工程设计钻井工程设计培训课程.docx

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1、东吐石油大学华端学浣gDxlO-3(3)式中：必为该井段所用泥浆的最大密度，Hem?；。为某段钢级的下深度，m。2 .某段钢级套管的最大下入深度Dn=&一- (3-2)PdgSDXlO，式中：分为某段钢级套管抗外挤强度，MPa；又为最小抗外挤安全系数，取L25。 3.套管浮力系数0=1-a(3-3) A式中：为某段所用钢材的密度，取7.8g/cm3。4.安全系数抗拉安全系数：5t =1.8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p =夕dgO| xlO =1.35x9.81x2095 xlO-3 =27.72(MPa) 而允许抗外挤强度为pc= pQC - SD =

2、 27.72 xl.25 = 34.65(MPa)查钻井手册(甲方)选择第一段套管钢级外径 (mm)壁厚(mm)均重 (N/m)抗拉强度 (kN)抗挤强度 (MPa)内径(mm)5 (kN)C-75168.278.94350.3201538.266150.42313.1表3-1第一段套管钢级选确定其次段套管的下入深度和第一段套管的运用长度1 .查钻井手册(甲方)选择其次段套管钢级外径(mm)壁厚(mm)均重 (N/m)抗拉强度(kN)抗挤强度 (MPa)内径(mm)(kN)K-55168.277.32291.9129020.477153.61401.2表3-2其次段套管钢级选择由公式3-2可知

3、20.477其次段套管下入深度为。2 = 1238.22(m),则第一段套管运用长度为乙=2 -。2 =2095 -1238 .22 = 856 .78(m),套管根数为n = 85%_ 94.应根)，实践取 n - 95根。9.19.1故第一段套管实践运用长度为乙=95x9.1 = 864.5(m),其次段套管实践下入深度为。2 = 2 4 = 2095 - 864.5 = 1230.5(m)。2 .双轴应力校核套管实践所受的挤压力为 5 =01go2 =L35x 0.00981 xl230.5 = 16.28(MPa)查钻井手册(甲方)可知2313.1xl03Os=j工兀(0.168272

4、 0.15042xlO-6 =517.47(MPa)故十股根据曲线可知 区= 0.9818 ,则= 2015 x 0.9818 =1978 (kN),因此套管 5,a,实践所受拉力为?=4端=350.3x864.5x10-3 x上 =250.421 （kN）oI 7.8）故0 xS =250.421 x1.8 = 450.758（kN）满足双轴应力校核要求。%3.L4校核其次段套管运用长度其次段套管运用长度为L2=D2 =1230.5（m）,套管根数为工=”=135.21（根），实践取135根。其次段套管实践运用长度为9.1 9.1 7L2 =135 x9.1 = 1228.5（机）。其次段套

5、管所受最大拉应力为j =切3+217.292 =291.9x1230.5x10-3 * _ + 250.421 = 547.438（KN）-I 7.8）j X? =547.438x l.8 = 985.388（KN）1290（KV）满足抗拉强度要求。3.2 表层套管柱设计由公式3-1可知，最大外挤压力为=Pdgxl = 1.2 x 9.81 x 420 xlO-3 =4.94（MPa）而允许抗外挤强度为Pc = Poc - SD =4.94x1.25 = 6.175（MPa）查钻井手册（甲方）选择表层套管：表3-3表层套管钢级选择钢外径壁厚均重抗拉强度抗挤强度内径5级(mm)(mm)(N/m)

6、(kN)(MPa)(mm)(kN)J-55339.719.65795.42286.42.771320.43794.3则表层套管的根数为冏=*=45.6(根)，实践取 =45根，所以实践运用长度为 = 45 x 9.1 = 409.5（m）。抗拉强度校表层套管所受最大拉应力为= 415 x795 .4乂10-3= 415 x795 .4乂10-3= 279.26（kN）故0仆5 = 279.26 x 1.8 = 502.688 （kN） 972.5（m）校核钻杆抗挤强度P外挤=QdgL = l35x 0.00981 x972.5 = 12.87（MPa） 1856.12(m)校核钻杆抗挤强度p外

