钻井课程设计范元wps.docx
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钻井课程设计范元wps
石油工程课程设计
（钻井部分）
王西16斜-7B井钻井工程设计
姓名：
班级：
学号：
指导老师：
目录
1.井身结构设计………………………………………………3
1.1套管层次………………………………………………4
1.2下入的深度………………………………………………4
1.3套管的尺寸………………………………………………5
2.钻井设备设计………………………………………………5
3.井眼轨道设计………………………………………………6
3.1计算最大稳斜角…………………………………………6
3.2计算井身剖面分段数据…………………………………7
3.3井身剖面分段数据………………………………………7
4.钻具组合设计………………………………………………9
4.1井段0～151米钻具组合设计………………………………………………9
4.2井段151～1000m钻具组合……………………………………………………10
4.3井段1000～2950m钻具组合………………………………11
4.4井段2950～3106m钻具组合………………………………13
4.5井段3106～3361m钻具组合………………………………14
5.钻井液设计………………………………………………17
5.1钻井液体系的选择……………………………………17
5.2钻井液密度……………………………………………17
5.3分段钻井液性能参数设计………………………………18
6.钻井参数设计……………………………………………19
6.1机械参数设计…………………………………………19
6.2水力参数设计…………………………………………20
7.套管柱设计………………………………………………23
7.1油层套管………………………………………………23
7.2表层套管………………………………………………25
1.井身结构设计
王西16斜-7B井井身结构示意图
φ244.5mm*1000m
二开
井眼外径：
φ215.9mm
钻达井深：
3361m
套管外径：
φ139.7mm
套管下深：
3356m
水泥反深：
2690m
一开
井眼外径：
φ444.5mm
钻达井深：
151m
套管外径：
φ339.7mm
套管下深：
150m
水泥反深：
地面
1.1套管层次
王西16斜-7B井总共分为三段。
第一段为表层套管，其作用是在其顶部安装套管头，并通过套管头悬挂和支撑后续各层套管；隔离地表潜水层和浅部复杂层，使淡水层不受钻井液污染。
通过分析地层岩性可知，地表浅层为平原组，该组岩性为黄色粘土，易吸水膨胀，抗压能力低；同时其组含有流砂层，易吸水分散，使得井壁不稳定，因此需要加入表层套管进行隔离和加固。
第二段通过分析地层岩性可知，潜江组部分是由泥岩、粉砂岩等岩石组成，其地层地质疏松，所以要加入钻井衬管，使之起到固井的作用。
第三段为生产套管，为了防止钻井液渗入地层，需要加入水泥进行固井。
1.2下入的深度
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，最后确定导管的尺寸。
表层套管是为隔离表层复杂地层，根据地层构造分析得，下入的表层套管要大于浅部地层的厚度100m，故表层套管为151m。
中间套管为1000m，生产套管为3356m。
1.3套管的尺寸
已知一开中套管外径为φ139.7mm，查表可以选择的钻头直径为φ215.9mm。
中间套管的套管外径为φ244.5mm，查表可以选择的钻头直径为φ215.9mm。
二开中套管外径为φ339.7mm，查表可以选择的钻头直径为φ444.5mm。
2.钻井的主要设备
序号
名称
型号
载荷（KN）
功率（KW）
备注
1
钻机
大庆130-Ⅱ
2000
2
井架
塔式
2000
3
天车
TC-200
2000
4
游动滑车
YC-200
2000
5
大钩
DG-200
2000
6
水龙头
SL-200
2000
7
转盘
ZP-520
8
绞车
JC14.5
9
钻井泵
1#
3NB-1300
956
2#
3NB-1300
956
10
动
力
