钻井工程课程设计样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
!

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
3月15日
构造名称: WL 构造
井 号: jing-66井
井 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)
18568046
3352770

2. 地面海拔: 300米
3. 构造位置: WL构造
4. 地理位置: HN省QH县WL乡
5. 测线位置:
6. 设计井深: 4800米
7. 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
800
800
表层土及砾石
防斜、 防塌
灌口
1436
636
棕红色泥岩夹粉砂岩
防斜、 防塌
夹关
1918
482
暗棕红色长石砂岩夹泥岩
防喷、 防漏
蓬莱
2273
355
棕红色泥岩、 砂质泥岩夹砂岩
防喷、 防漏
遂宁
3015
742
泥岩夹灰绿色砂岩
防喷、 防漏
沙溪庙
3315
300
泥岩、 长石砂岩、 砾砂岩
防喷、 防漏
自流井
4100
785
泥岩、 石英砂岩、 砂岩
防喷
须5
4480
380
砂岩
防喷、 防漏
石炭
4800
320
灰岩

三、 地层压力剖面

表A-3
名称

数值
0.036
0.036
0.025
0.06
17
22

钻井工程设计身结构
一、 井深结构
1. 井身结构表
套 管
层 次
井 眼
尺 寸
井 深
套 管
尺 寸
下 入
井 段
套管鞋
层 位
水 泥
返 深
(mm)
(m)
(mm)
(m)
(m)
表层套管
444.5
1350

0~1350

1350
中间套管
311
3615

1350~3615

3615
油层套管
215.9
4485

3615~4485

4485

2. 井身结构示意图

二、 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
抗内压
244.48
3240～3615
375
P-110
13.84
780.8
292.8
26.77
1.28
1.20
244.48
2890～3240
350
C-75
13.84
780.8
273.28
23.3
1.32
1.40
244.48
0~2890
2890
C-75
13.84
780.8
2256.512
2.18
1.10
1.53
2. 水泥设计
层次
固井时对泥浆的要求
水泥浆返高
m
水泥塞厚度
m
水泥浆密度
g/cm3
水泥浆滤失量
ml
水泥量

T
水泥

等级
添加剂用量

Kg
中间套管

3615
20
1.85

G

四、 钻柱设计
开钻程序
钻杆
钻铤
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
m
1
127
E
284.78
1760.31
0~1350
228
2803
166
2
127
95
284．78
2229．71
1350~3615
203
2194．32
273
3
127
114．3
95
E
284．78
242．3
2229．71
1470．90
3615~4485
177．8
1601
400
4
88．9
95
226．22
1819．27
4485~4800
120．65
681
536
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
蓬莱
遂宁
沙溪庙
自流井
须5
石炭
可钻级值
0.6
1
1.39
2.16
3
3.5
7.3
5.2
4.9
2．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/h
0
444.5

0~1350
第四系
灌口
30~200
82~54
60
1350
8.4
1
311

1350~1905
灌口
夹关
210
12
38
555
13
2
311

1905~2460
蓬莱
遂宁
210~250
115~82
50
555
9
3
311

2460~3015
遂宁
210~250
115~82
50
555
8
4
311

3015~3615
遂宁
沙溪庙
210~250
115~82
50
600
7.5
5
215.9

3615~3905
自流井
50~80
170~120
80
290
100
6
215.9

3905~4195
自流井
须5
160~200
87~82
50
290
5
7
215.9

4195~4485
须5
160~200
87~82
50
290
5
8
149.2

4485~4800
石炭
50~70
76
50
315
2.9

六、 钻井液设计
取样
井深
m
出口
温度
℃
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值
切力10秒Pa
切力10分Pa
3转
读数
300转
读数
600转
读数
失水
ml
泥饼
mm
摩擦
系数
3615
49
1.47
45
0.2
9.0
3.5
12.5
8
30
45
3
0.5

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W/
射流冲击力
KN
喷射速度
m/s
J1
J2
J3
0
444.5
0~1350
15.88
14.29
12.70
14.25
56.82
7.73
4.39
2.83
7.10
119
1　
311
1350~1905
11.91
12.7
14.29
13.85
46.9
7.50
352
4.65
5.87
123
七、 水力参数设计

