井钻井工程设计终稿.docx

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井钻井工程设计终稿

《钻井工程设计》

2井钻井工程设计

编写单位：

编写人：

某地区

2井钻井工程设计

中国地质大学勘查二队

二〇一一年六月

某地区

2井钻井工程设计

编写单位：

中国地质大学勘查设计二队

编写人：

闫雪峰李霞颖文彬余挺

袁青松刘江园王岩王亮石会田

审核人：

姚爱国教授

技术负责人：

窦斌教授

单位负责人：

余挺

施工井队：

中国地质大学勘查二队

井队长：

李霞颖

井队技术负责：

文彬

中国地质大学勘查二队

二〇一一年六月

2井钻井工程设计

设计人：

日期：

设计单位初审意见：

审核人：

日期：

提交单位审核意见：

审核人：

日期：

4井身质量11

5钻具组合设计与强度校核12

6钻头选型、钻井参数13

8固井设计19

10各井段施工要求与复杂情况处理31

12职业健康、安全、环保（即HSE）要求33

13完井井口装置要求35

1井位及地质概况

1.1井位

地理位置：

位于某区域（位于2井井口160°方位160m）

构造位置：

凹陷中央隆起带文留构造8块

井口坐标：

X：

3935908.4Y：

20340224（初测）

设计坐标：

X：

3935985Y：

20340245

地面海拔：

53.7m

1.2井别：

开发井（油井）

1.3井型：

斜直井

1.4钻探目的：

完善8块DD5-6注采井网

1.5设计井深：

3590m

1.6井位移动

井口相对设计坐标195°方位移79m，要求现井口打斜直井，3450~3570m斜回原设计坐标。

1.7完钻原则：

钻穿DD6油层留30m口袋完钻。

1.8完井方式：

套管完井方式。

1.9自然地理概况

1.9.1地理特征

本区属于AA平原南部，地势平坦，海拔在50m左右，土壤肥沃，地下水丰富，人口稠密，交通便利，由于XX河泛滥，也是主要的滞洪区。

1.9.2气候特征

本区属于暖温带季风气候，温度适宜，雨量丰沛，光照充足，年平均气温13.5℃，年平均降水量658mm，冬季受蒙古高压控制气候干冷，雨雪量较少，夏季受副热带高压控制带来大量雨水，降雨量占到全年的65%以上，形成汛期，有内涝发生，还会形成一段高温难耐的酷暑天气。

