石油鉆井工程課程設(shè)計(jì)論文

1、目 錄第1章 設(shè)計(jì)資料收集11.2鄰井基本參數(shù)12. 地層壓力1第2章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42.1 鉆井液的壓力體系-42.2井身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)4第3章 鉆柱設(shè)計(jì)73.1鉆鋌的設(shè)計(jì)73.2鉆鋌長度的計(jì)算8第4章 鉆井液設(shè)計(jì)104.1鉆井液的選擇104.2 鉆井液體最大積的計(jì)算11第5章 鉆井水力參數(shù)設(shè)計(jì)125.1泵的選擇125.2臨界井深的計(jì)算15第6章 套管柱設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核186.1油層套管柱設(shè)計(jì)187章 注水泥設(shè)計(jì)217.1水泥漿的用量217.2所需干水泥的用量237.3所需清水的量23第8章 設(shè)計(jì)結(jié)果25參考文獻(xiàn)28第1章 設(shè)計(jì)資料收集1.1預(yù)設(shè)計(jì)井基本參數(shù)表井號(hào) sj0031 井別 評價(jià)井 坐標(biāo)

2、 21765443,5106453 設(shè)計(jì)井深 2080 井口海拔 0 目的層位 f,y 完井層位 泉三段 地理位置 肇東、長垣北 構(gòu)造位置 三肇凹陷榆樹林構(gòu)造 設(shè)計(jì)依據(jù) 1. 設(shè)計(jì)依據(jù) （1）大慶石油管理局勘探部1992年第73期勘探方案審定紀(jì)要 （2）本區(qū)標(biāo)準(zhǔn)層構(gòu)造圖。 （3）鄰井資料 2. 鉆探目的 評價(jià)本區(qū)油層情況 1.2鄰井基本參數(shù)1.井身結(jié)構(gòu)井號(hào) 項(xiàng)目 鉆頭尺寸(mm 下深(m) 套管尺寸(mm) 泥漿密度(g/cm3) 井深 樹64-更65 導(dǎo)管 444 15 339 1.051.2 20樹64-更65 油層 200 2055 139 1.051.3 20602. 地層壓力井號(hào) 井

3、段 地層壓力(g/cm2) 破裂壓力(g/cm2) 樹64-更65 0800 .96 1.5樹64-更65 8001000 .84 1.5樹64-更65 10001200 1 1.6樹64-更65 12001400 1.15 1.6樹64-更65 16001800 1.15 1.6樹64-更65 18002000 1.2 1.6樹64-更65 20002200 1.25 1.63.鉆具組合井號(hào) 井段 鉆頭外徑(mm) 密度(g/cm3) 鉆具組合 樹64-更65 -2060 200 1.05-1.3 17818195方接頭15918184螺旋扶正器1599184螺旋扶正器159754.鉆井液性

4、能井號(hào) 地質(zhì)年代 井段(m) 鉆井液類型 密度(g/cm3) 漏斗粘度(s) ph值 靜切力(pa) 塑性粘度(mpa.s) 屈服值(pa) n值 k值 失水(api) 樹64-更65 嫩2段-第四系 0-1050 兩性復(fù)合離子鉆井液 1.05-1.2 22-35 - - - - - - -樹64-更65 青1段-嫩1段 1050-1625 兩性復(fù)合離子鉆井液 1.2-1.25 30-45 8-9 2.5-3 8-18 4-9 .65-.75 .2-.5 1-5樹64-更65 泉3段-青1段 1625-2060 兩性復(fù)合離子鉆井液 1.25-1.3 35-45 8-9 3.5-4 14-28

5、7-12 .5-.65 .3-.6 1-55.水力參數(shù)井號(hào) 鉆頭尺寸(mm) 井段(m) 泵壓(mpa) 鉆頭壓降(mpa) 環(huán)空壓降(mpa) 沖擊力(kn) 噴射速度(m/s) 鉆頭水功率(%) 比水功率(%) 上返速度(m/s) 功率利用率(%) 樹64-更65 200 0-1000 13.49 11.91 1.58 5.21 135 366 11 1.72 88.3樹64-更65 200 1000-2060 9.12 6.01 3.11 4.21 92 201 6 1.88 65.876.鉆井參數(shù)井號(hào) 井段(m) 鉆頭尺寸(mm) 鉆頭類型 生產(chǎn)廠 噴嘴組合 鉆壓(kn) 轉(zhuǎn)速(rpm

