远程教育学院石油工程专业钻井工程课程设计任务书.docx
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远程教育学院石油工程专业钻井工程课程设计任务书
远程教育学院石油工程专业
《钻井工程》课程设计
任务书
中国石油大学（北京）
远程教育学院
2012年5月
一、地质设计摘要
二、井身结构设计
三、固井工程设计
四、钻柱设计
五、钻井设备选择
六、钻井液设计
七、钻进参数设计
八、下部钻具组合设计
九、油气井控制
十、各次开钻或分井段施工重点要求
十一、地层压力监测要求
十二、地层漏失实验
十三、油气层保护
十四、完井井口装置
十五、环保要求
十六、钻井进度计划
十七、本钱预算
XX油区XX凹陷一口直井生产井的钻井与完井设计。
设计内容：
（其中打“√”部份必需设计，其他部份可选做或不做）
一、地质设计摘要（√）；
按照《xx井钻井地质设计》，本井设计井深米，预测压力系数为~，属于正常压力体系。
主要目的层为。
因此本井设计表套封固第四系、第三系泰康组，一开直接采用高密度钻井液钻进，将可能存在的浅层气压稳；若一开确实钻遇浅层气，则在固井水泥浆中加入防气窜剂，保证固井质量。
二、井身结构设计（√）；
井身结构设计
设计系数
抽吸压力系数：
cm3
激动压力系数：
g/cm3
地层破裂安全增值：
g/cm3
井涌条件允许值：
g/cm3
正常压力压差卡钻临界值：
12~15MPa
异样压力压差卡钻临界值：
15~20MPa
一、地质概况
表A-1
井别
探井
井号
A5
设计井深
目的层
井
位
坐标
地面海拔m50
纵（
）m4275165
横（
）m
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
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
井身结构设计表
（1）设计一开井深200±米，表层套管下深199±米，封固上部松散地层，为二开安全施工创造条件。
（2）若一开钻遇浅层气，则在固井水泥浆中加入防气窜剂，保证固井质量。
（2）油层套管水泥浆返深可按如实钻油气显示情况最终肯定。
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。
三、固井工程设计：
1．套管柱强度设计（√）；
一、套管柱设计条件
套管尺寸
mm
螺纹
类型
套管下深
m
钻井液密度
g/cm3
安全系数
抗挤
抗拉
抗内压
长圆扣
3691
二、套管柱的校核
序
号
井
段
m
段
长
m
壁
厚
mm
钢
级
螺
纹
每
米
重
kg/m
抗挤
抗拉
抗内压
理
论
强
度
MPa
实际压力
MPa
安全系数
螺
纹
强
度KN
累
重KN
安全系数
理
论
强
度
MPa
安全系数
1
0-2500
2500
J55
长圆扣
2504
678
2
-3691
1191
N80
3538
/
备注：
油层套管水泥浆返深可按如实钻油气显示情况最终肯定。
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。
套管扶正器安放要求
套管扶正器安放
序号
套管程序
套管尺寸
（mm）
钻头尺寸（mm）
井段
（m）
扶正器
型号
扶正器间距
（m）
1
表层套管
表层套管不安装扶正器
2
油层套管
1200-2127
弹性扶正器
20-30
备注：
1）套管扶正器安放位置要按如实钻井眼情况进行调整；
3．水泥及水泥浆设计；
注水泥浆设计
套管
