石大远程在线考试《钻井工程》参考答案主Word文档下载推荐.docx

1、5）循环停止时悬浮钻屑和加重材料，防止下沉良好的钻井液在循环停止后都具有切力，即具有悬浮钻屑和加重材料的能叫钻井工程理论与技术力，否则这些固相颗粒沉于井底，造成反复研磨和沉砂卡钻等事故。循环恢复后，钻井液又呈液体状态可把钻屑等粗颗拉带到地面。6）从所钻地层获得资料，从钻井液携带出的岩屑分析和钻井液中的油气显示，可以判断所钻地层是否含油气资源。从钻井液性能变化和滤液分析可以知道是否钻遇到岩盐层、盐膏层和盐水层等。7）传递水力功率，钻井液是将有用的水功率从地面传递到钻头及井底动力钻具的媒介。钻井液的类型、排量、流动特性和固相含量等是影响水力功率传递的重要因素。射流对井底的清洗作用，射流撞击井底后形

2、成的井底冲击压力波和井底漫流是射流对井底清洗的两个主要作用形式。（1）射流的冲击压力作用。射流撞击井底后形成的冲击压力波并不是作用在整个井底，而是作用在小圆面积上。就整个井底而言，射流作用的面积内压力较高，而射流作用的面积以外压力较低。在射流的冲击范围内。冲击压力也极不均匀，射流作用的中心压力最高，离开中心则压力急剧下降。另外，由于钻头的旋转，射流作用的小面积在迅速移动，本来不均匀的压力分布又在迅速变化。由于这两个原因。使作用在井底岩屑上的冲击压力极不均匀，极不均匀的冲击压力使岩屑产生一个翻转力矩，从而离开井底。这就是射流对井底岩屑的冲击翻转作用。（2）漫流的横推作用。射流撞击井底后形成的漫流

3、是一层很薄的高速液流层，具有附面射流的性质。研究表明，在表面光滑的井底条件下，最大漫流速度出现在小于距井底0. 5 mm的高度范围内，最大漫流速度值可达到射流喷嘴出口速度的50%-80%.喷嘴出口距井底越近，井底漫流速度越高。正是这层具有很高速度的井底漫流，对井底岩屑产生一个横向推力，使其离开原来的位笠.而处于被钻井液携带并随钻井液一起运动的状态。因而，井底漫流对井底清洗有非常重要的作用。4.钻柱的功用（一）钻柱的功用，钻柱在钻井过程中的主要作用：（1）为钻井液由井口流向钻头提供通道；（2）给钻头施加适当的压力（钻压），使钻头的工作刃不断吃入岩石；（3）把地面动力（扭矩等）传递给钻头，使钻头不

4、断旋转破碎岩石；（4）起下钻头；（5）根据钻柱的长度计算井深。2.钻柱的特殊作用，（1）通过钻柱可以观察和了解钻头的工作情况、井眼状况及地层情况等；（2）进行取心、挤水泥、打捞井下落物、处理井下事故等特殊作业；（3）对地层流体及压力状况进行测试与评价，即钻杆浏试，又称中途测试。三、课程设计（共40分）设计任务：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“”部分必须设计，其他部分可选做或不做）。1.地质设计摘要（）；2.井身结构设计（）；3.固井工程设计：套管柱强度设计（）；4.钻柱组合和强度设计（）；5.钻机选择（）；6.钻进参数设计：（1）机械破岩参数设计（包括钻头选

5、型，所有钻头选用江汉钻头厂牙轮钻头、选取钻压和转速）（）；（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）（3）水力参数设计（）；（4）钻柱与下部防斜钻具结构（）。考核方式及成绩评定（1）格式、规范：4分，评分依据：工程设计规范；评分标准：4符合程度。（2）设计的依据与原则准确性：12分，评分依据：工程设计依据与原则； 评分标准：12符合程度。（3）过程的参数选择的合理性和计算过程的可靠性：参数符合工程实际，计算过程可靠；（4）结果准确性：12分。基础数据：1.地质概况：见后附设计样例表A1。2.设计井深：H=3000 + 4100 + 学号的后二位数字 3 （m）3.地层压力

6、和破裂压力剖面：根据图A1，地层压力梯度的当量钻井液密度由1.00g/cm3变为1.10g/cm3的井深按以下规律取值：941709100 +093= 3427 （m）4.设计系数：见表A-2和表A-3，其他数据查钻井手册（甲方）和参考书。5.水力参数设计数据见表A-4。6.钻柱设计数据见参数书2。7.完井方式：先期裸眼完井，177.8mm（7”）生产套管。附录1.地质概况表A-1 井 别探 井井 号A5设计井深3427目的层井位坐标地面海拔 m 50纵（）m 4275165横（）m 20416485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

7、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A280砾岩层夹砂土,未胶结渗漏B600320上部砾岩,砂质砾岩,中下部含砾砂岩C1050450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D1600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E1900300砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含砺砂岩F32650750泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩F2J2900250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

