1、 . . . 1 設計資料收集預設計井基本參數表井號SJ0005井別預探井坐標21669125，5117900設計井深2160井口海拔147目的層位P,F,Y完井層位泉三段地理位置升平構造位置松遼盆地中央坳陷區三肇凹陷升西向斜設計依據1. 設計依據（1）石油管理局勘探部1992年第37期勘探方案審定紀要（2）本區標準層構造區（3）鄰井資料2.鉆探目的 評價本區油層情況1.1鄰井基本參數鄰井基本參數包括鉆頭尺寸、下深深度、套管尺寸、泥漿密度和井深。鄰井基本參數表井號項目鉆頭尺寸（mm）下深（m）套管尺寸（mm）泥漿密度（）井深芳31表層4441203391.051.1125芳31油層215209

2、51391.11.2521001.2地層壓力 地層壓力理論和評價技術對天然氣與石油勘探開發有著重要意義。鉆井工程設計、施工中，地層壓力、破裂壓力、井眼坍塌壓力是合理進行鉆井密度設計、井深結構設計、平衡壓力鉆井、欠平衡壓力鉆井與油氣井壓力控制的基礎。地層壓力是指巖石孔隙中流體的壓力，亦稱地層孔隙壓力，用表示。在各種沉積物中，正常地層壓力等于從地表到地下某處連續地層水的靜液柱壓力。其值的大小與沉積環境有關。取決于孔隙流體的密度。若地層水為淡水，則正常地層壓力梯度為0.00981，若地層水為鹽水，則正常地層壓力梯度隨含鹽量的不同而變化，一般為0.0105。石油鉆井中遇到的地層水多數為鹽水。 在鉆井實

3、踐中，常常會遇到實際的地層壓力梯度大于或小于正常地層壓力梯度的現象，即壓力異?，F象。超過正常地層靜液壓力的地層壓力稱為異常高壓，低于正常地層靜液壓力的地層壓力稱為異常低壓。異常低壓是由于從滲透性儲集層中開采石油，天然氣和地層水而人為造成的。異常高壓的成因很多，一般有沉積物的快速沉積，壓實不均勻；滲透作用；構造作用；儲集層的結構這幾種。 地層壓力預測方法一般包括指數法，聲波時差法，地震層速度法等。指數法是利用泥頁巖壓實規律和壓差理論對機械鉆速的影響規律來檢測地層壓力的一種方法。聲波時差法是利用聲波測井曲線檢測地層壓力的方法，也是對鉆井地區進行單井或區域進行地層壓力預測，建立單井或區域地層壓力剖面

4、的一種常用而有效的方法。地震波法是地球物理中最為廣泛應用的一種方法。地震波法預測地層壓力是根據在年不同巖性，不同壓實程度情況下，地震波速度傳播的差異來預測地層壓力的方法。即正常壓實條件下，隨著深度的增加，地震波速逐漸增大；在異常壓力層則隨著深度增加，地震波速反而減小的原理來預測壓力異常。井號井段地層壓力（）破裂壓力（）芳3101230.951.3芳311235000.981.32芳315008001.011.33芳3180011001.051.35芳31110014001.061.4芳31140017001.081.43芳31170021001.11.52. 井深結構設計2.1鉆井液的壓力體系

5、1最大鉆井液密度 （2-1） （2-2）式中某層套管鉆進井段中所用最大泥漿密度，。該井段中所用最層孔隙壓力梯度等效密度，。抽吸壓力系數。0.036。2發生井涌時： （2-3）下入地層會不會壓裂；P是否會出現卡套。P=液住壓力與地層壓力差。P會卡套同時滿足時，選擇深度H適合。式中 井涌余量，取0.06；地層壓裂安全增值，0.03；第n層套管下入深度的初選點，m；第n層套管以下井段發生井涌時，在井最大壓力梯度作用下，部地層不被壓裂所應有的地層破裂壓力梯度密度，。3校核各層套管下列初選點時是否發生壓套卡套。 （2-4）式中 第n層套管鉆進井段實際的最大靜止壓差，MPa；該井段最小地層孔隙壓力梯度的最

