钻井工程课程设计报告书

东北石油大学课程设计年月日东北石油大学课程设计任务书课程题目专业学号主要容、基本要求、主要参考资料等：1、设计主要容：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，最终以设计报告的形式完成专题设计，设计报告的具体容如下：（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、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》，东北石油大学校自编教材涛平等，《石油工程》，石油工业，2000《钻井手册（甲方）》编写组，《钻井手册》，石油工程，1990完成期限指导教师专业负责人年月日前言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容。

目录第1章设计资料的收集 (1)1.1预设计井基本参数 (1)1.2邻井基本参数 (1)第2章井身结构设计 (4)2.1钻井液压力体系 (4)2.2井身结构的设计 (5)2.3井身结构设计结果 (6)第3章套管柱强度设计 (7)3.1油层套管柱设计 (7)3.2表层套管柱设计 (10)3.3套管柱设计结果 (11)第4章钻柱设计 (12)4.1钻铤的设计 (12)4.2钻铤及钻杆长度的计算 (12)4.3钻柱设计结果 (17)第5章钻井液设计 (18)5.1钻井液的计算公式 (18)5.2钻井液密度转换 (18)5.3钻井液设计 (19)5.4钻井液设计结果 (20)第6章钻井水力参数的设计 (21)6.1泵的选择 (21)6.2泵的各种参数计算 (22)6.3泵的设计结果 (29)第7章注水泥设计 (30)7.1水泥浆的用量 (30)7.2所需干泥灰、清水的用量 (31)7.3顶替时间的计算 (33)7.4防凝时间的计算 (34)7.5注水泥设计结果 (35)第8章设计结果 (36)参考文献 (38)第1章设计资料的收集1.1预设计井基本参数1.2邻井基本参数1．井身结构2．地层压力3．钻具组合4．钻井液性能5．水力参数6．钻井参数7.套管柱设计参数8.注水泥设计参数第2章 井身结构设计2.1钻井液压力体系2.1.1最大泥浆密度b pma max S x +=ρρ（2-1）式中：max ρ为某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度，3g/cm ；pm ax ρ为该井段中所用地层孔隙压力梯度等效密度，3g/cm ；b S 为抽吸压力允许值的当量密度，取0.0363g/cm 。

发生井涌情况时k nipmax f b pmax fnk S H H S S ⋅+++=ρρ （2-2）式中：fnk ρ为第n 层套管以下井段发生井涌时，在井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 为第n 层套管下入深度初选点，m ；k S 为压井时井压力增高值的等效密度，取0.063g/cm ；f S 为地层压裂安全增值，取0.033g/cm 。

2.1.2校核各层套管下到初选点深度ni H 时是否会发生压差卡套()3pmin b pmax mm rn 1081.9-⨯-+=∆ρρS H p （2-3）式中：rn p ∆为第n 层套管钻进井段实际的井最大静止压差，MPa ；pm in ρ为该井段最小地层孔隙压力梯度等效密度，3g/cm ；mm H 为该井段最小地层孔隙压力梯度的最大深度，m ；N p ∆为避免发生压差卡套的许用压差，取12 MPa 。

2.2井身结构的设计2.2.1套管层次与深度的确定根据邻井数据绘制地层压力与破裂压力剖面图，如下图所示。

50010001500200025000.511.52当量钻井液密度（g/cm 3）井深（m ）地层压力与地层破裂压力剖面图1.油层套管下入深度初选点2H 的确定由于井深为2100m ，所以确定油层套管的下入为2095m 。

2.表层套管下入深度初选点1H 的确定试取m 280i 1=H ，由邻井基本参数得：3pmax cm g 05.1=ρ，2100pmax =H m 。

预计发生井涌时，由公式2-2，并将各值代入得：()3f1k cm g 566.106.0280210003.0036.005.1=⨯+++=ρ 根据邻井数据可知280m 以下的最小破裂压力梯度为3fmin cm g 6.1=ρ，因为fmin k 1f ρρ<且相近，所以确定表层套管下入深度初选点为m 2801=H 。

3.校核表层套管下入到初选点280m 过程中是否会发生压差卡套管参考邻井基本参数得：在此井段3pmax cm g 95.0=ρ，3pmin cm g 9.0=ρ，m 123mm =H 。

