东北石油大学钻井工程课程设计

东 北 石 油 大 学

课 程 设 计

课 程 石油工程课程设计

题 目 钻井工程设计 学 院 石油工程 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2013年7月18日

东北石油大学课程设计任务书

课程 ： 石油工程课程设计 题目 ： 钻井工程设计

专业 ： 石油工程 姓名： 学号： 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 1、设计主要内容：

根据已有的基础数据，利用所学的专业知识，完成一口井的钻井工程相关参数的计算，最终确定出钻井、完井技术措施。主要包括井身结构、钻具组合、钻井液、钻井参数设计和完井设计。 2、设计要求：

要求学生选择一口井的基础数据，在教师的指导下独立地完成设计任务，最终以设计报告的形式完成专题设计，设计报告的具体内容如下：（1）井身结构设计；（2）套管强度设计；（3）钻柱设计；（4）钻井液设计；（5） 钻井水力参数设计；（6）注水泥设计；（7）设计结果；（8）参考文献；设计报告采用统一格式打印，要求图表清晰、语言流畅、书写规范、论据充分、说服力强，达到工程设计的基本要求。 3、主要参考资料：

王常斌等，《石油工程设计》，东北石油大学校内自编教材 陈涛平等，《石油工程》，石油工业出版社，2000

《钻井手册（甲方）》编写组，《钻井工艺手册》，石油工程出版社，1990

完成期限 2014年7月18日 指导教师 专业负责人

2014 年 6月 30日

目 录

前 言 .......................................................................................................................... 1 第1章 设计资料的收集 .............................................................................................. 2 1.1预设计井基本参数 .......................................................................................... 2 1.2 邻井基本参数 ................................................................................................. 2 第2章 井身结构设计 .................................................................................................. 5 2.1钻井液压力体系 .............................................................................................. 5 2.2井身结构的设计 .............................................................................................. 6 2.3井身结构设计结果 .......................................................................................... 8 第3章 套管柱强度设计 .............................................................................................. 9 3.1套管柱设计计算的相关公式 .......................................................................... 9 3.2油层套管柱设计 .............................................................................................. 9 3.3中间套管柱设计 ............................................................................................ 13 3.4表层套管柱设计 ............................................................................................ 18 3.5套管柱设计结果 ............................................................................................ 19 第4章 钻柱设计 ........................................................................................................ 20

4.1钻柱设计原理 ................................................................................................. 20 4.2钻柱的设计 ..................................................................................................... 20 4.3钻柱设计结果 ................................................................. 错误！未定义书签。 第5章 钻井水力参数的设计 .................................................... 错误！未定义书签。

5.1钻井水力参数的计算公式 ............................................. 错误！未定义书签。 5.2水力参数计算 ................................................................................................. 26 5.3泵的设计结果 ................................................................................................. 37 第6章 注水泥设计 .................................................................................................... 39

6.1水泥浆排量的确定 ......................................................................................... 39 6.2注水泥浆井口压力 ......................................................................................... 41 6.3水泥浆体积的确定 ......................................................................................... 47 6.4设计结果 ......................................................................................................... 48 第7章 钻井液设计 .................................................................................................... 49

7.1钻井液用量计算公式 ..................................................................................... 49 7.2钻井液用量计算 ............................................................................................. 49 7.3钻井液用量设计结果 ..................................................................................... 54 7.4钻井液体系设计 ............................................................................................. 54 第8章 井控设计 ........................................................................................................ 55

8.1防喷器的选择及总类 .................................................................................... 55 8.2 井控设计 ....................................................................................................... 55

第9章 设计结果…………………………………………………………………….56 参考文献…………………………………………………………………………………..59

Ⅰ

东北石油大学本科生课程设计 前 言

钻井是石油、天然气勘探开发的主要手段。钻井工程质量的优劣和钻井速度的快慢，直接关系到钻井成本的高低、油田勘探开发的综合经济利益以及石油发展速度。

钻井工程设计是石油工程的一个重要部分，是确保油气钻井工程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。钻井设计的科学性、先进性关系到一口井作业的成败和效益。科学钻井水平的提高，在一定程度上依靠钻井设计水平的提高。

设计应在充分分析有关地质和工程资料的基础上，遵循国家及当地政府有关法律、法规和要求，按照安全、快速、优质和高效的原则进行，并且必须以保证实施地质任务为前提。主要目的层段的设计必须体现有利于发现与保护油气层，非目的层段的设计主要考虑满足钻井工程施工作业和降低成本的需要。 本设计的主要内容包括：1、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，使不同地层压力梯度的油气层不受钻井液污染损坏；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；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，不致压裂上一层管鞋处薄弱的裸露地层；下套管过程中，井内钻井液柱压力之间的压差不致产生压差卡套管等严重事故以及强度的校核。2、套管强度设计；3、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受压变形；4、钻井液体系；5、水力参数设计；6，注水泥设计，钻井施工进度计划等几个方面的基本设计内容。

1

东北石油大学本科生课程设计 第1章 设计资料的收集

1.1 预设计井基本参数

井 号 SJ0067 井 别 设计井深 1930 井口海拔 浅油气井 0 坐 标 目的层位 22648349,5023274 S,P,G 完井层位 青23段 地理位置 朝阳沟、长春岭 构造位置 齐家-古龙坳陷龙虎泡构造 1. 设计依据 （1）1997年《勘探方案审定纪要》（2）本地区地震T1，T2构造图设计依据 2. 钻探目的 （1）证实该目的层是否为构造类型油气藏，以及岩性因素对油气藏影响程度。（2）查明该区的油气情况。（3）查明该区的储层特性。 1.2 邻井基本参数

1．井身结构

井号 项目 钻头尺寸(mm> 下深(m) 套管尺寸(mm) 龙虎泡1 导管 龙虎泡1 油层

250 200 30 1895 339 139 泥浆密度(g/cm) 井深 1.05－1.2 1.25－1.29 35 1900 32．地层压力

井号 龙虎泡1 龙虎泡1 龙虎泡1 龙虎泡1 龙虎泡1 龙虎泡1 龙虎泡1 井段 0－200 200－500 500－800 800－1100 1100－1400 1400－1700 1700－1930 地层压力(g/cm2) .97 .97 .97 .97 1.08 1.2 1.25 破裂压力(g/cm2) 1.54 1.52 1.55 1.48 1.47 1.43 1.35 3．钻具组合

井号 井段 钻头外径(mm) 密度(g/cm3) 钻具组合 Φ178×18+Φ195方接头＋Φ159×18+Φ184螺龙虎泡1 -1930 200 1.25-1.29 旋扶正器+Φ159×9+Φ184螺旋扶正器+Φ159×75 2

