鉆井工程課程設(shè)計

1、表A-1 鉆井工程課程設(shè)計任務(wù)書一、地質(zhì)概況29：井別： 探井 井號： 設(shè)計井深：3265m 目的層： 井位坐標(biāo)地理位置構(gòu)造位置測線位置鉆探目的進(jìn)一步了解構(gòu)造情況完鉆原則鉆穿J層完井方法射孔完井層位代號底界深度（M）主要巖性描述故障提示fPA320表層，未膠結(jié)滲漏1.0B480礫巖夾泥巖防斜1.231.02C1150砂礫巖防斜1.231.02D1472砂質(zhì)泥巖防斜1.321.09E1755泥巖、泥巖砂巖互層防蹋1.361.12F2170頁巖、泥巖防斜、防塌1.431.12G2700砂巖防漏1.571.18H3089泥巖、泥巖砂巖互層防斜1.711.21I3150泥巖防塌1.901.22J324

2、5砂巖防噴2.321.23當(dāng)量密度為：g/cm3表 A-2設(shè)計系數(shù)名稱Swg/cm3Sgg/cm3Sfg/cm3Skg/cm3PNMPaPaMPa數(shù)值0.0240.0210.0260.0231420備注石工專業(yè) 石工（卓越班）1201班 學(xué)生姓名： 木合來提.木哈西圖 A-1 地層壓力和破裂壓力一井身結(jié)構(gòu)設(shè)計1.由于該井位為探井，故中間套管下深按可能發(fā)生溢流條件確定必封點深度。由圖A-1得，鉆遇最大地層壓力當(dāng)量密度 pmax=1.23g/cm³，則設(shè)計地層破裂壓力當(dāng)量密度為：fD=1.23+0.024+3245/H1×0.023+0.026.試取H1=1500m，則fD=1

3、.23+0.024+2.16×0.023+0.026=1.33 g/cm³,f1400=1.36 g/cm³ > fD 且相近，所以確定中間套管下入深度初選點為H1=1500m。驗證中間套管下入深度初選點1500m是否有卡鉆危險。從圖A-1知在井深1400m處地層壓力梯度為1.12 g/cm³以及320m屬正常地層壓力，該井段內(nèi)最小地層壓力梯度當(dāng)量密度為1.0 g/cm³。PN=0.00981×(1.10+0.024-1.0)×320=0.389<11MPa所以中間套管下入井深1500m無卡套管危險。水泥返至井深

4、500m。2.油層套管下入J層13-30m，即H2=3265m。校核油層套管下至井深3265m是否卡套管。從圖A-1知井深3265m處地層壓力梯度為1.23 g/cm³，該井段內(nèi)的最小地層壓力梯度為1.12g/cm³，故該井段的最小地層壓力的最大深度為2170m。pa=0.00981×（1.23+0.024-1.12）×2170=2.85Mpa<20 Mpa所以油層套管下至井深3265m無卡套管危險。水泥返至井深2265m。3.表層套管下入深度。 中間套管下入井深1500處，地層壓力梯度當(dāng)量密度為1.12 g/cm³，給定溢流數(shù)值Sk=0

5、.023 g/cm³。由公式fD=1.12+0.024+1500/D1×0.023+0.026試取700m 得fD=1.22 g/cm³由圖A-1得f700 =1.23 g/cm³f700 fD=1.23-1.22=0.01<(0.0240.048) g/cm³滿足要求，即表層套管下深700m。表層套管水泥返至地面。4.本井采用井身結(jié)構(gòu)。表層套管用444.5mm(）鉆頭，鉆至井深705m，339.7mm()套管下至井深704m,水泥返至地面。中間套管用311.1mm（）鉆頭，鉆至井深1505m，244.5mm(in)套管下至井深1502m

6、,水泥返至井深500m。油層套管用215.9mm（）鉆頭，鉆至井深3265m，139.7（in）mm套管下至井深3265m,水泥返至井深2265m。將井身結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)填入表A-3。表A-3井身結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果序號井段，m鉆頭尺寸，mm套管尺寸，mm水泥返深，m表層0705444.5339.7地面中間套管7051505311.1244.5500油層套9139.72265二、固井工程設(shè)計1.套管強(qiáng)度設(shè)計（1）表層套管下深704m，選用K-55，壁厚9.65mm套管，不必進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計。（2）中間套管設(shè)計（244.5mm）設(shè)計數(shù)據(jù):下入深度 1502m鉆井液密度m=1.12+0.