6、) 排量(l/s) 泥漿密度(g/cm3) 樹64-更65 0-1000 200 3b 大慶 9+10+11 120-140 195-200 28-32 1.05-1.2樹64-更65 1000-2060 200 pm210 鉆一機(jī)廠 12.7+12.7+12.7 20-60 195-200 32-35 1.2-1.37.套管柱設(shè)計(jì)參數(shù)井號(hào) 套管類型 套管層位 井段(m) 外徑(mm) 鋼級 段重(t) 長度(m) 壁厚(mm) 累重(t) 抗拉系數(shù) 抗擠系數(shù) 樹64-更65 常規(guī) 油層 0-130 139 j-55 7.72 130 3.29 46.58 2.4 15.9樹64-更65 常規(guī)

7、 油層 130-1340 139 j-55 6.2 1210 25.2 43.29 1.8 1.13樹64-更65 常規(guī) 油層 1340-2055 139 j-55 7.72 715 18.09 18.09 6.19 1.298.注水泥設(shè)計(jì)參數(shù)井號(hào) 套管層位 固井前密度要求(g/cm3) 上返深度(m) 水泥塞面深度(m) 水泥漿密度(g/cm3) 漏失量(m3) 水泥品種標(biāo)號(hào) 注水泥量(袋) 外加劑品種 外加劑量(kg) 樹64-更65 油層 1.3 1500 1.85-1.9 0 a級 419 0第2章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 鉆井液的壓力體系-2.1.1 最大鉆井液密度 (2-1)式中: 某

8、層套管鉆進(jìn)井段中所用最大泥漿密度，； 該井段中所用地層孔隙壓力梯度等效密度，； 抽吸壓力允許值的當(dāng)量密度，取0.036 。發(fā)生井涌情況 (2-2) 第n層套管以下井段發(fā)生井涌時(shí)，在井內(nèi)最大壓力梯度作用下，上部地層不被壓裂所應(yīng)有的地層破裂壓力梯度，； 第n層套管下入深度初選點(diǎn)，m； 壓井時(shí)井內(nèi)壓力增高值的等效密度, 取0.06 ； 地層壓裂安全增值，取0.03 。2.1.2 校核各層套管下到初選點(diǎn)時(shí)是否會(huì)發(fā)生壓差卡套 (2-3) 第n層套管鉆進(jìn)井段內(nèi)實(shí)際的井內(nèi)最大靜止壓差，mpa； 該井段內(nèi)最小地層孔隙壓力梯度等效密度，；p 避免發(fā)生壓差卡套的許用壓差，取12 mpa； 該井段內(nèi)最小地層孔隙壓力

9、梯度的最大深度，m 。2.2井身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.2.1套管層次的確定1.確定油層套管下入深度h因?yàn)榫頷=2080m,所以油層套管下入深度h=2080m 。2.確定技術(shù)套管下入深度h(1) 初選點(diǎn)h試取 h=340 m參考臨井基本參數(shù), =1.5 g/cm,=0.96 g/cm由公式2-2=1.1+0.03+0.036+(20800.06)/340=1.498(g/cm3)因?yàn)榍蚁嘟瑒t初選點(diǎn)下入深度h=340 m 。(2) 校核h=340m在此井段 , =0.96g/cm,=0.96g/cm , h=183 m 。由公式 2-3p=9.81183(1.1-0.96)10p=0.251(mpa)

10、因?yàn)閜 p,所以不會(huì)產(chǎn)生壓差卡套, 則確定此級套管的下入深度340m 。3.確定表層套管下入深度h(1) 試取h=80 m參考臨井基本參數(shù)，=0.96(g/cm3), =1.5(g/cm3)由公式 2-2=1.18+0.03+0.036+(3400.06)/80=1.485 (g/cm)因?yàn)榍蚁嘟?，則初選點(diǎn)下入深度h=80 m 。(2) 校核h=80m在此井段 , =0.96(g/cm3), =0.96 g/cm,h=183 m 。由公式 2-3=9.81183(1.18-0.96)10=0.395(mpa)因?yàn)?340 m ，所以一開時(shí)泵以額定泵功率工作,即：=40.34。因?yàn)閐cr2208

11、0m,所以二開時(shí)泵以額定泵功率工作,即：=18.775.2.3噴嘴、射流速度及射流沖擊力的設(shè)計(jì)噴嘴的當(dāng)量直徑: 由于d,故一開時(shí)，帶入數(shù)據(jù)：當(dāng)量直徑:=2.189即若采用三個(gè)等直徑的噴嘴時(shí)：d1=d2=d3=1.2639 射流速度：v=10q/a=107.21803m/s 射流沖擊力：f=dq2/100a=1.5858 kn鉆頭壓力降：p=74.3 mpa噴嘴的當(dāng)量直徑: 由于d,故二開時(shí)，帶入數(shù)據(jù)：當(dāng)量直徑:=2.099即若采用三個(gè)等直徑的噴嘴時(shí)：d1=d2=d3=1.212射流速度：v=10q/a=116.57m/s 射流沖擊力：f=dq2/100a=1.724 kn鉆頭壓力降：p=80.