东北石油大学本科生课程设计 4．钻井液性能

塑性粘漏斗静切屈服失水钻井液密度pH度 井号 地质年代 井段(m) 粘度力值N值 K值 (API类型 (g/cm3) 值 ?mP?s? (Pa) (s) (Pa) ) 龙虎嫩3段-第泡1 四系 复合离0-1100 子钻井液 1.05-1.22-32 0 - - - - - - - 龙虎复合离嫩1段-嫩1.2-1.230-3.65-..2-.泡1 1100-1500 子钻井8-9 1-2 18-25 9-12 1-5 3段 5 5 7 3 液 龙虎复合离青2-3段-1.27-1.35-42-2.12-1.55-..3-.泡1 1500-1930 子钻井8-9 20-28 1-4 嫩1段 29 0 5 4 65 4 液

5.水力参数

钻头泵压钻头压环空冲击喷射钻头水比水上返功率井号 尺寸井段(m) 降压降力速度功率功率速度利用(MPa) (mm) (MPa) (MPa) (kN) (m/s) (%) (%) (m/s) 率(%) 龙虎泡1 200 0-1000 13.59 12.01 1.58 5.23 136 369 11 1.72 88.39 11 1.88 78.51 龙虎泡1 200 1000-1930 13.59 10.67 2.92 5.59 123 358

6．钻井参数

井号 井段(m) 钻头尺钻头生产寸(mm) 类型 厂 喷嘴组合 钻压转速排量泥浆密度3(kN) (rpm) (l/s) (g/cm) 龙虎泡1 0-1000 200 3B 大庆 10+10+10 120-140 195-200 28-32 1.05-1.2 龙虎泡1 1000—1930 200 FM202 大港 10+10+9+9 20-60 195-200 30-35 1.25-1.29

7.套管柱设计参数

井号 套管套管外径长度壁厚抗拉系抗挤系井段(m) 钢级 段重(t) 累重(t) (mm) (m) (mm) 类型 层位 数 数 0-10 10-1350 139 J-55 139 J-55 7.72 6.2 7.72 10 545 .25 41.95 2.67 247.4 1.87 1.18 1.41 1340 27.91 41.7 龙虎泡1 常规 油层 龙虎泡1 常规 油层 龙虎泡1 常规 油层 1350-1895 139 J-55 13.79 13.79 8.12 3

东北石油大学本科生课程设计 龙虎泡1 常规 表层

0-210 339 J-55 9.65 210 17.03 17.03 13.69 3.15 8.注水泥设计参数

固井密水泥塞套管层上返深水泥浆密漏失量水泥品注水泥外加剂外加剂井号 度要求面深度位 度(m) 度(g/cm3) (m3) 种标号 量(袋) 品种 量(kg) 3(g/cm) (m) 龙虎泡1 油层 1.29 1300 1.85-1.9

0 G级 448 0

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东北石油大学本科生课程设计 第2章 井身结构设计

2.1 钻井液的压力体系

钻井液密度g/cm30.811.21.41.605001000)m（深井15002000地层压力（g/cm3)破裂压力（g/cm3)2500图2-1 地层压力与地层破裂压力剖面图

2.1.1 最大钻井液密度

?max??pmax?Sb 式中: ?max为某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度，g/cm3； ?pmax为该井段中所用地层孔隙压力梯度等效密度，g/cm3； 为抽吸压力允许值的当量密度，取0.036g/cm3。 发生井涌情况

5

(2-1)

东北石油大学本科生课程设计 ?f??pma? ?S （2-2）xSb?Sf?kD21式中：ρf为发生井涌时，在井内最大压力梯度作用下，上部地层不被压裂所有的地层破裂压力梯度，g/cm3；ρ

3

Dpmaxpmax

为某井段钻进井段中所用的最大泥浆密度，g/

3

cm；Sb为抽吸压力允许值的当量密度，取0.036 g/cm；Sf为地层压裂安全系数，用

当量钻井液密度表示，取0.03g/cm3；Sk为发生井涌时的井涌允量，取0.06g/cm3。

2.1.2 校核各层套管下到初选点时是否会发生压差卡套

?prn?Dmm??pD21?Sb??pmin?g?10?6

式中：?prn为实际井内最大静止压差，MPa；?力梯度等效密度，g/cm3；Dpminpmin为该井段内最小地层孔隙压

为该井段内最小地层孔隙压力所对应的井

深，m。?pN为避免发生压差卡套的许用压差，取12 MPa。

2.2 井身结构的设计

2.2.1 套管层次的确定 （1）中间套管下入深度初选点D 取初选点D21?1800m

21

ρf=ρpmax+Sb+Sf+DpmaxD21×Sk

=1.25+0.036+0.03+=1.38(g/cm3)1900×0.061800

3 查地层破裂压力梯度表得ρf1800=1.39g/cm，?f??f1800且相近，因此取

D21?1800m，

（2）校核中间套管下入到初选点D21?1800m过程中是否会发生压差卡套管

6

东北石油大学本科生课程设计 3 由地层压力梯度表查得ρp1800=1.222g/cm3,Dmm=1100m，ρpmin=0.97g/cm。

0-1800m井段

Δpm=Dmm(ρpmax+Sbρpmin)g×10-3

=1100×(1.222+0.036-0.97)×9.8×10-3

=3.1(MPa)Δpm<ΔpN=12MPa，所以不会发生压差卡钻，满足设计要求。 （3）确定表层套管的下入深度D1 取初选点D1=500m

ρfe=ρpD2D2+Sb+Sf+×Sk

D11800×0.06 500 =1.222+0.036+0.03+ =1.504(g/cm3)

3由地层破裂压力梯度表得ρfD1=1.52g/cm，?fe??fD1且相近，因此取D1=500m。

（5）校核表层套管下入到初选点D1=500m过程中是否会发生压差卡套管

3由地层压力梯度表查得ρp500=0.97g/cm3,Dmm=500m，ρpmin=0.97g/cm。

0-500m井段

Δpm=Dmm(ρpmax+Sb-ρpmin)g×10-3

=500×(0.97+0.036-0.97)×9.8×10-3

=0.176(MPa)Δpm<ΔpN=12MPa，所以不会发生压差卡钻，满足设计要求。

（6）油层套管下入深度D3，因为设计井深为,D=1930m，则D3=1930m。校核油层套管下入到井底过程中是否会发生压差卡套管。

3由地层压力梯度表查得ρpmax=1.25g/cm3,Dmm=1800m，ρpmin=1.222g/cm

1800m-1930m井段

Δpm=Dmm(ρpmax+Sb-ρpmin)g×10-3

=1800×(1.25+0.036-1.222)×9.8×10-3

=0.66MPa

7

东北石油大学本科生课程设计 Δpm<ΔpN=12MPa，所以不会发生压差卡钻，满足设计要求。

（7）考虑导管的下入，设计打入30m。

2.3 设计结果

表2-1 井身结构设计表

项目 下深（m） 表层套管 500 中间套管 1800 油层套管 1930 导管 30 钻头尺寸（mm） 套管外径（mm） 444.5 339.7 311.1 244.5

