钻井工程课程设计报告

西南石油大学石油工程专业学生专业课程设计钻井工程设计专业年级： 学号： 姓名： 指导教师： 西南石油大学石油工程学院2007年3月15日构造名称：WL构造井号：jing-66井井另别：开发井钻井工程设计地质设计： （签名）日期： 工程设计： （签名）日期： 地质审核意见：（签名）日期:地质批准意见:签名）日期:工程审核意见:（签名）日期:工程批准意见:签名）日期:地质设计一、地质概况1.井位座标：地面座标靶点座标横坐标（米）纵坐标（米）横坐标（米）纵坐标（米）1856804633527702.地面海拔：300米构造位置：WL构造地理位置：HN省QH县WL乡测线位置：设计井深：4800米钻探目的：开发ST系气层二、地层分层、岩性描述故障提示层位井深（米）厚度（米）主要岩性描述故障提示第四系800800表层土及砾石防斜、防塌

灌口1436636棕红色泥岩夹粉砂岩防斜、防塌层位井深（米）厚度（米）主要岩性描述故障提示「夹关1918482暗棕红色长石砂岩夹泥岩防喷、防漏逢莱2273355棕红色泥岩、砂质泥岩夹砂岩防喷、防漏3015742泥岩夹灰绿色砂岩防喷、防漏沙溪庙3315300泥岩、长石砂岩、砾砂岩防喷、防漏自流井4100785泥岩、石英砂岩、砂岩防喷须54480380砂岩防喷、防漏石炭4800320灰岩三、地层压力剖面

名称Swg/cm3Sgg/cm3Sfg/cm3Skg/cm3PNMPaPMPaa数值0.0360.0360.0250・061722钻井工程设计身结构、井深结构1.井身结构表套管层次井眼尺寸(mm)井深(m)套管尺寸(mm)卜入井段(m)套管鞋层位水泥返深(m)表层套管444.513500~13501350中间套管31136151350~36153615油层套管215・944853615~448544852.井身结构示意图、固井设计1.各层套管柱设计表外径mm井段m段长m钢级壁厚mm重量KN安全系数段重累重抗拉抗挤抗压244.483240〜3615375P-11013.84780.8292.826.771.281.20244.482890〜3240350C-7513.84780.8273.2823.31.321.40244.480~28902890C-7513.84780.82256.5122.181.101.532•水泥设计固井时水泥浆水泥塞水泥浆水泥浆滤水泥量水泥添加剂用量层次对泥浆返高厚度密度失量的要求mmg/cm3mlT等级Kg中间套管3615201.85G四、钻柱设计钻程序尺寸mm钢级单位重力N/m最小拉抗力kN井段m尺寸mm单位重力N/m长度m1127E284.781760.310~13502282803166212795284.782229.711350~36152032194.322733127114.395E284.782229.713615~4485177.81601400242.31470.90488.995226.221819.274485~4800120.65681536五、机械破碎参数设计1.各层段地层可钻级值地层第四系灌口夹关逢莱沙溪庙自流井须5石炭可钻级值0.611.392.1633.57.35.24.92.机械破碎参数钻头序号钻头尺寸mm类型钻进井段m地层钻压kN转速r/min纯钻h进尺m机械钻速m/h0444.5X220~1350第四系灌口30~20082~546013508.41311J111350~1905灌口夹关2101238555132311J221905~2460逢莱210~250115~825055593311J222460~3015210~250115~825055584311ATJ223015~3615沙溪庙210~250115~82506007.55215.9B22M3615~3905自流井50~80170~120802901006215.9J223905~4195自流井须5160~20087~825029057215.9ATMJ114195~4485须5160~20087~825029058149.2J554485~4800石炭50~7076503152.9六、钻井液设计取样井深m出口温度C常规性能旋转粘度计读数中压失水密度g/cm3粘度s含砂量%PH直切力10秒Pa切力10分Pa3转读数300转读数600转读数失水ml泥饼mm摩擦系数36154 91.47450.29.03.512.58读数30读数4530.5

