中國(guó)石油大學(xué)鉆井工程課程設(shè)計(jì)答案.docx

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鉆井工程課程設(shè)計(jì) 鉆井工程設(shè)計(jì) 9 前 言 《鉆井與完井工程設(shè)計(jì)》主要是指在得到地質(zhì)設(shè)計(jì)后，如何以地質(zhì)設(shè)計(jì)為依據(jù)，完成 一口井的綜合、合理的鉆井工程設(shè)計(jì)。鉆井工程設(shè)計(jì)是石油工程的一個(gè)重要部分，是確保 油氣鉆井工程順利實(shí)施和質(zhì)量控制的重要保證，是鉆井施工作業(yè)必須遵循的原則，是組織 鉆井生產(chǎn)和技術(shù)協(xié)作的基礎(chǔ)，是搞好單井預(yù)算和決算的唯一依據(jù)。 主要目的層段的設(shè)計(jì)必須體現(xiàn)有利于發(fā)現(xiàn)與保護(hù)油氣層，非目的層段的設(shè)計(jì)主要考慮 滿足鉆井工程施工作業(yè)和降低成本的需要。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：一、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及井身質(zhì)量要求，原則是能有效地保護(hù)油 氣層，使不同地層壓力梯度的油氣層不受鉆井液污染損壞，應(yīng)避免漏、噴、塌、卡等復(fù)雜 情況發(fā)生，鉆下部高壓地層時(shí)所用的較高密度鉆井液產(chǎn)生的液柱壓力，不致壓裂上一層管 鞋處薄弱的裸露地層；二、套管強(qiáng)度設(shè)計(jì)；三、鉆柱設(shè)計(jì)：給鉆頭加壓時(shí)下部鉆柱是否會(huì) 壓彎，選用足夠的鉆鋌以防鉆桿受壓變形；四、機(jī)械破巖參數(shù)設(shè)計(jì)；五、水力參數(shù)設(shè)計(jì)等 幾個(gè)方面的基本設(shè)計(jì)內(nèi)。 目錄 1.地質(zhì)概況 .........................................................................................................................................................3 1.1 地理概況...............................................................................................................................................3 1.2 地質(zhì)基本數(shù)據(jù).......................................................................................................................................3 1.2.1 井 號(hào)...................................................................................................................................3 1.2.2 井 別...................................................................................................................................3 1.2.3 井 位...................................................................................................................................3 1.2.4 設(shè)計(jì)井深...................................................................................................................................4 1.2.5 目的層.......................................................................................................................................4 1.2.6 完鉆層位...................................................................................................................................4 1.2.7 完鉆原則...................................................................................................................................4 1.2.8 鉆探目的...................................................................................................................................4 1.3 地層層位預(yù)測(cè)及巖性...........................................................................................................................4 2.