本科毕业设计论文钻井工程课程设计Word格式.docx
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C
1150
砂砾岩
D
1472
砂质泥岩
1.32
1.09
E
1755
泥岩、泥岩砂岩互层
防蹋
1.36
1.12
F
2170
页岩、泥岩
防斜、防塌
1.43
G
2700
砂岩
防漏
1.57
1.18
H
3089
1.71
1.21
I
3150
泥岩
防塌
1.90
1.22
J
3245
防喷
2.32
当量密度为：
g/cm3
表A-2设计系数
名称
Sw
Sg
Sf
Sk
ΔPN
MPa
ΔPa
数值
0.024
0.021
0.026
0.023
14
20
备注
石工专业石工（卓越班）1201班学生姓名XXX
图A-1地层压力和破裂压力
一．井身结构设计
1.由于该井位为探井，故中间套管下深按可能发生溢流条件确定必封点深度。
由图A-1得，钻遇最大地层压力当量密度ρpmax=1.23g/cm³
，则设计地层破裂压力当量密度为：
ρfD=1.23+0.024+3245/H1×
0.023+0.026.
试取H1=1500m，则ρfD=1.23+0.024+2.16×
0.023+0.026=1.33g/cm³
ρf1400=1.36g/cm³
>
ρfD且相近，所以确定中间套管下入深度初选点为H1=1500m。
验证中间套管下入深度初选点1500m是否有卡钻危险。
从图A-1知在井深1400m处地层压力梯度为1.12g/cm³
以及320m属正常地层压力，该井段内最小地层压力梯度当量密度为1.0g/cm³
。
ΔPN=0.00981×
（1.10+0.024-1.0）×
320=0.389<
11MPa
所以中间套管下入井深1500m无卡套管危险。
水泥返至井深500m。
2.油层套管下入J层13-30m，即H2=3265m。
校核油层套管下至井深3265m是否卡套管。
从图A-1知井深3265m处地层压力梯度为1.23g/cm³
，该井段内的最小地层压力梯度为1.12g/cm³
，故该井段的最小地层压力的最大深度为2170m。
Δpa=0.00981×
（1.23+0.024-1.12）×
2170=2.85Mpa<
20Mpa
所以油层套管下至井深3265m无卡套管危险。
水泥返至井深2265m。
3.表层套管下入深度。
中间套管下入井深1500处，地层压力梯度当量密度为1.12g/cm³
，给定溢流数值Sk=0.023g/cm³
由公式ρfD=1.12+0.024+1500/D1×
0.023+0.026
试取700m得ρfD=1.22g/cm³
由图A-1得ρf700=1.23g/cm³
ρf700–ρfD=1.23-1.22=0.01<
（0.024~0.048）g/cm³
满足要求，即表层套管下深700m。
表层套管水泥返至地面。
4.本井采用井身结构。
表层套管用444.5mm（）钻头，钻至井深705m，339.7mm（）套管下至井深704m,水泥返至地面。
中间套管用311.1mm（）钻头，钻至井深1505m，244.5mm（in）套管下至井深1502m,水泥返至井深500m。
油层套管用215.9mm（）钻头，钻至井深3265m，139.7（in）mm套管下至井深3265m,水泥返至井深2265m。
将井身结构设计数据填入表A-3。
表A-3井身结构设计结果
序号
井段，m
钻头尺寸，mm
套管尺寸，mm
水泥返深，m
表层
0～705
444.5
339.7
地面
中间套管
705～1505
311.1
244.5
500
油层套管
1505～3265
215.9
139.7
2265
二、固井工程设计
1.套管强度设计
（1）表层套管下深704m，选用K-55，壁厚9.65mm套管，不必进行强度设计。
（2）中间套管设计（244.5mm）
设计数据:
下入深度1502m
钻井液密度ρm=1.12+0.024=1.144g/cm³
，抗外挤安全系数Sc=1.05,抗拉安全系数St=1.80,抗内压安全系数Si=1.10
设计方法:
采用等安全系数法
计算井口最大内压力Psi
Mpa
设计内压力
因此，抗内压强度小于16.577Mpa的套管均不能选用。
确定下部第一套管，设计挤压强度为
由表查得J-55,壁厚10.03mm套管：
Pc=17.72Mpa,Pi=27.23Mpa
PT=2313.1kN,q=583.8N/m
di=224.4mm，长圆螺纹。
>
1.05
1.10
第二段选用J-55，壁厚8.94mm套管。
