钻井工程课程设计张蕾.docx
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钻井工程课程设计张蕾
钻井工程设计
姓名：
张蕾
中国石油大学（北京）远程教育学院
前言
《钻井与完井工程设计》主要是指在得到地质设计后，如何以地质设计为依据，完成
一口井的综合、合理的钻井工程设计。
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。
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。
本设计的主要内容包括：
一、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，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；二、套管强度设计；三、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；四、机械破岩参数设计；五、水力参数设计等几个方面的基本设计内。
1.地质概况.........................................................................................................................................................3
1.1地理概况...............................................................................................................................................3
1.2地质基本数据.......................................................................................................................................3
1.2.1井号...................................................................................................................................3
1.2.2井别...................................................................................................................................3
1.2.3井位...................................................................................................................................3
1.2.4设计井深...................................................................................................................................4
1.2.5目的层.......................................................................................................................................4
1.2.6完钻层位...................................................................................................................................4
1.2.7完钻原则...................................................................................................................................4
1.2.8钻探目的...................................................................................................................................4
1.3地层层位预测及岩性...........................................................................................................................4
2.技术指标及质量要求......................................................................................................................................6
2.1井身质量要求.......................................................................................................................................6
2.2固井质量要求.......................................................................................................................................6
3.工程设计.........................................................................................................................................................8
3.1井下复杂情况提示...............................................................................................................................8
3.2地层可钻性分级及地层压力预测.......................................................................................................8
3.2.1地层可钻性分级.......................................................................................................................8
3.2.2压力剖面预测...........................................................................................................................9
3.3井身结构...............................................................................................................................................9
3.3.1钻井液压力体系.....................................................................................................................10
3.3.2校核各层套管下到初选点深度Hni时是否会发生压差卡套.............................................10
3.3.3套管层次与深度的确定.........................................................................................................11
3.3.4套管柱强度设计.....................................................................................................................13
3.3.5套管柱设计结果.....................................................................................................................18
3.4钻井主要设备.....................................................................................................................................18
3.4.1钻机编号.................................................................................................................................18
3.4.2钻机型号................................................................................................................................18
3.4.3提升系统................................................................................................................................18