6、大井深，m；該井段最小地層孔隙壓力梯度等效密度，；避免發生壓差卡套的許用壓差，取12MPa。不發生。例1 用計算法驗證各層套管下深是否合適？ 數據：井深H=2160m 技術套管初選深度：=700m，=1.098=850m, =1.124表層套管初選深度：=120m，=0.86=270m，=1.064解：技術套管：將 取=700m，m，=1.098同時代入1.33 不符合技術套管要求 此時取=850m,=2160m，=1.124代入=（1.124+0.036+0.03+）=1.3421.35符合技術套管要求 =0.0098111001.124+0.036-1.05 =1.18701Mpa12Mp

7、a 符合要求表層套管：取=0.86，=120m，=850m=0.86+0.036+0.03+=1.3511.3不符合表層套管要求取代入=1.064+0.036+0.03+=1.3191.32符合表層套管要求 =0.009815001.064+0.036-0.98 =0.5886Mpa12Mpa 符合要求3. 鉆柱設計3.1鉆鋌的設計鉆鋌位于鉆柱的下部，與鉆頭連接，用它自身的重力給鉆頭施加壓力。鉆鋌每根長約9m，靠倆端的接頭相互連接。鉆鋌的特點是壁厚、強度和剛度大，受壓后不易彎曲。雖然鉆鋌總長度只有200m左右，但其重力在鉆柱中占有很大的比例。在一些特殊情況下，可以加重鉆桿取代部分鉆鋌。32鉆鋌

8、、桿柱的計算 （3-1）式中 m鉆鋌的重量，KN； Wm鉆壓，KN； Sf安全系數，取1.2；井斜角，直井中=。例題：井段一開02701.05二開2708501.1三開85021601.16已知：，單根鉆鋌長9.2m，單根鉆桿長10m,求每開所需鉆鋌、鉆桿多少根，鉆鋌、鉆桿實際為多少米？解：由= 一開：=113.712m114m鉆鋌：1149.2=13根，長度為139.2=119.6m鉆桿：（270-119.6）10=16根，長度為1610=160m二開：=114.82m115m鉆鋌：1159.2=13根，長度為139.2=119.6m， 鉆桿：850-119.6=730.4m，（850-11

9、9.6）10=74根，長度為7410=740m三開：=148.57m149m鉆鋌：1499.2=17根，長度為179.2=156.4m鉆桿：2160-156.4=2003.6m，2003.610=201根，長度為20110=2010m33 鉆柱的強度校核1鉆柱所受拉力 （3-2） 方法：（1）安全系數法： （3-3） （2）拉力余量法： （3-4） （3）防止卡瓦擠毀鉆桿系數法： （3-5）2鉆桿所受外擠壓力 （3-6）例題：一開鉆鋌 13根 119.6m鉆桿 16根 160m二開鉆鋌 13根 119.6m鉆桿 74根 740m三開鉆鋌 17根 156.4m鉆桿 201根 2010m 一開：1

10、.05 二開：1.1 三開：1.161抗拉強度校核（1）三開時，查鉆井手冊（甲方）選外徑127.0mm，徑108.6mm，E級鉆桿，抗拉強度，抗外擠強度，單位長度重量。（2）二開時，查鉆井手冊（甲方）選外徑139.7mm，徑121.4mm，E級鉆桿，抗拉強度，抗外擠強度，單位長度重量。（3）三開時，查鉆井手冊（甲方）選外徑139.7mm,徑121.4mm，E級鉆桿，抗拉強度，抗外擠強度，單位長度重量。MOP=200KN，2卡瓦擠毀校核（1）三開時，卡瓦型號：長度406.4mm，摩擦系數0.08，（2）二開時，卡瓦型號：長度406.4mm，摩擦系數0.08，（3）一開時，卡瓦型號：長度406.4

11、mm，摸彩系數0.08.，解：三開： 安全系數法:拉力余量法:防止卡瓦擠毀鉆桿系數法:由于最小拉力, 滿足抗拉強度要求（不能被拉斷）滿足抗剪強度要求（不能被拉斷）二開： =428.213KN安全系數法：拉力余量法：防止卡瓦擠毀鉆桿系數法：由于最小拉力1190.853KN428.213KN 滿足抗拉強度要求（不能被拉斷）滿足抗剪強度要求（不能被拉斷）一開： 安全系數法：拉力余量法：防止卡瓦擠毀鉆桿系數法：由于最小拉力1190.853KN270.811KN 滿足抗拉強度要求（不能被拉斷）55+21+（ ）=（ ） 即 V=（ ）V=41.877（m）V1=55+21+41.877=117.877（

