钻井工程设计(钻具组合部分已完成) 直井

1、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井下复杂情况提示地质分层井深m复杂情况提示备注K1tg7351. 全井防塌、防卡、防掉牙轮。2. 全井防斜。3. 目的层防火、防喷。4. 全井防漏、防硫化氢。5. 乌尔禾组上部地层防泥岩缩径。6. 乌尔禾组防井漏。J1b1090T1b1610P2w2420P2x24501.3井身结构设计数据表开钻次序井深m钻头尺寸mm套管尺寸mm套管下入地层层位套管下入深度m环空水泥浆返至井深m一开500381.0273.1K1tg500地面二开24502

2、15.9139.7P2x245015001.4井身结构设计说明开钻次序套管尺寸mm设计说明一开273.1一开采用381.0mm钻头钻至井深500m，下入273.1mm表层套管，水泥浆返至地面。封隔地表和上部松散易塌地层，并未井口控制和后续安全钻井创造条件。二开139.7二开使用215.9mm钻头钻至设计井深2450m，下入139.7mm油层套管，固井水泥浆返至井深1500m。1.5 钻机选型及钻井主要设备序号名称型号载荷（KN）功率（KW）备注一钻机ZJ402250二井架JJ225/42-A22500三提升系统绞车JC32B735天车TC2-2252500游动滑车YC2502500大钩DG25

3、02500水龙头SL2252250四顶部驱动装置五转盘ZP520B1六循环系统配置钻井泵1#F-1300960钻井泵2#F-1300960钻井泵3#钻井液罐1300030002500总容量：196m搅拌器NJ-7.512个七钻机动力系统柴油机1#GV12V190B-3930柴油机2#GV12V190B-3930柴油机3#GV12V190B-3930八发电机组发电机1#PZ8V-190D-2300发电机2#PZ8V-190D-2300MCC房九钻机控制系统自动压风机2V6.5/12电动压风机2V6.5/12气源净化装置刹车系统辅助刹车十固控系统振动筛1#RCZ20002.21套振动筛2#2.2除

4、砂器RCZ20001套除泥器离心机LW400824十一加重装置加重漏斗1套电动加重泵气动下灰装置1套十二井控系统双闸板防喷器二开：2FZ35-35控制装置FKQ3204节流管汇JG-35压井管汇YG-35液气分离器YFQ-8001套除气器CQ2-41套十三仪器仪表钻井参数仪表八参数仪1套测斜仪单点测斜仪1套测斜绞车硫化氢检测仪硬携式1套固定式十四液压大钳1套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d=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/cm，安全系数取SN=1.2。2.1.1选择尺寸配合一开井眼直径381

5、mm，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Kb=1-（d/s）=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qc=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：Lc=SNWmax/(qcKb）=（1.2100）/（2.8470.8541）=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

6、12根，组成塔式钻具组合。（3）钻铤参数计算钻铤总长度为：Lc= Lc1+ Lc2+ Lc3=（6+9+12）9.1=245.7m钻铤总浮重为：Fmc=Kb cos（Lc1qc1+ Lc21qc2+ Lc31qc3）=0.8541（62.847+92.19+121.606）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Fy=1290.86kN，最小抗挤力为pc=50.96Mpa。（1） 计算最大安全静拉力本井抗拉安全系数取St=1.3Fa=0.9Fy/SSt=0.91290.86/1.3=89

7、3.67kN（2） 计算最大许用井深Lp=Fa/（qpKb）-Fmc/（qpKb）=(893.67-435.7)/（0.2840.854）=1888.26m则：Lp+Lc=1888.26+245.7=2133.96D1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Pcmax=0.00981d (D1-Lc)=0.009811.15（500-245.7）=2.869MPa抗外挤系数Sc=1.1，则所需抗挤强度为：P= Pcmax Sc=2.8691.1=3.156 Mpapc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：381.0mm钻头，228.

8、6mm钻铤3根，203.2mm钻铤6根，177.8mmmm钻铤12根,127mm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d=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/cm，安全系数取SN=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-（d/s）=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

9、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：Lc = SNWmax/(qcKb）=（1.2160）/（1.2120.854x1）=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= Lc1+ Lc2+=（21+3）9.1=218.4m钻铤总浮重为：Fmc=Kb cos（Lc1qc1+ Lc21qc2）=0.8541218.41.212=226.05kN2.2.3钻杆强度设计本井钻杆选用外径127mm，壁厚

10、为9.195mm，D级新钻杆，其线密度=0.284kN/m，最小抗拉挤力Fy=1290.86kN，最小抗挤力为pc=50.96Mpa。（2） 计算最大安全静拉力本井抗拉安全系数取St=1.3Fa=0.9Fy/SSt=0.91290.86/1.3=893.67kN（2） 计算最大许用井深Lp=Fa/（qpKb）-Fmc/（qpKb）=(893.67-218.4)/（0.2840.854）=2784.21m则：Lp+Lc=2784.21+218.4=3002.6mD2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Pcmax=0.00981d (D1-Lc)=0.009811.15（2