200 139.7 660.4 508

8

东北石油大学本科生课程设计 第3章 套管柱强度设计

3.1 套管柱设计计算的相关公式

1. 某井段的最大外挤压力

pco??dgDw?10?3 （3-1）

式中：pco为套管柱所受外挤压力，MPa；

?d为该井段所用泥浆的最大密度，g/cm3； Dw计算点井深，m。 2. 某段钢级套管的最大下入深度

Dn??D? dgSD?10?3 式中：?D为某段钢级套管抗外挤强度，MPa； SD为抗外挤安全系数，取1.125。 3. 套管浮力系数

KB?1??d? s式中：?s为某段所用钢材的密度，取7.8g/cm3。

4. 安全系数

抗拉安全系数

St=1.8 3.2 油层套管柱设计

3.2.1 按抗外挤强度设计由下向上选择第一段套管

由公式3-1可知最大外挤压力为：

pco1=ρdgD1×10-3=1.286×9.8×1930×10-3=24.32(MPa)

σD≥pco1?SD=24.32×1.125=27.36(MPa)

9

3-2）

3-3） 3-4）

（ （（东北石油大学本科生课程设计 查《钻井工艺手册上》表3-8选择第一段套管

表3-1 第一段套管钢级选择 钢级 外径 壁厚 （mm） (mm) 内径 （mm） 均重 (N/m) 抗拉强度 (kN) 抗挤强度 （MPa） 接头拉伸度（KN） 987.5 抗内压强度 （MPa） 33.164 J-55 139.7 6.99 125.7 226.2 1103.2 27.855 实际抗挤安全系数

SD=σD127.855==1.15>1.125 Pco124.323.2.2 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《钻井工艺手册上》表3-8选择第二段套管

表3-2 第二段套管钢级选择

钢级 外径 壁厚 （mm） (mm) 内径 （mm） 均重 (N/m) 抗拉强度 (kN) 抗挤强度 （MPa） 接头拉伸度（KN） 840.7 抗内压强度 （MPa） 29.441 J-55 139.7 6.2 127.3 204.3 987.4 21.512 σD221.512×103第二段套管下入深度为D2===1524m，实际取

ρdgSD×10-31.286×9.8×1.1251400m，则第一段套管使用长度为L1=D1-D2=1930-1400=530m。套管每根按10m计算，则此段需要53根套管柱，需要53个扶正器。

2. 第一段套管抗拉安全系数校核、第二段套管抗挤安全系数校核 浮力系数 ：KB=0.84

Wcd1=KBq1L1×10-3=0.84×226.2×530×10-3=100.7(KN) 抗拉安全系数为：

St1=抗拉满足要求。 第二段抗挤安全系数

σT1840.7==8.35>1.8 Wcd1100.7SD2σD221.512 =-3=-3=1.22>1.125ρdgD2×101.286×9.8×1400×1010

东北石油大学本科生课程设计 满足抗挤要求。 3.双向应力校核

Wcd1100.7σDc=σD(1.03-0.74)=21.512×(1.03-0.74×)=20.54(MPa)

Fg987.5σDc20.54SD===1.164>1.125

ρdgD2×10-31.286×9.8×1400×10-33.2.3 确定第三段套管的下入深度和第二段套管的使用长度

1. 查《钻井工艺手册》表3-8选择第二段套管

表3-3 第三段套管钢级选择

钢级 外径 壁厚 （mm） (mm) 内径 （mm） 均重 (N/m) 抗拉强度 (kN) 抗挤强度 （MPa） 接头拉伸度（KN） 578.3 抗内压强度 （MPa） 21.443 H-40 139.7 6.2 127.3 204.3 716.2 18.064 σD318.064×103第三段套管下入深度为D3===1274m，实际取

ρdgSD×10-31.286×9.8×1.1251100m，则第二段套管使用长度为L2=D2-D3=1400-1100=300m。套管每根按10m计算，则此段需要30根套管柱，需要30个扶正器。

2. 第二段套管抗拉安全系数校核、第三段套管抗挤安全系数校核。

Wcd2=KBq2L2×10-3=0.84×204.3×300×10-3=51.48(KN)

第二段套管抗拉安全系数：

St2=满足抗拉要求。

第三段抗挤安全系数：

σT2578.3==3.79>1.8

Wcd1+Wcd2100.7+51.48 SD3=σD318.064 =-3-3=1.3>1.125ρdgD3×101.286×9.8×1100×10

满足抗挤要求。

3.双向应力校核

Wcd1+Wcd2100.7+51.48σDc=σD(1.03-0.74)=18.064×(1.03-0.74×)=15.77(MPa)Fg716.2

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东北石油大学本科生课程设计 σDc15.77 SD= ==1.138>1.125ρdgD3×10-31.286×9.8×1100×10-3

3.2.4 确定第四段套管的下入深度和第三段套管的使用长度

1. 查《钻井工艺手册》表3-8知外径为139.7的套管最小钢级是H-40，则第三段使用长度设计为：L3=D1-L1-L2=1930-530-300=1100m 2.第三段套管抗拉安全系数校核。

Wcd3=KBq3L3×10-3=0.84×204.3×1100×10-3=188.77(KN)

第三段套管抗拉安全系数：

St3=σT3578.3==1.69<1.8

Wcd1+Wcd2+Wcd3100.7+51.48+188.77不满足抗拉要求，则把L3分为两段，让其既满足抗拉安全系数校核又经济省钱。 从下往上L3=800m,使用H-40钢级，且套管每根按10m计算，则此段需要80根套管柱，需要80个扶正器；L4=300m，选用同第二段一样的钢级和壁厚，且套管每根按10m计算，则此段需要30根套管柱，需要30个扶正器。 3.第三段套管抗拉安全系数校核。

Wcd3=KBq3L3×10-3=0.84×204.3×800×10-3=137.29(KN)

第三段套管抗拉安全系数：

σT3578.3St3===2.0>1.8

Wcd1+Wcd2+Wcd3100.7+51.48+137.29第三段抗挤安全系数：

SD3=σD318.064==1.8>1.125

ρdgD3×10-31.286×9.8×800×10-3

满足抗挤要求。 4.双向应力校核

Wcd1+Wcd2+Wcd3σDc=σD(1.03-0.74)Fg100.7+51.48+137.29=18.064×(1.03-0.74×)

716.2=13.2(MPa) 12

东北石油大学本科生课程设计 σDc13.2SD===3.49>1.125

ρdgD4×10-31.286×9.8×300×10-35.第四段管体抗拉安全系数校核。

Wcd4=KBq4L4×10-3=0.84×204.3×300×10-3=51.48(KN)

