石油钻井井身结构设计计算书

井身结构设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

一、基础设计参数录入,,,,,,,,,

1,设计总垂深,H_d,设计值,,m,5000,目标井的总设计垂深，用于计算各压力及套管下入深度,SY/T5431-2017,本井为直井，垂深等于斜深

2,地表海拔高度,h_s,实测值,,m,100,井口的海拔高度，用于压力计算校正,SY/T5431-2017,根据井位地形测量数据获取

3,目的层顶界垂深,H_res,设计值,,m,4700,油气层顶部的垂深，用于水泥返高计算,SY/T5431-2017,根据地质设计确定

4,目的层底界垂深,H_res_bot,设计值,,m,4950,油气层底部的垂深，用于生产套管下深计算,SY/T5431-2017,根据地质设计确定

5,上覆岩层平均密度,ρ_o,选用值,,g/cm³,2.3,上覆岩层的平均体积密度，用于上覆压力计算,SY/T5431-2017,根据邻井测井数据统计选取

6,地层泊松比,μ,选用值,,量纲,0.28,地层岩石的泊松比，用于破裂压力计算,SY/T5431-2017,本区块砂岩地层典型取值

7,抽汲压力当量密度,S_b,选用值,,g/cm³,0.025,起钻时抽汲压力对应的当量密度增量,SY/T5431-2017,标准取值范围0.015~0.040

8,激动压力当量密度,S_g,选用值,,g/cm³,0.03,下钻时激动压力对应的当量密度增量,SY/T5431-2017,标准取值范围0.015~0.040

9,破裂压力安全允许值,S_f,选用值,,g/cm³,0.03,破裂压力当量密度的安全余量,SY/T5431-2017,标准规定取值0.03

10,溢流压井允许值,S_k,选用值,,g/cm³,0.08,溢流关井时允许的压力当量密度增量,SY/T5431-2017,标准取值范围0.05~0.10

11,正常压差卡钻临界值,Δp_n,选用值,,MPa,13,正常压力地层允许的最大压差,SY/T5431-2017,标准取值范围12~15MPa

12,异常压差卡钻临界值,Δp_a,选用值,,MPa,18,异常压力地层允许的最大压差,SY/T5431-2017,标准取值范围15~20MPa

13,钻井液密度附加值,Δρ,选用值,,g/cm³,0.07,气井钻井液密度的安全附加值,GB/T31033-2019,气井取值0.07~0.15

14,生产套管钢级,Grade_p,选用值,,,N80,生产套管的钢材等级,SY/T5724-2008,满足酸性气体腐蚀要求

15,生产套管壁厚,t_p,选用值,,mm,9.19,生产套管的管壁厚度,SY/T5724-2008,标准API套管壁厚

16,技术套管钢级,Grade_t,选用值,,,P110,技术套管的钢材等级,SY/T5724-2008,满足高压层强度要求

17,技术套管壁厚,t_t,选用值,,mm,10.03,技术套管的管壁厚度,SY/T5724-2008,标准API套管壁厚

18,表层套管钢级,Grade_s,选用值,,,N80,表层套管的钢材等级,SY/T5724-2008,满足浅层承载要求

19,表层套管壁厚,t_s,选用值,,mm,10.92,表层套管的管壁厚度,SY/T5724-2008,标准API套管壁厚

20,设计钻井液密度,ρ_m,选用值,,g/cm³,1.45,目的层钻井作业选用的钻井液密度,SY/T5431-2017,根据安全窗口选取

二、地层三压力剖面计算,,,,,,,,,

21,上覆岩层压力,P_o,计算值,P_o=0.00981×ρ_o×H_d,MPa,112.815,上覆岩层的总垂向压力，是地应力的基础参数,SY/T5431-2017,0.00981为g/1000的单位转换系数

22,上覆岩层压力梯度,G_o,计算值,G_o=P_o/H_d×100,MPa/100m,2.2563,单位深度的上覆压力，用于压力对比,SY/T5431-2017,常规地层该值约为2.25MPa/100m

23,目的层孔隙压力,P_p,实测值,,MPa,45.2,目的层地层流体的压力，由测井解释得到,SY/T5431-2017,根据本井测井数据实测

24,孔隙压力梯度,G_p,计算值,G_p=P_p/H_res_bot×100,MPa/100m,0.913131313,单位深度的孔隙压力，用于密度窗口计算,SY/T5431-2017,本层为异常高压地层