七、水力参数设计钻头序号钻头直径mm井段m喷嘴直径mm.亠立压力MPa流里I/S钻头压降MPa钻头水功率KW钻头比水功率W/mm2射流冲击力KN喷射速度m/sJ1J2J30444.50~135015.8814.2912.7014.2556.827.734.392.837.1011913111350~190511.9112.714.2913.8546.97.503524.655.87123构造名称：WL构造井号：jing-66井井另别：开发井钻井工程设计说明专业年级：2003级石油工程专业学号：03053125姓名： 指导教师： 目录一、 地质概况1二、 地层分析、岩性描述、故障提示1TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"三、 地层压力剖面 2\o"CurrentDocument"四、 井身结构设计 2五、 固井工程设计 5六、 钻柱设计8\o"CurrentDocument"七、 机械破碎参数设计 1113八、 钻井液设计13TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"九、水力参数设计 13十、油气井压力控制 17\o"CurrentDocument"十一、地层压力监测要求 18十二、油气层保护 18\o"CurrentDocument"十三、环境保护 18\o"CurrentDocument"十四、完井井口装置 18参考文献 19一、地质概况1.井位座标：表A-1地面座标靶点座标横坐标（米）纵坐标（米）横坐标（米）纵坐标（米）1856804633527702.地面海拔：300米3.构造位置：WL构造地理位置：HN省QH县WL乡测线位置：6.设计井深：4800米7•钻探目的：开发ST系气层、地层分层、岩性描述故障提示表A-2层位井深（米）厚度（米）主要岩性描述故障提示r第四系800800表层土及砾石防斜、防塌灌口1436636棕红色泥岩夹粉砂岩防斜、防塌夹关1918482暗棕红色长石砂岩夹泥岩防喷、防漏r逢莱2273355棕红色泥岩、砂质泥岩夹砂岩防喷、防漏3015742泥岩夹灰绿色砂岩防喷、防漏沙溪庙3315300泥岩、长石砂岩、砾砂岩防喷、防漏自流井4100785泥岩、石英砂岩、砂岩防喷须54480380砂岩防喷、防漏石炭4800320灰岩

三、地层压力剖面图A-1名称Swg/cm3Sgg/cm3Sfg/cm3Skg/cm3PNMPaPMPaa数值0.0360.0360.0250.061722四、井身结构设计钻探目的层为须5砂岩地层，确定完井方法为射孔完井。油气套管下入须5层3~5米。根据地质情况，钻达目的层过程中不受盐层，高压水层等复杂地层的影响,故井身结构设计按地层压力和破裂压力剖面（图 A-1）进行设计系数见表A-3o由于该井为开发井，故中间套管下深按可能发生溢流条件确定必封点深度。从图A-1查得钻遇最层压力当量密度 pmax1.950gCM3,则设计地层破裂压力当量密度由周开吉、郝俊芳编写的《钻井工程设计》（4-13）式确定，即4800fD1.950 0.0360.0250.06H试取H〔3900m，在图A-1查得f3900 2.090gcm3，再将H〔 3900m代入上式，得4800fD3900 1.9500.0360.0250.0639002.085gCm3以为fD3900f3900，且相近，所以确定中间套管下入深度初选点为H1 3900mo验证中间套管下入深度初选点3900m是否有卡钻危险，从图A-1知在井深3900m处地层压力梯度为1.77g.cm3，以及2400m以上属正常地层压力，该井段最小地层压力梯度当量密度为1.07gcm3，则由周开吉、郝俊芳编写的《钻井工程设(4-15)式，求得计》PN0.00981(m1.07)2400其中m HI Sw1.770.0361.806gcm3代入上式，得PN0.00981(1.8061.07)240017.3317所以中间套管下入井深3900有卡套管的危险，中间套管下入深度应当减小求在允许压力差17MP的条件下，中间套管的下入深度H2a217 0.00981（m1.07）H2