1.10钻遇地层预测

表1-1　　2井钻遇地层预测表

层位

深度

（m）

钻井液密度

（g/cm3））

预测压力系数

地层倾向（°）

地层倾角（°）

岩性描述

故障提示

平原组

300

1.05

防塌

防漏

防斜

防盐膏侵

防掉块

防油气侵

防水侵

防喷

防卡

防漏

明化镇组

1290

1.03～1.08

馆陶组

1570

～1.10

东营组

2330

～1.15

沙一段

上

2460

～1.20

160

11

灰色泥岩与灰色泥质粉砂岩，灰色白云质泥岩互层，底部见灰色粉砂质泥岩。

中

2470

160

11

以灰色泥岩与灰色泥质粉砂岩互层为主，顶、底部见灰色粉砂质泥岩

下

2620

160

11

以灰色泥岩与灰白色盐岩互层为主，灰薄层灰色粉砂岩，灰色盐质泥岩

沙二段

上

2990

1.15～1.30

1.10～1.20

160

11

紫红色泥岩与灰色含膏泥岩呈不等厚互层，顶部见灰色泥岩，底部见灰色泥岩与灰色含膏泥岩互层，紫红色泥岩与灰色泥质粉砂岩互层。

下

3010

1.35～1.50

1.30～1.40

160

14

紫红色泥岩与灰色粉砂岩呈不等厚互层，本段荧光4层14m。

沙三段

上

3210

130

16

灰色泥岩与灰色粉砂岩呈不等厚互层，本段荧光3层9m。

中

3590

1.65～1.80

1.60～1.70

130

16

灰色泥岩与灰色粉砂岩呈不等厚互层，夹深灰色页岩，上部发育一套灰色含膏泥岩，本段油迹13层40m，荧光28层64m。

备注

1、位移要求：

相对设计坐标油中（3450m）位移小于20m，油底（3570m）位移小于20m。

2、8-7井DD6底3525m；8-16井DD6底3486m。

3、阻流环位置待完井讨论后定。

2钻井设备

2.1钻机选择依据

完钻井深3590m，Φ244.5mm技套封沙二下至井深3030m，Φ139.7mm油套下至井底；技术套管悬重最大，最大重量为：

Qmax=0.8×1.8×q套×L套=0.8×1.8×[（64.74×2420）+69.94×（3010-2420）]×10-3×9.8=2793.26KN。

ZJ45型钻机额定载荷为2930KN，据以上计算结果，此井选择ZJ45型钻机。

（1）钻机型号：

ZJ45

（2）最大施工深度：

4500m（3）最大起升重量：

2930kN

2.2主要设备配置

表1-2　　ZJ45钻机钻井主要设备表

名称

型号

规范或特征

载荷（kN）

数量

钻机

井架

天车

游车

大钩

水龙头

转盘

井架底座

钻井泵

动力机

防喷器

控制系统

振动筛

除砂器

除泥器

除气器

储备罐

ZJ45

TJ300/43A

TC-350

YC-350

DG-350

SL-450

ZP-520

3NB-1300

PZ12V190B-1

FZ、FH系列

FKQ6406

ZS2400*1200

ZCT300*2

LCH-50

ZXZ*45

高45米

七轮

六轮

中心管内径75mm

通孔520mm

高4.5m

956kw

882kw

2930

2930

3430

3430

3430

4410

2940

1

1

1

1

1

1

1

1

2

3

1

1

2

1

1

1

4

3井身结构设计

3.1邻区、邻井钻井情况

该地区可借鉴的主要邻井有8-7井、新8、8-40井和8-41井。

图3.1井位分布图

3.1.1邻井实钻井井身结构统计

表3-1邻井实钻井井身结构统计表

井号

开钻

程序

层位

钻头直径（mm）×深度（m）

开钻时间

/完钻时间

套管直径（mm）×下深（m）×水泥返深（m）

8-7

一开

P

Φ444.5×327.61

1992.05.30

1992.09.25

Φ339.7×322.66×地面

二开

S2上

Φ311.2×2981.46

Φ244.5×2976.36×2012.2

三开

S3下

Φ215.9×3855.80

Φ139.7×3851.36

8-41

一开

P

Φ444.5×162.5

2008.01.13

2008.03.02

Φ339.7×162.03×地面

二开

S1下

Φ311.2×2730

Φ244.5×2727.14×地面

三开

S3下

Φ215.9×3623

Φ139.7×3617.64×1640

8-40

一开

P

Φ444.5×300

2007.07.06

2007.08.25

Φ339.7×299.9×地面

二开

S1下

Φ311.2×2721

Φ244.5×2719.02×地面

三开

S3中

Φ215.9×3783

Φ139.7×3781.02×2002

3.1.2邻井钻头使用情况

表3-2邻井钻头使用情况分析表

井号

开次

钻头类型数量（只）

总进尺（m）

平均钻速（m/h）

总纯钻时间（h）

8-41

一开

Φ444.5

P21

163

