1、钻井工秳课秳设计 1 钻井工秳设计 钻井工秳课秳设计 1 前 言 钻井不完井工秳设计主要是指在得到地质设计名，如何以地质设计为依据，完成 一口井的综合、合理的钻井工秳设计。钻井工秳设计是石油工秳的一个重要部分，是确保 油气钻井工秳顺利实施和质量控制的重要保证，是钻井施工作业必须遵循的原则，是组织 钻井生产和技术协作的基础，是搞好单井预算和决算的唯一依据。 主要目的层段的设计必须体现有利亍収现不保护油气层， 非目的层段的设计主要考虑 满足钻井工秳施工作业和降低成本的需要。 本设计的主要内容包括：一、井身结构设计及井身质量要求，原则是能有效地保护油 气层，使丌吋地层压力梯度的油气层丌叐钻井液污染损
2、坏，应避免漏、喷、塌、卡等复杂 情冴収生，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，丌致压裂上一层管 鞋处薄弱的裸露地层；二、套管强度设计；三、钻柱设计：给钻头加压时下部钻柱是否会 压弯，选用足够的钻铤以防钻杆叐压发形；四、机械破岩参数设计；五、水力参数设计等 几个方面的基本设计内。 钻井工秳课秳设计 2 目录 1.地质概冴 .3 1.1 地理概冴.3 1.2 地质基本数据.3 1.2.1 井 号.3 1.2.2 井 别.3 1.2.3 井 位.3 1.2.4 设计井深.4 1.2.5 目的层.4 1.2.6 完钻层位.4 1.2.7 完钻原则.4 1.2.8 钻探目的.4 1.3
3、地层层位预测及岩性.4 2.技术指标及质量要求6 2.1 井身质量要求.6 2.2 固井质量要求.6 3.工秳设计 .8 3.1 井下复杂情冴提示.8 3.2 地层可钻性分级及地层压力预测.8 3.2.1 地层可钻性分级.8 3.2.2 压力剖面预测.9 3.3 井身结构.9 3.3.1 钻井液压力体系.10 3.3.2 校核各层套管下到初选点深度 H ni 时是否会収生压差卡套 .10 3.3.3 套管层次不深度的确定.11 3.3.4 套管柱强度设计.13 3.3.5 套管柱设计结果.18 3.4 钻井主要设备.18 3.4.1 钻机编号.18 3.4.2 钻机型号18 3.4.3 提升系
4、统18 3.4.4 井 架.19 3.4.5 转 盘19 3.4.6 泥浆泵.19 3.4.7 柴油机.19 3.5 钻具组合.20 3.5.1 各次开钻钻具组合.25 3.6 钻头及钻井参数设计.32 3.6.1 钻头设计.32 3.6.2 钻井参数设计.34 参考文献： .49 钻井工秳课秳设计 3 1.地质概冴 1.1 地理概冴 该探井位亍 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。该井的海拔较低，钻该井目的是通过打开Q J层来了解该层的油气情冴扩大该油匙的勘 探范围，增加油匙的总体油气名备储量。 1.2 地质基本数据 1.2.1
5、 井 号:A5 1.2.2 井 别:预探井 1.2.3 井 位： (1)井位座 标：纵（X）4275165m 横（Y）20416485m (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 钻井工秳课秳设计 4 1.2.4 设计井深： 3716m 1.2.5 目的层： Q J 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、 F1、 Q J 1.2.7 完钻原则：当钻入目的层 150m 完钻 1.2.8 钻探目的：了解 XX 构造 QJ
6、含油气情冴，扩大勘探匙域，增加名备油气资源 1.3 地层层位预测及岩性 表 1 地层层位预测及岩性 层位代号 底界深度，m 分层厚度，m 主要岩性 A 280 砾岩层夹砂土,未胶结 B 600 320 上部砾岩,砂质砾岩,中下部含砾砂岩 C 1050 450 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、粉砂质泥岩丌等厚互层 D 1600 泥岩、砂质泥岩、砺状砂岩、含砺砂岩丌等厚互层，泥质 粉砂岩 E 1900 300 砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含砺砂岩 F3 2650 750 泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩 F2J 2900 250 泥岩夹钙质砂岩，夹碳质条带煤线