名称
封固井段
（m）
水泥浆主要性能要求
水泥
密度
（g/cm3）
稠化
时间
（min）
API
失水
（ml）
抗压
强度
（MPa）
流变性n值
自由水
（ml）
型号
数量
（t）
表层
套管
0～259
≥
---
---
A
25
油层
套管
1200～2127
100-130
≤50
≥14
---
0
G
38
说明
（1）水泥浆稠化时间根据现场实际情况来进行调整，油层套管固井稠化时间为施工时间+60～90min；
（2）根据实测井径和封固要求对水泥用量及密度进行修正；
（3）油层套管固井低密度抗压强度要求48h，表层套管固井抗压强度要求24h。
4．注水泥浆及流变学设计；
注水泥浆设计
套管
名称
封固井段
（m）
水泥浆主要性能要求
水泥
密度
（g/cm3）
稠化
时间
（min）
API
失水
（ml）
抗压
强度
（MPa）
流变性n值
自由水
（ml）
型号
数量
（t）
表层
套管
0～259
≥
---
---
A
25
油层
套管
1200～2127
100-130
≤50
≥14
---
0
G
38
说明
（1）水泥浆稠化时间根据现场实际情况来进行调整，油层套管固井稠化时间为施工时间+60～90min；
（2）根据实测井径和封固要求对水泥用量及密度进行修正；
（3）油层套管固井低密度抗压强度要求48h，表层套管固井抗压强度要求24h。
水泥浆流变学计算
一、肯定流变模式
B=（φ200-φ100）/（φ300-φ100）=≠±
水泥浆选用幂律流变模式
二、判别流态
n=lg（φ300/φ100）=
K=φ300/511n=计算临界紊流雷诺数：
Re=3470-1370n=2549
3、环空紊流临界流速计算
=s
4、紊流临界排量计算
QC=πVC（D2-d2）/4=l/s
五、压力损耗计算
P损=
六、顶替终了的最大泵压计算
P压差=MPa
P损=MPa
P附加=MPa
Pmax=MPa
四、钻柱组合和强度设计（√）；
钻具组合设计及强度校核
1一开钻具组合
名称
数量
（根）
外径
mm
内径
mm
推荐长度
m
单位重量
N/m
段重
kN
累重
kN
方钻杆方入
1
/
/
钻杆
12
108
钻铤
6
54
钻铤
3
27
钻头
1
注：
以上计算数据未考虑补芯高，施工中注意修正
2二开钻具组合
（1）推荐第一套钻具组合
①钻具组合
名称
数量
（根）
外径
mm
内径
mm
推荐长度
m
单位重量
N/m
段重
kN
累重
kN
方钻杆方入
1
钻杆
253
2277
钻铤
24
钻头
1
注：
以上计算数据未考虑补芯高，施工中注意修正
3三开钻具组合
名称
数量
（根）
外径
mm
内径
mm
推荐长度
m
单位重量
N/m
段重
kN
累重
kN
方钻杆方入
1
/
/
钻杆
372
3348
钻铤
32
288
钻铤
5
45
钻头
1
注：
以上计算数据未考虑补芯高，施工中注意修正
②强度校核
中和点位置
外径内径钻铤
钻具
名称
外径
mm
内径
mm
钢
级
重量
N/m
长度
m
上截面
轴向力
kN
最大负荷kN
屈服强度MPa
实际
安全
系数
钻铤
216
钻杆
127
G-105
1908
724
钻柱
合成应力
MPa
轴向应力
MPa
弯曲应力
MPa
剪应力
MPa
设计安全
系数
实际安全
系数
（2）推荐第二套钻具组合
1钻具组合
名称
数量
（根）
外径
mm
内径
mm
推荐长度
m
单位重量
N/m
段重
kN
累重
kN
方钻杆方入
1
钻杆
382
3438
钻铤
25
225
扶正器
1
钻铤
2
.