27.17

6

二开

Φ311.2

GA1141

1361

30.58

67

二开

Φ311.2

SFMP1161

1206

7.29

160

三开

Φ215.9

ZYFMP-51

268

4.12

65

三开

Φ215.9

GP526L1

348

1.74

169

三开

Φ215.9

HJ517G1

40

0.89

45

三开

Φ215.9

B1965J1

153

1.67

90

三开

Φ215.9

GA1141

8

0.26

30.25

三开

Φ215.9

B1966J1

53

1.06

50

8-40

一开

Φ444.5

GA1141

300.5

42.93

7

二开

Φ311.2

GA1141

1295.5

41.79

31

二开

Φ311.2

B1956G1

1125

8.59

131

三开

Φ215.9

GA1141

4

1.00

4

三开

Φ215.9

GB584X1

414

4.99

83

三开

Φ215.9

GP5451

701

2.23

314

3.1.3邻井钻井主要技术指标统计

表3-3邻井钻井主要技术指标统计

井号

井深（m）

完钻层位

钻井/完井周期

（d）

钻机月

钻机月速

（m/台月）

平均机械钻速（m/h）

纯钻时效

（%）

8-41

3623

S3中

49.27/56.21

1.87

1937.43

5.49

48.91

8-40

3840

S3中

50.04/58.38

1.94

1979.38

6.74

40.66

平均

3731.5

49.66/57.30

1.91

1958.41

6.12

46.79

3.1.4邻井地层压力检测情况

表3-4邻井实测压力统计表

井号

日期

层位

井深（m）

地层压力（MPa）

压力系数

备注

8-41

2008.03.05

沙三上

3162.59

36.56

1.18

DD

3223.69

45.25

1.43

3257.5

43.73

1.37

3337.29

50.30

1.54

3369.5

32.46

0.98

3470.0

37.0

1.09

3479.79

47.62

1.40

3486.0

35.64

1.04

3522.0

31.94

0.92

3524.29

31.89

0.92

3533.39

41.0

1.18

注:

本井周围有1口对应注水井，根据邻井近期完井的8-41井的实钻资料分析,注水对地层压力影响不大。

工程在设计本井钻井液密度时，按原始压力系数设计。

（地质设计）

3.1.5邻井钻井液使用情况

表3-5邻井钻井液性能一览表

井号

井段（m）

层位

密度（g/cm3）

粘度（s）

钻井液类型

8-40

0～300.5

0～P

1.03

29

搬土浆

～1600

～G

1.06～1.08

35～37

低固相聚合物泥浆

～2721

～S1下

1.11～1.28

37～72

聚合物钻井液

～3626

～S3上

1.28～1.93

49～94

聚磺钾盐钻井液

～3840

～S3中

1.90～1.91

75～90

8-41

0～162

0～P

1.01～1.04

63～66

聚合物搬土浆

162～2730

～S1下

1.04～1.27

45～55

聚合物抑制钻井液

2730～3623

～S3中

1.27～1.88

55～87

聚磺防塌钻井液

3.1.6邻井井身质量控制情况

表3-6邻井井身质量数据表

井号

井段（m）

地层

钻头直径

（mm）

平均井径

（mm）

井径

扩大率（%）

最大井斜（0）/测深（m）

8-40

2750～3800

S2上-S3中

Φ215.9

Φ221.81

2.74

10.52/2476.07

8-41

162～2730

P-S1下

Φ311.1

Φ326.40

4.92

2.59/2720

2730～3623

S1下-S3中

Φ215.9

Φ237.14

9.84

9.45/3105.25

8-7

2750～3450

S2上-S3中

Φ215.9

Φ225

4.21

2.41/2550

3450～3840

S3中

Φ215.9

Φ215.8

-0.05

3.1.7邻井钻井复杂及事故情况

表3-7邻井井下复杂情况

井号

复杂类型

复杂经过、原因及处理措施

8-7

掉钻具

井深2718.24m掉钻具,落鱼长87.60m全部捞出。

8-26

卡钻

井深3554.94m卡钻,井深3748m漏失1.88g/cm3钻井液21.3m3。

8-40

电测遇阻、

溢流

井深2705m电测遇阻,钻至井深2861.13m发生溢流，溢出钻井液2m3，钻井液密度1.47↓1.17g/cm3，放压后注入密度1.92g/cm3的重泥浆120m3，循环后恢复正常钻进。