12、m）V=64.578（m）V2=55+21+64.578= 140.578（m）V=67.824（m）V3=55+21+67.824=143.824（m）井號地質年代井段（m）鉆井液類型密度（）漏斗粘度（s）PH值靜切力（Pa）塑性粘度屈服值N值K值失水（API）芳31明2段-第四系0-123搬土漿1.05-1.118-25-芳31嫩3段-明2段123-1130兩性復合離子鉆井液1.1-1.230-408.5-91.5-28-234-121-21-5芳31泉3段-嫩3段1000-2100兩性復合離子鉆井液1.2-1.2535-458.5-91.5-318-289-142-41-45. 鉆井水力

13、參數設計 5.泵的選擇5.1.1保證井壁不被沖刷的相關公式 Z= （5-1）式中 Z流態值，808；井眼直徑，cm；鉆具外徑，cm；n流性指數；K稠度系數， ；鉆井液系數，。 （5-2） （5-3）5.1.2臨界井深的確定公式1.第一臨界井深 （5-4）式中 （5-5） （5-6） （5-7）) （5-8） 式中 分別為地面高壓管線，立管，水龍帶和水龍頭，方鉆桿的徑，cm；分別為地面高壓管線，立管，水龍帶和水龍頭，方鉆桿的長度，m;分別為鉆桿，鉆鋌的徑和外徑，m;B常數，平鉆桿取0.51655；分別為鉆桿和鉆鋌的長度，m;分別為地面管匯，鉆桿外，鉆鋌外的壓力損耗系數；井徑，cm;鉆具外徑,cm

14、;鉆井液的塑性粘度，泵的最大工作壓力，MPa;泵的最大排量，。2.第二臨界井深 （510）式中 鉆井液攜帶巖屑最小速度對應泵的排量, .5.1.3三開時泵的排量計算由公式51得攜巖最高返速： （5-11)（5-12） （5-13)由公式（511）（512）（513）得攜巖最低返速由公式52由公式535.1.4二開時泵的排量計算。由公式52由公式535.1.5一開時泵的排量計算由公式52由公式535.1.6泵的選擇表51 泵的參數表井段泵型缸套直徑（mm）最大工作壓力（Mpa）泵速柴油機轉速（rpm）額定排量（）一開2臺3NB-1000A18014.5120150046.54二開2臺3NB-10

15、00A17016104130036.00三開1臺3NB-1000A1502180100021.555.2臨界井深的計算52.1三開時第一臨界井深的確定 當三開時，。由公式5-7由公式5-6m=由公式5-10由公式5-5n=由公式5-45.2.2二開時第一臨界井深的確定 當二開時，。由公式5-7由公式5-6m=由公式5-10由公式5-5n=由公式5-4由公式5-105.2.3 一開時第一臨界井深的確定當一開時，。由公式5-7由公式5-6m=由公式5-10由公式5-5n=由公式5-4由公式5-105.2.4泵的工作狀態的選擇三開時，因為Dcr2160m，所以在井段 850-2106 泵都以額定泵功

16、率工作，即： 。二開時，因為Dcr850m Dcrm，當D270m時泵以額定泵功率工作，即：。當270mD850m時，分三段討論：270-470；470-670；670-760在270-470段，選兩臺理論排量28.16L/s在470-670段，選兩臺理論排量28.01L/s在670-760段，選兩臺理論排量26.97L/s一開時，因為270m，所以當D270時泵都可以攜屑要求的最小泵功率工作，即：=86.88L/s。選兩臺理論排量46.54L/s。5.3噴嘴直徑的選擇5.3.1三開時噴嘴直徑的選擇=21.55L/s，由三個等徑噴嘴組合，射流噴射速度射流沖擊力 5.3.2 二開時噴嘴直徑的選擇