构造名称: WL 构造
井 号: jing-66井
井 别: 开发井

钻 井 工 程 设 计 说 明

专业年级: 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……………………………………………………1
三、 地层压力剖面…………………………………………………………………………2
四、 井身结构设计…………………………………………………………………………2
五、 固井工程设计…………………………………………………………………………5
六、 钻柱设计………………………………………………………………………………8
七、 机械破碎参数设计……………………………………………………………………11
八、 钻井液设计……………………………………………………………………………13
九、 水力参数设计…………………………………………………………………………13
十、 油气井压力控制………………………………………………………………………17
十一、 地层压力监测要求…………………………………………………………………18
十二、 油气层保护…………………………………………………………………………18
十三、 环境保护……………………………………………………………………………18
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)
18568046
3352770

2．地面海拔: 300米
3．构造位置: WL构造
4．地理位置: HN省QH县WL乡
5．测线位置:
6．设计井深: 4800米
7．钻探目的: 开发ST系气层
二、 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
第四系
800
800
表层土及砾石
防斜、 防塌
灌口
1436
636
棕红色泥岩夹粉砂岩
防斜、 防塌
夹关
1918
482
暗棕红色长石砂岩夹泥岩
防喷、 防漏
蓬莱
2273
355
棕红色泥岩、 砂质泥岩夹砂岩
防喷、 防漏
遂宁
3015
742
泥岩夹灰绿色砂岩
防喷、 防漏
沙溪庙
3315
300
泥岩、 长石砂岩、 砾砂岩
防喷、 防漏
自流井
4100
785
泥岩、 石英砂岩、 砂岩
防喷
须5
4480
380
砂岩
防喷、 防漏
石炭
4800
320
灰岩

三、 地层压力剖面
图A-1

表A-3
名称

数值
0.036
0.036
0.025
0.06
17
22
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-3。
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查得钻遇最大地层压力当量密度, 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

试取, 在图A-1查得, 再将代入上式, 得

以为, 且相近, 因此确定中间套管下入深度初选点为。
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, 以及2400m以上属正常地层压力, 该井段内最小地层压力梯度当量密度为, 则由 周开吉、 郝俊芳编写的《钻井工程设计》( 4-15) 式, 求得

其中代入上式, 得

因此中间套管下入井深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17的条件下, 中间套管的下入深度

中间套管下入深度处的地层压力梯度
即,
从压力剖面图上查出地层压力梯度时, 相应井深, 故中间套管深度为。
水泥返至地面。
油层套管下入须5层3~5米, 即。
判断此深度是否有卡套管的危险。
, 无卡套管的危险。
因此油层套管下入深度为。
水泥返至地面。
表层套管下入深度
中间套管下入井深处的地层压力梯度当量密度, 给定溢流数值, 则表层套管下深由( 4-13) 式计算, 即

试取, 由图查得, 再将代入上式, 得
因为且相近, 满足要求, 即表层套管下入深度为。
表层套管水泥返至地面。
本井采用井深结构, 由图4-9a可查得各层次套管所用钻头尺寸。
表层套管用钻头, 钻至井深, 套管下至井深, 水泥返至地面。
中间套管用钻头, 钻至井深, 套管下至井深, 水泥返至地面。
油层套管用钻头, 钻至井深, 套管下至井深, 水泥返至地面。
钻头钻至目的层。
表A-4
套 管
层 次
井 眼
尺 寸
井 深
套 管
尺 寸
下 入
井 段
套管鞋
层 位
水 泥
返 深
(mm)
(m)
(mm)
(m)
(m)
表层套管
444.5
1350

0~1350

1350
中间套管
311
3615

1350~3615

3615
油层套管
215.9
4485

3615~4485

4485

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, 钻井液密度, 抗外挤安全系数, 抗拉安全系数, 抗内压安全系数。
设计方法: 采用等安全系数法
计算井口最大内压力

