钻井工程课程设计汇本27927

《钻井工程课程设计汇本27927》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钻井工程课程设计汇本27927（25页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、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：井位坐标 地理位置 构造位置 测线位置 钻探目的 进一步了解构造情况 完钻原则 钻穿 J 层 完井方法 射孔完井 层位代号 底界深度（M）主要岩性描述 故障提示 f P A 320 表层，未胶结 渗漏 1.0 B 480 砾岩夹泥岩 防斜 1.23 1.02 C 1150 砂砾岩 防斜 1.23 1.02 D 1472 砂质泥岩 防斜 1.32 1.09 E 1755 泥岩、泥岩砂岩互层 防蹋 1.36 1.12 F 2170 页岩、泥岩 防斜、防塌 1.43 1.12 G 2700 砂岩

2、防漏 1.57 1.18 H 3089 泥岩、泥岩砂岩互层 防斜 1.71 1.21 I 3150 泥岩 防塌 1.90 1.22 J 3245 砂岩 防喷 2.32 1.23 当量密度为：g/cm3 表 A-2 设计系数 名称 Sw g/cm3 Sg g/cm3 Sf g/cm3 Sk g/cm3 PN MPa Pa MPa 数值 0.024 0.021 0.026 0.023 14 20 备注 石工专业 石工（卓越班）1201 班 学生：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，

3、钻遇最层压力当量密度 pmax=1.23g/cm，则设计地层破裂压力当量密度为：fD=1.23+0.024+3245/H10.023+0.026.试取 H1=1500m，则fD=1.23+0.024+2.160.023+0.026=1.33 g/cm,f1400=1.36 g/cm fD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/cm 以及 320m 属正常地层压力，该井段最小地层压力梯度当量密度为 1.0 g/cm。PN=0.00981(1.10+0.0

4、24-1.0)320=0.38911MPa 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/cm，该井段的最小地层压力梯度为1.12g/cm，故该井段的最小地层压力的最大深度为 2170m。pa=0.00981（1.23+0.024-1.12）2170=2.85Mpa20 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。中间套管下入井深 150

5、0 处，地层压力梯度当量密度为 1.12 g/cm，给定溢流数值Sk=0.023 g/cm。由公式 fD=1.12+0.024+1500/D10.023+0.026 试取 700m 得 fD=1.22 g/cm 由图 A-1 得 f700=1.23 g/cm f700 fD=1.23-1.22=0.011.05 81.107.1524.271iS1.10 第二段选用 J-55，壁厚 8.94mm套管。Pc=13.93Mpa,Pi=24.27Mpa PT=2015kN ,q=525.4N/m di=226.6mm，长圆螺纹。许可下入深度:mH118205.1144.100981.093.131

6、第一段套管下入长度 L1=1502-1182=320m 校核第一段套管抗拉强度 KNTZ59.159)85.7144.11(8.5833201 50.1459.1591.23131TS1.8 第二段套管下入长度 L2=1502-320=1182m 由于第二段套管穿过了水泥封固面，故应进行双轴应力校核。先计算在水泥面处套管在双轴应力作用下的实际抗挤强度。所受拉力载荷：KNTZ70.46510)85.7144.11()5001182(4.52559.15932186.08.250870.46512SZTT 则查表894.0K 实际抗挤强度MPaPCC45.1293.13894.02 抗挤安全系数0

7、5.122.2500144.100981.045.122CS 水泥面处实际抗挤强度满足要求。对第二段套管底端进行双轴应力校核。kNTZ17.30310854.03204.52559.15932121.08.250817.30322SZTT 查表得 K=0.934 2CCP=0.93413.93=13.01MPa 981.01182144.100981.001.132CS 第二段不满足要求，故延伸第一段套管向上100m。即mL4201 KNTZ04.34810854.04204.52559.15932 138.08.250804.34822SZTT 查表得 K=0.924 Pcc2=0.9241

8、3.93=12.87MPa 05.106.11082144.100981.087.123CS 所以第一段套管下入长度 L1=420m 抗拉安全系数 80.177.304.3481.23132TS 抗压安全系数 10.181.107.1523.272iS 第二段套管下入井深06.1,10822CSmH，校核该段套管顶部截面（井口）的抗拉强度 10.141.210854.0)4201502(4.52504.348201533TS 10.161.107.1527.243iS 以上计算结果列入表A-4。表 A-4 中间套管设计结果 序号 井段 段长 壁厚 钢级 螺纹类重力 kN 安全系数 油层套管设计

