钻井工程课程设计.docx
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钻井工程课程设计
第一章设计资料收集
1.1设计井基本资料
井号
SJ0089
井别
预探井
坐标
20639585,5347043
设计井深
2000
井口海拔
725
目的层位
Y1,D,N,T
完井层位
古生界
地理位置
海拉尔
构造位置
海拉尔盆地呼和湖坳陷呼和湖
凹陷将北构造带
设计依据
1.设计依据
（1）大庆石油管理局勘探部1992年第73期《勘探方案审定纪要》
（2）
本区标准层构造图。
（3）邻井资料2.钻探目的评价本区油层情况
1.2邻井基本参数
1•井身结构
井号
项目
钻头尺寸（mm>
下深（m）
套管尺寸（mm）
3
泥浆密度（g/cm）
井深
和3
表层
444
160
339
1.1—1.2
165
和3
油层
215
1945
139
1.1—1.15
1950
2•地层压力
井号
井段
2
地层压力（g/cm）
2
破裂压力（g/cm）
和3
0—163
.85
1.5
和3
163—300
.9
1.55
和3
300—600
.95
1.6
和3
600—900
1
1.65
和3
900—1100
.98
1.65
和3
1100—1500
1
1.65
和3
1500—1700
1.02
1.6
和3
1700—1900
1.05
1.6
和3
1900—1950
1.12
1.6
3•钻具组合
井号
井段
钻头外
径（mm）
密度（g/cm3）
钻具组合
和3
0-163
444
1.1-1.2
①178X75+①159X26
和3
163-1950
215
1.1-1.15
①214螺扶+①178X2+①214螺扶+①178X9
+①214螺扶+①178减震器+①178X18+
①214螺扶+①159X26+①214螺扶
+①159X135
和3
680-690
215
1.1-1.15
①178取芯筒+①159X100
和3
950-990
215
1.1-1.15
①178取芯筒+①159X100
和3
1075-1090
215
1.1-1.15
①178取芯筒+①159X100
4•钻井液性能
井号
地质年
代
井段（m）
钻井液类
型
密度
3（g/cm）
漏斗
粘度
G）
PH值
静切力
（Pa）
塑性粘度
（mPa.s）
屈服值
（Pa）
N值
K值
失水
（API）
和3
伊二段-
第四系
0-163
搬土混浆
1.1-1.2
22-4
5
-
-
-
-
-
-
-
和3
大下段-
伊二段
163-1115
两性复合
离子钻井
液
1.05-1.1
22-3
5
8.5-9
.5-2
8-13
4-7
.65-.75
.2-.4
1-4
和3
古生界-
南上段
1115-195
0
两性复合
离子钻井
液
1.1-1.15
35-4
5
8.5-9
2-3
13-18
7-9
.55-.65
.4-.6
1-4
5•水力参数
井号
钻头尺寸
（mm）
井段（m）
泵压
（MPa）
钻头压降
（MPa）
环空压降
（MPa）
冲击力
（kN）
喷射速度
（m/s）
钻头水功率（%：
比水功
率（%）
上返速度
（m/s）
功率利
用率（％）
和3
444
0-163
7.97
7.05
.92
6.01
104
325
2
.34
88.5
和3
215
163-538
15.26
13.3
1.96
7.41
149
574
15
1.91
87.17
和3
215
538-680
13.08
11.77
1.31
4.65
140
339
9
1.28
89.97
和3
215
690-950
13.39
11.77
1.62
4.65
140
339
9
1.28
87.9
和3
215
990-1075
11.89
10.26
1.63
4.05
131
275
7
1.19
86.28
和3
215
1090-1355
12.7
10.72
1.97
4.23
131
288
7
1.19
84.45
和3
215
1355-1500
12.86
10.72
2.13
4.23
131
288
7
1.19
83.4
和3
215
1500-1950
13.35
10.72
2.63
4.23
131
288
7
1.19
80.3
和3
215
680-690
0
和3
215
950-990
0
0
和3
215
1075-1090
0
6•钻井参数
井号
井段（m）
钻头
尺寸
（mm）
钻头类
型
生产厂
喷嘴组合
钻压
（kN）
转速
（rpm）
排量
（l/s）
泥浆密度
3
（g/cm）
和3
0-163
444
X3A
江汉
14+14+14
30-40
65-70
45-48
1.1-1.2
和3
163-538
215
J2
江汉
14.24+9.53+9.53
160-180
70-110
40-45
1.05-1.1
和3
538-680
