钻井工程(含课程设计)1

钻井完井工程设计姓名：班级：1303学号：中国石油大学（北京）远程教育学院2012年 12 月目录1.地质概况---------------------------------------------------------------- 32.技术指标及质量要求----------------------------------------------------- 183.工程设计------------------------------------------------ 错误!未定义书签。

4.健康、安全与环境管理 ------------------------------------ 错误!未定义书签。

第一章地质概况一、地质概况二、井身结构设计确定完钻探目的层为石炭系-泥盆系灰岩地层，井方法为先期裸眼完井。

油气套管下入石炭系-泥盆系层3－5m。

根据地质情况，钻达目的层过程中不受盐岩，高压水层等复杂地层影响，故井身结构设计按地层压力和破裂压力剖面（图A－1）进行。

图A-1 地层压力和破裂压力设计系数见表A-2。

第二章 井身结构设计2.1 钻井液的压力体系 2.1.1 最大钻井液密度b pma max S x +=ρρ (2-1)式中 max ρ—— 某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度，3g/cm ；pm ax ρ—— 该井段中所用地层孔隙压力梯度等效密度，3g/cm ；b S —— 抽吸压力允许值的当量密度，取0.036 3g/cm 。

发生井涌情况fnk ρ=pm ax ρ+b S +S f +niH S H kpmax ⨯ (2-2)fnk ρ—— 第n 层套管以下井段发生井涌时，在井内最大压力梯度作用下，上部地层不被压裂所应有的地层破裂压力梯度，3g/cm ；ni H —— 第n 层套管下入深度初选点，m ；k S —— 压井时井内压力增高值的等效密度, 取0.06 3g/cm ； s f —— 地层压裂安全增值，取0.03 3g/cm 。

2.1.2 校核各层套管下到初选点时是否会发生压差卡套3pmin b pmax mm 210)(81.9-⨯-+⨯=∆ρρS H P r (2-3)rn p ∆—— 第n 层套管钻进井段内实际的井内最大静止压差，MPa ；min p ρ—— 该井段内最小地层孔隙压力梯度等效密度，3g/cm ； ∆P —— 避免发生压差卡套的许用压差，取12 MPa ；mm H —— 该井段内最小地层孔隙压力梯度的最大深度，m 。

2.2井身结构的设计2.2.1套管层次的确定1.确定油层套管下入深度H 1因为井深H=3511m,所以油层套管下入深度H 1=3511m 。

2.确定第技术套管下入深度H 2 (1) 初选点H i 2试取 H i 2=310 m 参考临井基本参数, 310f ρ=1.60g/cm 3,pm ax ρ=1.12 g/cm 3由公式2-2f2k ρ=1.12+0.036+0.03+310060.02000⨯f2k ρ=1.561(g/cm 3)因为f2k ρ< 950f ρ且相近，则初选点下入深度H 2i =310 m 。

(2) 校核H 2i =310 m在此井段 , pm ax ρ=1.12 g/cm 3,ρpmin=0.85g/cm 3 , H m m =163 m 。

由公式 2-3∆P 2r =9.81⨯163×(1.12+0.036-0.85)⨯103- ∆P 2r =0.17126(MPa)因为∆P 2r < ∆P,所以不会产生压差卡套, 则确定此级套管的下入深度 310m 。

3.确定第表层套管下入深度H 3 (1) 试取H i 3=80 m参考临井基本参数，pm ax ρ=0.85 g/cm 3,80f ρ=1.50g/cm 3。

参考邻井资料的钻井液性能指标的数据：在0-163m 的井段上钻井液的密度范围为1.1-1.2g/cm 3,在这里我们试取钻井液密度为1.15g/cm 3由公式 2-2和2-1f3k ρ=1.15+0.03+80160310⨯ f3k ρ=1.4125(g/cm 3) 因为ρf3k<200f ρ且相近，则初选点下入深度H i 3=40m 。

(2) 校核H 3i =80m在此井段 ,pm ax ρ =0.85 g/cm 3,pm in ρ=0.85 g/cm 3,H m m =80 m 。

由公式 2-3r3P ∆=9.81⨯80⨯(1.2-0.85)⨯103- r3P ∆=0.27468(MPa)因为r3P ∆ <∆P,所以不会产生压差卡套, 则确定此级套管下入深度为 80 m 。

第三章 固井工程设计3.1 套管柱强度设计3.1.1计算的相关公式1.某井段的最大外挤压力p c =d ρgD ⨯103- (3-1)d ρ—— 该井段所用泥浆的最大密度，g/cm 3 ； D —— 某段钢级的下入深度，m ； 2.某段钢级套管的最大下入深度D n =310-⨯D d DgS ρσ (3-2)D σ——某段钢级套管抗外挤强度，MPa ； S D ——最小抗外挤安全系数，取1.125 ； 3.套管浮力系数1dB sp K p =-（3-3） s ρ—— 某段所用钢材的密度，取7.8 g/cm 3； 4.安全系数抗内压安全系数S i 取1.12，抗拉安全系数S t 取1.8 。