9、（139.7mm）设计数据:下入深度 3265m 钻井液密度 m=P+Sb=1.23+0.024=1.254 g/cm3 ，抗外挤安全系数 Sc=1.10,抗拉安全系数 St=1.80,抗压安全系数 Si=1.10 设计方法:等安全系数法 计算井口最大压力 Psi HGP-410-1.115bisieP MPaPbi40.39326523.100981.0 pa32.2539.40=Pe3265*0.55*10*-1.115si-4M 设计压力pa48.3510.125.32MPiD 因此，抗压强度小于 35.48 的套管均不能选用。确定下部第一套管，设计挤压强度为 MPaPc18.4410.

10、13265254.100981.01 由表查得 N-80 壁厚 9.17mm 套管：Pc=60.88Mpa,Pi=63.36Mpa PT=1903.8kN ,q=291.9N/m di=121.4mm，长圆螺纹。10.151.13262254.100981.088.6011occPPS 10.196.125.3236.631iS 校核第一段套管抗拉强度 kNT800.810）7.851.254-1（291.932653-z1 m m mm 型 段重 累重 抗拉 ST 抗挤 Sc 抗压 Si 2 01082 1082 8.94 J-55 长圆螺纹 188.45 348.04 2.41 1.07

11、1.61 1 10821502 420 10.03 J-55 159.59 159.59 3.77 1.051 1.81 8.1377.28.8008.19031TS 以上计算结果列入表A-5 中。表 A-5 油层套管设计结果 三、注水泥浆设计（1）表层套管 设计数据：套管下入长度 Ls=704m,水泥塞高度 ho=10m，水泥浆返深：地面，钻井液性能3044.1cmgm，n=0.52，nsa691.0PK。水 泥 浆 性 能3xcmg85.1，sa02.0P，a15oP。水泥浆附加量 70%，钻井液压缩系数03.1kp。计算井径按钻头直径 444.5mm。水泥用量 N)0.345.44(10

12、785.02241V704=45.55m 32420.806m1032.0410785.0V 附加 30%，3391.13%30)806.055.45(mV 水泥浆密度3xcmg85.1时，每袋水泥（50kg）配水泥浆 0.04015m3/袋（40.15 升/袋），则 袋150104015.091.13806.055.45N 用水量 VW（水灰比 m=0.5）VW=1501500.5/1000=37.53m3 替钻井液 Vm 325852.57)310704(04.3203.11085.7mVm 替钻井液终泵压MPaPE57.500981.0704)044.185.1(设计结果见表A-6 中。

13、（2）中间套管 序号 井段 m 段长 m 壁厚 mm 钢级 螺纹类型 重力 kN 安全系数 段重 累重 抗拉 ST 抗挤 Sc 抗压 Si 1 03265 3265 9.17 N-80 长圆螺纹 800.8 800.8 2.377 1.51 1.96 设计数据：设计井深 H=1505m,水泥塞高度 ho=20m，套管下入长度 Ls=1502m，水泥返深 500m，水泥附加量 30%，钻井液压缩系数03.1kp，计算井径按钻头直径 311.1mm。钻井液性能3144.1cmgm，n=0.5,nsa3.0PK。水泥浆3xcmg85.1，sa02.0P，a15oP。水泥用量 N 3224195.28

14、1005)5.241.31(10785.0mV 3242m777.02024.2210785.0V 附加 30%，33918.8%30)777.095.28(mV 水泥浆密度385.1cmgm时，每袋水泥（50kg）配水泥浆 0.04015m3/袋（40.15 升/袋），则 96304015.0918.8777.095.28N袋 用水量 VW（水灰比 m=0.5）VW=963500.5/1000=24.075m3 替钻井液 Vm 322539.59108224.22)320420(24.2203.11085.7mVm替钻井液终泵压)144.185.1(EP100200981.06.94MPa

15、计算环空临界流速KV（塑性流体）sm6.1)5.241.31(85.1)5.241.31(1585.11052.202.01001002.0100232KVslQK1.466.1)5.241.31(0785.022 计算管流速 Vi sm187.124.220785.01.462iV 计算管 Rei 5883)5.0415.03(3.0144.1187.124.22800105.05.025.05.01eiR 计算管外水泥浆段eosR 20071.60.0280024.5)-(31.11510.021.851.624.5)-(31.110eosR 计算管外钻井液段Reom 3839)5.031

