广17-1井钻井设计钻井课程设计

1、石油工程课程设计（钻井部分）广17-1井钻井设计 目录1、 井身结构设计2、 钻井主要设备设计3、 井眼轨道设计4、 钻具组合设计5、 钻井液设计6、 钻井参数设计7、 套管柱设计一、井身结构设计1.1、套管的层次井号为广17-1井，井型为自然造斜井。在0150m潜江凹陷下表层套管用来巩固地表疏松层段并为了安装井中防喷装置。还用来承受下部各层套管的部分重量。由于150m后地层岩性坚硬，井深浅，考虑经济不用下技术套管，但是使用了扩眼钻头来扩大井眼。最后下了生产套管用于采油生产。1.2、 套管下入的深度一开表层套管下入深度为150m。二开生产套管下入深度为3350m。1.3套管及钻头尺寸设计 二开

2、钻头为Ø139.7mm要选用Ø215.9mm的钻头， 要扩眼为Ø244.5mm的井段需要扩眼直径为Ø311.1mm的钻头。下直径为Ø339.7mm的套管要用钻头直径为Ø444.5mm钻井。一开表层套管外径为Ø444.5mm的钻头钻开下套管外径为Ø339.7mm。1.4设计结果一开表层套管下入深度为150m。用外径为Ø444.5mm的钻头钻开下套管外径为Ø339.7mm。二开生产套管下入深度为3350m。用外径为Ø215.9mm的钻头钻开下套管外径为Ø139.7mm井段钻头直径

3、 mm0151444.51000311.11300215.92500215.93355215.9二、钻井设备的设计序号名称型号载 体(KN)功 率（KW）备注1钻机大庆130-20002井架塔式20003天车TC-20020004游动滑车YC-20020005大钩DC-20020006水龙头SL-20020007转盘ZP-52020008绞车JC14.59钻 井 泵1#3NB-13009562#3NB-1300956 10 动 力 机1#Z120V190-B7942#Z120V190-B7943#Z120V190-B79411压 风机自动IV-38电动IV-381912发电机组1#Z12V-1

4、352002#Z12V-13520013防 喷 器2FZ35-2114控制系统FK240315振 动筛1#ZS2x1.5x23P42#ZS2x1.5x23P416除砂器NCJ-2272.217除泥器NJ-8612.218离心机LW3551855.519除气器LZCQ-37.520清洁器21加重装置三、井眼轨道的设计3.1、基本数据井口坐标纵坐标3369507.50靶点 坐 标纵坐标3369575.00横坐标19667029.70横坐标19666990.00靶点垂深（m）2775.00设计靶区半径（m）65设计方位(度)329.54设计位移（m）78.31设计井底垂深（m）3350设计完钻井深(

5、m)3355.00全角变化率要求：4.5度/25米设计剖面类型：直井段自然造斜段3.2井眼轨道设计1、计算最大稳斜角井段分为三段式设计，分为垂直段，造斜段，稳斜段Dt=2775m Dkop=1000m St=112.01m K=0.44°/100m R=20227.5m De=Dt-Dkop=2775-1000=1775m St=78.31m tan=StDe-tan2=112.011775-tan2 解得 a b=5.13°2、计算各点数据 当Dm=151时 井斜角=0 垂深D=151m 水平位移S=0 南北坐标NS=0 东北坐标EW=0当Dm=1000时 井斜角=0垂深

6、D=1000m水平位移S=0南北坐标NS=0东北坐标EW=03 当Dm=1905时 井斜角 =5.31°2=2.565°垂深tan5.132=D-1000R D=sin5.132×R=904.88m水平位移S=R-cos5.132×R S=29.68南北坐标 NS=16.85 东北坐标 EW=-9.924 当Dm=2801时 井斜角=5.13° 垂深 tan5.13=129.95-S2775-D 2775-D=129.95-Stan5.31=542.36 D=2775-542.14=2232.64m 水平位移 3355-1000-129.95-

7、Ssin5.31=0.0895×R S=81.26m南北坐标NS=68.34东北坐标 EW=-41.215 当Dm=3355时 井斜角 =5.13°垂深 D=2775m水平位移 S=78.31m南北坐标 NS=3369507.50-3369575.00=-67.5东北坐标 EW=112.01设计结果井深m井斜度方位角垂深m位移m南北坐标（N+S）东西坐(E+W)00329.5400001510329.5415100010000329.54100000019052.565329.541904.8820.29516.85-9.9228105.13329.542232.6481.

