中间套管下深计算
石油大学钻井工程试题
第一章4．岩石的硬度也确实是岩石的抗压强度（f ）。
1．一样岩石的弹性常数随围压的增加而增大。
（f ）2．在动载作用下岩石呈现出的强度比静载作用下要大的多。
（ f ）1．什么是井底压差？答：井内液柱压力与地层孔隙压力之差。
3．d c指数法预报异样地层压力的原理答：d c指数法预报异样地层压力的原理是依照机械钻速在正常、异样地层压力的不同，通过计算取得。
表达要紧公式及公式中d c指数与机械钻速之间的关系。
5．岩石的硬度与抗压强度有何区别？答：硬度与抗压强度有联系，但又有专门大区别。
硬度只是固体表面的局部对另一物体压人或侵入时的阻力，而抗压强度那么是固体抗击固体整体破坏时的阻力。
6．什么是各向紧缩效应？答：在三轴应力实验中，若是岩石是干的或不渗透的，或孔隙度小且孔隙中不存在液体或气体时，增大围压那么一方面增大岩石的强度，另一方面也增大岩石的塑性，这两方面的作用统称为“各向紧缩效应”。
第二章73．牙轮钻头是以（ a ）作用为主破岩的钻头。
a.冲击b.切削c.研磨4．已知钻具在泥浆中的总重量为100吨，钻进时需给钻头加压20吨，钻进时大钩负荷应该是80 吨。
4．某井井深2000米，地层压力27.5Mpa,井内钻井液密度为1.18 g/cm3，井底压差为-4.35 Mpa 。
1．论述牙轮钻头的工作原理。
1）牙轮钻头依托牙齿破碎演示，固定在牙轮上的牙齿随钻头一路绕钻头轴线作顺时针方向的旋转运动，成为公转。
（3分）2）同时，牙齿绕牙轮轴线作逆时针方向的旋转成为自转。
钻头在井底的纵向振动，与静载压入力一路形成了钻头对地层演示的冲击、压碎作用。
（2分）3）剪切作用由牙轮钻头的超顶、复锥和移轴三种结构特点引发。
（2分）1．某直井钻至井深L=1600m ，井底地层压力16.4MPa ，泥浆密度ρm =1.1g/cm 3，钻进钻压为W=65kN ，钻柱组成为5”钻杆（外径为d op =127mm 、内径为d ip =110mm 、长L p =1500m ） ＋7”钻铤（外径为d oc =177.8mm 、内径为d ic ＝75mm 、长L c =100m ）组成，已知钻柱的密度为ρ=7.85g/cm 3。
钻井工程-19-井身结构讲解
Sf
D31 D2
Sk
2.15 0.036 0.03 D31 0.06 3200
试取 D31 =3900m，得 pper 2.01g / cm3
由ρp曲线，p3900 1.94 pper 2.01g / cm3
故确定初选点 D31 = 3900 m.
21
（4）校核是否会卡尾管 计算压差：
钻井工程
井身结构
中国石油大学（北京）
1
oil zone
一开 表层套管
二开 中间套管
(技术套管)
三开 生产套管
(油层套管)
2
井身结构—油井基础，全井骨架 固井工程—套管柱设计和注水泥 不仅关系全井能否顺利钻进完井， 而且关系能否顺利生产和寿命。
3
井身结构设计 内容：套管层次； 每层套管下深； 套管和井眼尺寸配合。
Dpmin ——最小地层孔隙压力所处的井深，m
f min ——裸眼段最小地层破裂压力的当量泥浆密度， g / cm3
fc1 ——套管鞋处地层破裂压力的当量泥浆密度， g / cm3
Dc1 ——套管下入深度，m
11
五、井身结构设计方法
1、求中间套管下入深度初选点 D21 （1）不考虑发生井涌
一、套管的分类及作用 二、井身结构设计原则 三、井身结构设计基础数据 四、裸眼井段应满足力学平衡 五、井身结构设计方法（举例） 六、套管尺寸和井眼尺寸选择
4
一、套管的分类及作用
1、表层套管—Surface casing 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂层 安装井口、悬挂及支撑后续各层套管
2、中间套管—Intermediate casing 表层和生产套管间因技术要求下套管 可以是一层、两层或更多层 主要用来分隔井下复杂地层
石油钻井常用计算公式
常 用 公 式一、配泥浆粘土用量二、加重剂用量W 加=)()(加重后加重剂原浆加重后泥浆量加重剂ρρρρρV三、稀释加水量Q 水=)()(水稀释后稀释后原浆原浆量水ρρρρρV四、泥浆上返速度V 返=)d (7.1222钻具井径 D Q五、卡点深度(1) L=9.8ke/P (㎝、KN) (2)L=ｅEF/105P=Ke/P(㎝，t ，K=21F=EF/105 ，E=2.1×106 ㎏/㎝2) 5”壁厚9.19 K=715 3 1/2壁厚9.35 K=491)()(水土水泥浆泥浆量土土ρρρρρ V W六、钻铤用量计算 L t. =m.q.kp 式中p ---钻压，公斤,q --钻铤在空气中重,量公斤／米，K ---泥浆浮力系数， L t ---钻铤用量, 米, m---钻铤附加系数（１．