钻井课程设计范元wps

1、石油工程课程设计(钻井部分）王西16斜-7B井钻井工程设计姓 名：班 级：学 号：指导老师：目录1.井身结构设计31.1套管层次 41.2下入的深度41.3套管的尺寸52.钻井设备设计53.井眼轨道设计6 3.1计算最大稳斜角6 3.2计算井身剖面分段数据 7 3.3井身剖面分段数据 74.钻具组合设计9 4.1 井段0151米钻具组合设计 94.2井段1511000m钻具组合104.3井段10002950m钻具组合 114.4井段29503106m钻具组合 134.5井段31063361m钻具组合 145.钻井液设计 175.1 钻井液体系的选择 175.2钻井液密度 175.3分段钻井液性

2、能参数设计186.钻井参数设计 196.1机械参数设计 196.2水力参数设计 207.套管柱设计 237.1油层套管237.2表层套管251.井身结构设计王西16斜-7B井井身结构示意图244.5mm*1000m二开井眼外径：215.9mm钻达井深：3361m套管外径：139.7mm套管下深：3356m水泥反深：2690m一开井眼外径：444.5mm钻达井深：151m套管外径：339.7mm套管下深：150m水泥反深：地面1.1套管层次王西16斜-7B井总共分为三段。第一段为表层套管，其作用是在其顶部安装套管头，并通过套管头悬挂和支撑后续各层套管；隔离地表潜水层和浅部复杂层，使淡水层不受钻井

3、液污染。通过分析地层岩性可知，地表浅层为平原组，该组岩性为黄色粘土，易吸水膨胀，抗压能力低；同时其组含有流砂层，易吸水分散，使得井壁不稳定，因此需要加入表层套管进行隔离和加固。第二段通过分析地层岩性可知，潜江组部分是由泥岩、粉砂岩等岩石组成，其地层地质疏松，所以要加入钻井衬管，使之起到固井的作用。第三段为生产套管，为了防止钻井液渗入地层，需要加入水泥进行固井。1.2下入的深度套管层次和每层套管的下入深度确定之后，相应的套管尺寸和井眼直径也就确定了。套管尺寸的确定一般由内向外依次进行，首先确定生产套管的尺寸， 再确定下入生产套管的井眼的尺寸，然后确定中间套管的尺寸等，依次类推，直

4、60;到表层套管的井眼尺寸，最后确定导管的尺寸。表层套管是为隔离表层复杂地层，根据地层构造分析得，下入的表层套管要大于浅部地层的厚度100m，故表层套管为151m。中间套管为1000m，生产套管为3356m。1.3套管的尺寸已知一开中套管外径为139.7mm，查表可以选择的钻头直径为215.9mm。中间套管的套管外径为244.5mm，查表可以选择的钻头直径为215.9mm。二开中套管外径为339.7mm，查表可以选择的钻头直径为444.5mm。2.钻井的主要设备序号名称型号载荷(KN)功率（KW）备注1钻机大庆130-20002井架塔式20003天车TC-20020004游动滑车YC-2002

5、0005大钩DG-20020006水龙头SL-20020007转盘ZP-5208绞车JC14.59钻井泵1#3NB-13009562#3NB-130095610动力机1#Z120V190-B7942#Z120V190-B7943#Z120V190-B79411压风机自动IV-3/8电动IV-3/81912发电机组1#Z12V-1352002#Z12V-13520013防喷器2FZ35-3514控制系统FK240315振动筛1#ZS2x1.5x2/3P42#ZS2x1.5x2/3P416除砂器NCJ-2272.217除泥器NJ-8612.218离心机LW35518.5/5.519除气器LZCQ-

6、37.520清洁器21加重装置3.井眼轨道设计 本井为定向井，为三段式打井，主要分为直井段增斜段稳斜端三段。3.1计算最大稳斜角表示符号解释如下：造斜率，（。）/30m；R曲率半径，m；目标点或目标段入口点的垂深，m；目标点或目标段入口点的水平位移，m；稳斜段井斜角，（。）；造斜点垂深，m；根据造斜率算出曲率半径： 由原始数据可知：根据公式：代入数据可得最大稳斜角为28.07。3.2计算井身剖面分段数据根据数据，以井深为3100米为例进行计算如下： 3.3井身剖面分段数据：设计井身剖面分段数据表序号井深米井斜度方位度垂深米位移米南北坐标（N+/S-）东西坐标（E+/W-）00.000.000.