7、024=1.144g/cm³，抗外擠安全系數(shù)Sc=1.05, 抗拉安全系數(shù)St=1.80, 抗內(nèi)壓安全系數(shù)Si=1.10設(shè)計方法:采用等安全系數(shù)法計算井口最大內(nèi)壓力PsiMpa設(shè)計內(nèi)壓力 因此，抗內(nèi)壓強(qiáng)度小于16.577Mpa的套管均不能選用。確定下部第一套管，設(shè)計擠壓強(qiáng)度為由表查得J-55,壁厚10.03mm套管：Pc=17.72Mpa , Pi=27.23MpaPT=2313.1kN , q=583.8N/mdi=224.4mm ， 長圓螺紋。>1.05>1.10第二段選用J-55，壁厚8.94mm套管。Pc=13.93Mpa , Pi=24.27MpaPT=2015

8、kN , q=525.4N/mdi=226.6mm ， 長圓螺紋。許可下入深度: 第一段套管下入長度L1=1502-1182=320m校核第一段套管抗拉強(qiáng)度 >1.8第二段套管下入長度 L2=1502-320=1182m由于第二段套管穿過了水泥封固面，故應(yīng)進(jìn)行雙軸應(yīng)力校核。先計算在水泥面處套管在雙軸應(yīng)力作用下的實際抗擠強(qiáng)度。所受拉力載荷：則查表實際抗擠強(qiáng)度 抗擠安全系數(shù) 水泥面處實際抗擠強(qiáng)度滿足要求。對第二段套管底端進(jìn)行雙軸應(yīng)力校核。查表得K=0.934=0.934×13.93=13.01MPa第二段不滿足要求，故延伸第一段套管向上100m。即查表得K=0.924Pcc2=0.

9、924×13.93=12.87MPa所以第一段套管下入長度L1=420m抗拉安全系數(shù) 抗內(nèi)壓安全系數(shù) 第二段套管下入井深，校核該段套管頂部截面（井口）的抗拉強(qiáng)度以上計算結(jié)果列入表A-4。表A-4 中間套管設(shè)計結(jié)果序號井段m段長m壁厚mm鋼級螺紋類型重力 kN安全系數(shù)段重累重抗拉ST抗擠Sc抗內(nèi)壓Si20108210828.94J-55長圓螺紋188.45348.042.411.071.6111082150242010.03J-55159.59159.593.771.0511.81油層套管設(shè)計（139.7mm）設(shè)計數(shù)據(jù):下入深度 3265m鉆井液密度 m=P+Sb =1.23+0.02

10、4=1.254 g/cm3 ，抗外擠安全系數(shù)Sc=1.10, 抗拉安全系數(shù)St=1.80, 抗內(nèi)壓安全系數(shù)Si=1.10設(shè)計方法:等安全系數(shù)法計算井口最大內(nèi)壓力Psi設(shè)計內(nèi)壓力 因此，抗內(nèi)壓強(qiáng)度小于35.48的套管均不能選用。確定下部第一套管，設(shè)計擠壓強(qiáng)度為由表查得N-80 壁厚9.17mm套管：Pc=60.88Mpa , Pi=63.36MpaPT=1903.8kN , q=291.9N/mdi=121.4mm ， 長圓螺紋。校核第一段套管抗拉強(qiáng)度 以上計算結(jié)果列入表A-5中。表A-5 油層套管設(shè)計結(jié)果序號井段m段長m壁厚mm鋼級螺紋類型重力 kN安全系數(shù)段重累重抗拉ST抗擠Sc抗內(nèi)壓Si1

11、0326532659.17N-80長圓螺紋800.8800.82.3771.511.96三、注水泥漿設(shè)計（1）表層套管設(shè)計數(shù)據(jù)：套管下入長度 Ls=704m,水泥塞高度ho=10m，水泥漿返深：地面，鉆井液性能，n=0.52，。水泥漿性能，。水泥漿附加量70%，鉆井液壓縮系數(shù)。計算井徑按鉆頭直徑444.5mm。水泥用量N 704=45.55m³ 附加30%， 水泥漿密度時，每袋水泥（50kg）配水泥漿0.04015m3/袋（40.15升/袋），則用水量VW（水灰比m=0.5）VW=1501×50×0.5/1000=37.53m3替鉆井液Vm替鉆井液終泵壓設(shè)計結(jié)果見

