钻井工程设计1 / 65前言《钻井与完井工程设计》主要是指在得到地质设计后，如何以地质设计为依据，完成一口井的综合、合理的钻井工程设计。

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。

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：一、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，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；二、套管强度设计；三、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；四、机械破岩参数设计；五、水力参数设计等几个方面的基本设计内。

1 / 65目录1.地质概况 (3)1.1地理概况 (3)1.2地质基本数据 (3)1.2.1井号 (3)1.2.2井别 (3)1.2.3井位 (3)1.2.4设计井深 (4)1.2.5目的层 (4)1.2.6完钻层位 (4)1.2.7完钻原则 (4)1.2.8钻探目的 (4)1.3地层层位预测及岩性 (4)2.技术指标及质量要求 (6)2.1井身质量要求 (6)2.2固井质量要求 (6)3.工程设计 (8)3.1井下复杂情况提示 (8)3.2地层可钻性分级及地层压力预测 (8)3.2.1地层可钻性分级 (8)3.2.2压力剖面预测 (9)3.3井身结构 (9)3.3.1钻井液压力体系 (10)3.3.2校核各层套管下到初选点深度H ni时是否会发生压差卡套 (10)3.3.3套管层次与深度的确定 (11)3.3.4套管柱强度设计 (13)3.3.5套管柱设计结果 (18)3.4钻井主要设备 (18)3.4.1钻机编号 (18)3.4.2钻机型号 (18)3.4.3提升系统 (18)3.4.4井架 (19)3.4.5转盘 (19)3.4.6泥浆泵 (19)3.4.7柴油机 (19)3.5钻具组合 (20)3.5.1各次开钻钻具组合 (25)3.6钻头及钻井参数设计 (32)3.6.1钻头设计 (32)3.6.2钻井参数设计 (34)参考文献： (49)2 / 651.地质概况1.1地理概况该探井位于504 和45 地震测线交点，距XX省XX市东500m，所在的地质构造为XX凹层来了解该层的油气情况扩大该油区的勘陷。

该井的海拔较低，钻该井目的是通过打开QJ探X围，增加油区的总体油气后备储量。

1.2地质基本数据1.2.1井号:A51.2.2井别:预探井1.2.3井位：(1)井位座标：纵（X）4275165m横（Y）20416485m(2)地面海拔:50m(3)地理位置：XX省XX市东500m(4)构造位置：XX凹陷(5)过井测线：504和45 地震测线交点3 / 651.2.4设计井深：3716m1.2.5目的层：QJ层，底层深度3650m，分层厚度150m1.2.6完钻层位：A、B、C、D、E、F3、F2J、F2K、F1、QJ1.2.7完钻原则：当钻入目的层150m完钻1.2.8钻探目的：了解XX构造Q J含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气资源1.3地层层位预测及岩性4 / 65地质概况如表2 表2地质概况5 / 652.技术指标及质量要求2.1井身质量要求2.2固井质量要求固井质量采用声波测井和变密度测井综合评价，要求声幅≤20%；变密度测井反应弱套管波，强地层波。

（1）完钻前按下套管管串设计准备好套管附件、转换短接、联顶节、循环接头等必要配件，以保证各配件的尺寸、螺纹类型相匹配；（2）完钻前取固井水样进行水泥浆性能复核试验；（3）生产套管下入前认真通井循环，保证套管下到底。

套管下完后尽快固井，不能长时间循环；（4）固井候凝48小时后钻分级箍。

钻完分级箍后，必须循环冲洗干净，方可向下钻进；（5）钻完全井水泥塞后，必须大排量循环冲洗干净胶皮及铝片,套管内必须替换成清水；(6)钻水泥塞前及起钻后需丈量并记录钻头外径，钻头外径变化不得超过0.25mm；（7）必须认真丈量钻具尺寸及方入，留好人工井底，起钻测声、放、磁；（8）水泥环与套管壁、井壁胶接紧密，管外无串槽；（9）油层套管水泥浆返深可根据实钻油气显示情况最终确定。

原则上含气井水泥浆应返至地面，不含气井水泥浆返高至少高于最浅油顶200 米；（10）固井质量检查测井测定的固井质量应至少达到合格以上标准；（11）根据地层特性、储层特点、固井工艺及固井质量要求，科学合理编写固井施工设计；（12）固井前井眼及钻井液准备要求：a.针对易漏、出水地层进行堵漏治水，提高地层承压能力，确保固井质量；b.完钻固井前要求钻井液做到粘切低、动塑比低、泥饼薄而韧，满足固井要求。

（13）下套管前必须认真细致通井，确保井下安全及井眼畅通，通井时应带大接头或欠6 / 65尺寸稳定器，防止下套管遇阻和卡钻，气层段反复划眼，以清除井壁的泥饼，充分循环稀释泥浆，大排量洗井，确保井眼畅通，无漏失、井塌，井底无沉砂；（14）使用的浮鞋，浮箍，分级箍在下套管前应认真检查，确保附件的正常使用，分级箍严禁碰撞，用套管钳上扣时。

