一口井設(shè)計(jì)部分內(nèi)容和方法

1、 一口井“設(shè)計(jì)部分” 的 具體內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1方法說(shuō)明 說(shuō)明江漢油田無(wú)異常高壓地層，也無(wú)地層壓裂問(wèn)題，所以不需要考慮地層壓力和地層破裂壓力剖面來(lái)設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)。只需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)確定的必封段和必?cái)U(kuò)段來(lái)設(shè)計(jì)。11.2主要縱向尺寸設(shè)計(jì) 1)設(shè)計(jì)內(nèi)容和順序：a)表層套管及其下深；b)技術(shù)套管及其下深；c)擴(kuò)眼段及其擴(kuò)眼井深；d)油層套管及其下深。 2)設(shè)計(jì)方法：先根據(jù)待封地層的特性和鉆采的要求說(shuō)明表層套管、技術(shù)套管和油層套管下入的必要性，擴(kuò)眼段擴(kuò)眼的必要性；再根據(jù)待封地層的底界深度，同時(shí)考慮地質(zhì)預(yù)報(bào)的誤差來(lái)確定各層套管的下深和擴(kuò)眼井深。21.3全井其余框架結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 1)設(shè)計(jì)內(nèi)容和

2、順序： 油層套管段：a)套管外徑；b)鉆頭直徑；c)鉆達(dá)井深；d)水泥返深。 技術(shù)套管段：同油層套管段。 擴(kuò) 眼 段：a)擴(kuò)眼井徑。 表層套管段：同油層套管段。3 2)設(shè)計(jì)方法：應(yīng)由內(nèi)向外，從油層套管層段開(kāi)始，依據(jù)各段的地層特性，考慮鉆井和固井要求，再參照教材256頁(yè)的套管和井眼尺寸配合表，逐層設(shè)計(jì)套管下深對(duì)應(yīng)的鉆達(dá)井深、套管外徑、套管外徑對(duì)應(yīng)的鉆頭直徑、環(huán)空水泥返高4個(gè)參數(shù)；如果是擴(kuò)眼段，則設(shè)計(jì)其擴(kuò)眼井徑1個(gè)參數(shù)。 注意：油層套管的直徑和下深是由甲方確定的。41.4給出設(shè)計(jì)結(jié)果：畫(huà)出井身結(jié)構(gòu)示意圖(原設(shè)計(jì)那樣的)。1.5定向井剖面設(shè)計(jì)：如果是定向井，應(yīng)說(shuō)明其設(shè)計(jì)的剖面類型、基本參數(shù)和設(shè)計(jì)這些

3、基本參數(shù)的地質(zhì)和工程依據(jù)?？赡艿脑?，計(jì)算出井身剖面的分段數(shù)據(jù)，畫(huà)出設(shè)計(jì)軌道的井身剖面圖。52 鉆井主要設(shè)備部分1)鉆機(jī)選型：說(shuō)明本井的井別、井型和設(shè)計(jì)井深，據(jù)此選擇鉆機(jī)型號(hào)(可取原設(shè)計(jì)的鉆機(jī)型號(hào))，說(shuō)明其額定鉆深、最大鉆深和鉆機(jī)特點(diǎn)；還要說(shuō)明配套選擇的鉆井泵型號(hào)和防噴器型號(hào)及其依據(jù)。2)給出設(shè)計(jì)結(jié)果：鉆井主要設(shè)備表。63 鉆井液部分 1)從地層巖性和井身結(jié)構(gòu)兩方面說(shuō)明全井鉆井液的分段依據(jù)，論述各段鉆井液體系選擇依據(jù)和特性,各添加劑的功用； 2)分段設(shè)計(jì)鉆井液的常規(guī)性能； 3)給出設(shè)計(jì)結(jié)果鉆井液的常規(guī)性能參數(shù)表和流變性能參數(shù)表； 4)其他部分：閱讀學(xué)習(xí)后可重點(diǎn)摘抄，不要求做。74 鉆具組合設(shè)計(jì)4