12、表A-6中。（2）中間套管設(shè)計數(shù)據(jù)：設(shè)計井深H=1505m,水泥塞高度ho=20m，套管下入長度Ls=1502m，水泥返深500m，水泥附加量30%，鉆井液壓縮系數(shù)，計算井徑按鉆頭直徑311.1mm。鉆井液性能，n=0.5, 。水泥漿，。 水泥用量N 附加30%， 水泥漿密度時，每袋水泥（50kg）配水泥漿0.04015m3/袋（40.15升/袋），則袋用水量VW（水灰比m=0.5）VW=963×50×0.5/1000=24.075m3替鉆井液Vm替鉆井液終泵壓10026.94MPa計算環(huán)空臨界流速（塑性流體）計算管內(nèi)流速Vi計算管內(nèi)Rei計算管外水泥漿段計算管外鉆井液段R

13、eom管內(nèi)摩阻系數(shù) 管外摩阻系數(shù)fo 管內(nèi)壓耗Pci 環(huán)空耗壓Pco循環(huán)壓耗替鉆井液終泵壓 碰壓泵壓計算注水泥施工總時間:選用AC-400B型水泥車3臺，每臺車平均每分鐘注水泥20袋，則替鉆井液 其它（倒換閥，開擋銷，壓膠塞，碰壓） 總施工時間 選用G級水泥。（3）油層套管設(shè)計數(shù)據(jù)：設(shè)計井深H=3265m,水泥塞高度ho=20m，套管下入長度Ls=3262m，水泥返深2265m，水泥附加量40%，鉆井液壓縮系數(shù)，計算井徑按鉆頭直徑215.9mm。鉆井液性能，n=0.52, 。水泥漿，。 水泥用量Nm³ 附加40%， 水泥漿密度時，每袋水泥（50kg）配水泥漿0.04015m3/袋（4

14、0.15升/袋），則用水量（水灰比m=0.5）替鉆井液Vm替鉆井液終泵壓1002×0.00981=5.86MPa設(shè)計結(jié)果見表A-6中。表A-6 注水泥漿設(shè)計結(jié)果套管層次鉆井液密度g/cm3水泥漿上返高度m水泥塞高度m水泥級別水泥漿密度g/cm3水泥漿量m3用水量m3干水泥袋數(shù)替鉆井液量m3替鉆井液終泵壓Mpa表層1.044地面10G1.8578.2737.53150157.8525.57中間16524.07596359.3914.11油層1.25410052030.05118.774838.7015.27四、鉆柱設(shè)計鉆柱組合第一次開鉆（0705m）444.5

15、mm3A+228mmDC+203mmDC+177.8mmDC+127mmDP+133mmK。(注：3A-代表三牙輪鉆頭，DC-鉆鋌，DP-鉆桿，K-方鉆桿)。第二次開鉆（7051505m）311.1mm3A+203mmDC+177.8mmDC+127mmDP+133mmK第三次開鉆（15053265m）215.9mm3A+177.8mmDC+155.8mmDC+127mmDP+133mmK。各次開鉆，由預(yù)估（設(shè)計）鉆頭最大鉆壓計算鉆鋌長度。444.5mm3A， 311.1mm3A， 215.9mm3A， 組合鉆鋌長度計算時，先按組合中最大直徑鉆鋌由設(shè)計最大鉆壓確定長度，然后再根據(jù)大尺寸鉆鋌庫存

16、及鉆井工藝要求確定不同直徑鉆鋌的長度。下部鉆具組合后面再設(shè)計。一開，由零軸向應(yīng)力截面確定。Lz實=Lz+25=157二開: （203mmDC，內(nèi)徑71.44mm,）。m三開: （177.8mmDC，內(nèi)徑71.44mm,）。鉆柱強(qiáng)度設(shè)計一次開鉆（略）二次開鉆：井深H=1505m， dc=203mm,qc=2194.32 Nm,拉力余量450kN,設(shè)計系數(shù)1.35，。選127mm，G105鋼級鉆桿，Py=2464.39kN因為>設(shè)計系數(shù)1.35，所以Pa=(0.9Py)/1.42=(0.9×2464.39)/1.42=1561.94kN當(dāng)拉力余量為450kN時，Pa=0.9Py-4