应借用上一跟套管传递扭矩，达到上扣的标准扭矩值和扭矩图。

不得用套管钳咬分级箍的本体；（15）严格按照下套管操作规程进行下套管作业，认真检查固井工具及管串附件，合理加放扶正器，确保套管居中度≥67%。

扶正器加放原则：a.浮箍以下加一组扶正器；b.浮箍到最下气层底部段每根都加扶正器,特别注意弹性扶正器必须加在接箍处；（16）下套管时必须平稳。

若有漏失要严格控制下放速度在30 秒/根以下，一般情况下在15～20秒/根，不准猛提、猛放、猛刹，应保证井眼稳定，不发生井涌、井喷、井漏和井塌；（17）在井场通套管内径，通径规规格型号必须按照行业标准，严禁在钻台通套管内径，用清洗剂清洗套管螺纹，并检查密封面是否有损伤，必须使用带扭矩仪的套管钳紧螺纹，螺纹扭矩必须符合标准，并将螺纹扭矩打印上报甲方。

必须使用拓普套管螺纹密封脂（拓普101、拓普102），确保丝扣的密封性；（18）套管下完后，技术员应根据套管头的安装。

计算好联入长度。

井口安装好吊卡后，灌满泥浆后，用单凡尔开泵顶通后才可以大排量循环钻井液避免造成井漏；（19）根据井下工况及管内外液体的流变性能，进行流变性计算，科学合理应用顶替技术，提高顶替效率及一、二界面水泥环胶结质量；（20）科学全面的进行气侵、气窜综合评价及预测，为优化注水泥施工参数提供理论依据；（21）固井前应认真检查钻机、泵、循环系统、水泥头等设备和工具，确保固井施工连续顺利；（22）根据电测井径及现场经验，计算水泥浆量，采用干混工艺，确保水泥、外掺料及外加剂混拌均匀；（23）从立式罐及灰罐车取样，模拟井下工况，对现场水样、水泥样品、外加剂等进行全套性能复核试验，确保固井施工安全；（24）水泥浆混拌、注替及碰压时，要根据井下情况，及时调整注替排量及流速,减小‚U‛型管效应，降低环空流动阻力，减小压力激动，确保井下正常；（25）细化现场施工措施，加强施工连续性，强化施工人员责任性,确保设备正常运转、水泥浆密度均匀、现场施工连续、安全；（26）用水泥车试压25M P a，试压合格后方可交井。

7 / 658 / 652 23.工程设计3.1井下复杂情况提示3.1.1在本井的钻井过程中，现场有关技术人员应充分了解、分析邻井事故复杂情况，防止事故的发生，及时处理好工程复杂。

注意观察地震对钻井的影响： ①井漏：井漏深度及层位： ②井斜：易斜井段及对应层位； ③井喷：易井喷井段及对应层位； ④其它情况及对应层位；⑤易串槽井段及原因。

3.1.2进入目的层，应根据实钻情况及时调整泥浆密度，注意防喷、防漏和防卡，一方面 要搞好油气层的发现，保护工作，另一方面要切实搞好井控工作，确保安全施工。

3.1.3根据××油田分公司钻开油气层申报制度要求，由地质监督以书面形式向钻井监督 和井队提出油气层预告；原则： 1）钻揭目的层前7天。

2）目的层提前或非目的层发现油气显示要立即通知。

3）邻井没有发现H 2S 气体，但本井应密切监控。

行业标准中H S 的安全临界浓度为20m g /m 3（约14PP m ），若发现H S ，无论浓度高低， 都要向勘探事业部的钻井技术部及H S E 管理办公室、生产技术处和质量安全环保处报告， 同时作业队伍要向所属的上级部门报告。

3.2地层可钻性分级及地层压力预测3.2.1地层可钻性分级3.2.2压力剖面预测图1 地层压力剖面3.3井身结构钻探目的层为Q 灰岩地层，确定完井方法为先期裸眼完井。

油气套管下入Q层3－5m。

J J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1）进行。

计系数见表5。

表5井身结构设计有关系数名称Sωg/c m3Sgg/c m3Sfg/c m3Skg/c m3∆PNM P a∆PAM P a数值0.050.050.030.0515 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Sω———抽吸压力系数。

上提钻柱时，由于抽吸作用使井内液柱压力降低的9 / 6510 / 65wpmaxkfw值，用当量密度表示；S g ———激动压力系数。

下放钻柱时，由于钻柱向下运动产生的激动压力使 井内液柱压力的增加值，用当量密度表示；S f ———安全系数。

为避免上部套管鞋处裸露地层被压裂的地层破裂压力安 全增值，用当量密度表示，安全系数的大小与地层破裂压力的预测精度有关；S k ———井涌允量。

由于地层压力预测的误差所产生的井涌量的允值，用当 量密度表示，它与地层压力预测的精度有关；∆P N 、∆P A ———压差允值。

不产生压差卡套管所允许的最大压力差值。

它的大小与 钻井工艺技术和钻井液性能有关，也与裸眼井段的地层孔隙压力有关。

若正常地 层压力和异常高压同处一个裸眼井段，卡钻易发生在正常压力井段，所以压差允 值又有正常压力井段和异常压力井段之分，分别用∆P N 和∆P A 。

3.3.1钻井液压力体系最大泥浆密度计算公式为： ρmax=ρpmax +S w（1）式中：3ρmax ———某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度，g/cm ；ρ———该井段中所用地层孔隙压力梯度等效密度，g/cm 3； S ———抽吸压力允许值的当量密度，取0.05g/cm 3。

发生井涌情况时： 式中： ρf =ρpmax + S w + S f +H pmaxH ni⋅S k（2）ρf ———第n 层套管以下井段发生井涌时，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，g/cm 3；H ni ———第n 层套管下入深度初选点，m ； S ———井涌允量，取0.05g/cm 3； S ———安全系数，取0.03g/cm 3。