石油工程课程设计.doc

1、III钻井完井工程设计姓名：班级：学号：IV目 录1.地质概况 -12.钻井主要设备要求 -23.井身结构设计 -33.1 井身结构设计 -33.2 井身结构示意图 -33.3 地层可钻性分级 -43.4 压力剖面预测 -43.5 井身结构理论计算 -43.5.1 钻井液压力体系 -53.5.2 校核各层套管 -63.5.3 套管层次与深度的确定 -63.5.4 套管柱强度设计 -93.5.5 套管柱设计结果 -143.6 钻具组合 -153.6.1 钻铤的设计 -153.6.2 各次开钻钻具组合 -194.井身质量要求 -235.钻具组合 -236 油气层保护要求 -247 水力参数设计 -

2、268.油气井控制 -289 井控装置 -2810.固井设计 -3211.各次开钻施工重点要求 -3412.地层孔隙压力监测要求 -3513.地层漏失试验 -3614.完井井口装置 -3615.完井提交验收的资料 -3616.环保要求 -36附件 1 钻头及钻井参数设计 -371.1 钻头设计 -371.2 钻井参数设计 -381.3 钻井液的选择 -491.4 钻井液体最大积的计算 -501.5 钻井液密度的转换 -5111.地质概况1.1 地质基础数据及设计分层井 别 直 井 井 号 A5 设计井深 3445m 目的层F1坐标地面海拔 m 50纵（ ）m 4275165横（ ）m 2041

3、6485y测线位置 504 和 45 地震测线交点地理位置 XX 省 XX 市东 500m井位构造位置 XX 凹陷钻探目的 了解 XX 构造 含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气JQ源完钻原则 进入 150m 完钻J完井方法 先期裸眼层位代号底界深度，m分层厚度，m 主要岩性描述 故障提示A 280 砾岩层夹砂土,未胶结 渗漏B 600 320 上部砾岩,砂质砾岩,中下部含砾砂岩 渗漏C 1050 450中上部含砺砂岩、夹泥岩和粉砂质泥岩；下部砺状砂岩，含砺砂岩、泥岩、粉砂质泥岩不等厚互层防塌D 1600 泥岩、砂质泥岩、砺状砂岩、含砺砂岩不等厚互层，泥质粉砂岩 防漏防斜E 1900 300

4、 砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含砺砂岩 防斜防漏F3 2650 750 泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩 防斜F2J 2900 250泥岩夹钙质砂岩，夹碳质条带煤线，中部泥岩夹煤层、下部泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩防斜、塌、卡F2K 3150 250 泥岩为主，泥质粉砂岩，中粗砂岩，砂砾岩间互F1 3445 295 泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩 防漏、喷、 卡22.钻井主要设备要求名称 型号 规范或特征 载荷 kN 数量钻机井架天车游车大钩水龙头转盘井架底座钻井泵动力机防喷器控制系统振动筛除砂器除泥器除气器储备罐离心机ZJ45TJ300/43ATC-350YC-350DG-350SL-450Z

5、P-5203NB-1300PZ12V190B-1FZ、FH 系列FKQ6406ZS2400*1200ZCT300*2ZQJ100*10LCH-50ZXZ*45LW500*1250-NY高 45 米七 轮六 轮中心管内径 75mm通孔 520mm高 4.5 m2*956 kw3*882 kw293029303430343034304410294011111111231121112133.井身结构设计3.1 井身结构设计表 3-1 井身结构设计表井段 m 钻头尺寸 mm 套管尺寸 mm 水泥返深 m一开 570 444.5 339.7 570二开 2480 311.2 244.5 2480三开 3

6、445 125.9 177.8 35053.2 井身结构示意图层位代号底界深度m分层厚度m井身结构 主要岩性描述 故障提 示A 280 砾岩层夹砂土,未胶结 渗漏B 600 320 上部砾岩,砂质砾岩,中下部含砾砂岩 渗漏C 1050 450中上部含砺砂岩、夹泥岩和粉砂质泥岩；下部砺状砂岩，含砺砂岩、泥岩、粉砂质泥岩不等厚互层防塌D 1600泥岩、砂质泥岩、砺状砂岩、含砺砂岩不等厚互层，泥质粉砂岩防漏防斜E 1900 300砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含砺砂岩防斜防漏F3 2650 750 泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩 防斜F2J 2900 250泥岩夹钙质砂岩，夹碳质条带煤线，中部泥岩

7、夹煤层、下部泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩防斜、塌、卡F2K 3150 250泥岩为主，泥质粉砂岩，中粗砂岩，砂砾岩间互F1 3445 295 泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩 防漏、喷、卡43.3 地层可钻性分级表 3-2 各层段地层可钻级值地层 A B C D E 3F2JK1F可钻性 0.6 1 1.39 2.16 3 3.5 7.3 5.2 4.93.4 压力剖面预测图 3-1 地层压力和破裂压力图3.5 井身结构理论计算钻探目的层为 灰岩地层，确定完井方法为先期裸眼完井。JQ根据地质情况，钻达目的层过程中不受盐岩，高压水层等复杂地层影响，故井身结构设计按地层压力和破裂压力剖面（图 3-1）进