17 1.07m0・00981H217 1.070.0098137501.53gcm3mSw中间套管下入深度处的地层压力梯度即，1.530.036 1.494g.cm3从压力剖面图上查出地层压力梯度1.478gcm3时，相应井深3615m,故中间套管深度为3615m。水泥返至地面。油层套管下入须5层3~5米，即H4 4485m。判断此深度是否有卡套管的危险。P0.00981(1.880.0361.494)361514.97MPa Pa22MPa，无卡套管的危险。所以油层套管下入深度为4485m。水泥返至地面。表层套管下入深度中间套管下入井深3615m处的地层压力梯度当量密度1.494gcm3，给定溢流数值Sk0.06gcm3，则表层套管下深由(4-13)式计算，即fD1.494 0.036 0.0253615 0.061.555TOC\o"1-5"\h\zfD H0 H0试取H1350m,由图查得f1350 1・72gcm3，再将H1350m代入上式，。 f1350 。刁得曰fD1350fD1350

因为fD13501.555刁得曰fD1350fD1350

因为fD13501.5551350f1350且相近，满足要求，即表层套管下入深度为 1350mf1350表层套管水泥返至地面本井采用13389587in井深结构，由图4-9a可查得各层次套管所用钻头尺寸。表层套管用44.5mm(17i2in)钻头，钻至井深1350m，339.7mm(1338in)套管下至井深1349m，水泥返至地面。中间套管用311mm(12i4in)钻头，钻至井深3615m，244.5mm(958in)套管下至井深3612m，水泥返至地面。油层套管用215.9mm(812in)钻头，钻至井深4485m，177.8mm(7in)套管下至井深4482m，水泥返至地面。149.2mm(578in)钻头钻至目的层。表A-4套管层次井眼尺寸(mm)井深(m)套管尺寸(mm)下入井段(m)套管鞋层位水泥返深(m)表层套管444.513500~13501350中间套管31136151350~36153615:油层套管215.944853615~44854485五、固井工程设计1•套管强度设计(中间套管)设计数据：下入深度3612m，钻井液密度1.566gcm3，抗外挤安全系数Sc1.02，抗拉安mc全系数St1.80，抗压安全系数SJ.20。设计方法：采用等安全系数法计算井口最大压力PsiPPe1.11510 GHsibi GPbi0.00981PmaxH0.009811.494361252.94MPaPsi52.94e1.1151040.55361242.42MPa设计压力R P.S.42.421.2050.90MPDsii a因此，抗压强度小于50.90MP的套管均不选用。a确定下部第一段套管，设计抗挤强度为56.02MPaPc10.00981mScH56.02MPa由表5-4查得P-110,壁厚13.84mm套管,Pc54.813MPa,P63.156MPa,PT6325.4KN,dj216.8mmq780.8Nm，长圆螺纹。54.8130.00981 1.56636121.021Sc1.02咋1.49 1.2042.42第二段选用C-90,壁厚13.84mm套管,Pcc49.091MPa,P61.501MPa,PT5146.6KN,dj216.8mm,q780.8Nm,长圆螺纹。许可下入深度:49.091H 3240m2 0.009811・5661.02第一段套管下入长度L1 36153240375m校核第一段套管抗拉强度1051055N236.33KNTz1375780.8(1 7.85 )2.36336325.451.228MPa,ST1 51.228MPa,第三段套管选用C-75,壁厚13.84mm套管，P43.782MP,PcaPT4443.8KN，dj216.8mm，q780.8Nm，长圆螺纹。