7、挤=PdgL = 1.2 x 0.00981 x 1856.12 = 24.556(MPa) 1826.23（m）=3222 （m） 1826.23（m）Fa qc x Lc_1096.43qxKpq- - 0.37373 x0.8270.37373校核钻杆抗挤强度p外挤=dg = l35x 0.00981 x 1826.23 = 24.161 （MPa） crD =68.27（MPa）故安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。5.1926-2100m（1）钻铤长度的确定查钻井手册（甲方）选择钻铤：钻铤外径152.40mm,内经57.20mm,均重以=1212 N/m此时Kb =1-a=1-空 =0.

8、827 , W=140KN,则钻铤长度为Ps 7.8140x1.25140x1.25Qc Kb= 174.59（m）,钻铤根数为n =174.599.1= 19.18（根），从而实践用20根钻铤，钻铤长度为L =20x9.1 = 182（m）。（2）钻杆长度计算及安全校核查钻井手册（甲方）选择钻杆,钻杆外径127.0mm,内径101.60mm,均重q = 373.73N/m,钢级D级，钻杆 = 1729 .92kN ,安全系数为5=1.25 ,= 210.77（根）,实践取210根,钻杆长度为L=2100-182=1918 (m),根数为二二9.1钻杆实践长度为L=210X9.l=1911 (

9、m)。计算最大平喧嚣拉载荷为:安全系数法:设计系数法:氏=0叫卜, J9；92 = i245.5（kN）Fai =0.9Fy/（%/5）=| = 1096.43（kN）/JL I 拉力余量法：Fa = 0.9Fy - MOP = 0.9 x 1729.92 - 200 = 1356.93（kN）比较三种安全校核知设计系数法计算的工值最小。则钻杆许用长度为Faqc x Lc1096.431.212 x 174.59a4 cC q- - 0.37373 x 0.8270.37373校核钻杆抗挤强度p外挤=pdg = 1.35 x 0.00981 xl918 = 25.375（MPa） ctd =6

10、8.27（MPa）故安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。4.3钻柱设计结果钻柱设计参数表项目井段 (m)钻头尺寸 (mm)钻铤外径 (mm)钻杆外径 (mm)钻杆长 度(m)钻铤长 度(m)一开0-420444.5203.2139.7392.727.3二开420-1200215.9152.4127.0191.7227.5二开1200-1460215.9152.4127.01287.1172.9二开1460-1906215.9152.4127.01856.154.6二开1906-1926215.9152.4127.01826.2100.1二开1926-2100215.9152.4127.01918.

11、0182.0第5章钻井液设计5.1 钻井液的计算公式井筒内钻井液体积v井筒=(5-1)i=l 4式中：丫井筒为井筒内钻井液的体积，m3； R为第i段井径，m；4为第i段井眼长度，mo5.1.1 地面循环量由于井深为2100m,选择30钻机则地面循环量为匕盾环=120m3。i=jl=i损耗量为V损耗=（V井筒+V循环）x20% （5-2）5.L4需求加入粘土、清水的量YY）唳浆=腺+（5-3）P 土如（5-4）式中：土为所加入粘土的密度，取2000 Kg/m3；V原浆为所配 5%1钻井液的最大体积m3；冽土为所加粘土质量，t； V水为配制钻井液所需求的水的体积，m3o开钻需求加入重晶石量5.3.