11、450-218.4）=25.18MPa抗外挤系数Sc=1.1，则所需抗挤强度为：P= Pcmax Sc=25.181.1=27.69Mpapc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：计算钻铤截面轴惯性矩J=/64（dc4 - dci4）dc-外径 d-内径 =/64（0.15884-0.07144） =2.9910-5计算水力半径r=1/2（dh -dc）-井径 dc-内径 =1/2（0.2159-0.0.1588） =0.02855m 计算A,B,C

12、A=2qmsin =21.2120.854sin5 =0.8903 B=82.04Wr=82.041600.02855=374.76 C=184.62EJrE=205.94 =184.62205.942.9910-50.02855 =0.3203 计算稳定器钻头距离Lz=(B2+4AC)-B)/2A)=( 374.762+40.89030.3203) 0.5-374.76)/2/0.8903) 0.5=0.029m第二稳定器位置计算计算钻铤截面轴惯性矩J=/64（dc4 - dci4）dc-外径 d-内径 =/64（0.15884-0.07144） =2.9910-5计算水力半径C=1/2（d

13、h -dc）-井径 dc-内径 =1/2（0.2159-0.0.1588） =0.02855m第二稳定器距离钻头最优长度Lp=(16CE/qm/sin)0.25=（160.02855205.94/1.212/0.854/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：215.9mm钻头，158.8mm钻铤21根，158.8随钻震击器，158.8mm钻铤3根，127mm钻杆易斜井段采用双钟摆钻具组合215.9mm钻头，158.8mm钻铤2根，215mm稳定器，158.8mm钻铤1根215mm稳定器，158.8mm钻铤18根，158.8随钻震击器，158.

14、8mm钻铤3根，127mm钻杆。3钻井液设计3.1钻井液完井液设计开钻次序井段m常规性能流变参数总固含%膨润土含量%密度g/cm3漏斗粘度sAPI失水ml泥饼mmpH值含砂%HTHP失水ml摩阻系数静切力Pa塑性粘度mPa.s动切力Pan值K值初切终切一开05001.101.206090101891.5821115305152058类型配方处理方法与维护坂土-CMC钻井液体系5%8%坂土+0.4%Na2CO3+0.2%0.4%CMC-MV+重晶石1） 要求配制坂土浆，充分预水化24h以上，再加入CMC-MV搅拌均匀，粘度达到60s以上开钻。2） 表层疏松，钻进中要求适当的控制坂含和粘切，注意防

15、塌、防漏、防窜。3） 钻井液的维护以水化好的坂土浆和CMC-MV胶液位主，以细水长流的方式补充到井浆中。4） 保证固控设备运转良好，合理使用好固控设备。钾钙基聚磺钻井液体系3%4%坂土+0.2%Na2CO3+0.2%KOH+0.5%0.6%JT888(SP-8)+5%7%KCl+0.5%0.6%PMHA-2+0.4%0.6%NPAN+0.1%0.2%XY-27+2%阳离子乳化沥青+1%2%SPNH+1%2%低荧光润滑剂+1%2%SPNH+1%2%SMP-1(胶)+0.2%0.5%CaO+重晶石进入目的层前50m，加入2%QCX-1和1%WC-1,并确保阳离子乳化沥青含量达2%1） 将一开钻井液

16、用清水和胶液冲稀至3040g/l，再按配方要求转化，调整性能至设计要求后方可二开。2） 二开裸眼井段长，要求做好井壁稳定工作，加强钻井液的包被抑制和封堵作用，提高钻井液的防塌、防卡的能力。3） 保证PMHA-2的加量，配合使用KCl和CaO,以防止粘土矿物的水化膨胀，提高钻井液的抑制性和防塌能力；以JT888(SP-8)、NPAH和SPNH、SMP-1(胶)改善泥饼质量，降低滤失量；以低荧光润滑剂提高钻井液润滑性能。钻进中根据井下实际情况合理调整钻井液性能。将所需加入的处理剂按比例配成胶液以细水长流的方式补充，防止钻井液性能波动过大。4） 本井段钻井液密度设计为1.071.18g/cm3。钻进