２至１．３） 七、 泵功率 N=7.5Q p （马力）式中p －实际工作泵压（k g /cm 2）, Q –排量（l /s ） 八、钻头压力降 p咀=4e 22 d c Q .827.0ρ （kg /cm 2）式中ρ－泥浆密度（g /cm 3）, Q –排量（l /s ）, C ---流量系数（取０．９５－０．９８５） d e ---喷咀当量直径（cm ），d e ＝232221 d d d九、喷咀水功率 N咀=7.5 Q p 咀＝4e 23d c Q .11.0十、喷射速度过 v 射=2e dQ 12.74c 十一、冲击力 F 冲 =2e 2d Q .12.74ρ十二、环空返速V=22 d DQ 12.74-式中ρ－泥浆密度（g /cm 3）, Q –排量（l /s ）, C ---流量系数（取０．９５－０．９８５） d e ---喷咀当量直径（cm ），d e ＝232221 d d d ++十三、全角变化率—“井眼曲率”公式 COS ⊿E=COSa 1 COSa 2+Sina 1 Sina 2COSB 或⊿E=（a 12+ a 22-2 a 1 a 2 COSB ）1/2式中：⊿E —上下两测点为任意长度时计算出的“井眼曲率”a 1—上测点的井斜角，度。
钻井工程课程设计
表A-1 钻井工程课程设计任务书一、地质概况29：井别：探井井号：设计井深：3265m 目的层：当量密度为：g/cm3表A-2设计系数石工专业石工（卓越班）1201班学生姓名：木合来提.木哈西图A-1 地层压力和破裂压力一．井身结构设计1.由于该井位为探井，故中间套管下深按可能发生溢流条件确定必封点深度。
由图A-1得，钻遇最大地层压力当量密度ρpmax=1.23g/cm³，则设计地层破裂压力当量密度为：ρfD=1.23+0.024+3245/H1×0.023+0.026.试取H1=1500m，则ρfD=1.23+0.024+2.16×0.023+0.026=1.33 g/cm³,ρf1400=1.36 g/cm³> ρfD 且相近，所以确定中间套管下入深度初选点为H1=1500m。
验证中间套管下入深度初选点1500m是否有卡钻危险。
从图A-1知在井深1400m处地层压力梯度为1.12 g/cm³以及320m属正常地层压力，该井段内最小地层压力梯度当量密度为1.0 g/cm³。
ΔP N=0.00981×(1.10+0.024-1.0)×320=0.389<11MPa所以中间套管下入井深1500m无卡套管危险。
水泥返至井深500m。
2.油层套管下入J层13-30m，即H2=3265m。
校核油层套管下至井深3265m是否卡套管。
从图A-1知井深3265m处地层压力梯度为1.23 g/cm³，该井段内的最小地层压力梯度为1.12g/cm³，故该井段的最小地层压力的最大深度为2170m。
Δp a=0.00981×（1.23+0.024-1.12）×2170=2.85Mpa<20 Mpa所以油层套管下至井深3265m无卡套管危险。
水泥返至井深2265m。
3.表层套管下入深度。
第2讲_井身结构设计
测技术得到发展，特别是近平衡钻井的推广和井控技术的掌
握，使井身结构中套管层次和下入深度的设计，逐步总结出 一套较为科学的设计方法。
在“六五”期间，我国开始应用这套方法．首先在中原
油田取得很大效益。如在3500到4700m深井中，使平均事故 时间大幅度下降、建井周期缩短、钻井成本下降。
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
5.1、中间套管设计
2.2、发生溢流（井涌）时
f 2
剖面图中最大地层压力梯度点对应的深度（m）
p m ax
Sb S
f
D p m ax D 21
Sk
井涌条件允许值
地层设计破裂压当量密度
激动压力系数
剖面图中最大地层压力对应的当量密度值 破裂压力安全增值 中间套管下入深度的初始假定点深度（m）
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3、井身结构设计中所需要的基础数据
地层破裂安全增值Sf由地区统计资料得到，一般取 0.031 g/cm3； 井涌条件允许值Sk由地区统计资料得到，一般取 0.051-0.10 g/cm3； 最大回压pwh由工艺条件决定，一般取2.0-4.0MPa；
. 钻压差允许值 卡
7、水泥返深设计
对于油层，生产套管的管外水泥返深至少应该在油 层顶部200m以上。对于气层，生产套管的管外水泥 返深至少应该在油层顶部300m以上；
中间套管的管外水泥返深至少应该在复杂或大断层