12、1 一次开钻需求加入重晶石量加重二%外一根土 一根水（5-5）式中：加重为加入重晶石的量，t; 2为一次开钻钻井液的密度，g/m3 o5.3.2 二次开钻需求加入重晶石量加重=丫原（夕2-8）（5-6）式中：加重为加入重晶石的量，t；夕2为二次开钻钻井液的密度，g/m3 o5.4 钻井液设计由(5-1)可知V井筒=：x044452x420 +；x0.21592 x1680 = 126.508(n?)由(5-2)可知匕肖耗=(126.508 + 120)x20% = 49.302(m3)则所需钻井液原浆体积为唳浆=咻筒 + 匕盾环 + %耗=126.508 +120+49.302 = 295.8

13、 l(m3)由(5-3)与由(5-4)可知粘土质量为机七二机七二295.8120+1002= 14.43(t)土由式（5-4）可知水的质量为 如嘿-60（加 由式（5-5）可知一次开钻需求加入重晶石量为由式（5-6）可知 加重=295.81x1.2 14.43 288.6 = 51.95（。二次开钻需求加入重晶石量为井筒内钻井液体积1 . 一次开钻井筒内的钻井液体积由公式（5-1）可知咻筒=x0.44452x285 = 44.2036（m3）.二次开钻井筒内的钻井液体积由公式5-1可知V井筒2 =-x0.21592 x（2100-285） + 44.2036 = 110.6164（m3） 因此

14、在钻井过程中看卜筒=110.616g3）。2 .3.2钻井过程中所需的钻井液体积由公式5-2可知匕员耗=（110.6164+120）x 20% = 46.1233（m3）则所需钻井液原浆体积为唳浆=* 筒 + V循环 + 咻耗=110.6164+120+46.1233 = 276.7397）实践取收=2800?。/zJszK533需求加入的水量和土量由公式5-3和公式5-4可知粘土质量为m =m =2。+幽土2802。+ &0=13.66（t）2000由公式5-4可知水的量为如嘿5.2如嘿5.2钻井液密度转换一次开钻时所需重晶石的量由公式5-5可知所加入重晶石量的为一次开钻时所需重晶石的量由公

15、式5-6可知所加入重晶石量的为加重2 = 280 )= 9(t)5.5钻井液设计结果钻井液设计参数表项目钻井液密度(g/cm3)重晶石用量(t)钻井液体积(m3)土量(t)水量(n?)一开1.249.1428013.66273.2二开1.259第6章钻井水力参数的设计6.1 泵的选择确定最小排量.匕=史二(6-1)0a =(4： - 4 %a(6-2 )式中：Va为最低环空返速，m/s；凡为钻井液密度，g/cm3；dh，dp为井径和钻柱外径，cm； Qa为携岩屑的最小排量，L/So6.1.1 计算不同井深循环压耗系数B产+ “PiB产+ “Pi0.57503(hF Uh +4 产(6-3)(6

16、-4)(6-5)B0.57503 a = Kg + Kc- mLc式中：=1.07xl0-3MPas18L-18；/为钻井液塑性粘度，Pas；人为钻铤长度，m；心为钻杆内径，cm；心、为钻铤内径、外径，cm。6.1.2 临界井深的确定.计算按最大钻头水功率方式下的临界井深 第一临界井深为其次临界井深为式中：3 = 0.51655； pr为额定泵压，MPa； Q,为额定排量，L/s。1 .计算按最大射流冲击力方式下的临界井深第一临界井深为其次临界井深为.2泵的各种参数计算6.2.1 一开时泵的计算1.0-420m根据邻井参数可知选择缸套直径为。= 180mm的型号为SL3NB1000A的钻进泵两

17、台并联运用，因此额定排量为0=31.O3x2=62.O6L/s,额定泵压为Pr = 14.5MPa o由钻柱设计和邻井参数可知，钻井液密度2=L2g/cn?,井眼直径dh= 44.45cm ,钻杆外径 dp= 13.97cm。由公式(6-1)可知：最低环空返速为Va=0.342 (m/s)，根据(6-2)可知：携岩 所需的最小排量为 Q =(44.452 -13.972)x0.342=47.83(L/s),故 QaQr,选 择的钻井泵合理。由钻柱设计和邻井参数可知，钻井液塑性粘度pv =001Pas,钻井液密度pd= 1.2g/cm3,钻杆外径dp = 13.97cm ,钻杆内径%= 12.1