第四段管体抗拉安全系数：

St4=

σT4840.7==2.47>1.8

Wcd1+Wcd2+Wcd3+Wcd4100.7+51.48+188.77+51.486.油层套管抗内压校核

σ=ρpgDSi×10-3=1.25×9.8×1930×1.1×10-3=26.01MPa<29.441MPa 满足抗内压要求。

3.2.5 油层套管设计结果

表3-4 油层套管设计参数

井号 SJ0067 SJ0067 SJ0067 SJ0067 套管 类型 常规 常规 常规 常规 井段 （m） 0-300 300-1100 1100-1400 1400-1930 钢级 J-55 H-40 J-55 J-55 外径 （m） 139.7 139.7 139.7 139.7 壁厚 （mm） 6.2 6.2 6.2 6.99 长度 （m） 300 800 300 530 抗拉安全系数 2.47 2.0 3.79 8.35 抗挤安全系数 1.8 1.3 1.22 1.15

3.3中间套管柱设计

3.3.1 按抗外挤强度设计由下向上选择第一段套管

由公式3-1可知最大外挤压力为

pco1=ρdgD1×10-3=1.258×9.8×1800×10-3=22.19(MPa)

13

东北石油大学本科生课程设计 σD≥pco1?SD=22.19×1.125=24.96(MPa)

查《钻井工艺手册上》表3-8选择第一段套管

表3-5 第一段套管钢级选择 钢级 外径 壁厚 （mm） (mm) 内径 （mm） 均重 (N/m) 抗拉强度 (kN) 抗挤强度 （MPa） 接头拉伸度（KN） 3669.8 抗内压强度 （MPa） 43.644 N-80 244.5 11.05 222.4 634.8 4470.5 26.269 实际抗挤安全系数

SD=σD126.269==1.18>1.125 Pco122.193.2.2 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《钻井工艺手册上》表3-8选择第二段套管

表3-6 第二段套管钢级选择

钢级 外径 壁厚 （mm） (mm) 内径 （mm） 均重 (N/m) 抗拉强度 (kN) 抗挤强度 （MPa） 接头拉伸度（KN） 3278.3 抗内压强度 （MPa） 39.645 N-80 255.5 10.03 224.4 583.8 4074.6 21.305 σD221.305×103第二段套管下入深度为D2===1536m，实际取

ρdgSD×10-31.258×9.8×1.1251500m，则第一段套管使用长度为L1=D1-D2=1800-1400=300m。套管每根按10m计算，则此段需要30根套管柱，需要30个扶正器。

3. 第一段套管抗拉安全系数校核、第二段套管抗挤安全系数校核 浮力系数 ：KB=0.84

Wcd1=KBq1L1×10-3=0.84×638.4×300×10-3=159.97(KN)

抗拉安全系数为：

St1=抗拉满足要求。

第二段抗挤安全系数

σT13669.8==22.9>1.8 Wcd1159.97 14

东北石油大学本科生课程设计 SD2σD221.305 =-3=-3=1.15>1.125ρdgD2×101.258×9.8×1500×10满足抗挤要求。

3.双向应力校核

σDcWcd1159.97=σD(1.03-0.74)=21.305×(1.03-0.74×)=21.33(MPa)

Fg4074.6SD=σDc21.33=-3-3=1.15>1.125 ρdgD2×101.258×9.8×1500×103.2.3 确定第三段套管的下入深度和第二段套管的使用长度

1. 查《钻井工艺手册》表3-8选择第二段套管

表3-7 第三段套管钢级选择

钢级 外径 壁厚 （mm） (mm) 内径 （mm） 均重 (N/m) 抗拉强度 (kN) 抗挤强度 （MPa） 接头抗拉强度（KN） 2495.5 抗内压强度 （MPa） 27.234 J-55 244.5 10.03 224.4 583.8 2802.4 17.72 第三段套管下入深度为D3=σD317.72==1278m，实

ρdgSD×10-31.258×9.8×1.125×10-3际取1200m，则第二段套管使用长度为L2=D2-D3=1500-1200=300m。套管每根按10m计算，则此段需要30根套管柱，需要30个扶正器。 3. 第二段套管抗拉安全系数校核、第三段套管抗挤安全系数校核。

Wcd2=KBq2L2×10-3=0.84×583.8×300×10-3=147.11(KN)

第二段套管抗拉安全系数：

σT23278.3St2===10.7>1.8

Wcd1+Wcd2159.97+147.11满足抗拉要求。

第三段抗挤安全系数：

SD3σD317.22 ==-3-3=1.2>1.125ρdgD3×101.258×9.8×1200×10

满足抗挤要求。

3.双向应力校核

15

东北石油大学本科生课程设计 Wcd1+Wcd2σDc=σD(1.03-0.74)Fg159.97+147.11=17.72×(1.03-0.74×)=16.81(MPa)2802.4

σDc16.81SD===1.14>1.125

ρdgD3×10-31.258×9.8×1200×10-3

3.2.4 确定第四段套管的下入深度和第三段套管的使用长度

1. 查《钻井工艺手册》表3-8

表3-8 第四段套管钢级选择

钢级 外径 壁厚 （mm） (mm) 内径 （mm） 均重 (N/m) 抗拉强度 (kN) 抗挤强度 （MPa） 接头抗拉强度（KN） 2015 抗内压强度 （MPa） 24.27 J-55 244.5 8.94 226.6 525.4 2508.8 13.927 第四段套管下入深度为D4=σD413.927=m，实-3-3=1004ρdgSD×101.258×9.8×1.125×10际取800m，则第三段套管使用长度为L3=D3 –D4=1200-800=400m，套管每根按

10m计算，则此段需要40根套管柱，需要40个扶正器。

2. 第三段套管抗拉安全系数校核、第四段套管抗挤安全系数校核

Wcd3=KBq3L3×10-3=0.84×583.8×400×10-3=196.2(KN)

第三段套管抗拉安全系数：

σT32495.5St3===4.96>1.8Wcd1+Wcd2+Wcd3159.97+147.11+196.2满足抗拉要求。

第四段抗挤安全系数：

SD4=σD413.927==1.4>1.125

ρdgD4×10-31.258×9.8×800×10-3

满足抗挤要求。

16

东北石油大学本科生课程设计 3.双向应力校核：

Wcd1+Wcd2+Wcd3σDc=σD(1.03-0.74)Fg159.97+147.11+196.2=13.927×(1.03-0.74×)

2508.8=12.28(MPa)σDc12.28SD=-3=-3=1.25>1.125 ρdgD4×101.258×9.8×800×103.2.5确定第四段的使用长度

1.设计到井口，则第四段使用长度L4=D1-L1-L2-L3=1800-300-300-400=800m，即取

800m。套管每根按10m计算，则此段需要80根套管柱，需要80个扶正器。 2. 第四段套管抗拉安全系数校核。

Wcd4=KBq4L4×10-3=0.84×525.4×800×10-3=353.1(KN)