8、行。计系数见表 3-2。表 3-3 井身结构设计有关系数名称 S3/gcmg3/cfS3/cmk3/gcNPMPaaMPa数值 0.05 0.05 0.03 0.05 15 20来源 理论计算 理论计算 区域资料 统计 区域资料 统计 区域资料 统计 区域资料 统计抽吸压力系数。上提钻柱时，由于抽吸作用使井内液柱压力降低的值，用S当量密度表示；5wpmaxkfw激动压力系数。下放钻柱时，由于钻柱向下运动产生的激动压力使井内液gS柱压力的增加值，用当量密度表示；安全系数。为避免上部套管鞋处裸露地层被压裂的地层破裂压力安全增值，f用当量密度表示，安全系数的大小与地层破裂压力的预测精度有关；井涌允量

9、。由于地层压力预测的误差所产生的井涌量的允值，用当量密度kS表示，它与地层压力预测的精度有关；、 压差允值。不产生压差卡套管所允许的最大压力差值。它的大小NPa与钻井工艺技术和钻井液性能有关，也与裸眼井段的地层孔隙压力有关。若正常地层压力和异常高压同处一个裸眼井段，卡钻易发生在正常压力井段，所以压差允值又有正常压力井段和异常压力井段之分，分别用 和 表示。NPa3.5.1 钻井液压力体系最大泥浆密度计算公式为：（3-1）max=+Sp式中： 某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度， ；max 3/gcm该井段中最大地层孔隙压力梯度等效密度， ；ap抽吸压力允许值的当量密度，取 0.05 。S 3/

10、gc发生井涌情况时：（3-2）maxmax=+SpfpfkniHSA式中： 第 n 层套管以下井段发生井涌时，在井内最大压力梯度作用下，上f部地层不被压裂所应有的地层破裂压力梯度， ；3/gc第 n 层套管下入深度初选点，m；iH井涌允量，取 0.05 ；S3/gc安全系数，取 0.03 ；抽吸压力允许值的当量密度，取 0.05 。 3/gcm63.5.2 校核各层套管下到初选点深度 niH时是否会发生压差卡套（3-3）minaxmin=0.981+Spp式中：第 n 层套管钻进井段内实际的井内最大静止压差，MPa；p该裸眼井段内最小地层孔隙压力梯度对应的最大深度，m ；iH该裸眼井段内采用的

11、最大钻井液密度， ；axp 3/gcm该该裸眼井段内最小地层的孔隙压力梯度等效密度， 。min 3/gc若 则有可能产生压差N pN卡套管，这时中间套管下入深度应小于假定点深度。在第二种情况下中间套管下入深度按下面的方法计算：（3-4）mini+0.981HNper pS在压力剖面图上找出 值，该值所对应的深度即为中间套管下入深度 。其per nH中， 取 15MPa。Np3.5.3 套管层次与深度的确定3.5.3.1 油层套管下入深度 的确定：pH按设计要求油气套管下入 层深度为 5m，因此 =3500+5=3505(m)JQpH3.5.3.2 由图 3-1 查得最大地层孔隙压力梯度为 1.

12、50 位于 3200m 处。3/gcm1、确定中间套管下入深度初选点：由公式（3-2 ） ，将各值代入得： 21301.50.5f H试取 =2480m 代入上式得：21H=1.645301.50.5248f3/gcm由图 3-1 查得 2480m 处地层破裂压力梯度等效密度 =1.651 ，因为2480f73 33 且相近 ,所以确定中间套管下入深度初选点为 =2480m。f2480f 21H2、校核中间套管下入到初选点 =2480m 过程中是否会发生压差卡套管21H由图 3-1 查得,2480m 处 =1.10 ， =1.00 ， =1900m，2480p/gcminp/gcminp由公式

13、（3-3 ）得： .91(.51.0)92.76PMPa因为 ，所以不会发生压差卡套管，故中间套管的下入深度为 2480m。N3、确定表层套管下入深度 ：1H由上述计算结果，中间套管鞋处 =1.1,将其它的参数代入公式（3-2）：2480p101.5.5f H试取 =570m 代入上式得：1H=1.39824801.05.3.57f3/gcm由图 3-1 查得 570m 处地层破裂压力梯度等效密度 =1.411 ，因为70f 且相近 ,所以确定表层套管下入深度为 =570m 满足设计要求。f570f 1H3.5.3.3 井身结构设计结果套管层次和每层套管的下入深度确定之后，相应的套管尺寸和井眼直径也就确定了。套管尺寸的确定一般由内向外依次进行，首先确定生产套管的尺寸，再确定下入生产套管的井眼的尺寸，然后确定中间套管的尺寸等，依次类推，直到表层套管的井眼尺寸，最后确定套管的尺寸。8图 3-2 井身结构参数系列查钻井手册（甲方） ，结合图 3-2 井身结构参数系列，钻头与套管尺寸匹配结果如 3.1 和 3.2 所示。