100m以上； 尾管的管外水泥返深至少在尾管的悬挂器以上；
表层套管的管外水泥返到地面。
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
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5.1、中间套管设计
（2）中间套管下入深度 的初始假定点D21 在压力剖面图的横坐标 上，找出前面已经确定的
井身结构设计例题
设计举例：某井设计井深为4400m，地层孔隙压力梯度和地层破裂压力梯度剖面如图。
给定设计系数: S = 0.036g/cm3；S = 0.04g/cm3；S = 0.06g/cm3；S = 0.03g/cm3；Ap = 12MPa；Ap = 18MPa，试进亍该井的井身结构设计。
' 村解由图上查得最大地层孔隙压力梯度为2.04g/cm3，位于4250m处。
1.确定中间套管下入深度初选点D F21P = p + S + S + —k Sfnk p max w f D K4250P f = 2.04 + 0.036 + 0.030 + ------- x 0.06215000 ------- ------------- L-i—— --------- ------1,2 L4 1.6 1.$ X0 2.2 2.4 当量帖―度WW饵51。
试拭取D = 3400m ，将3400m 代入上式得:21P = 2.04 + 0.036 + 0.030 +4250x 0.06 = 2.181g/cm3f3400由上图查得3400m 处当P f3400 = 2.19g /cm3，因为P f <P f340°且相近，所以确定中间套管下入深度初选点为 D 21 = 3400m 。
2. 校核中间套管下入到初选点3400m 过程中是否会发生压差卡套管由上图查得，3400m 处 P 3400 = 1.57g / cm3, P = 1.07g / cm3,D . = 3050m ,p max w Q p min max p min△p = 0.00981 x 3050 x (1.57 + 0.036 -1.07) = 16.037( MPa )因为A p>%，所以中间套管下深应浅于初选点。
在A p = 12MPa 下所允许的最大地层压力梯度可由公式:A p = 0.00981P = ---------- —N ------ F p — Spper0.00981D p min bminp =12+1.07 - 0.036 = 1.435( g / cm3)pper 0.00981 x 3050由图中地层压力梯度上查出与 p pp ^ = 1.435g Cm 对应的井深为3200m ，则中间套管下入深度D 2 =3200m 。
井身结构设计
井身结构设计摘要：井深结构设计是钻井工程的基础设计。
它的主要任务是确定导管的下入层次，下入深度，水泥浆返深，水泥环厚度及钻头尺寸。
基础设计的质量是关系到油气井能否安全、优质、高速和经济钻达目的层及保护储层防止损害的重要措施。
由于地区及钻井目的层的不同，钻井工艺技术水平的高低，不同地区井身结构设计变化较大。
选择井身结构的客观依据是底层岩性特征、底层压力、地层破裂压力。
正确的井身结构设计决定整个油田的开采。
本文基于课本所学的基本内容，对井身结构做一个大致的程序设计。
井身结构设计的内容：1、确定套管的下入层次2、下入深度3、水泥浆返深4、水泥环厚度5、钻头尺寸井身结构设计的基础参数包括地质方面的数据和工程等数据1．地质方面数据（1）岩性剖面及故障提示；（2）地层压力梯度剖面；（3）地层破裂压力梯度剖面。
2．工程数据，以当量钻井液密度表示；单位g/cm3：如美国墨西（1）抽汲压力系数Sw=0.06。
我国中原油田Sw=0.015~0.049。
湾地区采用Sw，以当量钻井液密度表示，单位g/cm3。
（2）激动压力系数Sg由计算的激动压力用（2-58）进行计算，美国墨西湾地区取Sg=0.06， Sg我国中原油田Sg=0.015~0.049。
（3）地层压裂安全增值S，以当量钻井液密度表示，单位g/cm3。
fSf是考虑地层破裂压力检测误差而附加的，此值与地层破裂压力检测精度有关，可由地区统计资料确定。
美国油田Sf取值0.024，我国中原油田取值为0.02~0.03。
4）溢流条件Sk以当量钻井液密度表示，单位g/cm3。
由于地层压力检测误差，溢流压井时，限定地层压力增加值Sk。
此值由地区压力检测精度和统计数据确定。
美国油田一般取Sk=0.06。
我国中原油田取值为0.05~0.10。