第四段管体抗拉安全系数：

St4=σT42015==2.35>1.8

Wcd1+Wcd2+Wcd3+Wcd4159.97+147.11+196.2+353.1满足抗拉要求。 3.中间套管抗内压校核。

σ=ρpgDSi×10-3=1.222×9.8×1800×1.1×10-3=23.7MPa<24.27MPa 满足抗压要求。

3.3.6 中间套管设计结果

表3—9 中间套管设计参数

井号 SJ0067 SJ0067 SJ0067 套管 类型 常规 常规 常规 井段 （m） 0-800 800-1200 1200-1500 钢级 J-55 J-55 N-80 外径 （m） 244.5 244.5 244.5 壁厚 （mm） 8.94 10.03 10.03 长度 （m） 800 400 300 抗拉安全系数 2.35 4.96 10.7 抗挤安全系数 1.4 1.2 1.15 17

东北石油大学本科生课程设计 SJ0067 常规 1500-1930 N-80 244.5 11.05 300 22.9 1.18 3.4表层套管柱设计

3.4.1按抗外挤强度设计由下向上选择第一段套管

由公式3-1可知最大外挤压力为

pco1=ρdgD1×10-3=1.006×9.8×500×10-3=4.93(MPa)

σD≥pco1?SD=4.93×1.125=5.55(MPa)

查《钻井工艺手册》表3-8选择第一段套管

表3-10 第一段套管钢级选 钢级 外径 壁厚 （mm） (mm) 内径 （mm） 均重 (N/m) 抗拉强度 (kN) 抗挤强度 （MPa） 接头抗拉强度（KN） 2286.4 抗内压强度 （MPa） 18.823 J-55 339.7 9.65 320.4 795.4 3794.3 7.791 实际抗挤安全系数

SD=σD17.791==1.58>1.125 Pco14.93假设设计到井口，套管每根按10m计算，则此段需要50根套管柱，需要50个扶正器。浮力系数 ：KB=0.87

Wcd1=KBq1L1×10-3=0.87×795.4×500×10-3=345.99(KN)

抗拉安全系数为：

σT12286.4St1===6.6>1.8

Wcd1345.99抗拉满足要求。

表层套管抗内压校核：

σ=ρpgDSi×10-3=0.97×9.8×500×1.1×10-3=5.23MPa<18.823MPa 满足抗内压要求。

18

东北石油大学本科生课程设计 3.4.2 表层套管设计结果

表3—11 表层套管设计参数

井号 SJ0067 套管 类型 常规 井段 （m） 0-500 钢级 J-55 外径 （m） 339.7 壁厚 （mm） 9.65 长度 （m） 500 抗拉安全系数 6.6 抗挤安全系数 1.58 3.5 套管柱设计结果

表3-12 套管柱设计参数表

井号 SJ0067 SJ0067 SJ0067 SJ0067 SJ0067 SJ0067 SJ0067 SJ0067 SJ0067 SJ0067

套管 类型 常规 常规 常规 常规 常规 常规 常规 常规 常规 常规 套管 层位 导管 表层 中间 中间 中间 中间 油层 油层 油层 油层 井段 （m） 30 0-500 0-800 800-1200 1200-1500 1500-1800 0--300 300-1100 1100-1400 1400-1930 钢级 H-40 J-55 J-55 J-55 N-80 N-80 J-55 H-40 J-55 J-55 外径 （m） 508 339.7 244.5 244.5 244.5 244.5 139.7 139.7 139.7 139.7 壁厚 （mm） 11.13 9.65 8.94 10.03 10.03 11.05 6.2 6.2 6.2 6.99 长度 （m） 30 500 800 400 300 300 300 800 300 530

19

东北石油大学本科生课程设计 第4章 钻柱设计

4.1 钻柱设计原理

4.1.1 所需钻铤长度的计算公式

LSNWmaxc?q cKBcos?式中：Lc为所需钻铤长度，m；

SN为安全系数，一般取SN=1.15-1.25；

Wmax为设计的最大钻压，kN； qc为每米钻铤在空气中的重力，kNm; KB为浮力系数；

?为井斜角度数，直井时??0；

4.1.2计算钻柱所受拉力的公式

钻柱所受拉力为

F??Lcqc?Lpqp?KB 式中：F为钻柱所受拉力，kN；

Lc为钻铤长度，m；

qc为每米钻铤在空气中的重力，kNm；

Lp为钻杆长度，m；

qp为每米钻杆在空气中的重力，kNm；

4.2 钻柱的设计

4.2.1 一次开钻钻柱组合

0-500m井段

20

4-1）4-2） （

（

东北石油大学本科生课程设计 1. 钻铤长度的确定

由最小钻铤外径=2倍套管接箍外径-钻头直径，查《钻井手册工具》选择钻铤, 螺纹形式 外径（mm） 内径(mm) 长度（m） 名义重量（kg/m） 58REG 8279.4 76.2 9.15 445.5 此时KB=1-ρd0.97=1-=0.876，最大钻压Wmax?5t，SN=1.15

ρs7.8SNWmax1.15×5×1000则钻铤长度为Lc===14.73m，所用根数为

qcKB0.876×445.514.73n==1.61（根）

9.15从而实际用2根钻铤，钻铤实际长度为Lc=9.15×2=18.3m。 2. 钻杆长度计算及安全校核

钻杆长度Lp=D1-9.15×n-0.5=500-9.15×2-0.5=481.2m, 考虑到5m的钻井口袋，钻

486.2=48.62(根)，实际取48根，放入6.2m。 杆总长为486.2m，根数n=10查《钻井工具手册》旧，一级选择钻杆 钢级 外径（mm） 内径(mm) 长度（m） 名义重量抗拉强度（kg/m） (KN) G 127 108.6 10 29.20 1940 安全系数为St=1.18。 计算最大安全静拉载荷为： a、安全系数法Fa1=0.9FySt=0.9×1940=1479.66KN

1.18b、设计系数法：

σyσt=1.42

0.9Fy0.9×1940Fa2===1229.58(KN)σ1.42y σt c 、拉力余量法：取拉力余量MOP=250KN

Fa3=0.9Fy-MOP N=0.9×194-0250=1496(K比较三种安全校核知设计系数法计算的值最小，作为抗拉安全强度

Fa=Fa2=1229.58(KN)。 则钻杆许用长度为

FaLp=KB-qcLc=qp1229.58-3-445.5×18.3×9.8×100.876

29.20×9.8×10-3 21

东北石油大学本科生课程设计 =4619m>500m 满足。

4.2.2 二次开钻钻具组合

500-1800m井段 1. 钻铤长度的确定

由最小钻铤外径=2倍套管接箍外径-钻头直径，查《钻井工具手册》选择钻铤 螺纹形式 外径（mm） 内径(mm) 长度（m） 名义重量（kg/m） 57REG 8241.3 76.2 9.15 321.8 此时KB=1-ρd1.222=1-=0.843，最大钻压Wmax=15t，SN=1.15

