钻井工程设计(钻具组合部分已完成) 直井

《钻井工程》课程设计乌39井姓名专业班级油工61302学号201360043班级序号18指导教师张俊1 井身结构1.1井身结构示意图1.2井下复杂情况提示1.3井身结构设计数据表1.4井身结构设计说明1.5 钻机选型及钻井主要设备2.钻具组合设计2.1一开钻具组合设计本井一开钻井液密度为ρd=1.15g/cm3，最大钻压Wmax=100KN，钻井深度D1=500m，井斜角为0°，钢材密度取7.85g/cm³，安全系数取S N=1.2。

2.1.1选择尺寸配合一开井眼直径381mm，钻头尺寸选用直径381.0mm，根据钻头与钻柱尺寸配合关系，钻铤选用直径为228.6mm的钻铤，钻杆选用直径为127mm的钻杆。

2.1.2钻铤长度设计（1）计算浮力系数K b=1-（ρd/ρs）=1-（1.15/7.85）=0.854（2）计算第一段钻铤长度本井选用NC61-90线密度q c=2.847kN/m，单根长度为9.1m的钻铤，根据中心点原则该钻铤需用长度为：L c=S N Wmax/(q c K b）=（1.2×100）/（2.847×0.854×1）=49.356mn=49.356/9.1=5.4根据库存和防斜要求NC61-90钻铤实取6根，上接直径为203.2mm的钻铤9根，直径为177.8的钻铤12根，组成塔式钻具组合。

（3）钻铤参数计算钻铤总长度为：Lc= L c1+ L c2+ L c3=（6+9+12）×9.1=245.7m钻铤总浮重为：F mc=K b cosα（L c1q c1+ L c21q c2+ L c31q c3）=0.854×1×（6×2.847+9×2.19+12×1.606）×9.1=435.7kN2.1.3钻杆强度设计本井钻杆选用外径127mm，壁厚为9.195mm，D级新钻杆，其线密度=0.284kN/m，最小抗拉挤力F y=1290.86kN，最小抗挤力为p c=50.96Mpa。

（1）计算最大安全静拉力本井抗拉安全系数取S t=1.3F a=0.9F y/SS t=0.9×1290.86/1.3=893.67kN（2）计算最大许用井深L p=F a/（q p K b）-F mc/（q p K b）=(893.67-435.7)/（0.284×0.854）=1888.26m则：L p+L c=1888.26+245.7=2133.96≥D1该钻杆满足本井强度要求。

（3）抗外挤强度校核计算最大外挤力P cmax=0.00981ρd (D1-L c)=0.00981×1.15×（500-245.7）=2.869MPa抗外挤系数S c=1.1，则所需抗挤强度为：P= P cmax S c=2.869×1.1=3.156 Mpa<p c则该钻杆满足抗挤要求。

2.1.4一开钻具组合综上所述，本井一开钻具组合采用如下：Φ381.0mm钻头，Φ228.6mm钻铤3根，Φ203.2mm钻铤6根，Φ177.8mmmm钻铤12根,Φ127mm钻杆。

2.2二开钻具组合设计本井二开钻具组合，井液密度为ρd=1.15 g/cm3，最大钻压Wmax=160kN，钻井深度D2=2450m，井斜角为0°，钢材密度取7.85g/cm³，安全系数取S N=1.3。

2.2.1选择尺寸配合二开井眼直径215.9mm，钻头尺寸选用215.9mm钻头，根据钻头与钻柱尺寸配合关系，钻铤选用158.8mm钻铤，钻杆选用127mm钻杆。

2.2.2钻铤长度设计（1）计算浮力系数=1-（ρd/ρs）=1-（1.15/7.85）=0.854（2）计算第一段钻铤长度本井选用NC-62（4IF），其线密度=1.212 kN/m，单根长度为9.1m，根据中心点原则该钻铤需用长度为：L c = S N Wmax/(q c K b）=（1.2×160）/（1.212×0.854x1）=185.5mmn=185.5/9.1=20.38根据库存和防斜要求NC-62（4IF）钻铤实取21根上接直径为158.8mm的随钻震击器，直径为158.8mm的钻铤3根。

（3）钻铤参数计算钻铤总长度为：Lc= L c1+ L c2+=（21+3）×9.1=218.4m钻铤总浮重为：F mc=K b cosα（L c1q c1+ L c21q c2）=0.854×1×218.4×1.212=226.05kN2.2.3钻杆强度设计本井钻杆选用外径127mm，壁厚为9.195mm，D级新钻杆，其线密度=0.284kN/m，最小抗拉挤力F y=1290.86kN，最小抗挤力为p c=50.96Mpa。

（2）计算最大安全静拉力本井抗拉安全系数取St=1.3F a=0.9F y/SS t=0.9×1290.86/1.3=893.67kN（2）计算最大许用井深L p=F a/（q p K b）-F mc/（q p K b）=(893.67-218.4)/（0.284×0.854）=2784.21m则：L p+L c=2784.21+218.4=3002.6m≥D2该钻杆满足本井强度要求。

