目录一、地质设计摘要二、井身结构设计三、钻具设计四、钻井液设计五、钻井水力参数设计六、套管柱设计及强度校核七、注水泥设计八、设计结果一、地质概况二、井身结构设计钻探目的层为J Q灰岩地层，确定完井方法为先期裸眼完井。

油气套管下入QJ 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表A-3 各层段地层可钻级值表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）2 钻井液性能其它参数地面泵压不超过20MpaKg=1.07*103-Mpa S8.1L8.1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三、钻具设计1、钻铤的设计根据五兹和鲁宾斯基理论得出，允许最小钻铤的最小外径为：允许最小钻铤外径=2倍套管接箍外径-钻头直径。

钻铤长度取决于选定的钻铤尺寸与所需钻铤重量。

2、所需钻铤重量的计算公式m=b fm K SW⨯（3-1）m ——所需钻铤的重量，kN ;Wm——所需钻压；Sf ——安全系数, 此取Sf=1.2 ；Kb——浮力系数；L c —— 所需钻铤的长度, m ； L dp —— 所需钻杆的长度，m ；q c —— 每次开钻所需钻铤单位长度重量； N —— 每次开钻所需钻铤的根数 ； 每根钻铤的长度 9.1 m 。

3、计算钻柱所受拉力的公式1．钻柱所受拉力P=[（L dp ⨯ q dp + L c ⨯ q dp ）] K b （3-2）P —— 钻柱所受拉力，kN ；P 外挤 =d ρg L （3-3）P 外挤—— 钻杆所受外挤压力,MPa 。

4、一次开钻钻具组合 1 .钻铤长度的确定选钻铤外径203.2mm ，内径71.4mm ，q c =2190N/m 。

此时b K =0.858，W=40KN L c =N c b S W q k ⋅⋅=858.019.2402.1⨯⨯=25.54m 从而实际用3根，实际长度3⨯9.1=27.3（m ） 2.钻杆长度计算及安全校核钻杆外径139.7mm ，内径121.4mm ，q=319.71N/m ，钢级E 级y F =1945.06KN ，t S =1.3（1）安全系数校核：1Fa =0.9y F /t S =0.9⨯1945.06/1.3=1346.58KN (2) 卡瓦挤毁校核2Fa =0.9y F /(y σ/x σ)=0.9⨯1945.06/1.42=1232.78KN（3）动载校核：3Fa =0.9y F -MOP=0.9⨯1945.06-400=1350.5KN较三种安全校核知卡瓦挤毁校核计算的最小则钻杆 Lp=（2Fa - q c ⨯L c ⨯ b K ）/（q ⨯b K ）=4307.08m>80m 从而实际用钻杆：80-27.3=52.7m校核抗挤度：P 外挤=gh ρ=1.1⨯1000⨯9.8⨯（80-27.3） 0.568MPa <D σ=58.21MPa 故安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。

5、 三次开钻钻具组合 1 .钻铤长度的确定选钻铤外径152.4mm 。

q c =1212N/m 。

此时b K =0.839，W=180KN L c =N c b S W q k ⋅⋅=839.0212.11802.1⨯⨯=212.41m 从而实际用24根，实际长度24 ⨯9.1=218.4（m ） 2.钻杆长度计算及安全校核钻杆外径127mm ，内径112mm ，q=237.73N/m ，钢级E 级y F =1760.31KN ，t S =1.3 （1）安全系数校核：1Fa =0.9y F /t S =0.9⨯1760.31/1.3=1218.676KN (2) 卡瓦挤毁校核2Fa =0.9y F /(y σ/x σ)=0.9⨯1760.31/1.42=1115.68KN（3）动载校核：3Fa =0.9y F -MOP=0.9⨯1760.31-400=1184.279KN 较三种安全校核知卡瓦挤毁校核计算的最小则钻杆 Lp=（2Fa - q c ⨯L c ⨯ b K ）/（q ⨯b K ）=4480.17m>2000m 从而实际用钻杆：2000-218.4=1781.6m 。

校核抗挤度：P 外挤=gh ρ=1.25⨯1000⨯9.8⨯（2000-218.4） =21.825MPa<D σ=68.96 MPa综上安全校核所选钻铤及钻杆满足要求。

钻具选择表四、钻井液设计1、井筒内钻井液体积V bi =4π2bi D i L (4-1) V bi ——第i 次开钻时井筒内钻井液的体积，m 3； D bi ——第i 次开钻时钻头的直径，m ；L i ——第i 层套管的下入深度，m ；加ρ——所加入的重晶石的密度，取4200 3kg/m ；重ρ——加入重晶石粉后钻井液的密度，3kg/m ； 原ρ——加入重晶石之前的钻井液的密度，3kg/m 。

2、需要加入粘土的量W 土=水土水泥泥土）（ρρρρρ--V （4-2）式中 土ρ——所加入粘土的密度，取 2000 3kg/m ； 水ρ ——水的密度，取1000 3kg/m ； 原ρ——加入粘土前钻井液的密度，3kg/m 。

V 原——所配钻井液的最大体积，m 3。

3、需要加入清水的量Q 水=V 原-水ρ土W （4-3）式中 W 土——所加入的粘土的量，t ； 水ρ ——水的密度，取10003/m kg 。

W 加=V ρρρρρ--重加原原重加（） （4-4）式中 加ρ——所加入的重晶石的密度，取4200 3kg/m ；重ρ——加入重晶石粉后钻井液的密度，3kg/m ； 原ρ——加入粘土前钻井液的密度，3kg/m 。

