新编-2一口井“设计部分”内容和方法课件

一口井“设计部分”的具体内容和设计方法1井身结构设计1.1方法说明说明江汉油田无异常高压地层，也无地层压裂问题，所以不需要考虑地层压力和地层破裂压力剖面来设计井身结构。只需根据现场经验确定的必封段和必扩段来设计。一口井“设计部分”的11.2主要纵向尺寸设计1)设计内容和顺序：a)表层套管及其下深；b)技术套管及其下深；c)扩眼段及其扩眼井深；d)油层套管及其下深。

2)设计方法：先根据待封地层的特性和钻采的要求说明表层套管、技术套管和油层套管下入的必要性，扩眼段扩眼的必要性；再根据待封地层的底界深度，同时考虑地质预报的误差来确定各层套管的下深和扩眼井深。1.2主要纵向尺寸设计21.3全井其余框架结构尺寸设计1)设计内容和顺序：油层套管段：a)套管外径；b)钻头直径；c)钻达井深；d)水泥返深。技术套管段：同油层套管段。扩眼段：a)扩眼井径。表层套管段：同油层套管段。1.3全井其余框架结构尺寸设计32)设计方法：应由内向外，从油层套管层段开始，依据各段的地层特性，考虑钻井和固井要求，再参照教材256页的套管和井眼尺寸配合表，逐层设计套管下深对应的钻达井深、套管外径、套管外径对应的钻头直径、环空水泥返高4个参数；如果是扩眼段，则设计其扩眼井径1个参数。注意：油层套管的直径和下深是由甲方确定的。2)设计方法：应由内向外，从油层套管层段开始，依据各段的地41.4给出设计结果：画出井身结构示意图(原设计那样的)。1.5定向井剖面设计：如果是定向井，应说明其设计的剖面类型、基本参数和设计这些基本参数的地质和工程依据。可能的话，计算出井身剖面的分段数据，画出设计轨道的井身剖面图。1.4给出设计结果：画出井身结构示意图(原设计那样的)。52钻井主要设备部分1)钻机选型：说明本井的井别、井型和设计井深，据此选择钻机型号(可取原设计的钻机型号)，说明其额定钻深、最大钻深和钻机特点；还要说明配套选择的钻井泵型号和防喷器型号及其依据。2)给出设计结果：钻井主要设备表。2钻井主要设备部分63钻井液部分1)从地层岩性和井身结构两方面说明全井钻井液的分段依据，论述各段钻井液体系选择依据和特性,各添加剂的功用；2)分段设计钻井液的常规性能；3)给出设计结果－钻井液的常规性能参数表和流变性能参数表；4)其他部分：阅读学习后可重点摘抄，不要求做。3钻井液部分74钻具组合设计4.1钻具及其组合设计按原设计那样分段进行，对每一段，按下面的4个步骤进行：1)钻具组合设计：依据本井的地质条件和防斜措施设计下部钻具组合类型(光钻铤、钟摆、满眼、塔式、弯壳体螺杆等)。4钻具组合设计82)钻具尺寸选配：依据井身结构确定的钻头尺寸，考虑教材91页表2-21钻头尺寸和钻柱尺寸的一般配合，再结合本井的地质条件和轨迹控制措施，来选择钻柱尺寸，包括钻铤、稳定器、钻杆和方钻杆的尺寸。注意：方钻杆和钻杆的尺寸一次选定后，全井不变，钻铤尺寸的选择也要兼顾全井。2)钻具尺寸选配：依据井身结构确定的钻头尺寸，考虑教材91页93)钻铤根数计算：在机械参数部分设计的每一段的钻压范围内，选其最大值，并用教材92页的公式2-21来计算钻铤的长度，再按每根钻铤9m来计算使用根数，并取整为立根数。4)给出结果：从钻头到钻杆的钻具组合。3)钻铤根数计算：在机械参数部分设计的每一段的钻压范围内，选104.2钻杆强度设计1)钻杆强度设计：分段完成上述工作后，在所选钻机的提升能力的限度内，取最大井深和该井深的钻具组合，按照教材上的设计方法并按单一钻杆柱设计钻杆强度。2)给出设计结果：所选钻杆外经、壁厚和钢级。4.2钻杆强度设计115钻井参数设计5.1钻头选型1)任务：按照原设计的钻井参数设计表的分段，设计各段的钻头个数、类别和型号(IADC编码)。2)要求：所选钻头的个数和类型与原设计一致，型号自己设计。可参考原设计，但必须说明理由。5钻井参数设计123)钻头型号(IADC编码)设计方法：分析各分段的地层岩石种类、特性和井深，据此大体判断所钻岩石的硬度、研磨性和可钻性的级别，依据这种级别选择相应钻头型号。3)钻头型号(IADC编码)设计方法：分析各分段的地层岩石种13