17、50=0.9×2464.39-450=1767.951kN而實際下入最大長度（1505-192.3）=1312.7m。三次開鉆井深H=3265, dc=177.8mm,qc=1061 Nm,拉力余量450kN,設(shè)計系數(shù)1.35，。s/t =1.42選127mm，G105鋼級鉆桿，Py=2464.39kNPa=(0.9Py)/1.42=(0.9×2464.39)/1.42=1561.93kNPa=0.9Py-450=0.9×2464.39-450=1767.95kNPa<Pa,按Pa設(shè)計L允=5027m>H=3265m,而實際下入長度（3265-266.

18、83）=2998m設(shè)計結(jié)果列于表A-7。表A-7 鉆柱強(qiáng)度設(shè)計結(jié)果開鉆程序鉆桿鉆鋌尺寸 mm鋼級單位重力 N/m最小抗拉力kN井段 m尺寸 mm單位重力N/m長度m1127G284.781760.31070522828031572127284.781760.31015052032194.32192.33127284.781760.3103265177.81061266.8五、鉆機(jī)選擇中間套管在空氣的重力為814kN,油層套管在空氣中的重力953kN。鉆機(jī)按80%的套管破斷強(qiáng)度來選擇最大鉤載。即選F-200-2DH型鉆機(jī)。鉆柱最大重力726.6kN ,此時鉆機(jī)鉤載儲備系數(shù)KST為六、機(jī)械破碎參數(shù)

19、設(shè)計鉆頭選型表A-8 各地層可鉆級值地層ABCDEFGHIJ可鉆級值0.611.392.1633.57.35.24.9第一次開鉆（0705m）X22×1第二次開鉆（7051505m）J11×1(7051160m)J22×1(11601505m)第三次開鉆（15053265m）B22M×1(15052265m)J22×1(22652715m)J22×1(27153015m)ATMJ11×1(30153265m)鉆壓W,鉆速n的確定表A-9 機(jī)械破巖參數(shù)鉆頭序號鉆頭尺寸mm類型鉆進(jìn)井段m地層鉆壓kN轉(zhuǎn)速r/min純鉆h進(jìn)尺m機(jī)械

20、鉆速m/h0444.5X220705mA B C3020082546070511.751311J117051160C D210123845511.92311J2211601505 D E21025011582503456.93215.9B22M15052265E F G5080170120807609.54215.9J2222652715G H 16020087525045095215.9J2227153015H 16020087525030066215.9ATMJ1130153265H I J1602008752502505七、鉆井液設(shè)計表層（0705m）采用高膨潤土鉆井液。，漏斗粘度601

21、00s，濾失水810ml，泥餅12mm，初切12Pa，終切力25Pa，pH值89.中間套管（7051505m）采用不分散聚合物鉆井液體系鉆井液密度按近平衡壓力鉆井確定，即中間套管鉆井液性能設(shè)計列于表A-10.油層套管（15053265m）鉆井液體系：由不分散聚合物體系過渡到分散型三磺體系。鉆井液密度按近平衡壓力鉆井設(shè)計。鉆井液性能列于表A-10.表A-10 鉆井液設(shè)計地層分層深度m厚度m井段m鉆井液體系鉆井液性能密度g/cm3漏斗粘度s濾失水ml泥餅mm初切Pa終切Pa含沙量%PHA320320070510441.1060100810121223089B480160C1150670D14723

22、227051505膨潤土漿不分散聚合物E17552831.1441.1493050580.51.502130.10.5810F217041515053265分散三磺G2700530H30893891.2541.3035070350.5103250.511012I315061J324595八、下部鉆具組合設(shè)計第一次看開鉆采用單穩(wěn)器鐘擺鉆具設(shè)計數(shù)據(jù):dc=228mm，qc=2803N/m，W=200 kN,D=444.5mm,Ds=440mm,=1°,I=1.3233×10-4m4，E=2.058×108kPa，1=0.5（0.4445-0.2286）=0.10795

