【文章內容簡介】 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系二、設 計 實 例 （一）、實例井的基本情況江漢油田沔陽凹陷某井的地質剖面見表3121表3121 地質預告剖面層 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、膏質泥巖、砂巖1930Ⅱ油組2060130泥巖、膏質泥巖夾砂巖泥隔組209030泥巖Ⅲ油組2210120泥巖、膏質泥巖夾薄層砂巖沙市組2320110泥巖、膏質泥巖夾薄層砂巖防卡根據地質預告剖面和鄰井鉆井實踐，該井有大段的膏鹽層和純鹽層。在鉆進過程中，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晶，給鉆井液維護處理，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過多年實踐，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，進鹽層前50～80m加鹽至預飽和，鉆井時補充加鹽，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晶，解決重結晶的阻卡、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疏松易漏、易垮，因此，粘度應大些，其余地層粘度可以小些。但隨著井深的增大，易出現流砂和易垮、易漏地層，因此在粘度較小的基礎上逐漸增加粘度。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，易產生吸水澎脹。根據現場經驗，鉆井液性能濾失量應控制在10ml以內較合適。在廣華寺組地層以下的膏鹽層中鉆進，為防止出現復雜情況，更應控制濾失量。根據鄰井經驗應控制在5ml以內。根據濾失量的控制值，其泥餅厚度淺層在2mm以內。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%。根據鉆井液密度、固相含量，并考慮油田鉆井液使用的實際情況，設計的其他性能參數見表3122。表3122 本井各井段鉆井液性能設計地層底 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配成膠液補充，井隊應保證二級凈化使用率達到要求，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，并常導致井下復雜情況的發(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系，是影響井身質量和鉆井速度的重要因素。所以，根據井下工作條件及工藝要求，合理地設計鉆柱與下部鉆具結合，對于預防鉆具事故，提高鉆頭工作指標和有效地克服井斜問題，從而實現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計的內容與所需資料（一）、鉆柱與下部鉆具組合設計的內容SY/T 5333—1996《鉆井工程設計格式》規(guī)定，鉆柱與下部鉆具組合設計的內容主要包括鉆柱組合設計與鉆柱強度校核兩部分。具體來說，主要包括以下內容：1．鉆柱的設計與計算（1）鉆鋌柱的設計與計算；（2）桿柱的設計與計算。2．鉆柱的受力分析與強度校核（1）鉆井過程中各種應力的計算；（2）危險斷面的校核。3．下部鉆具組合設計（1）鐘擺鉆具組合設計；（2）滿眼鉆具組合設計；（3）滿眼一鐘擺鉆具組合設計；（4）震擊器與減震器的安放設計。（二）、鉆柱與下部鉆具組合設計所需資料（1）組成鉆柱各工具的規(guī)范及特性參數（查閱相關手冊）；（2）井身結構；（3）井眼的垂直剖面圖和水平投影圖；（4）設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計的方法（一）、鉆柱的設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，但其中經常作用且數值較大的力是拉力，因此，鉆柱設計一般以拉伸計算為主。1．鉆鋌柱的設計（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（一般應不少于一立柱）的外徑應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，這一結論是正確的。當下部組合中采用穩(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計方法》。（7 1/2in）的井眼中，應采用復合（塔式）鉆鋌結構，但相鄰不同外徑兩段鉆鋌的外徑差不應過大。合理控制鉆鋌柱中相鄰兩段不同規(guī)范（外徑、內徑及材料等）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生過大的應力集中與疲勞。根據經驗。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法，應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——設計最大鉆壓，kN；Sf——安全系數Kf——鉆井液浮力系數；α——井斜角，度。根據鉆鋌的質量并考慮鉆鋌尺寸選擇的有關因素，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，應減少鉆鋌數量，代之以加重鉆桿。上述確定鉆鋌質量及長度的方法來源于魯賓斯基關于“中和點”的論述，即中和點將鉆柱分為兩個部分，上段在鉆井液中的質量等于大鉤載荷，下段鉆柱的質量等于鉆壓，而設計鉆鋌長度時應保證中和點始終處于鉆鋌柱上。2．鉆桿的設計不論起下鉆或正常鉆進時，經常作用于鉆桿且數值較大的力是拉力，所以鉆柱的設計主要考慮鉆柱自身質量的拉伸載荷，并通過一定的設計系數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壓強度進行計算。（1）鉆桿設計所必需的參數包括設計下入深度、井眼尺寸、鉆井液密度、抗拉安全系數、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準。 Pa1= Pa2=（35） Pa3=－拉力余量 Pa=min（Pa1，Pa2，Pa3）式中 Py——最小屈服強度下的抗拉負荷，kN。設計系數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。（4）復合鉆柱的設計：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）的鉆桿組成復合鉆柱。各段鉆桿長度的確定應自下而上進行確定，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； 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量，N/m。對于復合鉆柱，每種鉆桿都有一個最大設計長度，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。如果各段鉆桿的實際長度不等于理論設計長度，則上式不能應用，而用下面的方法計算。Li=（i=2，3…） （39）注：在選擇實際鉆桿長度時要根據實際圓整，且不能超過理論計算長度。（二）、鉆柱的受力分析與強度計算為了使鉆柱在不同的工作條件下能安全地工作，必須進行強度校核，使強度足夠的鉆柱下井使用。在強度校核時，只校核受力最大也就是最危險的截面。1．鉆井過程中各種應力的計算1）鉆柱軸向應力的計算（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； σT——最大軸向拉應力，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