钻井工程与采油工程课程设计报告书

第一章设计资料收集1.1 设计井基本资料1．2 邻井基本参数1.井身结构2.地层压力3.钻具组合4.钻井液性能5.水力参数6.钻井参数7.套管柱设计参数8.注水泥设计参数第二章 井身结构设计2.1 钻井液的压力体系2.1.1 最大钻井液密度b pma max S x +=ρρ (2-1)式中 max ρ—— 某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度，3g/cm ；pm ax ρ—— 该井段中所用地层孔隙压力梯度等效密度，3g/cm ；b S —— 抽吸压力允许值的当量密度，取0.036 3g/cm 。

发生井涌情况fnk ρ=pm ax ρ+b S +S f +niH S H kpmax ⨯ (2-2)fnk ρ—— 第n 层套管以下井段发生井涌时，在井最大压力梯度作用下，上部地层不被压裂所应有的地层破裂压力梯度，3g/cm ；ni H —— 第n 层套管下入深度初选点，m ；k S —— 压井时井压力增高值的等效密度, 取0.06 3g/cm ； s f —— 地层压裂安全增值，取0.03 3g/cm 。

2.1.2 校核各层套管下到初选点时是否会发生压差卡套3pmin b pmax mm 210)(81.9-⨯-+⨯=∆ρρS H P r (2-3)rn p ∆—— 第n 层套管钻进井段实际的井最大静止压差，MPa ；min p ρ—— 该井段最小地层孔隙压力梯度等效密度，3g/cm ； ∆P —— 避免发生压差卡套的许用压差，取12 MPa ；mm H —— 该井段最小地层孔隙压力梯度的最大深度，m 。

2.2井身结构的设计2.2.1套管层次的确定1.确定油层套管下入深度H 1因为井深H=2000m,所以油层套管下入深度H 1=2000m 。

2.确定第技术套管下入深度H 2 (1) 初选点H i 2试取 H i 2=310 m 参考临井基本参数, 310f ρ=1.60g/cm 3,pm ax ρ=1.12 g/cm 3由公式2-2f2k ρ=1.12+0.036+0.03+310060.02000⨯f2k ρ=1.573(g/cm 3)因为f2k ρ< 950f ρ且相近，则初选点下入深度H 2i =310 m 。

(2) 校核H 2i =310 m在此井段 , pm ax ρ=1.12 g/cm 3,ρpmin=0.85g/cm 3 , H m m =163 m 。

由公式 2-3∆P 2r =9.81⨯163×(1.12+0.036-0.85)⨯103- ∆P 2r =0.17126(MPa)因为∆P 2r < ∆P,所以不会产生压差卡套, 则确定此级套管的下入深度 310m 。

3.确定第表层套管下入深度H 3 (1) 试取H i 3=80 m参考临井基本参数，pm ax ρ=0.85 g/cm 3,80f ρ=1.50g/cm 3。

参考邻井资料的钻井液性能指标的数据：在0-163m 的井段上钻井液的密度围为1.1-1.2g/cm 3,在这里我们试取钻井液密度为1.15g/cm 3由公式 2-2和2-1f3k ρ=1.15+0.03+80160310⨯ f3k ρ=1.4125(g/cm 3) 因为ρf3k<200f ρ且相近，则初选点下入深度H i 3=40m 。

(2) 校核H 3i =80m在此井段 ,pm ax ρ =0.85 g/cm 3,pm in ρ=0.85 g/cm 3,H m m =80 m 。

由公式 2-3r3P ∆=9.81⨯80⨯(1.2-0.85)⨯103- r3P ∆=0.27468(MPa)因为r3P ∆ <∆P,所以不会产生压差卡套, 则确定此级套管下入深度为 80 m 。

2.2.2 套管尺寸与井眼尺寸的选择与配合1 .查《钻井手册(甲方)》，选择以下钻头与套管如下：表2-1 钻头与套管的选择第三章钻具设计3.1钻铤的设计根据五兹和鲁宾斯基理论得出，允许最小钻铤的最小外径为：允许最小钻铤外径=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。

3.1.1所需钻铤重量的计算公式m=b fm K SW⨯（3-1）m ——所需钻铤的重量，kN ;Wm——所需钻压；Sf ——安全系数, 此取Sf=1.2 ；Kb——浮力系数；Lc——所需钻铤的长度, m ；Ldp——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 。

3.1.2计算钻柱所受拉力的公式1．钻柱所受拉力P=[（Ldp ⨯ qdp+ Lc⨯ qdp）] Kb（3-2）P ——钻柱所受拉力，kN ；P外挤 =dρg L （3-3）P 外挤—— 钻杆所受外挤压力,MPa 。

3.2钻铤长度的计算3.2.1一次开钻钻具组合1 .钻铤长度的确定选钻铤外径203.2mm ，径71.4mm ，q c =2190N/m 。

此时b K =0.858，W=40KN L c =N c b S W q k ⋅⋅=858.019.2402.1⨯⨯=25.54m 从而实际用3根，实际长度3⨯9.1=27.3（m ） 2.钻杆长度计算及安全校核钻杆外径139.7mm ，径121.4mm ，q=319.71N/m ，钢级E 级y F =1945.06KN ，t S =1.3 （1）安全系数校核：1Fa =0.9y F /t S =0.9⨯1945.06/1.3=1346.58KN (2) 卡瓦挤毁校核2Fa =0.9y F /(y σ/x σ)=0.9⨯1945.06/1.42=1232.78KN（3）动载校核：3Fa =0.9y F -MOP=0.9⨯1945.06-400=1350.5KN 较三种安全校核知卡瓦挤毁校核计算的最小则钻杆 Lp=（2Fa - q c ⨯L c ⨯ b K ）/（q ⨯b K ）=4307.08m>80m 从而实际用钻杆：80-27.3=52.7m校核抗挤度：P 外挤=gh ρ=1.1⨯1000⨯9.8⨯（80-27.3） 0.568MPa <D σ=58.21MPa 故安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。

