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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、课程内容与要求 1 掌握钻井与完井工程设计流程和设计规范、格式； 2 掌握井身结构的设计方法； 3 掌握钻井工具的选用及钻井参数的设计计算； 4掌握固井工程设计方法，包括套管柱强度设计、注水泥设计等；按工程国标写设计报告。三、考核方式及成绩评定课程设计的成绩为百分制，课程考核标准组成： 1 格式、规范 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
2、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max=1.85g/cm3，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
3、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=10.359M
4、Pa12.5MPa,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）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。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(121/4i
5、n)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 111.3mm套管下至井深2950m。用101.6mm(4in)钻到目的层。井身结构表序号井段(m)钻头尺寸(mm)套管尺寸(mm)水泥返深(m)表层0460444.5339.7地面中间套管4602000311244.5地面中间尾管20002405215.9177.8地面油层套管24062954149.2119.3地面五开295429831
6、01.6（4in）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=53.95MPaPsi=53.59e0.0001150.552953=44.46MPa设计内压PiD=44.46Si=48.91MPa因此抗内压强度小于48.91MPa的套管不选用确定下部
7、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=Sc=1.1981.1Si1=1.1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：第一段套管下入长度：L1=29532618=335m校核第一段：-3=50.442KN1.8第三段采用C-95，壁厚6.35mm，Pc=48.47MPa，Pi=63.708MPa，q=16
8、9.3N/m，d=114.3mm，长圆螺纹。放可下入深度：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：（抗拉）抗挤：Sc1=1.198 抗内压：Si1=1.306第二段套管：-3=388.97。 抗挤 （抗内压） 第三段：-3=702.47。固井设计油层套管设计序号外径mm井段m段长m钢级壁厚重量KN安全系数段重累重抗拉抗挤抗内压3114.3024282428C-956.35411.06443.2272.0071.101.6862114.324282618190P-106.3532.167108.164.1
9、971.101.831114.326182963335C-907.3765.99565.99530.51.1981.3062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/cm3，=0.02PaS，0=15Pa钻井液性能m=85g/m， n=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=30.36m3V2=0.78510-49.96220=0.1557m3附加40
10、%：V3=（30.36+0.1557）0.4=12.21m3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： 袋用水量： 3替钻井液量Vm：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=Qk=0.0785(14.922114.32)1.642=11.3 ( L/s)计算管内流速Vi计算Rei:计算管外水泥浆段Reos计算管外钻井液井段Reom管内摩阻系数a=lg(0
11、.5)+3.93/50=0.0726b=(1.75-lgn)/7=0.293管外摩阻系数f0：Pc=32.411.32=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：替钻井液：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级水泥层次固井时对水泥的要求水泥浆的返高（m）水泥塞厚度（m）水泥浆密度（g/cm3）水泥浆滤失量ml水泥量T水泥等级添加剂用量Kg油层套管四、钻柱设计钻柱组合：
12、第四次开钻（24052954） 四开： 内径： qc=681.3N/m第四次开钻：井深：H=2980m，m=1.85g/cm3，dc=120.65mm，qc=681N/mLc=370m，dp=88.9mm，qp=194.14N/m，拉力余量450KN设计系数：1.30 选用钢级95钻杆：Py=1530.66KN，按设计m88.9mm，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:由表7-1选大庆I型钻机，钻柱最大重力752.343KN。所以选择大庆I型钻机。六、机械破碎参数设计根据地层提
13、供的可钻值可选钻头：第四次开钻：B22M1（24052980m）钻头序号钻头尺寸(mm)类型钻进井段(m)地层钻压(KN)转速(r/min)进尺（m）81492B22M24052953阳二508017012080七、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，则则塑性粘度为：动切力：流型指数：稠度系数：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）钻井序号：设计数据： Lc=289mm dp=88.9mm (di=70.2mm) Db=149.2mm确定流量：由ZPN-800B钻井泵水功率特性表查得缸套，Qr=28.41 L/s Pr=14.21MPa钻井液流变参数：2、计算循环压耗Pc钻杆内流速：钻杆外环空流速：钻铤内流速：钻铤外环空流速： =6.67MPa3、计算钻头压降Pb Pb=14.21-6.67=7.54MPa4、计算喷嘴当量直径de取流量系数C=0.985、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：查10-2表可得
