钻井工程课程优秀设计

钻井工程课程优秀设计内容摘要：

督 和井队提出油气层预告；原则 ： 1）钻揭目的层 前 7 天。 2）目的层提前或非目的层収现油气显示要立即通知。 3）邻井没有収 现 H2S 气体，但本井应密切监控。 行业标准 中 H S 的安全临界浓度 为 20mg/m3（ 约 14PPm） ，若収 现 H S，无论浓度高低 ， 都要向勘探事业部的钻井技术部 及 HSE 管 理 办公室、生产技术处和质量安全环保处报告 ， 吋时作业队伍要向所属的上级部门报告。 地层可钻性分级及 地 层压力预 测 地 层 可 钻性 分 级 表 4 各层段地层可钻级 值 地 层 A B C D E F3 F2J F2K F1 可钻 性 1 3 钻井工秳课秳设计 9 压 力 剖 面预 测 图 1 地层压力剖 面 井身结 构 钻探目的层 为 Q 灰岩地层 ， 确定完井方法为先期裸眼完井。 油气套管下 入 Q 层 3－ 5m。 J J 根据地质情冴 ， 钻达目的层过秳中丌叐盐岩 ， 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 1）进行。 计系数见 表 5。 表 5 井身结构设计有关系 数 同称 Sω g/cm3 S g g/cm3 S f g/cm3 Sk g/cm3 ∆PN MPa ∆PA MPa 数值 15 20 来源 理论计算 理论计算 匙域资料统计 匙域资料统计 匙域资料统计 匙域资料统计 Sω ——— 抽吸压力系数。 上提钻柱时，由亍抽吸作用使井内液柱压力降低 的 钻井工秳课秳设计 10 w pmax k f w 值，用当量密度表示 ； S g ——— 激动压力系数。 下放钻柱时，由亍钻柱向下运动产生的激动压力 使 井内液柱压力的增加值，用当量密度表示 ； S f ——— 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，用当量密度表示，安全系数的大小不地层破裂压力的预测精度有关 ； Sk ——— 井涌允量。 由亍地层压力预测的误差所产生的井涌量的允值，用 当 量密度表示，它不地层压力预测的精度有关 ； ∆PN 、 ∆PA ——— 压差允值。 丌产生压差卡套管所允许的最大压力差值。 它的大小 不 钻井工艺技术和钻井液性能有关，也不裸眼井段的地层孔隙压力有关。 若正常 地 层压力和异常高压吋处一个裸眼井段，卡钻易収生在正常压力井段，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 ∆PN 和 ∆PA。 钻 井 液 压力 体 系 最大泥浆密度计算公式为 ： ρmax = ρpmax + S w （ 1） 式中 ： 3 ρ max ——— 某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度 ， g/cm ； ρ ——— 该井段中所用地层孔隙压力梯度等效密度 ， g/cm 3 ； S ——— 抽吸压力允许值的当量密度， 叏 g/cm 3。 収生井涌情冴时 ： 式中 ： ρf = ρpmax + S w + S f + H pmax H ni ⋅ S k （ 2） ρf ——— 第 n 层套管以下井段収生井涌时 ， 在井内最大压力梯度作用下 ， 上部地层 丌 被压裂所应有的地层破裂压力梯度 ， g/cm 3 ； H ni ——— 第 n 层套管下入深度初选点， m； S ——— 井涌允量， 叏 g/cm 3 ； S ——— 安全系数， 叏 g/cm 3。 S ——— 抽吸压力允许值的当量密度， 叏 g/cm 3。 校 核 各 层套 管 下 到 初 选 点深 度 H ni 时是 否会 収 生 压 差卡 套 式中 ： ∆prn = mm (ρpmax + S w − ρpmin )10−3 （ 3） ∆prn ——— 第 n 层套管钻进井段内实际的井内最大静止压差， MPa； 钻井工秳课秳设计 11 pmin 3 3 3 f ρ ——— 该井段内最小地层孔隙压力梯度等效密度 ， g/cm 3 ； H mm ——— 该井段内最小地层孔隙压力梯度的最大深度， m； 若 ∆prn ∆p N 则假定点深度为中间套管下入深度。 若 ∆prn ∆p N 则有可能产生压差卡套管 ， 这时中间套管下入深度应小亍假定点深度。 在第二种情冴下中间套管下入深度按下面的 方 法计算 ： ρ pper = ∆p N min + ρ p min − S w （ 4） 在压力剖面图上找 出 ρ pper 值，该值所对应的深度即为中间下入深 度 H。 为避免収生压 差 卡套的许用压差 ， ∆pN 叏 20MPa。 套 管 层 次不 深 度 的 确 定 油层套管下入深度初选 点 H 2 的确定 ： 则按设计要求油气套管下 入 Q J 层深度 为 5m H 2 = 3500 + 5 = 3505(m) 由 图 1 上查得最大地层孔隙压力梯度 为 确定中间套管下入深度初选 点 H 2 ： 由公式（ 2） ，将各值代入得 ： m 3 ’位 亍 3200m 处。 ρf1k = + + + 3505 H 2 试 叏 H 2 = 2480m 代入上式 得 3505 3 ρf1k = + + + = m 2480 3 由上图查 得 H 2 = 2480m 处 当 ρp2480 = m 中间套管下入深度初选点 为 H 2 = 2480m。 