25,地层破裂压力,P_f,计算值,P_f=μ/(1-μ)×(P_o-P_p)+P_p,MPa,71.49472222,地层发生破裂的临界压力，采用伊顿法计算,SY/T5431-2017,伊顿法是行业通用的破裂压力计算方法

26,破裂压力梯度,G_f,计算值,G_f=P_f/H_d×100,MPa/100m,1.429894444,单位深度的破裂压力，用于密度窗口计算,SY/T5431-2017,本区块深层破裂压力梯度约为1.9~2.1MPa/100m

27,目的层坍塌压力,P_c,实测值,,MPa,38.5,地层发生坍塌的临界压力，由地应力测试得到,SY/T5431-2017,根据地应力测试结果获取

28,坍塌压力梯度,G_c,计算值,G_c=P_c/H_res_bot×100,MPa/100m,0.777777778,单位深度的坍塌压力，用于密度窗口计算,SY/T5431-2017,防止井壁坍塌的最低压力梯度

29,技术层孔隙压力,P_p_t,实测值,,MPa,32.5,技术套管段地层的孔隙压力,SY/T5431-2017,根据邻井实钻数据获取

30,技术层孔隙压力梯度,G_p_t,计算值,G_p_t=P_p_t/H_t×100,MPa/100m,0.928571429,技术层的孔隙压力梯度,SY/T5431-2017,技术层为正常压力地层

三、安全钻井液密度窗口计算,,,,,,,,,

31,防止井涌最小钻井液密度,ρ_m1,计算值,ρ_m1=G_p/10+Δρ,g/cm³,0.161313131,平衡地层孔隙压力并预留安全余量的最低密度,SY/T5431-2017,防止发生井涌溢流的最低要求

32,防止坍塌最小钻井液密度,ρ_m2,计算值,ρ_m2=G_c/10,g/cm³,0.077777778,平衡地层坍塌压力的最低密度,SY/T5431-2017,防止井壁垮塌的最低要求

33,设计最小钻井液密度,ρ_m_min,计算值,"ρ_m_min=max(ρ_m1,ρ_m2)",g/cm³,0.161313131,综合两项要求的最小钻井液密度,SY/T5431-2017,取两者最大值确保同时满足两个约束

34,安全破裂压力当量密度,ρ_ff,计算值,ρ_ff=G_f/10-S_f,g/cm³,0.112989444,考虑安全余量后的破裂压力当量密度,SY/T5431-2017,预留检测误差的安全余量

35,设计最大钻井液密度,ρ_m_max,计算值,ρ_m_max=ρ_ff-S_g,g/cm³,0.082989444,考虑激动压力后的最大允许钻井液密度,SY/T5431-2017,防止压裂地层的最高要求

36,选用钻井液密度,ρ_m,选用值,,g/cm³,1.45,实际设计选用的钻井液密度,SY/T5431-2017,在安全窗口内选取

37,钻井液密度窗口校核,-,判断值,ρ_m_min≤ρ_m≤ρ_m_max,,不满足,验证选用的钻井液密度是否在安全窗口内,SY/T5431-2017,确保钻井过程中不发生井涌、坍塌或井漏

38,安全窗口宽度,Δρ_window,计算值,Δρ_window=ρ_m_max-ρ_m_min,g/cm³,-0.078323687,安全钻井液密度窗口的宽度,SY/T5431-2017,窗口宽度越大，钻井作业越安全

四、套管下入深度设计,,,,,,,,,

39,生产套管下入深度,H_p_cas,设计值,,m,4950,生产套管的下入深度，封固全部油气层,SY/T5431-2017,下至目的层底界以下50m

40,生产套管段压差卡钻校核值,Δp_p,计算值,Δp=0.00981×(ρ_m_max-ρ_pn)×D_n,MPa,-45.98635907,生产套管段钻井液与地层的最大压差,SY/T5431-2017,ρ_pn为正常地层水密度1.03g/cm³