技術(shù)指標(biāo)及質(zhì)量要求......................................................................................................................................6 2.1 井身質(zhì)量要求.......................................................................................................................................6 2.2 固井質(zhì)量要求.......................................................................................................................................6 3.工程設(shè)計(jì) .........................................................................................................................................................8 3.1 井下復(fù)雜情況提示...............................................................................................................................8 3.2 地層可鉆性分級(jí)及地層壓力預(yù)測(cè).......................................................................................................8 3.2.1 地層可鉆性分級(jí).......................................................................................................................8 3.2.2 壓力剖面預(yù)測(cè)...........................................................................................................................9 3.3 井身結(jié)構(gòu)...............................................................................................................................................9 3.3.1 鉆井液壓力體系.....................................................................................................................10 3.3.2 校核各層套管下到初選點(diǎn)深度 H ni 時(shí)是否會(huì)發(fā)生壓差卡套 .............................................10 3.3.3 套管層次與深度的確定.........................................................................................................11 3.3.4 套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì).....................................................................................................................13 3.3.5 套管柱設(shè)計(jì)結(jié)果.....................................................................................................................18 3.4 鉆井主要設(shè)備.....................................................................................................................................18 3.4.1 鉆機(jī)編號(hào).................................................................................................................................18 3.4.2 鉆機(jī)型號(hào)................................................................................................................................18 3.4.3 提升系統(tǒng)................................................................................................................................18 3.4.4 井 架.................................................................................................................................19 3.4.5 轉(zhuǎn) 