12、788mpa射流沖擊力：f=dq2/100a=1.5858 kn鉆頭壓力降：p=74.3 mpa第6章 套管柱設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核6.1油層套管柱設(shè)計(jì)6.1.1計(jì)算的相關(guān)公式1.某井段的最大外擠壓力 p=gd10 (6-1) 該井段所用泥漿的最大密度，g/cm ；d 某段鋼級的下入深度，m ；2.某段鋼級套管的最大下入深度 d= (6-2)某段鋼級套管抗外擠強(qiáng)度，mpa ；s最小抗外擠安全系數(shù)，取1.125 ；3.套管浮力系數(shù)b=1- （6-3） 某段所用鋼材的密度，取7.8 g/cm；4.安全系數(shù)抗內(nèi)壓安全系數(shù)s取1.12，抗拉安全系數(shù)s取1.8 。先計(jì)算油層套管：6.1.2 按抗外擠強(qiáng)度設(shè)計(jì)由下

13、向上選擇第一段套管由公式6-1p=1.120801.159.81p=25.81mpa查鉆井手冊（甲方），選擇第一段套管表6-1 第一段套管鋼級選擇鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉強(qiáng)度(t)抗擠強(qiáng)度(mpa)內(nèi)徑(mm)c75177.88.0534.26188.7825.9161.7 6.1.3 確定第二段套管的下入深度和第一段套管的使用長度1.查鉆井手冊（甲方），選擇第二段套管表6-2 第二段套管鋼級選擇鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉強(qiáng)度(t)抗擠強(qiáng)度(mpa)內(nèi)徑(mm)n80339.712.19101.29437.1415.6315.3由公式6-2d= 1

14、5.6/(0.009811.11.125)d=1286.33(m)實(shí)際取d=1280(m)第一段套管使用長度 l= d-d=2080-1280l=800(m)2 .抗拉強(qiáng)度校核q=101.29n/m由公式6-3b=1-1.1/7.8=0.8589w= bq=0.8589101.29800=69.60tsw=1.8 w125.28(t)所以 （w），滿足抗拉強(qiáng)度要求。6.1.4 確定第二段使用長度表6-2 第三段套管鋼級選擇鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉強(qiáng)度(t)抗擠強(qiáng)度(mpa)內(nèi)徑(mm)j55339.79.6581.18233.267.8320.4由公式6-2d= 7.8

15、/(0.009811.11.125)d=643.17(m)實(shí)際取d=640(m)第二段使用長度 l= 2080-640=1440(m)取第二段套管的長度1440m；w= w+ bql=69.60+0.858981.181.4401.8w=221.35(t）所以(s w)，滿足抗拉強(qiáng)度要求。6.3表層套管柱的設(shè)計(jì)用與油層套管相同方法，經(jīng)校驗(yàn)得到表層套管的井段分布如下表井深（m）鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重(n/m)抗拉強(qiáng)度(t)抗擠強(qiáng)度(kg/cm)內(nèi)徑（mm）0-320h40 244.57.92471.9115.089.45228.7 第7章 注水泥設(shè)計(jì)7.1水泥漿的用量7.1.1所需水泥

16、漿體積的計(jì)算公式v =k(d -d)l+dh +dh （7-1）式中 h 水泥塞深度，20m ； h井眼口袋高度，5m ；l設(shè)計(jì)封填水泥長度，m ；d第i次開鉆鉆頭尺寸，m ；d自外向里第i層套管的外徑，m ；d第i層套管的內(nèi)徑，m ；k修正系數(shù)，1.1；7.1.2水泥漿體積的計(jì)算1.封固表層套管水泥漿體積的計(jì)算d=311.1 mm ,d=244.5 mm ,l=320 m ,d=228.7mm,h=20 m,h=5 m 。由公式7-1v=1.1(3.14/4) 320 (0.31112-0.24452)+(3.14/4) (0.2287) 220+( 3.14/4) 0.31112 5=11

