石油工程课程设计.doc
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钻井完井工程设计
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目录
1.地质概况 1
2.钻井主要设备要求 2
3.井身结构设计 3
3.1井身结构设计 3
3.2井身结构示意图 3
3.3地层可钻性分级 4
3.4压力剖面预测 4
3.5井身结构理论计算 4
3.5.1钻井液压力体系 5
3.5.2校核各层套管 6
3.5.3套管层次与深度的确定 6
3.5.4套管柱强度设计 9
3.5.5套管柱设计结果 14
3.6钻具组合 15
3.6.1钻铤的设计 15
3.6.2各次开钻钻具组合 19
4.井身质量要求 23
5.钻具组合 23
6油气层保护要求 24
7水力参数设计 26
8.油气井控制 28
9井控装置 28
10.固井设计 32
11.各次开钻施工重点要求 34
12.地层孔隙压力监测要求 35
13.地层漏失试验 36
14.完井井口装置 36
15.完井提交验收的资料 36
16.环保要求 36
附件1钻头及钻井参数设计 37
1.1钻头设计 37
1.2钻井参数设计 38
1.3钻井液的选择 49
1.4钻井液体最大积的计算 50
1.5钻井液密度的转换 51
20
1.地质概况
1.1地质基础数据及设计分层
井别
直井
井号
A5
设计井深
3445m
目的层
F1
井
位
坐标
地面海拔m50
纵（）m4275165
横（）m20416485
测线位置
504和45地震测线交点
地理位置
XX省XX市东500m
构造位置
XX凹陷
钻探目的
了解XX构造含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气源
完钻原则
进入150m完钻
完井方法
先期裸眼
层位代号
底界深度，m
分层厚度，m
主要岩性描述
故障提示
A
280
砾岩层夹砂土,未胶结
渗漏
B
600
320
上部砾岩,砂质砾岩,中下部含砾砂岩
渗漏
C
1050
450
中上部含砺砂岩、夹泥岩和粉砂质泥岩；
下部砺状砂岩，含砺砂岩、泥岩、粉砂质泥岩不等厚互层
防塌
D
1600
泥岩、砂质泥岩、砺状砂岩、含砺砂岩不等厚互层，泥质粉砂岩
防漏
防斜
E
1900
300
砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含砺砂岩
防斜
防漏
F3
2650
750
泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩
防斜
F2J
2900
250
泥岩夹钙质砂岩，夹碳质条带煤线，中部泥岩夹煤层、下部泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩
防斜、塌、卡
F2K
3150
250
泥岩为主，泥质粉砂岩，中粗砂岩，砂砾岩间互
F1
3445
295
泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩
防漏、喷、卡
2.钻井主要设备要求
名称
型号
规范或特征
载荷kN
数量
钻机
井架
天车
游车
大钩
水龙头
转盘
井架底座
钻井泵
动力机
防喷器
控制系统
振动筛
除砂器
除泥器
除气器
储备罐
离心机
ZJ45
TJ300/43A
TC-350
YC-350
DG-350
SL-450
ZP-520
3NB-1300
PZ12V190B-1
FZ、FH系列
FKQ6406
ZS2400*1200
ZCT300*2
ZQJ100*10
LCH-50
ZXZ*45
LW500*1250-NY
高45米
七轮
六轮
中心管内径75mm
通孔520mm
高4.5m
2*956kw
3*882kw
2930
2930
3430
3430
3430
4410
2940
1
1
1
1
1
1
1
1
2
3
1
1
2
1
1
1
2
1
3.井身结构设计
3.1井身结构设计
表3-1井身结构设计表
井段m
钻头尺寸mm
套管尺寸mm
水泥返深m
一开
570
444.5
339.7
570
二开
2480
311.2
244.5
2480
三开
3445
125.9
177.8
3505
3.2井身结构示意图
层位代号
底界
深度
m
分层厚度
m
井身结构
主要岩性描述
故障提示
A
280
砾岩层夹砂土,未胶结
渗漏
B
600
320
上部砾岩,砂质砾岩,中下部含砾砂岩
渗漏
C
1050
450
中上部含砺砂岩、夹泥岩和粉砂质泥岩；
下部砺状砂岩，含砺砂岩、泥岩、粉砂质泥岩不等厚互层
防塌
D
1600
泥岩、砂质泥岩、砺状砂岩、含砺砂岩不等厚互层，泥质粉砂岩
防漏
防斜
E
1900
300
砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含砺砂岩
防斜
防漏
F3
2650
750
泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩
防斜
F2J
2900
250
泥岩夹钙质砂岩，夹碳质条带煤线，中部泥岩夹煤层、下部泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩
防斜、塌、卡
F2K
3150
250
泥岩为主，泥质粉砂岩，中粗砂岩，砂砾岩间互
F1
3445
295
泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩
防漏、喷、卡
3.3地层可钻性分级
表3-2各层段地层可钻级值
地层
A
B
C
D
E
可钻性
0.6
1
1.39
2.16
3
3.5
7.3
5.2
4.9
3.4压力剖面预测
图3-1地层压力和破裂压力图
3.5井身结构理论计算
钻探目的层为灰岩地层，确定完井方法为先期裸眼完井。
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3-1）进行。
计系数见表3-2。
表3-3井身结构设计有关系数
名称
MPa
MPa
数值
0.05
0.05
0.03
0.05
15
20
来源
理论计算
理论计算
区域资料统计
区域资料统计
区域资料统计
区域资料统计
—抽吸压力系数。
上提钻柱时，由于抽吸作用使井内液柱压力降低的值，用当量密度表示；
—激动压力系数。
下放钻柱时，由于钻柱向下运动产生的激动压力使井内液柱压力的增加值，用当量密度表示；
—安全系数。
为避免上部套管鞋处裸露地层被压裂的地层破裂压力安全增值，用当量密度表示，安全系数的大小与地层破裂压力的预测精度有关；
—井涌允量。
由于地层压力预测的误差所产生的井涌量的允值，用当量密度表示，它与地层压力预测的精度有关；
、—压差允值。
不产生压差卡套管所允许的最大压力差值。
它的大小与
钻井工艺技术和钻井液性能有关，也与裸眼井段的地层孔隙压力有关。
若正常地层压力和异常高压同处一个裸眼井段，卡钻易发生在正常压力井段，所以压差允值又有正常压力井段和异常压力井段之分，分别用和表示。
3.5.1钻井液压力体系
最大泥浆密度计算公式为：
（3-1）
式中：
—某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度，；
pmax
—该井段中最大地层孔隙压力梯度等效密度，；
w
—抽吸压力允许值的当量密度，取0.05。
发生井涌情况时：
（3-2）
式中：
—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，；
—第n层套管下入深度初选点，m；
k
—井涌允量，取0.05；
f
—安全系数，取0.03；
w
—抽吸压力允许值的当量密度，取0.05。
3.5.2校核各层套管
下到初选点深度时是否会发生压差卡套
（3-3）
式中：
—第n层套管钻进井段内实际的井内最大静止压差，MPa；
—该裸眼井段内最小地层孔隙压力梯度对应的最大深度，m；
—该裸眼井段内采用的最大钻井液密度，；
—该该裸眼井段内最小地层的孔隙压力梯度等效密度，。
若<则假定点深度为中间套管下入深度。
若>则有可能产生压差卡套管，这时中间套管下入深度应小于假定点深度。
在第二种情况下中间套管下入深度按下面的方法计算：
（3-4）
在压力剖面图上找出值，该值所对应的深度即为中间套管下入深度。
其中，取15MPa。
3.5.3套管层次与深度的确定
3.5.3.1油层套管下入深度的确定：
按设计要求油气套管下入层深度为5m，因此=3500+5=3505（m）
3.5.3.2由图3-1查得最大地层孔隙压力梯度为1.50位于3200m处。
1、确定中间套管下入深度初选点：
由公式（3-2），将各值代入得：
试取=2480m代入上式得：
=1.645
由图3-1查得2480m处地层破裂压力梯度等效密度=1.651，因为<且相近,所以确定中间套管下入深度初选点为=2480m。
2、校核中间套管下入到初选点=2480m过程中是否会发生压差卡套管
3
3
由图3-1查得,2480m处=1.10，=1.00，=1900m，由公式（3-3）得：
因为<，所以不会发生压差卡套管，故中间套管的下入深度为2480m。
3、确定表层套管下入深度：
3
由上述计算结果，中间套管鞋处=1.1,将其它的参数代入公式（3-2）：
试取=570m代入上式得：
=1.398
由图3-1查得570m处地层破裂压力梯度等效密度=1.411，因为<且相近,所以确定表层套管下入深度为=570m满足设计要求。
3.5.3.3井身结构设计结果
套管层次和每层套管的下入深度确定之后，相应的套管尺寸和井眼直径也就确定了。
套管尺寸的确定一般由内向外依次进行，首先确定生产套管的尺寸，再确定下入生产套管的井眼的尺寸，然后确定中间套管的尺寸等，依次类推，直到表层套管的井眼尺寸，最后确定套管的尺寸。
图3-2井身结构参数系列
查《钻井手册（甲方）》，结合图3-2井身结构参数系列，钻头与套管尺寸匹配结果如3.1和3.2所示。
3.5.4套管柱强度设计
3.5.4.1套管和套管柱油井套管是优质钢材制成的无缝管或焊接管，两端均加工有锥形螺纹。
大多数的套管是用套管接箍连接组成套管柱。
套管柱用于封固井壁的裸露岩石。
某井段的最大外挤压力：
（3-5）
式中：
—该井段所用泥浆的最大密度，；
—某段钢级的下深度，m。
某段钢级套管的最大下入深度：
（3-6）
—某段钢级套管抗外挤强度，MPa；
—最小抗外挤安全系数，取1.125。
套管浮力系数：
（3-7）
式中：
—钻某段所用的钻井液密度，；
s
—某段所用钢材的密度，取7.85。
套管浮力：
式中：
—某段所用套管的线重，。
—某段所用套管的长度，m。
抗拉安全系数：
=1.8
3.5.4.2油层套管柱设计
按抗外挤强度设计由下向上选择第一段套管
由公式（3-5）可知最大外挤压力为：
=53.2953MPa
而允许抗外挤强度为：
=53.2953×1.125
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