【文章內(nèi)容簡介】 選取鐵鉻鹽鉆井液的流變性能。圖3122鐵鉻鹽鉆井液的流變性能的關(guān)系二、設(shè) 計 實(shí) 例 （一）、實(shí)例井的基本情況江漢油田沔陽凹陷某井的地質(zhì)剖面見表3121表3121 地質(zhì)預(yù)告剖面層 位底深，m厚度，m巖性簡述故障提示平原組120120中上部泥砂夾粘土，下部礫石層夾粘土松散 廣華寺組380260粘土巖、疏松砂巖夾礫石層防塌、防漏荊河鎮(zhèn)組880500泥巖夾砂巖防塌潛江組1450570泥巖、含膏泥巖防垮新溝嘴組上1850400泥巖、泥膏巖不等互層防斜卡新溝嘴組下大膏層187020泥膏巖夾薄層泥巖防卡防斜Ⅰ油組190060泥巖、膏質(zhì)泥巖、砂巖1930Ⅱ油組2060130泥巖、膏質(zhì)泥巖夾砂巖泥隔組209030泥巖Ⅲ油組2210120泥巖、膏質(zhì)泥巖夾薄層砂巖沙市組2320110泥巖、膏質(zhì)泥巖夾薄層砂巖防卡根據(jù)地質(zhì)預(yù)告剖面和鄰井鉆井實(shí)踐，該井有大段的膏鹽層和純鹽層。在鉆進(jìn)過程中，上部泥巖大量造漿，致使鉆井液密度高，粘土含量高。當(dāng)鉆遇可溶性鹽層溶解，可能會使鉆井液性能惡化，流動性變差，以及鹽層井徑變大，鉆至深部引起鹽類重結(jié)晶，給鉆井液維護(hù)處理，處理井下事故，以及正常鉆井帶來許多困難。（二）、鉆井液體系的選擇江漢油田經(jīng)過多年實(shí)踐，形成了鉆膏鹽地層的鉆井液體系，即用PHP—80A—51—HPAN—鉀鹽或PHP—NaK—鉀鹽體系控制上部地層的造漿和垮塌，進(jìn)鹽層前50～80m加鹽至預(yù)飽和，鉆井時補(bǔ)充加鹽，控制鹽層溶解，保持含鹽井段井壁穩(wěn)定，井徑規(guī)則；使用NTA抑制鉆井液中鹽類重結(jié)晶，解決重結(jié)晶的阻卡、卡鉆等問題。（三）、鉆井液性能的確定1．鉆井液密度根據(jù)鄰井的地層壓力剖面。由于在鉆井過程中要保證鉆井液性能滿足鉆井工藝要求，控制鉆井液密度低比較困難。根據(jù)鄰井鉆井液的使用情況。2．鉆井液粘度本井上部平原組地層因流砂層及礫石層膠結(jié)疏松易漏、易垮，因此，粘度應(yīng)大些，其余地層粘度可以小些。但隨著井深的增大，易出現(xiàn)流砂和易垮、易漏地層，因此在粘度較小的基礎(chǔ)上逐漸增加粘度。3．濾失量和泥餅厚度本井平原組上部和廣華寺組地層，均屬水敏性泥巖，易產(chǎn)生吸水澎脹。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，鉆井液性能濾失量應(yīng)控制在10ml以內(nèi)較合適。在廣華寺組地層以下的膏鹽層中鉆進(jìn)，為防止出現(xiàn)復(fù)雜情況，更應(yīng)控制濾失量。根據(jù)鄰井經(jīng)驗(yàn)應(yīng)控制在5ml以內(nèi)。根據(jù)濾失量的控制值，其泥餅厚度淺層在2mm以內(nèi)。4．含砂和固相含量本井使用的是低固相鉆井液，要求固相含量小于8%。根據(jù)鉆井液密度、固相含量，并考慮油田鉆井液使用的實(shí)際情況，設(shè)計的其他性能參數(shù)見表3122。