（5）压差允值PN （Pa）裸眼中，钻井液柱压力与地层孔隙压力的差值过大，除使机械钻速降低外，而且也是造成压差卡钻的直接原因，这会使下套管过程中，发生卡套管事故，使已钻成的井眼无法进行固井和完井工作。
【钻井工程】井身结构设计
井
深 ，
表 套
m
破裂压力
技 套
设计 井深
地层压力
1.0 1.3 1.6
油套
1.8 当量密度，g/cm3
1. 自下而上的设计法
2）设计特点
（1）每层套管下入的深度最浅，套管费用最低。适合已探明 地区开发井的井身结构设计；
（2）上部套管下入深度的合理性取决于对下部地层特性了解 的准确程度和充分程度；
（3）应用于已探明地区的开发井的井身结构设计比较合理； （4）在保证钻井施工顺利的前提下，自下而上的设计方法可 使井身结构的套管层次最少，每层套管下入的深度最浅，从而达 到成本最优的目的。
（3） 0.00981 (dmax pmin ) Dpmin P
（4）
d max S f
Sk
Dpmax Dc1
fc1
防井涌 防井漏 防压差卡钻 防关井井漏
第三节 井身结构设计依据与原理
五、地层必封点
（1）钻进过程中钻遇易坍塌页岩层、塑性泥岩层、盐岩层、岩膏 层、煤层等，易造成井壁坍塌和缩径。 （2）裂缝溶洞型、破裂带地层、不整合交界面地层。 （3）含H2S等有毒气体的油气层。 （4）低压油气层的防污染问题。 （5）井眼轨迹控制等施工方面的特殊要求。SY/T 6396－2009 中第4.6条的规定：“井身结构除按SY/T5431的规定执行外，丛 式井组各井的表层下深宜交替错开10m以上。” （6）在采用欠平衡压力钻井时，为了维持上部井眼的稳定性，通 常将技术套管下至产层顶部。 （7）表层套管的下入深度应满足环境保护的要求。
油气井工程设计与应用
第一部分 井身结构设计
第一部分 井身结构设计
第一节 地层—井眼压力系统 第二节 井身结构设计的内容及套管层次 第三节 井身结构设计依据与原理 第四节 井身结构设计方法 第五节 套管与井眼尺寸的选择 第六节 设计举例
pai套管 计算公式
pai套管计算公式
Pai套管计算公式是用于计算套管的内部直径的数学公式。
套管是一种常用于
石油和天然气行业的管道材料，用于保护井壁并控制井内流体的运动。
在石油工程中，套管的内部直径是一个重要参数，它决定了能够通过管道的流
体流量。
Pai套管计算公式如下：
内径 = (钻孔直径 - 2 * 壁厚) / (1 + Pai)
其中，钻孔直径表示井壁的内径，壁厚表示套管的厚度，Pai代表圆周率（约
等于3.14159）。
通过这个公式，可以计算出套管的内径。
需要注意的是，公式中
的壁厚是指套管的实际厚度，不包括任何腐蚀或磨损的部分。
使用这个计算公式时，通常需要提前确定钻孔直径和套管的壁厚。
钻孔直径是
根据井深、岩石性质和工程需求等因素来确定的。
而套管的壁厚则是根据地质条件、井深和井壁稳定性等因素来决定的。
在实际应用中，工程师通常会使用计算机软件或专业工具来进行这些计算，并
结合实际情况进行调整。
此外，还应根据国家或行业标准来确定套管的选择和设计。
Pai套管计算公式是一种常用于计算套管内径的数学公式，通过计算套管的内径，可以帮助工程师确定适当的套管尺寸，以确保井筒的安全和流体的正常运行。
煤层气井井身结构
第五节套管尺寸设计套管尺寸及并眼(钻头)尺寸的选择和配合涉及到煤层气采集、勘探以及钻井工程的顺利进行和成本。
一、设计中考虑的因素1)生产套管尺寸应满足煤层气采集方面要求。
根据生产层的产能、套管大小、增产措施及井下作业等要求来确定。
2)对于探井，要考虑原设计井深是否要加深，地质上的变化会使原来的预告难于准确，是否要求并眼尺寸上留有余量以便增下中间套管，以及对岩心尺寸要求等。
3)要考虑到工艺水平，如井眼情况、曲率大小、井斜角以及地质复杂情况带来的问题。
并应考虑管材、钻头等库存规格的限制。
二、套管下深设计套管的层次应由下向上、由内向外，即：生产套管→技术套管→表层套管。
生产套管是煤层气井套管程序里的最后一层套管，从井口一直下到穿过的煤层以下。
作用是煤层气到地面的通道，把煤层气与全部地层隔绝，保证煤层气压力不泄漏。
生产套管在井转入生产之后，其质量要保证能够维持一定的开采年限。
生产套管与井壁之间间隙的水泥封堵高度，在煤气层以上至少500米，或直至上一层套管内200米。
技术套管又称中间套管，是套管程序罩中间一层或两层的套管。
在井深较大，对井眼中间井段的易塌、易漏、高压、含盐等地层，起到隔离地层和保护井身的作用。
技术套管与井壁间隙水泥封堵的高度，在被隔离的地层以上至少200米。
表层套管是井套管程序里最外层的套管。
钻井开孔后钻到表土层以下的基岩，或钻达一定深度，下入表层套管。