3.2.2 二次开钻钻具组合1 .钻铤长度的确定选钻铤外径203.2mm ，径71.4mm ，q c =2190N/m 。

此时b K =0.852，W=180KN L c =N c b S W q k ⋅⋅=852.019.21802.1⨯⨯=115.7m 从而实际用13根，实际长度13⨯9.1=118.3（m ） 2.钻杆长度计算及安全校核钻杆外径139.7mm ，径118.6mm ，q=360.59N/m ，钢级E 级y F =1945.06KN ，t S =1.3 （1）安全系数校核：1Fa =0.9y F /t S =0.9⨯1945.06/1.3=1346.58KN (2) 卡瓦挤毁校核2Fa =0.9y F /(y σ/x σ)=0.9⨯1945.06/1.42=1232.78KN（3）动载校核：3Fa =0.9y F -MOP=0.9⨯1945.06-400=1350.55KN 较三种安全校核知卡瓦挤毁校核计算的最小则钻杆 Lp=（2Fa - q c ⨯L c ⨯ b K ）/（q ⨯b K ）=3294.2m>310m 从而实际用钻杆：310-118.3=191.7m校核抗挤度：P 外挤=gh ρ=1.15⨯1000⨯9.8⨯（310-118.3） =2.1605MPa<D σ=58.21MPa 故安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。

3.2.3 三次开钻钻具组合1 .钻铤长度的确定选钻铤外径152.4mm 。

q c =1212N/m 。

此时b K =0.839，W=180KN L c =N c b S W q k ⋅⋅=839.0212.11802.1⨯⨯=212.41m 从而实际用24根，实际长度24 ⨯9.1=218.4（m ） 2.钻杆长度计算及安全校核钻杆外径127mm ，径112mm ，q=237.73N/m ，钢级E 级y F =1760.31KN ，t S =1.3 （1）安全系数校核：1Fa =0.9y F /t S =0.9⨯1760.31/1.3=1218.676KN (2) 卡瓦挤毁校核2Fa =0.9y F /(y σ/x σ)=0.9⨯1760.31/1.42=1115.68KN（3）动载校核：3Fa =0.9y F -MOP=0.9⨯1760.31-400=1184.279KN 较三种安全校核知卡瓦挤毁校核计算的最小则钻杆 Lp=（2Fa - q c ⨯L c ⨯ b K ）/（q ⨯b K ）=4480.17m>2000m 从而实际用钻杆：2000-218.4=1781.6m 。

校核抗挤度：P 外挤=gh ρ=1.25⨯1000⨯9.8⨯（2000-218.4） =21.825MPa<D σ=68.96 MPa 综上安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。

钻具选择表第4章 钻井液设计4.1钻井液的选择4.1.1井筒钻井液体积V bi =4π2bi D i L (4-1) V bi ——第i 次开钻时井筒钻井液的体积，m 3； D bi ——第i 次开钻时钻头的直径，m ；L i ——第i 层套管的下入深度，m ；加ρ——所加入的重晶石的密度，取4200 3kg/m ；重ρ——加入重晶石粉后钻井液的密度，3kg/m ； 原ρ——加入重晶石之前的钻井液的密度，3kg/m 。

4.1.2需要加入粘土的量W 土=水土水泥泥土）（ρρρρρ--V （4-2）式中 土ρ——所加入粘土的密度，取 2000 3kg/m ； 水ρ ——水的密度，取1000 3kg/m ； 原ρ——加入粘土前钻井液的密度，3kg/m 。

V 原——所配钻井液的最大体积，m 3。

4.1.3需要加入清水的量Q 水=V 原-水ρ土W （4-3）式中 W 土——所加入的粘土的量，t ；水ρ ——水的密度，取10003/m kg 。

W 加=V ρρρρρ--重加原原重加（）（4-4）式中 加ρ——所加入的重晶石的密度，取4200 3kg/m ；重ρ——加入重晶石粉后钻井液的密度，3kg/m ； 原ρ——加入粘土前钻井液的密度，3kg/m 。

参考临井资料，一开和时钻井液的密度为1.15 3g/cm ，二开和三开时钻井液密度同为1.156 3g/cm ，无须改变钻井液的密度。

4.2 钻井液体最大积的计算4.2.1 一次开钻井筒钻井液体积由公式4-1 V 1b =2(0.4445)4π⨯80V 1b =12.41(m 3)4.2.2 二次开钻井筒钻井液体积由公式4-1 V 2b =2)2159.0(4π⨯310V 2b =11.34(m 3)4.2.3三次开钻井筒钻井液体积由公式4-1 V 3b =2)2159.0(4π⨯2000V 3b =73.18(m 3)一般泥浆池要存储备用50m3钻井液，取循环浪费20 m3钻井液，所以V原>50+20+73.18,所以V原>143.18 m3,V原=160m3。