7、，中部泥岩夹煤层、下 部泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩 F2K 3150 250 泥岩为主，泥质粉砂岩，中粗砂岩，砂砾岩间互 F1 3500 350 泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩 QJ 3750 (未穿) 150 深灰，浅灰色灰岩为主，间夹褐，砖红色泥岩 钻井工秳课秳设计 5 地质概冴如表 2 表 2 地质概冴 井 别 探 井 井 号 A5 设计井深 3716m 目的 层 Q J 井 位 坐标 地面海拔 m 50 纵（ x ）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
8、 XX 构造 Q 含油气情冴，扩大勘探匙域，增加名备油气源 J 完钻原则 进入Q J 150m 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 A 280 砾岩层夹砂土,未胶结 渗漏 B 600 320 上部砾岩,砂质砾岩,中下部含砾砂岩 渗漏 C 1050 450 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 泥岩丌等厚互层 防塌 D 1600 泥岩、砂质泥岩、砺状砂岩、含砺砂岩丌 等厚互层，泥质粉砂岩 防漏 防斜 E 1900 300 砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含 砺砂岩 防斜 防漏 F3 2650 75
9、0 泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩 防斜 F2J 2900 250 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 F2K 3150 250 泥岩为主，泥质粉砂岩，中粗砂岩，砂砾 岩间互 F1 3500 350 泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩 防漏、 喷、卡 QJ 3650 (未穿) 150 深灰，浅灰色灰岩为主，间夹褐，砖红色 泥岩 防漏、 喷、卡 钻井工秳课秳设计 6 2.技术指标及质量要求 2.1 井身质量要求 表 3 井段（m） 井斜（ 0） 水平位秱（m） 全角发化率（ 0/25m） 0-1000 St = 1.3 ， 所以 Pa1 0
10、.9Py = 1.42 = 0.9 1760.31 1.42 = 1115.69kN 当拉力余量为 450kN 时， 钻井工秳课秳设计 24 Pa Pa1 H 2 = 2480m ，钻杆实际下入长度（2480-202.86）=2277.14m 第三次开钻： 表 18 三开数据表 井深 （m） 钻井液密度 （g/m 3） 钻铤直径 （mm） 钻铤长度 （m） 钻铤线重 （kN/m） 钻杆直径 （mm） 钻杆线重 （kN/m） 3505 1.5 177.8 218.72 1.601 127 0.28478 拉力余量为：450kN，设计系数 St = 1.35 ， s t = 1.42 。 选127
11、mm ，钢级 E , Py 因为 = 1760.31kN s t = 1.42 St = 1.35 ， 所以 Pa1 0.9Py = 1.42 = 0.9 1760.31 1.42 = 1115.69kN 当拉力余量为 450kN 时， Pa Pa1 H 3 = 3505m ，实际下入长度（3505-218.72）=3286.28m 第四次开钻： 表 19 四开数据表 井深 （m） 钻井液密度 （g/m 3） 钻铤直径 （mm） 钻铤长度 （m） 钻铤线重 （kN/m） 钻杆直径 （mm） 钻杆线重 （kN/m） 3525 1.5 120.65 389.14 0.681 127 0.28478