（3）抗外挤强度校核计算最大外挤力P cmax=0.00981ρd (D1-L c)=0.00981×1.15×（2450-218.4）=25.18MPa抗外挤系数S c=1.1，则所需抗挤强度为：P= P cmax S c=25.18×1.1=27.69Mpa<p c则该钻杆满足抗挤要求。

（4）钟摆钻具组合设计在二开井段出现易斜地层，需进行防斜钻具组合设计，本井采用钟摆钻具组合进行防斜，根据井眼直径选用215mm稳定器，并计算其到钻头距离，如下：○1计算钻铤截面轴惯性矩J=π/64（d c4 - d ci4）{dc-外径 d-内径}=π/64（0.15884-0.07144）=2.99×10-5○2计算水力半径r=1/2（d h -d c）{-井径 dc-内径}=1/2（0.2159-0.0.1588）=0.02855m○3计算A,B,CA=π2q m sinα=π2×1.212×0.854×sin5°=0.8903B=82.04Wr=82.04×160×0.02855=374.76C=184.6π2EJr{E=205.94}=184.6×π2×205.94×2.99×10-5×0.02855=0.3203○4计算稳定器钻头距离Lz=√((√(B2+4AC)-B)/2A)=((( 374.762+4×0.8903×0.3203) 0.5-374.76)/2/0.8903) 0.5=0.029m第二稳定器位置计算○1计算钻铤截面轴惯性矩J=π/64（d c4 - d ci4）{dc-外径 d-内径}=π/64（0.15884-0.07144）=2.99×10-5○2计算水力半径C=1/2（d h -d c）{-井径 dc-内径}=1/2（0.2159-0.0.1588）=0.02855m○3第二稳定器距离钻头最优长度Lp=(16C×E/q m/sinα)0.25=（16×0.02855×205.94/1.212/0.854/sin5°）0.25=5.68m2.2.4二开钻具组合综上所述，在二开井深常规钻具组合如下：Φ215.9mm钻头，Φ158.8mm钻铤21根，Φ158.8随钻震击器，Φ158.8mm钻铤3根，Φ127mm钻杆易斜井段采用双钟摆钻具组合Φ215.9mm钻头，Φ158.8mm钻铤2根，Φ215mm稳定器，Φ158.8mm钻铤1根Φ215mm稳定器，Φ158.8mm钻铤18根，Φ158.8随钻震击器，Φ158.8mm 钻铤3根，Φ127mm钻杆。

3钻井液设计3.1钻井液完井液设计备注：低荧光润滑剂荧光级别小于5级3.2钻井液材料用量设计4水力参数设计备注：本井设计取心10m ，设计胎体三角聚晶金刚石取心钻头1只。

4.2钻井参数设计4.2.1一开钻井参数设计本井一开使用钻井液密度ρd= g/cm³，粘度μpv= mPa.s.井深D= m ，井眼直径Dh= cm ，钻铤直径dc= cm ， 钻铤内径du= cm ，钻杆直径dp= cm ，钻杆内径dpi= cm ，钻铤长度Lc= m 。

钻杆接头采用的平式，B=0.51655 （1）确定最小排量 ①计算最低环空返速dd 18.24a ⨯=ρV =本井要求环控返速为 ，所以Va 取 m/s 。

②计算携岩最小排量 Qa=（2）计算偏环系统压耗系数①)9.1(^)8.1(^.)3(^1007.1g --⨯=L s Pa K μ ②计算Kc5套管强度设计 6固井设计注：现场施工前必须根据实际情况做复核试验。

7钻井施工要求7.1开钻前要求（1）严格按要求安装设备，达到平、稳、正、全、牢。

天车、转盘、井口中心在同一铅垂线上，偏差小于10mm。

经动负荷试运转2h正常并对高压管汇进行1.5h的25MPa流动试压，且经验收合格后方可开钻。

（2）开钻前要求进行地质、工程、钻井液、固井技术交底，贯彻重点技术措施和施工要求，按设计要求做好开钻准备工作，切实做到准备充分、思想明确、措施落实。

（3）振动筛罐区安装位置不得影响节流管汇的安装，井口距泥浆罐中心线7-18cm。

各次开钻前要进行设备、井控、钻井液净化设备等工作的整改。

（4）圆井防塌挡管不得高于地面。

（5）导管埋深6~8m，导管外用鹅卵石填埋，用水泥浆灌缝，要求导管必须找中。

7.2一开钻进要求（1）为保证井身质量，刚开钻时钻压10~20KN,以后逐渐增加钻压，其原则为不超过钻铤浮重的80%。

每钻完一根单根洗井2~3min，上下划眼2次修好井壁再接单根，提钻时抓好灌泥浆工作，确保井内压力平衡。

（2）导管鞋附近钻进是采用低钻速、低钻压、小排量，以防导管鞋处发生垮塌、漏失。

一开期间严禁在导管鞋处划眼或洗井。

（3）做到早开泵、晚停泵，接单根要迅速，防止堵水眼憋泵。

钻进中必须开动振动筛、除砂器，控制固相含量，防止坍塌和沉砂。

7.3二开钻进要求（1）钻套管附件时，钻压20~40KN，转速60r/min，以防止部套管脱落；用好振动筛，防止钻套管附件产生的碎屑堵塞钻头水眼。