许可下入深度:2890m43.7822890m0.009811.5661.02第二段套管下入长度L2 32402890350m校核第二段套管抗拉强度z2350780・8(1 )5146z2350780・8(1 )5146・6220.5723.31.5667.85)1・80220.57KN61.501i2-…1.40 1.20i241.94第三段套管下入井深H3 2890m，校核该段套管顶部截面（井口）的抗拉3强度2.181.10ST2.181.10ST3外径mm井段m段长m钢级壁厚mm重量KN安全系数段重累重抗拉抗挤抗压244.483240〜3615375P-11013.84780.8292.826.771.281.20244.482890〜3240350C-7513.84780.8273.2823.31.321.40244.480~28902890C-7513.84780.82256.5122.181.101.531.566220.57780.8(3612375 350)(1 )107.85表A-52•注入水泥浆设计（中间套管）设计数据：设计井深H3615m，水泥塞高度h20m，套管下入长度3612m,O水泥返至地面，水泥浆附加量30%钻井液压缩系数kp1.03，计算井径按钻头直径311mm,钻井液性能m1.566gcma,n0.5,K0.3PaSn。水泥浆gcm3, 0.02Pas, 015Pa。水泥用量N二2 3V4其中：V7.85105(D；d2)h105(31.12 24.52)3625104.13m33V2 7.82105di2h10521.682 200.74m33附加30%V3(V1V2)30%(104.130.74)30%31.461m3水泥浆密度VV2V41.85gcm3水泥浆密度VV2V4xV3 104.130.7431.4610.04015用水量Vw（水化比m0.5）V娱w1033396500.584.9m3396500.584.9m31031替钻井液量Vm7.85103di2(Ls_L°)Kpm is°p10321.682 (3752033502890)132.75m表A-63固井时水泥浆水泥塞水泥浆水泥浆滤水泥量水泥添加剂用量层次对泥浆返高厚度密度失量的要求mmg/CmmlT等级Kg中间套管3615201.85G六、钻柱设计钻柱组合第一次开钻（0~1350m444.5mm3A228mmDC203mmDC177.8mmDC127mmDP133mmKl（注：3A代表三牙轮钻头，DC钻铤，DP钻杆，KI――方钻杆）。第二次开钻（1350~3615m311mm3A203mmDC177.8mmDC127mmDP133mmKI第三次开钻（3615~4485m215.9mm3A177.8mmDC 155.8mmDC127mmDP133mmKI第四次开钻（4485~4800m149.2mm3A120.65mmDC88.9mmDP88.9mmKI各次开钻，由预估（设计）钻头最大钻压计算钻铤长度。444.5mm3A，PB300KN；311mm3A，PB250KN；215.9mm3A，PB200KN；149.2mm3A，P70KN。B

组合钻铤长度计算时，先按组合中最大直径钻铤由设计最大钻压确定长度,然后再根据大尺寸钻铤库存及钻井工艺要求确定不同直径钻铤的长度组合后面再设计。零轴向应力截面的位置由下式计算:P0.981HAL B pmzqc0.981m(AcAp)开，由零轴向应力截面确定LzLz300000_°9811350组合钻铤长度计算时，先按组合中最大直径钻铤由设计最大钻压确定长度,然后再根据大尺寸钻铤库存及钻井工艺要求确定不同直径钻铤的长度组合后面再设计。零轴向应力截面的位置由下式计算:P0.981HAL B pmzqc0.981m(AcAp)开，由零轴向应力截面确定LzLz300000_°9811350「°52^4°3 141.12m28030.9811.106(364^4 「34.03)Lz25141.1225166m二开：(203mmDC,内径71.44mm,qc2194.32Nm)。Lz25000^_°.98136^_佔834^ 249.20m2194.320.9811.494(361.87 34.03)Lz25 249.2024273m三开：(177.8mmDC，内径71.44mm,qc1601Nm)Lz20000^_°.981448^_倔34^彳了诃口16010.9811.88(208.4234.03)Lz24 376.3424400m四开：(120.65mmDC,内径57.15mm,qc681Nm)70000 0.98148001.9523.36Lz511.55m681 0.9811.95(88.6323.36)Lz24 511.5524536m钻柱强度设计：第一次开钻（略）第二次开钻：