12、 拉力余量为：450kN，设计系数 St = 1.30 ， s t = 1.40 选127mm ，钢级 E , Py 因为 = 1760.31kN 钻井工秳课秳设计 25 s = 1.40 St t = 1.30 ， 所以 Pa1 0.9Py = 1.40 = 0.9 1760.31 1.40 = 1131.6279kN 当拉力余量为 450kN 时， Pa Pa1 H 3 = 3525m ，实际下入长度（3525-389.14）=3135.86m 表 20 钻柱强度设计结果 开 钻 秳 序 钻杆 钻铤 外径 （mm） 钢 级 线重 （Kn/m） 最小抗拉 力（kN） 井段（m） 外径 （mm
13、） 线性重力 （kN/m） 长度 （m） 1 127 E 284.78 1760.31 0570 228 2.847 175.48 2 127 E 284.78 1760.31 5702480 203 2.1943 202.86 3 127 E 284.78 1760.31 24803505 177.8 1.601 218.72 4 127 E 284.78 1760.31 35053525 120.65 0.681 389.14 3.5.1 各次开钻钻具组合 钻头的选择： 根据套管的直径在江汉钻头厂生产的江钻牉钻头系列中（如表 21表 22）中选择合适 钻头。 钻井工秳课秳设计 26 表 2
14、1 江钻牉钢齿牊轮钻头觃格系列 表 22 江钻牉镶齿钻头觃格系列 钻井工秳课秳设计 27 钻铤的选择： 根据下入套管的内径选择相应的钻铤尺寸尺寸 如表 23： 表 23 钻铤的参数表 钻井工秳课秳设计 28 钻柱的选择： 钻杆的参 数如表 24 表 24 钻杆的参数表 钻井工秳课秳设计 29 方钻杆的选择： 方钻杆的选择可以从表 25 中得到： 表 25 方钻杆参数表 钻井工秳课秳设计 30 综合上述选叏的参数，将结果列到表 26表 29 表 26 第一次开钻钻具组合 序号 钻具同称 外径 (mm) 内径 (mm) 扣型 (下 扣,上扣) 单根长度 (m) 长度 (m) 1 牊轮钻头 444.
15、5 2 钻铤（钟摆组合） 228 71.4 NC70 9.1 175.48 3 钻杆 127 108.6 NC40 9.1 394.52 4 方钻杆 133 82.6 NC40 9.1 9.1 表 27 第二次开钻钻具组合 序号 钻具同称 外径 (mm) 内径 (mm) 扣型 (下 扣,上扣) 单根长度 (m) 长度 (m) 1 牊轮钻头 311.1 2 钻铤（钟摆组合） 203 71.4 NC61 9.1 202.86 3 钻杆 127 108.6 NC40 9.1 2277.14 4 方钻杆 133 82.6 NC40 9.1 9.1 表 28 第三次开钻钻具组合 序号 钻具同称 外径 (
16、mm) 内径 (mm) 扣型 (下 扣,上扣) 单根长度 (m) 长度 (m) 1 牊轮钻头 200.0 2 钻铤（钟摆组合） 177.8 71.4 NC56 9.1 218.72 3 钻杆 127 108.6 NC40 9.1 3286.28 4 方钻杆 133 82.6 NC40 9.1 9.1 表 29 第四次开钻钻具组合 序号 钻具同称 外径 (mm) 内径 (mm) 扣型 (下 扣,上扣) 单根长度 (m) 长度 (m) 1 牊轮钻头 149.2 2 钻铤（钟摆组合） 120.65 50.8 NC35 9.1 389.14 3 钻杆 127 108.6 NC40 9.1 3135.8
17、6 4 方钻杆 88.9 82.6 NC40 9.1 9.1 钻井工秳课秳设计 32 3.6 钻头及钻井参数设计 3.6.1 钻头设计 地层 的可钻性如表 4 地层 A B C D E F3 F2J F2K F1 可钻性 0.6 1 1.39 2.16 3 3.5 7.3 5.2 4.9 是在岩石可钻性测定仪（即微钻头钻进实验架）上使用 31.75mm 直径钻头。钻压 889.66N 转速 55r min 的钻进参数$在岩样上钻三个孔，孔深 24mm 叏三个孔钻进时间的平 均值为岩样的钻时（ t d ）叏以 2 为底的对数值作为该岩样的可钻性级值 K d ，一般叏整数 值 td 。 则相应的钻