ρs7.8SNWmax1.15×15×1000则钻铤长度为Lc===63.59m

qcKB0.843×321.8所用根数为

63.59n==6.95（根）

9.15从而实际用7根钻铤，钻铤实长际度为Lc=9.15×7=64.05m。 2. 钻杆长度计算及安全校核

钻杆长度Lp=D2-9.15×n-0.5=1800-9.15×7-0.5=1735.45 m, 考虑到5m的钻井口袋,

1740.45=174.45(根)，实际取174根,方入0.45m。钻杆总长1740.45m，根数n= 10查《钻井工具手册》旧，一级选择钻杆 钢级 外径（mm） 内径(mm) 长度（m） 名义重量抗拉强度（kg/m） (KN) G 127 108.6 10 29.20 1940 安全系数为St=1.18。 计算最大安全静拉载荷为： a、安全系数法Fa1=0.9FySt=0.9×1940=1479.66KN

1.18b、设计系数法：

σyσt=1.42

0.9Fy0.9×1940Fa2===1229.58(KN)σ1.42y σt c 、拉力余量法：取拉力余量MOP=250KN

Fa3=0.9Fy-MOP N=0.9×194-0250=1496(K

22

东北石油大学本科生课程设计 比较三种安全校核知设计系数法计算的值最小，作为抗拉安全强度Fa=Fa2=1229.58(KN)。 则钻杆许用长度为

FaLp=KB-qcLc=qp1229.58-3-321.8×64.05×9.8×100.843

29.20×9.8×10-3 =4391m>1800m 满足。

4.2.3 三次开钻钻具组合

1. 钻铤长度的确定

由最小钻铤外径=2倍套管接箍外径-钻头直径，查《钻井工具手册》选择钻铤 螺纹形式 外径（mm） 内径(mm) 长度（m） 名义重量（kg/m） NC35-47 120.7 50.8 9.15 79 ρd1.25此时KB=1-=1-=0.84，最大钻压Wmax=18t，SN=1.15

ρs7.8则钻铤长度为Lc=n=SNWmax1.15×18×1000==312m，所用根数为 qcKB0.84×79312=34.1（根） 9.15从而实际用35根钻铤，钻铤实际长度为Lc=9.15×35=320.25m。 2. 钻杆长度计算及安全校核

钻杆长度Lp=D-9.15×n-0.5=1930-9.15×35-0.5=1609.25 m,考虑到5m钻井口袋,钻

杆总长1614.25m,根数n=1614.25=161.425(根)，实际取161根，方入4.25m。 10查《钻井工具手册》旧，一级选择钻杆 钢级 外径（mm） 内径(mm) 长度（m） 名义重量（kg/m） G 127 108.6 10 29.20 安全系数为St=1.18。 计算最大安全静拉载荷为： a、安全系数法Fa1=抗拉强度(KN) 1940 0.9FySt=0.9×1940=1479.66KN

1.18b、设计系数法：

σyσt=1.42

23

东北石油大学本科生课程设计 0.9Fy0.9×1940Fa2===1229.58(KN)σ1.42y σt c 、拉力余量法：取拉力余量MOP=250KN

Fa3=0.9Fy-MOP N=0.9×194-0250=1496(K比较三种安全校核知设计系数法计算的值最小，作为抗拉安全强度

Fa=Fa2=1229.58(KN)。 则钻杆许用长度为

FaLp=KB-qcLc=qp1229.58-3-79×320.25×9.8×100.84

29.20×9.8×10-3 =4039m>1930m 满足。

4.3 钻柱设计结果

表4—1 钻柱设计结果

项目 井段 （m） 0-500 500-1800 1800-1930 钻头尺寸（mm） 444.5 311.1 200 钻铤外径（mm） 279.4 241.3 120.7 钻铤长度 钻杆外径（m） （mm） 18.3 64.05 320.25 127 127 127 钻杆长度（mm） 486.12 1740.45 1614.25 一开 二开 三开

24

东北石油大学本科生课程设计 第5章 钻井水力参数的设计

5.1 钻井水力参数的计算公式

5.1.1 确定最小排量

Va?0.6m/s

Qπ22a?40?dh?dp?va 式中：Va为最低环空返速，m/s；

dh,dp分别为井径和钻柱外径，cm； Qa为携岩屑的最小排量，L/s。

5.1.2 获得最大钻头水功率时临界井深计算公式

1. 第一临界井深

Dcr1?0.357prmQ1.8?n rm式中：p为泵的额定压力，MPa； Q为额定排量，Ls； n和m为相关系数。

2. 第二临界井深

Dcr2?0.357prmQ1.8?n am式中：Qa为使岩屑上返的最小泵排量，Ls；

5.1.3 有关压耗系数计算公式

K0.80.21L2g?0.516?5d5??Lpv?4.8?d4?L3L4??d.81d?4d.8? 4.8234?

? K0.80.2B0.57503?p??d?pvLp??4.8?31.8? ?dpi?dh?dp??dp?dh???25

5-1）

5-2）5-3）5-4）5-5） （ （ （ （

（ 东北石油大学本科生课程设计 ?B?0.57503? （5-6）? Kc???L? 31.8d??dh?dc??dc?dh????0.8d0.2pvc4.8ci m???0.80.2dpv4.8pi??B0.57503?? （5-7） ?31.8?d??dh?dp??dp?dh??? n?K L （5-8）g?Kc?m c式中：?d为钻井液密度,gcm3；

?pv为钻井液塑性粘度,Pa?s；

L1、L、L、L4d1、d2、d3、d423和分别为地面高压管线、立管、水龙带、方

L为钻杆总长度,m；

钻杆的长度和内径，长度单位为m，内径单位为cm。

B为常数，内平钻杆取B； ?0.51655

dp为钻杆内径,cm；

d为钻杆外径,cm；

dh为井径,cm； 为钻铤长度，m； Lc d为钻铤外径,cm； dc为钻铤内径,cm；

5.2 水力参数计算

5.2.1 一开水力参数设计

3 查得的已知参数：ρd=1.006g/cm，μpv=0.018Pa?s，B?0.51655，dpi=10.86cm，

dp?12.7cm，dc=27.94cm，dci=7.62cm，dh?44.45cm，Lc=18.3m，

C?0.98，L1=30m，L2=13.7m,L3=16.8m,L4=12.2m d1=10.16cm,

d2=10.16cm, d3=7.62cm. d4=8.26cm

1. 确定最小排量、最大允许排量及选泵：

26

东北石油大学本科生课程设计 已知 环空最小返速va?0.6m/s,最大返速vmax?1.2m/s。 最小排量：Qmin 最大排量：Qmax

选择缸套直径为??180mm的型号为SL3NB—1300A的钻进泵两台并联使用，因此额定排量为Qr=2×46.54=93.08L/s，额定泵压为pr?19MPa。 2 . 有关参数计算 由公式（5-4）可知

ππ22=(dh-dp)vmin=(44.452-12.72)×0.6=85.2(L/s) 4040ππ22=(dh-dp)vmax=(44.452-12.72)×1.2=170.4(L/s) 4040L3L1L2L4Kg=0.51655ρμ(4.8+4.8+4.8+4.8)

d1d2d2d20.8d0.2pv=0.51655×1.006=0.49×10-3

0.83013.716.812.2×0.018(+++)

