课程设计--钻井工程设计

课程设计--钻井工程设计内容摘要：

保证套管不破坏的 前提下，还应使所设计出的套管柱在成本上是最低的，这就是通常所说的套管柱设计的 “既安全又经济 ”的原则。 油层套管柱设计 计算的相关公式 （ 1） 某井段的最大外挤压力 310  Ddc gDSp  （ 31） 式中 d —该井段所用你讲的最大密度， g/cm179。 ； D 为某段钢级的下入深度， m。 （ 2） 某段钢级 套管的最大下入深度 310  Dd Dn gSD   （ 32） 式中 D —某段钢级套管的抗外挤强度， MPa； DS 为最小抗外挤强度安全系数，取。 10 （ 3） 套管浮力系数 sdBK 1 （ 33） 式中 s —某段所用钢材的密度，取 179。 . （ 4） 安全系数 抗拉安全系数： tS。 按抗外挤强度设计由下向上选择第一、二段套管的使用长度 根据现场实际施工情况，查《钻井手册（甲方）》选择第一段套管如下： 表 31 第一段套管选择 钢级 外径(mm) 内劲(mm) 壁厚(mm) 均重(N/m) 抗拉强度(KN) 抗内压强度 (MPa) 抗挤强度(MPa) 管体屈服强度 (KN) J55 查《钻井手册（甲方）》选择第二段套管如下： 表 32 第二段套管选择 钢级 外径(mm) 内劲(mm) 壁厚(mm) 均重(N/m) 抗拉强度(KN) 抗内压强度 (MPa) 抗挤强度(MPa) 管体屈服强度 (KN) J55 204,3 根据以上数据求出第一、二段套管的使用长度 解： （ 1）对第一段油层套管进行抗外挤强度校核 由公式（ 31）得 M P aSgDp Ddc 6 9   由表（ 31）知： MPac  所以 11 ccP  所以第一段套管满 足抗挤要求 11 （ 2）确定第一、二段油层套管的使用长度 由表（ 32）得 MPac  由公式（ 32）得 mgSD Ddc 4 0 332    取 2D =1400m，则第一段油层套管使用长度 mDDL 2 9 51 4 0 01 6 9 5211  取每根套管长度为 则第一段油层套管使用根数： 1 N 根 取 1N =33 根 则第一段油层套管实际下入井中的长度为 mL 0 39。 1  则第二段 油层套管使用长度为 mL 3 9 0 01 6 9 52  则第二段油层套管使用根数： 22  LN 根 取 2N =153 根 则第二段油层套管实际下入井中的长度为 mL 3 9 39。 2  （ 3） 对第二段油层套管进行抗外挤强度校核 由 公式（ 31）得 M P aSgDp Ddc   由表（ 31）知： MPac  所以 22 ccp  所以第二段套管满足抗挤要求。 油层套管的抗拉强度校核 （ 1） 第一段油层套管抗拉强度校核 解： 由公式（ 33）得  sdBK  由表（ 31）知 第一段油层套管均重为 12 mNqc / 则第一段油层套管在钻井液中的重量： KNSLqKSW tcBtB7 0 0 2 0 2 3111 由表 (31)得 KNt  所以 11 ttB SW  所以第一段油层套管满足抗拉要求 （ 2） 第二段油层套管抗拉强度校核 解： 由公式（ 33）得  sdBK  由表（ 31）知 第二段油层套管均重为 mNqc /  则第一段油层套管在钻井液中的重量： KNSWWSW tBBtB) 3 9 ()(321 由表 (31)得 KNt  所以 11 ttB SW  所以第二段油层套管满足抗拉要求。 表层套管柱设计 根据现场实际施工情况，查《钻井手册（甲方）》选择表层套管如下： 表 33 表层套管选择 钢级 外径(mm) 内劲(mm) 壁厚(mm) 均重(N/m) 抗拉强度(KN) 抗内压强度 (MPa) 抗挤强度(MPa) 管体屈服强度 (KN) 13 H40 323 判断表层套管的强度是否满足要求。 解： ① 对表层套管进行抗外挤强度校核 则表层套管使用根数： 2  LN 根 取 N =38 根 则第二段油层套管实际下入井中的长度为 mL 39。  由公式（ 31）得 M P ag D Sp Dd   由表（ 31）知： MPac  所以 ccp  所以表层套管满足抗挤要求 ② 表层套管抗拉强度校核 解： 由公式（ 33）得  sdBK  由表（ 31） 知 第一段油层套管均重为 mNqc / 则表层套管在钻井液中的重量： KNLSqKSW tcBtB 3 由表 (31)得 KNt  所以 1ttB SW  所以表层套管满足抗拉要求。 