参考临井资料，一开和时钻井液的密度为1.15 3g/cm ，二开和三开时钻井液密度同为1.156 3g/cm ，无须改变钻井液的密度。

4、钻井液体最大积的计算 1） 一次开钻井筒内钻井液体积由公式4-1 V 1b =2(0.4445)4π⨯80V 1b =12.41(m 3)2） 二次开钻井筒内钻井液体积由公式4-1 V 2b =2)2159.0(4π⨯310V 2b =11.34(m 3)3）三次开钻井筒内钻井液体积由公式4-1 V 3b =2)2159.0(4π⨯2000V 3b =73.18(m 3)一般泥浆池内要存储备用50m 3钻井液，取循环浪费20 m 3钻井液，所以 V 原>50+20+73.18,所以V 原>143.18 m 3,V 原=160m 3 。

五、钻井水力参数设计1、一开时泵的排量计算D H =444.5 mm , D P =139.7 mm ,n=0.65 ,K=0.3 ,Z=808 ,ρ=1.1g/cm 31.2a m s υ=c a sl υυυ=- (5-11))(2313130.00707s s d sl d e d ρρυρμ-=(5-12)121123nnh p e a d d n K n μυ-⎛-⎫⎛+⎫= ⎪⎪ ⎭⎝⎭⎝(5-13)由公式(5-11) (5-12) (5-13)得携岩最低返速sl υ=0.6(m/s) 由公式5-2Q 1max =4π(D )2P2H D -⨯a υ=4π(20.444527.139.0-)⨯1.2 Q 1max =167.73(l/s) 由公式5-3Q 1min =4π(D )D 22PH -⨯sl υ=4π(0.4445)1397.022-⨯0.6 Q 1min =83.868(l/s)2、二开时泵的排量计算DH =215.9 mm , DP=139.7 mm ,n=0.65 ,K=0.3 ,Z=808 ,ρ=1.1g/cm31.2am sυ=c a slυυυ=- (5-11))(2313130.00707s s dsld edρρυρμ-= (5-12)121123n nh pead d nKnμυ-⎛-⎫⎛+⎫= ⎪⎪⎭⎝⎭⎝(5-13) 由公式(5-11) (5-12) (5-13)得携岩最低返速slυ=0.6(m/s)由公式5-2Q1max=4π(D)2P2HD-⨯aυ=4π(22159.027.139.0-)⨯1.2Q1max=25.53(l/s)由公式5-3Q1min=4π(D)D22PH-⨯slυ=4π(0.2159)1397.022-⨯0.6Q1min=12.76(l/s)3、三开时泵的排量计算DH =215.9 mm ,DP=127 mm ,n=0.65 ,K=0.3 ,Z=808 ,ρ=1.25g/cm3。

由公式5-2Q3m ax =4π(D)22PHD-⨯aυ=4π(0.2159)127.022- 1.2⨯Q3m ax=28.72(l/s) 由公式5-3Qm in3=4π(D)22PHD-⨯slυ=4π(0.2159)127.022-⨯0.6Qm in3=14.36(l/s)表5-1泵的参数表4、三开时第一临界井深的确定当三开时，dpi=112mm,dp=127mm,dci=71.4mm,dc=152.4mm, d h=0.2m ,d ρ=1.156 g/cm 3,pv μ=0.023Pa ·s,d1=d2=d3=d4=0.120m,L 1=50m,L 2=30m,L 3=20m,L 4=16m 。

由公式5-7K g =0.12975(1.156⨯103)8.0⨯0.0232.0( 4.8500.120+ 4.8300.12+ 4.8200.12+ 4.8160.12) K g =5.346410-⨯ 由公式5-6)())((0.830.2 4.83 1.80.129750.144441.256100.023[]0.111960.220.1270.220.127p pK m L ==⨯⨯+-+=3.22610-⨯由公式5-10K c =(0.001156)8.0⨯0.0232.0⨯366[ 4.80.129750.0714+3 1.80.14444(0.20.1524)(0.20.1524)-+]K c =41098.1-⨯ 由公式5-5n=5.346⨯⨯-⨯+⨯---6441022.31098.110218.4 n=51094.2-⨯ 由公式5-4Dcr 1= 1.8r 0.357a Pr mQ m -=8.1672.281022.372.285.7350375.0⨯⨯⨯--651022.31094.2--⨯⨯ Dcr 1=3785.36（m ）5、喷嘴 射流速度及射流冲击力的设计因为喷嘴的当量直径：d e =422081.0bd P C Q ∆ρ又 D<D pc 所以b p ∆=P r -（n+mD ）Q r8.1=27.99-(2.94510-⨯+3.22610-⨯)2000⨯⨯28.728.1=27.32cm当量直径de=422081.0brd P C Q ∆ρ=2.12cm若采用三个等直径的喷嘴时：d1=d2=d3=3e d =1.23cm射流速度Vj=10241d Q r π=223.114.34172.2810⨯⨯⨯=165.622sm射流冲击力 Fj=2241100d Q d πρ⨯=5.499KN射流水功率：Pj=223)41(05.0d Q d πρ=12.54MPa六、套管柱设计及强度校核1、油层套管柱设计 1.某井段的最大外挤压力p c =d ρgD ⨯103- (6-1)d ρ—— 该井段所用泥浆的最大密度，g/cm 3 ； D —— 某段钢级的下入深度，m ； 2.某段钢级套管的最大下入深度 D n =310-⨯D d DgS ρσ (6-2)D σ——某段钢级套管抗外挤强度，MPa ； S D ——最小抗外挤安全系数，取1.125 ； 3.套管浮力系数1dB sp K p =-（6-3） s ρ—— 某段所用钢材的密度，取7.8 g/cm 3； 4.安全系数抗内压安全系数S i 取1.12，抗拉安全系数S t 取1.8 。