钻井工程设计
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1 第二部分 钻井工程设计
1 地质资料及基本数据
地质资料是钻井工程设计的地质依据和基本资料，它应包括有一口井设计的基本数据及地质情况介绍。
1.1 基本数据
由教师提供数据中包括以下内容：
⑴井号：指设计井的编号。
⑵井别：指设计井的类别。
井别可分为探井及生产井两大类：探井可分为资料井、干探井、详探井……；生产井可分为采油井、注水井等。
⑶井位：指设计井所在的地理位置，一般有两种表示方法，地域表示法及坐标表示法。
地域表示法：深井按地理位置表示为XX省XX县XX村XX方位XX米，生产井按所在油田邻井位置表示为：XX油田XX井XX方位XX米。
⑷井深：指设计井预定钻达深度。
如设计井为定向井，应标明垂直井深，靶点的方位及水平位移。
⑸区域地质情况简介：
⑹钻探目的及完井原则：
①钻探目的：探井应指明勘探XX油田XX层位含油气情况；生产井应指明完善XX油田XX层组的开发井网
②完钻原则：探井应指明钻入XX段XX米后无油气显示完钻或钻完预定井深后完钻。生产井应指明钻穿相当于XX井XX米至XX米井段油层留足口袋完钻或钻完预定井深完钻。
③下套管及注水泥要求：应指明所下入油层套管外径及阻流环所在位置，还应指明水泥上返应封固的最上部油层段。
⑺地层分层描述：根据依据井（邻井）钻探的情况，对地层分层的描述，如各组岩层的所在深度、厚度、主要岩性、含油气情况。
⑻地层压力及地层破裂压力预测：应指明依照邻井或地区统计资料所得到的地层压力变化值及地层破裂压力变化值，一般用井深—压力曲线表示。
1.2 地质资料录取要求
⑴一般应指明岩屑录井、钻时录井、气测录井、泥浆录井等地质部门所要求的资料录取要求，从XX 米到XX米每X米取一次（包）。
⑵如有取岩心操作，应指明应在XX米取岩心长度X米，岩心直径为XX毫米，收获率应在XX%以上。
⑶完钻及中间电测要求：应指明钻至XX米时进行中间电测，钻完全部井深时进行完井电测，并指明电测井的项目组合及解释要求，如有井壁取芯应指明在XX井深取芯X。
1.3 故障提示
提示在钻井过程中会因哪些地质因素引起钻井复杂情况和事故。
1.4 关于地质资料的说明
在地质设计中一般应包括以上内容，但在钻井工程设计中只给出基本数据即可满足设计需要。其余地质设计内容，只在设计中列出有关项目即可。
2井身结构设计
2.1井身结构设计依据
设计应当以地层压力剖面及地层破裂压力剖面曲线为依据。
2.2井身结构设计内容
⑴各层套管下入深度的确定
油层套管下入深度，一般根据完井方式由地质基本数据中给出的主力油层位置确定。
表层套管及中间套管下入深度由计算确定 2 ⑵套管下入层次的确定
一般油井中均应下表层套管及油层套管，是否需要下入中间套管，下入几层中间套管，应由计算确定。
⑶各层套管段应由钻深确定。
⑷各层套管外径及钻相应井段的钻头直径确定。
⑸各层套管外水泥上返的高度确定。
2.3设计方法
⑴各层套管由下入深度及下入层次的觉得方法可按《钻井工程理论与技术》第二章第四节中的公式予以计算。
⑵各层套管直径及相应钻头直径的确定，可推荐我国常用两种套管及钻头系列决定。
表 1
套管层次 套管外径 钻头直径
表层套管
中间套管
油层套管 ''''''3138598152 ''''''11721124182
表 2
套管层次 套管外径 钻头直径
表层套管
第一中间套管
第二中间套管
油层套管 ''''''''203138598152 """"2311721124182以上
⑶各段应钻深度的确定
油层套管段：阻流环超过最下部油层底部后，留至少30米口袋。
表层套管及中间套管段比套管长度多2到3米。
⑷各层套管外水泥上返高度确定
表层套管外水泥上返到地面。
中间套管外水泥高度不少于200米。
油层套管外水泥上返高度由应封固的最上部油层位置决定，应返到最上部油层顶部以上150米。
2.4有关系数的确定
⑴最大泥浆密度及附加泥浆密度
可按地层压力剖面曲线确定，附加泥浆密度取为0.036克/厘米³。
⑵压力激动引起的压力升高值可取为0.036克/厘米³当量钻井液密度值。
（3）产生溢流时井底压力升高值可取为0.06克/厘米³当量钻井液密度值。
（4）避免裸眼地层被压裂的安全值取为0.036克/厘米³当量钻井液密度值。
（5）正常地层压力情况下，井内最大允许压差为12兆帕。 3 异常地层情况下，井内最大允许压差为16兆帕。
2.5设计要求
（1） ，至少应包括一个人井身结构示意图，一个表示套管尺寸、套管下入深度、钻进该设计结果应以图表表示段深度、钻头尺寸及水泥上返高度的表。
（2） 所有公式应注明出处，所有系数应有依据，所有数据应经计算。
（3） 设计结果应有必要的文字论述。