井深H3615m,1.494gcm3,dc203mm,qc2194.32Nm,L273m,d127mm,q284.78Nm,拉力余量T450KN，设cpp计系数1.30,s.t1.42。s.t选127mm,钢级95,P2229.71KNy因为」1.42设计系数1.300.9Py所以Pa忌Of0.9Py所以Pa忌1.42当拉力余量为T450KN时当拉力余量为T450KN时Pa0.9PyT0.92229.714501556.74KNPaPa,按P设计PaPa,按P设计aKfqDqp1413.20(71.494~ 52.19432273)0.284784010mL允4010mH3615m,而实际下入最大长度36〔52733342m。第三次开钻qc1601Nm,井深H4485m,m1.88gcmqc1601Nm,L400m，d127mm，q284.78Nm，拉力余量T450KN，设计系数1・30,tc p p st1.42。选127mm，钢级95，Py2229.71KN，由第二次开钻钻柱设计可知,PP,因此可计算出允可下长度aapa认）丄qp(1413.20(i?881-7.851.601400)10.28478L允4276.38m允4485m,对于这种情况米用114.3127mm的复合钻柱,4276.38m即将95级127mm钻杆下部加一段114.3mm钻杆。井深H4800m，m1.95gcm3，dc120.65mm，qc681Nm，Lc536m，dp88.9mm，q226.22Nm，拉力余量Tp450KN，设计系数1.30,t1.39。选用钢级95钻杆Py1819.27KN0.91819.271637.343KN1.391.39第四次开钻当拉力余量为T 450KN时P 0.9Pyay0.91819.27450 1187.34KNPa Pa，按Pa设计a a aq丄峙(1187.34,1951-7.850.681536)10.226225370mL允5370m4800而实际下入最大长度4800 5364264mm，表A-7尺寸mm127127114.388.9E959595单位重力N/m284.78284.78284.78242.3226.22最小拉抗力kN1760.312229.712229.711470.901819.27井段0~13501350~36153615~44854485~4800尺寸mm228203177.8120.65单位重力N/m28032194.321601681长度166273400536七、机械破碎参数设计钻头选型表A-8地层第四系灌口夹关逢莱沙溪庙自流井须5石炭可钻级值0.611.392.1633.57.35.24.9由上表提供的地层可钻性级值，参照周开吉、郝俊芳编写的《钻井工程设计》表8-8~8-10钻头类型与地层的对应关系，选出该井钻头。第一次开钻（0~1350尬X221第二次开钻(1350~3615mJ111(1350~1905m)J221(1905~2460m)J221(2460~3015m)ATJ221(3015~3615m)第三次开钻(3615~4485mB22M1(3615~3905m)J221(3905~4195m)ATMJ111(4195~4485m)第四次开钻(4485~4800mJ551(4485~4800m)钻压W,转速n的确定由评选出的钻头类型及所钻地层岩性，从周开吉、郝俊芳编写的《钻井工程设计》表8-14~8-17查出对应钻头的Wn的值，再由转盘转速确定Wn,设计结果如下:表A-9钻头序号钻头尺寸mm类型钻进井段m地层钻压kN转速r/min纯钻h进尺m机械钻速m/h0444.5X220~1350第四系灌口30~20082~546013508.41311J111350~1905灌口夹关2101238555132311J221905~2460逢莱210~250115~825055593311J222460~3015210~250115~825055584311ATJ223015~3615沙溪庙210~250115~82506007.55215.9b22m3615~3905自流井50~80170~120802901006215.9J223905~4195自流井须5160~20087~825029057215.9ATMJ114195~4485须5160~20087~825029058149.2J554485~4800石炭50~7076503152.9八、钻井液设计中间套管钻井液性能设计表A-10取样井深m出口温度C常规性能旋转粘度计读数中压失水密度g/cm3粘度s含砂量%PH直切力10秒Pa切力10分Pa3转读数300转数600转数失水ml泥饼mm摩擦系数