盤(pán)................................................................................................................................19 3.4.6 泥漿泵.....................................................................................................................................19 3.4.7 柴油機(jī).....................................................................................................................................19 3.5 鉆具組合.............................................................................................................................................20 3.5.1 各次開(kāi)鉆鉆具組合.................................................................................................................25 3.6 鉆頭及鉆井參數(shù)設(shè)計(jì).........................................................................................................................32 3.6.1 鉆頭設(shè)計(jì).................................................................................................................................32 3.6.2 鉆井參數(shù)設(shè)計(jì).........................................................................................................................34 參考文獻(xiàn)： .......................................................................................................................................................49 1.地質(zhì)概況 1.1 地理概況 該探井位于 504 和 45 地震測(cè)線交點(diǎn)，距 XX 省 XX 市東 500m，所在的地質(zhì)構(gòu)造為 XX 凹 陷。該井的海拔較低，鉆該井目的是通過(guò)打開(kāi)QJ層來(lái)了解該層的油氣情況擴(kuò)大該油區(qū)的勘 探范圍，增加油區(qū)的總體油氣后備儲(chǔ)量。 1.2 地質(zhì)基本數(shù)據(jù) 1.2.1 井 號(hào):A5 1.2.2 井 別:預(yù)探井 1.2.3 井 位： (1)井位座標(biāo)：縱（X）4275165m 橫（Y）20416485m (2)地面海拔:50m (3)地理位置：XX 省 XX 市東 500m (4)構(gòu)造位置：XX 凹陷 (5)過(guò)井測(cè)線：504 和 45 地震測(cè)線交點(diǎn) 1.2.4 設(shè)計(jì)井深： 3716m 1.2.5 目的層： QJ 層，底層深度 3650m，分層厚度 150m 1.2.6 完鉆層位：A、B、C、D、E、F3、F2J、F2K、 F1、 QJ 1.2.7 完鉆原則：當(dāng)鉆入目的層 150m 完鉆 1.2.8 鉆探目的：了解 XX 構(gòu)造 QJ 含油氣情況，擴(kuò)大勘探區(qū)域，增加后備油氣資源 1.3 地層層位預(yù)測(cè)及巖性 表 1 地層層位預(yù)測(cè)及巖性 層位代號(hào) 底界深度，m 分層厚度，m 主要巖性 A 280 礫巖層夾砂土,未膠結(jié) B 600 320 上部礫巖,砂質(zhì)礫巖,中下部含礫砂巖 C 1050 450 中上部含礪砂巖、夾泥巖和粉砂質(zhì)泥巖； 下部礪狀砂巖，含礪砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖不等厚互層 D 1600 泥巖、砂質(zhì)泥巖、礪狀砂巖、含礪砂巖不等厚互層，泥質(zhì) 粉砂巖 E 1900 300 砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、夾礪狀砂巖、含礪砂巖 F3 2650 750 泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖 F2J 2900 250 泥巖夾鈣質(zhì)砂巖，夾碳質(zhì)條帶煤線，中部泥巖夾煤層、下 部泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖 F2K 3150 250 泥巖為主，泥質(zhì)粉砂巖，中粗砂巖，砂礫巖間互 F1 3500 350 泥巖、泥質(zhì)砂巖、下部灰褐色泥巖 QJ 3750 (未穿) 150 深灰，淺灰色灰?guī)r為主，間夾褐，磚紅色泥巖 地質(zhì)概況如表 2  表 2 地質(zhì)概況 井 別 探 井 井 號(hào) A5 設(shè)計(jì)井深 3716m 目的 層 Q J 井 位 坐標(biāo) 地面海拔 m 50 縱（ x ）m 4275165 橫（ y ）m 20416485 測(cè)線位置 504 和 45 地震測(cè)線交點(diǎn) 地理位置 XX 省 XX 市東 500m 構(gòu)造位置 XX 凹陷 