钻井工程课程设计

1第一章设计资料收集1.1设计井基本资料井号SJ0089井别预探井坐标20639585,5347043设计井深2000井口海拔725目的层位Y1,D,N,T完井层位古生界地理位置海拉尔构造位置海拉尔盆地呼和湖坳陷呼和湖凹陷将北构造带设计依据1.设计依据（1）大庆石油管理局勘探部1992年第73期《勘探方案审定纪要》（2）本区标准层构造图。（3）邻井资料2.钻探目的评价本区油层情况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)泥浆密度(g/cm3)井深和3表层4441603391.1－1.2165和3油层21519451391.1－1.1519502.地层压力井号井段地层压力(g/cm2)破裂压力(g/cm2)和30－163.851.5和3163－300.91.55和3300－600.951.6和3600－90011.65和3900－1100.981.65和31100－150011.65和31500－17001.021.6和31700－19001.051.6和31900－19501.121.63.钻具组合井号井段钻头外径(mm)密度(g/cm3)钻具组合和30-1634441.1-1.2Φ178×75＋Φ159×26和3163-19502151.1-1.15Φ214螺扶＋Φ178×2＋Φ214螺扶＋Φ178×9＋Φ214螺扶＋Φ178减震器＋Φ178×18＋Φ214螺扶＋Φ159×26＋Φ214螺扶+Φ159×135和3680-6902151.1-1.15Φ178取芯筒＋Φ159×100和3950-9902151.1-1.15Φ178取芯筒＋Φ159×100和31075-10902151.1-1.15Φ178取芯筒＋Φ159×10024.钻井液性能井号地质年代井段(m)钻井液类型密度(g/cm3)漏斗粘度(s)PH值静切力(Pa)塑性粘度(mPa.s)屈服值(Pa)N值K值失水(API)和3伊二段-第四系0-163搬土混浆1.1-1.222-45-------和3大下段-伊二段163-1115两性复合离子钻井液1.05-1.122-358.5-9.5-28-134-7.65-.75.2-.41-4和3古生界-南上段1115-1950两性复合离子钻井液1.1-1.1535-458.5-92-313-187-9.55-.65.4-.61-45.水力参数井号钻头尺寸(mm)井段(m)泵压(MPa)钻头压降(MPa)环空压降(MPa)冲击力(kN)喷射速度(m/s)钻头水功率(%)比水功率(%)上返速度(m/s)功率利用率(%)和34440-1637.977.05.926.011043252.3488.5和3215163-53815.2613.31.967.41149574151.9187.17和3215538-68013.0811.771.314.6514033991.2889.97和3215690-95013.3911.771.624.6514033991.2887.9和3215990-107511.8910.261.634.0513127571.1986.28和32151090-135512.710.721.974.2313128871.1984.45和32151355-150012.8610.722.134.2313128871.1983.4和32151500-195013.3510.722.634.2313128871.1980.3和3215680-6900和3215950-99000和32151075-109006.钻井参数井号井段(m)钻头尺寸(mm)钻头类型生产厂喷嘴组合钻压(kN)转速(rpm)排量(l/s)泥浆密度(g/cm3)和30-163444X3A江汉14+14+1430-4065-7045-481.1-1.2和3163-538215J2江汉14.24+9.53+9.53160-18070-11040-451.05-1.1和3538-680215J11江汉9.53+9.53+9.53160-18065-7028-301.05-1.1和3690-950215J11江汉9.53+9.53+9.53160-18065-7028-301.05-1.1和3990-1075215ATJ11江汉9.53+9.53+9.53160-18065-7024-281.05-1.13和31090-1355215J22江汉9.53+9.53+9.53160-18065-7024-281.1-1.15和31355-1500215ATJ22江汉9.53+9.53+9.53160-18065-7024-281.1-1.15和31500-1950215J33江汉9.53+9.53+9.53160-18065-7024-281.1-1.15和3680-690215RC475川.克50-8065-7035-401.05-1.1和3950-990215SC226牡丹江50-8065-7035-401.05-1.1和31075-1090215RQ30650-8065-7035-401.05-1.17.套管柱设计参数井号套管类型套管层位井段(m)外径(mm)钢级段重(t)长度(m)壁厚(mm)累重(t)抗拉系数抗挤系数和3常规表层0-160339J-559.6516012.9812.9817.964.14和3常规油层0-190139J-557.721904.8148.12.3312.29和3常规油层190-438139J-556.22485.1743.291.83.29和3常规油层438-1945139J-557.72150738.1338.132.941.548.