钻头
1
注：
以上计算数据未考虑补芯高，施工中注意修正
②强度校核
中和点位置
外径内径钻铤
钻具
名称
外径
mm
内径
mm
钢
级
重量
N/m
长度
m
上截面
轴向力
kN
最大负荷kN
屈服强度MPa
实际
安全
系数
钻铤
153
钻杆
127
G-105
290
1971
724
现场必备工具
序号
名称
规格
数量
单位
1
钻铤
3
根
2
钻铤
24
根
3
扶正器
214mm
1
支
4
取芯工具
川8-3
1
套
5
反循环打捞篮
200mm
1
套
6
磨鞋
200mm
2
支
7
卡瓦打捞筒
200mm
1
套
8
高强度公锥
127mm
1
支
9
高强度公锥
1
支
10
母锥
127mm
1
支
五、钻机选择；
钻机与主要设备配置
序号
名称
型号
主要技术参数
备注
1
钻机
ZJ30/1700
2
井架
JJ170
最大载荷170t
3
天车
TC—170
最大载荷170t
4
游动滑车
YC—170
最大载荷170t
5
大钩
DG—170
最大载荷170t
6
水龙头
XSL—170
最大载荷170t
7
转盘
ZP—445
开口直径445mm
8
绞车
JC—30
快绳拉力20t
9
泥浆泵×2
3NB-1300
957kW
10
柴油机×3
G12V190PZL—B
900kW
11
电动压风机×2
LGFR
55kW
12
发电机×2
HGVL320/16
200kW
13
振动筛×2
BL—50
处理量180m3/h
14
液气分离器
YQF-5000
处理量5000m3/d
15
真空除气器
ZCQ1/4
处理量180m3/h
16
闸板防喷器
2FZ23-21
21MPa
或相当型号
17
环形防喷器
FH23-21
21MPa
或相当型号
18
液压控制系统
FKQ6405
或相当型号
19
除砂器
NCS-300
处理量200m3/h
20
除泥器
ZQJ—125
处理量200m3/h
21
离心机
LW450-842N/414
处理量40m3/h
22
加重装置
SB1-6×8
六、钻进参数设计：
1．机械破岩参数设计（包括钻头选型，所有钻头选用江汉钻头厂牙轮钻头、选取钻压和转速）（√）；
钻头选型
开钻
次序
井段
m
进尺
m
钻遇地层
钻头
尺寸
mm
类型
纯钻时间
h
机械钻速
m/h
一开
0~260
260
A
H126×1
13
20
二开
260~2502
2242
A、B、C、D、E、F3
P265MF×1
12
三开
2502
~3691
1449
F3、F2J、F2K、F1、QJ（未穿）
HJ517G×2
112
钻井参数设计
钻头
序号
层位
井段
m
喷咀
组合
mm
机械参数
水力参数
钻压
kN
转速
r/min
排量l/s
立管
压力
MPa
钻头
压降
MPa
循环
压耗
MPa
冲
击力
KN
喷射
速度
m/s
钻头水
功率
kW
比水
功率
W/mm2
上返
速度
m/s
功率
利用率
％
1
A
0～260
12,12,
11,11,11
40～60
60～80
2
A~F3
260～2502
12,12,12
60～80
100～120
3
F3~QJ
2502～3691
12,12,12
180～200
40～80
注：
以上表中数据为理论计算数据，钻井进程中可按照现场实际情况进行调整。
2．钻井液体系及性能设计（仅设计钻井液密度，其它参数不作要求）
1钻井液设计依据
（1）地质设计对地层压力的预测；
（2）地质设计对钻井液的要求；
（3）保护井壁稳定、保证井下安全要求；
（4）邻井实钻资料；
（5）本井井身结构；
（6）有关钻井液行业标准和企业标准。
2钻井液设计重点提示
C地层、F2J地层易掉块、垮塌，应注意提高钻井液的携岩性及避免发生垮塌掉块；全井注意油气保护，防喷防漏；施工时应依据地质或工程设计调节钻井液密度，避免盲目加重，特别是在地质设计提示可能的目的层周围，以防压漏地层和污染油气层。
3钻井液密度设计
层位
井段m
设计密度g/cm3
A
0～200
备注：
①如出现复杂情况，需要调整钻井液性能时，必需请示甲方公司。
3.水力参数设计（√）；
表A-4水力参数设计数据
1泥浆泵型号与性能
3NB1000钻井泥浆泵（两台，可仅用一台）
缸套直径（mm）
额定泵冲（次分）
额定排差（LS）
额定泵压（Mpa）
120
150
130
150
140
150
150
150
160
150
170
150
2钻井液性能其它参数
地面泵压不超过20Mpa
Kg=*10
MpaS
L
环空返速不低于s，不高于s
钻井液塑性粘度4．钻柱与下部防斜钻具结构（√）；
七、油气井压力控制；
八、完井工程（钻开生产层、完井井底结构、完井井底装置）；
九、钻前工程；
十、环境保护要求；
十一、各次开钻或分段施工的特殊点要求；
十二、材料及本钱预算；
十三、技术经济指标及钻井进度计划。
构造名称：
XX凹陷
井号：
A5井别：
生产井
钻井工程设计
中国XXXXXX集团公司
XX石油管理局XX钻井公司
地质设计（签字）日期
工程设计（签字）日期
地质审核意见：
（签字）日期
地质审批意见：
（签字）日期
工程审批意见：
（签字）日期
工程批准意见
（签字）日期
升级会员 