设计内压力
因此, 抗内压强度小于的套管均不选用。
确定下部第一段套管, 设计抗挤强度为

由表5-4查得P-110, 壁厚套管, , , , , , 长圆螺纹。

第二段选用C-90, 壁厚套管, , , , , , 长圆螺纹。
许可下入深度:

第一段套管下入长度
校核第一段套管抗拉强度

第三段套管选用C-75, 壁厚套管, , , , , , 长圆螺纹。
许可下入深度:

第二段套管下入长度
校核第二段套管抗拉强度

第三段套管下入井深, 校核该段套管顶部截面( 井口) 的抗拉强度

表A-5
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
抗内压
244.48
3240～3615
375
P-110
13.84
780.8
292.8
26.77
1.28
1.20
244.48
2890～3240
350
C-75
13.84
780.8
273.28
23.3
1.32
1.40
244.48
0~2890
2890
C-75
13.84
780.8
2256.512
2.18
1.10
1.53

2．注入水泥浆设计( 中间套管)
设计数据:
设计井深, 水泥塞高度, 套管下入长度, 水泥返至地面, 水泥浆附加量30%, 钻井液压缩系数, 计算井径按钻头直径, 钻井液性能, , 。水泥浆, , 。
水泥用量
其中:

附加30%,

水泥浆密度, 每袋水泥配水泥浆, 则

用水量( 水化比)

替钻井液量

表A-6
层次
固井时对泥浆的要求
水泥浆返高
m
水泥塞厚度
m
水泥浆密度
g/cm3
水泥浆滤失量
ml
水泥量

T
水泥

等级
添加剂用量

Kg
中间套管

3615
20
1.85

G

六、 钻柱设计
钻柱组合
第一次开钻( 0~1350m)
( 注: 3A——代表三牙轮钻头, DC——钻铤, DP——钻杆, Kl——方钻杆) 。
第二次开钻( 1350~3615m)

第三次开钻( 3615~4485m)

第四次开钻( 4485~4800m)

各次开钻, 由预估( 设计) 钻头最大钻压计算钻铤长度。
, ;
, ;
, ;
, 。
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。
零轴向应力截面的位置由下式计算:

一开, 由零轴向应力截面确定。

二开: 。

三开:

四开:

钻柱强度设计:
第一次开钻( 略)
第二次开钻:
井深, , , , , , , 拉力余量, 设计系数1.30,。
选, 钢级95,
因为,
因此
当拉力余量为时

, 按设计

, 而实际下入最大长度。
第三次开钻
井深, , , , , , , 拉力余量, 设计系数1.30,。
选, 钢级95, , 由第二次开钻钻柱设计可知, , 因此可计算出允可下长度

, 对于这种情况采用的复合钻柱, 即将95级钻杆下部加一段钻杆。
第四次开钻
井深, , , , , , , 拉力余量, 设计系数1.30,。
选用钢级95钻杆,

当拉力余量为时

, 按设计

, 而实际下入最大长度
表A-7
开钻程序
钻 杆
钻 铤
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
m
1
127
E
284.78
1760.31
0~1350
228
2803
166
2
127
95
284．78
2229．71
1350~3615
203
2194．32
273
3
127
114．3
95
E
284．78
242．3
2229．71
1470．90
3615~4485
177．8
1601
400
4
88．9
95
226．22
1819．27
4485~4800
120．65
681
536

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
蓬莱
遂宁
沙溪庙
自流井
须5
石炭
可钻级值
0.6
1
1.39
2.16
3
3.5
7.3
5.2
4.9
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( 0~1350m)

第二次开钻( 1350~3615m)

第三次开钻( 3615~4485m)

第四次开钻( 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W、 n的值, 再由转盘转速确定W、 n, 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/h
0
444.5