17、 1.在270-470m時 由三個等徑噴嘴組合，射流噴射速度射流沖擊力 2在470-670m時 由三個等徑噴嘴組合，射流噴射速度射流沖擊力 3. 在670-850m時 由三個等徑噴嘴組合，射流噴射速度 射流沖擊力 5.3.3. 一開時噴嘴直徑的選擇=86.88L/s， 由三個等徑噴嘴組合， 射流噴射速度 射流沖擊力 6. 套管柱設計與強度校核6.1油層套管柱設計6.1.1計算的相關公式1.某井段的最大外擠壓力 p （6-1） 式中 該井段所用泥漿的最大密度，g/cm D-某段鋼級的下入深度，m；2.某段鋼級套管的最大下入深度 （6-2）式中 某段鋼級套管抗外擠強度，MPa ； S最小抗外擠安全

18、系數，取1.125；3.套管浮力系數 B (6-3)式中 某段所用鋼材的密度，取7.8 g/cm；4.安全系數抗壓安全系數S取1.12，抗拉安全系數S取1.8。6.1.2抗外擠強度設計由下向上選擇第一套管 由公式6-1=1.16 查鉆井手冊（甲方），選擇第一段管套 表6-1 第一段套管鋼級選擇鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重（N/m）抗拉強度（Kn）抗擠強度（kPa）徑（mm）J-55139.76.99226.21103.227855125.76.1.3 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1.表6-2 第二段套管鋼級選擇鋼級外徑（mm）壁厚（m

19、m）均重（N/m）抗拉強度（Kn）抗擠強度（kPa）徑（mm）J-55139.76.2204.3987.521512127.3 由公式6-2 D D=1682（m） 第一段套管使用長度L=2160-1682=478m，實際取480m，每根假定長10米，則所需48跟套管。5. 抗拉強度校核。q由公式6-3 B S所以（S）,滿足抗拉強度要求。6. 雙向應力校核上部： 查雙軸應力橢圓圖得=（kPa） 下部： 下部受拉力為零，不受雙向應力影響，一定滿足條件即合理。6.1.4 確定第二段使用長度和第三段可下入深度1. 表6-3 第三段套管鋼級選擇鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重（N/m）抗拉強度（Kn

20、）抗擠強度（kPa）徑（mm）H-40139.76.2204.3716.218064127.3 由公式6-2DD=1412（m）第一段套管使用長度 實際取270m，每根假定長10m，則所需要27根套管。2.抗拉強度校核q=92.43+0.8513204.3270=139.389（KN）（KN）所以（S）,滿足抗拉強度要求。3.雙向應力校核上部：查雙軸應力橢圓圖得 上部滿足雙相應力校核 下部： 查雙軸應力橢圓圖得不滿足雙向應力校核需要上提管柱將下端鋼級上提100m，則下段為580m，第二段為170m7. 雙向應力校核上部： 查雙軸應力橢圓圖得 上部滿足雙相應力校核下部： 查雙軸應力橢圓圖得 下部

21、滿足雙向應力校核第一段抗拉校核：S5800.22620.85131.8=201.04（KN）合理，所以第一段長為580m，第二段長為170米，第三段下深1410米6.1.5 確定第三段使用長度與校核1.表6-3 第三段套管鋼級選擇鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重（N/m）抗拉強度（kN）抗擠強度（kPa）徑（mm）抗壓強度（kg/cm）H-40139.76.2204.3716.218064127.3218.7由于鋼級H-40已經是最小，所以假設剩余井段均用此鋼級，下深1410m2. 抗拉強度校核 所以（）,滿足抗拉強度要求。3. 雙向應力校核 上部：井口處抗擠力為零不需要校核 下部： 查雙軸應

22、力橢圓圖得 下部不滿足雙向應力校核需將下部上提，將下部上提230m，即第二段長為400m，第三段下深1180m4. 重新校核a) 第二段抗拉校核：b) 第三段雙向應力校核由前面知只需校核下部， 查雙軸應力橢圓圖得下部滿足雙向應力校核所以，第二段段長為400m，第三段下深1180m。8. 井口抗壓校核井底最大壓力抗壓強度 ，所以需要選擇強度更大的套管6.1.6 確定第四段使用長度校核從井口處至某一段需選用強度大一級的套管鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重（N/m）抗拉強度（kN）抗擠強度（kPa）徑（mm）抗壓強度（kg/cm）J-55139.76.2204.3987.521512127.3300

