东北石油大学钻井工程课程设计.doc

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1、 大 学课 程 设 计课 程 石油工程课程设计 题 目 钻井工程设计 学 院 石油工程 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2013年7月18日word文档 可自由复制编辑东北石油大学课程设计任务书课程 ： 石油工程课程设计 题目 ： 钻井工程设计专业 ： 石油工程 姓名： 学号： 主要内容、基本要求、主要参考资料等：1、设计主要内容：根据已有的基础数据，利用所学的专业知识，完成一口井的钻井工程相关参数的计算，最终确定出钻井、完井技术措施。主要包括井身结构、钻具组合、钻井液、钻井参数设计和完井设计。2、设计要求：要求学生选择一口井的基础数据，在教师的指导下独立地完成设计任务，最终以设计报告

2、的形式完成专题设计，设计报告的具体内容如下：（1）井身结构设计；（2）套管强度设计；（3）钻柱设计；（4）钻井液设计；（5） 钻井水力参数设计；（6）注水泥设计；（7）设计结果；（8）参考文献；设计报告采用统一格式打印，要求图表清晰、语言流畅、书写规范、论据充分、说服力强，达到工程设计的基本要求。3、主要参考资料：王常斌等，石油工程设计，东北石油大学校内自编教材陈涛平等，石油工程，石油工业出版社，2000钻井手册（甲方）编写组，钻井工艺手册，石油工程出版社，1990完成期限 2014年7月18日 指导教师 专业负责人 2014 年 6月 30日目 录前 言1第1章 设计资料的收集2 1.1预设

3、计井基本参数2 1.2 邻井基本参数2第2章 井身结构设计5 2.1钻井液压力体系5 2.2井身结构的设计6 2.3井身结构设计结果8第3章 套管柱强度设计9 3.1套管柱设计计算的相关公式9 3.2油层套管柱设计9 3.3中间套管柱设计13 3.4表层套管柱设计18 3.5套管柱设计结果19第4章 钻柱设计204.1钻柱设计原理204.2钻柱的设计204.3钻柱设计结果错误！未定义书签。第5章 钻井水力参数的设计错误！未定义书签。5.1钻井水力参数的计算公式错误！未定义书签。5.2水力参数计算265.3泵的设计结果37第6章 注水泥设计396.1水泥浆排量的确定396.2注水泥浆井口压力41

4、6.3水泥浆体积的确定476.4设计结果48第7章 钻井液设计497.1钻井液用量计算公式497.2钻井液用量计算497.3钻井液用量设计结果547.4钻井液体系设计54第8章 井控设计558.1防喷器的选择及总类558.2 井控设计55第9章 设计结果.56 参考文献.59 前 言钻井是石油、天然气勘探开发的主要手段。钻井工程质量的优劣和钻井速度的快慢，直接关系到钻井成本的高低、油田勘探开发的综合经济利益以及石油发展速度。钻井工程设计是石油工程的一个重要部分，是确保油气钻井工程顺利实施和质量控制的重要保证，是钻井施工作业必须遵循的原则，是组织钻井生产和技术协作的基础，是搞好单井预算和决算的唯

5、一依据。钻井设计的科学性、先进性关系到一口井作业的成败和效益。科学钻井水平的提高，在一定程度上依靠钻井设计水平的提高。设计应在充分分析有关地质和工程资料的基础上，遵循国家及当地政府有关法律、法规和要求，按照安全、快速、优质和高效的原则进行，并且必须以保证实施地质任务为前提。主要目的层段的设计必须体现有利于发现与保护油气层，非目的层段的设计主要考虑满足钻井工程施工作业和降低成本的需要。本设计的主要内容包括：1、井身结构设计及井身质量要求：原则是能有效地保护油气层，使不同地层压力梯度的油气层不受钻井液污染损坏；应避免漏、喷、塌、卡等复杂情况发生，为全井顺利钻进创造条件，使钻井周期最短；钻下部高压地

6、层时所用的较高密度钻井液产生的液柱压力，不致压裂上一层管鞋处薄弱的裸露地层；下套管过程中，井内钻井液柱压力之间的压差不致产生压差卡套管等严重事故以及强度的校核。2、套管强度设计；3、钻柱设计：给钻头加压时下部钻柱是否会压弯，选用足够的钻铤以防钻杆受压变形；4、钻井液体系；5、水力参数设计；6，注水泥设计，钻井施工进度计划等几个方面的基本设计内容。第1章 设计资料的收集1.1 预设计井基本参数井号 SJ0067 井别 浅油气井 坐标 22648349,5023274 设计井深 1930 井口海拔 0目的层位 S,P,G 完井层位 青23段 地理位置 朝阳沟、长春岭 构造位置 齐家-古龙坳陷龙虎泡