鉆探目的 了解 XX 構(gòu)造 Q 含油氣情況，擴(kuò)大勘探區(qū)域，增加后備油氣源 J 完鉆原則 進(jìn)入QJ 150m 完鉆 完井方法 先期裸眼 層位代 號(hào) 底界深度， m 分層厚度， m 主要巖性描述 故障提 示 A 280 礫巖層夾砂土,未膠結(jié) 滲漏 B 600 320 上部礫巖,砂質(zhì)礫巖,中下部含礫砂巖 滲漏 C 1050 450 中上部含礪砂巖、夾泥巖和粉砂質(zhì)泥巖； 下部礪狀砂巖，含礪砂巖、泥巖、粉砂質(zhì) 泥巖不等厚互層 防塌 D 1600 泥巖、砂質(zhì)泥巖、礪狀砂巖、含礪砂巖不 等厚互層，泥質(zhì)粉砂巖 防漏 防斜 E 1900 300 砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、夾礪狀砂巖、含 礪砂巖 防斜 防漏 F3 2650 750 泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖 防斜 F2J 2900 250 泥巖夾鈣質(zhì)砂巖，夾碳質(zhì)條帶煤線，中部 泥巖夾煤層、下部泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉 砂巖 防斜、 塌、卡 F2K 3150 250 泥巖為主，泥質(zhì)粉砂巖，中粗砂巖，砂礫 巖間互 F1 3500 350 泥巖、泥質(zhì)砂巖、下部灰褐色泥巖 防漏、 噴、卡 QJ 3650 (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 2.技術(shù)指標(biāo)及質(zhì)量要求 2.1 井身質(zhì)量要求 表 3 井段（m） 井斜（0） 水平位移（m） 全角變化率（0/25m） 0-1000 <30 ≤30 ≤10/25m -2000 <40 ≤50 ≤1015′/25m -3000 <50 ≤80 ≤20/25m -4000 <60 ≤100 ≤2015′/25m -5000 <70 ≤140 ≤2030′/25m 2.2 固井質(zhì)量要求 固井質(zhì)量采用聲波測(cè)井和變密度測(cè)井綜合評(píng)價(jià)，要求聲幅≤20%；變密度測(cè)井反應(yīng)弱 套管波，強(qiáng)地層波。 （1）完鉆前按下套管管串設(shè)計(jì)準(zhǔn)備好套管附件、轉(zhuǎn)換短接、聯(lián)頂節(jié)、循環(huán)接頭等必要 配件，以保證各配件的尺寸、螺紋類型相匹配； （2）完鉆前取固井水樣進(jìn)行水泥漿性能復(fù)核試驗(yàn)； （3）生產(chǎn)套管下入前認(rèn)真通井循環(huán)，保證套管下到底。套管下完后盡快固井，不能長(zhǎng) 時(shí)間循環(huán)； （4）固井候凝 48 小時(shí)后鉆分級(jí)箍。鉆完分級(jí)箍后，必須循環(huán)沖洗干凈，方可向下鉆 進(jìn)； （5）鉆完全井水泥塞后，必須大排量循環(huán)沖洗干凈膠皮及鋁片,套管內(nèi)必須替換成清水； (6)鉆水泥塞前及起鉆后需丈量并記錄鉆頭外徑，鉆頭外徑變化不得超過(guò) 0.25mm； （7）必須認(rèn)真丈量鉆具尺寸及方入，留好人工井底，起鉆測(cè)聲、放、磁； （8） 水泥環(huán)與套管壁、井壁膠接緊密，管外無(wú)串槽； （9）油層套管水泥漿返深可根據(jù)實(shí)鉆油氣顯示情況最終確定。原則上含氣井水泥漿應(yīng) 返至地面，不含氣井水泥漿返高至少高于最淺油頂 200 米； （10） 固井質(zhì)量檢查測(cè)井測(cè)定的固井質(zhì)量應(yīng)至少達(dá)到合格以上標(biāo)準(zhǔn)； （11）根據(jù)地層特性、儲(chǔ)層特點(diǎn)、固井工藝及固井質(zhì)量要求，科學(xué)合理編寫(xiě)固井施工設(shè) 計(jì)； （12）固井前井眼及鉆井液準(zhǔn)備要求： a.針對(duì)易漏、出水地層進(jìn)行堵漏治水，提高地層承壓能力，確保固井質(zhì)量； b.完鉆固井前要求鉆井液做到粘切低、動(dòng)塑比低、泥餅薄而韌，滿足固井要求。 （13）下套管前必須認(rèn)真細(xì)致通井，確保井下安全及井眼暢通，通井時(shí)應(yīng)帶大接頭或欠 尺寸穩(wěn)定器，防止下套管遇阻和卡鉆，氣層段反復(fù)劃眼，以清除井壁的泥餅，充分循環(huán)稀 釋泥漿，大排量洗井，確保井眼暢通，無(wú)漏失、井塌，井底無(wú)沉砂； （14）使用的浮鞋，浮箍，分級(jí)箍在下套管前應(yīng)認(rèn)真檢查，確保附件的正常使用，分級(jí) 箍嚴(yán)禁碰撞，用套管鉗上扣時(shí)。應(yīng)借用上一跟套管傳遞扭矩，達(dá)到上扣的標(biāo)準(zhǔn)扭矩值和扭 矩圖。不得用套管鉗咬分級(jí)箍的本體； （15） 嚴(yán)格按照下套管操作規(guī)程進(jìn)行下套管作業(yè)，認(rèn)真檢查固井工具及管串附件，合 理加放扶正器，確保套管居中度≥67%。扶正器加放原則：a.浮箍以下加一組扶正器；b. 浮箍到最下氣層底部段每根都加扶正器,特別注意彈性扶正器必須加在接箍處； （16）下套管時(shí)必須平穩(wěn)。若有漏失要嚴(yán)格控制下放速度在 30 秒/根以下，一般情況下 在 15～20 秒/根，不準(zhǔn)猛提、猛放、猛剎，應(yīng)保證井眼穩(wěn)定，不發(fā)生井涌、井噴、井漏和 井塌； （17）在井場(chǎng)通套管內(nèi)徑，通徑規(guī)規(guī)格型號(hào)必須按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)禁在鉆臺(tái)通套管內(nèi)徑， 用清洗劑清洗套管螺紋，并檢查密封面是否有損傷，必須使用帶扭矩儀的套管鉗緊螺紋， 螺紋扭矩必須符合標(biāo)準(zhǔn)，并將螺紋扭矩打印上報(bào)甲方。必須使用拓普套管螺紋密封脂（拓 普 101、拓普 102），確保絲扣的密封性； （18） 套管下完后，技術(shù)員應(yīng)根據(jù)套管頭的安裝。計(jì)算好聯(lián)入長(zhǎng)度。