钻井与完井工程课程设计--冯倩

1、构造名称：xx凹陷井 号：as井另i：生产井钻井与完井工程课程设计专业：2013级煤及煤层气工程姓名：冯倩一、地质设计摘要二、井身结构设计三、钻具设计四、钻井液设计五、钻井水力参数设计六、套管柱设计及强度校核七、注水泥设计八、设计结果、地质概况表a1井别探井井号a5设计井深3650m目的层qj井位坐标地面海拔m50纵（% ） m4275165横（y ） m20416485测线位置504和45地震测线交点地理位置xx省xx市东500m构造位置xx凹陷钻探目的了解xx构造q含气情况，扩大勘探区域，增加后备气源完钻原则进入q15（）m完钻完井方法先期裸眼层位代号底界深度，m分层厚度，m主要岩性描述故

2、障捉示a280砾岩层夹砂土，未胶结渗漏b600320上部砾岩，砂质砾岩，中下部含砾砂岩渗漏c1050450中上部含砺砂岩、夹泥岩和粉砂质泥岩； 下部砺状砂岩，含砺砂岩、泥岩、粉砂质泥 岩不等厚互层防塌d1600泥岩、砂质泥岩、砺状砂岩、含砺砂岩不等 厚互层，泥质粉砂岩防漏 防斜e1900300砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含砺 砂岩防斜防漏f32650750泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩防斜fr2900250泥岩夹钙质砂岩，夹碳质条帯煤线，屮部泥 岩夹煤层、下部泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩防斜、塌、卡f?k3150250泥岩为主，泥质粉砂岩，中粗砂岩，砂砾岩 间互fi3500350泥岩、泥质砂岩

3、、下部灰褐色泥岩防漏、喷、卡qi3650（未穿）150深灰，浅灰色灰岩为主，间夹褐，砖红色泥 岩防漏、喷、卡二、井身结构设计钻探目的层为0灰岩地层，确定完井方法为先期裸眼完井。油气套管下入0 层 3 5m。根据地质情况，钻达目的层过程中不受盐岩，高压水层等复杂地层影响，故 井身结构设计按地层压力和破裂压力剖面（图a-1）进行。设计系数见表a-2o表a2井深结构设计有关系数名称sqg/cm3g/cm3sfg/cm3skg/cm3弘mpampa数值0.050.050.030.051520來源理论计算理论计算区域资料统计区域资料统计区域资料统计区域资料统计表a-3各层段地层可钻级值地层abcdef3

4、f2jf2kf.qj可钻性值0.611.392633.57.35.24.9表a-4水力参数设计数据1泥浆泵型号与性能3nb1000钻井泥浆泵（两台，可仅用一台）缸套直径（mm）额定泵冲（次分）额定排差（ls）额定泵压（mpa）12015019.933.113015023.428.214015027.124.315015031.121.216015035.418.617015040.016.52钻井液性能其它参数地面泵压不超过20mpakg=1.07*10_3mpasl8lk8环空返速不低于0.7m/s,不高于1.2m/s钻井液塑性粘度0.0047pa.s三、钻具设计1、钻铤的设计根据五兹和鲁宾

5、斯基理论得出，允许最小钻铤的最小外径为：允许最小钻铤 外径二2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。2、所需钻铤重量的计算公式(3-1)m所需钻铤的重量，kn ;wm所需钻压；sf安全系数，此取sf二1.2 ；kb浮力系数;所需钻铤的长度，m ；ldp一一所需钻杆的长度，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. 1 m o3、计算钻柱所受拉力的公式1钻柱所受拉力 p= (ldpx qdp+ lcx qdp) k,(3-2)p钻柱所受拉力，kn ；p 外挤=pds l(3-3)p外挤钻杆所受外挤压力,mpa o4、一次

6、开钻钻具组合1 钻铤长度的确定选钻铤外径 203. 2min,内径 71.4mm, qc=2190n/mo 此时 k“=0. 858, w二40kn1.2x402.19x0.858=25. 54m从而实际用3根，实际长度3x9. 1=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 级代二 1945.06kn,s,=l3(1) 安全系数校核：fa. =0. 9 f、/sf =0. 9x 1945. 06/1. 3=1346. 58kn(2) 卡瓦挤毁校核fa.二0. 9代/(氐/氐)二0. 9x1945. 06/