新8

卡钻、井涌

井深3124m卡钻

井深3336.40m井喷,钻井液密度1.64g/cm3加重至1.74g/cm3恢复正常。

3.1.8邻井注水井情况

注水

井号

距新井距离（m）

注水层位

注水井段（m）

注水压力

（MPa）

日注水量（m3）

累积注水量（m3）

有无回水管线

新井钻达下列井深时对应注水井停注（m）

卸压要求

期限

（d）

压力降至（MPa）

8-7

230

DD5-6

3429.2～3519.5

26

80

56891

有

三开

-井底

3

15.0

3.2井身结构及套管程序设计

根据本井地层特点、地层压力情况及目前钻井工艺技术状况、参考邻井实钻井身结构应用效果，依据有利于安全、优质、高效钻井和保护油气层的原则进行设计。

3.2.1井身结构设计依据

（1）依据《2井钻井地质设计》。

（2）依据1990年石油工业出版社出版的《钻井手册（甲方）》井身结构设计原则和《SY/T5431-2008井身结构设计方法》和其它有关设计标准。

3.2.2设计参数

抽吸压力系数Sb：

0.06激动压力系数Sg：

0.06

井涌条件系数Sk：

0.06安全附加系数Sf：

0.024

正常压力段压差允许值：

16.66MPa异常压差允许值：

21.66MPa

3.2.3井身结构和套管设计数据表

开钻

顺序

钻头尺寸

mm

井深

m

套管外径

mm

套管下深

m

水泥封固段

m

一开

444.5

301

339.7

300

0～301

二开

311.2

3031

244.5

3030

0～3031

三开

215.9

3591

139.7

3590

2000～3591

3.2.4井眼轨迹设计

井深

井斜角°

方位角°

0~300

1.26

15

300~1500

1.26

15

1500~2500

1.26

15

2500~3590

1.26

15

注：

该井为斜直井，井斜角方位角不随井深变化而变化。

3.2.4井身结构示意图

图3.1井身结构垂直剖面图

图3.4地层压力预测图

3.2.5井身结构说明

（1）一开采用444.5mm钻头钻深301m，下入339.7mm表层套管，封隔第四系，水泥浆返至地面，建立二开井口；

（2）二开采用311.2mm钻头钻进，设计钻至沙二层底界以下20m结束，即3031m，下入244.5mm技术套管；

（3）三开采用215.9mm钻头钻进，进入靶区，靶区半径80m设计钻至DD6油层底之下30m结束，即3591m，下入139.7mm油层套管，进行套管完井。

3.3工程要点

（1）第四系地层欠压实，该地层存在较严重的坍塌、漏失现象，钻进过程中应重视与加强钻井液的护壁、固壁及井下清洁，做好防漏、堵漏准备工作；

（2）该井沙一段上、中层地层以灰色泥岩、灰色泥质粉砂岩与灰色白云质泥岩为主，注意防盐膏侵；下层以以灰色泥岩与灰白色盐岩互层为主，严防掉块发生井下事故；

（3）组钻至沙二段下层和沙三段上中层时，将会出思安油气显示，注意套、立管压力，防止发生油侵、气侵，严防井喷的事故的发生；

（4）钻进过程中严格控制钻压、排量在设计范围之内，严禁“抢进尺，盲目加压，大幅度提高排量”现象发生。

4井身质量

4.1井身质量要求

该井为斜直径，要求井斜角和方位角不随井深变化而变化，井斜角为1.26°，方位角为15°，井斜角变化率≤0.00042°/30m,方位角变化率≤0.0084°/30m

4.2井身质量控制措施

（1）各开次开钻之前必须严格进行井口找正、校正工作。

（2）按设计要求的钻具组合进行施工。

一开采用塔式钻具组合，用小钻压，高转速，大排量开直井眼。

其它各次开钻先用小钻压低转速将钻铤钻出套管后，再逐渐加压至设计值。

（3）钻井过程中严格按设计参数施工，根据设计要求进行实钻监测，视井眼轨迹及时调整施工参数与措施，有效预防和控制井斜。

（4）易斜井段要加密测斜点数并及时调整钻井参数、钻具组合和施工措施，将井斜控制在要求范围之内。

（5）均匀送钻，处理好地层交接面，及时校正指重表，保证钻压准确。

（6）下套管前，根据测井数据及时分析井底水平位移、方位，确认井身质量满足要求方可下套管。

否则，应立即请示主管部门及时采取措施。

（7）维护好钻井液性能，提高钻井液的防塌能力和造壁封堵能力，控制好失水。

不得在易垮塌井段循环处理钻井液。

控制好起下钻速度，防止因压力波动造成井壁失稳。

5钻具组合设计与强度校核

5.1钻柱组合

开钻次序

井眼尺寸

钻进井段

钻具组合

一开

Ф444.5

0-301

Φ444.5mmBit+Φ228.6mmDC×3根+Φ203.2mmDC×5根+

Φ177.8mmDC×4根+Φ127mmDP+Φ133mmKL

二开

Ф311.15

301-3030

Φ311.2mmBit+Φ311mm扶正器1+Φ203mmDC×1根+

Φ311mm扶正器2+Φ203mmDC×3根+Φ311mm扶正器3+

Φ177.8mmDC×3根+Φ203mmDC×8根+Φ177.8mmDC×2根

+177.8mm随钻震击器+Φ177.8mmDC×3根+Φ127mmDP+

Φ133mmKL（包括无磁钻铤）

三开

Ф215.9

3030-3590

Φ215.9mmBit+Φ177.8mmDC×9根+Φ158.8mmDC×9根

+155.8mm随钻震击器+Φ158.8mmDC×9根+Φ127mmDP+

Φ133mmKL

注：

Bit——钻头DC——钻铤DP——钻柱KL——方钻杆

5.2工具要求

（1）实钻过程中根据需要使用随钻震击器组合，震击器安装于钻具钻进中和点以上，上部钻铤和加重钻杆重量≥3t。

（2）一开及三开时，下部钻具采用光钻铤组合；二开时，采用满眼钻具组合，使用3个扶正器，扶正器1安装在靠近钻头处，扶正器2安装在离钻头约6米处，扶正器3安装在离钻头约30米处。