表3122 本井各井段鉆井液性能設(shè)計地層底 界m鉆井液性能流變及固相密度g/cm3粘度S失水ml泥餅厚度mm切 力PH值含砂%塑粘PaS動切力Pa固相含量膨潤土含量%初，Pa終，Pa平原120760－－－——－－－廣華寺3806010210潛 江荊 江新溝上新溝下沙市組8801450185022102320～40～605008～1020～254～108%2（四）、鉆井液維護(hù)開始前，各井段主要處理劑日平均用量按照表3123配成膠液補(bǔ)充，井隊?wèi)?yīng)保證二級凈化使用率達(dá)到要求，效果好，并按需要清罐，保證低固相含量。表3123 各井段主要處理劑日均用量井段，m低粘CMS，kg高粘CMS，kgCMS，kgPHP，kg鉀鹽，kg0～150250100——－160～2320—100405600第三節(jié) 鉆柱與下部鉆具組合設(shè)計方鉆桿、鉆桿、鉆鋌及其他井下工具組成的管串稱為鉆柱。它是鉆井的重要工具與手段，在鉆井過程中，通過鉆柱把鉆頭和地面連接起來。隨著鉆井深度的增加和鉆井工藝的發(fā)展，對鉆柱性能的要求越來越高。由于鉆柱在井下工作的條件十分復(fù)雜與惡劣，它往往是鉆井工具與裝備的薄弱環(huán)節(jié)。鉆具事故是最常見的鉆井事故，并常導(dǎo)致井下復(fù)雜情況的發(fā)生，甚至造成井的報廢。下部鉆具組合是鉆柱的重要部分，它與井斜問題和鉆頭的工作狀況有著十分密切的關(guān)系，是影響井身質(zhì)量和鉆井速度的重要因素。所以，根據(jù)井下工作條件及工藝要求，合理地設(shè)計鉆柱與下部鉆具結(jié)合，對于預(yù)防鉆具事故，提高鉆頭工作指標(biāo)和有效地克服井斜問題，從而實(shí)現(xiàn)安全快速鉆井和完成各種井下作業(yè)具有十分重要的意義。一 、鉆柱與下部鉆具組合設(shè)計的內(nèi)容與所需資料（一）、鉆柱與下部鉆具組合設(shè)計的內(nèi)容SY/T 5333—1996《鉆井工程設(shè)計格式》規(guī)定，鉆柱與下部鉆具組合設(shè)計的內(nèi)容主要包括鉆柱組合設(shè)計與鉆柱強(qiáng)度校核兩部分。具體來說，主要包括以下內(nèi)容：1．鉆柱的設(shè)計與計算（1）鉆鋌柱的設(shè)計與計算；（2）桿柱的設(shè)計與計算。2．鉆柱的受力分析與強(qiáng)度校核（1）鉆井過程中各種應(yīng)力的計算；（2）危險斷面的校核。3．下部鉆具組合設(shè)計（1）鐘擺鉆具組合設(shè)計；（2）滿眼鉆具組合設(shè)計；（3）滿眼一鐘擺鉆具組合設(shè)計；（4）震擊器與減震器的安放設(shè)計。（二）、鉆柱與下部鉆具組合設(shè)計所需資料（1）組成鉆柱各工具的規(guī)范及特性參數(shù)（查閱相關(guān)手冊）；（2）井身結(jié)構(gòu)；（3）井眼的垂直剖面圖和水平投影圖；（4）設(shè)計地層分層及故障提示；（5）地層分層。二、鉆柱與下部鉆具組合設(shè)計的方法（一）、鉆柱的設(shè)計與計算鉆柱的主要組成有方鉆桿、鉆桿、鉆鋌及其他井下工具，這些工具的規(guī)范與特性請查閱《鉆井手冊（甲方）》或《海洋鉆井手冊》相關(guān)部分。作用于鉆柱上的力有拉力、壓力、彎曲力矩、扭矩等，但其中經(jīng)常作用且數(shù)值較大的力是拉力，因此，鉆柱設(shè)計一般以拉伸計算為主。1．鉆鋌柱的設(shè)計（1）鉆鋌尺寸的確定：鉆鋌尺寸決定著井眼的有效直徑。