钻完井工程设计DOC40页.docx
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钻完井工程设计DOC40页
钻完井工程设计（DOC40页）
本次钻完井设计研讨目的为以直井W10为基础钻一孔侧向水平井，且要求穿过靶点1和靶点2，难点在于靶点1、靶点2与直井W10不在一个平面内。
本设计在完成设计要求的前提下提出了一套有效、平安、经济的设计方案。
〔1〕井眼轨道设计
侧井采用两段式井眼剖面轨道，绘制了井眼剖面图。
〔2〕井身结构设计
设计了满足压力约束条件的井身结构，绘制了井身结构表示图
〔3〕钻井液设计
选择了各井段钻井液体系，确定了各井段钻井液配置，针对储层性质，提出了完井液的储维护措施
〔4〕钻柱设计
钻具组合必需满足剖面设计要求，以充沛提高钻井速度。
〔5〕机械破碎参数设计
顺应地层特点，提高效率。
〔6〕固井与完井设计
失掉各层套管固井设计结果，确定了各层套管固井施工顺序。
〔7〕HSE要求
确定了HSE管理体系中有关安康、平安、环保的有关要求。
钻完井工程设计
第1章地质概略
1.1自然天文概略
现有XXX油田某区块，W1-W8为8口消费井，曾经投入消费多年，目前开发面临着诸多效果。
W9、W10为评价井。
W1-W8中，仅W7曾经停止过强化注水。
10口井井位大地坐标见表1-1，井位散布见图1-1。
该区域地势比拟平整，主要地貌为波状坎坷的低平原，海拔高度在131.77m-141.93m。
境内无山岭、丘陵和河流，而多自然泡泊，排水不畅。
夏季雨热同期，夏季冰冷漫长，气温变化急剧且多风沙。
年平均气温3.4℃，一月份平均气温-19.1℃，七月份平均气温22.9℃，最高气温37.4℃，最低气温-36.2℃。
年降雨量445mm左右，降水主要集中在夏季，属于北温带大陆性季习尚候。
该区周围有居民点，左近有铁路穿过，交通便利。
移动、联通网络均掩盖该地域，通讯兴旺。
该区域消费井集输管网拓扑结构如图1-2所示
表1-1W1-W10井位大地坐标
井号
Y〔m〕
X〔m〕
W1
11023520
1007920
W2
11023419
1008309
W3
11023332
1008646
W4
11023227
1009067
W5
11023277
1007249
W6
11023080
1008020
W7
11022880
1008798
W8
11022825
1009439
W9
11022826
1010300
W10
11023257
1010200
图1-1XXX油田某区块井位散布图
图1-2W1-W8集输管网拓扑结构表示图
1.2区域地质概略
1.2.1地层分层
本区钻遇地层自上而下划分为第四系和白垩系，缺失第三系地层。
白垩系地层从上到下还可分为A、B、C、D、E、F六个地层详细的地层厚度及岩性岩相描画如下〔自上而下〕：
〔1〕第四系地层：
厚度55-90m，主要岩性为粉砂与正色砂砾层，河流相；
〔2〕白垩系A1层：
厚度78-196m，主要岩性为灰绿、紫白色泥岩、粉砂质泥岩，滨湖相；
〔3〕白垩系A2层：
厚度97-165m，主要岩性为灰绿色泥岩、粉砂质泥岩与灰色泥质粉砂岩，半深-浅湖相；
〔4〕白垩系B层：
厚度90-170m，主要岩性为灰绿色泥岩、紫白色泥岩、粉砂岩与紫灰色泥质粉砂岩，河流相；