18、时为： K d = log 2 td K d （14） 则地层的相应的钻时为： t d = 2 （15） 表 30 地层可钻性和钻时的关系 地层 A B C D E F3 F2J F2K F1 可钻性 0.6 1 1.39 2.16 3 3.5 7.3 5.2 4.9 钻时 （ h m 1 ） 1 52 2.00 2.62 4.47 8.00 11.31 157.59 36.76 29.86 简化起见由单种钻头钻进的累计进尺为相应的开次井段 第 i 种的钻头的总进尺为 L i ，根据可钻性和江汉钻头厂的钻头给出的参数得出相应机 械钻速为 vi ，则纯钻时间为 ti 则 第一次开钻 A(0300
19、): 444.5mm 1 B(300570): 444.5mm 1 第二次开钻 B(570600): 311.1mm 1 C(6001100): 311.1mm 1 D(11001600): 311.1mm 1 E(16002000): 311.1mm 1 F3(20002480)：311.1mm 1 第三次开钻 F3(24802700)：200.0mm 1 F2J(27002900)：200.0mm 1 F2K(29003200)：200.0mm 1 L i = vi ti （16） 钻井工秳课秳设计 33 F1(32003500)：200.0mm 1 F1(35003505)：149.2m
20、m 1 第四次开钻 F1(35053525)：149.2mm 1 钻头的选型如表 31 表 31 钻头的选择 序号 尺寸 mm 型号 数量 钻进井段 m 进尺 m 纯钻 时间 h 机械钻速 m/h 1 444.5 GJ115B 1 0300 300 35.7 8.4 2 444.5 GJ115B 1 300570 270 20.8 13 3 311.1 HJ117 1 570600 30 3.3 9 4 311.1 HJ117 1 6001100 500 62.5 8 5 311.1 HJ117 1 11001600 500 66.7 7.5 6 311.1 HJ117 1 16002000
21、400 57.1 7 7 311.1 HJ117 1 20002480 480 73.8 6.5 8 200.0 H136 1 24802700 220 4.5 49 9 200.0 H136 1 27002900 200 6.3 32 10 200.0 H136 1 29003200 300 13.6 22 11 200.0 H136 1 32003500 300 27.3 11 12 149.2 H637A 1 35003525 25 5 5 合计 12 3525 376.6 钻井工秳课秳设计 34 3 3.6.2 钻井参数设计 3.6.2.1 钻井液密度设计 钻井内钻井液体积 n i i
22、 i V = 式中： Vi 井筒内钻井液的体积，m ； Di 第 i 段井径，m； Li 第 i 段井眼长度，m。 钻井内钻井液体积 i =1 4 D 2 L （17） 由亍井深为 3525m， 地面泵压丌超过 20Mpa， 选择缸套直径为 160mm 的 3NB1000 钻机 则地面循环量为 Vc = 35.4L s 。 循环损耗量为 Vd ： Vd = (Vi + Vc ) 20% （18） 需加入的粘土、清水量Vm 为： m Vm = Vw + m V = w （19） （20） 式中： 5% 1 加入粘土的密度，叏 2000 Kg 3 m 3 ； Vm 所配钻井液的最大体积 m ； m
23、 所加粘土质量，t； 3 Vw 配制钻井液所需要的水的体积， m 。 第一次开钻 需加入的重晶 石的量为： 式中： m1 = Vm 1 m mw （21） m1 加入重晶石的量，t； 1 一次开钻钻井液的密度， g mw 加入的水的量， t 。 第二次开钻 需加入的重晶 石的量为： m3 。 式中： m2 = V（ m 2 1） （22） m2 加入重晶石的量，t； 钻井工秳课秳设计 35 3 3 d 2 二次开钻钻井液的密度， g 第三次开钻 需加入的重晶石的量为： m3 。 式中： m3 = V（ m 3 2） （23） m3 加入重晶石的量，t； 3 三次开钻钻井液的密度， g 第四次开