7、1. 42=1232. 78kn(3) 动载校核：fa. =0. 9 f -mop二0. 9x1945. 06-400=1350. 5kn'y较三种安全校核知卡瓦挤毁校核计算的最小则钻杆 lp= ( fa2 qcxlcx kq / (qxk») =4307. 08m>80m从而实际用钻杆：80-27. 3=52. 7m校核抗挤度：p 外挤=pgh 二1. 1x1000x9. 8x (80-27.3)0. 568mpa <% 二58.21mpa故安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。5、三次开钻钻具组合1 钻铤长度的确定选钻铤外径 152. 4mm。qc=1212n/mo

8、 此时 心二0 839, w二 180kn乩鉴 1.2x180 =2i2.41m cqc -kb 1.212x0.839从而实际用24根，实际长度24 x9. 1=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 fv =1760. 31kn, s厂1 3(1) 安全系数校核：fa =0.9fy/sf =0. 9x1760. 31/1. 3=1218. 676kn(2) 卡瓦挤毁校核fa. =0. 9 f / (crv / crv) =0. 9x 1760. 31 /1. 42=1115. 68kn(3) 动载校核：

9、fa. =0. 9 f -m0p=0. 9x1760. 31-400=1184. 279kn$y较三种安全校核知卡瓦挤毁校核计算的最小则钻杆 lp= ( fa2 qcxlcx kq / (qxk») =4480. 17m>2000m从而实际用钻杆:2000-218. 4=1781. 6mo校核抗挤度：p 外挤“gh 二 1. 25x1000x9. 8x (2000-218.4)=21.825mpa<crd=68. 96 mpa综上安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。钻具选择表项目钻头尺寸(mm)钻铤外径(mm)钻铤长度(ni)钻杆外径(mm)开444.5203.225. 54

10、139.7二开215.9203.211& 3139.7三开215.9152.4218.4127四、钻井液设计1、井筒内钻井液体积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；匚一一第i层套管的下入深度，m ；”加所加入的重品石的密度，取4200 kg/m3 ；加入重晶石粉后钻井液的密度，kg/m3 ；p原加入重晶石z前的钻井液的密度，kg/m3 o2、需要加入粘土的量(42)艸 _ p土v泥(p泥一 p水)l。七一“水式屮0.所加入粘土的密度，取2000 kg/m3 ；p/. 水的密度，取1000 kg/m3 ；p原一一加入粘土前钻井液的密度，kg/m

11、3 ov原所配钻井液的最大体积，m3o3、需要加入清水的量q水(4-3)0k式中w所加入的粘土的量，t ；p水 水的密度，取1000kg/m(4-4)甲_01%9重一卩原) w加-。加一 p重式中 。川所加入的重晶石的密度，取4200 kg/m3 ；p电加入重晶石粉后钻井液的密度，kg/m3 ；p原加入粘土前钻井液的密度，kg/m3 o参考临井资料，一开和时钻井液的密度为1. 15 g/cm3,二开和三开时钻井液密度同为1. 156 g/cm3,无须改变钻井液的密度。4、钻井液体最大积的计算1) 一次开钻井筒内钻井液体积由公式4t二彳(0.4445)2x80v仞二 12. 41(n)3)2)

12、二次开钻井筒内钻井液体积 由公式4-1：2二彳(0259)2 x310v/?2=11.34(m3)3) 三次开钻井筒内钻井液体积由公式4-1%3二彳(0.2159尸 x2000v/?3=73. 18 (m3)一般泥浆池内要存储备用50汩钻井液，取循环浪费20汩钻井液，所以v原50+20+73. 1 &所以 v原143. 18 m3, v,.x=160m3。五、钻井水力参数设计1、开时泵的排量计算dh =444. 5 mm , dp=139. 7 mm , n=0. 65 , k=0. 3 , z=808 , p-. lg/cm3(5-11)va = i.2m/squ/心.00707堆將

13、(5-12)由公式(5-11)'dh-dp3n )(5-13)(5-12) (5-13)得携岩最低返速4 二0. 6(m/s)由公式5-2q1 niax =-(d-d)xz>a=-(0.44452-0.139.72 )x1.2 '44qlmax=167. 73(l/s)由公式5-3q|min二彳(d-d；)xvs= (0. 44452-0.13972) xo. 6q i min =83. 868 (1/s)2、二开时泵的排量计算dh=215. 9 mm , dp=139. 7 mm , n=0. 65 , k=0. 3 , z=808 , p=l. lg/cm3va =

