鉆井與完井工程課程設計--馮倩

1、構造名稱：xx凹陷井 號：as井另i：生產井鉆井與完井工程課程設計專業(yè)：2013級煤及煤層氣工程姓名：馮倩一、地質設計摘要二、井身結構設計三、鉆具設計四、鉆井液設計五、鉆井水力參數設計六、套管柱設計及強度校核七、注水泥設計八、設計結果、地質概況表a1井別探井井號a5設計井深3650m目的層qj井位坐標地面海拔m50縱（% ） m4275165橫（y ） m20416485測線位置504和45地震測線交點地理位置xx省xx市東500m構造位置xx凹陷鉆探目的了解xx構造q含氣情況，擴大勘探區(qū)域，增加后備氣源完鉆原則進入q15（）m完鉆完井方法先期裸眼層位代號底界深度，m分層厚度，m主要巖性描述故

2、障捉示a280礫巖層夾砂土，未膠結滲漏b600320上部礫巖，砂質礫巖，中下部含礫砂巖滲漏c1050450中上部含礪砂巖、夾泥巖和粉砂質泥巖； 下部礪狀砂巖，含礪砂巖、泥巖、粉砂質泥 巖不等厚互層防塌d1600泥巖、砂質泥巖、礪狀砂巖、含礪砂巖不等 厚互層，泥質粉砂巖防漏 防斜e1900300砂質泥巖、泥質粉砂巖、夾礪狀砂巖、含礪 砂巖防斜防漏f32650750泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖防斜fr2900250泥巖夾鈣質砂巖，夾碳質條帯煤線，屮部泥 巖夾煤層、下部泥巖、粉砂巖、泥質粉砂巖防斜、塌、卡f?k3150250泥巖為主，泥質粉砂巖，中粗砂巖，砂礫巖 間互fi3500350泥巖、泥質砂巖

3、、下部灰褐色泥巖防漏、噴、卡qi3650（未穿）150深灰，淺灰色灰?guī)r為主，間夾褐，磚紅色泥 巖防漏、噴、卡二、井身結構設計鉆探目的層為0灰?guī)r地層，確定完井方法為先期裸眼完井。油氣套管下入0 層 3 5m。根據地質情況，鉆達目的層過程中不受鹽巖，高壓水層等復雜地層影響，故 井身結構設計按地層壓力和破裂壓力剖面（圖a-1）進行。設計系數見表a-2o表a2井深結構設計有關系數名稱sqg/cm3g/cm3sfg/cm3skg/cm3弘mpampa數值0.050.050.030.051520來源理論計算理論計算區(qū)域資料統(tǒng)計區(qū)域資料統(tǒng)計區(qū)域資料統(tǒng)計區(qū)域資料統(tǒng)計表a-3各層段地層可鉆級值地層abcdef3

4、f2jf2kf.qj可鉆性值0.611.392633.57.35.24.9表a-4水力參數設計數據1泥漿泵型號與性能3nb1000鉆井泥漿泵（兩臺，可僅用一臺）缸套直徑（mm）額定泵沖（次分）額定排差（ls）額定泵壓（mpa）12015019.933.113015023.428.214015027.124.315015031.121.216015035.418.617015040.016.52鉆井液性能其它參數地面泵壓不超過20mpakg=1.07*10_3mpasl8lk8環(huán)空返速不低于0.7m/s,不高于1.2m/s鉆井液塑性粘度0.0047pa.s三、鉆具設計1、鉆鋌的設計根據五茲和魯賓

5、斯基理論得出，允許最小鉆鋌的最小外徑為：允許最小鉆鋌 外徑二2倍套管接箍外徑-鉆頭直徑。鉆鋌長度取決于選定的鉆鋌尺寸與所需鉆鋌重量。2、所需鉆鋌重量的計算公式(3-1)m所需鉆鋌的重量，kn ;wm所需鉆壓；sf安全系數，此取sf二1.2 ；kb浮力系數;所需鉆鋌的長度，m ；ldp一一所需鉆桿的長度，m ；qc每次開鉆所需鉆鋌單位長度重量；n 每次開鉆所需鉆鋌的根數；每根鉆鋌的長度9. 1 m o3、計算鉆柱所受拉力的公式1鉆柱所受拉力 p= (ldpx qdp+ lcx qdp) k,(3-2)p鉆柱所受拉力，kn ；p 外擠=pds l(3-3)p外擠鉆桿所受外擠壓力,mpa o4、一次

