2011石油大学钻井工程课程设计-

1、 钻井工程课程设计 一、课程安排:学期结束时请按照课程设计要求完成课程设计作业。可以手写，也可以打印。二、课程 10分评分依据：工程设计规范评分标准：10符合程度2 设计的依据与原则准确性 30分评分依据：工程设计依据与原则评分标准：30符合程度3 . 过程的参数选择的合理性和计算过程的可靠性 30分评分依据：参数符合工程实际;计算过程可靠评分标准：30符合程度4. 结果准确性 30分 - 1 - 远程教育学院石油工程专业 钻井工程课程设计任 务 书 指导教师： 卢运虎 中国石油大学（北京）远程教育学院 2011年3月- 2 - 钻井工程课程设计 一、井身结构设计从图查得钻最大地层压力当量密度

2、3max=1.85g/cm，设计地层破裂压力当量密度有fd=1.85+0.04+0.03+（2980/H1）0.05试取H1=2400m在图中查得f2400=2.01g/cm3，再将H1=2400代入上式得：fd=1.85+0.04+0.03+（2980/H1）0.05=1.98g/cm3因为fdf2400，且相近，所以确定中间套管下入深度初选点为H1=2400m，验证中间套管下入深度初选点2400m是否有卡钻的危险。从图中可知2400m的地层压力剃度为1.45g/cm3，则：PN=0.00981（1.451.05）2000=7.28MPa12.5MPa所以中间套管下入井深2400m无卡套管的

3、危险水泥返至地面油层套管下入阳二层35m.,即H2=2953m。校核油层套管下至井深2953是否有卡套管的危险，从图知井深2953m处地层压力剃度为1.85g/cm3，以及该井段内的最小地层压力剃度为1.45g/cm3，则该井段内最小压力地层的最到深度为2400，则Pa=0.00981(1.891.45)2400=10.359MPa12.5MPa,即油层套管下至2953无卡套管的危险。水泥返至井口。表层套管下入深度中间套管下放下入井2400处地层压力剃度当量密度为1.45g/cm3，给定溢流数值Sk=0.05g/cm3,则表层套管下入深度由：fe=1.45+0.04+0.03+（2400/H0

4、）0.05因为地层 较为特殊，所以表层套管下至455m处。表层套管水泥返至地面。- 3 - 本井采用133/895/87in井身结构，又图4-9可查得各层次套管所用的钻头尺寸。表层套管用444.5mm（171/2in）钻头，钻至井深460m， 339.7mm（133/8in）套管下至455m，水泥返至地面。中间套管用311mm(121/4in)钻头钻至2405m，244.5mm（95/8in）套管下至井深2000m，水泥返至井口。中间尾管用215.9mm（81/2in）钻头钻至井深 2960m，177.8mm(7in)套管下至2405m，水泥返至井口。 油层套管用149.2mm，钻至2954m

5、 111.3mm套管下至井深2950m。 用101.6mm(4in)钻到目的层。井身结构表 二、固井工程设计1、套管强度设计表层套管下至深455m，选用J-55，壁厚9.65mm套管，不必进行强度设计。油层套管177.8mm，下入深2953 ,钻井液密度m=1.85g/cm3，抗外挤安全系数Sc=1.10，抗拉安全系数ST=1.80，抗内压安全系数Si=1.10。 设计方法：采用等安全系数法 计算井口最大内压力PsiPsi=Pbie0.000115PGHPbi=0.00981maxH=53.95MPa Psi=53.59e0.0001150.552953=44.46MPa设计内压PiD=44.

6、46Si=48.91MPa 因此抗内压强度小于48.91MPa的套管不选用- 4 - 确定下部第一段套管，设计抗挤强度为：PC1=0.009811.8929531.1=60.23MPa由表5-4查得：C90，壁厚7.37mm套管，PC=64.121MPa. Pi=69.982MPa. q=197N/mD=114.3mm. 长圆螺纹。Sc1=Pc64.21=1.198 Pi0.00981*1.85*295369.9821.1 44.46Sc=1.1981.1 Si1=第二段套管用P110，壁厚：6.35mm，Pc=52.26MPa，Pi=73.705MPa，q=169.3N/m。 许可下入深度：