机
1#
Z120V190-B
794
2#
Z120V190-B
794
3#
Z120V190-B
794
11
压
风
机
自动
IV-3/8
电动
IV-3/8
19
12
发电机组
1#
Z12V-135
200
2#
Z12V-135
200
13
防喷器
2FZ35-35
14
控制系统
FK2403
15
振动筛
1#
ZS2x1.5x2/3P
4
2#
ZS2x1.5x2/3P
4
16
除砂器
NCJ-227
2.2
17
除泥器
NJ-861
2.2
18
离心机
LW355
18.5/5.5
19
除气器
LZCQ-3
7.5
20
清洁器
21
加重装置
3.井眼轨道设计
本井为定向井，为三段式打井，主要分为直井段——增斜段——稳斜端三段。
3.1计算最大稳斜角
表示符号解释如下：
——造斜率，（。
）/30m；
R——曲率半径，m；
——目标点或目标段入口点的垂深，m；
——目标点或目标段入口点的水平位移，m；
——稳斜段井斜角，（。
）；
——造斜点垂深，m；
根据造斜率算出曲率半径：
由原始数据可知：
根据公式：
代入数据可得最大稳斜角为28.07。
3.2计算井身剖面分段数据
根据数据，以井深为3100米为例进行计算如下：
3.3井身剖面分段数据：
设计井身剖面分段数据表
序
号
井深米
井斜度
方位度
垂深米
位移米
南北坐标（N+/S-）
东西坐标（E+/W-）
0
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
1
2950.50
0.00
0.00
2950.50
0.00
0.00
0.00
2
3000.00
9.00
193.27
2999.79
3.92
-3.81
-0.90
3
3050.00
18.00
193.27
3048.36
15.58
-15.16
-3.58
4
3100.00
27.00
193.27
3094.51
34.69
-33.77
-7.96
5
3105.94
28.07
193.27
3099.78
37.44
-36.44
-8.59
6
3155.94
28.07
193.27
3143.90
60.97
-59.34
-13.99
7
3205.94
28.07
193.27
3188.01
84.49
-82.24
-19.39
8
3255.94
28.07
193.27
3232.13
108.02
-105.14
-24.79
9
3287.52
28.07
193.27
3260.00
122.88
-119.60
-28.20
10
3361.00
28.07
193.27
3325.00
157.54
-153.34
-36.15
4、钻具组合设计
4.1井段0～151米钻具组合设计
4.1.1钻铤设计
（1）选择钻铤的外径内径，查表得到，钻铤钢级为D级
通过查表可知钻铤外径为φ177.80mm，内径为φ57.20mm，每米钻铤在空气中的重力。
（2）计算钻铤长度
已知钻铤长度的计算公式为：
，其中：
——设计的最大钻压，根据相关数据可知为60KN；
——某段所用钢材的密度，取7.8g/cm
；
——该井段所用泥浆的最大密度，g/cm
；
——安全系数，一般为1.15～1.25，此处SN=1.2；
——浮力系数，；
qc——每次开钻所需钻铤单位长度重量，N/m;
——井斜角，根据相关数据可知值为0度；
带入上述数据可得，取钻铤长度为9.1m/根，，故取6根钻铤，则钻铤长度为：
4.1.2钻杆设计
（1）选择钻杆的外径内径，查表得到，线密度，钻铤钢级为D级
通过查表可知钻杆外径为φ127mm，内径为φ108.6mm，每米钻铤在空气中的重力，线密度。
（2）计算钻杆的长度
安全系数校核：
设计系数法：
拉力余量法：
较三种安全校核知,取
，据此计算允许的最大长度
计算钻杆的根数n=
钻杆长度为
4.2井段151～1000m钻具组合
4.2.1钻铤设计
（1）选择钻铤外径、内径、查表得到
通过查表可知钻铤外径为φ177.80mm，内径为φ57.20mm，每米钻铤在空气中的重力。
（2）计算钻铤长度
已知钻铤长度的计算公式为：
，其中：
——设计的最大钻压，根据相关数据可知为80KN；
——某段所用钢材的密度，取7.8g/cm