3.4.4井架.................................................................................................................................19
3.4.5转盘................................................................................................................................19
3.4.6泥浆泵.....................................................................................................................................19
3.4.7柴油机.....................................................................................................................................19
3.5钻具组合.............................................................................................................................................20
3.5.1各次开钻钻具组合.................................................................................................................25
3.6钻头及钻井参数设计.........................................................................................................................32
3.6.1钻头设计.................................................................................................................................32
3.6.2钻井参数设计.........................................................................................................................34
参考文献：
.......................................................................................................................................................49
1.地质概况
1.1地理概况
该探井位于504和45地震测线交点，距XX省XX市东500m，所在的地质构造为XX凹陷。
该井的海拔较低，钻该井目的是通过打开QJ层来了解该层的油气情况扩大该油区的勘
探范围，增加油区的总体油气后备储量。
1.2地质基本数据
1.2.1井号:
A5
1.2.2井别:
预探井
1.2.3井位：
（1）井位座标：
纵（X）4275165m
横（Y）20416485m
（2）地面海拔:
50m
（3）地理位置：
XX省XX市东500m
（4）构造位置：
XX凹陷
（5）过井测线：
504和45地震测线交点
1.2.4设计井深：
3716m
1.2.5目的层：
QJ层，底层深度3650m，分层厚度150m
1.2.6完钻层位：
A、B、C、D、E、F3、F2J、F2K、F1、QJ
1.2.7完钻原则：
当钻入目的层150m完钻
1.2.8钻探目的：
了解XX构造QJ含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气资源
1.3地层层位预测及岩性
表1地层层位预测及岩性
层位代号
底界深度，m
分层厚度，m
主要岩性
A
280
砾岩层夹砂土,未胶结
B
600
320
上部砾岩,砂质砾岩,中下部含砾砂岩
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
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
E
1900
300
砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含砺砂岩
F3
2650
750
泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩
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
F2K
3150
250
泥岩为主，泥质粉砂岩，中粗砂岩，砂砾岩间互
F1
3500
350
泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩
QJ
3750（未穿）
150
深灰，浅灰色灰岩为主，间夹褐，砖红色泥岩
地质概况如表2
表2地质概况
井别
探井
井号
A5
设计井深
3716m
目的
层
QJ
井位
坐标
地面海拔m50
纵（x）m4275165
横（y）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Q含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气源
J
完钻原则
进入QJ150m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
3500
350
泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩
防漏、
喷、卡
QJ
3650（未穿）
150
深灰，浅灰色灰岩为主，间夹褐，砖红色
泥岩
防漏、
喷、卡
2.技术指标及质量要求
2.1井身质量要求
表3
井段（m）
井斜（0）
水平位移（m）
全角变化率（0/25m）
0-1000
<30
≤30
≤10/25m
-2000
<40
≤50
≤1015′/25m
-3000
<50
≤80
≤20/25m
-4000
<60
≤100
≤2015′/25m
-5000
<70
≤140
≤2030′/25m
2.2固井质量要求
固井质量采用声波测井和变密度测井综合评价，要求声幅≤20%；变密度测井反应弱套管波，强地层波。
（1）完钻前按下套管管串设计准备好套管附件、转换短接、联顶节、循环接头等必要配件，以保证各配件的尺寸、螺纹类型相匹配；
（2）完钻前取固井水样进行水泥浆性能复核试验；
（3）生产套管下入前认真通井循环，保证套管下到底。
套管下完后尽快固井，不能长时间循环；
（4）固井候凝48小时后钻分级箍。
钻完分级箍后，必须循环冲洗干净，方可向下钻进；
（5）钻完全井水泥塞后，必须大排量循环冲洗干净胶皮及铝片,套管内必须替换成清水；
（6）钻水泥塞前及起钻后需丈量并记录钻头外径，钻头外径变化不得超过0.25mm；
（7）必须认真丈量钻具尺寸及方入，留好人工井底，起钻测声、放、磁；
（8）水泥环与套管壁、井壁胶接紧密，管外无串槽；
（9）油层套管水泥浆返深可根据实钻油气显示情况最终确定。
原则上含气井水泥浆应
返至地面，不含气井水泥浆返高至少高于最浅油顶200米；
（10）固井质量检查测井测定的固井质量应至少达到合格以上标准；
（11）根据地层特性、储层特点、固井工艺及固井质量要求，科学合理编写固井施工设
计；
（12）固井前井眼及钻井液准备要求：
a.针对易漏、出水地层进行堵漏治水，提高地层承压能力，确保固井质量；
b.完钻固井前要求钻井液做到粘切低、动塑比低、泥饼薄而韧，满足固井要求。
（13）下套管前必须认真细致通井，确保井下安全及井眼畅通，通井时应带大接头或欠
尺寸稳定器，防止下套管遇阻和卡钻，气层段反复划眼，以清除井壁的泥饼，充分循环稀释泥浆，大排量洗井，确保井眼畅通，无漏失、井塌，井底无沉砂；
（14）使用的浮鞋，浮箍，分级箍在下套管前应认真检查，确保附件的正常使用，分级
箍严禁碰撞，用套管钳上扣时。
应借用上一跟套管传递扭矩，达到上扣的标准扭矩值和扭
矩图。
不得用套管钳咬分级箍的本体；
（15）严格按照下套管操作规程进行下套管作业，认真检查固井工具及管串附件，合
理加放扶正器，确保套管居中度≥67%。
扶正器加放原则：
a.浮箍以下加一组扶正器；b.
浮箍到最下气层底部段每根都加扶正器,特别注意弹性扶正器必须加在接箍处；
（16）下套管时必须平稳。
若有漏失要严格控制下放速度在30秒/根以下，一般情况下
在15～20秒/根，不准猛提、猛放、猛刹，应保证井眼稳定，不发生井涌、井喷、井漏和
井塌；
（17）在井场通套管内径，通径规规格型号必须按照行业标准，严禁在钻台通套管内径，
用清洗剂清洗套管螺纹，并检查密封面是否有损伤，必须使用带扭矩仪的套管钳紧螺纹，
螺纹扭矩必须符合标准，并将螺纹扭矩打印上报甲方。
必须使用拓普套管螺纹密封脂（拓
普101、拓普102），确保丝扣的密封性；
（18）套管下完后，技术员应根据套管头的安装。
计算好联入长度。
井口安装好吊卡
后，灌满泥浆后，用单凡尔开泵顶通后才可以大排量循环钻井液避免造成井漏；
（19）根据井下工况及管内外液体的流变性能，进行流变性计算，科学合理应用顶替技
术，提高顶替效率及一、二界面水泥环胶结质量；
（20）科学全面的进行气侵、气窜综合评价及预测，为优化注水泥施工参数提供理论依
据；
（21）固井前应认真检查钻机、泵、循环系统、水泥头等设备和工具，确保固井施工连
续顺利；
（22）根据电测井径及现场经验，计算水泥浆量，采用干混工艺，确保水泥、外掺料及
外加剂混拌均匀；
（23）从立式罐及灰罐车取样，模拟井下工况，对现场水样、水泥样品、外加剂等进行
全套性能复核试验，确保固井施工安全；
（24）水泥浆混拌、注替及碰压时，要根据井下情况，及时调整注替排量及流速,减小
‚U‛型管效应，降低环空流动阻力，减小压力激动，确保井下正常；
（25）细化现场施工措施，加强施工连续性，强化施工人员责任性,确保设备正常运转、
水泥浆密度均匀、现场施工连续、安全；
（26）用水泥车试压25MPa，试压合格后方可交井。
3.工程设计
3.1井下复杂情况提示
3.1.1在本井的钻井过程中，现场有关技术人员应充分了解、分析邻井事故复杂情况，防止事故的发生，及时处理好工程复杂。
注意观察地震对钻井的影响
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