钻井工程课程设计Word下载.docx
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1.6
600—900
1
1.65
900—1100
.98
1100—1500
1500—1700
1.02
1700—1900
1.05
1900—1950
1.12
3•钻具组合
钻头外
径(mm)
密度(g/cm3)
钻具组合
0-163
1.1-1.2
①178X75+①159X26
163-1950
1.1-1.15
①214螺扶+①178X2+①214螺扶+①178X9
+①214螺扶+①178减震器+①178X18+
①214螺扶+①159X26+①214螺扶
+①159X135
680-690
①178取芯筒+①159X100
950-990
1075-1090
4•钻井液性能
地质年
代
井段(m)
钻井液类
型
密度
3(g/cm)
漏斗
粘度
G)
PH值
静切力
(Pa)
塑性粘度
(mPa.s)
屈服值
N值
K值
失水
(API)
伊二段-
第四系
搬土混浆
22-4
5
-
大下段-
伊二段
163-1115
两性复合
离子钻井
液
1.05-1.1
22-3
8.5-9
.5-2
8-13
4-7
.65-.75
.2-.4
1-4
古生界-
南上段
1115-195
35-4
2-3
13-18
7-9
.55-.65
.4-.6
5•水力参数
钻头尺寸
(mm)
泵压
(MPa)
钻头压降
环空压降
冲击力
(kN)
喷射速度
(m/s)
钻头水功率(%:
比水功
率(%)
上返速度
功率利
用率(%)
7.97
7.05
.92
6.01
104
325
.34
88.5
163-538
15.26
13.3
1.96
7.41
149
574
15
1.91
87.17
538-680
13.08
11.77
1.31
4.65
140
9
1.28
89.97
690-950
13.39
1.62
87.9
990-1075
11.89
10.26
1.63
4.05
131
275
7
1.19
86.28
1090-1355
12.7
10.72
1.97
4.23
288
84.45
1355-1500
12.86
2.13
83.4
1500-1950
13.35
2.63
80.3
6•钻井参数
钻头
尺寸
钻头类
生产厂
喷嘴组合
钻压
转速
(rpm)
排量
(l/s)
泥浆密度
(g/cm)
X3A
江汉
14+14+14
30-40
65-70
45-48
J2
14.24+9.53+9.53
160-180
70-110
40-45
J11
9.53+9.53+9.53
28-30
ATJ11
24-28
1090-135
J22
1355-150
ATJ22
1500-195
J33
RC475
川•克
50-80
35-40
SC226
牡丹江
1075-109
RQ306
7•套管柱设计参数
套管类
套管层
位
外径
钢级
段重⑴
长度
(m)
壁厚
累重(t)
抗拉系
数
抗挤系
常规
0-160
J-55
9.65
12.98
17.96
4.14
0-190
7.72
190
4.81
48.1
2.33
12.29
190-438
6.2
248
5.17
43.29
1.8
3.29
438-194
1507
38.13
2.94
1.54
8•注水泥设计参数
固井前密度要求
上返深
度(m)
水泥塞
面深度
水泥浆密度
漏失量
(m)
水泥品
种标号
注水泥
量(袋)
外加剂
品种
量(kg)
1.2
1.85-1.9
A级
639
1.15
372
G级
1461
第二章井身结构设计
2.1钻井液的压力体系
2.1.1最大钻井液密度
maxpmaxSb
(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
抽吸压力允许值的当量密度,取0.036g/cm3
发生井涌情况
fnk
pmax+Sb
+Sf
HS
pmaxk
(2-2)
第n层套管以下井段发生井涌时,
在井内最大压力梯度作用下,
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0.06g/cm3;
Sf
地层压裂安全增值,取0.03g/cm3。
2.1.2校核各层套管下到初选点时是否会发生压差卡套
Pr2
9.81Hmm(
pmax
i)1023
pmin
(2-3)
pm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等效密度,g/cm;
P――避免发生压差卡套的许用压差,取12MPa;
Hmm――该井段内最小地层孔隙压力梯度的最大深度,m
2.2井身结构的设计
井身结构设计
1.确定中间套管下入深度初选点H1
从图A-1查得钻遇最大地层压力当量密度层破裂压力当量密度由(7-2)式确定,即
Pmax=1.50g/cm
3,位于
3200m处,则设计地
fd
H
max*一Sk
fD
1.50
3200
0.050.030.05
H1
试取H1=2150m,在图A-1
上查得
f2150
1.70g/cm,再将H1=2150m代入上式得
0.050.0332000.05
2150
=1.654g/cm
因为fDV
f2150,且相近,所以确定中间套管下入深度初选点为
H1=2150m。
水泥返至井深1200m。
3.油层套管下入Qj层3-5m,即H2=3505m。
校核油层套管下至井深3505m是否卡套管。
从图A-1知井深3505m处地层压力梯度为1.50g/cm,以及该井段内的最小地层压力梯
度为1.10g/cm,该井段内最小地层压力地层的最大深度为2700m,则由(7-3)式得
pa=0.00981(1.55-1.10)X2700=11.92MPa
即pa=11.92V20Mpa
所以油层套管下至井深
水泥返至井深2500m.