井口安裝好吊卡 后，灌滿泥漿后，用單凡爾開(kāi)泵頂通后才可以大排量循環(huán)鉆井液避免造成井漏； （19）根據(jù)井下工況及管內(nèi)外液體的流變性能，進(jìn)行流變性計(jì)算，科學(xué)合理應(yīng)用頂替技 術(shù)，提高頂替效率及一、二界面水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量； （20）科學(xué)全面的進(jìn)行氣侵、氣竄綜合評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)，為優(yōu)化注水泥施工參數(shù)提供理論依 據(jù)； （21）固井前應(yīng)認(rèn)真檢查鉆機(jī)、泵、循環(huán)系統(tǒng)、水泥頭等設(shè)備和工具，確保固井施工連 續(xù)順利； （22）根據(jù)電測(cè)井徑及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算水泥漿量，采用干混工藝，確保水泥、外摻料及 外加劑混拌均勻； （23）從立式罐及灰罐車(chē)取樣，模擬井下工況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水樣、水泥樣品、外加劑等進(jìn)行 全套性能復(fù)核試驗(yàn)，確保固井施工安全； （24）水泥漿混拌、注替及碰壓時(shí)，要根據(jù)井下情況，及時(shí)調(diào)整注替排量及流速, 減小 ?U?型管效應(yīng)，降低環(huán)空流動(dòng)阻力，減小壓力激動(dòng)，確保井下正常； （25）細(xì)化現(xiàn)場(chǎng)施工措施，加強(qiáng)施工連續(xù)性，強(qiáng)化施工人員責(zé)任性, 確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)、 水泥漿密度均勻、現(xiàn)場(chǎng)施工連續(xù)、安全； （26）用水泥車(chē)試壓 25MPa，試壓合格后方可交井。 3.工程設(shè)計(jì) 3.1 井下復(fù)雜情況提示 3.1.1 在本井的鉆井過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)充分了解、分析鄰井事故復(fù)雜情況，防 止事故的發(fā)生，及時(shí)處理好工程復(fù)雜。注意觀察地震對(duì)鉆井的影響： ①井漏：井漏深度及層位： ②井斜：易斜井段及對(duì)應(yīng)層位； ③井噴：易井噴井段及對(duì)應(yīng)層位； ④其它情況及對(duì)應(yīng)層位； ⑤易串槽井段及原因。 3.1.2 進(jìn)入目的層，應(yīng)根據(jù)實(shí)鉆情況及時(shí)調(diào)整泥漿密度，注意防噴、防漏和防卡，一方面 要搞好油氣層的發(fā)現(xiàn)，保護(hù)工作，另一方面要切實(shí)搞好井控工作，確保安全施工。 3.1.3 根據(jù)油田分公司鉆開(kāi)油氣層申報(bào)制度要求，由地質(zhì)監(jiān)督以書(shū)面形式向鉆井監(jiān)督 和井隊(duì)提出油氣層預(yù)告；原則： 1）鉆揭目的層前 7 天。 2）目的層提前或非目的層發(fā)現(xiàn)油氣顯示要立即通知。 3）鄰井沒(méi)有發(fā)現(xiàn) H2S 氣體，但本井應(yīng)密切監(jiān)控。 2 2 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中 H S 的安全臨界濃度為 20mg/m3（約 14PPm），若發(fā)現(xiàn) H S，無(wú)論濃度高低， 都要向勘探事業(yè)部的鉆井技術(shù)部及 HSE 管理辦公室、生產(chǎn)技術(shù)處和質(zhì)量安全環(huán)保處報(bào)告， 同時(shí)作業(yè)隊(duì)伍要向所屬的上級(jí)部門(mén)報(bào)告。 3.2 地層可鉆性分級(jí)及地層壓力預(yù)測(cè) 3.2.1 地層可鉆性分級(jí) 表 4 各層段地層可鉆級(jí)值 地層 A B C D E F3 F2J F2K F1 可鉆性 0.6 1 1.39 2.16 3 3.5 7.3 5.2 4.9 3.2.2 壓力剖面預(yù)測(cè) 圖 1 地層壓力剖面 3.3 井身結(jié)構(gòu) 鉆探目的層為 Q 灰?guī)r地層，確定完井方法為先期裸眼完井。油氣套管下入 Q 層 3－5m。 J J 根據(jù)地質(zhì)情況，鉆達(dá)目的層過(guò)程中不受鹽巖，高壓水層等復(fù)雜地層影響，故井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 按地層壓力和破裂壓力剖面（圖 1）進(jìn)行。 計(jì)系數(shù)見(jiàn)表 5。 表 5 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)系數(shù) 名稱 Sω g/cm3 S g g/cm3 S f g/cm3 Sk g/cm3 ?PN MPa ?PA MPa 數(shù)值 0.05 0.05 0.03 0.05 15 20 來(lái)源 理論計(jì)算 理論計(jì)算 區(qū)域資料統(tǒng)計(jì) 區(qū)域資料統(tǒng)計(jì) 區(qū)域資料統(tǒng)計(jì) 區(qū)域資料統(tǒng)計(jì) Sω ———抽吸壓力系數(shù)。上提鉆柱時(shí)，由于抽吸作用使井內(nèi)液柱壓力降低的 值，用當(dāng)量密度表示； S g ———激動(dòng)壓力系數(shù)。下放鉆柱時(shí)，由于鉆柱向下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的激動(dòng)壓力使 井內(nèi)液柱壓力的增加值，用當(dāng)量密度表示； S f ———安全系數(shù)。為避免上部套管鞋處裸露地層被壓裂的地層破裂壓力安 全增值，用當(dāng)量密度表示，安全系數(shù)的大小與地層破裂壓力的預(yù)測(cè)精度有關(guān)； Sk ———井涌允量。