18、4cm ,钻铤长度Lc = 27.3m ,钻铤内径* = 7.14cm ,钻铤外径4=20.32cm ,井眼直径 dh= 44.45cm。则由公式(6-5)可知m = 1.28xO.Ol020516550.5750312.144-8(44.45-13.97)3(44.45 +13.97)1-8由公式(6-6)可知= 1.28xO.O102= 1.28xO.O102x27.3x0.516557.144-80.57503(44.45 2032丁 (4445 + 20.32)18= 3.27xl()Y由公式(6-7)可知6z = 1.07xW3 +3.27X10-4 -l.SxlO_6 x27.3

19、= 1.356xlQ-3则根据最大射流冲击力由公式(6-10)计算临界井深得Fc14J1.356 x10-3 L9xl.5xl0-6 x62.0618 1.5 xlO-6=2296 (m)由于。=420m 可知：喷嘴的当量直径为J 0.081夕总 V ne-川( + 地)& 喟0.982 x 14.5 -(1356x W3 +1.5x W6 x420)x 60.0618=0.856 (cm)因此喷嘴的直径为4= =隹豆= 0-494(cm)二开时泵的计算1.420-1200m根据邻井参数可知选择缸套直径为。=170mm的型号为SL3NB1000A的钻进泵两台，其额定排量为= 27.68x2 =

20、 55.36L/s,额定泵压为p1= 16MPa。由钻柱设计和邻井参数可知，钻井液密度0=135 g/cn?,井眼直径iq 94 iq 04d, - 21.59cm ,钻杆外径 d - 12.7cm 则 v = : =:= 0.626(m/s)11pa pw17根据公式6-5可知，携岩所需的最小排量为Qa=2Lx(21.592 -12.72 )x 0.626 = 14.98(L/s)故0a 0 =5L85L/s,因此选择的钻井泵合理。由钻柱设计和邻井参数可知，钻井液塑性粘度凹=0.01Pa-s,钻井液密度 pd=1.2g/cm3,钻杆外径4, = 12.7cm ,钻杆内径%= 10.16cm

21、,钻铤长度4 =227.5m,钻铤内径乙=5.72cm ,钻铤外径&= 15.24cm ,井眼直径 dh= 21.59cm o由公式(6-5)可知加=1.358= 4.56x10-60.516550.57503xo.or2 x -+-10.1648(21.59-12.7)3(21.59 + 12.7)k8由公式(6-6)可知Kc =1.35-8x0.01-2 x227.5xKc =1.35-8x0.01-2 x227.5x0.516550.575035.7248 +(21.59-15.24)3 .59 +15.24)1,8= 1.4x10-2由公式(6-7)可知。=1.07*10-3 +1.4

22、又10-3 _456x IO-6 x 227.5 = 1.403x W2则根据最大钻头水功率根据公式(6-8)计算第一临界井深得=-2163 (m)=-2163 (m)16L4O3 xlQ-3- 2.8 x4.56 x10-6 x55.36L8 4.56 x IO-6由最大钻头水功率根据公式(6-9)计算其次临界井深PaPa=许焉-罂 j6(m)由于。Fc可知：最优排量为1 1Qopi=23.47(L/s)Pr 1r8J16尸28(a +加可| L 2- 80 -403 x 10-3 + 4.56 x 1 O-6 x 1200)_JO.126PdQ2 PC0.126x1.35x23 472 1

23、6x0.982喷嘴的当量直径为=1.571 (cm)前 B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别扭实施和 质量把握的重要保证，是钻井施工作业必需遵照的准绳，是组织钻井消费和技术 协作的基础，是搞好单井预算和决算的独一根据。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。科学钻井程度的进步，在肯定程度上依托钻井设 计程度的进步。设计应在充分分析有关地质和工程材料的基础上，遵照国家及当地政府有关法 律、法规和要求，根据安全、快速、优质和高效的准绳进行，并且必需以保证明 施地质义务为前提。次要目的层段的设计必需表现有利于发觉与爱护油气层，非 目的层段的设计次要考虑满足钻井