3505m无卡套管危险。
4•表层套管下入深度
中间套管下入井深2150m处地层压力梯度当量密度1.10g/cm,给定溢流数值Sk=0.05
g/cm,则表层套管下深由(7-6)式计算,即
fE1.10°
.°
5°
0.05
..3
试取Ho=400,由图查得彳収1.382g/cm,
而由上式算得
fo
1.449g/cm,因
f400V
,不符合要求,再试取
Ho=500m,由图
查得f500「40g/cm,
1.395g/cm。
f500
訂.40-1.395=0.005V
(0.024~0.048)g/cm
满足要求,即表层套管下深500m。
表层套管水泥返至地面。
本井采用13389587in井身结构。
由图7-3a(或7-3b)查得各层次套管所用钻
头尺寸。
表层套管用444.5mm(17、in)钻头,钻至井深505m,339.7mm(133&
in)套管下
至井深500m,水泥返至地面。
中间套管用311mm(1214in)钻头钻至井深2155m,244.5mm(95&
in)套管下至井深2152m,水泥返至井深1200m.。
油层套管用215.9mm(8、in)钻头钻至井深3505m,177.8mm套管下至井深3502m,水泥返至井深2500m。
149.2mm(57in)钻头钻达目的层。
221套管层次的确定
1•确定油层套管下入深度Hi
因为井深H=2000m,所以油层套管下入深度Hi=2000m2.确定第技术套管下入深度H2
⑴初选点出匚
试取H2i=310m
参考临井基本参数,f3i0=1.60g/cm3,pmax=1.12g/cm
由公式2-2
f2k=1.12+0.036+0.03+
20000.060
310
f2k=1.573(g/cm3)
因为f2k<
f950且相近,则初选点下入深度H2i=310m
(2)校核H2i=310m
在此井段,pmax=1.12g/cm,pmin=0.85g/cm
Hmm=163m。
由公式2-3
Pr2=9.81163X(1.12+0.036-0.85)103
Pr2=0.17126(MPa)
因为Pr2<
P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)试取出匚=80m
参考临井基本参数,pmax=0.85g/cm3,f8O=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/cm
由公式2-2和2-1
f3k=1.15+0.03+
310160
80
f3k=1.4125(g/cm3)
因为f3k<
f200且相近,则初选点下入深度H3i=40m
⑵校核H3i=80m
在此井段,pmax=0.85g/cm3,pmin=0.85g/cm3,Hmm=80m。
Pr3=9.8180(1.2-0.85)103
Pr3=0.27468(MPa)
因为Pr3<
P所以不会产生压差卡套,则确定此级套管下入深度为
80m。
2.2.2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
钻头尺寸(mm)
套管外径(mm)
444.5
339.7
技术
215.9
244.5
139.7
第三章钻具设计
3.1钻铤的设计
允许最小钻铤
根据五兹和鲁宾斯基理论得出,允许最小钻铤的最小外径为:
外径=2倍套管接箍外径-钻头直径。
钻铤长度取决于选定的钻铤尺寸与所需钻铤重量
3.1.1所需钻铤重量的计算公式
m=
WmSf
(3-1)
m所需钻铤的重量,kN;
Wm——所需钻压;
Sf――安全系数,此取Sf=1.2;
Kb――浮力系数;
Lc――所需钻铤的长度,m;
Ldp――所需钻杆的长度,m;
qc每次开钻所需钻铤单位长度重量;
N——每次开钻所需钻铤的根数;
每根钻铤的长度9.1m。
(3-2)
3.1.2计算钻柱所受拉力的公式
1•钻柱所受拉力P=[(Ldpqdp+Lcqdp)]Kb
钻柱所受拉力,kN;
P外挤
=dgL
(3-3)
P外挤钻杆所受外挤压力,MPa
3.2钻铤长度的计算
3.2.1一次开钻钻具组合
1•钻铤长度的确定
选钻铤外径203.2mm,内径71.4mm,qc=2190N/m。
此时Kb=0.858,
W=40KN
Sn
qc
Wkb=
1.240
2.190.858
=25.54m
从而实际用3根,实际长度39.仁27.3(m)2.钻杆长度计算及安全校核
钻杆外径139.7mm,内径121.4mm,q=319.71N/m,钢级E级Fy=1945.06KN,
St=1.3
(1)安全系数校核:
Fa1=0.9Fy/S=0.91945.06/1.3=1346.58KN
(2)卡瓦挤毁校核
Fa2=0.9Fy/(y/x)=0.91945.06/1.42=1232.78KN
(3)动载校核:
Fas=0.9Fy-MOP=0.91945.06-400=1350.5KN
较三种安全校核知卡瓦挤毁校核计算的最小
则钻杆Lp=(Fa?
