《钻井工程》课程设计

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《钻井工程》课程设计 一、            课程设计提交安排:温馨提示：1.请登录“学生工作室”下载题目，按要求手写完成并拍成清晰图片，在平台开通时间内压缩打包上传平台，平台自动命名为“学号+学习中心+课程名称”.2.请按照课程设计要求完成课程设计，并在规定时间内在线提交。具体时间请见中国石油大学（北京）远程教育学院首页公告栏的相关通知及平台设置。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掌握井身结构的设计方法；  3掌握钻井工具的选用及钻井参数的设计计算；  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；按工程国标写设计报告。三、考核方式及成绩评定课程设计的成绩为百分制，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． 设计的依据与原则准确性  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 . 过程的参数选择的合理性和计算过程的可靠性 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
《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，完成一口井的综合、合理的钻井与完井工程设计。   钻井与完井工程是一个多学科、多工种的大系统工程。钻井与完井工程设计是以现代钻井工艺理论为准则，采用新的研究成果，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的工艺技术及实施措施。   钻井与完井工程设计是完成地质钻探目的、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、高速和经济钻井的重要程序，是钻井与完井工程施工的指南和技术依据。钻井公司将根据钻井与完井工程设计的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。   钻井与完井工程设计的科学性，先进性关系到一口井钻井工程和完井工程的成败和效益。科学钻井水平的提高依靠钻井与完井工程设计水平的提高。钻井与完井工程设计的任务和内容   钻井与完井工程设计的任务是根据地质部门提供的地质设计书内容，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。   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的特殊点要求；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钻井设计的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）的规定认真进行设计。⑵地质设计应明确提出设计依据、钻探目的、设计井深、目的层，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。水平位移要求严的直井，要考虑钻井的难度和钻井综合成本。 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，提供五种必需的地质图件(设计井位区域构造及地理位置图、主要目的层的局部构造井位图、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。⑷调整井地质设计依据是上级批准的油田开发调整实施方案，钻井区块地质构造、区块内已完成井的各种地质、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。⑸调整井应采用集中打井，分片停注放溢流的原则。调整井开钻前，区块内的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。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，充分发挥每个产层的生产能力；要保证油气井眼轨迹符合勘探开发的要求；油水井的完井质量应满足油田各种作业的要求，保证油气井长期开采的需要；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、实现最佳的技术经济效益。⑺钻井与完井工程设计应根据地质设计的钻探深度和工程施工的最大负荷，合理地选择钻机装备。选用的钻机负荷不得超过钻机最大额定负荷能力的80％。⑻钻井与完井工程设计应根据地质设计提供的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。设计的钻井液密度附加值，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的探井，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。⑼调整井钻井液密度应根据钻井区块所在采油厂(站)提供的地层压力进行设计。目的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：根据采油厂提供的注水井地层压力，设计注水井附近或注水井之间新钻井的钻井液密度；根据采油厂提供的采油井井下静压，设计采油井附近或采油井之间新钻调整井的钻井液密度；根据采油厂提供的采油井和注水井的静压，设计套管断裂地区新钻调整井的钻井液密度。当目的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的密度。调整井钻井液密度的附加值，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的套管防断、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的需要。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的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。⑿在探井钻井与完井工程设计中，应根据工程需要，设计一定数量的工程取心。⒀钻井要按设计的施工进度计划施工。对地貌条件困难或钻前工程耗资较大的地区，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的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”的方法，使井底位置达到地质设计要求。⒁费用预算和施工进度计划应建立在本地区切实可靠的定额基础上。每隔两、三年进行一次定额指标的修订与核算。⒂环境保护是我国的基本国策。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。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，经甲方有关处的主任地质师、主任钻井工程师、主任会计师批准后交乙方施工。应逐步实行由甲方派出监督人员对乙方施工实行监督，以保证钻井设计的全面执行。③各石油管理局(勘探局)应创造条件设立专职的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的人员组成。设计部门应明确职责，建立完善的钻井数据库，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。
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的钻井与完井设计。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的特殊点要求；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 +学号的后二位数字×3   （m）3．地层压力和破裂压力剖面：根据图A－1，地层压力梯度的当量钻井液密度由1.00g/cm3变为1.10g/cm3的井深按以下规律取值：H=3000+×100 +学号的后二位数字×3   （m）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，19962．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，20003．《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目的层井 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A280 砾岩层夹砂土,未胶结渗漏B600320上部砾岩,砂质砾岩,中下部含砾砂岩渗漏C1050450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D1600 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E1900300砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含砺砂岩防斜防漏F32650750泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩防斜F2J2900250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F2K3150250泥岩为主，泥质粉砂岩，中粗砂岩，砂砾岩间互 F13500350泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩防漏、喷、卡QJ3650(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的层为灰岩地层，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A－1）进行。   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/cm3g/cm3g/cm3g/cm3 MPa MPa数值0.050.050.030.051520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）12015019.933.113015023.428.214015027.124.315015031.121.216015035.418.617015040.016.5
  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