14、2m s=0.00707dg-pfp忖dh dp12q(5-11)(5-12)(5-13)由公式(5-11)(5-12) (5-13)得携岩最低返速s 二0. 6(m/s)由公式5-2qhnax二彳(d；-d；)x s二扌(0.21592 -0.139.72 )x1.2qlmax =25. 53(l/s)由公式5-3qimin=- (d-d)xv=-(0. 21592-0.13972)x0. 6 44qlmin=12. 76(1/s)3、三开时泵的排量计算dh=215. 9 mm , dp = 127 mm , n=0. 65 , k=0. 3 , z=808 , p =1. 25g/cm3。

15、由公式5-203max 专(d2-仍)x 吒(0 215951272) xl.2q38. 72(l/s)由公式5-3q3min二彳(d：d；) x q产彳(0. 21592-0.1272) xo. 6qzn 二 14.36(l/s)表5-1泵的参数表井段泵型钢套直径(mm)最大工作 压力(mpa)泵速(冲/分)柴油机转速(rpm)额定排量(1/s)一开3 台 3nb-1300a16024112140034. 32二开1 台 3nb-1300a15027112140030. 17三开1 台 3nb-1300a15027112140030. 174、三开时第一临界井深的确定当三开时，d 丙=112

16、mm, d p = 127mm, d ci =71. 4mm, d c =152. 4mm, d h =0- 2 m , pd =1. 156 g/cm 3 , % =0. 023pa s, d j =d 2 =d 3 =d 4 =0. 120m,l 二50m丄 2 =30m，l 3 =20m丄 4 二 16m。由公式5-7ko=0. 12975(1. 156x103)(18x0. 02302+)g 0.12048 0.1248 0.1248 0.124-8k =5. 346x10-4由公式5-6= (1.256x103)°8x0.023020129750.11196 处014444

17、(0.22 - 0.127)3(0.22 + 0.127)1'8二3. 22x10-6由公式5-10心二(0. 001156) 08 x0. 023 °2 x 366 加器 + 丽可器応匣铲£ = 1.98x107由公式5-5n=5. 346x10" +1.98x10"4 3.22x10, x218. 4n=2.94xl(r5由公式5-4735.5dcr _0.357丹 a _2.94乂10一51 mq m 3.22x10_6x2&72“3.22xl0'6dcr*二3785. 36 (m)5、喷嘴射流速度及射流冲击力的设计因为喷嘴

18、的当量直径：d p-q81a/62v c沁又d所以几二p,- (n+md)qr 18 =27. 99-(2. 94xl0-5 +3. 22xl0'6 x2000) x28. 72l8=27. 32cm 当量直径de飞怛应=2. 12cmv c7若采用三个等直径的喷嘴时：dl=d2=d3=-4=l. 23cm浮2 r3-,4x1-232射流速度 vj二 10r二10x28.72 二65. 622 v射流冲击力p. qfj二 一=5. 499kn 100x丄加$4射流水功率:巧二罕应二2.54mp&1八2六、套管柱设计及强度校核1、油层套管柱设计1 某井段的最大外挤压力pe = a

19、/gdxl03(6-1)该井段所用泥浆的最大密度，g/cm3 ；d某段钢级的下入深度，m ；2. 某段钢级套管的最大下入深度(6-2)6, 某段钢级套管抗外挤强度，mp3 ;sd最小抗外挤安全系数，取1. 125 ；3. 套管浮力系数pd(6-3)ps某段所用钢材的密度，取7.8 g/cm3；4 安全系数抗内压安全系数si取1. 12,抗拉安全系数st取1.8 o 2、按抗外挤强度设计由下向上选择第一段套管由公式6t6d =pc1 xsd=l. 156x9. 81x2000x103x1.125%二25. 515mpa查钻井手册(甲方)，选择第一段套管表6-1第一段套管钢级选择钢级外径(mm)壁

20、厚(mm)均重(kg/m)抗拉强度(t)抗挤强度(mpa )内径(mm)j-55139.76. 9923. 07100.727. 855125.73、确定第二段使用长度和第三段可下入深度表6-3第三段套管钢级选择钢级外径(mm)壁厚(mm)均重(kg/m)抗拉强度(t)抗挤强度(mpa )内径(mm)h-40139.76.220. 83591& 064127.31.由公式6-21414m18.0461.156x0.00981x1.125实际取 d3=1414(m)第二段使用长度 l2= d2- d3=1618-1414=204(m)取第二段套管的长度200m；2. 双轴应力校核o =

