钻井工程设计钻具组合部分已完成 直井.docx

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钻井工程设计钻具组合部分已完成直井

《钻井工程》课程设计

乌39井

姓名

专业班级

油工61302

学号

201360043

班级序号

18

指导教师

张俊

1井身结构

1.1井身结构示意图

1.2井下复杂情况提示

地质

分层

井深

m

复杂情况提示

备注

K1tg

735

1.全井防塌、防卡、防掉牙轮。

2.全井防斜。

3.目的层防火、防喷。

4.全井防漏、防硫化氢。

5.乌尔禾组上部地层防泥岩缩径。

6.乌尔禾组防井漏。

J1b

1090

T1b

1610

P2w

2420

P2x

2450

1.3井身结构设计数据表

开钻次序

井深m

钻头尺寸mm

套管尺寸mm

套管下入地层层位

套管下入深度m

环空水泥浆返至井深m

一开

500

381.0

273.1

K1tg

500

地面

二开

2450

215.9

139.7

P2x

2450

1500

1.4井身结构设计说明

开钻次序

套管尺寸mm

设计说明

一开

273.1

一开采用Φ381.0mm钻头钻至井深500m，下入Φ273.1mm表层套管，水泥浆返至地面。

封隔地表和上部松散易塌地层，并未井口控制和后续安全钻井创造条件。

二开

139.7

二开使用Φ215.9mm钻头钻至设计井深2450m，下入Φ139.7mm油层套管，固井水泥浆返至井深1500m。

1.5钻机选型及钻井主要设备

序号

名称

型号

载荷（KN）

功率（KW）

备注

一

钻机

ZJ40

2250

二

井架

JJ225/42-A2

2500

三

提升系统

绞车

JC32B

735

天车

TC2-225

2500

游动滑车

YC250

2500

大钩

DG250

2500

水龙头

SL225

2250

四

顶部驱动装置

五

转盘

ZP520B1

六

循环系统配置

钻井泵1#

F-1300

960

钻井泵2#

F-1300

960

钻井泵3#

钻井液罐

13000×3000×2500

总容量：

196m³

搅拌器

NJ-7.5

12个

七

钻机动力系统

柴油机1#

GV12V190B-3

930

柴油机2#

GV12V190B-3

930

柴油机3#

GV12V190B-3

930

八

发电机组

发电机1#

PZ8V-190D-2

300

发电机2#

PZ8V-190D-2

300

MCC房

九

钻机控制系统

自动压风机

2V6.5/12

电动压风机

2V6.5/12

气源净化装置

刹车系统

辅助刹车

十

固控系统

振动筛1#

RCZ2000

2.2

1套

振动筛2#

2.2

除砂器

RCZ2000

1套

除泥器

离心机

LW400×8

24

十一

加重装置

加重漏斗

1套

电动加重泵

气动下灰装置

1套

十二

井控系统

双闸板防喷器

二开：

2FZ35-35

控制装置

FKQ3204

节流管汇

JG-35

压井管汇

YG-35

液气分离器

YFQ-800

1套

除气器

CQ2-4

1套

十三

仪器仪表

钻井参数仪表

八参数仪

1套

测斜仪

单点测斜仪

1套

测斜绞车

硫化氢检测仪

硬携式

1套

固定式

十四

液压大钳

1套

2.钻具组合设计

2.1一开钻具组合设计

本井一开钻井液密度为ρd=1.15g/cm3，最大钻压Wmax=100KN，钻井深度D1=500m，井斜角为0°，钢材密度取7.85g/cm³，安全系数取SN=1.2。