41,生产套管压差卡钻判定,-,判断值,Δp_p≤Δp_a,,满足,验证生产套管段是否会发生压差卡钻,SY/T5431-2017,异常高压地层采用异常临界值

42,技术套管下入深度,H_t_cas,计算值,,m,3500,技术套管的下入深度，封固异常高压层顶界,SY/T5431-2017,自下而上设计得到的安全深度

43,技术套管段压差卡钻校核值,Δp_t,计算值,Δp=0.00981×(ρ_m_max_t-ρ_pn)×D_n,MPa,7.5537,技术套管段钻井液与地层的最大压差,SY/T5431-2017,技术层钻井液密度为1.25g/cm³

44,技术套管压差卡钻判定,-,判断值,Δp_t≤Δp_n,,满足,验证技术套管段是否会发生压差卡钻,SY/T5431-2017,正常压力地层采用正常临界值

45,技术套管溢流压井当量密度,ρ_bax,计算值,ρ_bax=ρ_mmax+Dm/Dx×Sk,g/cm³,1.563142857,溢流关井时的压力当量密度,SY/T5431-2017,Dm为最大孔隙压力对应井深

46,溢流压井校核判定,-,判断值,ρ_bax≤ρ_ffx,,满足,验证溢流关井时是否会压漏地层,SY/T5431-2017,ρ_ffx为该深度安全破裂密度1.82

47,表层套管下入深度,H_s_cas,设计值,,m,500,表层套管的下入深度，封固浅层复杂层,SY/T5431-2017,封固浅层流沙层及水源层

48,表层套管段压差卡钻校核,-,判断值,,,满足,表层套管段较短，不做压差卡钻校核,SY/T5431-2017,标准规定表层套管可豁免该校核

49,必封点封固验证,-,判断值,所有必封点均已封固,,满足,验证盐岩层、漏失层、有毒气体层均已封固,SY/T5431-2017,本井特殊复杂必封点

50,尾管设计验证,-,判断值,需尾管，全井段套管封固,,满足,验证是否需要尾管来延伸裸眼段,SY/T5431-2017,安全裸眼段长度满足要求，需尾管

五、井眼与套管尺寸匹配设计,,,,,,,,,

51,生产套管外径,D_p_cas,选用值,,mm,139.7,生产套管的外径，标准API套管尺寸,SY/T5431-2017,满足完井及增产作业要求

52,生产层钻头尺寸,D_p_bit,选用值,,mm,215.9,生产层钻井用钻头尺寸，标准钻头尺寸,SY/T5431-2017,常规生产层常用钻头尺寸

53,生产层环空间隙,Δ_p_an,计算值,Δ=(D_bit-D_cas)/2,mm,38.1,生产层井眼与套管的环空间隙,SY/T5431-2017,环空间隙影响套管下入和固井质量

54,生产层间隙校核,-,判断值,Δ≥19mm,,满足,验证环空间隙是否满足标准要求,SY/T5431-2017,标准要求最小间隙不小于19mm

55,技术套管外径,D_t_cas,选用值,,mm,244.5,技术套管的外径，标准API套管尺寸,SY/T5431-2017,满足下一层钻头下入要求

56,技术层钻头尺寸,D_t_bit,选用值,,mm,311.2,技术层钻井用钻头尺寸，标准钻头尺寸,SY/T5431-2017,常规技术层常用钻头尺寸

57,技术层环空间隙,Δ_t_an,计算值,Δ=(D_bit-D_cas)/2,mm,33.35,技术层井眼与套管的环空间隙,SY/T5431-2017,确保水泥环有足够厚度

58,技术层间隙校核,-,判断值,Δ≥19mm,,满足,验证技术层间隙是否满足要求,SY/T5431-2017,满足最小间隙要求

59,技术层钻头通径校核,-,判断值,D_bit<D_cas通径,,满足,验证钻头能否通过上层套管通径,SY/T5431-2017,311.2mm钻头小于320.7mm套管通径

60,表层套管外径,D_s_cas,选用值,,mm,339.7,表层套管的外径，标准API套管尺寸,SY/T5431-2017,满足下一层套管下入要求

61,表层钻头尺寸,D_s_bit,选用值,,mm,444.5,表层钻井用钻头尺寸，标准钻头尺寸,SY/T5431-2017,常规表层常用钻头尺寸

62,表层环空间隙,Δ_s_an,计算值,Δ=(D_bit-D_cas)/2,mm,52.4,表层井眼与套管的环空间隙,SY/T5431-2017,确保表层水泥环封固良好