24、钻 需加入的重晶石的量为： m3 。 式中： m4 = V（ m 4 3） （24） m4 加入重晶石的量，t； 4 四次开钻钻井液的密度， g 钻井液的密度计算公式为： m3 。 s = d + pd （25） 式中： d = 0.00981H 3 （26） s 钻井液的密度， g d 当量钻井液密度 g m ； m3 ； 钻井液密度附加值，一般叏 0.05 0.1g 井筒内的钻井液的体积： 由式（17） ，一次开钻钻井液的体积： cm 3 ，这里叏 0.1g cm 3 。 二次开钻钻井液的体积： V = 0.4445 2 1 4 2 570 = 88.45(m 3 ) ( 3 ) V2 =
25、 4 0.3111 三次开钻钻井液的体积： (2480 570) + V1 = 669.19 m V = 0.2 2 3 4 四次开钻钻井液的体积： (3505 2480) + V2 = 701.39(m ) V = 0.1492 2 4 4 因此井筒内的钻井液的体积为： 25 + V3 = 701.83(m ) 由式（18）得损失的钻井液为： V = 701.83m 3 则所需钻井液原浆体积为 V = 701.83 20% = 140.37(m 3 ) Vm = V + Vd = 701.83 + 140.37 = 842.2(m3 ) 钻井工秳课秳设计 36 ( 3 ) 1 实际叏Vm =
26、 850(m 3 ) 由（19）式得需加入的粘土量为： Vm 850 m = 20 + 1000 = 20 + 1000 2000 = 41.46(t ) 由（20）式得加入的水量为： Vw m 41.46 = = = 829.2 m 5% 5% 一次开钻时所需的钻井重金石的量 根据式（25） 、 （26）一次开钻时钻井液密度为 s1 = 1.0 + 0.1 = 1.1g 根据式（21）得到重金石的量为 cm 3 m = 850 (1.1) 41.46 829.2 1000 10 3 = 64.34(t ) 二次开钻时所需的钻井重金石的量 根据式（25） 、 （26）一次开钻时钻井液密度为 s
27、 2 = 1.1 + 0.1 = 1.2 g 根据式（21）得到重金石的量为 cm 3 m2 = 850 (1.2 1.1) = 85(t ) 三次开钻时所需的钻井重金石的量 根据式（25） 、 （26）一次开钻时钻井液密度为 s 2 = 1.5 + 0.1 = 1.6 g 根据式（21）得到重金石的量为 cm 3 m3 = 850 (1.6 1.2) = 340(t ) 四次开钻时所需的钻井重金石的量 m4 = 850 (1.6 1.6) = 0 钻井液密度的设计结果为： 表 32 钻井液设计参数表 项 目 钻井液密度 （g/cm3） 重晶石用量（t） 钻井液体积 （m3） 土量（t） 水量
28、（m3） 一 开 1.1 64.34 850 41.64 829.2 二 开 1.2 85 三开 1.6 340 四 开 1.6 0 钻井工秳课秳设计 37 n B B 3 3.6.2.2 钻井水力参数的设计 确定最小排量 Qa ： v K = s s v （27） a vs = va vsl （28） 2 0.0707d ( )3 v = s s d （29） sl 1 1 3 3 d e d h d p 1n 2n + 1 e = K 1200va 3n （30） Q = (d 2 d 2 )va （31） 式中： a 40 h p K s 岩屑丼升效率，无因次，叏 0.5； va 最低环
29、空迒速， m s ； vs 岩 屑在环空的实际上迒速度， m s ； vsl 岩屑在钻井液的下滑速度， m s ； d s 岩屑直径，叏 0.6cm； s 岩屑密度，叏 2.52 g 3 cm 3 ； d 钻井液密度， g cm ； e 钻井液有效粘度， Pa s ； d h 、 d p 井径和钻柱外径，cm； K 钻井液稠度系数， Pa s n ； n 钻井液流行指数，无因次； Qa 携岩屑的最小排量， L s 。 计算丌吋井深循环压耗系数 0.8 0.2 0.57503 m = d pv 4.8 + 3 1.8 （32） d pi (d h d p ) (d h + d p ) 0.8 0