8、、塌、卡F2K3150泥岩为主，泥质粉砂岩，中粗砂岩，砂砾岩间互F13500350泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩防漏、喷、卡QJ3650（未穿）150深灰，浅灰色灰岩为主，间夹褐，砖红色泥岩2.井身结构设计钻探目的层为灰岩地层，确定完井方法为先期裸眼完井。油气套管下入层35m。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A1）进行。图A-1 地层压力和破裂压力设计系数见表A-2。表A-2 井深结构设计有关系数名称g/cm3 MPa数值0.050.031520来源理论计算区域资料统计表 A-3 各层段地层可钻级值地 层A B C D

9、E F3 F2J F2K F1 QJ可钻性值0.6 1 1.39 2.16 3 3.5 7.3 5.2 4.9 3.水力参数设计（1）泥浆泵型号与性能表A-4 水力参数设计数据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（L S）额定泵压（Mpa）12019.933.113023.428.214027.124.331.121.216035.418.617040.016.5（2）钻井液性能其它参数 地面泵压不超过20Mpa Kg=1.07*10Mpa SL 环空返速不低于0.7m/s，不高于1.2m/s 钻井液塑性粘度0.0047pa.S1 地质设计摘要

10、1.1 地质概况该探井位于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，该井海拔较低，钻该井目的是通过打开Q层来了解该层的油气情况J矿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：A51.2.2井别：生产井1.2；（1）井位座标：纵（X）4275165；横（Y）20416485；（2）地面海拔：50m；（3）地理位置：XX省XX市东500m（4）构造；（5）过井测线：504和45地震测线交点；1.2.4设计井深：H=3000+4100+6；1.2.6完钻层位：A、B、C、D、E、F3、F；1.2. 1.2 地质基本数据1.2

11、.1井 号：A5 1.2.2井 别：生产井 1.2.3井 位：纵（X）4275165横（Y）2041648550mXX省XX市东500m （4）构造位置： H=3000+4100+673=3601m （学号：929167） 1.2.5目的层： Q层，底层深度3601m，分层厚度150mJ A、B、C、D、E、F3、F2J、F2K、F1、QJ 1.2.7完钻原则：先期裸眼完井1.2.8钻探目的：了解XX构造QJ含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气源2 井身结构设计2.1 井下复杂情况提示2.1.1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

12、程复杂。注意观察地震对钻井的影响：井漏：井漏深度及层位； 井斜：易斜井段及对应层位； 井喷：易井喷井段及对应层位。2.1.2进入目的层，应根据实钻情况及时调整泥浆密度，注意防喷、防漏和防卡，一方面要搞好油气层的发现，保护工作，另一方面要切实搞好井控工作，确保安全施工。2.1.3 根据油田分公司钻开油气层申报制度要求，由地质监督以书面形式向钻井监督和井队提出油气层预告；原则：1）钻揭目的层前7天。2）目的层提前或非目的层发现油气显示要立即通知。3）邻井没有发现H2S气体，但本井应密切监控。行业标准中H2S的安全临界浓度为20mg/m3（约14PPm），若发现H2S，无论浓度高低，都要向勘探事业部

13、的钻井技术部及HSE管理办公室、生产技术处和质量安全环保处报告，同时作业队伍要向所属的上级部门报告。2.2 地层可钻性分级及地层压力预测 2.2.1 地层可钻性分级2.2.2 压力剖面预测2.3 井身结构设计系数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进行。井深结构设计系数如下表所示。钻井液的压力体系 最大钻井液密度?max?pmax?Sb （2-1）式中 ?max 某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度，g/cm3；pmax 该井段中所用地层孔隙压力梯度等效密度，g/cm3；Sb 抽吸压

14、力允许值的当量密度，取0.036 g/cm3。 发生井涌情况fnk=?pmax+Sb+Sf+Hpmax?SkHni（2-2）在井内最大压力梯度作用下，?fnk 第n层套管以下井段发生井涌时，上部地层不被压裂所应有的地层破裂压力梯度，g/cm3；Hni 第n层套管下入深度初选点，m；Sk 压井时井内压力增高值的等效密度, 取0.06 g/cm3；sf 地层压裂安全增值，取0.03 g/cm3。 校核各层套管下到初选点时是否会发生压差卡套Pr2?9.81?Hmm（?Sb?pmin）?10?3（2-3）prn 第n层套管钻进井段内实际的井内最大静止压差，MPa；pmin 该井段内最小地层孔隙压力梯度

15、等效密度，g/cm3；P 避免发生压差卡套的许用压差，取12 MPa；Hmm 该井段内最小地层孔隙压力梯度的最大深度，m 。套管层次的确定 1.确定油层套管下入深度H1因为井深H=3601m,所以油层套管下入深度H=3601m 。12.确定第技术套管下入深度H2 （1） 初选点H2i试取 H2i=310 m参考临井基本参数, ?f310=1.60g/cm3,?pmax=1.12 g/cm3 由公式3-23601?0.060f2k=1.12+0.036+0.03+310f2k=1.883 （g/cm3）因为?f2k ?f950且相近，则初选点下入深度H2i=310 m 。 （2） 校核H2i=3