举例：某井…～…米井段：该井段为……组，主要为……岩，从岩性和井深大体判断为较软地层，但由于含有部分…岩，研磨性较强，为防止缩井，钻头应保径，故可选IADC编码为…的钻头1个，该钻头结构特点是……。举例：某井…～…米井段：该井段为……组，主要为……岩，145.2机械参数－钻压和转速设计

按照原设计的钻井参数设计表的分段，考虑以下5个方面来分段设计：1)钻头厂家推荐的钻压和转速范围

根据具体情况，所设计的钻压和转速有可能低于厂家推荐的下限，但不允许高于其上限。5.2机械参数－钻压和转速设计15

2)地层岩石种类、特性和井深

据此大体判断所钻岩石的硬度、研磨性和可钻性等的级别，为钻压和转速的设计提供基本依据。一般判断级别越高，钻压就越大。2)地层岩石种类、特性和井深16

3)所选钻机和钻井方法的限制一是功率的限制。指在井较深、井斜角较大时，旋转系统沿程消耗的功率较大，剩余给钻头破岩的功率就有限了，此时所加钻压和转速要受限。3)所选钻机和钻井方法的限制17

二是对转速的限制。如大庆-130为机械传动钻机，采用转盘钻时，转速只有固定的3档(67转/分、117转/分、217转/分)；又如采用井下动力钻，就得采用165mm的螺杆钻具的额定转速，约为200转/分；如果采用Ⅰ档的复合钻，则转速就为267转/分。二是对转速的限制。如大庆-130为机械传动钻机，采184)破岩、清岩和携岩的协调

设计钻压和转速不能只考虑破岩，还要考虑破岩、清岩和携岩的协调，否则就会出事故。这方面主要是在浅井段要考虑，因为浅井段破岩容易，岩屑量大，清岩和携岩速度跟不上易泥包、卡钻，故要限制钻压和转速。4)破岩、清岩和携岩的协调19

5)井眼轨迹控制要求

一旦一些井段有轨迹控制要求，钻压和转速的设计就必须首先满足这种要求。如一开的浅井段、定向井的直井段、造斜段、采用钟摆钻具的纠斜段和进入薄油层的水平段等。5)井眼轨迹控制要求20

举例：某井…～…米井段：本井段选的是IADC编码…的钻头，查《设计》41页表3-6，厂家推荐钻压…～…kN，转速…～…r/min；本井段主要为……岩，地层…，且易泥包；从破岩、清岩和携岩的协调关系看，应注意控制破岩的速度；并且是在浅井段和直井段，必须严格控制井斜；综合来看，应采用低钻压和适当低的转速，故在厂家推荐的下限内并结合现场经验，选钻压…～…kN，转速采用…档，…r/min。举例：某井…～…米井段：本井段选的是IADC编码…的钻头215.3给出设计结果上面两部分设计完成后，给出结果—钻进参数设计表。5.3给出设计结果225.4水力参数设计5.4.1说明1)井身结构、钻井液性能、钻头、钻柱和各次开钻的钻具组合方案；2)按原设计对全井的分段，从上往下分段做；5.4水力参数设计233)在每一井段，选择最大井深点为设计井深，以保证泵压不超过循环系统最大工作压力，确保安全钻进；4)浅井段常按经济钻头水功率原则来设计水力参数，其他井段则按最大钻头水功率原则设计；5)每一段按泵恒排量工作方式下的水力参数设计方法做。3)在每一井段，选择最大井深点为设计井深，以保证泵压不超过循245.4.2泵恒排量工作方式下的水力参数设计方法1)确定满足携岩要求的最低环空返速υa及最小流量