7、000.000.000.000.0012950.500.000.002950.500.000.000.0023000.009.00193.272999.793.92-3.81-0.9033050.0018.00193.273048.3615.58-15.16-3.5843100.0027.00193.273094.5134.69-33.77-7.9653105.9428.07193.273099.7837.44-36.44-8.5963155.9428.07193.273143.9060.97-59.34-13.9973205.9428.07193.273188.0184.49-82.24-1

8、9.3983255.9428.07193.273232.13108.02-105.14-24.7993287.5228.07193.273260.00122.88-119.60-28.20103361.0028.07193.273325.00157.54-153.34-36.154、钻具组合设计4.1 井段0151米钻具组合设计4.1.1钻铤设计（1）选择钻铤的外径内径，查表得到，钻铤钢级为D级通过查表可知钻铤外径为177.80mm，内径为57.20mm，每米钻铤在空气中的重力。（2）计算钻铤长度已知钻铤长度的计算公式为： ，其中：设计的最大钻压，根据相关数据可知为60KN； 某段所用钢材的密

9、度，取7.8 g/cm； 该井段所用泥浆的最大密度，g/cm ；安全系数，一般为1.151.25，此处SN=1.2；浮力系数，；qc每次开钻所需钻铤单位长度重量，N/m;井斜角，根据相关数据可知值为0度；带入上述数据可得，取钻铤长度为9.1m/根，故取6根钻铤，则钻铤长度为：4.1.2钻杆设计（1）选择钻杆的外径内径，查表得到，线密度，钻铤钢级为D级通过查表可知钻杆外径为127mm，内径为108.6mm，每米钻铤在空气中的重力，线密度。（2）计算钻杆的长度安全系数校核： 设计系数法：拉力余量法：较三种安全校核知,取，据此计算允许的最大长度计算钻杆的根数 n=钻杆长度为 4.2井段1511000

10、m钻具组合4.2.1钻铤设计（1）选择钻铤外径、内径、查表得到通过查表可知钻铤外径为177.80mm，内径为57.20mm，每米钻铤在空气中的重力。（2）计算钻铤长度已知钻铤长度的计算公式为： ，其中：设计的最大钻压，根据相关数据可知为80KN； 某段所用钢材的密度，取7.8 g/cm； 该井段所用泥浆的最大密度，g/cm ；安全系数，一般为1.151.25，此处SN=1.2；浮力系数，;qc每次开钻所需钻铤单位长度重量，N/m;井斜角，根据相关数据可知值为0度；带入上述数据可得，取钻铤长度为9.1m/根，故取9根钻铤，则第一段的钻铤长度为：4.2.2钻杆设计（1）选择钻杆的外径内径，查表得到

11、，线密度，钻铤钢级为D级通过查表可知钻杆外径为127mm，内径为108.6mm，每米钻铤在空气中的重力，线密度。（2）计算钻杆的长度计算钻杆的根数 n=钻杆长度为 4.3井段10002950m钻具组合4.3.1钻铤设计（1）选择钻铤外径、内径、查表得到通过查表可确定钻铤外径为158.80mm，内径为57.20mm，每米钻铤在空气中的重力。（2）计算钻铤长度已知钻铤长度的计算公式为： ，其中：设计的最大钻压，根据相关数据可知为100KN； 某段所用钢材的密度，取7.8 g/cm； 该井段所用泥浆的最大密度，g/cm ；安全系数，一般为1.151.25，此处SN=1.2；浮力系数，;qc每次开钻所

12、需钻铤单位长度重量，N/m;井斜角，根据相关数据可知值为0度；带入上述数据可得，取钻铤长度，故取12根钻铤，则第一段的钻铤长度为。4.3.2设计扶正器组合（1）扶正器外径已知设计间隙一般为，现在已知井径，故可得扶正器直径，在计算时取扶正器的直径为215mm。（2）第二扶正器的位置已知满眼井YXY组合第二扶正器距钻头的最优长度公式为：其中：扶正器与井眼的半间隙；钻铤钢材的杨氏模量 E=205.94GPa；钻井截面的轴惯性矩 ；钻铤在钻井液中的线重 ；允许的最大井斜角 28.07° 可求得：Lp=5.94m, 即第扶正器距钻头的最优长度为5.94m.（3）第一、三扶正器位置由查表5-5稳