2.1.1选择尺寸配合

一开井眼直径381mm，钻头尺寸选用直径381.0mm，根据钻头与钻柱尺寸配合关系，钻铤选用直径为228.6mm的钻铤，钻杆选用直径为127mm的钻杆。

2.1.2钻铤长度设计

（1）计算浮力系数Kb=1-（ρd/ρs）=1-（1.15/7.85）=0.854

（2）计算第一段钻铤长度

本井选用NC61-90线密度qc=2.847kN/m，单根长度为9.1m的钻铤，根据中心点原则该钻铤需用长度为：

Lc=SNWmax/（qcKb）=（1.2×100）/（2.847×0.854×1）=49.356m

n=49.356/9.1=5.4

根据库存和防斜要求NC61-90钻铤实取6根，上接直径为203.2mm的钻铤9根，直径为177.8的钻铤12根，组成塔式钻具组合。

（3）钻铤参数计算

钻铤总长度为：

Lc=Lc1+Lc2+Lc3=（6+9+12）×9.1=245.7m

钻铤总浮重为：

Fmc=Kbcosα（Lc1qc1+Lc21qc2+Lc31qc3）

=0.854×1×（6×2.847+9×2.19+12×1.606）×9.1=435.7kN

2.1.3钻杆强度设计

本井钻杆选用外径127mm，壁厚为9.195mm，D级新钻杆，其线密度=0.284kN/m，最小抗拉挤力Fy=1290.86kN，最小抗挤力为pc=50.96Mpa。

（1）计算最大安全静拉力

本井抗拉安全系数取St=1.3

Fa=0.9Fy/SSt=0.9×1290.86/1.3=893.67kN

（2）计算最大许用井深

Lp=Fa/（qpKb）-Fmc/（qpKb）

=（893.67-435.7）/（0.284×0.854）=1888.26m

则：

Lp+Lc=1888.26+245.7=2133.96≥D1该钻杆满足本井强度要求。

（3）抗外挤强度校核

计算最大外挤力

Pcmax=0.00981ρd（D1-Lc）=0.00981×1.15×（500-245.7）=2.869MPa

抗外挤系数Sc=1.1，则所需抗挤强度为：

P=PcmaxSc=2.869×1.1=3.156Mpa

则该钻杆满足抗挤要求。

2.1.4一开钻具组合

综上所述，本井一开钻具组合采用如下：

Φ381.0mm钻头，Φ228.6mm钻铤3根，Φ203.2mm钻铤6根，Φ177.8mmmm钻铤12根,Φ127mm钻杆。

2.2二开钻具组合设计

本井二开钻具组合，井液密度为ρd=1.15g/cm3，最大钻压Wmax=160kN，钻井深度D2=2450m，井斜角为0°，钢材密度取7.85g/cm³，安全系数取SN=1.3。

2.2.1选择尺寸配合

二开井眼直径215.9mm，钻头尺寸选用215.9mm钻头，根据钻头与钻柱尺寸配合关系，钻铤选用158.8mm钻铤，钻杆选用127mm钻杆。

2.2.2钻铤长度设计

（1）计算浮力系数=1-（ρd/ρs）=1-（1.15/7.85）=0.854

（2）计算第一段钻铤长度

本井选用NC-62（4IF），其线密度=1.212kN/m，单根长度为9.1m，根据中心点原则该钻铤需用长度为：

Lc=SNWmax/（qcKb）=（1.2×160）/（1.212×0.854x1）=185.5mm

n=185.5/9.1=20.38

根据库存和防斜要求NC-62（4IF）钻铤实取21根上接直径为158.8mm的随钻震击器，直径为158.8mm的钻铤3根。

（3）钻铤参数计算

钻铤总长度为：

Lc=Lc1+Lc2+=（21+3）×9.1=218.4m

钻铤总浮重为：

Fmc=Kbcosα（Lc1qc1+Lc21qc2）

=0.854×1×218.4×1.212=226.05kN

2.2.3钻杆强度设计

本井钻杆选用外径127mm，壁厚为9.195mm，D级新钻杆，其线密度=0.284kN/m，最小抗拉挤力Fy=1290.86kN，最小抗挤力为pc=50.96Mpa。