10.164.810.164.87.624.88.264.80.2

由公式（5-6）可知

?B?0.57503? Kc???Lc?4.8?31.8d??dh?dc??dc?dh???ci?0.8d0.2pv =1.006×0.018=2.485×10-4

0.80.2×18.3[0.516550.57503+7.624.8(44.45-27.94)3(44.45+27.94)1.8]

由公式（5-7）可知

m???0.8d0.2pv??B0.57503?? ?31.84.8?dpi?dh?dp??dp?dh????=1.0060.8×0.0180.2[=2.486×10-6

由公式（5-8）可知

n?Kg?Kc?mLc

0.516550.57503+10.864.8(44.45-12.7)3(44.45+12.7)1.8]

10+2.485×10-2.486×10×18.3 =6.93×10 =0.49×-3-4-6-4

27

东北石油大学本科生课程设计 第一临界井深： Dcr1?0.357prn? mQr1.8m0.357×196.93×10-4 = -2.486×10-6×93.081.82.486×10-6 =501m 第二临界井深： Dcr2?0.357prn? 1.8mQam0.357×196.93×10-4- =

2.486×10-6×85.21.82.486×10-6 =636m

0-500m井段在第一临界井深之外，因此，Qop?Qr?93.08(L/s)。 钻头压降

Δpb=0.643×pr =0.643×19

=12.217（MPa）

钻头水功率

P93.08=1137.16KW b??pbQop=12.217×比水功率

Ps??Pb2dh =

4

喷嘴当量直径： dne?41137.16=0.73 KW/cm2

3.14×44.452420.081?dQopC2?pb0.081×1.006×93.0821)4 =2.79（cm） =(20.98×12.217若安装三个等径喷嘴，则每个喷嘴直径： dn?dne3=

2.793=1.61(cm)

5.2.2 二开水力参数设计

3查得已知参数：ρd=1.258g/cm，μpv=0.0273Pa?s，B?0.51655，dpi=10.86cm，

28

东北石油大学本科生课程设计 dc=24.13cm，dci=7.62cm，dh=31.11cm，Lc=64.05m，dp?12.7cm，

C?0.98，L1=30m，L2=13.7m,L3=16.8m,L4=12.2m d1=10.16cm,

1. 确定最小排量、最大允许排量及选泵：

d2=10.16cm, d3=7.62cm. d4=8.26cm

已知 环空最小返速va?0.6m/s,最大返速vmax?1.2m/s。 最小排量：Qmin= 最大排量：Qmax

选择缸套直径为φ=170mm的型号为SL3NB—1300A的钻进泵两台并联使用，因此额定排量为Qr=36×2=72.0(L/s)，额定泵压为pr=21MPa。 2 . 有关参数计算 由公式（5-4）可知

0.80.2Kg=0.51655ρdμpv(ππ22(dh-dp)vmin=(31.112-12.72)×0.6=37.9(L/s) 4040ππ22=(dh-dp)vmax=(31.112-12.72)×1.2=75.8 (L/s) 4040L3L1L2L4+++4.84.84.8) d14.8d2d2d23013.716.812.2+++) =0.51655×1.2580.8×0.02730.2(10.164.810.164.87.624.88.264.8=0.637×10-3

由公式（5-6）可知

?B?0.575030.80.2? Kc??d?pvLc?4.8?31.8d??dh?dc??dc?dh???ci? =1.2580.8×0.02730.2×64.05[=1.179×10-3

0.516550.57503+7.624.8(31.11-24.13)3(31.11+24.13)1.8]

由公式（5-7）可知

m???0.8d0.2pv??B0.57503?? ?31.84.8?dpi?dh?dp??dp?dh???? =1.2580.8×0.02730.2[0.516550.57503+10.864.8(31.11-12.7)3(31.11+12.7)1.8]=3.285×10-6

29

东北石油大学本科生课程设计 由公式（5-8）可知

n?Kg?Kc?mLc

10-3+1.179×10-3-3.285×10-6×64.05 =0.637× =1.61×10-3

第一临界井深： Dcr1?0.357prn? mQr1.8m0.357×211.61×10-3 = -3.285×10-6×721.83.285×10-6 =545m 第二临界井深： Dcr2?0.357prn? 1.8mQam0.357×211.61×10-3- =

3.285×10-6×37.91.83.285×10-6 =4362m

(1)、500-545m.井段，在第一临界井深之外，因此Qcp=Qr=72(L/s)。

钻头压降

Δpb=0.643×pr =0.643×21

=13.503（MPa）

钻头水功率

P72=972.2KW b??pbQop=13.503×比水功率

Ps??Pb2dh =

4

喷嘴当量直径： dne?4972.2=1.28 KW/cm2

3.14×31.112420.081?dQopC2?pb0.081×1.006×7221)4 =2.53（cm） =(20.98×13.503若安装三个等径喷嘴，则每个喷嘴直径：

30

东北石油大学本科生课程设计 dn?dne3=

2.533=1.46(cm)

（2）当调整Qcp=2×33.21=66.42 L/s时， 所对应的井深 Dw2?0.357prn? 1.8mQopm0.357×211.61×10-3 = -3.285×10-6×66.421.83.285×10-6 =607m

钻头压降

Δpb=0.643×pr =0.643×21

=13.503（MPa）

钻头水功率

P66.42=896.9KW b??pbQop=13.503×比水功率

Ps??Pb2dh =

4

喷嘴当量直径： dne?4896.9=1.18 KW/cm2

3.14×31.112420.081?dQopC2?pb0.081×1.006×66.4221)4 =2.29（cm） =(20.98×13.503若安装三个等径喷嘴，则每个喷嘴直径： dn?

（3）当调整Qcp=2×30.44=60.88 L/s时， 所对应的井深

Dw3=

dne3=

2.293=1.32(cm)

0.357Prn-

mQcp1.8m0.357×211.61×10-3- =

3.285×10-6×60.881.83.285×10-6 =910m

31

东北石油大学本科生课程设计 钻头压降

Δpb=0.643×pr =0.643×21

=13.503（MPa）

钻头水功率

P60.88=822.1KW b??pbQop=13.503×比水功率

822.12 P = KW/cm ?=1.08s3.14?2dh×31.11244Pb

喷嘴当量直径： dne?420.081?dQopC2?pb0.081×1.006×60.8821)4 =2.20（cm） =(20.98×13.503若安装三个等径喷嘴，则每个喷嘴直径： dn?dne3=

2.203=1.27(cm)

（4）当调整Qcp=2×27.68=55.36 L/s时， 所对应的井深

0.357PrnDw4=-

mQcp1.8m0.357×211.61×10-3- =

3.285×10-6×55.361.83.285×10-6 =1172m

钻头压降

Δpb=0.643×pr =0.643×21

=13.503（MPa）

钻头水功率

P55.36=747.5KW b??pbQop=13.503×比水功率

Ps??Pb2dh =

4747.5=0.98 KW/cm2

3.14×31.112432

东北石油大学本科生课程设计 喷嘴当量直径： dne?420.081?dQopC2?pb0.081×1.032×55.3621 =()4 =1.08（cm） 20.98×13.503若安装三个等径喷嘴，则每个喷嘴直径： dn?dne3=