13、斜钻具配合尺寸，可得本井适合选用中稳斜组合：，选，即第一扶正器距钻头的距离为1.6m，第三扶正器距钻头的距离为12m。4.3.3钻杆设计（1）选择钻杆的外径内径，查表得到，线密度，钻铤钢级为D级通过查表可知钻杆外径为127mm，内径为108.6mm，每米钻铤在空气中的重力，线密度（2）计算钻杆的长度计算钻杆的根数 n=钻杆长度为 4.4井段29503106m钻具组合4.4.1钻铤设计（1）选择钻铤外径、内径、查表得到通过查表可确定钻铤外径为158.80mm，内径为57.20mm，每米钻铤在空气中的重力（2）计算钻铤长度已知钻铤长度的计算公式为： ，其中：设计的最大钻压，根据相关数据可知为100

14、KN； 某段所用钢材的密度，取7.8 g/cm； 该井段所用泥浆的最大密度，g/cm ；安全系数，一般为1.151.25，此处SN=1.2；浮力系数，;qc每次开钻所需钻铤单位长度重量，N/m;井斜角，根据相关数据可知值为28.07度；带入上述数据可得，取钻铤长度，故取12根钻铤，则第一段的钻铤长度为。4.4.2钻杆设计（1）选择钻杆的外径内径，查表得到，线密度，钻铤钢级为D级通过查表可知钻杆外径为127mm，内径为108.6mm，每米钻铤在空气中的重力，线密度。（2）计算钻杆的长度计算钻杆的根数 n=钻杆长度为 4.5井段31063361m钻具组合4.5.1钻铤设计（1）选择钻铤外径、内径、

15、查表得到通过查表可确定钻铤外径为158.80mm，内径为57.20mm，每米钻铤在空气中的重力（2）计算钻铤长度已知钻铤长度的计算公式为： ，其中：设计的最大钻压，根据相关数据可知为160KN； 某段所用钢材的密度，取7.8 g/cm； 该井段所用泥浆的最大密度，g/cm ；安全系数，一般为1.151.25，此处SN=1.2；浮力系数，;qc每次开钻所需钻铤单位长度重量，N/m;井斜角，根据相关数据可知值为28.07度；带入上述数据可得，取钻铤长度，故取21根钻铤，则第一段的钻铤长度为4.5.2设计扶正器组合（1）扶正器外径已知设计间隙一般为，现在已知井径，故可得扶正器直径，在计算时取扶正器的

16、直径为214mm.（2）第二扶正器的位置已知满眼井YXY组合第二扶正器距钻头的最优长度公式为：其中：扶正器与井眼的半间隙；钻铤钢材的杨氏模量 E=205.94GPa；钻井截面的轴惯性矩 ；钻铤在钻井液中的线重 ；允许的最大井斜角 28.07°可求得：Lp=5.94m, 即第二扶正器距钻头的最优长度为5.94m（3）第一、三扶正器位置由查表5-5稳斜钻具配合尺寸，可得本井适合选用中稳斜组合：，选，即第一扶正器距钻头的距离为1.6m，第三扶正器距钻头的距离为12m。4.5.3钻杆设计（1）选择钻杆的外径内径，查表得到，线密度，钻铤钢级为D级通过查表可知钻杆外径为127mm，内径为108.

17、6mm，每米钻铤在空气中的重力，线密度。（2）计算钻杆的长度计算钻杆的根数 n=钻杆长度为 4.6钻具组合设计结果为：井段0151m钻具组合:444.5mm钻头+177.8mmDC（6根）+127mmDP（11根）井段1511000m钻具组合:244.5mm钻头+177.8mmDC（9根）+127mmDP（85根）井段10002950m钻具组合:215.9mm钻头+158.8mmDC（12根）+127mmDP（203根）+214mmSTB井段29503106m钻具组合：215.9mm钻头+158.8mmDC（12根）+127mmDP（6根）井段31063361m钻具组合：215.9mm钻头+1