23、m，2=0.5（0.4445-0.440）=0.00255.將以上數(shù)據(jù)代入計算式，可求得穩(wěn)定器的理想安裝高度LT.a=2×2.083×sin1°=0.385 c=-184.62×2.058×108×8.241×1.3233×10-4 (0.10795-0.42×0.00225-0.08×0.002252/0.10795)=-530.376×104第二次開鉆采用剛性滿眼組合設(shè)計數(shù)據(jù):dc=203mm，qc=2194.32N/m，W=250 kN,D=311mm,Ds=308mm,=2&#

24、176;,，I=8.241×10-5m4，E=2.058×1011kPa，a=0.2.下穩(wěn)定器位置為21.63×0.2=4.33m。在靠近鉆頭在裝一只穩(wěn)定器。第三次， 采用光鉆鋌組合。九、水力參數(shù)設(shè)計第一次開鉆（0-705m）鉆頭序號：0#，444.5mm, X22設(shè)計數(shù)據(jù)：井深H=705m,m=1.044g/cm3,300=35,600=50,dc=228mmdi71.4mm×157m,dp=127mmdi9.02mm×548m,Db=444.5mm1. 確定流量Qmin=1.43344.452-12.7244.45×1.044=5

25、6.03l/sQmax=1.84344.452-12.7244.45×1.044=72.06/s由ZPN-800B鉆井泵水功率特性表查得170mm缸套，Qr=28.41l/s,Pr=14.21MPa,選用兩臺ZPN-800B，Q=2×28.41=56.82l/s。鉆井液流變參數(shù) n=3.322log5035=0.515K=0.51×355110.515=0.719Pasn2. 計算循環(huán)壓耗Pc鉆桿內(nèi)流速Vpi=56.820.0785×9.022=8.9m/s鉆桿外環(huán)空流速Vpo=56.820.0785(44.452-12.72)=0.399m/s鉆鋌內(nèi)流

26、速Vdi=56.820.0785×7.142=14.2m/s鉆鋌外環(huán)空流速Vdo=56.820.0785(44.452-22.82)=0.497m/sRepi=10×8001-0.515×9.020.515×8.92-0.515×1.0440.719（3×0.515+14×0.515）0.515=26574Redi=10×8001-0.515×7.140.515×14.22-0.515×1.0440.719（3×0.515+14×0.515）0.515=47150R

27、epo=10×12001-0.515×(44.45-12.7)0.515×0.3992-0.515×1.0440.719（2×0.515+13×0.515）0.515=595Redo=10×12001-0.515×(44.45-22.8)0.515×0.4972-0.515×1.0440.719（2×0.515+13×0.515）0.515=677a=log0.515+3.9350=0.0728b=1.75-log0.5157=0.291fpi=0.0728265740.29

28、1=0.00375fdi=0.0728471500.291=0.00318fpo=24595=0.0403fdo=24677=0.0354Pc=32.4×56.822×1.0440.00375×5489.025+0.00318×1577.145+0.0354×157(44.45-22.8)3(44.45+22.8)2+0.0403×548(44.45-12.7)3(44.45+12.7)2=6.7MPa3. 計算鉆頭壓降PbPb=14.21-6.7=7.51MPa4. 計算噴嘴當(dāng)量直徑de取流量系數(shù)C=0.98de=40.0811&#

29、215;1.044×56.8220.982×7.51=2.481cm5. 計算噴嘴組合采用三不等徑組合，選取J1=15.88mm,J2=14.29mm,J3=12.70mm。de=15.882+14.292+12.702=24.81mm計算功能參數(shù)Nb=PbQ=7.51×56.82=426KWNc=1.273PbQDb2=1.273×7.51×56.8244.452=0.275KW/cm2Fb=mQ2As=1.044×56.8220.785×24.812=6.975KNVb=1000QAs=1000×56.820.

