钻井工程石油工程课程设计.doc

《钻井工程》课程设计

一、课程安排:
学期结束时请按照课程设计要求完成课程设计作业.可以手写,也可以打印.
二、课程内容与要求
1 掌握钻井与完井工程设计流程和设计规范、格式；
2 掌握井身结构地设计方法；
3 掌握钻井工具地选用及钻井参数地设计计算；
4掌握固井工程设计方法,包括套管柱强度设计、注水泥设计等；矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
按工程国标写设计报告.
三、考核方式及成绩评定
课程设计地成绩为百分制,课程考核标准组成：
1． 格式、规范 10分
评分依据：工程设计规范
评分标准：10＊符合程度％
2． 设计地依据与原则准确性 30分
评分依据：工程设计依据与原则
评分标准：30＊符合程度％
3 . 过程地参数选择地合理性和计算过程地可靠性 30分
评分依据：参数符合工程实际;计算过程可靠
评分标准：30＊符合程度％
4. 结果准确性 30分

远程教育学院石油工程专业

《钻井工程》课程设计
任 务 书

指导教师： 卢运虎

中国石油大学（北京）
远程教育学院

2011年3月《钻井工程》课程设计
绪 论
钻井设计包括地质设计和钻井与完井工程设计.《钻井与完井工程设计》主要是指钻井工程师得到地质设计后,如何以地质设计为依据,完成一口井地综合、合理地钻井与完井工程设计.聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
钻井与完井工程是一个多学科、多工种地大系统工程.钻井与完井工程设计是以现代钻井工艺理论为准则,采用新地研究成果,以现代计算技术用最优化科学理论去设计和规划钻完井工程中地工艺技术及实施措施.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
钻井与完井工程设计是完成地质钻探目地、开发油气层、保证钻井与完井工程质量、保护油气资源、保护环境,实现安全、优质、高速和经济钻井地重要程序,是钻井与完井工程施工地指南和技术依据.钻井公司将根据钻井与完井工程设计地内容和要求组织施工和技术协作,并按照设计进行单井预算和决算.钻井队必须遵循钻井与完井工程设计施工,不能随意变动,如因井下情况变化,原设计确需变更时,必须提交公司主管单位重新讨论研究.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
钻井与完井工程设计地科学性,先进性关系到一口井钻井工程和完井工程地成败和效益.科学钻井水平地提高依靠钻井与完井工程设计水平地提高.彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。
钻井与完井工程设计地任务和内容
钻井与完井工程设计地任务是根据地质部门提供地地质设计书内容,进行一口井施工工程参数及技术措施设计,并给出钻井进度预测和成本预算.謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。
钻井与完井工程设计内容包括：
一、井身结构设计；
二、固井工程设计：
1．套管柱强度设计；
2．套管柱管串结构及扶正器安放；
3．水泥及水泥浆设计；
4．注水泥浆及流变学设计；
三、钻柱组合和强度设计；
四、钻机选择；
五、钻进参数设计：
1．机械破岩参数；
2．钻井液体系及性能；
3．水力参数；
4．下部防斜钻具结构；
六、油气井压力控制设计；
七、完井工程设计（钻开生产层、完井井底结构、完井井底装置）；
八、钻前工程设计；
九、环境保护要求；
十、各次开钻或分段施工地特殊点要求；
十一、材料及成本预算；
十二、技术经济指标及钻井进度计划.
钻井与完井工程设计基本原则
钻井设计应遵循以下基本原则：
⑴ 钻井设计地基本内容应包括地质设计、工程设计、施工进度计划及费用预算四个部分.应按石油工业部标准SY5333—88《钻井设计格式》（见参考书3-P.7）地规定认真进行设计.厦礴恳蹒骈時盡继價骚。
⑵ 地质设计应明确提出设计依据、钻探目地、设计井深、目地层,完钻层位及原则、完井方法、取资料要求、井身质量、油层套管尺寸及强度要求、阻流环位置及固井水泥上返高度等要求.水平位移要求严地直井,要考虑钻井地难度和钻井综合成本.茕桢广鳓鯡选块网羈泪。
⑶ 地质设计应为钻井与完井工程设计提供全井地层孔隙压力梯度曲线、破裂压力梯度曲线、邻区邻井资料、试油压力资料、设计地层、油气水及岩性矿物、物性、设计地质剖面、地层倾角及故障提示等资料.新区探井应按科学打探井技术规定,提供五种必需地地质图件(设计井位区域构造及地理位置图、主要目地层地局部构造井位图、过井“十字”地震时间剖面图、过井地质解释横剖面图、设计柱状剖面图).开发井应提供区块压力等高线图及500m井距以内注水井位图和注水压力曲线图.鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。
⑷ 调整井地质设计依据是上级批准地油田开发调整实施方案,钻井区块地质构造、区块内已完成井地各种地质、钻井资料、区块井位设计等.甲方地质部门应为钻井与完井工程区块设计提供调整井区块地质设计,为钻井单井设计提供地层分层设计内容、地质要求、设计井邻井油、水井地下压力动态数据资料、设计井位示意图、地下复杂情况、故障提示等.调整井地质设计分层误差应控制在l0m以内.籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。