（2）计算最大安全静拉力

本井抗拉安全系数取St=1.3

Fa=0.9Fy/SSt=0.9×1290.86/1.3=893.67kN

（2）计算最大许用井深

Lp=Fa/（qpKb）-Fmc/（qpKb）

=（893.67-218.4）/（0.284×0.854）=2784.21m

则：

Lp+Lc=2784.21+218.4=3002.6m≥D2该钻杆满足本井强度要求。

（3）抗外挤强度校核

计算最大外挤力

Pcmax=0.00981ρd（D1-Lc）=0.00981×1.15×（2450-218.4）=25.18MPa

抗外挤系数Sc=1.1，则所需抗挤强度为：

P=PcmaxSc=25.18×1.1=27.69Mpa

则该钻杆满足抗挤要求。

（4）钟摆钻具组合设计

在二开井段出现易斜地层，需进行防斜钻具组合设计，本井采用钟摆钻具组合进行防斜，根据井眼直径选用215mm稳定器，并计算其到钻头距离，如下：

计算钻铤截面轴惯性矩

J=π/64（dc4-dci4）{dc-外径d-内径}

=π/64（0.15884-0.07144）

=2.99×10-5

计算水力半径

r=1/2（dh-dc）{-井径dc-内径}

=1/2（0.2159-0.0.1588）

=0.02855m

计算A,B,C

A=π2qmsinα

=π2×1.212×0.854×sin5°

=0.8903

B=82.04Wr=82.04×160×0.02855=374.76

C=184.6π2EJr{E=205.94}

=184.6×π2×205.94×2.99×10-5×0.02855

=0.3203

计算稳定器钻头距离

Lz=√（（√（B2+4AC）-B）/2A）

=（（（374.762+4×0.8903×0.3203）0.5-374.76）/2/0.8903）0.5

=0.029m

第二稳定器位置计算

计算钻铤截面轴惯性矩

J=π/64（dc4-dci4）{dc-外径d-内径}

=π/64（0.15884-0.07144）

=2.99×10-5

计算水力半径

C=1/2（dh-dc）{-井径dc-内径}

=1/2（0.2159-0.0.1588）

=0.02855m

第二稳定器距离钻头最优长度

Lp=（16C×E/qm/sinα）0.25

=（16×0.02855×205.94/1.212/0.854/sin5°）0.25

=5.68m

2.2.4二开钻具组合

综上所述，在二开井深常规钻具组合如下：

Φ215.9mm钻头，Φ158.8mm钻铤21根，Φ158.8随钻震击器，Φ158.8mm钻铤3根，Φ127mm钻杆

易斜井段采用双钟摆钻具组合Φ215.9mm钻头，Φ158.8mm钻铤2根，Φ215mm稳定器，Φ158.8mm钻铤1根Φ215mm稳定器，Φ158.8mm钻铤18根，Φ158.8随钻震击器，Φ158.8mm钻铤3根，Φ127mm钻杆。

3钻井液设计

3.1钻井液完井液设计

开钻次序

井段m

常规性能

流变参数

总固含%

膨润土含量%

密度g/cm^3

漏斗粘度s

API失水ml

泥饼mm

pH值

含砂%

HTHP失水ml

摩阻系数

静切力Pa

塑性粘度mPa.s

动切力Pa

n值

K值

初切

终切

一开

0~500

1.10~1.20

60~90

≤10

≤1

8~9

1.5~8

2~11

15~30

5~15

≤20

5~8

类型

配方

处理方法与维护

坂土-CMC钻井液体系

5%~8%坂土+0.4%Na2CO3+0.2%~0.4%CMC-MV+重晶石

1）要求配制坂土浆，充分预水化24h以上，再加入CMC-MV

搅拌均匀，粘度达到60s以上开钻。

2）表层疏松，钻进中要求适当的控制坂含和粘切，注意防塌、防漏、防窜。

3）钻井液的维护以水化好的坂土浆和CMC-MV胶液位主，以细水长流的方式补充到井浆中。

4）保证固控设备运转良好，合理使用好固控设备。

钾钙基聚磺钻井液体系

3%~4%坂土+0.2%Na2CO3+0.2%KOH+0.5%~0.6%JT888（SP-8）+5%~7%KCl+0.5%~0.6%PMHA-2+0.4%~0.6%NPAN+0.1%~0.2%XY-27+2%阳离子乳化沥青+1%~2%SPNH+1%~2%低荧光润滑剂+1%~2%SPNH+1%~2%SMP-1（胶）+0.2%~0.5%CaO+重晶石

进入目的层前50m，加入2%QCX-1和1%WC-1,并确保阳离子乳化沥青含量达2%

1）将一开钻井液用清水和胶液冲稀至30~40g/l，再按配方要求转化，调整性能至设计要求后方可二开。

2）二开裸眼井段长，要求做好井壁稳定工作，加强钻井液的包被抑制和封堵作用，提高钻井液的防塌、防卡的能力。

3）保证PMHA-2的加量，配合使用KCl和CaO,以防止粘土矿物的水化膨胀，提高钻井液的抑制性和防塌能力；以JT888（SP-8）、NPAH和SPNH、SMP-1（胶）改善泥饼质量，降低滤失量；以低荧光润滑剂提高钻井液润滑性能。

