一 井身结构设计设计井深为2235米，地层压力梯度和地层破裂压力梯度随井深变化可通过邻井资料获得。

已知条件有如下：抽吸压力允许值的当量密度 S b 0.036g/cm 3 地层压裂安全增值 S f 0.03g/cm 3 压井时井内压力增高值 S k 0.06g/cm 3由已知资料可获得最大地层压力梯度1.05g/cm 3位于2235米处。

1.1 确定中间套管的下入深度Hn 已知在井底时H pmax =2235m, ρpmax=1.05g/cm 3,由下式ρfn =ρpmax+S b+ S f+maxPp Hni× S k , 当H ni =500m 时，ρfn =1.38<1.6； 当H ni =250m 时，ρfn =1.65>1.6；当H ni =280m 时，ρfn =1.58，此时与此层的地层破裂压力梯度值1.6g/cm 3微小符合工程需要，故可以确定280m 处为中间套管下入深度。

1.2校核初选点深度是否会发生压差卡钻 利用下式： △ p=9.81H mm ×(ρpmax+ S b -ρpmin)×10-3,式中ρpmax---钻至深度H n 时采用的钻井液密度，g/cm 3ρpmin---H n 以上裸眼井段最小地层压力梯度当量密度，g/cm 3H mm ---最深正常地层压力或最小地层压力深度，m 代入资料中的数据，即：△p=0.00981×183×(0.93+0.036-0.9)=0.118<<12(MPa)所以在280m处不可能发生压差卡钻的现象，可以正常钻进。

1.3油层套管直径为139.7mm，查《石油工程设计》图1-1得到如下数据：油管表层套管井眼尺寸的配合（单位：mm）：139.7→200→244.5→311.11.4井身设计结果表1 井身设计结果二钻柱设计2.1 第一次开钻根据设计井深及相关资料：可以得知在从地面处钻至280m时选用钻头直径311.1mm，钻头对应钻铤q c=117.8kg/m 单根l=9.15m ，密度ρ=7.85g/c3的钻铤；选用127mm钻杆，q c=24.20kg/m,其各项参数如下表：由公式G铤=（W×S F）/K b, （*）式中G铤最大钻压时所需钻铤重量(4t)S F---安全系数（1.18）；K b---浮力系数，K b=1-ρd/7.85;故，G铤=4×103×1.18/（1-1.06/7.85）=5.45×103（kg）需要钻铤的根数n= G铤/ (q c×l)=5.45×103/(117.8×9.15)=5.06=6(根)可以知道需要下钻杆的深度是井深减去钻铤的深度，故需要的钻杆的根数为m=（H井-H铤）/l杆=（280-6×9.15）/9.14=24.6=25（根）已知钻杆的抗拉和抗挤安全系数均是1.18，对其进行强度校核井口受到最大拉力记为TT=G柱×S F=（G铤+G杆）× S F=（6×117.8×9.15+25×24.2×9.14）×10×1.18=14.15KN<1290.86(KN)抗挤强度P挤=ρmax×g×H井×S F =1.06×103×10×280×1.18=3.5×106Pa<50.96(MPa)通过以上的计算可以看出，无论抗压还是抗挤强度都完全满足实际钻井的标准。

2.1 第二次开钻第二次开钻仍然采油第一次开钻时所采用的钻杆和钻铤，但是钻头换成了200mm的。

此时钻压变成了18t，利用（*）式可以确定G铤=18×103×1.18/（1-1.2/7.85）=24.56×103（kg）需要钻铤的根数n= G铤/ (q c×l)=24.56×103/(117.8×9.15)=22.7=23(根)需要的钻杆的根数为m=（H井-H铤）/l杆=（2235-23×9.15）/9.14=221.5=222（根）对其进行强度校核抗拉强度 T=G柱×S F=（G铤+G杆）× S F=（23×117.8×9.15+222×24.2×9.14）×10×1.18=872KN<1290.86(KN)抗挤强度P挤=ρmax×g×H井×S F =1.2×103×10×2235×1.18=31.65×106Pa<50.96(MPa)可见抗压还是抗挤强度都完全满足实际钻井的标准。

2.3 钻柱设计结果表2 钻柱设计结果三钻井水力参数优选3.1钻井液在环空上返过程中要完成将井眼环空中岩屑携至地面的任务，但是钻井液在环空中又不能冲刷井壁以防发生井壁坍塌等事故，故应该找一个合适的环空返速。

最低环空返速记为v sv s=v as-v sl (1) 式中v s---岩屑在环空中的实际上返速度，m/s;v as---钻进中钻井液上返速度，m/sv sl---岩屑在钻井液中的滑落速度，m/sv sl=0.00707×{d s×(ρs-ρd)2/3}/(ρd1/3×μe1/3) (2)μe={(d h-d p)/12v as}1-n{(2n+1)/3n}n K (3)d s---岩屑粒径，m;ρsρd---分别为岩屑和钻井液密度，kg/m3;μe---钻井液有效粘度，Pa.s;d h d p---井径和钻柱外径，m;n---流性指数；K---稠度系数，Pa.s n.由（1）（2）（3）式可得到v s=0.6m/s由公式 Z={1517.83×（D H-D P）n×v max2-n×ρ}/(500n×n0.387×k),其中，Z---流态常量,808;D H D P---井眼直径和钻杆直径；可以获得岩屑在环空中不冲刷井壁的最大速度v max=1.2m/s所以最后所选的速度应该介于这二者之间。

