东北石油大学课程设计东北石油大学课程设计任务书课程：石油工程课程设计题目：钻井工程设计专业：石油工程姓名：赵二猛学号：100302240115主要内容、基本要求、主要参考资料等：1、设计主要内容：根据已有的基础数据，利用所学的专业知识，完成一口井的钻井工程相关参数的计算，最终确定出钻井、完井技术措施。
主要包括井身结构、钻具组合、钻井液、钻井参数设计和完井设计。
2、设计要求：要求学生选择一口井的基础数据，在教师的指导下独立地完成设计任务，最终以设计报告的形式完成专题设计，设计报告的具体内容如下：（1）井身结构设计；（2）套管强度设计；（3）钻柱设计；（4）钻井液设计；（5）钻井水力参数设计；（6）注水泥设计；（7）设计结果；（8）参考文献；设计报告采用统一格式打印，要求图表清晰、语言流畅、书写规范、论据充分、说服力强，达到工程设计的基本要求。
3、主要参考资料：王常斌等，《石油工程设计》，东北石油大学校内自编教材陈涛平等，《石油工程》，石油工业出版社，2000《钻井手册（甲方）》编写组，《钻井手册》，石油工程出版社，1990完成期限2013年7月19日指导教师毕雪亮专业负责人李士斌2013 年7 月 1 日目录前言 0第1章设计资料的收集.............................................................. 错误!未定义书签。
1.1预设计井基本参数.......................................................... 错误!未定义书签。
1.2 邻井基本参数................................................................. 错误!未定义书签。
第2章井身结构设计.. (6)2.1钻井液压力体系 (6)2.2井身结构的设计 (7)2.3井身结构设计结果 (9)第3章套管柱强度设计 (10)3.1套管柱设计计算的相关公式 (10)3.2表层套管柱设计.............................................................. 错误!未定义书签。
3.3技术套管柱设计.............................................................. 错误!未定义书签。
3.4油层套管柱设计.............................................................. 错误!未定义书签。
3.5套管柱设计结果 (20)第4章钻柱设计 (21)4.1钻柱设计原理 (21)4.2钻柱的设计 (21)4.3钻柱设计结果................................................................... 错误!未定义书签。
第5章钻井水力参数的设计...................................................... 错误!未定义书签。
5.1钻井水力参数的计算公式............................................... 错误!未定义书签。
5.2水力参数计算................................................................... 错误!未定义书签。
5.3泵的设计结果 (43)第6章注水泥设计 (45)6.1水泥浆排量的确定 (45)6.2注水泥浆井口压力 (48)6.3水泥浆体积的确定 (59)6.4设计结果 (60)第7章钻井液设计 (61)7.1钻井液用量计算公式 (61)7.2钻井液用量计算 (61)7.3钻井液用量设计结果 (64)7.4钻井液体系设计 (64)第8章设计结果 (65)参考文献 (67)附录 (68)前言钻井是石油、天然气勘探开发的主要手段。
钻井工程质量的优劣和钻井速度的快慢，直接关系到钻井成本的高低、油田勘探开发的综合经济利益以及石油发展速度。
钻井工程设计是石油工程的一个重要部分，是确保油气钻井工程顺利实施和质量控制的重要保证，是钻井施工作业必须遵循的原则，是组织钻井生产和技术协作的基础，是搞好单井预算和决算的唯一依据。
钻井设计的科学性、先进性关系到一口井作业的成败和效益。
科学钻井水平的提高，在一定程度上依靠钻井设计水平的提高。
设计应在充分分析有关地质和工程资料的基础上，遵循国家及当地政府有关法律、法规和要求，按照安全、快速、优质和高效的原则进行，并且必须以保证实施地质任务为前提。
主要目的层段的设计必须体现有利于发现与保护油气层，非目的层段的设计主要考虑满足钻井工程施工作业和降低成本的需要。
本设计的主要内容包括：1、井身结构设计及井身质量要求：原则是能有效地保护油气层，使不同地层压力梯度的油气层不受钻井液污染损坏；应避免漏、喷、塌、卡等复杂情况发生，为全井顺利钻进创造条件，使钻井周期最短；钻下部高压地层时所用的较高密度钻井液产生的液柱压力，不致压裂上一层管鞋处薄弱的裸露地层；下套管过程中，井内钻井液柱压力之间的压差不致产生压差卡套管等严重事故以及强度的校核。
2、套管强度设计；3、钻柱设计：给钻头加压时下部钻柱是否会压弯，选用足够的钻铤以防钻杆受压变形；4、钻井液体系；5、水力参数设计；6，注水泥设计，钻井施工进度计划等几个方面的基本设计内容。
