石油工程课程设计Word格式文档下载.doc
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地理位置
XX省XX市东500m
构造位置
XX凹陷
钻探目的
了解XX构造含油气情况,扩大勘探区域,增加后备油气源
完钻原则
进入150m完钻
完井方法
先期裸眼
层位代号
底界深度,m
分层厚度,m
主要岩性描述
故障提示
A
280
砾岩层夹砂土,未胶结
渗漏
B
600
320
上部砾岩,砂质砾岩,中下部含砾砂岩
C
1050
450
中上部含砺砂岩、夹泥岩和粉砂质泥岩;
下部砺状砂岩,含砺砂岩、泥岩、粉砂质泥岩不等厚互层
防塌
D
1600
泥岩、砂质泥岩、砺状砂岩、含砺砂岩不等厚互层,泥质粉砂岩
防漏
防斜
E
1900
300
砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含砺砂岩
F3
2650
750
泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩
F2J
2900
250
泥岩夹钙质砂岩,夹碳质条带煤线,中部泥岩夹煤层、下部泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩
防斜、塌、卡
F2K
3150
泥岩为主,泥质粉砂岩,中粗砂岩,砂砾岩间互
3445
295
泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩
防漏、喷、卡
2.钻井主要设备要求
名称
型号
规范或特征
载荷kN
数量
钻机
井架
天车
游车
大钩
水龙头
转盘
井架底座
钻井泵
动力机
防喷器
控制系统
振动筛
除砂器
除泥器
除气器
储备罐
离心机
ZJ45
TJ300/43A
TC-350
YC-350
DG-350
SL-450
ZP-520
3NB-1300
PZ12V190B-1
FZ、FH系列
FKQ6406
ZS2400*1200
ZCT300*2
ZQJ100*10
LCH-50
ZXZ*45
LW500*1250-NY
高45米
七轮
六轮
中心管内径75mm
通孔520mm
高4.5m
2*956kw
3*882kw
2930
3430
4410
2940
1
2
3
3.井身结构设计
3.1井身结构设计
表3-1井身结构设计表
井段m
钻头尺寸mm
套管尺寸mm
水泥返深m
一开
570
444.5
339.7
二开
2480
311.2
244.5
三开
125.9
177.8
3505
3.2井身结构示意图
底界
深度
m
分层厚度
井身结构
3.3地层可钻性分级
表3-2各层段地层可钻级值
地层
可钻性
0.6
1.39
2.16
3.5
7.3
5.2
4.9
3.4压力剖面预测
图3-1地层压力和破裂压力图
3.5井身结构理论计算
钻探目的层为灰岩地层,确定完井方法为先期裸眼完井。
根据地质情况,钻达目的层过程中不受盐岩,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3-1)进行。
计系数见表3-2。
表3-3井身结构设计有关系数
MPa
数值
0.05
0.03
15
来源
理论计算
区域资料统计
—抽吸压力系数。
上提钻柱时,由于抽吸作用使井内液柱压力降低的值,用当量密度表示;
—激动压力系数。
下放钻柱时,由于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;
—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,安全系数的大小与地层破裂压力的预测精度有关;
—井涌允量。
由于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,它与地层压力预测的精度有关;
、—压差允值。
不产生压差卡套管所允许的最大压力差值。
它的大小与
钻井工艺技术和钻井液性能有关,也与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同处一个裸眼井段,卡钻易发生在正常压力井段,所以压差允值又有正常压力井段和异常压力井段之分,分别用和表示。
3.5.1钻井液压力体系
最大泥浆密度计算公式为:
(3-1)
式中:
—某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度,;
pmax
—该井段中最大地层孔隙压力梯度等效密度,;
w
—抽吸压力允许值的当量密度,取0.05。
发生井涌情况时:
(3-2)
—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,;
—第n层套管下入深度初选点,m;
k
—井涌允量,取0.05;
f
—安全系数,取0.03;
3.5.2校核各层套管
下到初选点深度时是否会发生压差卡套
(3-3)
—第n层套管钻进井段内实际的井内最大静止压差,MPa;
—该裸眼井段内最小地层孔隙压力梯度对应的最大深度,m;
—该裸眼井段内采用的最大钻井液密度,;
—该该裸眼井段内最小地层的孔隙压力梯度等效密度,。
若<
则假定点深度为中间套管下入深度。
若>