23、.21.假設第四段長度 h查得第三段套管抗壓強度為21443kPa第四段下深450m則第三段長度為 1180-450=730m2.抗拉強度校核所以， （）滿足抗拉強度要求第三段抗拉校核：所以第三段730m，第四段450m， 均滿足抗拉強度要求3.雙向應力校核上部：井口處不受外擠力，因此不需要校核。下部： 查雙軸應力橢圓圖得 下部滿足雙向應力校核4.壓強度校核井口處壓最危險，由上面知所選擇的J-55鋼級的套管的抗壓強度滿足要求。油層套管柱數據表井深（m）鋼級外徑（mm）均重（N/m）壁厚（mm）徑（mm）抗拉強度（kN）抗擠強度（kPa）0-450J-55139.7204.36.2127.398

24、7.521512450-1180H-40139.7204.36.2127.3716.2180641180-1580J-55139.7204.36.2127.3987.5215121580-2160J-55139.7226.26.99125.71103.2278556.2技術套管柱的設計用與油層套管一樣的方法，經校驗得到技術套管的井段分布如下表：井深（m）鋼級外徑（mm）均重（N/m）壁厚（mm）徑（mm）抗拉強度（kN）抗擠強度（kPa）0-770H-40244.54677.72228.61623.69446770-850H-40244.5525.48.94226.61823.8118596.

25、3表層套管柱的設計井深（m）鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重（N/m）抗拉強度（kN）抗擠強度（kPa）徑（mm）0-270H-40339.78.38700.52406.551023237 注水泥設計7.1 水泥漿的用量7.1.1 所需水泥漿體積的計算公式 （7-1）式中 水泥塞深度，20m；井眼口袋高度，50m；設計封填水泥板長度，m；第i次開鉆鉆頭尺寸，m；自外向里第i層套管的外徑，m；第i層套管的徑，m；7.1.2 水泥漿體積的計算1.封固表層套管水泥漿體積的計算=444.5mm，=339.7mm，=270m，=322.94mm，=20m。 由公式（7-1）=()+()+1=20.05（

26、）2. 封固技術套管水泥漿體積的計算=311.1mm，=244.5mm，=228.6mm，=850m，=20m。由公式（7-1）=()+=26.47（）3.封固油層套管水泥漿體積的計算由公式7-17.2所需干水泥的用量7.2.1 所需干水泥的質量的計算公式配制1的水泥漿所需水泥灰的質量 （7-2）式中 水泥灰的密度，3.15；。從而得7.2.2 干水泥質量的計算1.封固表層套管2.封固技術套管3.封固油層套管7.3頂替排量7.3.1頂替排量的計算公式 （7-4）式中 頂替排量,；。7.3.2頂替排量的計算1封固表層套管所需頂替排量由公式（7-4）2封固技術套管所需清水的量由公式（7-4）3.封

27、固油層套管所需清水的量7.4頂替容積、頂替時間和防凝時間7.4.1頂替容積的計算公式 （7-5）式中 ；。7.4.2頂替時間的計算公式 （7-6）式中 頂替時間；頂替排量,；7.4.3防凝時間的計算公式 （7-7）式中 t防凝時間，s；頂替時間，sS安全系數，1.7。7.4.4各量計算1.封固表層套管頂替時間和防凝時間由公式（7-5）由公式（7-6）8 設計結果表8-1 鉆頭與套管的選擇井號項目鉆頭尺寸（mm）下深（m）套管外徑（mm）芳31表層444.5270339.7芳31技術311.1850244.5芳31油層2002160139.7表8-2 鉆井液參數項目泥漿密度（）鉆井液用量一開1.

28、05118二開1.1115三開1.16149表8-3 鉆具選擇表項目井段（m）鉆頭尺寸（mm）鉆鋌外徑（mm）鉆鋌長度（mm）鉆桿外徑（mm）鉆桿長度（m）一開270444.5203119.6139.716二開850311.1203119.6139.774三開2160200178156.4127201 表8-4 泵的參數表井段泵型鋼套直徑（mm）最大工作壓力（MPa）泵速（沖分柴油機轉速（rpm）額定排量（ls）一開2臺3NB-1000A18014.5120150046.54二開2臺3NB-1000A17016104130036.00三開1臺3NB-1000A1502180100021.55表8-5 水力參數表井號鉆頭尺寸（mm）井段（m）泵壓（MPa）鉆頭壓降(MPa)沖擊力（kN）噴射速度（ms）芳314440-27014.53.4346.32364.699芳31215270-4701610.2996.782109.475芳3