由于地層壓力預(yù)測(cè)的誤差所產(chǎn)生的井涌量的允值，用當(dāng) 量密度表示，它與地層壓力預(yù)測(cè)的精度有關(guān)； ?PN 、 ?PA ———壓差允值。不產(chǎn)生壓差卡套管所允許的最大壓力差值。它的大小與 鉆井工藝技術(shù)和鉆井液性能有關(guān)，也與裸眼井段的地層孔隙壓力有關(guān)。若正常地 層壓力和異常高壓同處一個(gè)裸眼井段，卡鉆易發(fā)生在正常壓力井段，所以壓差允 值又有正常壓力井段和異常壓力井段之分，分別用 ?PN 和 ?PA 。 3.3.1 鉆井液壓力體系 19 最大泥漿密度計(jì)算公式為： ρmax  = ρpmax + S w  （1） 式中： 3 ρ max ———某層套管鉆進(jìn)井段中所用最大泥漿密度， g/cm ； pmax ρ ———該井段中所用地層孔隙壓力梯度等效密度， g/cm 3 ； w S ———抽吸壓力允許值的當(dāng)量密度，取 0.05 g/cm 3 。 發(fā)生井涌情況時(shí)： 式中： ρf = ρpmax + S w + S f + H pmax H ni ? S k （2） ρf ———第 n 層套管以下井段發(fā)生井涌時(shí)，在井內(nèi)最大壓力梯度作用下，上部地層不 被壓裂所應(yīng)有的地層破裂壓力梯度， g/cm 3 ； H ni ———第 n 層套管下入深度初選點(diǎn)，m； k S ———井涌允量，取 0.05 g/cm 3 ； f S ———安全系數(shù)，取 0.03 g/cm 3 。 w S ———抽吸壓力允許值的當(dāng)量密度，取 0.05 g/cm 3 。 3.3.2 校核各層套管下到初選點(diǎn)深度 H ni 時(shí)是否會(huì)發(fā)生壓差卡套 式中： ?prn = 9.81H mm (ρpmax + S w ? ρpmin )10?3 （3） ?prn ———第 n 層套管鉆進(jìn)井段內(nèi)實(shí)際的井內(nèi)最大靜止壓差，MPa； pmin ρ ———該井段內(nèi)最小地層孔隙壓力梯度等效密度， g/cm 3 ； H mm ———該井段內(nèi)最小地層孔隙壓力梯度的最大深度，m； 若 ?prn < ?p N 則假定點(diǎn)深度為中間套管下入深度。若 ?prn > ?p N 則有可能產(chǎn)生壓差卡套管， 這時(shí)中間套管下入深度應(yīng)小于假定點(diǎn)深度。在第二種情況下中間套管下入深度按下面的方 法計(jì)算： ρ pper = ?p N 0.00981H min + ρ p min ? S w （4） 在壓力剖面圖上找出 ρ pper 值，該值所對(duì)應(yīng)的深度即為中間下入深度 H 。為避免發(fā)生壓差 卡套的許用壓差， ?pN 取 20MPa 。 3.3.3 套管層次與深度的確定 3.3.3.1 油層套管下入深度初選點(diǎn) H 2 的確定： 則按設(shè)計(jì)要求油氣套管下入 Q J 層深度為 5m H 2 = 3500 + 5 = 3505(m) 3.3.3.2 由圖 1 上查得最大地層孔隙壓力梯度為 1、確定中間套管下入深度初選點(diǎn) H 2 ： 由公式（2），將各值代入得： 1.50g m 3 ’位于 3200m 處。 ρf1k = 1.50 + 0.05 + 0.03 + 3505 0.05 H 2 試取 H 2 = 2480m 代入上式得  3505 3 ρf1k = 1.50 + 0.05 + 0.03 + 0.05 = 1.65g m 2480 3 由上圖查得 H 2 = 2480m 處當(dāng) ρp2480 = 1.651g m 中間套管下入深度初選點(diǎn)為 H 2 = 2480m 。 因?yàn)?ρf1k < ρp2480 且相近,所以確定 2、校核中間套管下入到初選點(diǎn) H 2 = 2480m 過(guò)程中是否會(huì)發(fā)生壓差卡套管 3 3 由上圖查得, 得： H 2 = 2480m 處 ρp2480 = 1.1g m ，ρpmin = 1.0g m ，H mm = 2000m ，由式（3） ?prn = 9.81 2000 (1.1 + 0.05 ? 1.0)10 ?3 = 2.943MPa 因?yàn)??pm < ?pN ，所以不會(huì)發(fā)生壓差卡套管，故表層套管的下入深度為 2480m。 3、確定表層套管下深度 H1 ： 3 由上述計(jì)算結(jié)果，中間套管鞋處 ρH 2 = 1.1g m ,將其它的參數(shù)代入（2）式： f ρ = 1.1 + 0.05 + 0.03 + 2480 ? 0.05 H 1 將 H1 = 570m ，代入上式得到： ρf570 = 1.1 + 0.05 + 0.03 +  2480 570  ? 0.05 = 1.3975g m 3 3 查壓力剖面圖有： H1 = 570m 處的 ρp570 = 1.41g 要求。 3.3.3.3 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果 m ，因 ρf570 < ρp570 ，且相近，所以滿足設(shè)計(jì) 套管層次和每層套管的下入深度確定之后，相應(yīng)的套管尺寸和井眼直徑也就確定了。 套管尺寸的確定一般由內(nèi)向外依次進(jìn)行，首先確定生產(chǎn)套管的尺寸， 再確定下入生產(chǎn)套管的井眼的尺寸，然后確定中間套管的尺寸等，依次類推，直 到表層套管的井眼尺寸，最后確定導(dǎo)管的尺寸。 查《鉆井手冊(cè)（甲方）》，結(jié)合圖 2 井身結(jié)構(gòu)參數(shù)系列，鉆頭與套管尺寸匹配結(jié)果如表 6， 圖 3 所示。 