⑸ 调整井应采用集中打井,分片停注放溢流地原则.调整井开钻前,区块内地注水井应根据井口压力,提前若干天(一般为10~30天)采取注水井停注、注水井放溢流、油井转抽降压等具体措施,以降低区块内地层压力,为钻井安全施工,确保固井质量,保护油气层产能,提高综合经济效益创造条件.預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。
⑹ 钻井与完井工程设计必须以地质设计为依据.钻井设计要有利于取全取准各项地质工程资料；要有利于发现油气层,保护油气层,充分发挥每个产层地生产能力；要保证油气井眼轨迹符合勘探开发地要求；油水井地完井质量应满足油田各种作业地要求,保证油气井长期开采地需要；要充分体现采用本地区和国内外钻井先进技术.保证安全、优质、快速钻井、实现最佳地技术经济效益.渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。
⑺ 钻井与完井工程设计应根据地质设计地钻探深度和工程施工地最大负荷,合理地选择钻机装备.选用地钻机负荷不得超过钻机最大额定负荷能力地80％.铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。
⑻ 钻井与完井工程设计应根据地质设计提供地地层孔隙压力梯度曲线及地层破裂压力梯度曲线或邻井邻区试油压力资料,设计钻井液密度、水泥浆密度和套管程序.设计地钻井液密度附加值,油井为0.07一0.10g／cm3,气井为0.10～0.15g／cm3.此附加值也适用于调整井.对设计钻探多套压力层系地探井,应采用多层套管程序,以利于保护油气层、钻杆中途测试和安全钻井.擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。
⑼ 调整井钻井液密度应根据钻井区块所在采油厂(站)提供地地层压力进行设计.
目地层地层压力高于地层原始压力值时.钻井液密度设计应遵循以下四条原则：
根据采油厂提供地注水井地层压力,设计注水井附近或注水井之间新钻井地钻井液密度；
根据采油厂提供地采油井井下静压,设计采油井附近或采油井之间新钻调整井地钻井液密度；
根据采油厂提供地采油井和注水井地静压,设计套管断裂地区新钻调整井地钻井液密度.
当目地层地层压力低于地层原始地层压力时,应以裸眼井段最高地层压力梯度设计钻井液地密度.
调整井钻井液密度地附加值,据各油田所钻区块统计资料实际值附加或经验公式附加.
⑽ 调整井钻井与完井工程设计应考虑新钻井地套管防断、防挤毁问题.上述问题在未取得成熟经验前,应组织有关各方,积极研究套管防断、防挤毁技术,创造条件逐步满足油田开发调整井地需要.贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。
⑾ 探井应开展随钻压力监测.如dc指数压力监测方法等.若随钻压力监测值与地质设计提供地地层孔隙压力梯度不符,应以随钻压力监测值及时调整钻井液密度,但应报地质设计审批部门备案.坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。
⑿ 在探井钻井与完井工程设计中,应根据工程需要,设计一定数量地工程取心.
⒀ 钻井要按设计地施工进度计划施工.对地貌条件困难或钻前工程耗资较大地地区,应尽量采用定向井或丛式井技术设计,对井斜严重地区用一般地方法控制井斜角困难时,应利用地层自然造斜规律,移动地面井位.采用“中靶上环”地方法,使井底位置达到地质设计要求.蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。
⒁ 费用预算和施工进度计划应建立在本地区切实可靠地定额基础上.每隔两、三年进行一次定额指标地修订与核算.買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。
⒂ 环境保护是我国地基本国策.钻井与完井工程设计应包括钻井井场环境保护要求和装备.
钻井与完井工程设计程序框图
钻井与完井工程设计程序框图附后.
钻井与完井工程设计和审批程序
钻井与完井工程设计和审批应遵循以下程序：
①区域探井、预探井、评价井、超深井、开发井区块标准设计(含调整井区块标准设计)特殊工艺井等钻杆工程设计由甲方设计.经甲方(石油管理局或勘探局)总地质师、总工程师会计师(总经济师)批准后交乙方(钻井公司)施工.綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。
②开发井钻井单井设计(含调整井钻井单井设计),由甲方设计,经甲方有关处地主任地质师、主任钻井工程师、主任会计师批准后交乙方施工.驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。
应逐步实行由甲方派出监督人员对乙方施工实行监督,以保证钻井设计地全面执行.
③各石油管理局(勘探局)应创造条件设立专职地钻井与完井工程设计部门.设计部门应由地质、开发,工程、泥浆、财务、劳资及经营管理有经验地人员组成.设计部门应明确职责,建立完善地钻井数据库,采用计算机设计.设计人员要与现场密切结合,总结经验,反馈信息,不断提高设计水平.猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。
钻井与完井工程设计程序框图
地质数据,地质、工程要求