7、H2=52.262=2618m 0.00981*1.85*1.1第一段套管下入长度：L1=29532618=335m校核第一段：TX3=343.8+169.3*2428*(1-1.85)*10-3=50.442KN>1.8 7.85第三段采用C-95，壁厚6.35mm，Pc=48.47MPa，Pi=63.708MPa，q=169.3N/m，d=114.3mm，长圆螺纹。放可下入深度：H3=48.47=2428m 0.00981*1.85*1.1第二段套管下入长度为：L2=2618-2428=190m安全系数确定：第一段套管下入深度335m所以：Tx1=50.442KN 所以：ST=153

8、4.6=30.5（抗拉） 50.4421.85)*10-3=388.97。 7.85抗挤：Sc1=1.198 抗 抗挤 SC2=0.00981*1.85*2618ST2=- 5 - Pc64.21=1.198 （抗第三段： TX3=343.8+169.3*2428*(1-7.851410.1=2.007 ST3=702.4763.708=1.686 Si3=37.79固井设计油层套管设计 2注水泥设计 油层套管设计井深H=2960m，套管下入长度Ls=2953m，水泥塞高度h0=20m，水泥返至地面，水泥浆性能 x=2.10g/cm，=0.02PaS，30=15Pa钻井液性能m=85g/m，n

9、=0.52 , k=0.691PaSn, 缩系数Kp=1.03，水泥浆附加量40%，计算井径按钻头直径149.2mm。水泥浆用量NV1=0.78510-4(14.92211.432) 2960=30.36m3 V2=0.78510-49.96220=0.1557m3附加40%： V3=（30.36+0.1557）0.4=12.21m水泥浆密度x=2.10g/cm3时，每低度水泥配水泥浆0.04015m3/袋（40.15升/袋） 则：330.36+0.1557+12.21=1065 袋0.040151065*50*0.5=26.625m3 用水量： Vw=1000N=替钻井液量Vm：- 6 -

10、Vm=7.8510-51.039.962(335-20+3)+10.12190+10.122428=24.144m3替钻井液终泵压PEP1=(2.10-1.85) 29400.00981=7.21MPa由（5-44）式：VK=Pc64.21=1.198 Pi0.00981*1.85*2953Qk=0.0785(14.922114.32) 1.642=11.3 ( L/s)计算管内流速ViVi=计算Rei: 11.3=1.451m/s 0.0785*9.96*9.96Rei=3732.211 计算管外水泥浆段ReosReos=10*(14.92-11.43)*1.642*2.1=1641.76

11、0.02*1+600*0.02*1.642计算管外钻井液井段ReomReom=3157.22 管内摩阻系数fi=a Rbea=lg(0.5)+3.93/50=0.0726 b=(1.75-lgn)/7=0.293fi=管外摩阻系数f0： 0.0726=0.00652 3732.2110.293fos=0.3164=0.0497 1641.760.25- 7 -fom=Pc=32.40.0726=0.00685 0.2933157.2211.320.00652*(2960-20)*1.850.0497*2960*2.1+0.00685*2960*1.85+ 5329.96(14.92-11.43

12、)*(14.92+11.43)=7.0505MPa替钻井液终泵压：PE=7.21+7.0505=14.2605MPa碰压泵压：P理=14.2650+1=15.2650MPa选用AC-400B型水泥车3台，每台车平均每分钟注水泥20袋，则：1065=17.75min 3*2024144=35.61min 替钻井液： t2=11.3*60t1=其它（倒换阀，开档销，压胶塞，碰压）t3=10min总施工时间： T=18+36+10=64min选用D级水泥四、钻柱设计钻柱组合：第四次开钻（24052954） f149.2mm3A Wm=70KNf149.2mm3A+f120.65mmDC+f88.9m

13、mDP+88.9mmkl四开：f114.3mmDC 内径：f101.6mm qc=681.3N/m- 8 -Lz=70000+0.981*2954*1.85*23.36=346.87m 681.3-0.981*1.85*(886.3-23.36)Lz实=346+24=370m第四次开钻：井深：H=2980m，m=1.85g/cm，dc=120.65mm，qc=681N/m 3Lc=370m，dp=88.9mm，qp=194.14N/m，拉力余量450KN设计系数：1.30 ss=1.39 st0.9*1530.66=991.08KN 1.39选用钢级95钻杆：Py=1530.66KN Pad=