18、58.8mmDC（21根）+127mmDP（8根）+214mmSTB5、钻井液5.1 钻井液体系的选择根据地质报告中对每组的岩性描述，该井地质主要是泥岩及粉砂岩等构成，主要利用钻井液液柱压力保持井壁稳定，防止井壁坍塌。因此应注意防塌、防卡、防喷。井段0151m：平原组和广华组岩性为黄色粘土、含有流砂层，易吸水膨胀使井壁不稳定，选择膨润土浆维持较高粘度；井段1511500m:荆河镇组主要是泥岩及粉砂岩等构成要注意防塌，选择两性离子聚合物钻井液；井段15003325m:潜江组多为粉砂及泥岩，选择聚合物饱和盐水钻井液。5.2钻井液密度根据公式： 钻井液密度， g/cm；地层压力，Mpa；D地层深度，

19、m；其中，可进行地层预测压力计算钻井液密度,已知地层压力系数为1.041.07。当D=151m时， 1.051.15（g/cm3）；当D=1500m时，1.061.15（g/cm3）；当D=3325m时，1.251.32（g/cm3）；5.3分段钻井液性能参数设计开钻次序一开二开井眼尺寸（mm）444.5244.5215.9215.9井段（m）015115110001000150015003325地层平原组、广化寺组广化寺组、荆河镇组荆河镇组荆河镇组、潜江组钻井液类型膨润土浆两性离子聚合物钻井液两性离子聚合物钻井液聚合物饱和盐水钻井液密度（g/cm3）1.051.151.041.121.061

20、.151.251.32漏斗粘度（s）4050354535504580API失水（ml）585835泥饼（mm）0.50.50.5PH810810810含沙量（%）0.50.50.5静切力（pa）68/10120/00/00/0塑性粘（mpas）101510151020动切力（Pa）4949510n值0.40.70.40.70.40.7K值（Pa.sn）0.10.60.10.60.10.6固相含量（%）888MBT（g/l）305030503040总矿化（mmol）>100000CL-（mg/l）<6000<6000>170000摩擦系数0.180.180.186、钻井参

21、数设计6.1机械参数设计6.1.1钻头的设计（此为关于型号的设计，尺寸设计前面已经做过）a.井段0151米钻头设计： 根据原始地质资料此段岩性为黄色粘土、砾石、流砂层，地层较软，故选用P2钻头。b. 井段1511000米钻头设计：根据原始地质资料此段岩性为杂色粘土岩、砾状砂岩、砂砾岩，地层较软，故选用P2钻头。c. 井段10002950米钻头设计：根据原始地质资料此段岩性为泥岩夹粉砂岩、油页岩，地层较硬，故选用PDC及HA517钻头。d. 钟摆钻具组合钻头设计：选用PDC钻头。e.满眼钻具组合设计：选用PDC钻头。f. 井段29503106米钻头设计：根据原始地质资料此段岩性为盐岩、泥岩夹粉砂

22、岩、油浸泥岩，地层较硬，故选用HJ517钻头。g. 井段31063361米钻头设计：根据原始地质资料此段岩性为盐岩、泥岩夹粉砂岩、油浸泥岩，地层较硬，故选用HA517钻头。6.1.2钻井参数设计此次钻井参数设计如下表：序号层位井段（米）钻头钻头序号钻井参数型号尺寸（mm）数量钻压KN转速rpm1Q-N0151P2444.5113060672N-EI1000P2244.5126080673EI-Eq42950PDCHA517215.9125305060100217674Eq43106HJ517215.91660802005Eq43361HA517215.928120160676.2水力参数设计6

23、.2.1计算最低环空返速使用式Va=计算（其中，Va为最低环空返速，d 为钻井液密度，DH为井眼直径）一开井眼外径444.5mm，钻井液密度1.08 g/cm3，计算得一开最低环空返速Va1为0.38m/s；二开1511000m段井眼外径244.5mm，钻井液密度1.12 g/cm3，计算得此段最低环空返速Va2为0.67m/s；二开10001500m段井眼外径215.9mm，钻井液密度1.07g/cm3，计算得此段最低环空返速Va3为0.79m/s;二开15003325m段井眼外径215.9mm，钻井液密度1.28g/cm3，计算得此段最低环空返速Va4为0.66m/s。6.2.2计算最小排