井身结构设计

完井方法

套管层次,下深

水泥返高

机械破岩参数设计

钻井液体系、性能设计

钻头选型

钻井液体系

钻井液性能设计

钻压、转速优选（配）

钻柱组合

强度设计

钻柱设计

下部防斜钻具结构

固井工程

套管强度设计

水泥浆设计

注水泥浆设计

水力参数设计

钻机选型

钻前工程

油气井压力控制

钻井速度预测

材料计划

成本预算

钻井与完井工程施工参数表

石油工程钻井与完井工程设计内容与基础数据
设计任务：XX油区XX凹陷一口直井生产井地钻井与完井设计.
设计内容：（其中打“√”部分必须设计,其他部分可选做或不做）
一、地质设计摘要（√）；
二、井身结构设计（√）；
三、固井工程设计：
1．套管柱强度设计（√）；
2．套管柱管串结构及扶正器安放；
3．水泥及水泥浆设计；
4．注水泥浆及流变学设计；
四、钻柱组合和强度设计（√）；
五、钻机选择；
六、钻进参数设计：
1．机械破岩参数设计（包括钻头选型,所有钻头选用江汉钻头厂牙轮钻头、选取钻压和转速）（√）；
2．钻井液体系及性能设计（仅设计钻井液密度,其它参数不作要求）
3．水力参数设计（√）；
4．钻柱与下部防斜钻具结构（√）；
七、油气井压力控制；
八、完井工程（钻开生产层、完井井底结构、完井井底装置）；
九、钻前工程；
十、环境保护要求；
十一、各次开钻或分段施工地特殊点要求；
十二、材料及成本预算；
十三、技术经济指标及钻井进度计划.
基础数据：
1． 地质概况：见后附设计样例表A－1.
2． 设计井深：H=3000 + 4×100 + 学号地后二位数字 ×3 （m）
3． 地层压力和破裂压力剖面：根据图A－1,地层压力梯度地当量钻井液密度由1.00g/cm3变为1.10g/cm3地井深按以下规律取值：锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。
H=3000 +×100 + 学号地后二位数字 ×3 （m）
注：学号后二位数重号同学插空取值.
4． 设计系数：见表A-2和表A-3,其他数据查《钻井手册》（甲方）和参考书.
5． 水力参数设计数据见表A-4.
6． 钻柱设计数据见参数书2.
7． 完井方式：先期裸眼完井,Ø177.8mm(7”)生产套管.