注水泥设计参数井号套管层位固井前密度要求(g/cm3)上返深度(m)水泥塞面深度(m)水泥浆密度(g/cm3)漏失量(m3)水泥品种标号注水泥量(袋)外加剂品种外加剂量(kg)和3表层1.201.85-1.90A级6390和3油层1.153721.85-1.90G级146104第二章井身结构设计2.1钻井液的压力体系2.1.1最大钻井液密度bpmamaxSx(2-1)式中max——某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度，3g/cm；pmax——该井段中所用地层孔隙压力梯度等效密度，3g/cm；bS——抽吸压力允许值的当量密度，取0.0363g/cm。发生井涌情况fnk=pmax+bS+Sf+niHSHkpmax(2-2)fnk——第n层套管以下井段发生井涌时，在井内最大压力梯度作用下，上部地层不被压裂所应有的地层破裂压力梯度，3g/cm；niH——第n层套管下入深度初选点，m；kS——压井时井内压力增高值的等效密度,取0.063g/cm；sf——地层压裂安全增值，取0.033g/cm。2.1.2校核各层套管下到初选点时是否会发生压差卡套3pminbpmaxmm210)(81.9SHPr(2-3)rnp——第n层套管钻进井段内实际的井内最大静止压差，MPa；minp——该井段内最小地层孔隙压力梯度等效密度，3g/cm；P——避免发生压差卡套的许用压差，取12MPa；mmH——该井段内最小地层孔隙压力梯度的最大深度，m。52.2井身结构的设计2.2.1套管层次的确定1.确定油层套管下入深度H1因为井深H=2000m,所以油层套管下入深度H1=2000m。2.确定第技术套管下入深度H2(1)初选点Hi2试取Hi2=310m参考临井基本参数,310f=1.60g/cm3,pmax=1.12g/cm3由公式2-2f2k=1.12+0.036+0.03+310060.02000f2k=1.573(g/cm3)因为f2k950f且相近，则初选点下入深度H2i=310m。(2)校核H2i=310m在此井段,pmax=1.12g/cm3,pmin=0.85g/cm3,Hmm=163m。由公式2-3P2r=9.81163×(1.12+0.036-0.85)103P2r=0.17126(MPa)因为P2rP,所以不会产生压差卡套,则确定此级套管的下入深度310m。3.确定第表层套管下入深度H3(1)试取Hi3=80m6参考临井基本参数，pmax=0.85g/cm3,80f=1.50g/cm3。参考邻井资料的钻井液性能指标的数据：在0-163m的井段上钻井液的密度范围为1.1-1.2g/cm3,在这里我们试取钻井液密度为1.15g/cm3由公式2-2和2-1f3k=1.15+0.03+80160310f3k=1.4125(g/cm3)因为f3k200f且相近，则初选点下入深度Hi3=40m。(2)校核H3i=80m在此井段,pmax=0.85g/cm3,pmin=0.85g/cm3,Hmm=80m。由公式2-3r3P=9.8180(1.2-0.85)103r3P=0.27468(MPa)因为r3PP,所以不会产生压差卡套,则确定此级套管下入深度为80m。2.2.2套管尺寸与井眼尺寸的选择与配合1.查《钻井手册(甲方)》，选择以下钻头与套管如下：表2-1钻头与套管的选择井号项目钻头尺寸(mm)下深(m)套管外径(mm)SJ0089表层444.580339.7SJ0089技术215.9310244.5SJ0089油层215.92000139.77第三章钻具设计3.1钻铤的设计根据五兹和鲁宾斯基理论得出，允许最小钻铤的最小外径为：允许最小钻铤外径=2倍套管接箍外径-钻头直径。钻铤长度取决于选定的钻铤尺寸与所需钻铤重量。3.1.1所需钻铤重量的计算公式m=bfmKSW（3-1）m——所需钻铤的重量，kN;Wm——所需钻压；Sf——安全系数,此取Sf=1.2；Kb——浮力系数；Lc——所需钻铤的长度,m；Ldp——所需钻杆的长度，m；qc——每次开钻所需钻铤单位长度重量；N——每次开钻所需钻铤的根数；每根钻铤的长度9.1m。3.1.2计算钻柱所受拉力的公式1．钻柱所受拉力P=[（Ldpqdp+Lcqdp）]Kb（3-2）P——钻柱所受拉力，kN；P外挤=dgL（3-3）8P外挤——钻杆所受外挤压力,MPa。3.2钻铤长度的计算3.2.1一次开钻钻具组合1.钻铤长度的确定选钻铤外径203.2mm，内径71.4mm，qc=2190N/m。此时bK=0.858，W=40KNLc=NcbSWqk=858.019.2402.1=25.54m从而实际用3根，实际长度39.1=27.3（m）2.钻杆长度计算及安全校核钻杆外径139.7mm，内径121.4mm，q=319.71N/m，钢级E级yF=1945.06KN，tS=1.3（1）安全系数校核：1Fa=0.9yF/tS=0.91945.06/1.3=1346.58KN(2)卡瓦挤毁校核2Fa=0.9yF/(y/x)=0.91945.06/1.42=1232.78KN（3）动载校核：3Fa=0.9yF-MOP=0.91945.06-400=1350.5KN较三种安全校核知卡瓦挤毁校核计算的最小则钻杆Lp=（2Fa-qcLcbK）/（qbK）=4307.08m80m从而实际用钻杆：80-27.3=52.7m校核抗挤度：P外挤=gh=1.110009.8（80-27.3）0.568MPaD=58.21MPa故安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。3.2.2二次开钻钻具组合91.钻铤长度的确定选钻铤外径203.2mm，内径71.4mm，qc=2190N/m。此时bK=0.852，W=180KNLc=NcbSWqk=852.019.21802.1=115.7m从而实际用13根，实际长度139.1=118.3（m）2.钻杆长度计算及安全校核钻杆外径139.7mm，内径118.6mm，q=360.59N/m，钢级E级yF=1945.06KN，tS=1.3（1）安全系数校核：1Fa=0.9