；
——该井段所用泥浆的最大密度，g/cm
；
——安全系数，一般为1.15～1.25，此处SN=1.2；
——浮力系数，;
qc——每次开钻所需钻铤单位长度重量，N/m;
——井斜角，根据相关数据可知值为0度；
带入上述数据可得，取钻铤长度为9.1m/根，，故取9根钻铤，则第一段的钻铤长度为：
4.2.2钻杆设计
（1）选择钻杆的外径内径，查表得到，线密度，钻铤钢级为D级
通过查表可知钻杆外径为φ127mm，内径为φ108.6mm，每米钻铤在空气中的重力，线密度。
（2）计算钻杆的长度
计算钻杆的根数n=
钻杆长度为
4.3井段1000～2950m钻具组合
4.3.1钻铤设计
（1）选择钻铤外径、内径、查表得到
通过查表可确定钻铤外径为φ158.80mm，内径为φ57.20mm，每米钻铤在空气中的重力。
（2）计算钻铤长度
已知钻铤长度的计算公式为：
，其中：
——设计的最大钻压，根据相关数据可知为100KN；
——某段所用钢材的密度，取7.8g/cm
；
——该井段所用泥浆的最大密度，g/cm
；
——安全系数，一般为1.15～1.25，此处SN=1.2；
——浮力系数，;
qc——每次开钻所需钻铤单位长度重量，N/m;
——井斜角，根据相关数据可知值为0度；
带入上述数据可得，取钻铤长度，故取12根钻铤，则第一段的钻铤长度为。
4.3.2设计扶正器组合
（1）扶正器外径
已知设计间隙一般为，现在已知井径，故可得扶正器直径，在计算时取扶正器的直径为φ215mm。
（2）第二扶正器的位置
已知满眼井YXY组合第二扶正器距钻头的最优长度公式为：
其中：
扶正器与井眼的半间隙；
钻铤钢材的杨氏模量E=205.94GPa；
钻井截面的轴惯性矩；
钻铤在钻井液中的线重；
允许的最大井斜角28.07°
可求得：
Lp=5.94m,即第扶正器距钻头的最优长度为5.94m.
（3）第一、三扶正器位置
由查表5-5稳斜钻具配合尺寸，可得本井适合选用中稳斜组合：
，，，选，，即第一扶正器距钻头的距离为1.6m，第三扶正器距钻头的距离为12m。
4.3.3钻杆设计
（1）选择钻杆的外径内径，查表得到，线密度，钻铤钢级为D级
通过查表可知钻杆外径为φ127mm，内径为φ108.6mm，每米钻铤在空气中的重力，线密度
（2）计算钻杆的长度
计算钻杆的根数n=
钻杆长度为
4.4井段2950～3106m钻具组合
4.4.1钻铤设计
（1）选择钻铤外径、内径、查表得到
通过查表可确定钻铤外径为φ158.80mm，内径为φ57.20mm，每米钻铤在空气中的重力
（2）计算钻铤长度
已知钻铤长度的计算公式为：
，其中：
——设计的最大钻压，根据相关数据可知为100KN；
——某段所用钢材的密度，取7.8g/cm
；
——该井段所用泥浆的最大密度，g/cm
；
——安全系数，一般为1.15～1.25，此处SN=1.2；
——浮力系数，;
qc——每次开钻所需钻铤单位长度重量，N/m;
——井斜角，根据相关数据可知值为28.07度；
带入上述数据可得，取钻铤长度，故取12根钻铤，则第一段的钻铤长度为。
4.4.2钻杆设计
（1）选择钻杆的外径内径，查表得到，线密度，钻铤钢级为D级
通过查表可知钻杆外径为φ127mm，内径为φ108.6mm，每米钻铤在空气中的重力，线密度。
（2）计算钻杆的长度
计算钻杆的根数n=
钻杆长度为
4.5井段3106～3361m钻具组合
4.5.1钻铤设计
（1）选择钻铤外径、内径、查表得到
通过查表可确定钻铤外径为φ158.80mm，内径为φ57.20mm，每米钻铤在空气中的重力
（2）计算钻铤长度
已知钻铤长度的计算公式为：
，其中：
——设计的最大钻压，根据相关数据可知为160KN；
——某段所用钢材的密度，取7.8g/cm
；
——该井段所用泥浆的最大密度，g/cm
；
——安全系数，一般为1.15～1.25，此处SN=1.2；
——浮力系数，;
qc——每次开钻所需钻铤单位长度重量，N/m;
——井斜角，根据相关数据可知值为28.07度；
带入上述数据可得，取钻铤长度，故取21根钻铤，则第一段的钻铤长度为
4.5.2设计扶正器组合
（1）扶正器外径
已知设计间隙一般为，现在已知井径，故可得扶正器直径，在计算时取扶正器的直径为φ214mm.