表层套管的作用有：①隔离上部含水层，不使地面水和表层地下水渗入井筒；②保护井口，加固表土层井段的井壁；③对于继续钻下去会遇到高压油气层的，在表层套管上安装防喷器预防井喷。
表层套管与井壁之间的间隙全部要用水泥封堵，即固井注水泥时，水泥浆需返出井口，才能起到隔离地层和保护井壁的作用。
表层套管的深度，最少100米。
确定套管下入深度的依据，是在钻下部井段的过程中所预计的最大井内压力不至于压裂上层套管鞋处的裸露地层。
如果不计生产产层的话，一般地层越深的话，压实越密，如果不是裂缝性地层，都会越致密，所以越往上越弱了，一直到套管鞋。
钻井导管层次及深度设计
常规压力钻井的套管柱分为：导管、表层套管、技术套管（中间套管）、油层套管（生产油管）等。
表层固井通常使用20~13 3/8英寸的套管，多数是采用钢级低的“J”级套管。
技术套管通常使用13 3/8~7英寸的套管，采用的钢级较高。
油层套管固井通常使用7~5英寸的套管，钢级强度与技术套管相同。
一、套管深度设计1、套管层次和下入深度的确定1）液体压力体系的压力梯度分布套管层次和下入深度是以力学为基础的，因此首先要分析井内压力体系的压力梯度分布。
2）最大泥浆密度ρmax某一层套管的钻进井段中所用的最大泥浆密度和该井段中的最大地层压力有关。
即： ρmax=ρpmax+S b （4）式中 ρmax ——某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度，g/cm3；ρpmax ——该井段中的最大地层孔隙压力梯度等效密度，g/cm3；S b ——抽吸压力允许值，g/cm3。
3）最大井内压力梯度ρB为了避免将井段内的地层压裂，应求得最大井内压力梯度。
在正常作业时和井涌压井时，井内压力梯度有所不同。
（1）正常作业情况最大井内压力梯度发生在下放钻柱时，由于产生激动压力而使井内压力升高。
如增高值为S g ，则最大井内压力梯度ρBr 为：ρBr=ρmax+S g （5）（2）发生井涌情况（关封井器并加回压）为了平衡地层孔隙压力制止井涌而压井时，也将产生最大井内压力梯度。
压井时井内压力增高值以等效密度表示为S b ，则最大井内压力梯度等效密度ρBk 为：ρBk=ρmax+S k （6）但（6）式只适用于发生井涌时最大地层孔隙压力所在井深H pmax 的井底处。
而对于井深为H n 处，则：由上式可见，当H n 值小时（即深度较浅时）ρBk 值大，即压力梯度大，反之当H n值大（7）时，ρBk 小。
如图3-8-1-2所示。
ρak 值随H n 变化呈双曲线分布。
为了确保上一层套管鞋处裸露地层不被压裂，则应有：ρBr=ρf －Sf或 ρBk=ρf －Sf （8）式中 ρf ——为上一层套管鞋处薄弱地层破裂压力等效密度值，g/cm3；Sf ——地层压裂安全增值，g/cm3。
井深结构设计
井身结构包括套管层次和下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配合。
井身结构设计是钻井工程设计的基础。
一、套管柱类型（1） 表层套管；（2） 中间套管（技术套管）（3） 生产套管（油层套管）（4） 尾管。
二、井眼中压力体系在裸眼井段中存在着地层孔隙压力、泥浆液柱压力、地层破裂压力。
三个压力体系必须同时满足于以下情况：p m f p p p ≥≥ （1－1） 式中 f p －地层的破裂压力，MPa ；m p －钻井液的液柱压力，MPa ；p p －地层孔隙压力，MPa 。
即泥浆液柱压力应稍大于孔隙压力以防止井涌，但必须小于破裂压力以防止压裂地层发生井漏。
由于在非密闭的洗井液压力体系中（即不关封井器憋回压时），压力随井深是呈线性变化的，所以使用压力梯度概念是较方便的。
式（1－1）可写成：p m t G G G ≥≥ （1－2）式中 t G －破裂压力梯度，MPa/m ；m G －液柱压力梯度，MPa/m ；p G －孔隙压力梯度，MPa/m 。
一、井身结设计所需基础资料（一） 地质资料（1） 岩性剖面及事故提示（2） 地层压力数据（3） 地层破裂压力数据（二） 工程资料（1） 抽吸压力与激动压允许值（g b S S 与）各油田应根据各自的情况来确定。
（2） 地层压裂安全增值（f S ）。
该值是为了避免将上层套管鞋处地层压裂的安全增值，它与预测破裂压力值的精度有关，可以根据该地区的统计数据来确定。
以等效密度表示g/cm 3。
美国现场将f S 取值为0.024，中原油田取值为0.03。
（3） 井涌条件允许值（k S ）。
此值是衡量井涌的大小，用泥浆等效密度差表示（用于压井计算，另一种计量方法是以进入井眼的流体的总体积来表示，多用于报警）。
美国现场取值为0.06。
该值可由各油田根据出现井涌的数据统计和分析后得出。