6、開鉆鉆具組合1 鉆鋌長度的確定選鉆鋌外徑 203. 2min,內徑 71.4mm, qc=2190n/mo 此時 k“=0. 858, w二40kn1.2x402.19x0.858=25. 54m從而實際用3根，實際長度3x9. 1=27.3 (m)2. 鉆桿長度計算及安全校核鉆桿外徑 139. 7mm,內徑 121.4mm, q=319. 71n/m,鋼級 e 級代二 1945.06kn,s,=l3(1) 安全系數校核：fa. =0. 9 f、/sf =0. 9x 1945. 06/1. 3=1346. 58kn(2) 卡瓦擠毀校核fa.二0. 9代/(氐/氐)二0. 9x1945. 06/

7、1. 42=1232. 78kn(3) 動載校核：fa. =0. 9 f -mop二0. 9x1945. 06-400=1350. 5kn'y較三種安全校核知卡瓦擠毀校核計算的最小則鉆桿 lp= ( fa2 qcxlcx kq / (qxk») =4307. 08m>80m從而實際用鉆桿：80-27. 3=52. 7m校核抗擠度：p 外擠=pgh 二1. 1x1000x9. 8x (80-27.3)0. 568mpa <% 二58.21mpa故安全校核所選鉆鋌及鉆桿滿足要求。5、三次開鉆鉆具組合1 鉆鋌長度的確定選鉆鋌外徑 152. 4mm。qc=1212n/mo

8、 此時 心二0 839, w二 180kn乩鑒 1.2x180 =2i2.41m cqc -kb 1.212x0.839從而實際用24根，實際長度24 x9. 1=218.4 (m)2. 鉆桿長度計算及安全校核鉆桿外徑 127mm,內徑 112mm, q=237. 73n/m,鋼級 e 級 fv =1760. 31kn, s廠1 3(1) 安全系數校核：fa =0.9fy/sf =0. 9x1760. 31/1. 3=1218. 676kn(2) 卡瓦擠毀校核fa. =0. 9 f / (crv / crv) =0. 9x 1760. 31 /1. 42=1115. 68kn(3) 動載校核：

9、fa. =0. 9 f -m0p=0. 9x1760. 31-400=1184. 279kn$y較三種安全校核知卡瓦擠毀校核計算的最小則鉆桿 lp= ( fa2 qcxlcx kq / (qxk») =4480. 17m>2000m從而實際用鉆桿:2000-218. 4=1781. 6mo校核抗擠度：p 外擠“gh 二 1. 25x1000x9. 8x (2000-218.4)=21.825mpa<crd=68. 96 mpa綜上安全校核所選鉆鋌及鉆桿滿足要求。鉆具選擇表項目鉆頭尺寸(mm)鉆鋌外徑(mm)鉆鋌長度(ni)鉆桿外徑(mm)開444.5203.225. 54

10、139.7二開215.9203.211& 3139.7三開215.9152.4218.4127四、鉆井液設計1、井筒內鉆井液體積vbi第i次開鉆時井筒內鉆井液的體積，m3；dbi 第i次開鉆時鉆頭的直徑，m；匚一一第i層套管的下入深度，m ；”加所加入的重品石的密度，取4200 kg/m3 ；加入重晶石粉后鉆井液的密度，kg/m3 ；p原加入重晶石z前的鉆井液的密度，kg/m3 o2、需要加入粘土的量(42)艸 _ p土v泥(p泥一 p水)l。七一“水式屮0.所加入粘土的密度，取2000 kg/m3 ；p/. 水的密度，取1000 kg/m3 ；p原一一加入粘土前鉆井液的密度，kg/m

11、3 ov原所配鉆井液的最大體積，m3o3、需要加入清水的量q水(4-3)0k式中w所加入的粘土的量，t ；p水 水的密度，取1000kg/m(4-4)甲_01%9重一卩原) w加-。加一 p重式中 。川所加入的重晶石的密度，取4200 kg/m3 ；p電加入重晶石粉后鉆井液的密度，kg/m3 ；p原加入粘土前鉆井液的密度，kg/m3 o參考臨井資料，一開和時鉆井液的密度為1. 15 g/cm3,二開和三開時鉆井液密度同為1. 156 g/cm3,無須改變鉆井液的密度。4、鉆井液體最大積的計算1) 一次開鉆井筒內鉆井液體積由公式4t二彳(0.4445)2x80v仞二 12. 41(n)3)2)

12、二次開鉆井筒內鉆井液體積 由公式4-1：2二彳(0259)2 x310v/?2=11.34(m3)3) 三次開鉆井筒內鉆井液體積由公式4-1%3二彳(0.2159尸 x2000v/?3=73. 18 (m3)一般泥漿池內要存儲備用50汩鉆井液，取循環(huán)浪費20汩鉆井液，所以v原50+20+73. 1 &所以 v原143. 18 m3, v,.x=160m3。五、鉆井水力參數設計1、開時泵的排量計算dh =444. 5 mm , dp=139. 7 mm , n=0. 65 , k=0. 3 , z=808 , p-. lg/cm3(5-11)va = i.2m/squ/心.00707堆將