（2）第二扶正器的位置
已知满眼井YXY组合第二扶正器距钻头的最优长度公式为：
其中：
扶正器与井眼的半间隙；
钻铤钢材的杨氏模量E=205.94GPa；
钻井截面的轴惯性矩；
钻铤在钻井液中的线重；
允许的最大井斜角28.07°
可求得：
Lp=5.94m,即第二扶正器距钻头的最优长度为5.94m
（3）第一、三扶正器位置
由查表5-5稳斜钻具配合尺寸，可得本井适合选用中稳斜组合：
，，，选，，即第一扶正器距钻头的距离为1.6m，第三扶正器距钻头的距离为12m。
4.5.3钻杆设计
（1）选择钻杆的外径内径，查表得到，线密度，钻铤钢级为D级
通过查表可知钻杆外径为φ127mm，内径为φ108.6mm，每米钻铤在空气中的重力，线密度。
（2）计算钻杆的长度
计算钻杆的根数n=
钻杆长度为
4.6钻具组合设计结果为：
井段0～151m钻具组合:
φ444.5mm钻头+φ177.8mmDC（6根）+φ127mmDP（11根）
井段151～1000m钻具组合:
φ244.5mm钻头+φ177.8mmDC（9根）+φ127mmDP（85根）
井段1000～2950m钻具组合:
φ215.9mm钻头+φ158.8mmDC（12根）+φ127mmDP（203根）+φ214mmSTB
井段2950～3106m钻具组合：
φ215.9mm钻头+φ158.8mmDC（12根）+φ127mmDP（6根）
井段3106～3361m钻具组合：
φ215.9mm钻头+φ158.8mmDC（21根）+φ127mmDP（8根）+φ214mmSTB
5、钻井液
5.1钻井液体系的选择
根据地质报告中对每组的岩性描述，该井地质主要是泥岩及粉砂岩等构成，主要利用钻井液液柱压力保持井壁稳定，防止井壁坍塌。
因此应注意防塌、防卡、防喷。
井段0～151m：
平原组和广华组岩性为黄色粘土、含有流砂层，易吸水膨胀使井壁不稳定，选择膨润土浆维持较高粘度；
井段151～1500m:
荆河镇组主要是泥岩及粉砂岩等构成要注意防塌，选择两性离子聚合物钻井液；
井段1500～3325m:
潜江组多为粉砂及泥岩，选择聚合物饱和盐水钻井液。
5.2钻井液密度
根据公式：
——钻井液密度，g/cm
；
——地层压力，Mpa；
D——地层深度，m；
其中，，可进行地层预测压力计算钻井液密度,
已知地层压力系数为1.04~1.07。
当D=151m时，1.05~1.15（g/cm3）；
当D=1500m时，1.06~1.15（g/cm3）；
当D=3325m时，1.25~1.32（g/cm3）；
5.3分段钻井液性能参数设计
开钻次序
一开
二开
井眼尺寸（mm）
Ф444.5
Ф244.5
Ф215.9
Ф215.9
井段（m）
0～151
151～1000
1000～1500
1500～3325
地层
平原组、广化寺组
广化寺组、荆河镇组
荆河镇组
荆河镇组、潜江组
钻井液类型
膨润土浆
两性离子聚合物钻井液
两性离子聚合物钻井液
聚合物饱和盐水钻井液
密度（g/cm3）
1.05～1.15
1.04～1.12
1.06～1.15
1.25～1.32
漏斗粘度（s）
40～50
35～45
35～50
45～80
API失水（ml）
5～8
5～8
3～5
泥饼（mm）
≦0.5
≦0.5
≦0.5
PH
8～10
8～10
8～10
含沙量（%）
≦0.5
≦0.5
≦0.5
静切力（pa）
6～8/10～12
0/0
0/0
0/0
塑性粘（mpas）
10～15
10～15
10～20
动切力（Pa）
4～9
4～9
5～10
n值
0.4～0.7
0.4～0.7
0.4～0.7
K值（Pa.sn）
0.1～0.6
0.1～0.6
0.1～0.6
固相含量（%）
≦8
≦8
≦8
MBT（g/l）
30～50
30～50
30～40
总矿化（mmol）
>100000
CL-（mg/l）
<6000
<6000
>170000
摩擦系数
≦0.18
≦0.18
≦0.18
6、钻井参数设计
6.1机械参数设计
6.1.1钻头的设计（此为关于型号的设计，尺寸设计前面已经做过）
a.井段0~151米钻头设计：
根据原始地质资料此段岩性为黄色粘土、砾石、流砂层，地层较软，故选用P2钻头。