16、10 m在此井段 , ?pmax=1.12 g/cm3,?由公式 3-3Pr2=9.81?163（1.12+0.036-0.85）?3 ?Pr2=0.17126（MPa）=0.85g/cm , Hmm=163 m 。 pminPr2P,所以不会产生压差卡套, 则确定此级套管的下入深度310m 。3.确定第表层套管下入深度H3 （1） 试取H3i=80 m参考临井基本参数，?pmax=0.85 g/cm3,?f80=1.50g/cm3。参考邻井资料的钻井液性能指标的数据：在0-163m的井段上钻井液的密度范围为1.1-1.2g/cm3,在这里我们试取钻井液密度为1.15g/cm3由公式 3-2和

17、3-1f3k=1.15+0.03+310?80f3k=1.4125（g/cm3）；f3k；f200且相近，则初选点下入深度H3i；（2）校核H3i=80m；在此井段,?pmax=0.85g/cm3,?pm；Pr3=9.81?80?（1.2-0.85）?Pr3P,所以不会产生压差卡套,；套管尺寸与井眼尺寸的选择与配合；1.查钻井手册（甲方），选择以下钻头与套管如；表2-1钻头与套管的选择；3套管柱强因为?f3kf200且相近，则初选点下入深度H3i=40m 。（2） 校核H3i=80m在此井段 ,?pmax =0.85 g/cm3,?pmin=0.85 g/cm3,Hmm=80 m 。 由公式

18、3-3Pr3=0.27468（MPa）Pr3 P,所以不会产生压差卡套, 则确定此级套管下入深度为80 m 。套管尺寸与井眼尺寸的选择与配合1 .查钻井手册（甲方），选择以下钻头与套管如下：表2-1 钻头与套管的选择3 套管柱强度设计3.1 油层套管柱设计3.1.1 按抗外挤强度设计由下向上选择第一段套管D=pc1?SD=1.156?2000?3?1.125 ?D=25.515MPa查钻井手册（甲方），选择第一段套管表3-1 第一段套管钢级选择3.1.2 确定第二段套管的下入深度和第一段套管的使用长度 1.查钻井手册（甲方），选择第二段套管表3-2 第二段套管钢级选择D2?21.5121686

19、.17m1.156?0.00981?1.125D2=1618.17（m） 实际取D2=1618（m）第一段套管使用长度 L1= D1-D2=2000-1618L1=382 （m）圆整进到390 m 2.双轴应力校核z?LqKB390?23.07?1.1567.85=12.998KN查钻井手册（甲方）?S=1103.2KN故z12.9980.01178 ?s1103.2gD2SD?1610?1.125=20.54KNt27.855?0.9645?26.866 ?S故pgD2SD?满足双轴应力校核3.抗拉强度校核Z?St?12.998?1.8?23.39987.5满足抗拉强度要求。3.1.3 确定

20、第二段使用长度和第三段可下入深度表3-3 第三段套管钢级选择D3?1414m实际取D3=1414（m）第二段使用长度 L2= D2- D3=1618-1414=204（m）， 取第二段套管的长度200m；2.双轴应力校核LqKB+12.998200?0.2043?0.85?12.99847.729KNS=987.5KNZ47.7290.0483 ?S987.5gD3SD?1414?16.04 ?21.512?0.9612?20.67 ?满足双轴应力校核 3.抗拉强度校核47.729?85.912?840.73.1.4 确定第三段使用长度和第四段可下入深度按计算D4?1021mL3=D4-D3=

21、393m 在这里我们取L3=400m 1.抗拉强度校核由公式LqKB+47.729400?47.729118.52KN2.抗拉强度校核118.52?213.39?578.3所以第四段套管的长度为:L4=L?L1?l2?L3?2000-390-200-400=1010 3 校核第四段套管第四段套管主要所受最大的拉应力 抗拉强度校核：LqKB+118.52=1010?0.85+118.52 =293.91578.3KN. 井口内压校核：si?pri29.44129.441?1.298?1.12 pi?gD1.156?2000满足井口内压校核，所以满足要求3.2 技术套管柱的设计技术套管段的最大钻井

22、液密度为1.15 g/cm3pc1=1.156?9.8?1.125 pc1=3.95MPa选取的抗挤强度为9.446MPa，故满足抗挤强度校核。 1.抗拉强度校核0.467?0.85123.05KNst?231.16?416.1?911.9 2.井口内压校核pri15.65115.651?4.45?满足井口内压校核，技术套管设计完毕。表3.3层套管柱的设计查钻井手册（甲方），选；表层套管段的最大钻井液密度为1.15g/cm3；pc1=1.15?1.125；pc1=1.015MPa；选取的抗挤强度为5.102MPa，故满足抗挤强度；LqKB；0.7001?0.85；47.61KN；47.61?85.69?57；2.井口内压校核； 表3.3 层套管柱的设计查钻井手册（甲方），选择第一段套管表层套管段