8、2668.34-41.2133555.13329.542775129.95112.01-65.884. 钻具组合4.1井段0151m钻铤设计：钻头Ø445.5mm 钻铤外径177.8mm 内径57.2mm钻井液密度1.10g/cm3qc=1.708kN/mSN取1.2Wmax=60kN=0 KB=1-1.10/7.8=0.859=(1.2×60)/(0.859×1.708×cos00)=49.074m49.074/901=5.39则需要钻铤6根调整后LC=6×9.1=54.6m钻杆的设计：选钻杆D纲级外径127.0mm内径108.6mmqP=0

9、.28468kN/mSt=1.3查表得：Fy=1290.86kN/m =0.9×1290.86/1.3=893.67kN且KB（qCLC+qPLX）Fa即有0.859*（1.708×54.6+0.28468LX）893.67LX3326.91m则钻杆长为：LP=151-54.6=96.4m94.6/9.1=10.56则需此钻杆11根井段0151m钻具组合：Ø444.5钻头+Ø177.8mmDC（6根）+Ø127mmDP（11根）4.2井段1511000m钻铤设计：钻头Ø244.5mm钻铤外径177.8mm内径57.2mm钻井液密度1.

10、10g/cm3qc=1.708kN/mSN取1.2Wmax=80kN=0KB=1-1.10/7.8=0.859=(1.2×80)/(0.859×1.708×cos00)=65.432m65.432/9.1=7.19则需此钻铤9根调整后LC=9×9.1=81.9m钻铤设计：选钻杆D纲级外径127.0mm内径108.6mmqP=0.28468kN/mSt=1.3查表得：Fy=1290.86kN/m=0.9×1290.86/1.3=893.67kN且KB（qCLC+qPLX）Fa即有0.859×（1.708×81.9+0.2846

11、8LX）893.67LX3163.11m则钻杆长为：LP=1000-151-81.9=767.1m767.1/9.1=84.3则需此钻杆85根井段1511000m钻具组合：钻头Ø244.5+Ø177.8mmDC（9根）+Ø127mmDP（85根）4.3井段10001300m钻铤设计：钻头Ø215.9mm钻铤外径158.8mm 内径57.2mm钻井液密度1.10g/cm3qc=1.328kN/mSN取1.2Wmax=120kN=0.79KB=1-1.10/7.8=0.859=(1.2×120)/(0.859×1.328×cos

12、0.790)=126.24m126.24/9.1=13.87则需此钻铤15根调整后LC=15×9.1=136.5m钻杆设计：选钻杆D纲级外径127.0mm内径101.6mmqP=0.37373kN/mSt=1.3查表得：Fy=1729.92kN/m=0.9×1729.92/1.3=1197.64kN且KB（qCLC+qPLX）Fa即有0.859×（1.328×136.5+0.37373LX）1197.64LX3228.83m则钻杆长为：LP=1300-1000-136.5=263.5m263.5/9.1=28.96则需此钻杆29根满眼钻具组合：Ø

13、;214mmC=(215.9-214)/2=0.95mm=0.00095mE=20594×104kNJ=(158.84-57.24)×(10-3)4=0.3067×10-4m4qM=1.328×0.859=1.142kN/mLc=(16×0.00095×0.3067×10-4×20594×104)/(1.142×sin0.790)0.25=8.83m则到钻头最优长度：8.83m井段10001300m钻具组合：钻头Ø215.9mm+Ø214mmSTP+Ø158.8mm

14、DC（1根）+Ø214mmSTP+Ø158.8mmNMDC（1根）+Ø214mmSTP+Ø158.8mmDC（2根）+Ø214mmSTP+Ø158.8mmDC（11根）+Ø127mmDP（29根）4.4井段13002500m钻铤设计：钻头Ø215.9mm钻铤外径158.8mm 内径57.2mm钻井液密度1.30g/cm3qc=1.328kN/mSN取1.2Wmax=50kN=4.33KB=1-1.30/7.8=0.83=(1.2×50)/(0.83×1.328×cos4.330)=54