结论设计 14 套管柱设计参数表： 套管层位 项目 井段（ m） 钢级 外径(mm) 内径(mm) 壁厚(mm) 均重(N/m) 抗拉强度(KN) 抗内压强度 (MPa) 抗挤强度 (MPa) 管体屈服强度 (KN) 表层套管 0350 H40 323 油层套管П J55 204,3 油层套管 І J55 第 4 章 钻柱设计 合理的钻柱设计是确保优质、快速、安全钻井的重要条件。 尤其是对深井钻井，钻柱在井下的工作条件十分复杂与恶劣，钻柱设计就显得更加重要。 钻柱设计包括钻柱尺寸选择和强度设计两方面内容。 在设计中，一般遵循以下两个原则： 第一， 满足强度（抗拉强度、抗击强度等）要求，保证钻柱安全工作； 第二， 尽量减轻整个钻柱的重力，以便在现有的抗负荷能力下钻更深的井。 钻铤的设 计 根据钻头直径选择钻铤外径，钻铤长度取决于选定的钻铤尺寸与所需钻铤重 15 量。 所需钻铤长度的计算公式 BcNc Kq SWL  （ 41） 式中 W—设计最大钻压， KN； NS —安全系数，此取 NS ； BK —钻井液浮力系数； cL —所需钻铤的长度， m； cq —每次开钻所需钻铤单位长度重量， N/m； cN —每次开钻所需钻铤的根数，没跟钻铤的长度。 计算钻柱所受拉力的公式 Bcc KqLqLp )]()[(  （ 42） 式中 p—悬挂在钻井液中钻柱任意截面上所受拉力， KN； cL —钻铤的长度， m； cq —钻铤单位长度重量， N/m； L—钻杆长度， m； q—钻杆单位长度重量， N/m。 gLp d外挤 （ 43） 式中 外挤p —钻杆所受外挤压力， MPa； d —最大钻井液密度， g/cm3。 钻铤、钻杆长度的计算 一次钻开钻具组合 （ 1） 钻铤长度的确定 查《钻井手册（甲方）》选择钻铤，选用钻铤： NC5680 外径为 ，内 16 径为 ，长度为 ， mKNqc / ， KNW 140 ，最大需要抗挤强度MPac 。 求钻铤的使用长度。 解： 浮力系数  sdBK  所需钻铤重量为 KNK SWm BN 0  则钻铤长度为 mqmL cc 9 7  则钻铤根数为  cc LN 根 取 10cN 根 则实际钻铤使用长度为  由公式（ 43）得 M P agLp d 3   而 MPaD  所以 Dp  所以钻铤满足抗挤强度要求 （ 2） 钻杆长度计算 查《钻井手册（甲方）》选择钻杆，选用外径为 ，内径为 ，钢级为 D 级，按最小屈服强度计算最小抗拉力 KNFy  ；最小抗挤压力为； mNq / 的钻杆， MOP 为拉力余量，一般取 200~ 500KN，抗拉安全系数 。 求钻杆的使用长度。 解： 由书查得 ty ，取 MOP=300 则最大安全静拉力为 ① 安全系数法 17 KNSFF tya  ② 设计系数法 KNFFtyya  ③ 拉力余量法 KNM O PFF ya  由 aF 最小原则知，取 KNFa  由公式（ 42）转化得 mKqKKLqFLBBBcca3 1 9 7 )91102 1 9 0()(3 由钻铤长度知，钻杆长度为 mL 26491355  钻杆根数 N 根 取 29N 根 则钻杆实际长度为 mL 39。  （ 3） 校核钻杆强度 解： 由公式（ 43）得 M P agLp d 3   而 MPaD  所以 Dp  所以钻杆满足抗挤强度要求 二次开钻钻具组合 （ 1） 3551100m ① 钻铤长度的确定 查《钻井手册（甲方）》选择钻铤，选用钻铤： NC5070 外径为 187mm，内径为 ，长度为 ， mKNqc / ， KNW 140 ，最大需要抗挤强度MPac 。 求钻铤的使用长度。 解： 18 浮力系数  sdBK  所需钻铤重量为 KNK SWm B N 0  则钻铤长度为 mqmL cc 2 36 0 9 7  则钻铤根数为 5  cc LN 根 取 14cN 根 则实际钻铤使用长度为  由公式（ 43）得 M P agLp d 3   而 MPaD  所以 Dp  所以钻铤满足抗挤强度要求 ② 钻杆长度计算 查《钻井手册（甲方）》选择钻杆，选用外径为 127mm，内径为 ，钢级为 D 级，按最小屈服强度计算最小抗拉力 KNFy  ；最小抗挤压力为； mNq / 的钻杆，求钻杆的使用长度。 解： 由书查得 ty ，取 MOP=300 则最大安全静拉力为 安全系数法 KNSFFtya  设计系数法 KNFFtyya  拉力余量法 19 KNM O PFF ya  由 aF 最小原则知，取 KNFa  由公式（ 42）转化得 mKqKKLqFLBBBcca28 4 )()( 由钻铤长度知，钻杆长度为 mL 7。