中源油田将k S 值定为0.06~0.14。
（4） 压差允值（a N P P ∆∆与）。
裸眼中，泥浆液柱压力与地层孔隙压力的差值过大，除使机械钻速降低外，而且也是造成压差钻的直接原因，这会使下套管过程中，发生卡套管事故，使已钻成的井眼无法进行地固井和完井工作。
地热能供暖浅层竖直地埋管、中深层同轴套管式换热器的设计计算
的小时数。 C.0.3 根据设定的单井孔深 L，计算需要的换热孔数：
ceil
(C.0.3)
式中 ——需要的换热孔数；
ceil——向上取整函数。
C.0.4 岩土体和回填材料的热物性参数无实测数据时，可按表 C.0.4 估算。
（C.0.2-1）
（C.0.2-4）
式中 Lh——供热工况下，竖直地埋管换热器所需钻孔的总长度（m）； Qh——水源热泵机组的额定热负荷（kW）； COP——水源热泵机组的供热性能系数； tmin——供热工况下，地埋管换热器中传热介质的设计平均温度（℃）；
96
t∞——埋管区域岩土体的初始温度（℃）； Fh——供热运行份额； Th1——一个供热季中水源热泵机组的运行小时数；当运行时间取 1 个月
2 U 型管的管壁热阻可按下式计算：
ln
（C.0.1-2）
式中
√ ——U 型管的管壁热阻（m·K/W）；
（C.0.1-3）
——U 型管导热系数[W/(m·K)]；
——U 型管的外径（m）；
——U 型管的当量直径（m）；对单 U 型管，n=2；对双 U 型管，n=4。
3 钻孔灌浆回填料的热阻可按下式计算：
－
－
－
－
ρ 密度 kg/m3 1925 1925 1285 1285 1925 1925 1285 1285 2650 2400～2800 2570～2730 － －
－
－
－
－
97
含有 30％混凝土、70％ SiO2 沙子的混合物
2.08～2.42
－
滑大绳、割大绳及计算方法
滑⼤绳、割⼤绳及计算⽅法⼀. 滑⼤绳与割⼤绳的⽬的钻机的提升能⼒决定了钻井⼤绳的配套标准，各类钻机提升载荷不同，配套⼤绳的类型以及抗拉强度也不同。
⼤绳的使⽤寿命与其配套时设计安全系数以及使⽤⽅法有关，各类钢丝绳最⼩安全系数API标准见表⼀，钻井现场常⽤⼤绳抗拉强度数据见表⼆。
在⼤绳类型选定之后，其使⽤寿命完全取决于现场的正确操作。
△表⼀.常⽤钢丝绳最⼩安全系数API标准△表⼆.钻井现场常⽤⼤绳抗拉强度数据备注：本抗拉强度数据表只针对⾦属芯、6*19、强化犁钢材质的钻井⼤绳，现场使⽤时以⼚家提供的数据为准。
⼤绳在使⽤过程其磨损主要分为两种：1. 贯穿整条⼤绳的磨损。
2. 关键磨损点的磨损。
关键磨损点主要分为两种：1. 钢丝绳与滑轮之间的接触点（取决于井架⾼度与提升点）。
2. 特殊拐点，即滚筒上两圈之间的转换点（取决于滚筒直径与宽度）。
为延长⼤绳的使⽤寿命，只有定期改变关键磨损点的位置。
滑绳与割绳的主要⽬的就是不断分散关键磨损点，尽可能使整条⼤绳的磨损达到均匀，以避免关键磨损点长期作⽤于同⼀位置⽽造成⼤绳局部损伤，从⽽影响整条⼤绳的寿命。
⼆、⼤绳功的计算为了分散关键磨损点，现场以⼤绳所做的功为参考依据。
在转盘钻井各种⼯况条件下，包括钻进、取芯、打捞、起下钻、下套管等，根据API标准，其计算公式如下：1.在井深为H时起下⼀趟钻⼤绳所做的功Tm=〔PH(H+L)+4H(W +d/2)〕*10-6其中：Tm=⼤绳功（ton·km）；H=起下钻时的井深（m）；L=⼀根钻杆⽴柱的长度（m）；P=钻杆在泥浆中的单位长度的重量，（包括⼯具接头，kg/m）；W=游动系统总重量，包括游车、⼤钩、吊卡等，（kg）；d=有效钻铤重量，即钻铤浮重减去与钻铤等长的钻杆的浮重，（kg）。
2.从井深H1钻⾄井深H2时⼤绳所做的功（ton·km）Td=2*（T2 –T1），钻进过程⽆划眼；Td=3*（T2 –T1），钻进过程每个单根打完划眼⼀遍；Td=4*（T2 –T1），钻进过程每个单根打完划眼⼆遍。
中间套管下深计算
正常作业技术套管假定下深的确定
辽河石油职业技术学院 王军波
油
层
一开 表层套管
二开
技术套管
(中间套管)
下入深 度如何 确定？
三开 生产套管
(油层套2 管)
1、所需基础数据 1）地质方面的数据
两大剖面：
孔隙压力剖面 破裂压力剖面
19
1、所需基础数据 2）工程类数据
压力梯度剖面如图 。
试确定该井不发生溢流时，
技术套管下入深度。
给定设计系数： Sb = 0.036g/cm3 ；
Sg = 0.04g/cm3 ；
由图上查得
Sf = 0.03g/cm3 ；
p max= 2.04g/cm3
43
解： （1）技术套管假定下深
由 f p max Sb S g S f
1）防喷
PmE≥Ppmax
井内有效液柱压力 设计井段最大地层压力