Pc=13.93Mpa,Pi=24.27Mpa
PT=2015kN,q=525.4N/m
di=226.6mm，长圆螺纹。
许可下入深度:
第一段套管下入长度
L1=1502-1182=320m
校核第一段套管抗拉强度
1.8
第二段套管下入长度
L2=1502-320=1182m
由于第二段套管穿过了水泥封固面，故应进行双轴应力校核。
先计算在水泥面处套管在双轴应力作用下的实际抗挤强度。
所受拉力载荷：
则查表
实际抗挤强度
抗挤安全系数
水泥面处实际抗挤强度满足要求。
对第二段套管底端进行双轴应力校核。
查表得K’=0.934
=0.934×
13.93=13.01MPa
第二段不满足要求，故延伸第一段套管向上100m。
即
查表得K’=0.924
P‘’cc2=0.924×
13.93=12.87MPa
所以第一段套管下入长度L1=420m
抗拉安全系数
抗内压安全系数
第二段套管下入井深，校核该段套管顶部截面（井口）的抗拉强度
以上计算结果列入表A-4。
表A-4中间套管设计结果
井段
m
段长
壁厚
mm
钢级
螺纹类型
重力kN
安全系数
段重
累重
抗拉ST
抗挤Sc
抗内压Si
2
0～1082
1082
8.94
J-55
长圆螺纹
188.45
348.04
2.41
1.07
1.61
1
1082～1502
420
10.03
159.59
3.77
1.051
1.81
油层套管设计（139.7mm）
下入深度3265m
钻井液密度ρm=ρP+Sb=1.23+0.024=1.254g/cm3，抗外挤安全系数Sc=1.10,抗拉安全系数St=1.80,抗内压安全系数Si=1.10
等安全系数法
因此，抗内压强度小于35.48的套管均不能选用。
由表查得N-80壁厚9.17mm套管：
Pc=60.88Mpa,Pi=63.36Mpa
PT=1903.8kN,q=291.9N/m
di=121.4mm，长圆螺纹。
以上计算结果列入表A-5中。
表A-5油层套管设计结果
0～3265
3265
9.17
N-80
800.8
2.377
1.51
1.96
三、注水泥浆设计
（1）表层套管
设计数据：
套管下入长度Ls=704m,水泥塞高度ho=10m，水泥浆返深：
地面，钻井液性能，n=0.52，。
水泥浆性能，，。
水泥浆附加量70%，钻井液压缩系数。
计算井径按钻头直径444.5mm。
水泥用量N
704=45.55m³
附加30%，
水泥浆密度时，每袋水泥（50kg）配水泥浆0.04015m3/袋（40.15升/袋），则
用水量VW（水灰比m=0.5）VW=1501×
50×
0.5/1000=37.53m3
替钻井液Vm
替钻井液终泵压
设计结果见表A-6中。
（2）中间套管
设计井深H=1505m,水泥塞高度ho=20m，套管下入长度Ls=1502m，水泥返深500m，水泥附加量30%，钻井液压缩系数，计算井径按钻头直径311.1mm。
钻井液性能，n=0.5,。
水泥浆，，。
水泥用量N
袋
用水量VW（水灰比m=0.5）VW=963×
0.5/1000=24.075m3
替钻井液终泵压10026.94MPa
计算环空临界流速（塑性流体）
计算管内流速Vi
计算管内Rei
计算管外水泥浆段
计算管外钻井液段Reom
管内摩阻系数
管外摩阻系数fo
管内压耗Pci
环空耗压Pco
循环压耗
碰压泵压
计算注水泥施工总时间:
选用AC-400B型水泥车3台，每台车平均每分钟注水泥20袋，则
替钻井液
其它（倒换阀，开挡销，压胶塞，碰压）
总施工时间
选用G级水泥。
（3）油层套管
设计井深H=3265m,水泥塞高度ho=20m，套管下入长度Ls=3262m，水泥返深2265m，水泥附加量40%，钻井液压缩系数，计算井径按钻头直径215.9mm。
钻井液性能，n=0.52,。
m³
附加40%，
用水量（水灰比m=0.5）
替钻井液终泵压1002×
0.00981=5.86MPa
表A-6注水泥浆设计结果
套管层次
钻井液密度g/cm3
水泥浆上返高度m
水泥塞高度m
水泥级别
水泥浆密度g/cm3
水泥浆量m3
用水量
m3
干水泥袋数
替钻井液量m3
替钻井液终泵压Mpa
1.044
10
1.85
78.27
37.53
1501
57.852
5.57
中间
1.144
1005
38.65
24.075
963
59.39
14.11
油层
1.254
30.051
18.7
7
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