215
J11
江汉
9.53+9.53+9.53
160-180
65-70
28-30
1.05-1.1
和3
690-950
215
J11
江汉
9.53+9.53+9.53
160-180
65-70
28-30
1.05-1.1
和3
990-1075
215
ATJ11
江汉
9.53+9.53+9.53
160-180
65-70
24-28
1.05-1.1
和3
1090-135
5
215
J22
江汉
9.53+9.53+9.53
160-180
65-70
24-28
1.1-1.15
和3
1355-150
0
215
ATJ22
江汉
9.53+9.53+9.53
160-180
65-70
24-28
1.1-1.15
和3
1500-195
0
215
J33
江汉
9.53+9.53+9.53
160-180
65-70
24-28
1.1-1.15
和3
680-690
215
RC475
川•克
50-80
65-70
35-40
1.05-1.1
和3
950-990
215
SC226
牡丹江
50-80
65-70
35-40
1.05-1.1
和3
1075-109
0
215
RQ306
50-80
65-70
35-40
1.05-1.1
7•套管柱设计参数
井号
套管类
型
套管层
位
井段（m）
外径
（mm）
钢级
段重⑴
长度
（m）
壁厚
（mm）
累重（t）
抗拉系
数
抗挤系
数
和3
常规
表层
0-160
339
J-55
9.65
160
12.98
12.98
17.96
4.14
和3
常规
油层
0-190
139
J-55
7.72
190
4.81
48.1
2.33
12.29
和3
常规
油层
190-438
139
J-55
6.2
248
5.17
43.29
1.8
3.29
和3
常规
油层
438-194
5
139
J-55
7.72
1507
38.13
38.13
2.94
1.54
8•注水泥设计参数
井号
套管层
位
固井前密度要求
3
（g/cm）
上返深
度（m）
水泥塞
面深度
（m）
水泥浆密度
3
（g/cm）
漏失量
3
（m）
水泥品
种标号
注水泥
量（袋）
外加剂
品种
外加剂
量（kg）
和3
表层
1.2
0
1.85-1.9
0
A级
639
0
和3
油层
1.15
372
1.85-1.9
0
G级
1461
0
第二章井身结构设计
2.1钻井液的压力体系
2.1.1最大钻井液密度
maxpmaxSb
（2-1）
式中max
某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度，g/cm3；
pmax
该井段中所用地层孔隙压力梯度等效密度，g/cm3；
Sb
抽吸压力允许值的当量密度，取0.036g/cm3
发生井涌情况
fnk
pmax+Sb
+Sf
HS
pmaxk
（2-2）
fnk
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,
上部地层不被压裂所应有的地层破裂压力梯度,
g/cm3；
Hni第n层套管下入深度初选点，m；
Sk
压井时井内压力增高值的等效密度
取0.06g/cm3；
Sf
地层压裂安全增值，取0.03g/cm3。
2.1.2校核各层套管下到初选点时是否会发生压差卡套
Pr2
9.81Hmm（
pmax
Sb
i）1023
pmin
（2-3）
pm第n层套管钻进井段内实际的井内最大静止压差，MPa；
pmin
该井段内最小地层孔隙压力梯度等效密度，g/cm；
P――避免发生压差卡套的许用压差，取12MPa；
Hmm――该井段内最小地层孔隙压力梯度的最大深度，m
2.2井身结构的设计
井身结构设计
1.确定中间套管下入深度初选点H1
从图A-1查得钻遇最大地层压力当量密度层破裂压力当量密度由（7-2）式确定，即
Pmax=1.50g/cm
3,位于
3200m处，则设计地
fd
H
Sf
max*一Sk
fD
1.50
3200
0.050.030.05
H1
试取H1=2150m,在图A-1
上查得
f2150
3
1.70g/cm，再将H1=2150m代入上式得
fD
1.50
0.050.0332000.05
2150
3
=1.654g/cm
因为fDV
f2150，且相近，所以确定中间套管下入深度初选点为
H1=2150m。
水泥返至井深1200m。
3.油层套管下入Qj层3-5m，即H2=3505m。
校核油层套管下至井深3505m是否卡套管。
3
从图A-1知井深3505m处地层压力梯度为1.50g/cm，以及该井段内的最小地层压力梯
3
度为1.10g/cm，该井段内最小地层压力地层的最大深度为2700m,则由（7-3）式得
pa=0.00981（1.55-1.10）X2700=11.92MPa
即pa=11.92V20Mpa
所以油层套管下至井深
水泥返至井深2500m.