17、过程中先使用下限，根据实际钻井过程中的压力平衡情况及井壁稳定情况进行密度调整，做到近平衡钻井，严防井漏、井喷事故发生。如果实钻中因地层复杂而需要钻井液密度超出设计时，为确保安全钻井和减少井下复杂事故发生，施工单位必须及时报请项目经理部按有关程序审批，批准后才能实施。但若遇紧急情况，钻井队可先处理再及时上报。5） 入井的处理剂使用前应通知地质录井人员，对气测有影响的处理剂，补充时应停钻循环，直到气测现实稳定后再恢复钻进。根据录井要求进行钻井液滤液分析化验。6） 保证四级固控设备运转良好，钻进中要求振动筛(筛布使用80目以上)开动率100%，除砂器、除泥器运转时率80%，离心机有效开动率应满足钻井

18、液相关的性能要求，以“净化”保“优化”。7） 进入目的层前50m，加入2￥阳离子乳化液沥青、2%QCX-1和1%WC-1.以增强泥饼的防透性，形成致密高强度的“屏蔽环”，防止钻井液对油气层造成严重伤害。8） 风3井固井过程中井漏，固井完后未能封住油气水层，造成井喷，喷出物含硫化氢气体。钻井施工中应加强硫化氢的监测和预报。9） 井场按设计品种和数量，储备足够的备用材料，施工井队应根据钻井实际情况制定合理详细的防漏、防喷预案。10） 固井下套管前，严格按照固井要求进行承压试验。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开钻次序一开二开三开钻头尺寸mm444.5215.9井段m050

19、02450井筒容积m5797钻井液用量m186326储备钻井液密度g/cm3体积m材料名称用量t(m)合计t(m)坂土14.010.024.0CMC-MV0.70.7NaCO30.70.71.4KOH0.70.7JT888(SP-8)2.02.0PMHA-22.02.0XY-270.30.3NPAN2.02.0SPNH4.84.8SMP-1(胶)6.56.5低荧光润滑剂4.84.8阳离子乳化沥青6.56.5KCl23.023.0CaO1.61.6QCX-16.56.5WC-13.33.3重晶石20.010.030.0备用材料名称用量t(m)合计t(m)重晶石30.0堵漏剂10.0碱式碳酸锌2.

20、04水力参数设计4.1钻头设计序号尺寸mm型号数量钻进井段m进尺m纯钻时间h预测机械钻速m/h1381.0MP2G1050050025202215.9HJ43721700120092133215.9HJT537GK324507501505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d= g/cm，粘度pv= 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）

21、确定最小排量计算最低环空返速=本井要求环控返速为 ，所以Va取 m/s。计算携岩最小排量Qa=（2） 计算偏环系统压耗系数计算Kc5套管强度设计6固井设计6.1各层次套管串结构数据表套管程序井深m套管下深m套管串结构（套管刚级、壁厚、长度、浮鞋、浮箍、分级箍、悬挂器等位置）表层套管500500273.1mm引鞋+273.1mm套管（1根）（J558.89mm）+273.1mm内注接头+273.1mm套管串（J558.89mm）+273.1mm联顶节油层套管24502450139.7mm引鞋+139.7mm套管（1根）（N807.72mm）+139.7mm浮箍+139.7mm套管串（N807.7

22、2mm）+139.7mm联顶节6.2套管扶正器安放要求套管程序套管尺寸mm钻头尺寸mm井段m扶正器型号扶正器间距m扶正器数量个油层套管139.7215.914501750弹性扶正器3010139.7215.917502350弹性扶正器2030139.7215.923502450弹性扶正器1010139.7215.915002450旋流扶正器10备注：旋流扶正器安放在井径扩大较为严重的井段，提高环空顶替效率，保证封固段固井质量。6.3各层次套管固井主要附件名称尺寸mm型号壁厚mm钢级数量备注浮箍浮鞋139.71套内管注接头273.11套带引鞋固井胶塞139.71个弹性扶正器139.750个旋流扶

23、正器139.710个标节139.77.72N804个LCSG6.4水泥浆配方及性能套管程序表层套管油层套管（微珠）配方G级+4%DS-B1+44%H20G级+20%WZ+10%WG+4%SW-1A+2%JB-1+2%KQ-C+2%ST300C+0.6%SXY-2+8%ST300L+0.25%ST200R(湿混)+0.10%ST500L+0.5%DL500+52%H20实验条件(6.9MPa30)(28MPa68)密度g/cm1.891.50稠化时间min90120130API滤失量ml13注：现场施工前必须根据实际情况做复核试验。6.5水泥用量套管程序套管尺寸mm钻头尺寸mm环空容积m水泥浆返

24、深m水泥塞长度m水泥等级纯水泥(或者矿渣)t备注表层套管273.138133.58地面10G级50生产套管139.7215.931.48150015G级40微珠6.6前置液用量设计材料名称数量(m)套管层次表层套管生产套管合计冲洗液1010隔离液556.7固井主要材料消耗序号名称型号规格单位数量备注1套管273.1mmJ558.89mmBCSGt33.37国产（天钢）139.7mmN807.72mmLCSGt69.87国产（天钢）2水泥G级t90微硅WGt4微珠WZt83水泥外加剂促凝剂DS-B1t2.4降失水剂ST300Lt3.52分散剂SXY-2t0.36防窜剂KQ-Ct0.8早强剂SW-