在起钻时，井内有效液柱压力最小，易发生井喷。
mE max Sb
井内考有虑效液到柱防压力喷当，量则密度 该井段所用最大钻井液密度
所以
= mE
p max 该井段最大地层压力当量密度
max =p max +Sb
2 技术套管假定下深公式推导
将已知参数代入上式得：
f 2.04 0.036 0.04 0.03
=2.146(g/cm3)
当量1钻、井在液压密力度剖为面2图.14的6g横/c坐m3标的上点，找f 2出。
2、从该点向上引垂线与破裂压力 线相交，交点所在的深度3200m即 为该井正常钻井时，技术套管下入 深度的假定点。
2）防漏 Pf≥PmE
井身结构设计
一、井身结构设计
一、井身结构 设计的任务
套管下入层次 每层套管的下入深度 各层套管相应的井眼尺寸（钻头尺寸） 各层套管外的水泥返深
➢ 确定井身结构的主要依据 钻井地质设计（地层压力、地层
破裂压力、地层坍塌压力、完井方 式）、复杂地层深度、地表水源情 况、钻井技术水平和采、试油、气 的技术要求等。。
✓ 井身结构设计的原则 （1）有效地保护油气层； （2）有效地避免漏、喷、塌、卡等井下复杂事故，保证安全、 快速钻井； （3）当发生井涌时，具有压井处理溢流的能力； （4）钻下部高压地层时，井内液柱压力不会压漏上层套管鞋处 的裸露地层。 （5）下套管过程中，不产生压差卡套管现象。 （6）对于压力不清楚或复杂深探井，套管设计应留有余量。 （7）同一裸眼井段，尽量不存在两个压力体系。 （8）地质预告有浅气层的井，应用套管封住。
➢ 裸眼井段应满足的力学平衡条件
在裸眼井段中存在着地层孔隙压力、钻井液液柱压力、地层破裂压力。
（1）防井涌
ρdmax≥ρpmax+ Sb （抽汲压力系数）
（2）防压差卡钻 0.00981 Dpmin (ρdmax-ρpmin) ≤ △P（△PN、△PA）
（3）防井漏 ρdmax+ Sg（激动压力系数）+ Sf（压裂安全系数）≤ρfmin
Dpmin — 最小地层孔隙压力所处的井深，m；
ρfmin — 裸眼井段最小地层破裂压力的当量钻液密度，g/cm3
Dc1 — 套管下入深度，m；
ρfc1 — 套管鞋处地层破裂压力的当量钻井液密度， g/cm3；
四、井身结构设计方法及步骤
下→上，内→外 五、设计举例
某井设计井深为4400m，地层压力梯度和地
石油钻井各种计算公式
钻头水利参数计算公式：1、钻头压降：（MPa）2、冲击力：(N)3、喷射速度：(m/s)4、钻头水功率：（KW）5、比水功率：(W/mm2)6、上返速度：（m/s）式中：ρ－钻井液密度 g/cm3Q －排量 l/sc －流量系数，无因次，取0.95～0.98de －喷嘴当量直径 mmdn：每个喷嘴直径 mmD井、D杆－井眼直径、钻杆直径 mm全角变化率计算公式：式中：－A、B两点井斜角；－A、B两点方位角套管强度校核：抗拉：安全系数 m＝1.80（油层）；1.60～1.80（技套）抗拉安全系数＝套管最小抗拉强度/下部套管重量≥1.80抗挤：安全系数：1.125查套管抗挤强度/≥1.125按双轴应力校核：式中：－拉力为时的抗拉强度（kg/cm2）－钻井液密度（g/cm3）H －计算点深度（m）其中：Tb：套管轴向拉力（即悬挂套管重量） kgPc：无轴向拉力时套管抗挤强度 kg/cm2K：计算系数 kgA：套管截面积 mm2：套管平均屈服极限 kg/mm2不同套管如下：J55：45.7 N80:63.5 P110:87.9地层压力监测：(指数)（压力系数）式中：T –钻时 min/m N –钻盘转数 r/min W －钻压 KN D －钻头直径 mmRn －地层水密度 g/cm3 Rm －泥浆密度 g/cm3压漏实验：1、地层破裂压力梯度：KPa2、最大允许泥浆密度：g/cm3为安全，表层以下g/cm3技套以下g/cm33、最大允许关井套压：式中：－漏失压力（MPa）－破裂压力（MPa）－原泥浆密度（g/cm3） H －实验井深（m）－设计最大泥浆密度（g/cm3）井控有关计算：最大允许关井套压经验公式：表层套管[Pa]=11.5%×表层套管下深（m）/10 MPa 技术套管[Pa]=18.5%×技术套管下深（m）/10 MPa 地层破裂压力梯度：KPa/m最大允许关井套压：Mpa最大允许钻井液密度：－0.06 (表层)－0.12 （技套）套管在垂直作用下的伸长量：式中：－钻井液密度 g/cm3－自重下的伸长 mL －套管原有长度 m套管压缩距：式中：－下缩距 m－自由段套管长度 m－水泥封固段套管长度 m－套管总长 m－钢的密度 7.85g/cm3－钻井液密度 g/cm3E －钢的弹性系数（2.1×106kg/cm3）泥浆有关计算公式：1、加重剂用量计算公式：式中：－所需加重剂重量吨－加重前的泥浆体积米3、、－加重前、加重后、加重材料比重 g/cm32、泥浆循环一周时间：式中：T －泥浆循环一周时间分V井、V柱－井眼容积、钻柱体积升Q －泥浆泵排量升/秒3、井底温度计算公式：式中：T、T0 －井底、井口循环温度 oCH －井深米4、配制泥浆所需粘土和水量计算：粘土量水量式中：W土－所需粘土的重量吨V泥－所需泥浆量米3r水、r土、r泥－水、土和泥浆的比重 g/cm3Q水－所需水量米35、降低比重所需加水量：式中：Q水－所需水量米3V原－原泥浆体积米3r原、r稀、r水－原泥浆、稀释后泥浆和水的比重 g/cm3。