0~1350
第四系
灌口
30~200
82~54
60
1350
8.4
1
311

1350~1905
灌口
夹关
210
12
38
555
13
2
311

1905~2460
蓬莱
遂宁
210~250
115~82
50
555
9
3
311

2460~3015
遂宁
210~250
115~82
50
555
8
4
311

3015~3615
遂宁
沙溪庙
210~250
115~82
50
600
7.5
5
215.9

3615~3905
自流井
50~80
170~120
80
290
100
6
215.9

3905~4195
自流井
须5
160~200
87~82
50
290
5
7
215.9

4195~4485
须5
160~200
87~82
50
290
5
8
149.2

4485~4800
石炭
50~70
76
50
315
2.9

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
℃
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值
切力10秒Pa
切力10分Pa
3转
读数
300转
读数
600转
读数
失水
ml
泥饼
mm
摩擦
系数
3615
49
1.47
45
0.2
9.0
3.5
12.5
8
30
45
3
0.5

九、 水力参数设计
第一次开钻( 0~1350m)
设计数据:
井深, , , , , ,
1． 确定流量

因此:

由ZPN-800B钻井泵水功率特性表查得缸套, , , 选用两台ZPN-800B, Q=。
钻井液流变参数

2． 计算循环压耗
由
得
则:
钻杆内流速
钻杆外环空流速
钻铤内流速
钻铤外环空流速
又由
管内:
环空:
可计算出:

又由

则

又

则

循环压耗由环空压耗和管内压耗组成
即 =+
其中: 管内压耗
环空压耗
因此[
++]

3． 计算钻头压降

4． 计算喷嘴当量直径

取流量系数
则
5．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
。
在表10-2中选取接近且大于上式中的值, 查表10-2得。

计算功能参数:

第二次开钻( 1350~3615m)
钻头序号: , ,
设计数据: , , , , , , 。
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W/
射流冲击力
KN
喷射速度
m/s
J1
J2
J3
0
444.5
0~1350
15.88
14.29
12.70
14.25
56.82
7.73
4.39
2.83
7.10
119
1　
311
1350~1905
11.91
12.7
14.29
13.85
46.9
7.50
352
4.65
5.87
123

十、 油气井压力控制
1．防喷器级别选择和组合型式
第二次开钻
井深, 地层压力, 钻井液密度。则选择防喷器装置压力为:

由周开吉、 郝俊芳编写的《钻井工程设计》表12-1, 选用KPY35-210防喷器, 组合采用双密封组合: 一个单闸板和一个环形防喷器。
第三次开钻
井深, 地层压力, 钻井液密度。则选择防喷器装置压力为:

由周开吉、 郝俊芳编写的《钻井工程设计》表12-1, 选用KPY23-350防喷器, 组合采用双密封组合: 一个双闸板和一个环形防喷器。
第四次开钻
井深, 地层压力, 钻井液密度。则选择防喷器装置压力为:

由周开吉、 郝俊芳编写的《钻井工程设计》表12-1, 选用KPY18-350防喷器, 组合采用双密封组合: 一个双闸板和一个环形防喷器。
2．油气井防喷主要措施
( 1) 钻井液加重设备安装齐全, 灵活好用。
( 2) 钻开油气层前, 井队认真贯彻执行《井控技术规定》, 做到思想重视, 措施落实。
( 3) 井场储备足够的加重材料。
( 4) 储备一定量的钻井液。
( 5) 钻开油气层前, 钻井公司组织防喷, 防火等有关人员对井队防喷, 防火设施及措施, 进行检查验收, 不合格者, 整改完成后方可钻开油气层。
( 6) 井队技术员做好地层压力监测, 切忌负压钻进。
( 7) 起钻要连续灌钻井液, 起钻完井内灌满钻井液。
( 8) 经常禁止吸烟, 如果使用电气焊, 应有保护措施。
( 9) 按照井控管理规定严格执行。
十一、 地层压力监测要求
1．井队技术员利用指数法进行随钻压力监测, 根据地层压力及时调整钻井液密度, 做到近平衡压力钻井。
2．随时跟踪地层压力与钻井液密度实际偏差, 搞好井漏, 溢流预防工作。
十二、 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。
十三、 环境保护
按”钻井前期”, ”施工作业中”, ”完井后的场地管理”环保要求执行。
十四、 完井井口装置
1．套管头规范: 套管头, 要求套管接箍上沿与地面平。技术员监督焊接并焊记号。
2．完井套管内掏空10~20m, 戴好井口帽子。

主要参考文献
周开吉、 郝俊芳编写的《钻井工程设计》