：影响υa的因素很多，其值很难用理论方法确定，现场常根据经验来确定。υa在江汉油田表层段取0.3～0.4m/s，技术套管段或扩眼段取0.6～0.8m/s，油层套管段取1.0m/s。5.4.2泵恒排量工作方式下25即最小排量Qa：Qa=式中：Qa—最优排量，L/s；

dp/dh—钻杆直径/井径，cm；υa—携岩最低环空返速，m/s。2)根据井壁稳定确定最大环空返速及最大流量即最小排量Qa：263)依Qa选Qmax定钻井泵的额定流量及缸套直径：使所选缸套直径对应的Qr稍大于Qa，但小于最低流量。Qr就是选定使用的排量。4)确定循环系统工作泵压ps

：应根据现场经验来确定ps。江汉油田表层套管井段和技术套管\扩眼井段用经济钻头水功率原则设计水力参数，故表层套管段ps为8MPa左右，3)依Qa选Qmax定钻井泵的额定流量及缸套直径：使所选缸套27

技术套管段或扩眼段ps为12MPa左右，油层套管段采用最大钻头水功率原则设计水力参数，可取ps等于循环系统最大耐压pmax，该值由循环系统管线最小耐压和泵缸套的额定压力来确定，其中较小的值为pmax。江汉油田一般钻机的pmax可取17MPa。技术套管段或扩眼段ps为12MPa左右，油层套管段采用28

说明：在ps确定以后，下一步要考虑的是如何在设计井深分配ps。要以Qr循环满足携岩需要，沿程必然要消耗一定的ps，这就是沿程压耗损失pL，这部分是必须要给的。剩余的才可能分配给钻头。说明：在ps确定以后，下一步要考虑的是如何在设295)计算设计井深的循环系统压耗pLpL=△pg+△pp+△pc5)计算设计井深的循环系统压耗pL306)计算钻头压降pb

对转盘钻：pb=ps－pL对井下动力钻：pb=ps－pL－pd说明：1)由于螺杆钻具在井底破岩是用高压钻井液驱动的，因此，采用井下动力钻的水力参数设计方法在计算钻头压降的时候，还要从总泵压中减6)计算钻头压降pb31

去井下动力钻具所消耗的压降pd，江汉油田在油层套管井段用的165mm螺杆钻具，其pd可取4MPa。2)pb、pL确定以后，压力、功率的优化分配就完成。下一步要通过钻头喷嘴的设计获得pb，故要计算当量喷嘴直径dne。去井下动力钻具所消耗的压降pd，江汉油田在油层套管井327)计算当量喷嘴直径dne

dne=式中：dne—钻头喷嘴的当量直径，cm；ρd—钻井液密度，g/cm3；C—喷嘴流量系数，一般取0.98；pb—钻头压力降，MPa；Q—排量；L/s。7)计算当量喷嘴直径dne338)优选喷嘴组合和尺寸dne确定后，应从改善井底流场方面考虑并确定喷嘴组合方式和每个喷嘴的尺寸。江汉油田一般在表层套管段软地层中采用二大一小或二小一大的三喷嘴组合，在其他地层中采用一大一小双喷嘴组合。为了防堵，江汉油田喷嘴直径不小于11mm。一般采用直径级差δ(两喷嘴直径之差)为1mm、2mm进行组合。建议不采用直径比进行组合。8)优选喷嘴组合和尺寸34

以喷嘴直径级差δ进行组合设计：双喷嘴组合：

J1=

J2=J1

+δ三喷嘴组合：以喷嘴直径级差δ进行组合设计：35

J1=J2=J1+δ

J3=J1+2δ说明：J1、J2、J3算出后还必须取整。5.4.3给出设计结果：所有井段分段按上述8个步骤设计完成后，给出设计结果—水力参数设计表。

366固井设计6.1套管柱设计：按教材《钻井工程理论与技术》或《石油工程设计》的方法做。6.2注水泥设计：按《石油工程设计》上的方法做。6.3套管附件设计：说明附件规格、类型和数量，对扶正器来说，还要说明其放置井段和放置间距。