3 钻头选型及钻进参数设计
3.1 设计原则及设计方法
钻头选型及钻进参数设计是钻井工程设计中的一项主要内容，钻头是破碎掩岩石的主要工具，它的选型是否正确，使用参数是否恰当，关系到钻进速度的高低和成本的高低。
选用钻头的原则应当是使钻进中每米成本最低。在钻头选型中目前难以直接引用钻进成本公式，故在选型时一般按经验选取。
各油田一般都有按岩石可钻性及钻井成本回归出的岩石可钻性—钻头选型推荐意见，可供参考。
在设计钻进参数时，原则上应当按照优选参数的方法，使每米成本最低为设计依据，选用恰当的钻压及转速，但在实践中由于难以直接利用成本公式，故在钻压、转速等钻进参数选择中，根据钻头制造厂家推荐的适用范围，结合各油田情况按经验选取。
3.2 设计步骤
一般，推荐钻头的选型与钻头制造厂家提供的钻头适用地层情况应当一致。
钻进软—极软地层用于刮刀钻头及铣齿式软地层牙轮钻头。钻进中软—中硬地层适用铣齿式或锒齿式相应地层的牙轮钻头，钻进中硬以上地层，常用锒齿式相应地层的牙轮钻头。
现推荐胜利油田按岩石可钻性级别选用钻头经验做法予以参考。
地层层位 岩石可钻性级别 地层硬度 推荐钻头型号
平原组
明化镇组
馆陶组
东营组
沙一段
沙二段
沙三段
沙四段 1.50
1.74
2.31
2.75
4.43
4.14
4.07
5.96 极软
极软
极软—软
软中—软
中
中
中
中硬 12123,,,PPJJXA刮刀钻头等牙轮钻头
11222222233,,,,JJXHPJXHPJXHP等等
⑵钻头使用时间及进尺预算
钻头使用时间和进尺预算关系到一口井使用钻头的数量，钻进周期等。一般可在设计中按各油田统计资料估算。
钻头使用时间按经验加以预算，一般进口密封轴承锒齿牙轮钻头使用时间在30小时以上。进口铣齿密封轴承牙轮钻头使用时间在50小时左右。国产锒齿密封轴承牙轮钻头使用时间在50小时左右，设计中可采用上述推荐数值。
牙轮钻头在选型正确的条件下，其机械钻速预测方法可参见尹宏锦《实用岩石可钻性》第六章第三节推荐的方法。
胜利油田推荐的钻速预测公式为:
131.27/0.750.21177820.0666dVPDdkd
推荐用上述公式预测牙轮钻头的机械钻速，并可预测钻头进尺。
刮刀钻头使用时间及钻速尚无经验公式预测，可根据各油田统计资料估算。
胜利油田刮刀钻头使用寿命平均为48小时，平均机械钻速为30米/小时，可供参考。
⑶钻进参数设计 4 钻进过程中的钻压、转速一般可按经验选取，可在钻头制造厂家推荐的范围内按各油田经验确定，推荐范围如下：
表 4
钻头类型 钻压（吨） 转速（转/分）
刮刀钻头
铣齿软地层牙轮
锒齿中硬地层牙轮 12～14
12～14
16～18 200左右
150
75～150
3.3设计要求及说明
要求全井按井段制订出钻头类型及应用参数，即由上至下确定每一只钻头的类型预测钻速，预计使用时间，估算进尺，定出使用参数。以上应列表说明并加以解释。
本节设计按经验选取数据较多，允许设计有较大变动范围。
如选用其它钻头如金刚石钻头、PDC钻头等，可按各油田统计资料预测。
4 钻具设计
4.1 钻具选用原则及设计方法
钻具由钻铤、钻杆、方钻杆及配合接头组成。选用原则为：
⑴钻铤：钻探外径应与钻头外径有适当差值。其间隙至少应在25毫米，钻铤长度应满足其在钻井液中的浮重至少超过最大钻压的130%以上。
⑵钻杆：在条件允许时应尽量选用流动阻力小的内平接头钻杆，不用正规接头钻杆，钻杆受力复杂，应在危险截面进行校核。
⑶方钻杆：可从有关手册中查找。
⑷配合接头：方钻杆下部至少应有一个保护接头，其余配合接头应满足不同扣型，不同直径钻具联接的情况下，使用数量应尽可能少。
钻具的选用方法一般是按各油田经验选用常用钻具组合，在危险截面校核强度。
4.2推荐常用钻具组合（胜利油田用）
⑴"1172钻头+"""74+5+5钻铤立柱钻杆方钻杆
⑵""""""112+91+82+73+5+54钻头钻铤立柱钻铤立柱钻铤立柱钻杆方钻杆
⑶""""118+65+5+524钻头钻铤立柱钻杆方钻杆
注：上述钻具中均未列入配合接头。
4.3 钻具校核
⑴安全系数及其它系数的确定：
抗外挤安全系数：1.125；
卡瓦横向系数：4；
抗拉安全系数：1.30；
拉力余量：不小于35吨。
⑵钻铤校核：钻铤长度至少应当满足在钻井液中浮重应超过最大钻压的130%。
⑶钻杆校核
推荐使用"5无细扣内平接头钻杆。
按深井钻具校核方法决定钻杆的钢级和壁厚。详见《钻井工程理论与技术》第四章第三节。
4.4设计要求
按所选用的钻具组合绘出钻具结构图，应包括钻头、钻铤、钻杆、方钻杆、水龙头及各种配合结头。列表表示各种钻具的尺寸（如长度、外径、壁厚）和钢级。应有必要的计算及文字说明。
5 钻井液设计
5.1 设计原则及设计内容