-qcLc
Kb)/(qKb)=4307.08m>
80m
从而实际用钻杆:
80-27.3=52.7m
校核抗挤度:
P外挤=gh=1.110009.8(80-27.3)
0.568MPa<
d=58.21MPa
故安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。
3.2.2二次开钻钻具组合
此时心=0.852,
W=180KN
Lc=
=115.7m
SnW=1.2180
qckb2.190.852
从而实际用13根,实际长度139.仁118.3(m)2.钻杆长度计算及安全校核
钻杆外径139.7mm,内径118.6mm,q=360.59N/m,钢级E级Fy=1945.06KN,
St=1.3
Fa1=0.9Fy/St=0.91945.06/1.3=1346.58KN
Fa2=0.9Fy/(y/x)=0.91945.06/1.42=1232.78KN
Fa3=0.9Fy-MOP=0.91945.06-400=1350.55KN
则钻杆Lp=(Fa2-qcLcKb)/(qKb)=3294.2m>
310m
310-118.3=191.7m
P外挤=gh=1.1510009.8(310-118.3)
=2.1605MPa<
D=58.21MPa
3.2.3三次开钻钻具组合
选钻铤外径152.4mm。
qc=1212N/m。
此时Kb=0.839,W=180KN
SNW1.2180
Lc=N==212.41m
qckb1.2120.839
从而实际用24根,实际长度249.仁218.4(m)
2.钻杆长度计算及安全校核
钻杆外径127mm,内径112mm,q=237.73N/m,钢级E级Fy=1760.31KN,
Fa1=0.9Fy/St=0.91760.31/1.3=1218.676KN
Fa2=0.9Fy/(y/x)=0.91760.31/1.42=1115.68KN
Fas=0.9Fy-MOP=0.91760.31-400=1184.279KN
则钻杆Lp=(Fa2-qcLc
Kb)/(qKb)=4480.17m>
2000m
2000-218.4=1781.6m。
P外挤=gh=1.2510009.8(2000-218.4)
=21.825MPa<
D=68.96MPa
综上安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。
钻具选择表
钻铤外径(mm)
钻铤长度(m)
钻杆外径(mm)
一开
203.2
25.54
二开
118.3
152.4
218.4
127
第4章钻井液设计
4.1钻井液的选择
4.1.1井筒内钻井液体积
Vbi=—DbiLi(4-1)
4
Vbi――第i次开钻时井筒内钻井液的体积,m3;
Dbi――第i次开钻时钻头的直径,m;
Li――第i层套管的下入深度,m;
加——所加入的重晶石的密度,取4200kg/m3;
加入重晶石粉后钻井液的密度,kg/m3;
原——加入重晶石之前的钻井液的密度,kg/m3
4.1.2需要加入粘土的量
土V泥(泥水)
(4-2)
式中土——所加入粘土的密度,取2000kg/m3;
水的密度,取1000kg/m3;
原——加入粘土前钻井液的密度,
kg/m3o
V原一一所配钻井液的最大体积,
4.1.3需要加入清水的量
Q水=V原-纶
水
(4-3)
式中w土—所加入的粘土的量,t;
水——水的密度,取1000kg/m3
(4-4)
式中加——所加入的重晶石的密度,取4200kg/m3;
重加入重晶石粉后钻井液的密度,
kg/m3;
原——加入粘土前钻井液的密度,kg/m3
参考临井资料,一开和时钻井液的密度为1.15g/cm3,二开和三开时钻井
液密度同为1.156g/cm3,无须改变钻井液的密度
4.2钻井液体最大积的计算
421—次开钻井筒内钻井液体积
由公式4-1
Vb产—(0.4445)2804
Vbi=12.41(m)
4.2.2二次开钻井筒内钻井液体积
Vb2=—(0.2159)23104
Vb2=11.34(m
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