7、构造设计依据 1. 设计依据 （1）1997年勘探方案审定纪要（2）本地区地震T1，T2构造图2. 钻探目的 （1）证实该目的层是否为构造类型油气藏，以及岩性因素对油气藏影响程度。（2）查明该区的油气情况。（3）查明该区的储层特性。1.2 邻井基本参数1井身结构井号 项目 钻头尺寸(mm 下深(m) 套管尺寸(mm) 泥浆密度(g/cm3) 井深 龙虎泡1 导管 250 30 339 1.051.2 35龙虎泡1 油层 200 1895139 1.251.2919002地层压力井号 井段 地层压力(g/cm2) 破裂压力(g/cm2) 龙虎泡10200 .97 1.54龙虎泡1200500 .

8、97 1.52龙虎泡1500800 .97 1.55龙虎泡18001100 .97 1.48龙虎泡111001400 1.08 1.47龙虎泡114001700 1.2 1.43龙虎泡117001930 1.25 1.353钻具组合井号 井段 钻头外径(mm) 密度(g/cm3) 钻具组合 龙虎泡1 -1930 200 1.25-1.29 17818+195方接头15918+184螺旋扶正器+1599+184螺旋扶正器+159754钻井液性能井号 地质年代 井段(m) 钻井液类型 密度(g/cm3) 漏斗粘度(s) pH值 静切力(Pa) 塑性粘度屈服值(Pa) N值 K值 失水(API) 龙

9、虎泡1嫩3段-第四系 0-1100 复合离子钻井液1.05-1.2 22-30- - - - - - -龙虎泡1嫩1段-嫩3段1100-1500 复合离子钻井液 1.2-1.25 30-35 8-9 1-2 18-25 9-12 .65-.7 .2-.3 1-5龙虎泡1青2-3段-嫩1段 1500-1930 复合离子钻井液 1.27-1.2935-40 8-9 2-2.5 20-28 12-14 .55-.65 .3-.4 1-45.水力参数井号 钻头尺寸(mm) 井段(m) 泵压(MPa) 钻头压降(MPa) 环空压降(MPa) 冲击力(kN) 喷射速度(m/s) 钻头水功率(%) 比水功率

10、(%) 上返速度(m/s) 功率利用率(%) 龙虎泡12000-1000 13.59 12.01 1.58 5.23 136 369 11 1.72 88.39龙虎泡12001000-1930 13.59 10.67 2.92 5.59 123 358 11 1.88 78.516钻井参数井号井段(m) 钻头尺寸(mm) 钻头类型 生产厂 喷嘴组合 钻压(kN) 转速(rpm) 排量(l/s) 泥浆密度(g/cm3) 龙虎泡1 0-1000200 3B 大庆 10+10+10 120-140 195-200 28-32 1.05-1.2龙虎泡110001930200FM202大港10+10+9

11、+920-60195-20030-351.25-1.297.套管柱设计参数井号 套管类型 套管层位 井段(m) 外径(mm) 钢级 段重(t) 长度(m) 壁厚(mm) 累重(t) 抗拉系数 抗挤系数 龙虎泡1常规油层0-10139J-557.7210.2541.952.67247.4龙虎泡1常规油层10-1350139J-556.2134027.9141.71.871.18龙虎泡1常规油层1350-1895139J-557.7254513.7913.798.121.41龙虎泡1常规表层0-210339J-559.6521017.0317.0313.693.158.注水泥设计参数井号 套管层位

12、 固井密度要求(g/cm3) 上返深度(m) 水泥塞面深度(m) 水泥浆密度(g/cm3) 漏失量(m3) 水泥品种标号 注水泥量(袋) 外加剂品种 外加剂量(kg) 龙虎泡1油层1.2913001.85-1.90G级4480第2章 井身结构设计2.1 钻井液的压力体系图2-1 地层压力与地层破裂压力剖面图2.1.1 最大钻井液密度 (2-1)式中: 为某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度，； 为该井段中所用地层孔隙压力梯度等效密度，； 为抽吸压力允许值的当量密度，取0.036。发生井涌情况 （2-2）式中：f为发生井涌时，在井内最大压力梯度作用下，上部地层不被压裂所有的地层破裂压力梯度，g/c