13、(5-12)由公式(5-11)'dh-dp3n )(5-13)(5-12) (5-13)得攜巖最低返速4 二0. 6(m/s)由公式5-2q1 niax =-(d-d)xz>a=-(0.44452-0.139.72 )x1.2 '44qlmax=167. 73(l/s)由公式5-3q|min二彳(d-d；)xvs= (0. 44452-0.13972) xo. 6q i min =83. 868 (1/s)2、二開時泵的排量計算dh=215. 9 mm , dp=139. 7 mm , n=0. 65 , k=0. 3 , z=808 , p=l. lg/cm3va =

14、2m s=0.00707dg-pfp忖dh dp12q(5-11)(5-12)(5-13)由公式(5-11)(5-12) (5-13)得攜巖最低返速s 二0. 6(m/s)由公式5-2qhnax二彳(d；-d；)x s二扌(0.21592 -0.139.72 )x1.2qlmax =25. 53(l/s)由公式5-3qimin=- (d-d)xv=-(0. 21592-0.13972)x0. 6 44qlmin=12. 76(1/s)3、三開時泵的排量計算dh=215. 9 mm , dp = 127 mm , n=0. 65 , k=0. 3 , z=808 , p =1. 25g/cm3。

15、由公式5-203max 專(d2-仍)x 吒(0 215951272) xl.2q38. 72(l/s)由公式5-3q3min二彳(d：d；) x q產彳(0. 21592-0.1272) xo. 6qzn 二 14.36(l/s)表5-1泵的參數表井段泵型鋼套直徑(mm)最大工作 壓力(mpa)泵速(沖/分)柴油機轉速(rpm)額定排量(1/s)一開3 臺 3nb-1300a16024112140034. 32二開1 臺 3nb-1300a15027112140030. 17三開1 臺 3nb-1300a15027112140030. 174、三開時第一臨界井深的確定當三開時，d 丙=112

16、mm, d p = 127mm, d ci =71. 4mm, d c =152. 4mm, d h =0- 2 m , pd =1. 156 g/cm 3 , % =0. 023pa s, d j =d 2 =d 3 =d 4 =0. 120m,l 二50m丄 2 =30m，l 3 =20m丄 4 二 16m。由公式5-7ko=0. 12975(1. 156x103)(18x0. 02302+)g 0.12048 0.1248 0.1248 0.124-8k =5. 346x10-4由公式5-6= (1.256x103)°8x0.023020129750.11196 處014444

17、(0.22 - 0.127)3(0.22 + 0.127)1'8二3. 22x10-6由公式5-10心二(0. 001156) 08 x0. 023 °2 x 366 加器 + 麗可器応匣鏟£ = 1.98x107由公式5-5n=5. 346x10" +1.98x10"4 3.22x10, x218. 4n=2.94xl(r5由公式5-4735.5dcr _0.357丹 a _2.94乂10一51 mq m 3.22x10_6x2&72“3.22xl0'6dcr*二3785. 36 (m)5、噴嘴射流速度及射流沖擊力的設計因為噴嘴

18、的當量直徑：d p-q81a/62v c沁又d所以幾二p,- (n+md)qr 18 =27. 99-(2. 94xl0-5 +3. 22xl0'6 x2000) x28. 72l8=27. 32cm 當量直徑de飛怛應=2. 12cmv c7若采用三個等直徑的噴嘴時：dl=d2=d3=-4=l. 23cm浮2 r3-,4x1-232射流速度 vj二 10r二10x28.72 二65. 622 v射流沖擊力p. qfj二 一=5. 499kn 100x丄加$4射流水功率:巧二罕應二2.54mp&1八2六、套管柱設計及強度校核1、油層套管柱設計1 某井段的最大外擠壓力pe = a

19、/gdxl03(6-1)該井段所用泥漿的最大密度，g/cm3 ；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(6-2)6, 某段鋼級套管抗外擠強度，mp3 ;sd最小抗外擠安全系數，取1. 125 ；3. 套管浮力系數pd(6-3)ps某段所用鋼材的密度，取7.8 g/cm3；4 安全系數抗內壓安全系數si取1. 12,抗拉安全系數st取1.8 o 2、按抗外擠強度設計由下向上選擇第一段套管由公式6t6d =pc1 xsd=l. 156x9. 81x2000x103x1.125%二25. 515mpa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

20、厚(mm)均重(kg/m)抗拉強度(t)抗擠強度(mpa )內徑(mm)j-55139.76. 9923. 07100.727. 855125.73、確定第二段使用長度和第三段可下入深度表6-3第三段套管鋼級選擇鋼級外徑(mm)壁厚(mm)均重(kg/m)抗拉強度(t)抗擠強度(mpa )內徑(mm)h-40139.76.220. 83591& 064127.31.由公式6-21414m18.0461.156x0.00981x1.125實際取 d3=1414(m)第二段使用長度 l2= d2- d3=1618-1414=204(m)取第二段套管的長度200m；2. 雙軸應力校核o =