〔5〕白垩系C1层：
厚度92-160m，主要岩性为紫红、灰绿色泥岩、灰色泥质粉砂岩和粉砂岩，河流-滨湖相；
〔6〕白垩系C2层：
厚度100-170m，主要岩性为灰黑色泥岩，夹紫白色泥岩及灰色粉砂岩、泥质粉砂岩，滨湖-浅湖相；
〔7〕白垩系C3层：
厚度72-150m，主要岩性为黑灰色泥岩、泥质粉砂岩与棕灰、灰色粉砂岩和细砂岩，半深-深湖相；
〔8〕白垩系C4层：
厚度94-121m，主要岩性为灰黑泥岩和含油页岩，半深-深湖相；
〔9〕，；
〔10〕白垩系D1层：
厚度79-120m，主要岩性为黑灰色泥岩、泥质粉砂岩，滨浅湖相；
〔11〕白垩系D2层：
厚度95-130m，主要岩性为绿灰色泥岩与棕色粉砂质泥岩，三角洲相；
〔12〕白垩系E1层：
厚度199-358m，主要岩性为灰黑、深灰色泥岩、泥质粉砂岩，滨浅湖相；
〔13〕白垩系E2层：
厚度52-80m，主要岩性为黑色泥岩，半深-深湖相；
〔14〕白垩系F1层：
厚度70-100m，主要岩性为灰色泥岩、灰色泥质粉砂岩，河流-滨浅湖相；
〔15〕白垩系F2层：
厚度至少370m，主要岩性为粉砂质泥岩与灰色泥质粉砂岩，河流-滨浅湖相。
1.2.2结构特征
本区块主要结构类型为背斜。
结构的西翼地层倾角约为5°，东翼地层倾角约为3°。
区域内主要发育正断层。
断裂活动主要分为两期，主要从以下方面做出论述：
〔1〕断裂走向
区块断裂走向自下而上总体趋向有些相似，主要以北西向为主，倾向以北东向为主，少局部断层倾向为北西向。
〔2〕断裂密度
区块断裂密度自上而下是逐渐增大的。
第一期断裂活动断裂密度较大，普通在0.2条/km2-0.9条/km2；第二期断裂活动断裂密度较小，普通在0.11条/km2左右。
〔3〕断裂规模
第一期断裂的断距普通为40m以下，延伸长度普遍小于3km；第二期断裂的断距同为40m以下，但其延伸长度可达4km。
〔4〕断裂结构带特征
区块断裂的展布虽然总体上是北西走向，但是同一方位的断裂一方面成带散布，一方面带的展布特征也存在清楚的不同。
区块共发育三组走向的断裂结构条带，其一是北北西走向断裂结构带共7条，条带断续延伸范围较大，组成结构带的断裂出现右阶斜列特征，断续的带与带之间也为右阶陈列，反映左旋变形；其二是北西西-近东西向断裂结构带共11条，条带延伸较短，组成带大断裂出现左阶陈列特征，反映右旋变形，该走向的断裂结构带普通限制了北北西向断裂结构，使北北西向断裂结构带断续延伸；其三是近南北向断裂结构带5条，主要发育在接近次级背斜的转机端，转机端部位在早期反转变形中主要发作背形弯曲。
第2章钻孔资料及钻进要求
以W10为基础钻一口侧钻井，要求穿过两个靶点，W10基础信息和靶点位置见下表，请给出合理的钻井工程设计。
表2-1W10基础信息和靶点位置
井号
W10
靶点1
坐标
X
1009832
靶点2
坐标
X
1009635
Y
11023227
Y
11023126
垂深（m）
1090m
垂深（m）
1100m
地层倾角（°）
2.04
空中海拔m
136.00
估量补心距m
5.00
W10井身结构如下表：
表2-2W10井身结构
开钻次第
井深m
钻头尺寸mm
套管尺寸mm
套管下入深度m
环空水泥浆返深m
一开
101
374.4
273.1
100
空中
二开
1320
215.9
139.7
1317
981