则有可能产生压差卡套管,这时中间套管下入深度应小于假定点深度。
在第二种情况下中间套管下入深度按下面的方法计算:
(3-4)
在压力剖面图上找出值,该值所对应的深度即为中间套管下入深度。
其中,取15MPa。
3.5.3套管层次与深度的确定
3.5.3.1油层套管下入深度的确定:
按设计要求油气套管下入层深度为5m,因此=3500+5=3505(m)
3.5.3.2由图3-1查得最大地层孔隙压力梯度为1.50位于3200m处。
1、确定中间套管下入深度初选点:
由公式(3-2),将各值代入得:
试取=2480m代入上式得:
=1.645
由图3-1查得2480m处地层破裂压力梯度等效密度=1.651,因为<
且相近,所以确定中间套管下入深度初选点为=2480m。
2、校核中间套管下入到初选点=2480m过程中是否会发生压差卡套管
由图3-1查得,2480m处=1.10,=1.00,=1900m,由公式(3-3)得:
因为<
,所以不会发生压差卡套管,故中间套管的下入深度为2480m。
3、确定表层套管下入深度:
由上述计算结果,中间套管鞋处=1.1,将其它的参数代入公式(3-2):
试取=570m代入上式得:
=1.398
由图3-1查得570m处地层破裂压力梯度等效密度=1.411,因为<
且相近,所以确定表层套管下入深度为=570m满足设计要求。
3.5.3.3井身结构设计结果
套管层次和每层套管的下入深度确定之后,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,然后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,最后确定套管的尺寸。
图3-2井身结构参数系列
查《钻井手册(甲方)》,结合图3-2井身结构参数系列,钻头与套管尺寸匹配结果如3.1和3.2所示。
3.5.4套管柱强度设计
3.5.4.1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。
套管柱用于封固井壁的裸露岩石。
某井段的最大外挤压力:
(3-5)
—该井段所用泥浆的最大密度,;
—某段钢级的下深度,m。
某段钢级套管的最大下入深度:
(3-6)
—某段钢级套管抗外挤强度,MPa;
—最小抗外挤安全系数,取1.125。
套管浮力系数:
(3-7)
—钻某段所用的钻井液密度,;
s
—某段所用钢材的密度,取7.85。
套管浮力:
—某段所用套管的线重,。
—某段所用套管的长度,m。
抗拉安全系数:
=1.8
3.5.4.2油层套管柱设计
按抗外挤强度设计由下向上选择第一段套管
由公式(3-5)可知最大外挤压力为:
=53.2953MPa
而允许抗外挤强度为:
=53.2953×
1.125=59.9572MPa
查《钻井手册(甲方)》选择第一段套管均重为:
表3-4第一段套管钢级选择
钢级
外径
mm
壁厚
内径
通径
均重
N/m
抗拉强度
kN
抗挤强度
屈服强度
C-90
11.51
154.8
151.6
467.2
3243
64.7
3733
3.5.4.3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
表3-5第二段套管钢级选择
N-80
10.36
157.1
153.9
423.4
2656
48.4
3008
由公式(3-6)可知,第二段套管可下入最大深度为:
=2829.4m,取=2800m。
则第一段套管使用长度为:
=3505−2800=705m,因此套管根数为:
=77.47根,实际取n=77根。
故第一段套管实际使用长度为=77×
9.1=700.7m,第二段套管实际下入深度为
=3505−700.7=2804.3m。
双轴应力校核
图3-4双向应力椭圆
第二段套管下端面实际所受拉力为:
=700.7×
467.2×
×
(1-)=262.728kN
第二段套管下端面在有轴向拉应力作用下最大允许抗外挤强度为:
=48.4×
(1.03-0.74×
)=46.724
第二段套管下端面实际所受的挤压力为:
=0.00981×
1.55×
2804.3=42.641MPa
抗外挤安全系数为<
1.125,不安全,即第二段套管在下端面处不满足抗外挤强度要求,故将第一段套管向上延伸,延伸的长度由第二段套管在双向应力下的可下入深度决定。
由
得
=2705.6,取2700。
=3505−2700=805m,因此套管根数为:
=88.46根,实际取89根。
故第一段套管实际使用长度为=89×
9.1=809.9m,第二段套管实际下入深度为
=3505−809.9=2695.1m。
3.5.4.4确定第三段套管的下入深度和第二段套管的使用长度
查《钻井手册(甲方)》选择第三段套管
表3-6第三段套管钢级选择
9.19
159.4
156.2
379.5
2309
37.3
2687
由公式(3-6)可知
第三段套管下入深度为=2180.5m,取=2100m。
则第二段套管使用长度为=2695.1−2100=595.1m,因此套管根数为:
=65.40根,实际取65根。
故第二段套管实际使用长度为=65×
9.1=591.5m,第三段套管实际下入深度为=2695.1−591.5=2103.6m。
第三段套管下端面实际所受拉力为:
=()×
(1-)=504.663kN