圖 2 井身結(jié)構(gòu)參數(shù)系列 表 6 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表 項(xiàng)目 套管下深（m） 套管外徑（mm） 鉆頭尺寸（mm） 表層 570 406.6 444.5 中間 2480 273 311.1 油層 3505 177.8 200.0 四開(kāi) 3525 149.2 0 1000 2000 3000 表層套管φ406.6mm570m 鉆頭尺寸φ444.5mm570m 中間套管φ273mm2480m 鉆頭尺寸φ311.5mmm2480m 生產(chǎn)套管φ177.8mm3505m 鉆頭尺寸φ200.0mmmmm3505m 四開(kāi)鉆頭尺寸φ149.2mmmmm3505m 圖 3 井身結(jié)構(gòu)示意圖 3.3.4 套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì) 3.3.4.1 套管和套管柱 油井套管是優(yōu)質(zhì)鋼材制成的無(wú)縫管或焊接管，兩端均加工有錐形螺紋。大多 數(shù)的套管是用套管接箍連接組成套管柱。套管柱用于封固井壁的裸露巖石。 某井段的最大外擠壓力： 式中： poc = ρd gH 10 ?3 3 （5） ρd ———該井段所用泥漿的最大密度， g/cm ； H ———某段鋼級(jí)的下深度，m。 某段鋼級(jí)套管的最大下入深度： σ D  （6） 式中： H n = ρd  gS D 10 ?3 σ D ———某段鋼級(jí)套管抗外擠強(qiáng)度，MPa； SD ———最小抗外擠安全系數(shù)，取 1.125。 套管浮力系數(shù)： 式中：  ρd K B = 1 ? ρs 3  （7） ρd ———鉆某段所用的鉆井液密度， g/cm ； s ρ ———某段所用鋼材的密度，取 7.85 g/cm 3 。 套管浮力： 式中：  F = qs lK B  10?3  （8） q s ———某段所用套管的線重， kN m 。 l ———某段所用套管的長(zhǎng)度， m 。 安全系數(shù)： 抗拉安全系數(shù)： S t = 1.8 3.3.4.2 按抗外擠強(qiáng)度設(shè)計(jì)由下向上選擇第一段套管 由公式（5）可知最大外擠壓力為： poc = ρd gH 1 10 ?3 = 1.5 9.81 3505 10 ?3 = 51.576075(MPa ) 而允許抗外擠強(qiáng)度為： pc = poc ? S D = 51.576075 1.125 = 58.023(MPa ) 查《鉆井手冊(cè)（甲方）》選擇第一段套管 均重為： D ( 2 q = π 1 ? D 2 ) 2 4 gρ s （9） 表 7 第一段套管鋼級(jí)選 鋼級(jí) 外徑 （mm） 壁 厚 （mm） 均重 （N/m） 抗 拉 強(qiáng) 度 （kN） 抗擠強(qiáng)度 （MPa） 內(nèi)徑 （mm） σs （kN） N-80 177.8 11.51 468.1 2989 59.4 154.78 3314.4 3.3.4.3 確定第二段套管的下入深度和第一段套管的使用長(zhǎng)度 查《鉆井手冊(cè)（甲方）》選擇第二段套管 表 8 第二段套管鋼級(jí)選擇 鋼級(jí) 外徑 （mm） 壁 厚 （mm） 均重 （N/m） 抗 拉 強(qiáng) 度 （kN） 抗擠強(qiáng)度 （MPa） 內(nèi)徑 （mm） σs （kN） N-80 177.8 10.36 423.7 2656 48.4 157.08 3007.2 由公式（6）可知 第二段套管下入深度為 H 2  48.4 = 1.50 0.009811.125  = 2329.7(m)，取  H 2 = 2300m 。 則 第 一 段 套 管 使 用 長(zhǎng) 度 為 L1 = H1 ? H 2 = 3505 ? 2300 = 1205(m) ， 因 此 套 管 根 數(shù) 為 L n = 1 9.1 1205 = = 132.4175(根) ，實(shí)際取 n = 132根 。 9.1 故第一段套管實(shí)際使用長(zhǎng)度為 L1 = 132 9.1 = 1201.2(m) ，第二段套管實(shí)際下入深度為 H 2 = H1 ? L1 = 3505 ?1201.2 = 2303.8(m)。 雙軸應(yīng)力校核 套管實(shí)際所受的擠壓力為σ t = ρd gH 2 = 1.5 0.00981 2303.8 = 33.9004(MPa ) 查《鉆井手冊(cè)（甲方）》可知 σ S = 3314.4 103 10 ?6 = 551.2056(MPa ) 故 σ t σ s  33.8445 = 551.2056 1 π(0.17782 ? 0.154782 ) 4 = 0.0614 圖 4 雙向應(yīng)力橢圓 根據(jù)雙向應(yīng)力橢圓曲線可知 σ z = 0.94 ，則 σ σ z = 3314.4 0.94 = 3148.68(kN)，因此 σ s σ s 套管實(shí)際所受拉力為σ = LqK = 1201.2 468.110 ?3 1 ? 1.5  = 454.8394(kN ) 。 z B 7.85 故σ z  S t = 454.8394 1.8 = 818.7109(kN) < σ σ z σ s = 3148.68(kN)，滿足雙軸應(yīng)力校核要求。 3.3.4.4 確定第三段套管的下入深度和第二段套管的使用長(zhǎng)度 查《鉆井手冊(cè)（甲方）》選擇第三段套管 表 9 第三段套管鋼級(jí)選擇 鋼級(jí) 外徑 （mm） 壁 厚 （mm） 均重 （N/m） 抗 拉 強(qiáng) 度 （kN） 抗擠強(qiáng)度 （MPa） 內(nèi)徑 （mm） σs （kN） N-80 177.8 9.19 377.9 2309 37.3 159.42 2504.5 由公式（6）可知 第三段套管下入深度為 H 3  37.3 = 1.5 0.009811.125  = 2253.18(m)，取  H 2 = 2200m 。 則第二段套管使用長(zhǎng)度為 L2 = H 2 ? H 3 = 2303.8 ? 2200 = 103.8(m)，因此套管根 實(shí)際取 n = 11根。 L n = 2 9.1 103.8 = = 11.4066(根) 9.1 故第二段套管實(shí)際使用長(zhǎng)度為 L2 = 11 9.1 = 100.1(m) ，第三段套管實(shí)際下入深度為 H 3 = H 2 ? L2 = 2303.8 ? 100.1 = 2203.7(m) 雙軸應(yīng)力校核 套管實(shí)際所受擠壓力為σ t  = ρd gH 3 = 1.5 0.00981 2203.7 = 32.4274(MPa ) 查《鉆井手冊(cè)（甲方）》可知 3 σ S = 3007.2 10 1 π(0.17782 ? 