6固井设计37钢级扣型壁厚/mm外径/mm名义重力/N/m抗内压强度/MPa抗外挤强度/MPa抗拉强度/KNJ-55STC9.65339.7795.418.8237.7912286.4J-55STC10.92339.7890.221.30510.6182646.7J-55STC12.19339.7992.423.78713.4453002.5N-80LTC7.72139.7248.153.36543.2991548.0N-80LTC9.17139.7291.963.36360.8811903.8N-80LTC10.54139.7335.768.12076.9452233.0P-110LTC7.72139.7248.173.36051.5731979.5P-110LTC9.17139.7291.987.15076.5322437.6P-110LTC10.54139.7335.790.735100.252860.2钢扣壁厚外径名义抗内压抗外挤抗拉J-55STC9.6533938谢谢！谢谢！39

一口井“设计部分”的具体内容和设计方法1井身结构设计1.1方法说明说明江汉油田无异常高压地层，也无地层压裂问题，所以不需要考虑地层压力和地层破裂压力剖面来设计井身结构。只需根据现场经验确定的必封段和必扩段来设计。一口井“设计部分”的401.2主要纵向尺寸设计1)设计内容和顺序：a)表层套管及其下深；b)技术套管及其下深；c)扩眼段及其扩眼井深；d)油层套管及其下深。

2)设计方法：先根据待封地层的特性和钻采的要求说明表层套管、技术套管和油层套管下入的必要性，扩眼段扩眼的必要性；再根据待封地层的底界深度，同时考虑地质预报的误差来确定各层套管的下深和扩眼井深。1.2主要纵向尺寸设计411.3全井其余框架结构尺寸设计1)设计内容和顺序：油层套管段：a)套管外径；b)钻头直径；c)钻达井深；d)水泥返深。技术套管段：同油层套管段。扩眼段：a)扩眼井径。表层套管段：同油层套管段。1.3全井其余框架结构尺寸设计422)设计方法：应由内向外，从油层套管层段开始，依据各段的地层特性，考虑钻井和固井要求，再参照教材256页的套管和井眼尺寸配合表，逐层设计套管下深对应的钻达井深、套管外径、套管外径对应的钻头直径、环空水泥返高4个参数；如果是扩眼段，则设计其扩眼井径1个参数。注意：油层套管的直径和下深是由甲方确定的。2)设计方法：应由内向外，从油层套管层段开始，依据各段的地431.4给出设计结果：画出井身结构示意图(原设计那样的)。1.5定向井剖面设计：如果是定向井，应说明其设计的剖面类型、基本参数和设计这些基本参数的地质和工程依据。可能的话，计算出井身剖面的分段数据，画出设计轨道的井身剖面图。1.4给出设计结果：画出井身结构示意图(原设计那样的)。442钻井主要设备部分1)钻机选型：说明本井的井别、井型和设计井深，据此选择钻机型号(可取原设计的钻机型号)，说明其额定钻深、最大钻深和钻机特点；还要说明配套选择的钻井泵型号和防喷器型号及其依据。2)给出设计结果：钻井主要设备表。2钻井主要设备部分453钻井液部分1)从地层岩性和井身结构两方面说明全井钻井液的分段依据，论述各段钻井液体系选择依据和特性,各添加剂的功用；2)分段设计钻井液的常规性能；3)给出设计结果－钻井液的常规性能参数表和流变性能参数表；4)其他部分：阅读学习后可重点摘抄，不要求做。3钻井液部分464钻具组合设计4.1钻具及其组合设计按原设计那样分段进行，对每一段，按下面的4个步骤进行：1)钻具组合设计：依据本井的地质条件和防斜措施设计下部钻具组合类型(光钻铤、钟摆、满眼、塔式、弯壳体螺杆等)。4钻具组合设计472)钻具尺寸选配：依据井身结构确定的钻头尺寸，考虑教材91页表2-21钻头尺寸和钻柱尺寸的一般配合，再结合本井的地质条件和轨迹控制措施，来选择钻柱尺寸，包括钻铤、稳定器、钻杆和方钻杆的尺寸。注意：方钻杆和钻杆的尺寸一次选定后，全井不变，钻铤尺寸的选择也要兼顾全井。2)钻具尺寸选配：依据井身结构确定的钻头尺寸，考虑教材91页483)钻铤根数计算：在机械参数部分设计的每一段的钻压范围内，选其最大值，并用教材92页的公式2-21来计算钻铤的长度，再按每根钻铤9m来计算使用根数，并取整为立根数。4)给出结果：从钻头到钻杆的钻具组合。3)钻铤根数计算：在机械参数部分设计的每一段的钻压范围内，选494.2钻杆强度设计1)钻杆强度设计：分段完成上述工作后，在所选钻机的提升能力的限度内，取最大井深和该井深的钻具组合，按照教材上的设计方法并按单一钻杆柱设计钻杆强度。2)给出设计结果：所选钻杆外经、壁厚和钢级。4.2钻杆强度设计505钻井参数设计5.1钻头选型1)任务：按照原设计的钻井参数设计表的分段，设计各段的钻头个数、类别和型号(IADC编码)。2)要求：所选钻头的个数和类型与原设计一致，型号自己设计。可参考原设计，但必须说明理由。5钻井参数设计513)钻头型号(IADC编码)设计方法：分析各分段的地层岩石种类、特性和井深，据此大体判断所钻岩石的硬度、研磨性和可钻性的级别，依据这种级别选择相应钻头型号。3)钻头型号(IADC编码)设计方法：分析各分段的地层岩石种52

