钻井工程石油工程课程设计答案

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月目录一、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、地层漏失试验十三、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、成本预算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“√”部分必须设计，其他部分可选做或不做）一、地质设计摘要（√）；根据《xx井钻井地质设计》，本井设计井深米，预测压力系数为0.95~0.98，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：0.04g/cm3激动压力系数：0.04 g/cm3地层破裂安全增值：0.03 g/cm3井涌条件允许值：0.05 g/cm3正常压力压差卡钻临界值：12~15MPa异常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JQ井位坐标地面海拔m 50纵（ ）m 4275165横（y）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构造JQ含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气源完钻原则进入JQ150m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F2J2900 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Q J3650(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根据实钻油气显示情况最终确定。

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（√）；1、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139.70 长圆扣3691 1.81 1.5 2.5 1.6 2、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 25007.72 J55 长圆扣25.376.6 28.9 1.9 2504 678 2.5 73.4 2.542 -3691 1191 N80 96.5 39.7 1.8 3538 / 9.8 97.1 1.51 备注：油层套管水泥浆返深可根据实钻油气显示情况最终确定。

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139.7 215.9 1200-2127 弹性扶正器20-30 备注：1）套管扶正器安放位置要根据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 1.85 ≥3.5 --- --- A 25 油层套管1200～21271.80 100-130 ≤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 1.85 ≥3.5 --- --- A 25 油层套管1200～21271.80 100-130 ≤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1、确定流变模式 B=(φ200-φ100)/(φ300-φ100)=0.46≠0.5±0.03水泥浆选用幂律流变模式 2、判别流态n=2.096 lg(φ300/φ100)=0.67K=0.511φ300/511n =0.68Pa.sn计算临界紊流雷诺数： R e =3470-1370n=2549 3、环空紊流临界流速计算=2.19m/s 4、紊流临界排量计算Q C =πV C ( D 2-d 2)/4=26.7 l/s 5、压力损耗计算 P 损=5.0MPa6、顶替终了的最大泵压计算 P 压差 =7.0 MPa P 损 =5.0 MPa P 附加 =3.0 MPa P max =15.0 MPan nne c d D n n KR V ---+=221))(48()83.0(01.0ρ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 1 133.4 82.5 10.6 1008.90 / / 钻杆12 127.0 108.6 108 290.00钻铤 6 158.8 71.4 54 1214.30 65.57 108.75 钻铤 3 177.8 71.4 27 1599.36 43.18 43.18 钻头 1 311.2 0.4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 1 133.4 82.6 8.7 1008.90钻杆253 127.0 108.6 2277 290.00钻铤24 158.8 71.4 216.0 1214.30 262.30 262.30 钻头 1 215.9 0.3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 1 133.4 82.5 9.6 1008.90 / / 钻杆372 127.0 108.6 3348 290.00钻铤32 158.8 71.4 288 1214.30 349.71 421.68 钻铤 5 177.8 71.4 45 1599.36 71.97 71.97 钻头 1 311.2 0.4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158.8mm内径71.4mm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158.8 71.4 1214.30 216 61.65钻杆127 108.6 G-105 290.00 1908 525.33 1584.66 724 4.22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189.31 154.29 2.70 61.93 1.4 3.82（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 1 133.4 82.6 7.9 1008.90钻杆382 127.0 108.6 3438 290.00钻铤25 158.8 71.4 225 1214.30 273.22 299.50 扶正器 1 214.0 71.4 1.8 2454.88 4.42 26.28 钻铤 2 158.8. 71.4 18.0 1214.30 21.86 21.86 钻头 1 215.9 0.3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158.8mm内径71.4mm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158.8 71.4 1214.3 153 38.30钻杆127 108.6 G-105 290 1971 517.32 2484.66 724 4.29现场必备工具序名称规格数量单位号1 钻铤177.8mm 3 根2 钻铤158.8mm 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114.3mm 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ZJ30/17002 井架JJ170 最大载荷170t3 天车TC—170 最大载荷170t4 游动滑车YC—170 最大载荷170t5 大钩DG—170 最大载荷170t6 水龙头XSL—170 最大载荷170t7 转盘ZP—445 开口直径445mm8 绞车JC—30 快绳拉力20t9 泥浆泵×2 3NB-1300957kW10 柴油机×3 G12V190PZL—B 900kW11 电动压风机×2 LGF R 5.6/1.0 55kW12 发电机×2 HGVL320/16200kW13 振动筛×2 BL—50 处理量180m3/h14 液气分离器YQF-5000 处理量5000m3/d15 真空除气器ZCQ1/4 处理量180m3/h16 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/h20 除泥器ZQJ—125 处理量200m3/h21 离心机LW450-842N/414 处理量40m3/h22 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 311.2 H126×1 13 20 二开260~2502 2242 A、B、C、D、E、F3215.9 P265MF×1 128.3 12三开2502~36911449 F3、F2J、F2K、F1、Q J（未穿）215.9 HJ517G×2 112 2.5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 0～26012,12,11,11,1140～60 60～80 46.18 10.01 5.11 4.90 4.6 90.46 231.64 3.05 0.73 51.022 A~F3260～250212,12,12 60～80100～12035.17 14.57 7.21 7.36 4.31 103.81 249.26 6.81 0.98 49.513 F3~ Q J 2502～369112,12,12180～20040～80 30.36 16.03 8.87 6.16 3.85 105.87 225.53 6.18 0.97 56.09注：以上表中数据为理论计算数据，钻井过程中可根据现场实际情况进行调整。