13、m3；pmax为某井段钻进井段中所用的最大泥浆密度，g/cm3；Sb为抽吸压力允许值的当量密度，取0.036 g/cm3；Sf为地层压裂安全系数，用当量钻井液密度表示，取0.03g/cm3；Sk为发生井涌时的井涌允量，取0.06g/cm3。2.1.2 校核各层套管下到初选点时是否会发生压差卡套 500m 满足。 4.2.2 二次开钻钻具组合500-1800m井段1. 钻铤长度的确定由最小钻铤外径=2倍套管接箍外径-钻头直径，查钻井工具手册选择钻铤螺纹形式外径（mm）内径(mm)长度（m）名义重量（kg/m）7REG241.376.29.15321.8此时，最大钻压Wmax=15t，SN=1.1

14、5 则钻铤长度为所用根数为（根）从而实际用7根钻铤，钻铤实长际度为Lc=9.157=64.05m。2. 钻杆长度计算及安全校核钻杆长度Lp=D2-9.15n-0.5=1800-9.157-0.5=1735.45 m, 考虑到5m的钻井口袋,钻杆总长1740.45m，根数(根)，实际取174根,方入0.45m。查钻井工具手册旧，一级选择钻杆钢级外径（mm）内径(mm)长度（m）名义重量（kg/m）抗拉强度(KN)G127108.61029.201940安全系数为St=1.18。计算最大安全静拉载荷为：a、安全系数法b、设计系数法： c 、拉力余量法：取拉力余量MOP=250KN 比较三种安全校核

15、知设计系数法计算的值最小，作为抗拉安全强度Fa=Fa2=1229.58(KN)。则钻杆许用长度为 =4391m1800m满足。4.2.3 三次开钻钻具组合1. 钻铤长度的确定由最小钻铤外径=2倍套管接箍外径-钻头直径，查钻井工具手册选择钻铤螺纹形式外径（mm）内径(mm)长度（m）名义重量（kg/m）NC35-47120.750.89.1579此时，最大钻压Wmax=18t，SN=1.15 则钻铤长度为，所用根数为（根）从而实际用35根钻铤，钻铤实际长度为Lc=9.1535=320.25m。2. 钻杆长度计算及安全校核钻杆长度Lp=D-9.15n-0.5=1930-9.1535-0.5=160

16、9.25 m,考虑到5m钻井口袋,钻杆总长1614.25m,根数(根)，实际取161根，方入4.25m。查钻井工具手册旧，一级选择钻杆钢级外径（mm）内径(mm)长度（m）名义重量（kg/m）抗拉强度(KN)G127108.61029.201940安全系数为St=1.18。计算最大安全静拉载荷为：a、安全系数法b、设计系数法： c 、拉力余量法：取拉力余量MOP=250KN 比较三种安全校核知设计系数法计算的值最小，作为抗拉安全强度Fa=Fa2=1229.58(KN)。则钻杆许用长度为 =4039m1930m满足。4.3 钻柱设计结果 表41 钻柱设计结果项目井段（m）钻头尺寸（mm）钻铤外径

17、（mm）钻铤长度（m）钻杆外径（mm）钻杆长度（mm）一开0-500444.5279.418.3127486.12二开500-1800311.1241.364.051271740.45三开1800-1930200120.7320.251271614.25word文档 可自由复制编辑第5章 钻井水力参数的设计5.1 钻井水力参数的计算公式5.1.1 确定最小排量 （5-1）式中：Va为最低环空返速，m/s； 分别为井径和钻柱外径，cm； Qa为携岩屑的最小排量，L/s。5.1.2 获得最大钻头水功率时临界井深计算公式1. 第一临界井深 （5-2）式中：为泵的额定压力，； 为额定排量，； 和为相关

18、系数。2. 第二临界井深 （5-3）式中：为使岩屑上返的最小泵排量，；5.1.3 有关压耗系数计算公式 （5-4） （5-5） （5-6） （5-7） （5-8） 式中：为钻井液密度,； 为钻井液塑性粘度,； 和分别为地面高压管线、立管、水龙带、方 钻杆的长度和内径，长度单位为m，内径单位为cm。 为钻杆总长度,； 为常数，内平钻杆取； 为钻杆内径,； 为钻杆外径,； 为井径,； Lc为钻铤长度，； 为钻铤外径,； 为钻铤内径,；5.2 水力参数计算5.2.1 一开水力参数设计 查得的已知参数：，dc=27.94cm，dci=7.62cm，Lc=18.3m，L1=30m，L2=13.7m,L3=16.8m,L4=12.2m d1=10.16cm, d2=10.16cm, d3=7.62cm. d4=8.26cm