举例：某井…～…米井段：该井段为……组，主要为……岩，从岩性和井深大体判断为较软地层，但由于含有部分…岩，研磨性较强，为防止缩井，钻头应保径，故可选IADC编码为…的钻头1个，该钻头结构特点是……。举例：某井…～…米井段：该井段为……组，主要为……岩，535.2机械参数－钻压和转速设计

按照原设计的钻井参数设计表的分段，考虑以下5个方面来分段设计：1)钻头厂家推荐的钻压和转速范围

根据具体情况，所设计的钻压和转速有可能低于厂家推荐的下限，但不允许高于其上限。5.2机械参数－钻压和转速设计54

2)地层岩石种类、特性和井深

据此大体判断所钻岩石的硬度、研磨性和可钻性等的级别，为钻压和转速的设计提供基本依据。一般判断级别越高，钻压就越大。2)地层岩石种类、特性和井深55

3)所选钻机和钻井方法的限制一是功率的限制。指在井较深、井斜角较大时，旋转系统沿程消耗的功率较大，剩余给钻头破岩的功率就有限了，此时所加钻压和转速要受限。3)所选钻机和钻井方法的限制56

二是对转速的限制。如大庆-130为机械传动钻机，采用转盘钻时，转速只有固定的3档(67转/分、117转/分、217转/分)；又如采用井下动力钻，就得采用165mm的螺杆钻具的额定转速，约为200转/分；如果采用Ⅰ档的复合钻，则转速就为267转/分。二是对转速的限制。如大庆-130为机械传动钻机，采574)破岩、清岩和携岩的协调

设计钻压和转速不能只考虑破岩，还要考虑破岩、清岩和携岩的协调，否则就会出事故。这方面主要是在浅井段要考虑，因为浅井段破岩容易，岩屑量大，清岩和携岩速度跟不上易泥包、卡钻，故要限制钻压和转速。4)破岩、清岩和携岩的协调58

5)井眼轨迹控制要求

一旦一些井段有轨迹控制要求，钻压和转速的设计就必须首先满足这种要求。如一开的浅井段、定向井的直井段、造斜段、采用钟摆钻具的纠斜段和进入薄油层的水平段等。5)井眼轨迹控制要求59