3505m无卡套管危险。
4•表层套管下入深度
3
中间套管下入井深2150m处地层压力梯度当量密度1.10g/cm，给定溢流数值Sk=0.05
3
g/cm，则表层套管下深由（7-6）式计算，即
fE1.10°.°5°.°3
2150
0.05
..3
试取Ho=400,由图查得彳収1.382g/cm,
而由上式算得
fo
3
1.449g/cm，因
f400V
fo
，不符合要求，再试取
Ho=500m，由图
3
查得f500「40g/cm，
而由上式算得
3
1.395g/cm。
fo
f500
訂.40-1.395=0.005V
（0.024~0.048）g/cm
满足要求，即表层套管下深500m。
表层套管水泥返至地面。
本井采用13389587in井身结构。
由图7-3a（或7-3b）查得各层次套管所用钻
头尺寸。
表层套管用444.5mm（17、in）钻头，钻至井深505m,339.7mm（133&in）套管下
至井深500m,水泥返至地面。
中间套管用311mm（1214in）钻头钻至井深2155m,244.5mm（95&in）套管下至井深2152m,水泥返至井深1200m.。
油层套管用215.9mm（8、in）钻头钻至井深3505m,177.8mm套管下至井深3502m,水泥返至井深2500m。
149.2mm（57in）钻头钻达目的层。
221套管层次的确定
1•确定油层套管下入深度Hi
因为井深H=2000m,所以油层套管下入深度Hi=2000m2.确定第技术套管下入深度H2
⑴初选点出匚
试取H2i=310m
参考临井基本参数，f3i0=1.60g/cm3,pmax=1.12g/cm
由公式2-2
f2k=1.12+0.036+0.03+
20000.060
310
f2k=1.573（g/cm3）
因为f2k（2）校核H2i=310m
在此井段,pmax=1.12g/cm,pmin=0.85g/cm
Hmm=163m。
由公式2-3
Pr2=9.81163X（1.12+0.036-0.85）103
Pr2=0.17126（MPa）
因为Pr2310m。
3.确定第表层套管下入深度H3
（1）试取出匚=80m
参考临井基本参数，pmax=0.85g/cm3,f8O=1.50g/cm3。
参考邻井资料的钻井液性能指标的数据：
在0-163m的井段上钻井液的密
度范围为1.1-1.2g/cm3,在这里我们试取钻井液密度为1.15g/cm
由公式2-2和2-1
f3k=1.15+0.03+
310160
80
f3k=1.4125（g/cm3）
因为f3k⑵校核H3i=80m
在此井段，pmax=0.85g/cm3,pmin=0.85g/cm3,Hmm=80m。
由公式2-3
Pr3=9.8180（1.2-0.85）103
Pr3=0.27468（MPa）
因为Pr380m。
2.2.2套管尺寸与井眼尺寸的选择与配合
1•查《钻井手册（甲方）》，选择以下钻头与套管如下:
表2-1钻头与套管的选择
井号
项目
钻头尺寸（mm）
下深（m）
套管外径（mm）
SJ0089
表层
444.5
80
339.7
SJ0089
技术
215.9
310
244.5
SJ0089
油层
215.9
2000
139.7
第三章钻具设计
3.1钻铤的设计
允许最小钻铤
根据五兹和鲁宾斯基理论得出，允许最小钻铤的最小外径为:
外径=2倍套管接箍外径-钻头直径。
钻铤长度取决于选定的钻铤尺寸与所需钻铤重量
3.1.1所需钻铤重量的计算公式
m=
WmSf
（3-1）
m所需钻铤的重量，kN;
Wm——所需钻压；
Sf――安全系数,此取Sf=1.2；
Kb――浮力系数；
Lc――所需钻铤的长度，m;
Ldp――所需钻杆的长度，m；
qc每次开钻所需钻铤单位长度重量;
N——每次开钻所需钻铤的根数；
每根钻铤的长度9.1m。
（3-2）
3.1.2计算钻柱所受拉力的公式
1•钻柱所受拉力P=[（Ldpqdp+Lcqdp）]Kb
钻柱所受拉力，kN；
P外挤
=dgL
（3-3）
P外挤钻杆所受外挤压力，MPa
3.2钻铤长度的计算
3.2.1一次开钻钻具组合
1•钻铤长度的确定
选钻铤外径203.2mm，内径71.4mm，qc=2190N/m。
此时Kb=0.858，
W=40KN
Sn
qc
Wkb=
1.240
2.190.858
=25.54m
从而实际用3根，实际长度39.仁27.3（m）2.钻杆长度计算及安全校核
钻杆外径139.7mm，内径121.4mm,q=319.71N/m，钢级E级Fy=1945.06KN，
St=1.3
（1）安全系数校核：
Fa1=0.9Fy/S=0.91945.06/1.3=1346.58KN
（2）卡瓦挤毁校核
Fa2=0.9Fy/（y/x）=0.91945.06/1.42=1232.78KN
（3）动载校核：
Fas=0.9Fy-MOP=0.91945.06-400=1350.5KN
较三种安全校核知卡瓦挤毁校核计算的最小
则钻杆Lp=（Fa?