0.157082 ) 4 10?6 = 551.815(MPa ) 故 σ t σ s 32.5054 = = 0.05891 551.815 根據(jù)雙向應(yīng)力橢圓曲線可知 σ z = 0.961 ，則σ σ z = 2504.5 0.961 = 2404.32(kN)，因此套 σ s σ s 管實(shí)際所受拉力為： σ = LqK + 454.8394 = 100.1 423.7 10 ?3 1 ? 1.5  + 454.8394 = 489.1475(kN ) 故σ z z S t B = 489.1475 1.8 = 880.4655(kN) < σ σ z σ s  7.85 = 2404.32(kN)，滿足雙軸應(yīng)力校核要求。 3.3.4.5 校核第三段套管及確定其使用長(zhǎng)度 使用長(zhǎng)度的確定 第 三 段 套 管 使 用 長(zhǎng) 度 為  L3 = H 3 = 2203.7(m)  ， 因 此 套 管 根 數(shù) 為 L n = 3 9.1 2203.7 = = 242.1648(根) ，實(shí)際取 n = 242 根 9.1 故第三段套管實(shí)際使用長(zhǎng)度為 L3 = 242 9.1 = 2202.2(m) 。 抗拉強(qiáng)度校核 第三段套管所受最大拉應(yīng)力為 σ = LqK + 492.92 = 2202.2 377.9 10 ?3 1 ? 1.5  + 489.1475 = 1162.3376(kN ) z B 7.85 而σ z S t = 1162.3376 1.8 = 2092.20768(kN) < 2309(kN)，滿足抗拉強(qiáng)度要求。 3.3.4.6 中間套管柱設(shè)計(jì) 由公式（5）可知，最大外擠壓力為： poc = ρd gH 10 ?3 = 1.1 9.81 2480 10 ?3 = 26.76168(MPa ) 而允許抗外擠強(qiáng)度為： pc = poc ? S D = 26.76168 1.125 = 30.10689(MPa ) 查《鉆井手冊(cè)（甲方）》選擇中間套管： 表 10 中間套管鋼級(jí)選擇 鋼級(jí) 外徑 （mm） 壁 厚 （mm） 均重 （N/m） 抗 拉 強(qiáng) 度 （kN） 抗 擠 強(qiáng) 度 （MPa） 內(nèi)徑 （mm） σs （kN） P-110 273 12.57 791.98 5351 31.8 247.86 7802 則中間套管的根數(shù)為 n = 2480 = 272.527(根)，實(shí)際取 n = 272根 ，所以實(shí)際使用長(zhǎng)度為 9.1 L = 272 9.1 = 2475.2(m) 抗拉強(qiáng)度校核 中間套管所受最大拉應(yīng)力為 σ z = LqK B = 2480 791.98 10 ?3 1 ? 1.1 ( ) = 1688.8847 kN 7.85 故σ z S t = 1688.8847 1.8 = 3039.99(kN) < 5351(kN) ，滿足抗拉強(qiáng)度要求。 3.3.4.7 表層套管柱設(shè)計(jì) 由公式（5）可知，最大外擠壓力為 poc = ρd gH 10 ?3 = 1.0 9.81 570 10 ?3 = 5.5917(MPa ) 而允許抗外擠強(qiáng)度為  pc = poc ? S D = 5.5917 1.125 = 6.7167(MPa ) 查《鉆井手冊(cè)（甲方）》選擇表層套管： 表 11 表層套管鋼級(jí)選擇 鋼 級(jí) 外徑 （mm） 壁厚 （mm） 均重 （N/m） 抗拉強(qiáng)度 （kN） 抗擠強(qiáng)度 （MPa） 內(nèi)徑 （mm） σs （kN） J-55 406.6 11.13 1064.87 3158 7.0 384.34 5240 則表層套管的根數(shù)為 n = 570 = 62.637(根) ，實(shí)際取 n = 62根 ，所以實(shí)際使用長(zhǎng)度為 9.1 L = 62 9.1 = 564.2(m) 。 抗拉強(qiáng)度校核 表層套管所受最大拉應(yīng)力為 σ = LqK = 570 1064.87 10 ?3 1 ? 1.0  = 529.654(kN ) z B 7.85 故σ z S t = 529.654 1.8 = 953.3772(kN) < 3158(kN)，滿足抗拉強(qiáng)度要求。 3.3.5 套管柱設(shè)計(jì)結(jié)果 表 12 套管柱設(shè)計(jì)參數(shù)表 套管 類型 套管 層位 井段 （m） 鋼級(jí) 外徑 （m） 壁厚 （mm） 根數(shù) 長(zhǎng)度 （m） 常規(guī) 表層 0-570 J-55 406.6 11.13 62 564.2 常規(guī) 中間 0-2480 P-110 273 12.57 272 2475.2 常規(guī) 油層 0-2202.2 N-80 177.8 9.19 242 2202.2 常規(guī) 油層 2202.2-2303.7 N-80 177.8 10.36 11 100.1 常規(guī) 油層 2303.7-3505 N-80 177.8 11.51 132 1201.2 3.4 鉆井主要設(shè)備 3.4.1 鉆機(jī)編號(hào)： 1 3.4.2 鉆機(jī)型號(hào): 3NB1000 3.4.3 提升系統(tǒng): 天車(chē)型號(hào)：TC—170 負(fù)荷：170t 游車(chē)型號(hào)：YC—170 負(fù)荷：170t 大鉤型號(hào)：DG—170 負(fù)荷：170t 水龍頭型號(hào)：XSL—170 負(fù)荷：170t 3.4.4 井 架: 型 號(hào)：JJ170 負(fù)荷： 170t 井架高度：50m 井架底座高度：4m 3.4.5 轉(zhuǎn) 盤(pán): 型 號(hào)：ZP—445 3.4.6 泥漿泵: 1 號(hào)泥漿泵型號(hào): 3NB1000 功率: 957kW 最高壓力: 20Mpa 3.4.7 柴油機(jī)