15、.59m54.59/9.1=5.99则需此钻铤6根调整后LC=3*9.1=6×9.1=54.6m钻杆设计：选钻杆D纲级外径127.0mm内径101.6mmqP=0.37373kN/mSt=1.3查表得：Fy=1729.92kN/m=0.9×1729.92/1.3=1197.64kN且KB（qCLC+qPLX）Fa即有0.83×（1.328×54.6+0.37373LX）1197.64LX3666.90m则钻杆长为：LP=2500-1300-54.6=1145.4m1145.6/9.1=125.87则需此钻杆126根满眼钻具组合：Ø214C=(2

16、15.9-214)/2=0.95mm=0.00095mE=20594×104kNJ=(158.84-57.24)×(10-3)4=0.3067×10-4m4qM=1.328×0.83=1.10kN/mLc=(16×0.00095×0.3067×10-4×20594×104)/(1.10×sin4.330)0.25=5.8m则到钻头的最优长度：5.8m井段13002500m钻具组合：钻头Ø215.9mm+Ø214mmSTB+Ø158.8mmDC(6m)+Ø2

17、14mmSTB+Ø158.8NMDC（1根）+Ø214mmSTB+Ø58.8DC（2根）+Ø214mmSTB+Ø158.8（3根）+Ø127mmDP（126根）4.5井段25003355m钻铤设计：钻头Ø215.9mm钻铤外径158.8mm 内径57.2mm钻井液密度1.30g/cm3qc=1.328kN/mSN取1.2Wmax=140kN=5.13KB=1-1.30/7.8=0.83=(1.2×140)/(0.83×1.328×cos5.130)=153.03m153.03/9.1=16.81

18、则需此钻铤18根调整后LC=18×9.1163.8m钻杆设计：选钻杆D纲级外径127.0mm内径101.6mmqP=0.37373kN/mSt=1.3查表得：Fy=1729.92kN/m=0.9×1729.92/1.3=1197.64kN且KB（qCLC+qPLX）Fa即有0.83×（1.328×163.8+0.37373LX）1197.64LX3278.873则钻杆长为：LP=3355-2500-163.8=691.2m691.2/9.1=75.96则需此钻杆76根钟摆钻具组合：Ø214A=2×sin5.13×0.83&#

19、215;1.328=0.971B=82.04×140×10-3×(215.9-158.8)/2=327.914C=184.62×20594×104×/64×(158.84-57.24)×(10-3)4×(215.9-158.8)/2×10-3=328258.825代入得LZ=20.89m则到钻头的最优长度：20.89井段25003355m钻具组合：Ø215.9mm钻头+Ø158.8mmNMDC（1根）+Ø158.8mmDC（1根）+Ø214mmSTB+&#

20、216;158.8DC（1根）+Ø215mmSTB+Ø158mmDC（15根）+Ø127DP（76根）第一段0151m钻具组合：Ø444.5钻头+Ø177.8mmDC（6根）+Ø127mmDP（11根）第二段1511000m钻具组合：钻头Ø244.5+Ø177.8mmDC（9根）+Ø127mmDP（85根）第三段10001300m钻具组合：钻头Ø215.9mm+Ø214mmSTP+Ø158.8mmDC（1根）+Ø214mmSTP+Ø158.8mmNMDC（

21、1根）+Ø214mmSTP+Ø158.8mmDC（2根）+Ø214mmSTP+Ø158.8mmDC（11根）+Ø127mmDP（29根）第四段13002500m钻具组合：钻头Ø215.9mm+Ø214mmSTB+Ø158.8mmDC(6m)+Ø214mmSTB+Ø158.8NMDC（1根）+Ø214mmSTB+Ø58.8DC（2根）+Ø214mmSTB+Ø158.8（3根）+Ø127mmDP（126根）第五段25003355钻具组合：Ø

22、215.9mm钻头+Ø158.8mmNMDC（1根）+Ø158.8mmDC（1根）+Ø214mmSTB+Ø158.8DC（1根）+Ø215mmSTB+Ø158mmDC（15根）+Ø127DP（76根）五、钻井液的设计5.1、钻井液密度的设计Ph=PpP 0.00981dD=PpP1、0151段 d=Pp20.00981D+P0.00981D=0.72+1.50.00981×151=1.76g/m3 d=Pp20.00981D+P0.00981D=0.72+50.00981×151=4.09 g/m32、1