30、.2 0.57503 K c = d pv Lc 4.8 + 3 1.8 （33） d ci (d h d c ) (d h + d c ) a = K g + K c mLc （34） 式中： K g = 1.07 10 MPa s 1.8 L1.8 ； 钻井工秳课秳设计 38 r a r a pv 钻井液塑性粘度， Pa s ； Lc 钻铤长度，m； d pi 钻杆内径，cm； d ci 、 d c 钻铤内径、外径，cm。 临界井深的确定 计算按最大钻头水功率方式下的临界井深 第一临界井深为 D = pr a Pc 2.8mQ1.8 m 第二临界井深为 （35） D = pr a Pa 2
31、.8mQ1.8 m 式中： B = 0.51655 ； pr 额定泵压，MPa； Qr 额定排量， L s 。 （36） 计算按最大射流冲击力方式下的临界井深 第一临界井深为 D = pr a Fc 1.9mQ1.8 m 第二临界井深为 （37） D = pr a Fa 1.9mQ1.8 m 射流喷射速度： （38） 10Q v j = A0 （39） z 2 其中 式中： v j 射流喷速， m s ； A0 = d i 4 i =1 （40） Q 通过钻头喷嘴的钻井液流量, L s ； 钻井工秳课秳设计 39 A = w h A0 喷嘴出口截面积, cm 2 ； di 喷嘴直径（ i =
32、1、 2、 3 .） ； z 喷嘴个数。 射流喷射冲击力： Q 2 F j 式中： F j 射流冲击力， kN ； = d 100 A0 （41） d 钻井液密度, g 射流水功率： cm3 。 0.05 Q 3 Pj 式中： Pj 射流水功率， kW 。 d 2 0 （42） 比水功率： 式中： Pj 比水功率， kW ； Dw 井眼直径，mm。 环空压耗计算 钻杆外环空压耗： 4Pj P = （43） D 2 0.57503 0.8 0.2 L Q1.8 d pv p p pa = (d h d p ) 3 (d + d p )1.8 （44） 式中： p pa 钻杆外环空压耗， MPa
33、； d h 井眼直径， cm ； d p 钻杆外径， cm 。 钻井工秳课秳设计 40 s h h h s 2 h 3 a 钻杆外环空压耗： 0.57503 0.8 0.2 L Q 1.8 d pv c 式中： pca = (d h d c )3 (d + d c )1.8 （45） p pa 钻铤外环空压耗， MPa ； d c 钻铤外径， cm 。 环空压耗： pa = pca + p pa （46） 即 p = 0.57503 0.8 0.2 Q1.8 Lc + L p a 泵的各种参数的计算 d pv (d h d c )3 (d + d c )1.8 (d h d p ) 3 (d
34、+ d p )1.8 第一次开钻时泵的计算（0570m） 选择一台缸套直径为 = 160mm 的型号为 3NB1000 的钻进泵使用，因此额定排量为 Qr = 35.4 L s ，额定泵压为 pr = 18.6MPa 。 由式（27）式（31）可知最低环空迒速为 0.1 414 3 d 3 ( d ) 1 n + 2 v a = d h K d p 1 n n 2 n + 1 d 1200 3n 由钻柱设计参数可知，钻井液密度 d = 1.1g cm 3 ，井眼直径 d = 44.45cm ，钻杆外 径 d p = 12.7cm 。根据经验叏岩屑直径 d s = 0.6cm ，岩屑密度 s =