举例：某井…～…米井段：本井段选的是IADC编码…的钻头，查《设计》41页表3-6，厂家推荐钻压…～…kN，转速…～…r/min；本井段主要为……岩，地层…，且易泥包；从破岩、清岩和携岩的协调关系看，应注意控制破岩的速度；并且是在浅井段和直井段，必须严格控制井斜；综合来看，应采用低钻压和适当低的转速，故在厂家推荐的下限内并结合现场经验，选钻压…～…kN，转速采用…档，…r/min。举例：某井…～…米井段：本井段选的是IADC编码…的钻头605.3给出设计结果上面两部分设计完成后，给出结果—钻进参数设计表。5.3给出设计结果615.4水力参数设计5.4.1说明1)井身结构、钻井液性能、钻头、钻柱和各次开钻的钻具组合方案；2)按原设计对全井的分段，从上往下分段做；5.4水力参数设计623)在每一井段，选择最大井深点为设计井深，以保证泵压不超过循环系统最大工作压力，确保安全钻进；4)浅井段常按经济钻头水功率原则来设计水力参数，其他井段则按最大钻头水功率原则设计；5)每一段按泵恒排量工作方式下的水力参数设计方法做。3)在每一井段，选择最大井深点为设计井深，以保证泵压不超过循635.4.2泵恒排量工作方式下的水力参数设计方法1)确定满足携岩要求的最低环空返速υa及最小流量

：影响υa的因素很多，其值很难用理论方法确定，现场常根据经验来确定。υa在江汉油田表层段取0.3～0.4m/s，技术套管段或扩眼段取0.6～0.8m/s，油层套管段取1.0m/s。5.4.2泵恒排量工作方式下64即最小排量Qa：Qa=式中：Qa—最优排量，L/s；

dp/dh—钻杆直径/井径，cm；υa—携岩最低环空返速，m/s。2)根据井壁稳定确定最大环空返速及最大流量即最小排量Qa：653)依Qa选Qmax定钻井泵的额定流量及缸套直径：使所选缸套直径对应的Qr稍大于Qa，但小于最低流量。Qr就是选定使用的排量。4)确定循环系统工作泵压ps

：应根据现场经验来确定ps。江汉油田表层套管井段和技术套管\扩眼井段用经济钻头水功率原则设计水力参数，故表层套管段ps为8MPa左右，3)依Qa选Qmax定钻井泵的额定流量及缸套直径：使所选缸套66

技术套管段或扩眼段ps为12MPa左右，油层套管段采用最大钻头水功率原则设计水力参数，可取ps等于循环系统最大耐压pmax，该值由循环系统管线最小耐压和泵缸套的额定压力来确定，其中较小的值为pmax。江汉油田一般钻机的pmax可取17MPa。技术套管段或扩眼段ps为12MPa左右，油层套管段采用67

说明：在ps确定以后，下一步要考虑的是如何在设计井深分配ps。要以Qr循环满足携岩需要，沿程必然要消耗一定的ps，这就是沿程压耗损失pL，这部分是必须要给的。剩余的才可能分配给钻头。说明：在ps确定以后，下一步要考虑的是如何在设685)计算设计井深的循环系统压耗pLpL=△pg+△pp+△pc5)计算设计井深的循环系统压耗pL696)计算钻头压降pb

对转盘钻：pb=ps－pL对井下动力钻：pb=ps－pL－pd说明：1)由于螺杆钻具在井底破岩是用高压钻井液驱动的，因此，采用井下动力钻的水力参数设计方法在计算钻头压降的时候，还要从总泵压中减6)计算钻头压降pb70

去井下动力钻具所消耗的压降pd，江汉油田在油层套管井段用的165mm螺杆钻具，其pd可取4MPa。2)pb、pL确定以后，压力、功率的优化分配就完成。下一步要通过钻头喷嘴的设计获得pb，故要计算当量喷嘴直径dne。去井下动力钻具所消耗的压降pd，江汉油田在油层套管井717)计算当量喷嘴直径dne

dne=式中：dne—钻头喷嘴的当量直径，cm；ρd—钻井液密度，g/cm3；C—喷嘴流量系数，一般取0.98；pb—钻头压力降，MPa；Q—排量；L/s。7)计算当