3.1.2 按抗外挤强度设计由下向上选择第一段套管由公式3-1D δ=p 1c D S ⨯=1.156⨯9.81⨯3511⨯103-125.1⨯ D δ=48.7746MPa查《钻井手册（甲方）》，选择第一段套管表3-1 第一段套管钢级选择3.1.3 确定第二段套管的下入深度和第一段套管的使用长度1.查《钻井手册（甲方）》，选择第二段套管表3-2 第二段套管钢级选择由公式3-2 17.1686125.100981.0156.1512.212=⨯⨯=D mD 2=1618.17(m) 实际取D 2=1618(m)第一段套管使用长度 L 1= D 1-D 2=3511-1618L 1=1903 (m)圆整进到390 m 2.双轴应力校核z B LqK σ=⨯=39023.0785.7156.11081.93⨯⨯⨯- =12.998KN查《钻井手册（甲方）》S σ=1103.2KN 故==2.1103998.12s z δδ0.01178 125.1161000981.0156.12⨯⨯⨯=D S gD ρ=20.54KN 27.8550.964526.866tSσσσ⨯=⨯= 故2tD SpgD S σσσ<⨯满足双轴应力校核 3.抗拉强度校核39.238.1998.12=⨯=⨯t Z S δ<987.5 满足抗拉强度要求。

3.1.4 确定第二段使用长度和第三段可下入深度表3-3 第三段套管钢级选择=⨯⨯=125.100981.0156.1046.183D 1414m实际取D 3=1414(m)第二段使用长度 L 2= D 2- D 3=1618-1414=204(m) 取第二段套管的长度200m ； 2.双轴应力校核z B LqK σ=+12.998KN729.47998.1285.02043.0200=+⨯⨯=查《钻井手册（甲方）》S σ=987.5KN 故0483.05.987729.47==S Z δδ 04.16141400981.0156.13=⨯⨯=D S gD ρ21.5120.961220.67tSσσσ⨯=⨯= 故2tD SpgD S σσσ<⨯满足双轴应力校核 3.抗拉强度校核7.840912.858.1729.47<=⨯=⨯t Z S δ 满足抗拉强度要求。

3.1.5 确定第三段使用长度和第四段可下入深度表3-4第三段套管钢级选择按计算1021125.100981.0156.10367.134=⨯⨯=D mL3=D4-D3=393m 在这里我们取L3=400m 1.抗拉强度校核 由公式z B LqK σ=+47.729KN52.118729.4785.02043.0400=+⨯⨯=2.抗拉强度校核3.57839.2138.152.118<=⨯=⨯t Z S δ 满足抗拉强度要求。

所以第四段套管的长度为:L 4==---321L l L L 2000-390-200-400=1010 3 校核第四段套管第四段套管主要所受最大的拉应力 抗拉强度校核： z B LqK σ=+118.52=101085.02043.0⨯⨯+118.52 =293.91<578.3KN .井口内压校核：12.1298.1200000981.0156.1441.29441.29>=⨯⨯===gD p p s i ri i ρ 满足井口内压校核 所以满足要求3.2技术套管柱的设计技术套管段的最大钻井液密度为1.15 g/cm 3 p 1c =1.156⨯9.8⨯310⨯1.125 p 1c =3.95MPa查《钻井手册（甲方）》，选择第一段套管 井深（m ） 钢级单位重量(kg/m)壁厚（mm ） 内径（mm ） 抗拉强度 (t)抗挤强度(kg/cm 2) 120-310 H-4047.627.72228.6115.296.3选取的抗挤强度为9.446MPa ，故满足抗挤强度校核。

1.抗拉强度校核z B LqK σ=KN05.12385.0467.0310=⨯⨯=231.16 1.8416.1911.9z t s σ⨯=⨯=< 满足抗拉强度要求。

2.井口内压校核12.145.431000981.0156.1651.15651.15>=⨯⨯===gD p p s i ri i ρ 满足井口内压校核，技术套管设计完毕。

3.3表层套管柱的设计查《钻井手册（甲方）》，选择第一段套管表层套管段的最大钻井液密度为1.15 g/cmp 1c =1.15⨯9.81⨯80⨯1.125 p 1c =1.015MPa 选取的抗挤强度为5.102MPa ，故满足抗挤强度校核。

1.抗拉强度校核z BLqK σ=KN61.4785.07001.080=⨯⨯=3.57869.858.161.47<=⨯=⨯t Z S δ满足抗拉强度要求。

2.井口内压校核12.121.138000981.015.1928.11928.11>=⨯⨯===gD p p s i ri i ρ 4、注水泥浆及流变学设计4.1水泥浆的用量4.1.1所需水泥浆体积的计算公式V T =K i4π(D 2Hi -D 2Si )L+4πd 2i h 1 +4πD 2Hi h 2 （4-1）式中 h 1 ——水泥塞深度，13m ；h 2——井眼口袋高度，5m ； L ——设计封填水泥长度，m ； D Hi ——第i 次开钻钻头尺寸，m ； D Si ——自外向里第i 层套管的外径，m ； d i ——第i 层套管的内径，m ； K i ——修正系数，1.1；4.1.2水泥浆体积的计算1.封固表层套管水泥浆体积的计算D 1H =444.5 mm ,D 1S =339.7 mm ,L 1=80m ,d 1=322.9 mm,h 1=13 m,h 2=5 m 。