地层重要状况提示见下表：
表2-3地层重要状况提示
地层
复杂状况提示
第四系
防漏防塌
A
A1
A2
防漏防塌
B
B
防漏防塌
C
C1
防塌防斜
C2
C3
C4
防塌防斜
C5
D
D1
防油水侵
D2
防油水侵+能够的防塌
E
E1
防油水侵+防塌
E2
F
F1
防油水侵+防塌
F2
第3章井眼轨道设计
3.1轨道设计遵照原那么
依据井口坐标和给出的靶点坐标设计井眼轨迹。
应遵照以下原那么：
满足地质和消费的需求；满足钻完井管柱和工具的要求；思索地质要素影响的前提下，选择剖面复杂、易于施工的井眼轨迹。
3.2侧钻井轨道设计应留意的要点
〔1〕平台位置优选
平台位置优选除思索总井深和总水平位移最小的普通性原那么外，还应思索单
井的工程风险及其他限制条件，相关思索要素如下：
1〕现有设备才干和工艺技术必需满足丛式井作业要求。
2〕思索潜力区并统筹周边油田开发。
3〕思索依托周边已有工程设备，如海管及左近可应用的消费设备。
4〕尽量避开古河道、埋积谷等易发作复杂地质灾祸的区域。
5〕单井最大水平位移和井深在可接受范围内，尽量增加三维井和高水垂比井。
6〕思索复杂地层，如浅层气和断层的要素影响。
7〕尽能够防止绕障作业。
〔2〕造斜点和造斜率
造斜点应尽量选在动摇、均质、可钻性较高的地层，造斜点深度的选择应考
虑如下几点：
1〕引荐相邻井的造斜点深度错开30m以上，防止井眼间窜通和磁搅扰。
2〕位移小的井，选择进修斜点；位移较大的井，选择浅造斜点。
3〕如最大井斜角超越采油工艺或惯例测井的限制或要求，应尝试提高造斜点
或添加设计造斜率。
4〕通常各井的设计造斜率范围为（2.1°~4.8°）/30m。
5〕尽量使稳斜角不小于15°。
依据区块地质状况及开发需求，本区块采用侧向水平定向井，钻孔轴线轨迹组合方式为直线—曲线—直线型。
3.3井身剖面设计依据
（1）应能完成钻定向井的目的。
关于薄油层以及裂痕性油层，为了增大泄油面积，扩展开发效果，提高产量，往往设计成多底井或水平井。
由于本区老井孔W10与靶点1和靶点2不在同一平面内，采用两次造斜曲线。
（2）应尽能够应用地层的造斜规律。
应用地层的造斜规律，可增加人工造斜的困难，进而降低任务量。
随着地层造斜面的上倾，井斜的自然变化大多有逐渐添加的趋向。
（3）应有利于采油工艺的要求。
思索到采油工艺的工具在井下较小，因此要求井眼曲率也不宜过大，进入油层时的井眼曲率也应尽能够的小，最好为铅垂进入，从而改善抽油杆在地层中的任务条件，利于封隔器在套管内坐封以及停止其他增产措施。
（4）应有利于平安、优质、快速钻井。
为了确保平安、优质、快速钻进，应思索的效果有以下几点：
①选择适宜的井眼曲率。
首先井眼曲率不宜太大或太小。
过小时以形成造斜段钻进时间长，招致稳斜段短，会形成方位调整盘旋余地小的效果。
而过大那么会形成钻具偏磨严重，起下钻困难的效果；同时因容易磨出键槽而招致卡钻；并且会给其它井下作业形成困难。
为了钻井顺利停止，应该将最大井眼曲率数值限制为：
（）
井眼弯曲会使套管发生附加弯曲应力
。
为了保证套管平安，必需限制井眼曲率。
这个限制的值取决于允许的附加弯曲应力【
】的大小，且应满足下式
由于允许的附加弯曲应力【
】取决于套管的实践受力形状，因此无法预先给定允许附加弯曲应力【
】。
可以先依据给定的最大井眼曲率
，计算出附加的弯曲应力