23、511000段d=Pp20.00981D+P0.00981D=0.72+1.50.00981×1000=0.872 g/m3 d=Pp20.00981D+P0.00981D=0.72+50.00981×1000=1.23 g/m33、10001300段d=Pp20.00981D+P0.00981D=0.72+1.50.00981×1300=0.838 g/m3 d=Pp20.00981D+P0.00981D=0.72+50.00981×1300=1.142 g/m34、13002500段 d=Pp20.00981D+P0.00981D=0.72+1.50

24、.00981×2500=0.78 g/m3 d=Pp20.00981D+P0.00981D=0.72+50.00981×2500=0.923 g/m35、25003355段 d=Pp20.00981D+P0.00981D=0.72+1.50.00981×3355=0.76 g/m3 d=Pp20.00981D+P0.00981D=0.72+50.00981×3355=0.87 g/m36、结果小结井段m01511511000100013001300250025003355密度范围g/m31.764.090.8721.230.841.1420.780.92

25、30.760.865.2、钻井液类型的设计0151段由于井深浅需要钻井液密度小所以使用般土浆。1511850段使用抑制性聚合物淡水钻井液，抑制地层中粘土和页岩的膨胀，防止井壁坍塌。21703350段使用PHP-CMC饱和盐水钻井液，平衡地层压力。01511511000100013001300250025003355层位平原组广华寺组广华寺组荆河镇组荆河镇组荆河镇组潜一段潜二段潜三段潜四段密度（g/m3）1.764.090.8721.230.8381.1420.780.9230.760.87钻井液类型般土浆抑制性聚合物淡水钻井液抑制性聚合物淡水钻井液PHP-CMC饱和盐水钻井液PHP-CMC饱和

26、盐水钻井液粘度40503550355045605070六、钻井参数设计 6.1、机械参数的设计 1、钻头尺寸和类型0151m 钻头选用P2，钻头直径为444.5mm1511000m 钻头选用H126，钻头直径为244.5mm10001300m 钻头选用H126，钻头直径为215.9mm13002500m 钻头选用PDC，钻头直径为215.9mm25003355m 钻头选用HA517，钻头直径为215.9mm 2、钻压和转速设计0151m 设计钻压为3060KN ，转速为67rpm1511000m 设计钻压为6080KN ，转速为67rpm10001300m 设计钻压为60120KN ，转速为6

27、7rpm13002500m 设计钻压为3050KN ，转速为200rpm6 25003355m 设计钻压为120140KN ，转速为67rpm3、设计结果层位井段（m）钻头钻头序号钻井参数型号尺寸(mm)数量钻压（KN）转速（rpm）QN0151P2444.511306067NE11511000H126244.512608067E110001300H126215.9136012067E1Eq213002500PDC215.9143050200Eq2 Eq425003355HA517215.937120140676.2、 水力参数设计6.2.1 、 0151m设计1、计算最优环空返数 Va=18

28、.24dh=18.241.05×44.45=0.37m/s 2、计算最小排量 Qa=40Dh2-Dp2Va=4044.452-17.782×0.37=48.26L/s3、选择所需额定排量 0.9·QrQa Qr53.62 L/s 4、选择钻井型号 Qr53.62 L/s 不用计算5、计算输出的排量，泵压 Q90%·Qr P90%·Pr6、计算压耗 Pg=1.5MPa Pp=Bdp4.8+0.57503Dh-Dp3Dh+Dp1.80.80.2LpQ1.8 Pc=Bdc4.8+0.57503Dh-Dc3Dh+Dc1.80.80.2LcQ1.8015

29、1m 不用计算7、计算喷嘴当量直径 de=i=1ndi2 0151m 不用计算 8、设计喷嘴直径 设计喷嘴直径用三个喷嘴设d1=d2=d d3=(d+1) d12+d22+d32=dne2 0151 可得d1= 3 d2= 3 d3=4（9） 计算各力学参数 Vj=10C20dPb Fj=0.2AoC2Pb Pb=0.05dQ2C2Ao2=0.081dQ2C2dne4 Nb=o.05dQ2C2Ao2=0.081dQ3C2dne4 Pj=C2Pb0151m 不用计算6.2.2 、 1511000m设计1、计算最优环空返数 Va=18.24dh=0.68m/s 2、计算最小排量 Qa=40Dh2-