21、lqkb +12. 998 =200 x 0.2043 xo.85 + 12.998=47.729kn查钻井手册(甲方)込二987. 5kn pgd3sd =1.156x 0.00981x1414 = 16.04故 =475293s 987.5=0-0483(tx色=21.512x0.9612 = 20.67 込故 pgd.sd < ctx込满足双轴应力校核3.抗拉强度校核8zxsl = 47.729 x 1.8 = 85.912 v 840.7满足抗拉强度要求。4、确定第三段使用长度和第四段可下入深度表6-3第三段套管钢级选择钢级外径(mm)壁厚(mm)均重(kg/m)抗拉强度(t)抗

22、挤强度(mpa)内径(mm)k=55139.76.220. 8310&421.512127.3= 1021m13.03671.156x0.00981x1.125l3=d4-d3=393m在这里我们取l3=400m1. 抗拉强度校核由公式6 = lqkb +47. 729 =400 x 0.2043 xo.85 + 47.729= 118.52kn2. 抗拉强度校核力z x s严 118.52x1.8 = 213.39 < 578.3满足抗拉强度要求。所以第四段套管的长度为:l°二厶-厶-厶-厶二2000-390-200-400=1010 3校核第四段套管第四段套管主要所

23、受最大的拉应力抗拉强度校核：(y/ =lqkb+118. 52 =1010x0.2043x0.85+118. 52=293. 9k578. 3kn井口内压校核：29.441 pgd=1.298 > 1.1229.4411.156x0.00981x2000满足井口内压校核所以满足要求七、注水泥设计1、水泥浆的用量1. 所需水泥浆体积的计算公式vr =时(吒-d?)l+汕町+却吐2(7-1)式中 h,水泥塞深度，13m ；h2井眼口袋高度，5m ；l设计封填水泥长度，m ；%第i次开钻钻头尺寸，m ;ds/自外向里第i层套管的外径，m ；d,第i层套管的内径，m ；k.修正系数，1.1；2、

24、水泥浆体积的计算1. 封固表层套管水泥浆体积的计算d”二444. 5 mm , d 51=339. 7 mm , l, =80m , d l =322. 9 mm, h】二13 m, h2 =5 m。由公式7-1vr =1. lx-(0.44452 - 0.33972)x80 + -(0.3229)2 x 13 + -0.44452 x5 r,444vti=7. 514(m3)2. 封固技术套管水泥浆体积的计算=215. 9mm , d s，7 =139. 7 min , d2=228. 7 mm , l二310 m, hlb m, h2 =5 m。由公式7-1vr =1. lx-(o. 21

25、592-0. 13972)x310+-0. 22872 x13+-0. 21592 x5 444vrll. 3(m3)3. 封固油层套管水泥浆体积的计算dh? =215. 9 mm , ds? =139. 7 mm , d3=124. 3 mm , l3=2000 m , h】=13 m, h2 =5m ;由公式7-1vt =1. lx-(0.22 -0. 13972)x2000+-0. 12432 x13+-0. 22 x5444v 右二32. 6防)o3、所需干水泥的用量1、所需干水泥的质量的计算公式配制1卅的水泥浆所需水泥灰的质量q 二 p4(7-2)pw + mpepc水泥灰的密度，3

26、. 15 g/cm3；pw水的密度，1. 0 g/cm3 ；m水灰比，二开、三开选0. 44, 一开为0. 46；从而，一开得 q =1. 286 (t/m3)二开、三开得 q =1. 32(t/m3) o2、干水泥质量的计算1.封同表层套管wti=k vriq=l. 05x7. 514x1.286=10. 146(t)2. 封固技术套管% =k v7.2 q=l. 05x 11. 3x1. 32=15. 662 (t)3. 封固油层套管w八二k v八 q二 1.05x32. 6x1. 32二45. 18(t)4. 所需清水的体积的计算1封固表层套管所需清水的量由公式7-3v =沁=0.46><10.146=4.667(巧 pw1.0固井时储备清水的体积20m3o2 封固技术套管所需清水的量由公式7-3% =巴匕0.44x15.662 =& 87曲) pw1固井时储备清水的体积20*。3. 封固油层套管所需清水的量由公式7-3= mxw” =0.44 x 45.18 pg 879 (m)3 pw1.0固井时储备清水的体积40m3八、设计结果表81钻头与套管的选择井号项目钻头尺寸(mm)下深(m)套管外径(mm)sj0089表层444.580339.7sj0089技术215.9310244.5sj0089油层215.92000139.7表8-2钻