取样井深m出口温度C常规性能旋转粘度计读数中压失水密度g/cm3粘度s含砂量%PH直切力10秒Pa切力10分Pa3转读数300转读数600转读数失水ml泥饼mm摩擦系数3615491.47450.29.03.512.58读数读数30.5九、水力参数设计第一次开钻(0~1350m第一次开钻(0~1350m设计数据:井深H1350m,m1.106gcm3，30030，60050d井深H1350m,m1.106gcm3，30030，60050dc228mm(di71.4mm)166mdp127mm(di108.6mm)pi1122mDb444.5mm1•确定流量1.433(DAd2)QQminmDbmb1834(D2d2)QmaxmDb因此:Qmin

min1.433(44.452 因此:Qmin

min1.433(44.452 12.7222)55.6061.s1.10644.45Qmax1.834(44.45 12.7Qmax1.834(44.45 12.721.10644.4571.166Ls由ZPN-800B钻井泵水功率特性表查得由ZPN-800B钻井泵水功率特性表查得170mm缸套，Qr28.421.sP14.21MP，选用两台ZPN-800BQ=228.4156.821/s。ra钻井液流变参数n 3-322lg霧3.322lgA°300.7370.5103000.510305110.7370.154Paa2•计算循环压耗Pcc由Qk0.0785(D2d2)VkQk0.0785(D20.0785(D2d2)则:钻杆流速V 56.82m 0.0785T078626.14ms钻杆流速V 56.82m 0.0785T078626.14msT钻杆外环空流速Vpo5682—0.399ms0.0785(44.45 12.7)钻铤流速2 14.20ms0.07586.8527.1422钻铤外环空流速Vdo钻铤外环空流速Vdo 56.82do0.0785(44.452-0.497ms22.82)又由管：Re10800djV管：ReLK(3： 1)n4n环 「 1012001n(Dd)nV2n空：Re 2n1nk(3n)可计算出：1080010.73710.860.737 6.1420.7371.1060.154(3 0・0.154(3 0・7370.7372135640.7371080010.7377.140.737 14.2020.7371.1060.154(3 0.7370.7370.154(3 0.7370.7374520340.73710120010.737冲4512.7)0.7370.39920.737「低16260.154(2037307.737 1)0.7371.106 ・・・l102510120010.737(44.4532.8)0.737 0.0234166+300.71.106 ・・・l10250.0234166+3(44.4522.8)(434.4522.8)0.154(230.07.37737)1'00.7733770.154(又由(ign3.93)50(1.75lgn).7(ig0.7373.93)500.0759(1.75(ig0.7373.93)500.0759(1.75ig0.737)70.2689a.R则fpia.R则fpi24Ree0.0759213560026890.07590.00278di4520302689di45203026890.00425po0.01481626po空0.02341025do循环压耗P由环空压耗P和管压耗P.组成c co ciPc=Pco+Pci其中：管压耗P32.4丄半cidii环空压耗Pcoco325LQ2d)3(Dd)20.0027811220.00425166因此Fc32.456.82c1.106[10.8657.1450.014820.01482]11222+(44.4512.7)(434.4512.7)6.48MPa3•计算钻头压降PbPbPrPcbrc14.216.487.73MPaa4•计算喷嘴当量直径de,0.0811mQ2mdeV—----&Pb-b取流量系数c0.980.08111.10656.822de： 0.9827.732.468cm5•计算喷嘴组合采用三不等径组合，从周开吉、郝俊芳编写的《钻井工程设计》表10-2中选取J115.88mm,J214.29mmJ _dJ2J； .24.68215.88214.29212.35mm。3 21在表10-2中选取接近且大于上式中J3的值，查表10-2得J312.70mm。de J；J；J"e；计算功能参数：15.88214.29212.352 24.68mmNbPbQ7.7356.82439.2KW1.273PbQN c1.2737.7356.8244.4520.283KWcm2mQ7.10KN0.78524.6821000QAs119ms10005682119ms20.78524.68第二次开钻(1350~3615沏钻头序号：1#, 311mm,J11设计数据：H1905m,m1.124gcm3, 30026, 60040,dc203mm(di7.144mm),Lc273m,dp127mm(di108.6mm)。设计方法和步骤同前，设计结果见下表所示：表A-2钻头序号钻头直径mm井段m喷嘴直径mm%%立官压力MPa流里I