钻井工程课程设计.doc

！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 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、防漏蓬莱2273355棕红色泥岩、砂质泥岩夹砂岩防喷、防漏遂宁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、地层压力剖面表A-3名称数值0.0360.0360.0250.061722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444.51350013501350中间套管3113615135036153615油层套管215.944853615448544852. 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244.4832403615375P-11013.84780.8292.826.771.281.20244.4828903240350C-7513.84780.8273.2823.31.321.40244.48028902890C-7513.84780.82256.5122.181.101.532. 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3615201.85G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m1127E284.781760.3101350228280316621279528478222971135036152032194322733127114395E2847824232229711470903615448517781601400488995226221819274485480012065681536五、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0.611.392.1633.57.35.24.92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/h0444.501350第四系灌口3020082546013508.4131113501905灌口夹关210123855513231119052460蓬莱遂宁21025011582505559331124603015遂宁21025011582505558431130153615遂宁沙溪庙21025011582506007.55215.936153905自流井5080170120802901006215.939054195自流井须516020087825029057215.941954485须516020087825029058149.244854800石炭507076503152.9六、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3615491.47450.29.03.512.58304530.5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/sJ1J2J30444.50135015.8814.2912.7014.2556.827.734.392.837.1011913111350190511.9112.714.2913.8546.97.503524.655.87123七、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： 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）1856804633527702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、防漏蓬莱2273355棕红色泥岩、砂质泥岩夹砂岩防喷、防漏遂宁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表A-3名称数值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35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，所以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35米，即。判断此深度是否有卡套管的危险。，无卡套管的危险。所以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444.51350013501350中间套管3113615135036153615油层套管215.94485361544854485五、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244.4832403615375P-11013.84780.8292.826.771.281.20244.4828903240350C-7513.84780.8273.2823.31.321.40244.48028902890C-7513.84780.82256.5122.181.101.532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3615201.85G六、钻柱设计钻柱组合第一次开钻（01350m） （注：3A代表三牙轮钻头，DC钻铤，DP钻杆，Kl方钻杆）。第二次开钻（13503615m）第三次开钻（36154485m）第四次开钻（44854800m）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，所以当拉力余量为时 ，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m1127E284.781760.3101350228280316621279528478222971135036152032194322733127114395E2847824232229711470903615448517781601400488995226221819274485480012065681536七、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0.611.392.1633.57.35.24.9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8-88-10钻头类型与地层的对应关系，选出该井钻头。第一次开钻（01350m）第二次开钻（13503615m）第三次开钻（36154485m）第四次开钻（44854800m）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8-148-17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/h0444.501350第四系灌口3020082546013508.4131113501905灌口夹关210123855513231119052460蓬莱遂宁21025011582505559331124603015遂宁21025011582505558431130153615遂宁沙溪庙21025011582506007.55215.936153905自流井5080170120802901006215.939054195自流井须516020087825029057215.941954485须516020087825029058149.244854800石炭507076503152.9八、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3615491.47450.29.03.512.58304530.5九、水力参数设计第一次开钻（01350m）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（13503615m）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/sJ1J2J30444.50135015.8814.2912.7014.2556.827.734.392.837.1011913111350190511.9112.714.2913.8546.97.503524.655.87123十、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