24、工程施工作业和降低成本的需求。本设计的次要内容包括：1、井身结构设计及井身质量要求：准绳是能有效 地爱护油气层，使不同地层压力梯度的油气层不受钻井液净化损坏；应避开漏、 喷、塌、卡等简单状况发生，为全井别扭钻进制造条件，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 弱的暴露地层；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 管等严峻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 下部钻柱能否会压弯，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，钻井施工进度方案等几个方面的基本设计

25、内容。因此喷嘴的直径为42.1200-1460m根据邻井参数可知选择缸套直径为。=170mm的型号为SL3NB1000A的 钻进泵一台，其额定排量为。,=3L87L/s,额定泵压为pr=18.5MPa。由钻柱设计和邻井参数可知，钻井液密度0, = L35g/cn?,井眼直径1 o 04dh= 21,59cm o 乙=12.7cm,则吃=0.626（m/s）。根据公式（6-5）017可知：携岩所需的最小排量为Qa =2Lx（21.592 -12.72 ）x 0.626 = 14.99（L/s）故Qa0，因此选择的钻井泵合理。由钻柱设计和邻井参数可知，钻井液塑性粘度pv =0-01Pa-s,钻井液

26、密度= 1.35 g/cm3,钻杆外径4 = 12.7cm ,钻杆内径%= 10.16cm ,钻铤长度L = 172.9m，钻铤内径4i - 5.72cm ,钻铤外径& = 15.24cm ,井眼直径 dh= 21.59cm。则由公式（6-5）可知=135。8* “产 * 愣黑 土 .59 12.制;9+ 12.7)/ =叱由公式（6-6）可知:(=1.35另xO.Ol020516550.575035.724-8(21.59 15.24)3(21.59+ 15.24严 = 1.064xW2由公式(6-7)可知4 = 1.07x10-3 +1.064x102 4.56x106x 172.9= 1

27、.25x10-31.25x10-34.56x10-6则根据最大钻头水功率根据公式（6-10）计算第一临界井深得18.5-6x31.87L8由公式（6-9）计算其次临界井深18.51.25x10-32.8 x 4.56 x10-6 x31.87L8 4.56 x IO-6= 8340（m）由于。在DDfa可知：最优排量为:1L820pt =_18.5_ _ 2.8（1.25 x 10-2 + 4.56 x 10-6 x 1460）_1L8,、=25.69（L/s）喷嘴的当量直径为0126 a禽一0126 a禽一0.126 x 1.35 x25.692pC2=1.585 （cm）因此喷嘴的直径为4

28、 =c2一 =0.915（cm）3.14601906m根据邻井参数可知选择缸套直径为。=180mm的型号为SL3NB1000A的 钻进泵一台，其额定排量为0 =37.24L/s,额定泵压为pr=14.5MPa。由钻柱设计和邻井参数可知，井液密度d =l35g/cn?,井眼直径1 o 244 =21.59cm, d =12.7cm 则匕=:= 0.626（m/s）,根据公式（6-5）2）x0.626=14.99（L/s）h007可知：携岩所需的最小排量为：Qa =2x(21.592 -12.7 a40、故。因此选择的钻井泵合理。由钻柱设计和邻井参数可知，井液塑性粘度pv=0.02Pas,钻井液密度10.16cm ,钻铤长度1.35 g/cm3,钻杆外径dp = 12.7cm ,钻杆内径%L= 49.88m ,钻铤内径d胃=5.72cm ,钻铤外径以=15.24cm ,井眼直径 dh= 21.59cm。则由公式(6-5)可知:m = 1.35-8x0.02-2x0.516550.5750310.1648 +（21.59 -12.7）3（21.59 +12.7）18= 5.24x106由公式(6-6)可知Kc =1.35-8x0.02-2 x49.88x0.516550.57503S