有效井眼直徑= （31）霍奇發(fā)展了這一結(jié)論，提出了允許最小鉆鋌外徑的計算式，即允許最小鉆鋌外徑=2倍套管接箍外徑 一 鉆頭直徑 （32）鉆鋌柱中最下一段鉆鋌（一般應(yīng)不少于一立柱）的外徑應(yīng)不小于這一允許最小外徑，才能保證套管的順利下入。采用光鉆鋌鉆井，這一結(jié)論是正確的。當(dāng)下部組合中采用穩(wěn)定器，可以采用稍小外徑的鉆鋌。鉆鋌中選用的最大外徑鉆鋌應(yīng)保證在打撈作業(yè)中能夠套銑。表3131是推薦的與各種鉆頭直徑對應(yīng)的鉆鋌尺寸的范圍。表3131 推薦的鉆鋌尺寸范圍*鉆 頭 直 徑mm（in）鉆 鋌 直 徑mm（in）（4 3/4）（3 1/8）～（3 1/2）（5 5/8）～（6）（4 1/8）～（4 3/4）（6 1/4）～（6 3/4）（4 3/4）～（5）（7 1/2）～（7 7/8）（5）～（6 1/4）（8 3/8）～（8 3/4）（6 1/4）～（6 3/4）（9 1/2）～（9 7/8）（7）～（8）（10 5/8）（7）～（8）（12 1/4）（9）～（10）（14 3/4）（9）～（10）（17 1/2）（9）～（11）（20）～（26）（10）～（11）*摘自SY/T 5172—1996《直井下部鉆具組合設(shè)計方法》。（7 1/2in）的井眼中，應(yīng)采用復(fù)合（塔式）鉆鋌結(jié)構(gòu)，但相鄰不同外徑兩段鉆鋌的外徑差不應(yīng)過大。合理控制鉆鋌柱中相鄰兩段不同規(guī)范（外徑、內(nèi)徑及材料等）鉆鋌的抗彎剛度EIZ的比值，可以避免在連接處以及最上一段鉆鋌與鉆桿連接處產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中與疲勞。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)。一般情況下。（2）鉆鋌長度的確定：鉆鋌長度取決于選定的鉆鋌尺寸與所需鉆鋌重量。按目前廣泛采用的浮力系數(shù)法，應(yīng)保證在最大鉆壓時鉆桿不承受壓縮載荷，所需鉆鋌重量由下式計算。所需鉆鋌重量= （33）～。在斜井條件下，應(yīng)按下式計算所需鉆鋌的重量m：m= （34）式中 m——所需鉆鋌的重量，kN；Wn——設(shè)計最大鉆壓，kN；Sf——安全系數(shù)Kf——鉆井液浮力系數(shù)；α——井斜角，度。根據(jù)鉆鋌的質(zhì)量并考慮鉆鋌尺寸選擇的有關(guān)因素，即可確定各段鉆鋌的長度和鉆鋌柱的總長度。在鉆大斜度定向井時，應(yīng)減少鉆鋌數(shù)量，代之以加重鉆桿。上述確定鉆鋌質(zhì)量及長度的方法來源于魯賓斯基關(guān)于“中和點(diǎn)”的論述，即中和點(diǎn)將鉆柱分為兩個部分，上段在鉆井液中的質(zhì)量等于大鉤載荷，下段鉆柱的質(zhì)量等于鉆壓，而設(shè)計鉆鋌長度時應(yīng)保證中和點(diǎn)始終處于鉆鋌柱上。2．鉆桿的設(shè)計不論起下鉆或正常鉆進(jìn)時，經(jīng)常作用于鉆桿且數(shù)值較大的力是拉力，所以鉆柱的設(shè)計主要考慮鉆柱自身質(zhì)量的拉伸載荷，并通過一定的設(shè)計系數(shù)來考慮起下鉆時的動載及其他力的作用。在一些特殊作業(yè)時也需要對鉆桿的抗擠及抗內(nèi)壓強(qiáng)度進(jìn)行計算。