由公式2-3得：()()MPa 10377.0109.0036.095.012381.93r1=⨯-+⨯=∆-p 因为N 1r p p ∆<∆，所以不会发生压差卡套管，故表层套管的下入深度为280m 。

4.校核油层套管下入到2095m 过程中是否会发生压差卡套管参考邻井基本参数得：在此井段3pmax cm g 05.1=ρ，3pmin cm g 91.0=ρ，m 500mm =H 。

由公式2-3得：()()MPa 8633.01091.0036.005.150081.932r =⨯-+⨯=∆-p 因为N 2r p p ∆<∆，所以不会发生压差卡套管，故油层套管的下入深度为2395m 。

2.3井身结构设计结果查《钻井手册（甲方）》，钻头与套管尺寸匹配结果如下表所示。

井身结构设计表第3章 套管柱强度设计3.1油层套管柱设计3.1.1计算的相关公式1.某井段的最大外挤压力3d oc 10g -⨯=D p ρ （3-1）式中：d ρ为该井段所用泥浆的最大密度，3g/cm ；D 为某段钢级的下深度，m 。

2.某段钢级套管的最大下入深度3D d Dn 10g -⨯=S D ρσ （3-2）式中：D σ为某段钢级套管抗外挤强度，MPa ；D S 为最小抗外挤安全系数，取1.125。

3.套管浮力系数sdB 1ρρ-=K （3-3）式中：s ρ为某段所用钢材的密度，取7.83g/cm 。

4.安全系数抗拉安全系数：.81t =S3.1.2按抗外挤强度设计由下向上选择第一段套管由公式3-1可知最大外挤压力为()MPa 69.2510209581.925.110g 331d oc =⨯⨯⨯=⨯=--D p ρ而允许抗外挤强度为()MPa 91.28125.169.25D oc c =⨯=⋅=S p p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s （kN ） 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s（kN ） 由公式3-2可知第二段套管下入深度为()m 6.2019125.100981.025.1855.272=⨯⨯=D ，取m 20042=D 。

则第一段套管使用长度为()m 9120042095211=-=-=D D L ，因此套管根数为)(101.9911.91根===L n ，实际取根10=n 。

故第一段套管实际使用长度为)m (911.9101=⨯=L ，第二段套管实际下入深度为()m 2004912095112=-=-=L D D 。

2.双轴应力校核套管实际所受的挤压力为()MPa 574.24200400981.025.1g 2d t =⨯⨯==D ρσ 查《钻井手册（甲方）》可知()()MPa 5112.380101243.00.1397π41104.12146223S =⨯-⨯=-σ故06459.05112.380574.24s t ==σσ 根据曲线可知95.0s z =σσ，则()kN 95.106495.01121sz =⨯=⨯σσσ，因此套管实际所受拉力为()kN 2855.178.725.11102.226913B z =⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯⨯==-LqK σ。

故()kN 1064.95(kN)1138.318.12855.17szt z =⨯<=⨯=⨯σσσσS ，满足双轴应力校核要求。

3.1.4确定第三段套管的下入深度和第二段套管的使用长度1.查《钻井手册（甲方）》选择第三段套管表3-3 第三段套管钢级选择s（kN ） 由公式3-2可知第三段套管下入深度为()m 3.1559125.100981.025.1512.213=⨯⨯=D ，取m 15002=D 。

则第二段套管使用长度为()m 50415002004322=-=-=D D L ，因此套管根数为)(38.551.95041.92根===L n ，实际取56=n 根。

故第二段套管实际使用长度为)m (6.5091.9562=⨯=L ，第三段套管实际下入深度为()m 494.416.5092004223=-=-=L D D 。

2.双轴应力校核套管实际所受挤压力为()MPa 325.184.149400981.025.1g 3d t =⨯⨯==D ρσ 查《钻井手册（甲方）》可知()()MPa 3.2378101257.00.1397π4110.211036223S =⨯-⨯=-σ故04864.03.23783938.18s t ==σσ 根据曲线可知96.0s z =σσ，则()kN 94896.0.5987sz =⨯=⨯σσσ，因此套管实际所受拉力为()kN 084.1142855.178.725.11102.2266.5092855.173B z =+⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯⨯=+=-LqK σ 故()()kN 948kN 5312.2058.1084.114szt z =⨯<=⨯=⨯σσσσS ，满足双轴应力校核要求。