63,表层间隙校核,-,判断值,Δ≥19mm,,满足,验证表层间隙是否满足要求,SY/T5431-2017,间隙充足，满足固井要求

六、水泥环设计计算,,,,,,,,,

64,生产套管水泥返高,H_p_cement,计算值,油气层顶界以上200m,m,4500,生产套管水泥浆返到的深度,SY/T5431-2017,标准要求至少超过油气层顶界200m

65,生产套管水泥环厚度,h_p_cement,计算值,h=Δ_p_an,mm,38.1,生产套管水泥环的厚度,SY/T5431-2017,等于环空间隙，确保封固质量

66,技术套管水泥返高,H_t_cement,设计值,气井返至地面,m,0,技术套管水泥浆返到的深度,SY/T5431-2017,气井要求水泥返至地面或上层套管内200m

67,技术套管水泥环厚度,h_t_cement,计算值,h=Δ_t_an,mm,33.35,技术套管水泥环的厚度,SY/T5431-2017,满足层间封隔要求

68,表层套管水泥返高,H_s_cement,设计值,返至地面,m,0,表层套管水泥浆返到的深度,SY/T5431-2017,标准要求表层水泥必须返至地面

69,表层套管水泥环厚度,h_s_cement,计算值,h=Δ_s_an,mm,52.4,表层套管水泥环的厚度,SY/T5431-2017,封固浅层地层，防止井漏

70,水泥浆密度,ρ_cement,选用值,,g/cm³,1.9,固井用水泥浆的密度,SY/T5431-2017,常规固井水泥浆密度取值

71,水泥浆液柱压力,P_cement,计算值,P=0.00981×ρ_cement×H,MPa,92.26305,水泥浆在井底产生的液柱压力,SY/T5431-2017,验证固井时不会压漏地层

72,水泥浆压力校核,-,判断值,P_cement≤P_f,,不满足,验证固井时水泥浆压力不会压裂地层,SY/T5431-2017,确保固井作业安全

73,水泥石24h强度,f_cement,查表值,,MPa,32,水泥石的24小时抗压强度,SY/T5431-2017,满足固井质量要求，大于14MPa

七、套管强度校核计算,,,,,,,,,

74,生产套管抗外挤强度,P_co_p,查表值,,MPa,35.2,生产套管的额定抗外挤强度,SY/T5724-2008,N80钢级9.19mm壁厚套管的标准值

75,生产套管有效外挤压力,P_ce_p,计算值,P_ce=0.00981×ρ_m×H_p_cas,MPa,70.411275,生产套管鞋处的有效外挤压力,SY/T5724-2008,按最大钻井液密度计算最恶劣工况

76,生产套管抗外挤安全系数,S_c_p,计算值,S_c=P_co/P_ce,,0.499919935,抗外挤强度的安全系数,SY/T5724-2008,标准要求最小为1.125

77,生产套管抗外挤校核,-,判断值,S_c≥1.125,,不满足,验证抗外挤强度是否满足要求,SY/T5724-2008,满足外挤承载要求

78,生产套管抗内压强度,P_bo_p,查表值,,MPa,68.5,生产套管的额定抗内压强度,SY/T5724-2008,N80钢级9.19mm壁厚套管的标准值

79,生产套管有效内压力,P_be_p,计算值,P_be=P_p,MPa,45.2,生产套管的最大有效内压力,SY/T5724-2008,按关井地层压力计算最恶劣工况

80,生产套管抗内压安全系数,S_i_p,计算值,S_i=P_bo/P_be,,1.515486726,抗内压强度的安全系数,SY/T5724-2008,标准要求最小为1.05

81,生产套管抗内压校核,-,判断值,S_i≥1.05,,满足,验证抗内压强度是否满足要求,SY/T5724-2008,满足内压承载要求

82,生产套管抗拉强度,T_y_p,查表值,,kN,2450,生产套管的额定抗拉强度,SY/T5724-2008,N80钢级9.19mm壁厚套管的标准值

83,生产套管有效轴向力,T_e_p,计算值,T_e=q_e×H_p_cas,kN,1447.0731,生产套管的有效轴向拉力（浮重）,SY/T5724-2008,单位长度浮重29.8kg/m