钻进中根据井下实际情况合理调整钻井液性能。

将所需加入的处理剂按比例配成胶液以细水长流的方式补充，防止钻井液性能波动过大。

4）本井段钻井液密度设计为1.07~1.18g/cm^3。

钻进过程中先使用下限，根据实际钻井过程中的压力平衡情况及井壁稳定情况进行密度调整，做到近平衡钻井，严防井漏、井喷事故发生。

如果实钻中因地层复杂而需要钻井液密度超出设计时，为确保安全钻井和减少井下复杂事故发生，施工单位必须及时报请项目经理部按有关程序审批，批准后才能实施。

但若遇紧急情况，钻井队可先处理再及时上报。

5）入井的处理剂使用前应通知地质录井人员，对气测有影响的处理剂，补充时应停钻循环，直到气测现实稳定后再恢复钻进。

根据录井要求进行钻井液滤液分析化验。

6）保证四级固控设备运转良好，钻进中要求振动筛（筛布使用80目以上）开动率100%，除砂器、除泥器运转时率80%，离心机有效开动率应满足钻井液相关的性能要求，以“净化”保“优化”。

7）进入目的层前50m，加入2￥阳离子乳化液沥青、2%QCX-1和1%WC-1.以增强泥饼的防透性，形成致密高强度的“屏蔽环”，防止钻井液对油气层造成严重伤害。

8）风3井固井过程中井漏，固井完后未能封住油气水层，造成井喷，喷出物含硫化氢气体。

钻井施工中应加强硫化氢的监测和预报。

9）井场按设计品种和数量，储备足够的备用材料，施工井队应根据钻井实际情况制定合理详细的防漏、防喷预案。

10）固井下套管前，严格按照固井要求进行承压试验。

备注：

低荧光润滑剂荧光级别小于5级

3.2钻井液材料用量设计

开钻次序

一开

二开

三开

钻头尺寸mm

444.5

215.9

井段m

0~500

~2450

井筒容积m³

57

97

钻井液用量m³

186

326

储备钻井液

密度g/cm^3

体积m³

材料名称

用量t（m³）

合计t（m³）

坂土

14.0

10.0

24.0

CMC-MV

0.7

0.7

NaCO3

0.7

0.7

1.4

KOH

0.7

0.7

JT888（SP-8）

2.0

2.0

PMHA-2

2.0

2.0

XY-27

0.3

0.3

NPAN

2.0

2.0

SPNH

4.8

4.8

SMP-1（胶）

6.5

6.5

低荧光润滑剂

4.8

4.8

阳离子乳化沥青

6.5

6.5

KCl

23.0

23.0

CaO

1.6

1.6

QCX-1

6.5

6.5

WC-1

3.3

3.3

重晶石

20.0

10.0

30.0

备用材料名称

用量t（m³）

合计t（m³）

重晶石

30.0

堵漏剂

10.0

碱式碳酸锌

2.0

4水力参数设计

4.1钻头设计

序号

尺寸mm

型号

数量

钻进井段m

进尺m

纯钻时间h

预测机械钻速m/h

1

381.0

MP2G

1

0~500

500

25

20

2

215.9

HJ437

2

~1700

1200

92

13

3

215.9

HJT537GK

3

~2450

750

150

5

备注：

本井设计取心10m，设计胎体三角聚晶金刚石取心钻头1只。

4.2钻井参数设计

4.2.1一开钻井参数设计

本井一开使用钻井液密度ρd=g/cm³，粘度μpv=mPa.s.井深D=m，井眼直径Dh=cm，钻铤直径dc=cm，钻铤内径du=cm，钻杆直径dp=cm，钻杆内径dpi=cm，钻铤长度Lc=m。

钻杆接头采用的平式，B=0.51655

（1）确定最小排量

①计算最低环空返速

=

本井要求环控返速为，所以Va取m/s。

②计算携岩最小排量

Qa=

（2）计算偏环系统压耗系数

①

②计算Kc

5套管强度设计

6固井设计

6.1各层次套管串结构数据表

套管程序

井深m

套管下深m

套管串结构（套管刚级、壁厚、长度、浮鞋、浮箍、分级箍、悬挂器等位置）

表层套管

500

500

Φ273.1mm引鞋+Φ273.1mm套管（1根）（J55×8.89mm）+Φ273.1mm内注接头+Φ273.1mm套管串（J55×8.89mm）+Φ273.1mm联顶节