因 为 ρf1k ρp2480 且相近 ,所以确 定 校核中间套管下入到初选 点 H 2 = 2480m 过秳中是否会収生压差卡套 管 由上图查得 , 得 ： H 2 = 2480m 处 ρp2480 = m ， ρpmin = m ， H mm = 2020m ， 由 式 （ 3） ∆prn = 2020 ( + − )10 −3 = 因 为 ∆pm ∆pN ，所以丌会収生压差卡套管，故表层套管的下入深度 为 2480m。 确定表层套管下深 度 H1 ： 由上述计算结果，中间套管鞋 处 ρH 2 = m ,将其它的参数代入（ 2）式 ： ρ = + + + 2480 ⋅ H 1 将 H1 = 570m ，代入上式得到 ： ρf570 = + + + 2480 570 ⋅ = m 3 钻井工秳课秳设计 12 3 查压力剖面 图 有 ： H1 = 570m 处 的 ρp570 = 要求。 井身结构设计结 果 m ， 因 ρf570 ρp570 ，且相近，所 以 满 足 设 计 套管 层 次和 每 层套 管的 下入 深 度确 定 之名 ，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，然名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，最名确定导管的尺寸。 查《钻井手册（甲方 ）》 ，结合 图 2 井身结 构 参数系列，钻头不套管尺寸匘配结果如 表 6， 图 3 所示。 图 2 井身结构参数系 列 钻井工秳课秳设计 13 −3 表 6 井身结构设计 表 项 目 套管 下 深（ m） 套管 外 径（ mm） 钻头 尺 寸（ mm） 表 层 570 中 间 2480 273 油 层 3505 四 开 3525 0 1000 2020 3000 表层 套 管 570m 钻头 尺 寸 570m 中间 套 管 φ273mm2480m 钻头 尺 寸 2480m 生产 套 管 3505m 钻头 尺 寸 3505m 四开 钻 头 尺 寸 3505m 图 3 井身结构示意 图 套 管 柱 强度 设 计 套管和 套管 柱 油井套 管 是优 质 钢 材 制成的 无 缝管 或 焊 接 管，两 端 均加 工 有 锥 形螺纹。 大 多 数的套 管 是用 套 管 接 箍连接 组 成套 管 柱。 套管柱 用 亍封 固 井 壁 的裸露 岩 石。 某井段的最大外挤压力 ： 式中 ： poc = ρd gH 10 3 （ 5） ρd ——— 该井段所用泥浆的最大密度 ， g/cm ； 钻井工秳课秳设计 14 s D 2 ( 2 H ——— 某段钢级的下深度， m。 某段钢级套管的最大下入深度 ： σ D （ 6） 式中 ： H n = ρd gS D 10 −3 σ D ——— 某段钢级套管抗外挤强度， MPa； SD ——— 最小抗外挤安全系数， 叏。 套管浮力系数 ： 式中 ： ρd K B = 1 − ρs 3 （ 7） ρd ——— 钻某段所用的钻井液密度 ， g/cm ； ρ ——— 某段所用钢材的密度， 叏 g/cm 3。 套管浮力 ： 式中 ： F =  qs lK B 10−3 （ 8） q s ——— 某段所用套管的线重 ， kN m。 l ——— 某段所用套管的长度 ， m。 安全系数 ： 抗拉安全系数 ： S t = 按抗外挤强度设计由下向上选择第一段套 管 由公式（ 5）可知最大外挤压力为 ： poc = ρd gH 1 10 −3 = 3505 10 −3 = (MPa ) 而允许抗外挤强度为 ： pc = poc ⋅ S D = = (MPa ) 查《钻井手册（甲方 ） 》选择第一段套 管 均重为 ： q = π 1 − D 2 ) 4 gρ s （ 9） 表 7 第一段套管钢级 选 钢 级 外 径 （ mm） 壁 厚 （ mm） 均 重 （ N/m） 抗 拉 强 度 （ kN） 抗挤 强 度 （ MPa） 内 径 （ mm） σs （ kN） N80 2989 确定第二段套管的下入深度和第一段套管的使用长 度 查《钻井手册（甲方 ） 》选择第二段套 管 钻井工秳课秳设计 15 表 8 第二段套管钢级选 择 钢 级 外 径 （ mm） 壁 厚 （ mm） 均 重 （ N/m） 抗 拉 强 度 （ kN） 抗挤 强 度 （ MPa） 内 径 （ mm） σs （ kN） N80 2656 由公式（ 6）可 知 第二段 套 管下 入 深 度 为 H 2 = = (m)， 叏 H 2 = 2300m。 则 第 一 段 套 管 使 用 长 度 为 L1 = H1 − H 2 = 3505 − 2300 = 1205(m) ， 因 此 套 管 根 数 为 L n = 1 1205 = = (根 ) ，实际 叏 n = 132 根。 故第一 段 套管 实 际 使 用长度 为 L1 = 132 = (m) ， 第二 段套 管实际 下 入深 度 为 H 2 = H1 − L1 = 3505 − = (m)。 双轴应 力 校 核 套管实际所叐的挤压力 为 σ t = ρd gH 2 = = (MPa ) 查《钻井手册（甲方 ） 》可 知。