1.083=0.62(cm)

(5)更换缸套直径，选择缸套直径为φ=160mm的型号为SL3NB—1300A的钻进泵两

台并联使用，因此额定排量为Qr=26.97×2=53.94 (L/s)，额定泵压为pr=24MPa。第一临界井深：

Dcr1?0.357prn? 1.8mQrm0.357×241.61×10-3- =

3.285×10-6×53.941.83.285×10-6 =1500m 第二临界井深： Dcr2?0.357prn? 1.8mQam0.357×241.61×10-3- =

3.285×10-6×37.91.83.285×10-6 =3267m

a、1172-1500井段，在第一临界井深之外，因此Qcp=Qr=53.94(L/s)。 钻头压降

Δpb=0.643×pr =0.643×24

=15.432（MPa）

钻头水功率

P53.94=832.4 (KW) b??pbQop=15.432×比水功率

Ps??Pb2dh =

4

喷嘴当量直径：

832.4=1.1 (KW/cm2)

3.14×31.112433

东北石油大学本科生课程设计 dne?420.081?dQopC2?pb0.081×1.258×53.9421 =()4 =2.11（cm） 20.98×15.432若安装三个等径喷嘴，则每个喷嘴直径： dn?

b、当调整Qcp=2×24.52=49.04 L/s时， 所对应的井深

Dw5=

dne3=

2.113=1.22(cm)

0.357Prn-

mQcp1.8m0.357×241.61×10-3 =-61.8--6 3.285×10×49.043.285×10 =1872m 已超过中间套管井段

钻头压降

Δpb=0.643×pr =0.643×24

=15.432（MPa）

钻头水功率

P49.04=756.8KW b??pbQop=15.432×比水功率

Ps??Pb2dh =

4 喷嘴当量直径： dne?4756.8=0.996 KW/cm2

3.14×31.112420.081?dQopC2?pb0.081×1.258×49.0421)4 =2.02（cm） =(20.98×15.432若安装三个等径喷嘴，则每个喷嘴直径： dn?dne3=

2.023=1.17(cm)

由于对二开进行钻进时用一种等径喷嘴直径，对上述的喷嘴进行求平均得

dne=(1.46+1.32+1.27+0.62+1.22+1.17)/6 =1.18cm

34

东北石油大学本科生课程设计 5.2.3 三开水力参数设计

3查得的已知参数：ρd=1.286g/cm，μpv=0.028Pa?s，B?0.51655，dpi=10.86cm，

dp?12.7cm，dc=12.07cm，dci=5.08cm，dh=20cm，Lc=320.25m，

C?0.98，L1=30m，L2=13.7m,L3=16.8m,L4=12.2m d1=10.16cm,

d2=10.16cm, d3=7.62cm. d4=8.26cm

1. 确定最小排量、最大允许排量及选泵：

已知 环空最小返速va?0.6m/s,最大返速vmax?1.2m/s。 最小排量：Qmin= 最大排量：Qmax

选择缸套直径为φ=140mm的型号为SL3NB—1300A的钻进泵一台，额定排量为Qr=20.65L/s，额定泵压为pr=31MPa。 2 . 有关参数计算 由公式（5-4）可知

0.80.2Kg=0.51655ρdμpv(ππ22(dh-dp)vmin=(202-12.72)×0.6=11.22(L/s) 4040ππ22=(dh-dp)vmax=(202-12.72)×1.2=22.44(L/s) 4040L3L1L2L4+++4.84.84.8) d14.8d2d2d23013.716.812.2×0.0280.2(+++)

10.164.810.164.87.624.88.264.8

=0.51655×1.2860.8=0.65×10-3 由公式（5-6）可知

?B?0.575030.80.2?? K???L? cdpvc31.84.8d??dh?dc??dc?dh???ci?

=1.2860.8×0.0280.2×320.25[=0.0336

0.516550.57503+5.084.8(20-12.07)3(20+12.07)1.8]

由公式（5-7）可知

35

东北石油大学本科生课程设计 m???0.8d0.2pv??0.57503?B?? 31.84.8?dpi?dh?dp??dp?dh????=1.2860.8×0.0280.2[0.516550.57503+4.831.8]

10.86(20-12.7)(20+12.7)=4.96×10-6

由公式（5-8）可知

n?Kg?Kc?mLc

=0.65×10-3+0.0336-4.96×10-6×320.25 =0.0327

第一临界井深： Dprncr1?0.357mQ1.8?m r =0.357×313.27×10-24.96×10-6×20.651.8-4.96×10-6

=2995m 第二临界井深： Dprcr2?0.357mQ1.8?n am =0.357×314.96×10-6×11.221.8-3.27×10-24.96×10-6

=22452m

1800-1930井段在第一临界井深之外，因此Qcp=Qr=20.65L/s，钻头压降

Δpb=0.643×pr =0.643×31

=19.933（MPa）

钻头水功率

Pb??pbQop=19.933×20.65=411.62KW 比水功率

Ps?Pb? =

411.62.14=1,31 KW/cm23

4d2h4×20236

。 东北石油大学本科生课程设计

喷嘴当量直径： dne?420.081?dQopC2?pb0.081×1.286×20.6521 =()4 =1.23（cm） 20.98×19.933若安装三个等径喷嘴，则每个喷嘴直径： dn?dne3=

1.233=0.71(cm)

5.3 泵的设计结果

表5-1 泵的设计参数表

井段 （m） 0-500 500-545 545-607 607-910 910-1172 1172-1500 1500-1800 1800-1930 钢套直最大工泵 柴油机转额定排量径作压力（冲/分） 速（rpm） （L/s） （mm） （MPa） 180 170 170 170 170 160 160 140 19 21 21 21 21 24 24 31 120 104 96 88 80 88 80 88 1500 1300 1200 1100 1000 1100 1000 1100 93.08 72 66.42 60.88 55.36 53.94 49.04 20.65 泵型 2台SL3NB-1300A 2台SL3NB-1300A 2台SL3NB-1300A 2台SL3NB-1300A 2台SL3NB-1300A 2台SL3NB-1300A 2台SL3NB-1300A 1台SL3NB-1300A 表5-2 钻头水力参数设计表 井段 （m） 0-500 500-545 545-607 607-910 910-1172 1172-1500 钻头压降 （MPa） 12.217 13.503 13.503 13.503 13.503 15.432 钻头水功率（KW） 1137.16 972.2 896.9 822.1 747.5 832.4 37

比水功率喷嘴当量（KW/cm2） 直径（cm） 0.73 1.28 1.18 1.08 0.98 1.1 2.79 2.53 2.29 2.2 1.08 2.11 喷嘴直径（cm） 1.61 1.46 1.32 1.27 0.62 1.22

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