在轴向拉应力作用下最大允许抗外挤强度为:
=37.3×
)=33.235
第三段套管下端面实际所受的挤压力为:
2103.6=31.986MPa
1.125,不安全,即第三段套管在下端面处不满足抗外挤强度要求,故将第二段套管向上延伸,延伸的长度由第三段套管在双向应力下的可下入深度决定。
=1901.6,
取1900。
则第二段套管使用长度为:
=2695.1−1901.6=793.5m,因此套管根数为:
=87.20根,实际取88根。
故第二段套管实际使用长度为=88×
9.1=800.8m,第三段套管实际下入深度为=2695.1−800.8=1894.3m。
3.5.4.5校核第三段套管及确定其使用长度
使用长度的确定
第三段套管使用长度为
=1894.3m,因此套管根数为=208.16根,实际取208根
故第三段套管实际使用长度为=208×
9.1=1892.8m。
抗拉强度校核
第三段套管所受最大拉应力为
==1435.76kN
抗拉安全系数为,不安全,即第三段套管在上端面处不满足抗拉强度要求,所以第三段套管不可延伸至井口,其可向上延伸的深度为第四段套管的下入深度,第三段套管的长度为。
=,即=
解得=1489.6m,因此套管根数为:
=163.69根,实际取163根。
故第三段套管实际使用长度为=163×
9.1=1483.3m。
查《钻井手册(甲方)》选择中间套管:
表3-8中间套管钢级选择
11.95
220.5
216.5
686.11
4027
32.8
4832
中间套管所受最大拉应力为
抗拉安全系数为,满足抗拉强度要求。
3.5.4.6表层套管柱设计
=5.8713MPa
=5.8713×
1.125=6.6052MPa
查《钻井手册(甲方)》选择表层套管:
表3-8表层套管钢级选择
J55
9.65
320.4
316.5
795.69
2287
7.8
3795
表层套管所受最大拉应力为
3.5.5套管柱设计结果
表3-9套管柱设计参数表
套管
程序
井段
根数
长度
表层
0~570
J-55
63
中间
0~2480
P-110
273
油层
0~411
46
411
411~1894.3
163
1483.3
1894.3~2695.1
88
800.8
2695.1~3445
C-80
82
3.6钻具组合
3.6.1钻铤的设计
根据钻头直径选择钻铤外径,钻铤长度取决于选定的钻铤尺寸与所需钻铤重量。
所需钻铤长度的计算公式:
(3-8)
—设计的最大钻压,kN;
—安全系数,此取=1.2;
—钻井液浮力系数;
—所需钻铤的长度,m;
—每次开钻所需钻铤单位长度的重量,;
—最大允许的井斜角。
计算钻柱所受拉力的公式:
(3-9)
—钻柱所受拉力,kN;
—钻铤长度,m;
—钻铤单位长度重量,;
—钻杆长度,m;
—钻杆单位长度重量,。
(3-10)
—钻杆所受外挤压力,MPa;
d
—钻井液密度,。
钟摆防斜钻具的计算:
式中:
;
—扶正器至钻头的距离,m;
—钻压,kN;
—井径,m;
—钻铤直径,m。
钻具组合
表3-10钻铤和钻杆的配合
第一次开钻(0~570m)
Ф339.7mm3A+Ф228mmDC+Ф127mmDP+133mmKL
第二次开钻(570~2480m)
Ф244.5mm3A+Ф203mmDC+Ф127mmDP+133mmKL
第三次开钻(2480~3505m)
Ф177.8mm3A+Ф177.8mmDC+Ф127mmDP+133mmKL
3A—三牙轮钻头;
DC—钻铤;
DP—钻杆;
KL—方钻杆。
各次开钻,由最大钻压计算钻铤长度
表3-11钻头参数
钻头直径
最大钻压
311.1
280.0
210.0
钻铤的长度计算
第一次开钻:
=2°
最大钻压=311.1kN,线重=2.851,安全系数=1.2,=151.37m
加上计算误差:
=176.37m
第二次开钻:
=5°
最大钻压=280kN,线重=2.193,安全系数=1.2
=180.20m
=205.20m
第三次开钻:
=7°
最大钻压=210kN,线重=1.608,安全系数=1.2
=196.35m
=221.35m
钻柱强度设计
表3-12一开数据表
井深
钻井液密度
钻铤直径
钻铤长度
钻铤线重
kN/m
钻杆直径
钻杆线重
1.05
228
176.37
2.851
127
0.2847
拉力余量为MOP=450kN,设计系数=1.30,=1.42。
选Ф127mm,钢级E,最大允许拉伸力=1761.3
因为=1.42>
=1.30
所以=1116.32kN
1135.17kN
按卡瓦挤毁比值计算的最小,则钻杆的许用长度为:
==2760.32m>
=570m
钻杆实际下入长度(570-176.37)=393.63m
表3-13二开数据表
1.15
203
205.20
2.193
==3013.43m>
=2840m
钻杆实际下入长度(2840-205.20)=2634.80m
表3-14三开数据表
1.55
221.35
1.608
==3635.54m>
=3505m
钻杆实际下入长度(3505-221.35)=3283.65m
表3-16钻柱强度设计结果
开钻程序
钻杆
线重
最大允许拉伸力
钻铤
线性重力
1761.3
570~2480
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