16、5.02(3.0144.16.1)5.241.31(500105.05.025.05.01eomR 管摩阻系数bReafi 0726.05093.35.0lga 293.075.0lg75.1b 0057.058830726.0293.0if 管外摩阻系数 fo 0473.020073164.0f25.0os 0065.038390726.0293.0omf 管压耗 Pci MPaPC12.024.22)201505(144.10057.01.464.32521 环空耗压 Pco MPaPCO05.75.241.315.241.31144.15000057.085.110020473.01.4

17、64.32232循环压耗MPaPPPCOCC17.71 替钻井液终泵压 MPaPE11.1417.794.6 碰压泵压a11.15111.14碰MPP 计算注水泥施工总时间:选用 AC-400B 型水泥车 3 台，每台车平均每分钟注水泥 20 袋，则 min05.16203963t1 替钻井液 min47.211000601.4639.592t 其它（倒换阀，开挡销，压胶塞，碰压）min103t 总施工时间 min47102116T 选用 G 级水泥。（3）油层套管 设计数据：设计井深 H=3265m,水泥塞高度 ho=20m，套管下入长度 Ls=3262m，水泥返深 2265m，水泥附加量

18、40%，钻井液压缩系数03.1kp，计算井径按钻头直径 215.9mm。钻井液性能3254.1cmgm，n=0.52,nsa691.0PK。水泥浆3xcmg85.1，sa02.0P，a15oP。水泥用量 N 3224124.211000)146.21(10785.0mV 231.02014.1210785.0242Vm 附加 40%，3358.8%40)231.024.21(mV 水泥浆密度3xcmg85.1时，每袋水泥（50kg）配水泥浆 0.04015m3/袋（40.15 升/袋），则 袋74804015.058.8231.024.21N 用水量V（水灰比 m=0.5）3m7.181000

19、5.050748WV 替钻井液 Vm 325mm70.38)3203265(14.1203.11085.7V 替钻井液终泵压)254.185.1(EP10020.00981=5.86MPa 设计结果见表A-6 中。表 A-6 注水泥浆设计结果 套管层次 钻井液密度g/cm3 水泥浆上返高度 m 水泥塞高度 m 水泥级别 水泥浆密度g/cm3 水泥浆量 m3 用水量 m3 干水泥袋数 替钻井液量 m3 替钻井液终泵压 Mpa 表层 1.044 地面 10 G 1.85 78.27 37.53 1501 57.852 5.57 中间 1.144 1005 20 38.65 24.075 963 5

20、9.39 14.11 油层 1.254 1005 20 30.051 18.7 748 38.70 15.27 四、钻柱设计 钻柱组合 第一次开钻（0705m）444.5mm3A+228mmDC+203mmDC+177.8mmDC+127mmDP+133mmKl。(注：3A-代表三牙轮钻头，DC-钻铤，DP-钻杆，Kl-方钻杆)。第二次开钻（7051505m）311.1mm3A+203mmDC+177.8mmDC+127mmDP+133mmKl 第三次开钻（15053265m）215.9mm3A+177.8mmDC+155.8mmDC+127mmDP+133mmKl。各次开钻，由预估（设计）钻

21、头最大钻压计算钻铤长度。444.5mm3A，kNWM300 311.1mm3A，kNWM250 215.9mm3A，kNWM200 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。下部钻具组合后面再设计。一开，由零轴向应力截面确定ZL。mLZ70.131)03.3464.364(044.1981.0280303.34044.1705981.0300000 Lz 实=Lz+25=157 二开:（203mmDC，径 71.44mm,mN32.2194qc）。29.168)03.3487.361(144.1981.032

22、.219403.34144.11502981.0250000ZLm m3.1922429.168实ZL 三开:（177.8mmDC，径 71.44mm,mN1601qc）。m83.242)03.3442.208(254.1981.0160103.34254.13265981.0200000ZL m83.26624实ZZLL 钻柱强度设计 一次开钻（略）二次开钻：井深 H=1505m，3144.1cmgm dc=203mm,qc=2194.32N m mNqmmdmLppC78.284,127,3.192,拉 力 余 量 450kN,设 计 系 数 1.35，1.42/ts。选127mm，G10