17、.426 (m3)h2.封固油層套管水泥漿體積的計(jì)算d=200.8 mm ,d=139.7 mm ,d2=320.4 mm ,l=580 m , h=20 m,h=50 m ；由公式7-1v=1.1(0.2008-0.1397)580+0.320420+0.2008250= 13.614(m3)7.1.3頂替排量：（1）油層：井徑200.8mm，套管外徑139.7mm，返速v=1.88m/s =va=(0.2008-0.1397)1.881.51000=46.06 l/s（2）中間：井徑311.1mm，套管外徑244.5mm，返速v=1.72m/s =va=(0.3111-0.2445)1.7

18、21.51000=74.94 l/s（3）表層：井徑444.5mm，套管外徑339.7mm，返速v=1.72m/s =va=(0.4445-0.3397)1.721.51000=166.45 l/s7.1.4頂替容積（套管內(nèi)水泥用量）：（1）油層：內(nèi)徑124.3mm。 =0.12732080= 26.46m（2）中間：內(nèi)徑226.6mm。=0.2286340= 13.95m（3）表層：內(nèi)徑320.4mm。=0.32380=6.55m7.1.5頂替時(shí)間及防凝時(shí)間：(1)油層：頂替時(shí)間 t=9.83min; 防凝時(shí)間=1.5t=14.75min(2)中間：頂替時(shí)間 t=2.89min; 防凝時(shí)間=

19、1.5t=4.33min(3)表層：頂替時(shí)間 t=0.7min; 防凝時(shí)間=1.5t=1.04min7.2所需干水泥的用量7.2.1所需干水泥的質(zhì)量的計(jì)算公式配制1m的水泥漿所需水泥灰的質(zhì)量q= （7-2）水泥灰的密度，3.15 g/cm；水的密度，1.0 g/cm ；m水灰比, 0.44；從而，q =1.32(t/m)。7.2.2干水泥質(zhì)量的計(jì)算1. 封固表層套管 w=k vq=1.59.41.32=18.61(t)2.封固技術(shù)套管w=k vq=1.514.31.32=28.31(t)3.封固油層套管w=k vq=1.523.81.32=47.12(t)7.3所需清水的量7.3.1所需清水的

20、體積的計(jì)算公式v= （7-3）7.3.2 所需清水的體積的計(jì)算1.封固表層套管所需清水的量 由公式7-3v= = =8.19(m)固井時(shí)儲(chǔ)備清水的體積20m。 2.封固技術(shù)套管所需清水的量 由公式7-3v= = =12.46(m)固井時(shí)儲(chǔ)備清水的體積30m。3.封固油層套管所需清水的量由公式7-3v= = =20.73(m)固井時(shí)儲(chǔ)備清水的體積40m。項(xiàng)目頂替排量（l/s）水泥漿體積（）頂替容積（）防凝時(shí)間（min）干水泥質(zhì)量（t）表層215.89.49.011.0418.61中間97.1614.316.824.3328.31油層71.1523.8141.9814.7547.12第8章 設(shè)計(jì)結(jié)

21、果表8-1 鉆頭與套管的選擇井號(hào)項(xiàng)目鉆頭尺寸 (mm)下深 (m)套管外徑 (mm)sj0031表層311.1340244.5sj0031油層200.82080139.7表8-2鉆井液參數(shù)項(xiàng) 目泥漿密度 (g/cm3)重晶石用量 (t)一 開1.05無需加重二 開1.10無需加重表8-3鉆具選擇表項(xiàng)目鉆頭尺寸(mm)鉆鋌外徑(mm)鉆鋌長度(m)鉆桿外徑(mm)一開444.5203.289.2127二開200.1203.238.23127表8-4 泵的參數(shù)表井段泵型鋼套直徑（mm）最大工作壓力（mpa）泵速 （沖/分）柴油機(jī)轉(zhuǎn)速（rpm）額定排量（l/s）一開2臺(tái)3nb-1300a 18019104130040.34二開1臺(tái)3nb-1300a1403180100018.77表8-5 套管設(shè)計(jì)參數(shù)1、油層套管井段鋼級外徑（mm）壁厚（mm）均重(kg/m)抗拉強(qiáng)度(t)抗擠強(qiáng)度(kg/cm)內(nèi)徑（mm）1430-0j-55139.76.220.8385.721.51