14、Pas=0.9*1530.66-450=927.59KNPas<Pad，按Pas设计L允=(927.591-0.618*370)*=5106mH=2983m 0.194141-7.8588.9mm，95钢级钻杆下入长度（2983-370）=2613m五、钻机选择油层套管在空气中的重力为819.222KN钻机按80%的套管破断强度来选择最大的钩载，即:Qmax=1.25*819.222=1024.028KN由表7-1选大庆I型钻机，钻柱最大重力752.343KN。Kst=1275=1.679 759.357所以选择大庆I型钻机。六、机械破碎参数设计根据地层提供的可钻值可选钻头：第四次开钻：

15、B22M1（24052980m） - 9 - 七、钻井液设计油层套管（24052983）钻井液体系：由不分散聚合物体系过渡到分散型三磺体系。钻井液密度按近平衡钻井设计所用钻井液为1.85g/cm3，则j300=56mPa*S j600=88mPa*S则塑性粘度为：h=(j600-j300)*10-3=0.032mPa*S动切力：t0=0.479*(j300-h)=26.809 流型指数：n=3.322lgj600=0.652 j300稠度系数：K=0.511*j300=0.491 511n八、钻具组合第四次开钻采用光钻铤组合 九、水力参数设计1、第四次开钻（24052983m）2 B22M 钻

16、井序号：8# f149.mm设计数据：H=2980m 3 j300=56mPa*S j600=88mPa*S jm=1.8g5c/mdc=120.65mm(di=57.15mm) Lc=289mm dp=88.9mm (di=70.2mm) Db=149.2mm 1.433*(14.922-8.892)=7.45l/s 确定流量：Qmin=14.92*1.851.843*(14.922-8.892)=9.59l/s Qmax=14.92*1.85由ZPN-800B钻井泵水功率特性表查得f170mm缸套，Qr=28.41 L/s Pr=14.21MPa 钻井液流变参数：n=3.322lgj600

17、0.511*j300=0.652 K=0.491 j300511n- 10 - 2、计算循环压耗Pc 钻杆内流速：Vpi=28.41=7.34m/s 0.0785*7.02228.41=2.52m/s 220.0785*(14.92-8.89)钻杆外环空流速：Vpo=钻铤内流速：Vdi=28.41=11.081m/s 0.0785*5.715228.41=4.698m/s 220.0785*(14.92-12.06)钻铤外环空流速：Vdo=10*8001-0.652*7.020.652*7.342-0652*1.85Repi=12076 3*0.652+10.6520719()4*0.6521

18、0*8001-0.652*5.7150.652*11.082-0652*1.85Redi=19360 0.6520719()4*0.65210*12001-0.652*(14.922-8.89)0.652*2.522-0652*1.85Repo=3058 2*0.652+10.6520719()3*0.65210*12001-0.652*(14.922-12.065)0.652*4.6982-0652*1.85Repo=4349 0.6520719()3*0.652(lg0.652)+3.93=0.07488 501.75-(lg0.652)b=0.2765 7a=fpi=0.0748=0.0

19、056 0.2765120760.0748=0.00488 193600.276524=0.00785 3058fdi=fpc=- 11 -fpc=24=0.0052 43490.0056*26130.00488*2890.0052*2890.00785*2613+7.0255.7155(14.92-12.065)3*(14.92+12.065)2(14.92-8.89)3*(14.92+8.89)2Pc=32.4*28.412*1.85*=6.67MPa3、计算钻头压降PbPb=14.21-6.67=7.54MPa4、计算喷嘴当量直径de取流量系数C=0.980.0811*1.85*28.4121de=()4=2.022cm 20.98*7.545、计算功能参数采用三不等径组合，从表10-2中选取d1=14.29mm d2=11.1mm则：d3=9.012mm 查10-2表可得9.53>9.012且接近。所以选用d3=9.53mm所以de实=20.456mm0.0811*1.85*28.412所以 Pe实=7.201M