25、1At1.6消泡剂ST500Lt0.05交联剂ST300Ct0.88堵漏剂DL500t0.2缓凝剂ST200Rt0.114冲洗液m10隔离液m55套管附件内注接头273.1mm套1（带引鞋）浮箍浮鞋139.7mm套1弹性扶正器139.7mm个50旋流扶正器139.7mm个10固井胶塞139.7mm个1标节139.7mmN807.72mmLCSG个47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

26、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68m，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1020KN,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23min，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）

27、 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2040KN，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。（2） 二开第一只钻头开始50m要求用小于5080KN钻压钻进，待新井眼形成后再用设计钻具加至设计钻压钻进，以防套管鞋处井眼曲率过大。（3） 二开段上部泥岩地层易水化膨胀而发生缩径和垮塌，必须调整好钻井液防塌抑制性能，保持井壁稳

28、定，预防卡钻事故发生。（4） 优选钻头类型，强化钻井参数，提高钻井速度。（5） 施工井队要落实好钻井液液面坐岗制度，及时发现、处理井漏；钻速较快时，合理安排单根循环洗井时间，防止环空沉砂过多而开泵憋漏地层。漏失井段采用堵漏泥浆钻进，钻过漏层后做承压试验，承压能力满足要求后方可筛出堵漏材料，再继续钻进。（6） 要求严格控制提下钻速度。在使用钻井液密度下限时，在油气层井段和井底，注意控制提钻限时大于30s/单根，防止抽汲压力造成井涌、井喷；在易漏井段和井底，注意控制下钻限时大于30s/单根，防止激动压力造成井漏；在表套鞋以下附近井段发生过漏失的井，自井口至表鞋套以下250m井段控制下钻限时大于30

29、s/单根。井漏严重的井段控制下钻限时大于60s/单根。气油比较高的井段控制提钻限时大于60s/单根。提钻按规定灌好钻井液，下钻时注意观察井口返出钻井液情况。（7） 对于钻开油气层（目的层）后每次起钻、溢流压井后起钻、钻开油气层（目的层）后发生井漏且尚未完全堵住起钻、钻进中发生严重气浸起钻、需长时间停止循环进行其他作业起钻等情况，要求必须进行短程起下钻，并测油气上窜速度。如果油气上窜速度大于50m/h则不得进行起钻作业，而必须压稳油气层后方可起钻。本区部分井气油比较高，施工队在起钻等相关作业时必须予以重视。（8） 钻井中发现地层压力有异常应及时调整钻井液密度，保证井下安全，并及时向开发公司汇报。

30、（9） 钻进时接单根前应留有一定的返屑时间，避免井下岩屑沉积过多，接好单根后应以小排量柔和开泵，待正常后再使用钻进排量；钻井排量在保证足够的环空返速前提下应采用较小排量。从多方面尽量减小激动压力，减轻对油层污染。（10） 全井坚持短程提下钻制度，每钻进200250m必须短程起下钻一次，保证起下钻畅通。起钻过程中如果遇阻要反复修井壁或划眼，直到畅通无阻再下到井底继续钻进。没钻完一根单根先上提划眼一次再接单根。（11） 钻具在井内的静止时间不得超过3min，钻具活动范围35m。如遇特殊情况钻具必须静止或停泵、停钻时间较长时，应将钻具提到安全井段，尽可能进行不停转盘洗井，防止井下事故或其它井下复杂情

31、况发生。（12） 钻进中加强防斜措施，钻地层软硬交界面时要注意调整钻井参数，灵活采用吊打、均匀送钻等措施。每钻进150250m应用单点照相测斜仪测井斜一次，随时掌握井身质量变化动态。（13） 二开后每提下钻一次要活动一次防喷器，将活动记录入班报表中，定期开展防喷演戏，落实好液面坐岗制度。（14） 加强钻具管理，建立健全钻具记录卡，严格执行钻具管理有关规定。接头在井下工作300h后必须更换。（15） 要求固井前做地层承压试验，确保固井施工不发生漏失。（16） 要求做好固井前的通井、循环钻井液、调整钻井液性能等工作。控制下套管速度，单根套管下方速度控制在3050s之间，以防憋漏地层。（17） 下套管要操作平稳，严禁猛刹、猛放，防止溜钻、钝钻，按规程下套管，双大钳紧扣，以保证套管连接强度。（18） 目的层钻进重点抓好防漏、防喷和油气层保护工作。7.4完井要求（1） 用标准通径规通井至人工井底。