b.井段151~1000米钻头设计：
根据原始地质资料此段岩性为杂色粘土岩、砾状砂岩、砂砾岩，地层较软，故选用P2钻头。
c.井段1000~2950米钻头设计：
根据原始地质资料此段岩性为泥岩夹粉砂岩、油页岩，地层较硬，故选用PDC及HA517钻头。
d.钟摆钻具组合钻头设计：
选用PDC钻头。
e.满眼钻具组合设计：
选用PDC钻头。
f.井段2950~3106米钻头设计：
根据原始地质资料此段岩性为盐岩、泥岩夹粉砂岩、油浸泥岩，地层较硬，故选用HJ517钻头。
g.井段3106~3361米钻头设计：
根据原始地质资料此段岩性为盐岩、泥岩夹粉砂岩、油浸泥岩，地层较硬，故选用HA517钻头。
6.1.2钻井参数设计
此次钻井参数设计如下表：
序号
层位
井段
（米）
钻头
钻头序号
钻井参数
型号
尺寸（mm）
数量
钻压
KN
转速rpm
1
Q-N
0~151
P2
444.5
1
1
30~60
67
2
N-EI
~1000
P2
244.5
1
2
60~80
67
3
EI-Eq4
~2950
PDC
HA517
215.9
1
2
5
30~50
60~100
217
67
4
Eq4
~3106
HJ517
215.9
1
6
60~80
200
5
Eq4
~3361
HA517
215.9
2
8
120~160
67
6.2水力参数设计
6.2.1计算最低环空返速
使用式Va=计算（其中，Va为最低环空返速，d为钻井液密度，DH为井眼直径）
一开井眼外径444.5mm，钻井液密度1.08g/cm3，计算得一开最低环空返速Va1为0.38m/s；
二开151~1000m段井眼外径244.5mm，钻井液密度1.12g/cm3，计算得此段最低环空返速Va2为0.67m/s；
二开1000~1500m段井眼外径215.9mm，钻井液密度1.07g/cm3，计算得此段最低环空返速Va3为0.79m/s;
二开1500~3325m段井眼外径215.9mm，钻井液密度1.28g/cm3，计算得此段最低环空返速Va4为0.66m/s。
6.2.2计算最小排量
使用式Qm=（DH2-Dh2）Va计算（其中，DH为井眼直径，Dh为钻杆外径）
一开井眼外径444.5mm，钻杆外径为127mm，计算得最小排量Qm1为54.13L/s；
二开151~1000m段井眼外径244.5mm，钻杆外径为127mm，计算得最小排量Qm2为22.96L/s；
二开1000~1500m段井眼外径215.9mm，钻杆外径为127mm，计算得最小排量Qm3为18.90L/s；
二开1500~3325m段井眼外径215.9mm，钻杆外径为127mm，计算得最小排量Qm4为15.79L/s。
6.2.3选择钻井泵型号
0.9Qr≥71.2,得Qr≥80L/s
选用3NB1000钻井泵，下附3NB1000钻井泵性能表
缸塞直径/mm
额定泵冲/次没分
额定排量/（L∙s-1）
额定泵压/MPa
120
150
19.9
33.1
130
150
23.4
28.2
140
150
27.1
24.3
150
150
31.1
21.2
160
150
35.4
18.6
170
150
40.0
16.5
则一开选择额定排量Nr1为40.0L/s，额定泵压Pr1为16.5MPa，额定功率Qr1=Nr1∙Pr1=660.00kW；
二开151~1000m段选择额定排量Nr2为23.4L/s，额定泵压Pr2为28.2MPa，额定功率Qr2=Nr2∙Pr2=659.88kW；
二开1000~1500m段选择额定排量Nr3为19.9L/s，额定泵压Pr3为33.1MPa，额定功率Qr3=Nr3∙Pr3=658.69kW；
二开1500~3325m段选择额定排量Nr4为19.9L/s，额定泵压Pr4为33.1MPa，额定功率Qr4=Nr4∙Pr4=658.69kW。
6.2.4计算输出功率
根据输出功率Qr=额定功率Qr╳0.9计算
一开输出功率Qr1为594.00kW，二开151~1000m段输出功率Qr2为593.8
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