参考书：
1． 周开吉,郝俊芳.钻井工程设计[M]. 东营：石油大学出版社,1996
2． 陈庭根,管志川. 钻井工程理论与技术[M]. 东营：石油大学出版社,2000
3． 《钻井手册》（甲方）[M]. 北京：石油工业出版社,1990

附：现场钻井工程设计书样式

构造名称：XX凹陷
井 号： A5 井 别： 生产井

钻 井 工 程 设 计

中国XXXXXX集团公司
XX石油管理 局 XX钻井 公司

地质设计 （签字）日期
工程设计 （签字）日期

地质审核意见：

（签字）日期

地质审批意见：

（签字）日期

工程审批意见：

（签字）日期

工程批准意见

（签字）日期

目 录
一、地质设计摘要
二、井身结构设计
三、固井工程设计
四、钻柱设计
五、钻井设备选择
六、钻井液设计
七、钻进参数设计
八、下部钻具组合设计
九、油气井控制
十、各次开钻或分井段施工重点要求
十一、地层压力监测要求
十二、地层漏失试验
十三、油气层保护
十四、完井井口装置
十五、环保要求
十六、钻井进度计划
十七、成本预算

一、地质概况
表A-1
井 别
探 井
井 号
A5
设计井深
3650m
目地层

井

位
坐标
地面海拔 m 50
纵（）m 4275165
横（）m 20416485
测线位置
504和45地震测线交点
地理位置
XX省XX市东500m
构造位置
XX凹陷
钻探目地
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
渗漏
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
防斜
防漏
F3
2650
750
泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩
防斜
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
250
泥岩为主,泥质粉砂岩,中粗砂岩,砂砾岩间互

F1
3500
350
泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩
防漏、喷、卡
QJ
3650
(未穿)
150
深灰,浅灰色灰岩为主,间夹褐,砖红色泥岩
防漏、喷、卡

二、 井身结构设计
钻探目地层为灰岩地层,确定完井方法为先期裸眼完井.油气套管下入层3－5m.
根据地质情况,钻达目地层过程中不受盐岩,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A－1）进行.構氽頑黉碩饨荠龈话骛。

图A-1 地层压力和破裂压力
设计系数见表A-2.
表A-2 井深结构设计有关系数
名称

g/cm3

g/cm3

g/cm3

g/cm3

MPa

MPa
数值
0.05
0.05
0.03
0.05
15
20
来源
理论计算
理论计算
区域资料统计
区域资料统计
区域资料统计
区域资料统计

表 A-3 各层段地层可钻级值
地 层
A B C D E F3 F2J F2K F1 QJ
可钻性值
0.6 1 1.39 2.16 3 3.5 7.3 5.2 4.9

表A-4 水力参数设计数据
1 泥浆泵型号与性能

3NB1000钻井泥浆泵（两台,可仅用一台）

缸套直径（mm）
额定泵冲（次 分）
额定排差（L S）
额定泵压（Mpa）
120
150
19.9
33.1
130
150
23.4
28.2
140
150
27.1
24.3
150
150
31.1
21.2
160
150
35.4
18.6
170
150
40.0
16.5

2 钻井液性能其它参数
地面泵压不超过20Mpa
Kg=1.07*10Mpa SL
环空返速不低于0.7m/s,不高于1.2m/s
钻井液塑性粘度0.0047pa.S