钻井设计

钻井工程设计指导

前言

一、钻井设备

二、井身结构设计

三、钻具组合设计

四、钻井液设计

五、钻井参数

六、油气井压力控制

七、固井设计

前言

钻井是石油、天然气勘探与开发的主要手段。钻井工程质量的优劣和钻井速度的快慢，直接关系到钻井成本的高低，油田勘探开发的综合经济效益及石油工业发展速度。

钻井程设计是钻井施工作业必须遵循的原则，是组织钻井生产和技术协作的基础，搞好单井预算和决算的唯一依据。钻井设计的科学性，先进性关系到一口井作业的成败和效益。科学钻井水平的提高，在一定程度上依靠钻井设计水平的提高。

搞好钻井工程设计也是提高技术管理和加强企业管理水平的一项重要措施，是钻井生产实现科学化管理的前提。

钻井工程设计应包括以下方面的内容：

1.地面井位的选择及钻井设备的确定；

2.井身结构的确定；

3.钻柱设计与下部钻具的组合；

4.钻井参数设计；

5.钻井液设计；

6.油气井压力控制；

7.固井设计；

一钻井设备

(一) 钻进设备的选择

钻井设备可以按设计及分类细分为若干部件系统。这些系统可分为：

1.动力系统；

2.起升系统；

3.井架及井架底座；

4.转盘；

5.循环系统；

6.压力控制系统。

这些系统是选择钻井设备的基础。钻井设备的选择主要依据钻机类型，地表条件及钻井设计所确定的最大载荷而定。

(二) 钻井设备选择实例

表1-1是大庆地区45110钻井队芳深三井的钻进设备记录。

二井身结构设计

(一) 井身结构确定的原则

1.能有效的保护油气层，使不同压力梯度的油气层不受泥浆污染损害。

2.应避免漏、喷、塌卡等情况发生，为全井顺利钻进创造条件，使钻井周期最短。

3.钻下部高压地层时所用的较高密度泥浆产生的液柱压力，不致压裂上一层管鞋处薄弱的露地层。

4.下套管过程中，井内泥浆液柱压力之间的压差，不致产生压差卡套管事故。

(二) 井身结构设计步骤

1.根据地区特点和井的自身条件，确定在保证工程需要的条件下应下几层套管，做出井身结构设计图。

2.确定套管尺及相应钻头尺寸。

3.确定各层套管的下入深度。

(三) 套管下入深度的确定方法

1.确定各套管下入深度初选点H ni

2.校核各层套管下入深度初选点Hni是否压差粘卡套管

3.在中间套管下入深度浅于初选点的情况下，确定尾管的下入深度

(四) 实例

某井井深H=4480m，地层压力梯度和地层破裂压力梯度随井深变化如图2-1

由图2-1查得：最大地层压力梯度位于4250m。

1.确定中间套管下入深度

(1) 初选点

试取,查得

由

因为：

且相近，则确定中间套管下入深度初选点。

(2) 校核

在3400m处：

地层压力梯度

因为：所以令则：

对应于H2=3200m

2．确定尾管下入深度H3

(1) 选初选点H3i=3900m

在3200处 G f2=2.150g/cm3

所以 H3i=3900m

(2) 校核H3i=3900m

所以 H3=H3i=3900m

3．确定表层套管下入深度H1

取 H1=850m 则

所以 H1=850m 满足要求。

则该井设计的套管程序为：

套管层次下入深度 (m)

850

表层套管

3200

尾管3900

油层套管4480

三钻具组合设计

(一) 钻铤设计

钻铤是钻柱设计的首要部分。钻铤长度和尺寸将影响需要使用的钻杆类型。选用钻铤时通常都要考虑：

1. 给钻头加压时下部钻柱是否会压弯。

2. 选用足够量的钻铤以防止钻杆受压。

以下是常用的钻铤设计方法：

允许最小钻铤外径=2倍套管接箍外径-钻头直径

(二) 钻杆设计

1. 钻杆柱的强度校核方法

(1) 轴向应力

1) 钻柱上部拉应力

A. 钻柱在泥浆中空悬时：

井口：

井口下某载面：

其中：F1=为横断面积；

B为钻柱浮力。

B. 钻进时：

C. 起钻时：

其中：Q f为钻柱与井壁的摩擦力；

Ｑd为动载。

其中：

d. 斜井中：

E. 井下动力钻井时：

直井中

2) 钻柱下部压应力：

(2) 剪应力：

其中：Ｍ为扭矩；

Ｗn抗扭截面系数。

其中：

牙轮钻头时：

刮方钻头时：

(3) 弯曲应力：

其中：

2. 钻杆柱入深度设计

(1) 方法：

，其中Ｐy为抗拉负荷

(2) 钻柱设计

其

(三) 设计实例

某井设计深度7925m;钻铤长度183m;浮力系数0.7861;钻铤每米重1601N/m,卡瓦长度406.4mm;钻杆尺寸114.3和127.0mm;拉力余量445KN;安全系数1.30;

114.3mm钻杆 1.37;

127.0mm钻杆 1.42.

1. 钻铤上第一段114.3mm,24

2.3N/m的E级钻杆

2. 第二段选用114.3mm,242.3N/m的G105钻杆

3. 第三段选用127.0mm,28

4.78N/m的G105级钻杆

4. 第四段选用127.0mm,37366N/m的G105钻杆

因为:

所以:L4=7925-L1-L2-L3-183=915m

所以该井从上到下的钻柱设计为:

127.0mm 376.66N/m G105钻杆915m

127.0mm 284.78N/m G105钻杆934m

114.3mm 242.3N/m G105钻杆2488m

177.8m钻铤183m

合计井深 7925m