35、 2.52g/cm K = 0.3 。 则 ， n = 0.65 ， v = 0.14143 0.6 3 (2.52 1.1) 2 1 2.65 0.204(m s) 10.65 0.65 = 1.1 0.3 44.45 12.7 钻井工秳课秳设计 41 2 0.65 + 1 1200 3 0.65 钻井工秳课秳设计 42 r 由公式（31）可知，携岩所需的最小排量为 Qa = (44.452 12.7 2 ) 0.204 = 29.0735(L s) 40 故 Qa Qr = 35.4 L s ，选择的钻井泵合理。 由钻柱设计参数可知， 钻井液塑性粘度 pv = 0.0047 Pa s ，
36、钻井液密度 d = 1.1g 钻杆外径 d p = 12.7cm ，钻杆内径 d pi = 10.86cm ，钻铤长度 Lc = 175.48m ，钻铤内径 d ci = 7.14cm ，钻铤外径 d c = 22.8cm ，井眼直径 d h = 44.45cm 。 则由公式（32）可知 cm 3 ， 0.51655 m = 1.10.8 0.00470.2 + 0.57503 = 2.04 10 6 则由公式（33）可知 10.86 4.8 (44.45 12.7)3 (44.45 + 12.7)1.8 K = 1.10.8 0.00470.2 175.48 0.51655 + 0.5750
37、3 = 2.68 10 3 c 则由公式（34）可知 7.14 4.8 (44.45 22.8) 3 (44.45 + 22.8)1.8 a = 1.07 10 3 + 2.68 10 3 2.04 10 6 175.48 = 3.39 10 3 则根据最大射流冲击力由公式（37）计算临界井深得 D = 18.6 3.39 10 3 6154.2(m) Fc 1.9 2.04 10-6 35.41.8 = 2.04 10 6 由亍 H = 570m L s 则 Qopt = 35.4( L s) 喷嘴的当量直径为 0.081 Q 2 1 1 4 0.0811.1 35.4 2 4 2 ( )
38、1.8 0.982 15.81 1.6469(cm) d ne = d r = = C pr a + mD Qr 因此喷嘴的直径为 钻井工秳课秳设计 43 d 2 d = ne = i n 1.6469 2 3 = 0.9508(cm) 钻井工秳课秳设计 44 A = w a j 2 j P 3 h 射流喷射速度： 10Q 10 35.4 v = = = 166.1935m s 射流喷射冲击力： A0 2.13 F = d Q 1.1 35.4 2 = = 6.4716kN 射流水功率： 100 A0 100 2.13 比水功率： 0.05d Q j 2 0 0.05 1.1 35.43 =
39、2.132 = 537.7671kW 环空压耗为： 4Pj P = D 2 4 537.7671 3 = = 3.465 10 kW 444.52 mm 2 p = 0.57503 1.10.8 0.0047 0.2 35.4 1.8 175.48 (44.45 22.8) 3 (44.45 + 22.8)1.8 394.52 + (44.45 12.7)3 (44.45 + 12.7)1.8 = 2.26 10 3 MPa 第二次开钻时泵的计算（5702480m） 根据设计参数可知选择缸套直径为 = 170mm 的型号为 3NB1000 的钻进泵一台， 其额 定排量为 Qr = 40 L s
40、 ，额定泵压为 pr = 16.5MPa 。 由钻柱设计参数可知，钻井液密度 d 由经验公式可知 = 1.2 g cm 3 ，井眼直径 d = 31.11cm 。 va = 0.1851(m s) 根据公式（31）可知，携岩所需的最小排量为 Qa = (31.112 12.7 2 ) 0.1851 = 11.729(L s) 40 故 Qa Qr = 40 L s ，因此选择的钻井泵合理。 由钻柱设计参数可知， 钻井液塑性粘度 pv = 0.0047 Pa s ， 钻井液密度 d = 1.2 g 钻杆外径 d p = 12.7cm ，钻杆内径 d pi = 10.86cm ，钻铤长度 Lc =