第1章设计资料的收集1.1 预设计井基本参数1.2 邻井基本参数1．井身结构2．地层压力3．钻具组合续表4．钻井液性能5．水力参数续表6．钻井参数7.套管柱设计参数续表8.注水泥设计参数第2章 井身结构设计2.1 钻井液的压力体系图2-1 地层压力与地层破裂压力剖面图2.1.1 最大钻井液密度m a x p m a x bS ρρ=+ (2-1) 式中: m a x ρ为某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度，3g /c m ； p m a x ρ为该井段中所用地层孔隙压力梯度等效密度，3g /c m ； b S 为抽吸压力允许值的当量密度，取0.0243g /c m 。
发生井涌情况pmaxpmax f b f k 21D S S S Dρρ=+++⨯ （2-2） 式中：fρ为发生井涌时，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，3g c m ；pmaxρ为某井段钻进井段中所用的最大泥浆密度，3g /c m ；bS为抽吸压力允许值的当量密度，取30.06g/cm ；S 为地层压裂安全系数，用当量钻井液密度表示，取30.03g/cm ；kS 为发生井涌时的井涌允量，取30.03g/cm 。
2.1.2 校核各层套管下到初选点时是否会发生压差卡套()6rn mm pD21b pmin 10p D S g ρρ-∆=+-⨯ <N p ∆ (2-3)式中：rn p ∆为实际井内最大静止压差，M P a ；m inp ρ为该井段内最小地层孔隙压力梯度等效密度，3g /c m ；p m i nD为该井段内最小地层孔隙压力所对应的井深，m 。
N p ∆为避免发生压差卡套的许用压差，取12 MPa 。
2.2 井身结构的设计2.2.1 套管层次的确定 （1）中间套管下入深度初选点21D 取初选点211800m D =pmaxpmax f b f k 21D S S S Dρρ=+++⨯ 32801.220.060.030.031800=+++⨯ 31.3647(g/cm )=查地层破裂压力梯度表得3f1800 1.5g cm ρ=，f f1800ρρ<且相近，因此取211800m D =，（2）校核中间套管下入到初选点211800m D =过程中是否会发生压差卡套管 由地层压力梯度表查得3pD21 1.15g/cm ρ=,3pmin 0.9g/cm ρ=，min 400m D =。
0400m -井段()6m 400pmax b pmin 10p D S g ρρ-∆=+-⨯ ()-6400 1.150.060.99.810=⨯+-⨯⨯ 1.1252(Mpa)=m N 12Mpa p p ∆<∆=，所以不会发生压差卡钻，满足设计要求。
4001000m -井段()6m 1000pmax b p100010p D S g ρρ-∆=+-⨯ ()-61000 1.150.0619.810=⨯+-⨯⨯ 2.058(Mpa)=m N 12Mpa p p ∆<∆=，所以不会发生压差卡钻，满足设计要求。
10001500m -井段()6m 1500pmax b p150010p D S g ρρ-∆=+-⨯ ()-61500 1.150.06 1.079.810=⨯+-⨯⨯ 2.06(Mpa)=m N 12Mpa p p ∆<∆=，所以不会发生压差卡钻，满足设计要求。
15001800m -井段()6m 1800pmax b p180010p D S g ρρ-∆=+-⨯ ()-61800 1.150.06 1.159.810=⨯+-⨯⨯ 1.058(Mpa)=m N 12Mpa p p ∆<∆=，所以不会发生压差卡钻，满足设计要求。
（3）确定表层套管的下入深度1D 取初选点1200m D =2pD2fe b f k 1DS S S Dρρ=+++⨯18001.150.060.030.03200=+++⨯ 31.48(g/cm )=由地层破裂压力梯度表得3fD1 1.5g cm ρ=，fD1fe ρρ<且相近，因此取11800m D =。
（4）油层套管下入深度3D 3280m 3D =2.3 设计结果第3章 套管柱强度设计3.1 套管柱设计计算的相关公式1. 某井段的最大外挤压力310co d w p gD ρ-=⨯ （3-1）式中：co p 为套管柱所受外挤压力，Mpa ；d ρ为该井段所用泥浆的最大密度，3g/cm ； w D 计算点井深，m 。
2. 某段钢级套管的最大下入深度3D d Dn 10g -⨯=S D ρσ （3-2）式中：D σ为某段钢级套管抗外挤强度，MPa ； D S 为抗外挤安全系数，取1.125。
3. 套管浮力系数sdB 1ρρ-=K （3-3） 式中：s ρ为某段所用钢材的密度，取7.83g/cm 。
4. 安全系数抗拉安全系数1.3t S = （3-4）3.2 表层套管柱设计3.2.1 按抗外挤强度设计由下向上选择第一段套管由公式3-1可知最大外挤压力为：co1d 10.009810.00981 1.31328042.11(MPa)p D ρ==⨯⨯=142.11 1.12547.37(Mpa)D co D p S σ≥⨯=⨯=查《钻井工艺手册上》表3-8选择第一段套管实际抗挤安全系数11160.8811.4542.11D D co S p σ=== 3.2.2 确定第二段套管的下入深度和第一段套管的使用长度1. 查《钻井工艺手册上》表3-8选择第二段套管表3-2 第二段套管钢级选择第二段套管下入深度为22d 43.2992998(m)1.310.00981 1.125D D D gS σρ===⨯⨯，实际取2980m ，则第一段套管使用长度为1232802980300(m)L D D =-=-=。