-qcLc
Kb）/（qKb）=4307.08m>80m
从而实际用钻杆：
80-27.3=52.7m
校核抗挤度：
P外挤=gh=1.110009.8（80-27.3）
0.568MPa故安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。
3.2.2二次开钻钻具组合
1•钻铤长度的确定
选钻铤外径203.2mm，内径71.4mm，qc=2190N/m。
此时心=0.852，
W=180KN
Lc=
=115.7m
SnW=1.2180
qckb2.190.852
从而实际用13根，实际长度139.仁118.3（m）2.钻杆长度计算及安全校核
钻杆外径139.7mm，内径118.6mm，q=360.59N/m，钢级E级Fy=1945.06KN，
St=1.3
（1）安全系数校核：
Fa1=0.9Fy/St=0.91945.06/1.3=1346.58KN
（2）卡瓦挤毁校核
Fa2=0.9Fy/（y/x）=0.91945.06/1.42=1232.78KN
（3）动载校核：
Fa3=0.9Fy-MOP=0.91945.06-400=1350.55KN
较三种安全校核知卡瓦挤毁校核计算的最小
则钻杆Lp=（Fa2-qcLcKb）/（qKb）=3294.2m>310m
从而实际用钻杆：
310-118.3=191.7m
校核抗挤度：
P外挤=gh=1.1510009.8（310-118.3）
=2.1605MPa故安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。
3.2.3三次开钻钻具组合
1•钻铤长度的确定
选钻铤外径152.4mm。
qc=1212N/m。
此时Kb=0.839，W=180KN
SNW1.2180
Lc=N==212.41m
qckb1.2120.839
从而实际用24根，实际长度249.仁218.4（m）
2.钻杆长度计算及安全校核
钻杆外径127mm，内径112mm，q=237.73N/m，钢级E级Fy=1760.31KN，
St=1.3
（1）安全系数校核：
Fa1=0.9Fy/St=0.91760.31/1.3=1218.676KN
（2）卡瓦挤毁校核
Fa2=0.9Fy/（y/x）=0.91760.31/1.42=1115.68KN
（3）动载校核：
Fas=0.9Fy-MOP=0.91760.31-400=1184.279KN
较三种安全校核知卡瓦挤毁校核计算的最小
则钻杆Lp=（Fa2-qcLc
Kb）/（qKb）=4480.17m>2000m
从而实际用钻杆：
2000-218.4=1781.6m。
校核抗挤度：
P外挤=gh=1.2510009.8（2000-218.4）
=21.825MPa综上安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。
钻具选择表
项目
钻头尺寸（mm）
钻铤外径（mm）
钻铤长度（m）
钻杆外径（mm）
一开
444.5
203.2
25.54
139.7
二开
215.9
203.2
118.3
139.7
二开
215.9
152.4
218.4
127
第4章钻井液设计
4.1钻井液的选择
4.1.1井筒内钻井液体积
2
Vbi=—DbiLi（4-1）
4
Vbi――第i次开钻时井筒内钻井液的体积，m3；
Dbi――第i次开钻时钻头的直径，m；
Li――第i层套管的下入深度，m；
加——所加入的重晶石的密度，取4200kg/m3；
加入重晶石粉后钻井液的密度，kg/m3;
原——加入重晶石之前的钻井液的密度，kg/m3
4.1.2需要加入粘土的量
土V泥（泥水）
（4-2）
式中土——所加入粘土的密度，取2000kg/m3；
水的密度，取1000kg/m3；
原——加入粘土前钻井液的密度,
kg/m3o
V原一一所配钻井液的最大体积,
4.1.3需要加入清水的量
Q水=V原-纶
水
（4-3）
式中w土—所加入的粘土的量，t；
水——水的密度，取1000kg/m3
（4-4）
式中加——所加入的重晶石的密度，取4200kg/m3;
重加入重晶石粉后钻井液的密度,
kg/m3；
原——加入粘土前钻井液的密度，kg/m3
参考临井资料，一开和时钻井液的密度为1.15g/cm3，二开和三开时钻井
液密度同为1.156g/cm3，无须改变钻井液的密度
4.2钻井液体最大积的计算
421—次开钻井筒内钻井液体积
由公式4-1
Vb产—（0.4445）2804
3
Vbi=12.41（m）
4.2.2二次开钻井筒内钻井液体积
由公式4-1
Vb2=—（0.2159）23104
Vb2=11.34（m
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