第一届石油工程设计大赛钻完井优秀作品赏析

全国石油工程设计大赛参赛作品
评审编号：PS127 方案类型：钻完井
全国石油工程设计大赛组织委员会制
作品说明
本设计方案是在调研与学习相关的国家、行业以及企业标准、 《中国石油大学综合课程设计指导书》 、 《钻井工程理论与技术》教 材、 《钻井手册(甲方)》以及石油工程领域最新文献资料的基础上， 参照《油田总体开发方案编制指南》中的相关要求，针对 M 区块 钻井工程方案进行的综合性优化与设计。 本设计方案以我国某油田新探区为例，综合运用钻井工程理论 与技术、现代钻井理论与技术最新进展、相似地层钻探资料调研分 析以及系统工程领域中的最优化理论与方法，对研究区的井身结 构、套管柱强度、钻具组合、钻头及钻井参数、钻井液性能进行了 优化设计，更新了现有钻井工程设计方法。方案设计中的主要创新 点有：①提出了考虑地层蠕变和射孔影响的套管强度设计方法；② 在地层可钻性分析的基础上，以综合经济技术指标最大为目标函 数，进行了钻头选型优化，并采用等效法进行岩屑上返速度计算。 该设计方案立足于现场工程实际，融合了钻井工程理论与技术 领域的最新研究成果，继承与发展了传统钻井工程设计方法，体现 了钻井工程系统化、总体化的设计思想。 本参赛作品由团队成员独立完成，不存在剽窃、抄袭等侵权现 象。若违反自愿放弃参赛资格并承担相关责任。
负责人签字： 团队成员签字： 指导老师签字： 时间：
目 录
第 1 章 设计依据 ................................................................................ 1 1.1 地理及环境 .................................................................................. 1 1.2 地质要求 ...................................................................................... 2 1.3 有关技术标准及规定 .................................................................. 4 第 2 章 井身结构设计 ........................................................................ 6 2.1 井身结构优化设计 ................................................பைடு நூலகம்..................... 6 2.1.1 井身结构设计方法优选 ....................................................... 6 2.1.2 井身结构设计的基本思路 ................................................... 7 2.1.3 井身结构设计的步骤 ........................................................... 8 2.1.4 井身结构设计结果 ............................................................. 13 2.1.5 井身结构设计说明 ............................................................. 15 2.2 套管强度计算 ............................................................................ 16 2.2.1 套管体三轴应力强度计算 ................................................. 16 2.2.2 非均匀外挤压力下套管抗挤强度计算 ............................. 17 2.2.3 射孔对套管强度的影响 ..................................................... 17 2.3 有效外载计算 ............................................................................ 17 2.3.1 有效内压力 ......................................................................... 17 2.3.2 有效外挤力 ......................................................................... 19 2.3.3 轴向力 ................................................................................. 22 2.4 套管柱强度设计方法 ................................................................ 22 2.4.1 安全系数 ............................................................................. 22 2.4.2 设计原始数据 ..................................................................... 22 2.4.3 套管性能参数 ..................................................................... 23 2.4.4 设计方法及步骤 ................................................................. 23 2.5 M-X 井套管柱强度设计 ............................................................ 24 2.5.1 导管 ..................................................................................... 24 2.5.2 表层套管 ............................................................................. 28 2.5.3 技术套管 ............................................................................. 32 2.5.4 生产尾管 ............................................................................. 37 第 3 章 钻具组合设计 ...................................................................... 42 3.1 各开次钻柱设计 ........................................................................ 42 3.1.1 一开钻柱设计 ..................................................................... 42 3.1.2 二开钻柱设计 ..................................................................... 42
1
3.1.3 三开钻柱设计 ..................................................................... 44 3.2 各开次钻柱强度校核 ................................................................ 46 3.2.1 一开钻柱强度校核 ............................................................. 46 3.2.2 二开钻柱强度校核 ............................................................. 47 3.2.3 三开钻柱强度校核 ............................................................. 48 3.3 详细计算过程示例 .................................................................... 49 3.3.1 设计参数 ............................................................................. 49 3.3.2 设计依据 ............................................................................. 49 3.3.3 钻铤选择 ............................................................................. 49 3.3.4 钻杆设计 ............................................................................. 50 3.3.5 校核抗外剂强度 ................................................................. 51 3.3.6 扶正器位置的确定 ............................................................. 52 3.3.7 钻具减振器与震击器的位置 ............................................. 54 第 4 章 钻头及钻井参数设计 .......................................................... 55 4.1 M 区块各段地层钻头类型序列的建立 .................................... 55 4.1.1 M 区块地层抗钻特性分析.................................................. 55 4.1.2 优选全井各地层钻头类型方法简述 ................................. 57 4.1.3 M 区块全井各段地层钻头序列的建立.............................. 60 4.1.4 M-X 井钻头选型 ................................................................. 60 4.2 水力参数设计 ............................................................................ 63 4.2.1 水力参数设计方法 ............................................................. 63 4.2.2 M-X 井水力参数设计结果 ................................................. 67 4.2.3 M-X 井机械钻速预测 ......................................................... 70 4.3 优选钻压、转速的一般化模型的建立 .................................... 73 4.3.1 优选原则 ............................................................................. 73 4.3.2 约束条件 ............................................................................. 73 4.3.3 优选钻压、转速的最优化问题 ......................................... 74 第 5 章 钻井液设计 .......................................................................... 75 5.1 设计依据 .................................................................................... 75 5.2 钻井液设计重点提示 ................................................................ 75 5.3 钻井液体系选择 ........................................................................ 75 5.4 钻井液性能参数 ........................................................................ 76 5.5 钻井液用料概算 ........................................................................ 77 5.6 固控设备要求 ............................................................................ 78 5.7 保护油、气层要求 .................................................................... 78