30、785×24.812=117m/s第二次開鉆（7051505m）鉆頭序號：1，311mm,J11設(shè)計數(shù)據(jù)：H=1160m,m=1.144g/cm3,300=20,600=30, dc=203mmdi71.4mm,Lc=192m,dp=127mmdi9.02mm。1. 確定流量Qmin=1.43331.112-12.7231.11×1.144=32.47l/sQmax=1.84331.112-12.7231.11×1.144=41.76l/s由3NB-800鉆井泵水功率特性表查得160mm缸套，Qr=34.73l/s,Pr=15.3MPa。鉆井液流變參數(shù) n=3.3

31、22log3020=0.585K=0.51×205110.515=0.419Pasn2.計算循環(huán)壓耗Pc鉆桿內(nèi)流速Vpi=34.730.0785×9.022=5.4m/s鉆桿外環(huán)空流速Vpo=34.730.0785(31.112-12.72)=0.548m/s鉆鋌內(nèi)流速Vdi=34.730.0785×7.142=8.68m/s鉆鋌外環(huán)空流速Vdo=34.730.0785(31.112-20.32)=0.796m/sRepi=10×8001-0.585×9.020.585×5.42-0.585×1.1440.419（3

32、5;0.585+14×0.585）0.585=15654Redi=10×8001-0.585×7.140.585×8.682-0.585×1.1440.419（3×0.585+14×0.585）0.585=26725Repo=10×12001-0.585×(31.11-12.7)0.585×0.5482-0.585×1.1440.419（2×0.585+13×0.585）0.585=982Redo=10×12001-0.585×(31.11-20

33、.3)0.585×0.7962-0.515×1.1440.419（2×0.585+13×0.585）0.585=1220a=log0.585+3.9350=0.0739b=1.75-log0.5857=0.283fpi=0.0739156540.283=0.00480fdi=0.0739267250.283=0.00412fpo=24982=0.0244fdo=241220=0.0197Pc=32.4×34.732×1.1440.00480×2639.025+0.00412×1927.145+0.0197×

34、;192(31.11-20.3)3(31.11+20.3)2+0.0244×263(31.11-12.7)3(31.11+12.7)2=2.9MPa3.計算鉆頭壓降PbPb=15.3-2.9=12.4MPa4.計算噴嘴當(dāng)量直徑de取流量系數(shù)C=0.98de=40.0811×1.144×34.7320.982×12.4=1.751cm5.計算噴嘴組合采用三不等徑組合，選取J1=14.29mm,J2=7.94mm,J3=6.35mm。de=14.292+7.942+6.352=17.51mm計算功能參數(shù)Nb=PbQ=12.4×34.73=430KW

35、Nc=1.273PbQDb2=1.273×12.4×34.7331.112=0.565KW/cm2Fb=mQ2As=1.144×34.7320.785×17.512=5.73KNVb=1000QAs=1000×34.730.785×17.512=144m/s第三次開鉆（15053265m）鉆頭序號：4#，215.9mm,J22設(shè)計數(shù)據(jù)：H=2715m,m=1.254g/cm3,300=32,600=47, dc=177.8mmdi71.4mm,Lc=267m,dp=127mmdi9.02mm。2. 確定流量Qmin=1.43321.5

36、92-12.7221.59×1.254=16.1l/sQmax=1.84321.592-12.7221.59×1.254=20.75l/s由3NB-800鉆井泵水功率特性表查得120mm缸套，Qr=19.56l/s,Pr=27.08MPa。鉆井液流變參數(shù) n=3.322log4732=0.555K=0.51×325110.555=0.512Pasn2.計算循環(huán)壓耗Pc鉆桿內(nèi)流速Vpi=19.560.0785×9.022=3.06m/s鉆桿外環(huán)空流速Vpo=19.560.0785(21.592-12.72)=0.817m/s鉆鋌內(nèi)流速Vdi=19.560.

37、0785×7.142=4.89m/s鉆鋌外環(huán)空流速Vdo=19.560.0785(21.592-17.782)=1.66m/sRepi=10×8001-0.555×9.020.555×3.062-0.555×1.2540.512（3×0.555+14×0.555）0.555=7393Redi=10×8001-0.555×7.140.555×4.892-0.555×1.2540.512（3×0.555+14×0.555）0.555=12785Repo=10×12001-0.555×(21.59-12.7)0.555×0.8172-0.555×1.2540.512（2×0.555+13×0.555）0.555=2430Redo=10×12001-0.555×(21.59-17.78)0.555×1.662-0.555×1.2540.51