Z=808, =1.1g/cm3Z=808, =1.1g/cm31.2ms(6-11)caslsl0.00707dssl0.00707ds23d13e(6-12)dhddhdpe12a2n1nK3n(6-13)由公式(6-11)(6-12)(6-13)得携岩最低返速由公式(6-11)(6-12)(6-13)得携岩最低返速sl=0.6(m/s)由公式6-2TOC\o"1-5"\h\zQ1max——(dHdP) =_(0.215920.139.7)2 1.2\o"CurrentDocument"4 a4Q1max=25.53(l/s)由公式6-3Q1min=(dHDP)sl (0.215920.13972)0.6\o"CurrentDocument"4 4Q1min=12.76(l/s)6.1.5三开时泵的排量计算DH=215.9mm,DP=127mm,n=0.65,K=0.3,Z=808, =1.25g/cm3。由公式6-2 =—(0.215920.1272)1.24 a= Dp) Q3max=28.72(l/S)由公式6-3Qmin=(D4HDp) si=(04.215920.1272)0.6Q3min=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6.2.1三开时第一临界井深的确定当三开时，dpi=112mm，d=127mm,(Ci=71.4mm,dc=152.4mm,d=0.2m,-1.156g/cm,=0.023Pa%s,d=do=dQ=d,=0.120m,h d pv 1 2 3 4=50m,L2=30m,L3=20m,L4=16m由公式6-7K=0.12975(1.156103)080.02302-+斗+化”匕g 0.1200.1.20.120..12由公或66104m0 1.25610308 O.O23o.2[0129] 0.14444L 0.11896480.22 - 0127 ]p . 0.12730.220.127=3.22106由公式6-10Kc=(0.001156)08002302366[01297f+ 0.14444=3.22106由公式6-10Kc=(0.001156)08002302366[01297f+ 0.14444080.023 366[ 0.0714 (0.20.1524)3(0.20.1524)1,8]Kc=1.98104由公式6-5n=5.3461041.98104 3.22106 218.4n=2.94105由公式5-40.357PrDCDmQr1.8735.50.03752872 294105m3.2210628.721.8 3.22106Dc「=3785.36(m)6.2.2泵的工作状态的选择因为Dcr/2000m,所以全井段泵都以额定泵功率工作，即：Qf30.17Ls。6.2.3喷嘴射流速度及射流冲击力的设计因为喷嘴的当量直径: de=40.0C821又DvDpc所以dQ2Pb105+3.221062000)28.7