30、Dp2Va=40·(21.59²-17.78²)·0.68=14.9L/s3、选择所需额定排量 0.9·QrQa Qr16.539 L/s 4、选择钻井型号 Qr16.539 L/s 选用Pr33.1MP Qr19.9 L/s D120mm5、计算输出的排量，泵压 Q90%·Qr P90%·Pr Q90%×19.917.91L/s P90%×33.129.79MP6、计算压耗 Pg=1.5MPa Pp=Bdp4.8+0.57503Dh-Dp3Dh+Dp1.80.80.2LpQ1.8 Pc=Bdc4.8+0

31、.57503Dh-Dc3Dh+Dc1.80.80.2LcQ1.8 PPp+Pc3.75mPa7、计算喷嘴当量直径 de=i=1ndi2 de5.18mm 8、设计喷嘴直径 设计喷嘴直径用三个喷嘴设d1=d2=d d3=(d+1) d12+d22+d32=dne2 可得d1= 3 d2= 3 d3=4（9） 计算各力学参数 Vj=10C20dPb Fj=0.2AoC2Pb Pb=0.05dQ2C2Ao2=0.081dQ2C2dne4 Nb=o.05dQ2C2Ao2=0.081dQ3C2dne4 Pj=C2Pb1511000m Vj842.8 Fj16.25 Pb24.54 Nb439.51 Pj

32、79006.2.3、10001300m设计1、计算最优环空返数 Va=18.24dh=0.7m/s 2、计算最小排量 Qa=40Dh2-Dp2Va=4044.452-15.88²×0.7=11.68L/s3、选择所需额定排量 0.9·QrQa Qr12.96L/s 4、选择钻井型号 Qr12.96L/s 选用Pr33.1MP Qr19.9L/s D120mm5、计算输出的排量，泵压 Q90%·Qr P90%·Pr 10001300m Q90%×19.917.91L/s P90%×33.129.79MP6、计算压耗 Pg=1.

33、5MPa Pp=Bdp4.8+0.57503Dh-Dp3Dh+Dp1.80.80.2LpQ1.8 Pc=Bdc4.8+0.57503Dh-Dc3Dh+Dc1.80.80.2LcQ1.8 PPp+Pc4.01mPa7、计算喷嘴当量直径 de=i=1ndi2 de5.19mm 8、设计喷嘴直径 设计喷嘴直径用三个喷嘴设d1=d2=d d3=(d+1) d12+d22+d32=dne2 可得d1= 3 d2= 3 d3=49、 计算各力学参数 Vj=10C20dPb Fj=0.2AoC2Pb Pb=0.05dQ2C2Ao2=0.081dQ2C2dne4 Nb=o.05dQ2C2Ao2=0.081dQ

34、3C2dne4 Pj=C2Pb10001300m Vj842.7 Fj16.68 Pb24.28 Nb439.51 Pj70226.2.4、 13002500m 设计1、计算最优环空返数 Va=18.24dh=0.65m/s 2、计算最小排量 Qa=40Dh2-Dp2Va=40·(21.59²-17.78²)·0.65=10.85L/s3、选择所需额定排量 0.9·QrQa Qr12.04L/s 4、选择钻井型号Qr12.04 L/s 选用Pr33.1MP Qr19.9L/s D120mm5、计算输出的排量，泵压 Q90%·Qr P9

35、0%·Pr 13002500m Q90%×19.917.91L/s P90%×33.129.79MP6、计算压耗 Pg=1.5MPa Pp=Bdp4.8+0.57503Dh-Dp3Dh+Dp1.80.80.2LpQ1.8 Pc=Bdc4.8+0.57503Dh-Dc3Dh+Dc1.80.80.2LcQ1.8 PPp+Pc4.03mPa7、计算喷嘴当量直径 de=i=1ndi2 de5.41mm 8、设计喷嘴直径 设计喷嘴直径用三个喷嘴设d1=d2=d d3=(d+1) d12+d22+d32=dne2 可得d1= 3 d2= 3 d3=4（9） 计算各力学参数 V