23、5 钢级钻杆，Py=2464.39kN 因为1.42/ts设计系数 1.35，所以 Pa=(0.9Py)/1.42=(0.92464.39)/1.42=1561.94kN 当拉力余量为 450kN 时，Pa=0.9Py-450=0.92464.39-450=1767.951kN aaaPPP按,mqLqKPLpccf30.533928478.01)3.192601.185.7144.1194.1561(1)（a允,150530.5339允mHL而实际下入最大长度（1505-192.3）=1312.7m。三次开钻 井深 H=3265,3254.1cmgmdc=177.8mm,qc=1061N m

24、 mNqmmdmLppC78.284,127,83.266,拉力余量 450kN,设计系数 1.35，。s/t=1.42 选 127mm，G105钢级钻杆，Py=2464.39kN Pa=(0.9Py)/1.42=(0.9 2464.39)/1.42=1561.93kN Pa=0.9Py-450=0.9 2464.39-450=1767.95kN PaH=3265m,而实际下入长度（3265-266.83）=2998m 设计结果列于表 A-7。表 A-7 钻柱强度设计结果 开钻程序 钻杆 钻铤 尺寸 mm 钢级 单位重力 N/m 最小抗拉力 kN 井段 m 尺寸 mm 单位重力N/m 长度 m

25、 1 127 G 284.78 1760.31 0705 228 2803 157 2 127 284.78 1760.31 01505 203 2194.32 192.3 3 127 284.78 1760.31 03265 177.8 1061 266.8 五、钻机选择 中间套管在空气的重力为 814kN,油层套管在空气中的重力 953kN。钻机按 80%的套管破断强度来选择最大钩载。即 KNQ25.119195325.1max 选 F-200-2DH 型钻机。钻柱最大重力 726.6kN,此时钻机钩载储备系数 KST为 68.16.7261226STK 六、机械破碎参数设计 钻头选型 表

26、 A-8 各地层可钻级值 地层 A B C D E F G H I J 可钻级值 0.6 1 1.39 2.16 3 3.5 7.3 5.2 4.9 第一次开钻（0705m）X221 第二次开钻（7051505m）J111(7051160m)J221(11601505m)第三次开钻（15053265m）B22M1(15052265m)J221(22652715m)J221(27153015m)ATMJ111(30153265m)钻压 W,钻速 n 的确定 表 A-9 机械破岩参数 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/h

27、 0 444.5 X22 0705m A B C 30200 8254 60 705 11.75 1 311 J11 7051160 C D 210 12 38 455 11.9 2 311 J22 11601505 D E 210250 11582 50 345 6.9 3 215.9 B22M 15052265 E F G 5080 170120 80 760 9.5 4 215.9 J22 22652715 G H 160200 8752 50 450 9 5 215.9 J22 27153015 H 160200 8752 50 300 6 6 215.9 ATMJ11 3015326

28、5 H I J 160200 8752 50 250 5 七、钻井液设计 表层（0705m）采用高膨润土钻井液。3mcmg1.21.149，漏斗粘度 60100s，滤失水 810ml，泥饼 12mm，初切 12Pa，终切力 25Pa，pH 值 89.中间套管（7051505m）采用不分散聚合物钻井液体系 钻井液密度按近平衡压力钻井确定，即 SPm 中间套管钻井液性能设计列于表 A-10.油层套管（15053265m）钻井液体系：由不分散聚合物体系过渡到分散型三磺体系。钻井液密度按近平衡压力钻井设计。钻井液性能列于表 A-10.表 A-10 钻井液设计 地层分层 深度m 厚度m 井段 m 钻井液

29、体系 钻井液性能 密度 g/cm3 漏斗粘度s 滤失水 ml 泥饼mm 初切Pa 终切Pa 含沙量%PH A 320 320 0705 10441.10 60100 810 12 12 23 0 89 B 480 160 C 1150 670 D 1472 322 7051505 膨润土浆不分散聚合物 E 1755 283 1.1441.149 3050 58 0.51.5 02 13 0.10.5 810 F 2170 415 15053265 分散三磺 G 2700 530 H 3089 389 1.2541.303 5070 35 0.51 03 25 0.51 1012 I 3150

30、61 J 3245 95 八、下部钻具组合设计 第一次看开钻采用单稳器钟摆钻具 设计数据:dc=228mm，qc=2803N/m，W=200 kN,D=444.5mm,Ds=440mm,=1,I=1.323310-4m4，E=2.058108kPa，1=0.5（0.4445-0.2286）=0.10795m，2=0.5（0.4445-0.440）=0.00255.将以上数据代入计算式，可求得稳定器的理想安装高度LT.a=22.083sin1=0.385 1794.2950.107950.002250.08-0.002250.42-0.10795)0.107950.002250.333200(0

31、.667184.6b22）（c=-184.6 2 2.058 108 8.241 1.3233 10-4(0.10795-0.42 0.00225-0.080.002252/0.10795)=-530.376 104 mLT68.45358.02)10376.530(358.04295.1794295.179442 41m0.945.68实TL 第二次开钻采用刚性满眼组合 设计 数据:dc=203mm，qc=2194.32N/m，W=250 kN,D=311mm,Ds=308mm,=2,/100m1.3，I=8.24110-5m4，E=2.0581011kPa，a=0.2.-120.7510.