4、.1鉆具及其組合設(shè)計(jì) 按原設(shè)計(jì)那樣分段進(jìn)行，對(duì)每一段，按下面的4個(gè)步驟進(jìn)行：1)鉆具組合設(shè)計(jì)：依據(jù)本井的地質(zhì)條件和防斜措施設(shè)計(jì)下部鉆具組合類型(光鉆鋌、鐘擺、滿眼、塔式、彎殼體螺桿等)。82)鉆具尺寸選配：依據(jù)井身結(jié)構(gòu)確定的鉆頭尺寸，考慮教材91頁(yè)表2-21鉆頭尺寸和鉆柱尺寸的一般配合，再結(jié)合本井的地質(zhì)條件和軌跡控制措施，來(lái)選擇鉆柱尺寸，包括鉆鋌、穩(wěn)定器、鉆桿和方鉆桿的尺寸。注意：方鉆桿和鉆桿的尺寸一次選定后，全井不變，鉆鋌尺寸的選擇也要兼顧全井。93)鉆鋌根數(shù)計(jì)算：在機(jī)械參數(shù)部分設(shè)計(jì)的每一段的鉆壓范圍內(nèi)，選其最大值，并用教材92頁(yè)的公式2-21來(lái)計(jì)算鉆鋌的長(zhǎng)度，再按每根鉆鋌9m來(lái)計(jì)算使用根數(shù)

5、，并取整為立根數(shù)。4)給出結(jié)果：從鉆頭到鉆桿的鉆具組合。104.2鉆桿強(qiáng)度設(shè)計(jì)1)鉆桿強(qiáng)度設(shè)計(jì)：分段完成上述工作后，在所選鉆機(jī)的提升能力的限度內(nèi)，取最大井深和該井深的鉆具組合，按照教材上的設(shè)計(jì)方法并按單一鉆桿柱設(shè)計(jì)鉆桿強(qiáng)度。 2)給出設(shè)計(jì)結(jié)果：所選鉆桿外經(jīng)、壁厚和鋼級(jí)。115 鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)5.1 鉆頭選型1)任務(wù)：按照原設(shè)計(jì)的鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)表的分段，設(shè)計(jì)各段的鉆頭個(gè)數(shù)、類別和型號(hào)(IADC編碼)。2)要求：所選鉆頭的個(gè)數(shù)和類型與原設(shè)計(jì)一致，型號(hào)自己設(shè)計(jì)?？蓞⒖荚O(shè)計(jì)，但必須說(shuō)明理由。123)鉆頭型號(hào)(IADC編碼)設(shè)計(jì)方法：分析各分段的地層巖石種類、特性和井深，據(jù)此大體判斷所鉆巖石的硬度、研磨性

6、和可鉆性的級(jí)別，依據(jù)這種級(jí)別選擇相應(yīng)鉆頭型號(hào)。13 舉例：某井米井段：該井段為組，主要為巖，從巖性和井深大體判斷為較軟地層，但由于含有部分巖，研磨性較強(qiáng)，為防止縮井，鉆頭應(yīng)保徑，故可選IADC編碼為的鉆頭1個(gè)，該鉆頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是。 145.2 機(jī)械參數(shù)鉆壓和轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì) 按照原設(shè)計(jì)的鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)表的分段，考慮以下5個(gè)方面來(lái)分段設(shè)計(jì)： 1)鉆頭廠家推薦的鉆壓和轉(zhuǎn)速范圍 根據(jù)具體情況，所設(shè)計(jì)的鉆壓和轉(zhuǎn)速有可能低于廠家推薦的下限，但不允許高于其上限。15 2)地層巖石種類、特性和井深 據(jù)此大體判斷所鉆巖石的硬度、研磨性和可鉆性等的級(jí)別，為鉆壓和轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)提供基本依據(jù)。一般判斷級(jí)別越高，鉆壓就越大。16 3