21、lqkb +12. 998 =200 x 0.2043 xo.85 + 12.998=47.729kn查鉆井手冊(甲方)込二987. 5kn pgd3sd =1.156x 0.00981x1414 = 16.04故 =475293s 987.5=0-0483(tx色=21.512x0.9612 = 20.67 込故 pgd.sd < ctx込滿足雙軸應力校核3.抗拉強度校核8zxsl = 47.729 x 1.8 = 85.912 v 840.7滿足抗拉強度要求。4、確定第三段使用長度和第四段可下入深度表6-3第三段套管鋼級選擇鋼級外徑(mm)壁厚(mm)均重(kg/m)抗拉強度(t)抗

22、擠強度(mpa)內徑(mm)k=55139.76.220. 8310&421.512127.3= 1021m13.03671.156x0.00981x1.125l3=d4-d3=393m在這里我們取l3=400m1. 抗拉強度校核由公式6 = lqkb +47. 729 =400 x 0.2043 xo.85 + 47.729= 118.52kn2. 抗拉強度校核力z x s嚴 118.52x1.8 = 213.39 < 578.3滿足抗拉強度要求。所以第四段套管的長度為:l°二厶-厶-厶-厶二2000-390-200-400=1010 3校核第四段套管第四段套管主要所

23、受最大的拉應力抗拉強度校核：(y/ =lqkb+118. 52 =1010x0.2043x0.85+118. 52=293. 9k578. 3kn井口內壓校核：29.441 pgd=1.298 > 1.1229.4411.156x0.00981x2000滿足井口內壓校核所以滿足要求七、注水泥設計1、水泥漿的用量1. 所需水泥漿體積的計算公式vr =時(吒-d?)l+汕町+卻吐2(7-1)式中 h,水泥塞深度，13m ；h2井眼口袋高度，5m ；l設計封填水泥長度，m ；%第i次開鉆鉆頭尺寸，m ;ds/自外向里第i層套管的外徑，m ；d,第i層套管的內徑，m ；k.修正系數，1.1；2、

24、水泥漿體積的計算1. 封固表層套管水泥漿體積的計算d”二444. 5 mm , d 51=339. 7 mm , l, =80m , d l =322. 9 mm, h】二13 m, h2 =5 m。由公式7-1vr =1. lx-(0.44452 - 0.33972)x80 + -(0.3229)2 x 13 + -0.44452 x5 r,444vti=7. 514(m3)2. 封固技術套管水泥漿體積的計算=215. 9mm , d s，7 =139. 7 min , d2=228. 7 mm , l二310 m, hlb m, h2 =5 m。由公式7-1vr =1. lx-(o. 21

25、592-0. 13972)x310+-0. 22872 x13+-0. 21592 x5 444vrll. 3(m3)3. 封固油層套管水泥漿體積的計算dh? =215. 9 mm , ds? =139. 7 mm , d3=124. 3 mm , l3=2000 m , h】=13 m, h2 =5m ;由公式7-1vt =1. lx-(0.22 -0. 13972)x2000+-0. 12432 x13+-0. 22 x5444v 右二32. 6防)o3、所需干水泥的用量1、所需干水泥的質量的計算公式配制1卅的水泥漿所需水泥灰的質量q 二 p4(7-2)pw + mpepc水泥灰的密度，3

26、. 15 g/cm3；pw水的密度，1. 0 g/cm3 ；m水灰比，二開、三開選0. 44, 一開為0. 46；從而，一開得 q =1. 286 (t/m3)二開、三開得 q =1. 32(t/m3) o2、干水泥質量的計算1.封同表層套管wti=k vriq=l. 05x7. 514x1.286=10. 146(t)2. 封固技術套管% =k v7.2 q=l. 05x 11. 3x1. 32=15. 662 (t)3. 封固油層套管w八二k v八 q二 1.05x32. 6x1. 32二45. 18(t)4. 所需清水的體積的計算1封固表層套管所需清水的量由公式7-3v =沁=0.46><10.146=4.667(巧 pw1.0固井時儲備清水的體積20m3o2 封固技術套管所需清水的量由公式7-3% =巴匕0.44x15.662 =& 87曲) pw1固井時儲備清水的體積20*。3. 封固油層套管所需清水的量由公式7-3= mxw” =0.44 x 45.18 pg 879 (m)3 pw1.0固井時儲備清水的體積40m3八、設計結果表81鉆頭與套管的選擇井號項目鉆頭尺寸(mm)下深(m)套管外徑(mm)sj0089表層444.580339.7sj0089技術215.9310244.5sj0089油層215.92000139.7表8-2鉆