32、211460250001.36-0.240.2-0.21-1sin22194.2222）（A 19.267192308311)2.01(2.02250000)2.01(003.02.01146010241.810058.23.1322511B54.3577492308311)2.01(2.0210241.810058.2009.02511C 21.63mm120.751-357749.54120.751-4-26719.1926719.19-h212opt）（下稳定器位置为 21.630.2=4.33m。在靠近钻头在装一只稳定器。第三次，采用光钻铤组合。九、水力参数设计 第一次开钻（0-705

33、m）钻头序号：0#，444.5mm,设计数据：井深H=705m,1.确定流量 由 ZPN-800B 钻井泵水功率特性表查得缸套，28.41l/s,Pr=14.21MPa,选用两台 ZPN-800B，Q=228.41=56.82l/s。钻井液流变参数 2.计算循环压耗 Pc 钻杆流速 钻杆外环空流速 钻铤流速 钻铤外环空流速 3.计算钻头压降 4.计算喷嘴当量直径 取流量系数 C=0.98 5.计算喷嘴组合 采用三不等径组合，选取 J1=15.88mm,J2=14.29mm,J3=12.70mm。计算功能参数 第二次开钻（7051505m）钻头序号：1，设计数据：。1.确定流量 由 3NB-80

34、0 钻井泵水功率特性表查得缸套，Qr=34.73l/s,Pr=15.3MPa。钻井液流变参数 2.计算循环压耗 Pc 钻杆流速 钻杆外环空流速 钻铤流速 钻铤外环空流速 3.计算钻头压降 4.计算喷嘴当量直径 取流量系数 C=0.98 5.计算喷嘴组合 采用三不等径组合，选取 J1=14.29mm,J2=7.94mm,J3=6.35mm。计算功能参数 第三次开钻（15053265m）钻头序号：4#，设计数据：。2.确定流量 由 3NB-800 钻井泵水功率特性表查得缸套，Qr=19.56l/s,Pr=27.08MPa。钻井液流变参数 2.计算循环压耗 Pc 钻杆流速 钻杆外环空流速 钻铤流速

35、钻铤外环空流速 3.计算钻头压降 4.计算喷嘴当量直径 取流量系数 C=0.98 5.计算喷嘴组合 采用三不等径组合，选取 J1=7.94mm,J2=6.35mm,J3=4.76mm。计算功能参数 水力参数设计结果 钻头序号 钻头直径mm 井段 m 喷嘴直径，mm 立管压力MPa 流量l/s 钻头压降MPa 钻头水功率kW 钻头比水功率 射流冲击力KN 喷射速度m/s J1 J2 J3 0 444.5 0705 15.88 14.29 12.70 14.21 56.82 7.51 426 2.75 6.975 117 2 311.1 7051160 14.29 7.94 6.35 15.3 3

36、4.73 12.4 430 5.65 5.73 144 4 215.9 15052715 7.94 6.35 4.76 27.08 19.56 25.6 500 13.67 4.85 197 十、油气层保护 1、接近平衡压力钻井设计钻井液密度。2、油气层井段限制高环空流速。3、限制下钻速度，防止过大的压力激动，损害油气层。4、钻井液体系与油气层物化特性协调 5、出现溢流或井喷，严格压井参数设计，按平衡压力压井。6、优化管理程序和钻井参数，快速钻完油气层段，减少浸泡时间。十一、钻井进度计划 钻井工程施工进度计划见下表。序号 井段 m 施工作业项目 计 划 天数 d 累计天数d 1 0-805 钻进，下套管、固井、候凝 a a 2 805-1405 钻进、起下钻、电测、下套管、固井、侯凝、装井口 b a+b 3 1405-3065 钻水泥塞，钻进，起下钻，电测，下套管，固井、侯凝、装井口 c a+b+c