24、量使用式Qm=（DH2-Dh2）Va计算（其中，DH为井眼直径，Dh为钻杆外径）一开井眼外径444.5mm，钻杆外径为127mm，计算得最小排量Qm1为54.13L/s；二开1511000m段井眼外径244.5mm，钻杆外径为127mm，计算得最小排量Qm2为22.96L/s；二开10001500m段井眼外径215.9mm，钻杆外径为127mm，计算得最小排量Qm3为18.90L/s；二开15003325m段井眼外径215.9mm，钻杆外径为127mm，计算得最小排量Qm4为15.79L/s。6.2.3选择钻井泵型号0.9Qr71.2,得Qr80L/s选用3NB1000钻井泵，下附3NB100

25、0钻井泵性能表缸塞直径/mm额定泵冲/次没分额定排量/（Ls-1）额定泵压/MPa12015019.933.113015023.428.214015027.124.315015031.121.216015035.418.617015040.016.5 则一开选择额定排量Nr1为40.0L/s，额定泵压Pr1为16.5MPa，额定功率Qr1=Nr1Pr1=660.00kW；二开1511000m段选择额定排量Nr2为23.4L/s，额定泵压Pr2为28.2MPa，额定功率Qr2=Nr2Pr2=659.88kW；二开10001500m段选择额定排量Nr3为19.9L/s，额定泵压Pr3为33.1MP

26、a，额定功率Qr3=Nr3Pr3=658.69kW；二开15003325m段选择额定排量Nr4为19.9L/s，额定泵压Pr4为33.1MPa，额定功率Qr4=Nr4Pr4=658.69kW。6.2.4计算输出功率根据输出功率Qr=额定功率Qr0.9计算一开输出功率Qr1为594.00kW，二开1511000m段输出功率Qr2为593.89kW，二开10001500m段输出功率Qr3为592.82kW，二开15003325m段段输出功率Qr4 为592.82kW。6.2.5计算循环压耗 计算循环压耗时，分为三部分，分别为：钻铤内外，钻杆内外两部分和地面管汇，此处为了简便不考虑地面管汇。a.钻铤

27、内压耗计算 pci=b.钻铤外压耗计算 ppa=c.钻杆内压耗计算 pci=d.钻杆外环形空间压耗计算 ppa= 综上，各是相加计算得二开1511000m段环空压耗为0.16MPa，二开10001500m段环空压耗为1.10MPa，二开15003325m段环空压耗为1.35MPa。6.2.6设计喷嘴直径Pb=其中，Pb为钻头压力降计算得二开1511000m段钻头压降为10.80MPa，二开10001500m段钻头压降为9.40MPa，二开15003325m段钻头压降为9.24MPa。又有Pb=,其中，de为喷嘴当量直径,令q=0.5，有式:d1= ,d2= ,d3= 可计算三个喷嘴直径7、套管

28、柱设计7.1油层套管选择套管钢级 Pi=0.00981*1.1*3325=35.88MPa p'ipi*si=35.88*1.1=39.47MPa 选N80设计第一段套管选择壁厚 t=7.72mm q1=0.235KN/m p'c1=43.3MPa Fs11=1766KN Fs12=1548KN计算第二段套管的下放深度选择壁厚 t=6.99mm q1=0.2307KN/m p'c2=34.4MPa Fs21=1606KN Fs22=1361KN计算第二段套管的下放深度 p'c2pc2 *Sc pc2=0.00981*1.1*D2 34.4=0.00981*1.1

29、*D2*1 D2=3188m D'2=3206计算第一段套管的长度：L1=3361-3206=155m 校核：St=F/Fm=1361/155*0.23+(3188-2690）*0.21=9.7>1.8 Pcc=Pc(1.03-0.74Fm/Fs)=43.3(1.03-0.74*140.23/1766)=42.04 Sc=42.04/(0.00981*3325*1.1)=1.17>1.0计算第三段套管的下放深度 选择壁厚 t=6.20mm q3=0.2083KN/m p'c3=24.9MPa Fs31=1432KN Fs32=1161KN p'c3pc3 *Sc pc3=0.00981*1.1*D3 24.9=0.00981*1.1*D3*1 D3=2307 D'3=2307计算第二段套管的长度：L2=899m 校核：St=F/Fm=1161/899*0.20+(2690-2307）*0.21=4.05>1.8 Pc