（3）钻具必须有检测定级报告，所用钻具等级应符合行业有关标准、规范及监督、管理部门的有关规定。

5.3钻具使用要求

（1）按照石油工业标准SY/T5369-94第6.2.5条规定，每钻完一口超深井或遇到重大卡钻故障的井，要对钻具全面检查、探伤。

（2）定期倒换钻具，防止钻具疲劳损坏。

（3）使用前对钻具的台肩、丝扣、外观必须严格检查，钻具上下钻台时必须对钻具丝扣进行保护。

（4）必须使用符合API标准的钻具丝扣油，所用的丝扣油不允许稀释后使用。

（5）钻杆上、卸扣，大钳必须卡到接头上，严禁大钳卡钻杆本体。

（6）钻具入井前必须认真清洗，暂不入井的钻具也要进行保养。

（7）定期更换保护接头，经常检查钻具的磨损情况。

（8）应配备液压大钳，必须按标准扭矩上扣。

5.4钻柱强度设计结果

开钻程序

钻杆

钻铤

尺寸

mm

钢级

单位重量

N/m

最小抗拉强度

kN

井段

m

尺寸

mm

单位重量

N/m

长度

m

1

127

E

284.78

1760.31

0—301

228

2803

110

2

127

E

284.78

1760.31

0—3030

203

2194.32

183

3

127

E

284.78

1760.31

0—3590

177.8

1601

245

6钻头选型与钻井参数及水力参数设计

6.1钻头选型、钻井参数设计

6.1.1设计依据

根据预测地层岩性及邻井钻头使用情况，参考钻头厂家推荐进行设计。

表6.1.1.1钻头设计使用统计表

编号

型号

尺寸（mm）

井段m

进尺m

一开

GA114

444.5

0

301

301

二开1

GA114

311.15

301

1570

1269

二开2

SFMP1161

311.15

1570

2620

1050

二开3

GB584X1

311.15

2620

3031

411

三开

GP5451

215.9

3031

3590

559

6.1.1.1牙轮钻头使用要求

根据使用经验，牙轮钻头机械参数的确定应遵循如下原则：

软地层采用低钻压高转速；

硬及中硬地层深部地层采用高钻压低转速；

钻头安全承载能力一般取0.6~0.8Kn/mm；

密封滑动轴承不宜采用高转速

根据《钻井与完井工程》牙轮钻头钻压转速应取虚线ab内工作（P171）来获得最优经济效果

6.1.1.2PDC钻头使用要求

（1）PDC钻头的装卸必须采用专用的井口装卸工具。

（2）PDC钻头首次入井采用<40kN钻压钻30m领眼，井底造型结束后正常钻压控制在40～80kN，做到均匀送钻。

钻进过程中及时监控井斜变化。

必须坚持200～300m短提一次的技术措施。

（3）加强地质预测与邻井对比，及时预测岩性变化，指导钻头的选择、使用。

（4）严格避免落物，保证井下清洁。

（5）每趟钻到底前开泵循环钻井液，缓慢下放接触井底，轻压修磨井底后再逐渐加至正常参数钻进。

（6）保证井眼通畅，使用优质钻井液，严格按照设计要求控制钻井液粘、切、固相含量，防止钻头泥包，避免使用PDC钻头划眼。

（7）作好PDC钻头的使用与评价工作，为钻井工艺优化提供参考。

（8）此地层为软地层，钻头主要通过剪切破碎岩石，增加转速可以明显提高钻速；而钻压对钻速的影响则不十分显著，而且钻压过大可能导致钻头泥包，使机械钻速骤减。

因此最佳钻压应在较低的范围。

6.2水利参数设计

6.2.1排量

排量首先要满足环形空间的最低返回速度的要求，同时又要保证满足钻头清除岩屑和冷却钻头