在280m到井底时，理论最大排量Q=S环空×v mas即，Q=π/4×(D H2- D P2)×v max=3.14×(2×2-1.27×1.27)×12/4=22.48(L/s)当返至表层时，通过公式Q=π/4× (D套2- D P2)×v得，v=0.65m/s>0.6m/s,所以满足上层携岩要求。

在从地面到280m处时，理论排量是Q=π/4× (D H2- D P2)×v max=3.14×(3.111×3.111-2.445×2.445)×12/4=34.86(L/s)查表可得合适的泵，即3NB—1300，其相关参数如下图由于在实际钻井过程中，300m内没有必要确定第一第二井深，所以针对此井从第一层套管处开始确定第一第二井深，如下：由K g=0.12975×ρd0.8×μPV0.2×(L1/d14.8+L2/d24.8+ L3/d34.8+L4/d44.8)K g=ρd0.8×μPV0.2×L p×{B/ d pi4.8+0.14444/( d h-d p)3(d h+d p)1.8}K c=ρd0.8×μPV0.2×L c×{0.12975/ d ci4.8+0.14444/( d h-d c)3(d h+d c)1.8} 式中，d1，d2，d3，d4，分别为地面高压管线、立管、水龙带和水龙头、方钻杆的内径，m;L1，L2，L3，L4，分别为地面高压管线、立管、水龙带和水龙头、方钻杆的长度，m;d pi，d p，d ci，d c，分别表示钻杆和钻铤的内径和外径，m;B 常数，取0.12975；L p，L c分别为钻杆和钻铤的长度，m;K g，K p，K c，分别为地面管汇、钻杆内外、钻铤内外的压力损耗系数；d h井径，m;μPV钻井液的塑性粘度，Pa.s其中，m=K p/L p,n=K p+K c-mL c代入，D cr1=0.357×p r/(m×Q r1.8)-n/mD cr2=0.357×p r/(m×Q a1.8)-n/m可以得到第一临界井深为8376m,从而可以确定由于井深远小于第一临界井深，所以在钻进时以21.55L/s的排量进行作业就可以满足实际要求。

3.2下面设计在井底时的水力参数。

已知泵的工作压力Ps=27MPa,1 计算循环压耗a)确定环空压降=1.8m/s在此井段的环空返速=1.34m/s 因为AV f <AV,层流，所以环空压降P a =)(2500)()()12(16002p H np H p H D D LK D D D D n Q n -∙⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+-+π 式中τ——钻井液动切力，P a ；L ——计算井段长度，m ；P a ——计算井段循环压降，MPa 。

代入相关数据，得Pa=1.44MPa b)钻具内部压降 钻具直径为12.7cm,0.20.8 1.81 4.80.12336ρη⨯⨯⨯⨯=m Q L P d=0.011MPa c)地面管汇压降所以总压耗Pa+P1+P2=1.4555MPa故按循环系统传递关系钻头压降Pb 为27-1.4555=25.54MPa 钻头水功率N b =P b ×Q=25.54*21.55=550.4KW钻头的比水功率N s =p s Q/7.5=27*21.55/7.5=77.58KW 2 计算当量喷嘴直径根据邻井资料可知当量喷嘴直径根据邻井资料可以确定采用12.7+9.53的喷嘴组合射流冲击力W j,射流喷射速度 V b3.3水力参数设计结果四套管强度设计抗挤安全系数 S D=1.125，抗拉安全系数 S F=1.8首先根据抗挤程度由下到上设计套管，步骤如下：①设计下部第一段套管（137.9mm）ρd gD1 S D×10-6=1200×10×2235×1.125×10-6=30.17MPa<P D1查《钻井手册》，选择套管见下表。

②设计第二段套管（137.9mm）ρd gD2 S D×10-6=1200×10×D2×1.125×10-6<P D2（28.4MPa）解得 D2=2103.7m ，圆整到2110m所以可以获得第一段套管的下入深度为2235-2110=125m③设计第三段套管（137.9mm）ρd gD3 S D×10-6=1200×10×D2×1.125×10-6<P D3（21.93MPa）解得 D3=1624m，圆整到1630m所以可以获得第二段套管下入深度为2110-1630=480m④设计第四段套管（137.9mm）ρd gD4 S D×10-6=1200×10×D4×1.125×10-6<P D4（18.49MPa）解得 D4=1369m，圆整到1370m所以可以获得第三段套管下入深度为1630-1370=260m⑤设计第五段套管（137.9mm）剩下的就选用钢级最低壁厚最薄的套管，见下表。