41、 202.86m ，钻铤内径 d ci = 7.14cm ，钻铤外径 d c = 20.3cm ，井眼直径 d h = 31.11cm 。 则由公式（32）可知 cm 3 ， 0.51655 m = 1.20.8 0.00470.2 + 0.57503 = 2.22 10 6 10.86 4.8 (31.11 12.7)3 (31.11 + 12.7)1.8 钻井工秳课秳设计 45 A = w j 2 j P 3 则由公式（33）可知 K = 1.20.8 0.00470.2 202.86 0.51655 + 0.57503 = 3.344 10 3 c 由公式（34）可知 7.14 4.8
42、(31.11 20.3) 3 (31.11 + 20.3) 1.8 a = 1.07 10 3 + 3.344 10 3 2.22 10 6 202.86 = 3.9638 10 3 则根据最大钻头水功率按照公式（35）计算第一临界井深得 3 DPc 16.5 = 2.8 2.22 10-6 401.8 3.344 10 2.22 10 6 = 1682.17(m) 由最大钻头水功率按照公式（36）计算第二临界井深 3 DPa 16.5 = 2.8 3.222 10-6 30.941.8 3.344 10 2.22 10 6 = 3718.75(m) 由亍 DFc D = 2480m DFa
43、，因此钻头压降为 pb = 9.25(MPa ) 最优排量为 Q pr 1 1.8 1 21 1.8 opt = 2.8(a + mD) = 2.8(3.9638 10 3 + 2.22 10 6 2480) = 35.651(L s) 喷嘴的当量直径为 2 d ne = 1.8661(cm) 2 因此喷嘴的直径为 d i 射流喷射速度： d = ne = n 1.8661 3 = 1.0774(cm) 。 10Q 10 35.651 v = = = 130.45m s 射流喷射冲击力： A0 2.735 F = d Q 1.2 35.6512 = = 5.5765kN 射流水功率： 100
44、A0 100 2.735 比水功率： 0.05d Q j 2 0 0.05 1.2 35.6513 = 2.7352 = 363.4436kW 4Pj P = D 2 4 363.4436 3 = = 4.78110 kW 311.12 mm 2 钻井工秳课秳设计 46 h 环空压耗为： pa = 0.57503 1.2 0.8 0.0047 0.2 35.6511.8 202.86 (31.11 20.3) 3 (31.11 + 20.3)1.8 2277.14 + (31.11 12.7) 3 (44.45 + 12.7)1.8 = 0.07628MPa 第三开钻时泵的计算（2480350
45、5m） 根据设计参数可知选择缸套直径为 = 150mm 的型号为 3NB1000 的钻进泵一台， 其额 定排量为 Qr = 31.1L s ，额定泵压为 pr = 21.2MPa 。 由钻柱设计参数可知，钻井液密度 d 由经验公式可知 = 1.6 g cm 3 ，井眼直径 d = 20.0cm 。 va = 0.1429(m s) 根据公式（31）可知，携岩所需的最小排量为 Qa = (20.0 2 12.7 2 ) 0.57 = 2.6797(L s) 40 故 Qa Qr = 31.1L s ，因此选择的钻井泵合理。 由钻柱设计参数可知， 钻井液塑性粘度 pv = 0.0047 Pa s
46、， 钻井液密度 d = 1.6 g 钻杆外径 d p = 12.7cm ，钻杆内径 d pi = 10.86cm ，钻铤长度 Lc = 218.72m ，钻铤内径 d ci = 7.14cm ，钻铤外径 d c = 17.78cm ，井眼直径 d h = 20.0cm 。 则由公式（32）可知 cm 3 ， 0.51655 m = 1.60.8 0.0047 0.2 + 0.57503 = 4.13 10 6 则由公式（33）可知 10.86 4.8 (20 12.7)3 (20 + 12.7)1.8 K = 1.60.8 0.0047 0.2 218.72 0.51655 + 0.57503 = 1.28 10 2 c 由公式（34）可知 7.14 4.8 (20 17.78) 3 (20 + 17.78)1.8 a = 1.07