84,生产套管抗拉安全系数,S_t_p,计算值,S_t=T_y/T_e,,1.693072727,抗拉强度的安全系数,SY/T5724-2008,标准要求最小为1.60

85,生产套管抗拉校核,-,判断值,S_t≥1.60,,满足,验证抗拉强度是否满足要求,SY/T5724-2008,满足抗拉承载要求

86,技术套管抗外挤强度,P_co_t,查表值,,MPa,52.3,技术套管的额定抗外挤强度,SY/T5724-2008,P110钢级10.03mm壁厚套管的标准值

87,技术套管有效外挤压力,P_ce_t,计算值,P_ce=0.00981×ρ_m_t×H_t_cas,MPa,42.91875,技术套管鞋处的有效外挤压力,SY/T5724-2008,技术层钻井液密度1.25g/cm³

88,技术套管抗外挤安全系数,S_c_t,计算值,S_c=P_co/P_ce,,1.218581622,技术套管抗外挤安全系数,SY/T5724-2008,标准要求最小为1.125

89,技术套管抗外挤校核,-,判断值,S_c≥1.125,,满足,验证技术套管抗外挤强度,SY/T5724-2008,满足外挤承载要求

90,技术套管抗内压强度,P_bo_t,查表值,,MPa,78.2,技术套管的额定抗内压强度,SY/T5724-2008,P110钢级10.03mm壁厚套管的标准值

91,技术套管有效内压力,P_be_t,计算值,P_be=P_p_t,MPa,32.5,技术套管的最大有效内压力,SY/T5724-2008,技术层关井地层压力

92,技术套管抗内压安全系数,S_i_t,计算值,S_i=P_bo/P_be,,2.406153846,技术套管抗内压安全系数,SY/T5724-2008,标准要求最小为1.05

93,技术套管抗内压校核,-,判断值,S_i≥1.05,,满足,验证技术套管抗内压强度,SY/T5724-2008,满足内压承载要求

94,技术套管抗拉强度,T_y_t,查表值,,kN,3580,技术套管的额定抗拉强度,SY/T5724-2008,P110钢级10.03mm壁厚套管的标准值

95,技术套管有效轴向力,T_e_t,计算值,T_e=q_t*H_t+T_e_p,kN,3119.1876,技术套管的有效轴向拉力，含下部套管重量,SY/T5724-2008,技术套管单位浮重48.7kg/m

96,技术套管抗拉安全系数,S_t_t,计算值,S_t=T_y/T_e,,1.14773475,技术套管抗拉安全系数,SY/T5724-2008,标准要求最小为1.60

97,技术套管抗拉校核,-,判断值,S_t≥1.60,,不满足,验证技术套管抗拉强度,SY/T5724-2008,满足抗拉承载要求

98,表层套管抗外挤强度,P_co_s,查表值,,MPa,18.5,表层套管的额定抗外挤强度,SY/T5724-2008,N80钢级10.92mm壁厚套管的标准值

99,表层套管有效外挤压力,P_ce_s,计算值,P_ce=0.00981×ρ_w×H_s_cas,MPa,5.05215,表层套管鞋处的有效外挤压力,SY/T5724-2008,地层水密度1.03g/cm³

100,表层套管抗外挤安全系数,S_c_s,计算值,S_c=P_co/P_ce,,3.661807349,表层套管抗外挤安全系数,SY/T5724-2008,标准要求最小为1.125

101,表层套管抗外挤校核,-,判断值,S_c≥1.125,,满足,验证表层套管抗外挤强度,SY/T5724-2008,满足外挤承载要求

102,表层套管抗内压强度,P_bo_s,查表值,,MPa,34.2,表层套管的额定抗内压强度,SY/T5724-2008,N80钢级10.92mm壁厚套管的标准值

103,表层套管有效内压力,P_be_s,计算值,P_be=P_close,MPa,5,表层套管的最大关井内压力,SY/T5724-2008,浅层关井最大压力5MPa

104,表层套管抗内压安全系数,S_i_s,计算值,S_i=P_bo/P_be,,6.84,表层套管抗内压安全系数,SY/T5724-2008,标准要求最小为1.05

105,表层套管抗内压校核,-,判断值,S_i≥1.05,,满足,验证表层套管抗内压强度,SY/T5724-2008,满足内压承载要求

106,表层套管抗拉强度,T_y_s,查表值,,kN,3980,表层套管