7、)所選鉆機(jī)和鉆井方法的限制 一是功率的限制。指在井較深、井斜角較大時(shí)，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)沿程消耗的功率較大，剩余給鉆頭破巖的功率就有限了，此時(shí)所加鉆壓和轉(zhuǎn)速要受限。17 二是對(duì)轉(zhuǎn)速的限制。如大慶-130為機(jī)械傳動(dòng)鉆機(jī)，采用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆時(shí)，轉(zhuǎn)速只有固定的3檔(67轉(zhuǎn)/分、117轉(zhuǎn)/分、217轉(zhuǎn)/分)；又如采用井下動(dòng)力鉆，就得采用165mm的螺桿鉆具的額定轉(zhuǎn)速，約為200轉(zhuǎn)/分；如果采用檔的復(fù)合鉆，則轉(zhuǎn)速就為267轉(zhuǎn)/分。18 4)破巖、清巖和攜巖的協(xié)調(diào) 設(shè)計(jì)鉆壓和轉(zhuǎn)速不能只考慮破巖，還要考慮破巖、清巖和攜巖的協(xié)調(diào)，否則就會(huì)出事故。這方面主要是在淺井段要考慮，因?yàn)闇\井段破巖容易，巖屑量大，清巖和攜巖速度跟不上易泥

8、包、卡鉆，故要限制鉆壓和轉(zhuǎn)速。19 5)井眼軌跡控制要求 一旦一些井段有軌跡控制要求，鉆壓和轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)就必須首先滿足這種要求。如一開(kāi)的淺井段、定向井的直井段、造斜段、采用鐘擺鉆具的糾斜段和進(jìn)入薄油層的水平段等。20 舉例：某井米井段：本井段選的是IADC編碼的鉆頭，查設(shè)計(jì)41頁(yè)表3-6，廠家推薦鉆壓kN，轉(zhuǎn)速r/min；本井段主要為巖，地層，且易泥包；從破巖、清巖和攜巖的協(xié)調(diào)關(guān)系看，應(yīng)注意控制破巖的速度；并且是在淺井段和直井段，必須嚴(yán)格控制井斜；綜合來(lái)看，應(yīng)采用低鉆壓和適當(dāng)?shù)偷霓D(zhuǎn)速，故在廠家推薦的下限內(nèi)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，選鉆壓kN，轉(zhuǎn)速采用檔，r/min。215.3給出設(shè)計(jì)結(jié)果 上面兩部分設(shè)計(jì)完

9、成后，給出結(jié)果鉆進(jìn)參數(shù)設(shè)計(jì)表。225.4 水力參數(shù)設(shè)計(jì)5.4.1說(shuō)明 1) 井身結(jié)構(gòu)、鉆井液性能、鉆頭、鉆柱和各次開(kāi)鉆的鉆具組合方案； 2)按原設(shè)計(jì)對(duì)全井的分段，從上往下分段做；233)在每一井段，選擇最大井深點(diǎn)為設(shè)計(jì)井深，以保證泵壓不超過(guò)循環(huán)系統(tǒng)最大工作壓力，確保安全鉆進(jìn)；4)淺井段常按經(jīng)濟(jì)鉆頭水功率原則來(lái)設(shè)計(jì)水力參數(shù)，其他井段則按最大鉆頭水功率原則設(shè)計(jì)；5)每一段按泵恒排量工作方式下的水力參數(shù)設(shè)計(jì)方法做。245.4.2泵恒排量工作方式下 的水力參數(shù)設(shè)計(jì)方法1)確定滿足攜巖要求的最低環(huán)空返速a及最小流量 ：影響a的因素很多，其值很難用理論方法確定，現(xiàn)場(chǎng)常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。a在江漢油田表層段取0

10、.30.4 m/s，技術(shù)套管段或擴(kuò)眼段取0.60.8 m/s，油層套管段取1.0 m/s。25即最小排量Qa ： Qa=式中： Qa最優(yōu)排量，L/s； dp/dh鉆桿直徑/井徑，cm；a攜巖最低環(huán)空返速，m/s。2)根據(jù)井壁穩(wěn)定確定最大環(huán)空返速及最大流量263)依Qa選Qmax定鉆井泵的額定流量及缸套直徑：使所選缸套直徑對(duì)應(yīng)的Qr稍大于Qa，但小于最低流量。Qr就是選定使用的排量。4)確定循環(huán)系統(tǒng)工作泵壓ps ：應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定ps。江漢油田表層套管井段和技術(shù)套管擴(kuò)眼井段用經(jīng)濟(jì)鉆頭水功率原則設(shè)計(jì)水力參數(shù)，故表層套管段ps為8MPa左右，27 技術(shù)套管段或擴(kuò)眼段ps為12MPa左右，油層套管