36、j=10C20dPb Fj=0.2AoC2Pb Pb=0.05dQ2C2Ao2=0.081dQ2C2dne4 Nb=o.05dQ2C2Ao2=0.081dQ3C2dne4 Pj=C2Pb13002500m Vj778.7 Fj 18.14 Pb24.26 Nb434.5 Pj7468.46.2.5、25003355m设计1、计算最优环空返数 Va=18.24dh=0.65m/s2、计算最小排量 Qa=40Dh2-Dp2Va=4044.452-15.88²×0.65=10.85L/s3、选择所需额定排量 0.9·QrQa Qr12.04L/s 4、选择钻井型号Qr1

37、7.02 L/s 选用Pr33.1MP Qr19.9L/s D120mm 5、计算输出的排量，泵压 Q90%·Qr P90%·Pr 25003355m Q90%×19.917.91L/s P90%×33.129.79MP6、计算压耗 Pg=1.5MPa Pp=Bdp4.8+0.57503Dh-Dp3Dh+Dp1.80.80.2LpQ1.8 Pc=Bdc4.8+0.57503Dh-Dc3Dh+Dc1.80.80.2LcQ1.8 PPp+Pc4.78mPa7、计算喷嘴当量直径 de=i=1ndi2 de5.45mm 8、设计喷嘴直径 设计喷嘴直径用三个喷嘴设

38、d1=d2=d d3=(d+1) d12+d22+d32=dne2 可得d1= 3 d2= 3 d3=49、 计算各力学参数 Vj=10C20dPb Fj=0.2AoC2Pb Pb=0.05dQ2C2Ao2=0.081dQ2C2dne4 Nb=o.05dQ2C2Ao2=0.081dQ3C2dne4 Pj=C2Pb25003355m Vj770.32 Fj17.88 Pb23.51 Nb421.06 Pj7468 6.25、设计结果井段喷嘴组合排量l/s泵压MPa泥浆密度g/cm3钻头压降MPa环空压耗MPa喷射速度冲击力KN水马力KN比水马力n/mm2环空返速m/s1#mm2#mm3#mm面积

39、0-15115161555453.621.170.37-10001113022817.9129.791.1813.620.17842.816.254389.320.68-13001113022817.9129.791.2812.020.55842.716.683619.850.7-25001114024917.9129.791.2810.060.97778.718.143028.250.65-33551114026717.9129.791.288.751.26770.3217.882627.170.65七、套管柱的设计7.1表层套管设计1、筛选套管的钢级0150Pcmax1.1×0.

40、00981×d×150 1.1×0.00981×1.1×150=1.78MPa查API套管强度数据表，根据钻井成本最低原则，选择J-55套管 尺寸为Ø339.7mm2、壁厚t=9.65mm Fs2=2651KN Fs1=3794KN Pc=7.8MPa q=0.81KN/m2、 校核 St=Fs2q×L1=21.82>1.8Pcc= Pc'×1.03-0.74FmFs31=7.8×1.30-0.74×0.81×1503794=9.955MPaSc=PccPc=1.281.

41、07.2、生产套管的设计7.21筛选套管的钢级 d=1.30 PcmaxSi×Pi=1.1×0.00981×d×D =1.1×0.00981×1.30×3355=47.06MPa 选N80套管7.2.2设计第一段套管柱的长度 套管外径Ø139.7mm、第一段套管壁厚t1=9.17 Fs12=1804KN Fs11=2073KN Pc1=60.9MPa q1=0.2976KN/m、第二段套管、壁厚t2=6.99 Fs22=1361KN Fs21=1606KN Pc2=34.4MPa q2=0.231KN/m、下入深度D2 Pc2Sc×Pc 34.41.0×D2×0.00981×d D2=2697.4m、计算第一段长度 L1=D-D2=3355-2697.4=657.6m 、校核 St=Fs2q1×L1+q2×L2=13610.2976×667.6+(2697.4-2000)×0.231=3.811.8 Pcc= Pc2'1.03-0.74FmFs21=34.4×1.03-0.743571606=29.8 Sc=29.80