钻井工程 19 井身结构讲解
4
一、套管的分类及作用
1、表层套管—Surface casing 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂层 安装井口、悬挂及支撑后续各层套管
2、中间套管—Intermediate casing 表层和生产套管间因技术要求下套管 可以是一层、两层或更多层 主要用来分隔井下复杂地层
求出继续向下钻进时
裸眼段允许最大地层压力 ? pper
? pper
?
?f2
?
Sb
?
Sf
?
D31 D2
?
Sk
试算法：
先试取一个 D31，计算 ? pper， 若计算 ? pper与实际值接近且略大，
则 D31 为尾管初选点，否则重试。
16
4、校核尾管下到 D31 是否被卡 校核方法同 2，△P N 换成△P A
13
2、验证中间套管下到 深度D21是否被卡 （1）首先求裸眼可能存在的最大静压差：
? P ? (? pmax ? Sb ? ? pmin ) ? Dmin ? 0.00981
ρ pmax ：钻进至D21遇到的 最大地层压力当量泥浆密度。
Dmin ：最小地层孔隙压力所处的井深，m
? 若 ? P ? ? PN ，不卡，D21为中间套管下入深度D2。 ? 若 ? P ? ? PN ，会卡，中间套管应小于初选点深度，
钻井工程
井身结构
中国石油大学（北京）
1
oil zone
一开 表层套管
二开 中间套管
(技术套管)
三开 生产套管
(油层套管)
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20
2 技术套管下深公式推导 PmE≥Ppmax 1）防喷
Pf≥PmE
地层破裂压力 井内有效液柱压力
在下钻时，井内有效液柱压力最大，易发生井漏。
mE =max +S g =p max +S b +S g
考虑地层压力及地层破裂压力检测误差，加入压裂安全增值Sf 则
f mE S f
设计地层破裂压力当量密度
p max +S b +S g S f
井内有效液柱压力 设计井段最大地层压力
在起钻时，井内有效液柱压力最小，易发生井喷。
mE max S b
井内有效液柱压力当量密度 考虑到防喷，则 该井段所用最大钻井液密度
所以
mE = p max
该井段最大地层压力当量密度
max =p max +S b
2 技术套管假定下深公式推导
2）防漏
这便是正常作业时，技术套管假定下深的计算公式
3 按图查找下深点
在压力剖面图的横坐标上， 找出前面已经确定的 地层设计破裂压力当量密 度ρf ， 从该点向上引垂线与破裂 压力线相交，交点所在的 深度及为中间套管下入深 度的初始假定点D21。
4、实例
某井设计井深为 4400 m；
地层孔隙压力梯度和破裂 压力梯度剖面如图 。 试确定该井不发生溢流时， 技术套管下入深度。 给定设计系数： Sb = 0.036g/cm3 ； Sg = 0.04g/cm3 ； 由图上查得 Sf = 0.03g/cm3 ；
高职石油天然气工程类专业 微课展示作品
正常作业技术套管假定下深的确定
辽河石油职业技术学院 王军波开 表层套管二开技术套管
(中间套管)
下入深 度如何 确定？
三开
油
层
生产套管
2 (油层套管 )
1、所需基础数据 1）地质方面的数据
两大剖面：
孔隙压力剖面 破裂压力剖面
19
1、所需基础数据 2）工程类数据
2、从该点向上引垂线与破裂压力 线相交，交点所在的深度3200m即 为该井正常钻井时，技术套管下入 深度的假定点。
欢迎同学们继续学习《钻井工程》
p max= 2.04g/cm3
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解：
（1）技术套管假定下深 由
f p max S b S g S f
将已知参数代入上式得：
f 2.04 0.036 0.04 0.03
=2.146(g/cm3)
1、在压力剖面图的横坐标上，找出 当量钻井液密度为2.146g/cm3的点 f 2 。