油层套管

2450

2450

Φ139.7mm引鞋+Φ139.7mm套管（1根）（N80×7.72mm）+Φ139.7mm浮箍+Φ139.7mm套管串（N80×7.72mm）+Φ139.7mm联顶节

6.2套管扶正器安放要求

套管程序

套管尺寸mm

钻头尺寸mm

井段m

扶正器型号

扶正器间距m

扶正器数量个

油层套管

139.7

215.9

1450~1750

弹性扶正器

30

10

139.7

215.9

1750~2350

弹性扶正器

20

30

139.7

215.9

2350~2450

弹性扶正器

10

10

139.7

215.9

1500~2450

旋流扶正器

10

备注：

旋流扶正器安放在井径扩大较为严重的井段，提高环空顶替效率，保证封固段固井质量。

6.3各层次套管固井主要附件

名称

尺寸mm

型号

壁厚mm

钢级

数量

备注

浮箍浮鞋

Φ139.7

1套

内管注接头

Φ273.1

1套

带引鞋

固井胶塞

Φ139.7

1个

弹性扶正器

Φ139.7

50个

旋流扶正器

Φ139.7

10个

标节

Φ139.7

7.72

N80

4个

LCSG

6.4水泥浆配方及性能

套管程序

表层套管

油层套管（微珠）

配方

G级+4%DS-B1+44%H20

G级+20%WZ+10%WG+4%SW-1A+2%JB-1+2%KQ-C+[2%ST300C+0.6%SXY-2+8%ST300L+0.25%ST200R]（湿混）+0.10%ST500L+0.5%DL500+52%H20

实验条件

（6.9MPa×30℃）

（28MPa×68℃）

密度g/cm³

1.89

1.50

稠化时间min

90~120

130

API滤失量ml

<150

自由水ml/250ml

流变性能

塑性粘mpa.s

动切力Pa

n值

K值

抗压强度MPa/24h

>13

注：

现场施工前必须根据实际情况做复核试验。

6.5水泥用量

套管程序

套管尺寸mm

钻头尺寸mm

环空容积m³

水泥浆返深m

水泥塞长度m

水泥等级

纯水泥（或者矿渣）t

备注

表层套管

273.1

381

33.58

地面

10

G级

50

生产套管

139.7

215.9

31.48

1500

15

G级

40

微珠

6.6前置液用量设计

材料名称

数量（m³）

套管层次

表层套管

生产套管

合计

冲洗液

10

10

隔离液

5

5

6.7固井主要材料消耗

序号

名称

型号规格

单位

数量

备注

1

套管

Φ273.1mmJ55×8.89mmBCSG

t

33.37

国产（天钢）

Φ139.7mmN80×7.72mmLCSG

t

69.87

国产（天钢）

2

水泥

G级

t

90

微硅

WG

t

4

微珠

WZ

t

8

3

水泥外加剂

促凝剂

DS-B1

t

2.4

降失水剂

ST300L

t

3.52

分散剂

SXY-2

t

0.36

防窜剂

KQ-C

t

0.8

早强剂

SW-1A

t

1.6

消泡剂

ST500L

t

0.05

交联剂

ST300C

t

0.88

堵漏剂

DL500

t

0.2

缓凝剂

ST200R

t

0.11

4

冲洗液

m³

10

隔离液

m³

5

5

套管附件

内注接头

Φ273.1mm

套

1

（带引鞋）

浮箍浮鞋

Φ139.7mm

套

1

弹性扶正器

Φ139.7mm

个

50

旋流扶正器

Φ139.7mm

个

10

固井胶塞

Φ139.7mm

个

1

标节

Φ139.7mmN80×7.72mmLCSG

个

4

7钻井施工要求

7.1开钻前要求

（1）严格按要求安装设备，达到平、稳、正、全、牢。

天车、转盘、井口中心在同一铅垂线上，偏差小于10mm。

经动负荷试运转2h正常并对高压管汇进行1.5h的25MPa流动试压，且经验收合格后方可开钻。

（2