11、段采用最大鉆頭水功率原則設(shè)計(jì)水力參數(shù)，可取ps等于循環(huán)系統(tǒng)最大耐壓pmax，該值由循環(huán)系統(tǒng)管線最小耐壓和泵缸套的額定壓力來(lái)確定，其中較小的值為pmax。江漢油田一般鉆機(jī)的pmax可取17MPa。 28 說(shuō)明：在ps確定以后，下一步要考慮的是如何在設(shè)計(jì)井深分配ps。要以Qr循環(huán)滿足攜巖需要，沿程必然要消耗一定的ps，這就是沿程壓耗損失pL，這部分是必須要給的。剩余的才可能分配給鉆頭。295)計(jì)算設(shè)計(jì)井深的循環(huán)系統(tǒng)壓耗pL pL=pg+pp+pc306)計(jì)算鉆頭壓降pb 對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)鉆： pb=pspL 對(duì)井下動(dòng)力鉆： pb=pspLpd 說(shuō)明：1)由于螺桿鉆具在井底破巖是用高壓鉆井液驅(qū)動(dòng)的，因此，采用

12、井下動(dòng)力鉆的水力參數(shù)設(shè)計(jì)方法在計(jì)算鉆頭壓降的時(shí)候，還要從總泵壓中減31 去井下動(dòng)力鉆具所消耗的壓降pd ，江漢油田在油層套管井段用的165mm螺桿鉆具，其pd可取4MPa。2)pb、pL確定以后，壓力、功率的優(yōu)化分配就完成。下一步要通過(guò)鉆頭噴嘴的設(shè)計(jì)獲得pb，故要計(jì)算當(dāng)量噴嘴直徑dne。327)計(jì)算當(dāng)量噴嘴直徑dne dne=式中：dne鉆頭噴嘴的當(dāng)量直徑，cm；d鉆井液密度，g/cm3；C噴嘴流量系數(shù)，一般取0.98；pb鉆頭壓力降，MPa；Q 排量；L/s。338)優(yōu)選噴嘴組合和尺寸 dne確定后，應(yīng)從改善井底流場(chǎng)方面考慮并確定噴嘴組合方式和每個(gè)噴嘴的尺寸。江漢油田一般在表層套管段軟地層中

13、采用二大一小或二小一大的三噴嘴組合，在其他地層中采用一大一小雙噴嘴組合。為了防堵，江漢油田噴嘴直徑不小于11mm。一般采用直徑級(jí)差(兩噴嘴直徑之差)為1mm、2mm進(jìn)行組合。建議不采用直徑比進(jìn)行組合。34 以噴嘴直徑級(jí)差進(jìn)行組合設(shè)計(jì)： 雙噴嘴組合： J1 = J2 = J1 +三噴嘴組合： 35 J1= J2 = J1 + J3 = J1 + 2說(shuō)明：J1、J2、J3 算出后還必須取整。5.4.3給出設(shè)計(jì)結(jié)果：所有井段分段按上述8個(gè)步驟設(shè)計(jì)完成后，給出設(shè)計(jì)結(jié)果水力參數(shù)設(shè)計(jì)表。366 固井設(shè)計(jì)6.1套管柱設(shè)計(jì)：按教材鉆井工程理論與技術(shù)或石油工程設(shè)計(jì)的方法做。6.2注水泥設(shè)計(jì)：按石油工程設(shè)計(jì)上的方法做。6.3套管附件設(shè)計(jì)：說(shuō)明附件規(guī)格、類型和數(shù)量，對(duì)扶正器來(lái)說(shuō)，還要說(shuō)明其放置井段和放置間距。 37鋼級(jí)扣型壁厚/mm外徑/mm名義重力/N/m抗內(nèi)壓強(qiáng)度/MPa抗外擠強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度/KNJ-55STC9.65339.7795.418.8237.7912286.4J-55STC10.92339.7890.221.30510.6182646.7J-55STC12.19339.7992.423.78713.4453002.5N-80LTC7.72139.7248.153.3654