（1）鉆桿設(shè)計所必需的參數(shù)包括設(shè)計下入深度、井眼尺寸、鉆井液密度、抗拉安全系數(shù)、鉆鋌長度、外徑及鉆桿規(guī)范等級等。（2）最大允許靜拉載荷Pa的確定：Pa的確定有三種方法，由已知條件具體來確定，選擇其中最小的作為計算標(biāo)準(zhǔn)。 Pa1= Pa2=（35） Pa3=－拉力余量 Pa=min（Pa1，Pa2，Pa3）式中 Py——最小屈服強(qiáng)度下的抗拉負(fù)荷，kN。設(shè)計系數(shù)值可由卡瓦長度和鉆桿外徑查表而得，見《鉆井手冊（甲方）》。（3）單一鉆桿柱的設(shè)計： Pa=（Lqp+Lcqc）Kf L= （36）式中 Pa——最大允許靜拉載荷，N； L——鉆桿柱的最大設(shè)計深度，m； qp，qc——單位長度鉆桿、鉆鋌在空氣中的重量，N/m； Lc——鉆鋌長度，m； Kf——浮力系數(shù)。（4）復(fù)合鉆柱的設(shè)計：由上可見，單一尺寸鉆柱的下入深度是有限的，往往不能滿足深井和超深井的要求。要使鉆柱有更大的下入深度，可采用上大下小、上厚下薄、上高下低（鋼級）的鉆桿組成復(fù)合鉆柱。各段鉆桿長度的確定應(yīng)自下而上進(jìn)行確定，鉆鋌上面第一段鉆桿長度為L1。 L1=（） （37）式中 L1——鉆鋌上面第一段鉆桿的最大長度，m； Pa1——鉆鋌上面第一段鉆桿的最大允許靜拉載荷，N； Kf——浮力系數(shù)； qc——單位長度鉆鋌在空氣中的重量，N/m； Lc——鉆鋌長度m； q1——鉆桿上面第一段鉆桿在空氣中每米質(zhì)量，N/m。對于復(fù)合鉆柱，每種鉆桿都有一個最大設(shè)計長度，其第二、第三等各段長度可按下式計算。 Li= （i=1，2，3…） （38）式中 Pai——鉆鋌上面第i段鉆桿的最大允許靜拉載荷，N； qi——鉆鋌上面第i段鉆桿在空氣中的重量，N/m； Li——鉆鋌上面第i段鉆桿的最大長度，m； Kf——浮力系數(shù)。如果各段鉆桿的實(shí)際長度不等于理論設(shè)計長度，則上式不能應(yīng)用，而用下面的方法計算。Li=（i=2，3…） （39）注：在選擇實(shí)際鉆桿長度時要根據(jù)實(shí)際圓整，且不能超過理論計算長度。（二）、鉆柱的受力分析與強(qiáng)度計算為了使鉆柱在不同的工作條件下能安全地工作，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核，使強(qiáng)度足夠的鉆柱下井使用。在強(qiáng)度校核時，只校核受力最大也就是最危險的截面。1．鉆井過程中各種應(yīng)力的計算1）鉆柱軸向應(yīng)力的計算（1）在鉆柱使用計算過程中，最大軸向拉力是在鉆柱空懸時井口部位?；? QT=Q0－BT （310） QT=Q0Kf σT= QT/Ap （311） Kf=1－ρm/ρs；式中 Q0——鉆柱在空氣中的總重量，N； QT——最大軸向拉力，N； BT——鉆柱受的總浮力，N（可由阿基米德定律求解）； Kf——浮力系數(shù)； σT——最大軸向拉應(yīng)力，Pa； Ap——井口鉆柱截面積，m2； ρm、ρs——分別為鉆井液和鋼材密度，kg/m3。（2）最大壓力是在直井鉆進(jìn)狀態(tài)或下部鉆柱未發(fā)生彎曲時鉆柱下部。 Qc=P+BC （312） σc= Qc/Ac