：
在停止套管柱强度设计时，将附加弯曲应力
思索在内。
②选择易钻的井眼外形。
在满足工艺以及设计要求的前提下，尽能够延长井眼长度，由于井身短那么能够钻井时间短。
但也要留意井身短往往施工难度较大。
③选择恰当的造斜点。
造斜点应选在比拟动摇的地层，岩石硬度不太高，不能有易坍塌、易收缩的地层，也不能有其它复杂地层。
在丛式钻井中，相邻井不要在同一深度处造斜，造斜点应上下错开，以免井眼相交。
3.4井眼轨迹设计基础数据
本设计的侧向水平定向井，目的层为白垩系D1层：
厚度79-120m，主要岩性为黑灰色泥岩、泥质粉砂岩，滨浅湖相，其上地层为白垩系C5层：
厚度93-165m，主要岩性为灰黑色泥质和含油页岩，半深-深湖相，此地层适宜造斜。
所以选取造斜点为老井W10垂直深度为Dkop=950m。
表3-1井口及靶点坐标资料
X
Y
Z（深度）
井口坐标
1010200
11023257
1421
靶点1
1009832
1009832
1090
靶点2
1009635
11023126
1100
井眼轨道剖面如以下图：
侧井
直井W10
靶点2
靶点1
造斜点
井口
靶点2坐标投影
井口坐标投影
靶点1坐标投影
图3-1井眼轨道剖面图
第4章侧井井身结构设计
4.1井身结构设计依据
〔1〕依据«井身结构设计方法»〔SY/T5431-1996〕。
〔2〕依据已钻井实钻资料。
4.2设计原那么
〔1〕能有效地维护油气层，使不同地层压力的油气层免受钻井液损害；
〔2〕能防止漏、喷、塌、卡等井下复杂状况的发生，为全井平安、顺利地钻进发明条件，以取得最短的建井周期；
〔3〕钻下部地层采用重钻井液时，发生的压力不致压裂上部最单薄的暴露地层；
〔4〕下套管进程中，井内钻井液柱的压力和地层压力之间的压力差，不致发生压差卡套管现象；
〔5〕当实践地层压力超越预测值使井出现溢流时，在一定范围内，允许停止压井施工。
〔6〕应充沛满足钻井、完井消费需求以及获取参数的需求。
〔7〕所采用的一切钻井工艺技术应有利于维护煤储层。
〔8〕充沛思索到出现漏、涌、卡、塌等复杂状况的处置需求〔普通应留缺乏地〕，以完成平安、优质、快速、低本钱钻井。
〔9〕应尽能够的简化井身结构，以降低本钱和防止工程失误。
井身结构的设计在满足勘探开发要求的前提下，还应遵照平安作业和经济性的原那么：
1〕满足勘探和开发要求
①关于探井，井身结构设计应满足地质取资料要求〔如：
取心、测井、测试和加深等〕，思索探井作业的不确定性，应尽量预留一层技术套管。
②关于开发井，井身结构应满足完井、采油及增产作业的要求；为有效的维护油气层，可思索必要时添加一层技术套管。
2〕压力平衡原那么
压力平衡是井身结构设计的基本原那么，在各井段均应满足压力平衡。
套管下深确定原那么是：
保证下部井段钻进、起下钻及压井作业中不压裂套管鞋处暴露地层。
3〕平安作业原那么
①满足相关法律、法规、规范和技术规范要求。
②尽量防止同一裸眼井段存在两套压力体系和漏、喷、塌、卡等复杂状况并存。
③井身结构设计应满足井控作业要求，包括装置分流器、防喷器及井控压井作业等。
④井内钻井液液柱压力和地层压力之间的压差，不致发生压差卡钻和卡套管等事故。
⑤如钻遇浅层气，井身结构设计应满足浅层气钻井要求。
⑥保证钻井作业时期的井眼动摇，应思索易漏地层对井壁动摇的影响；当钻遇不动摇地层时，井身结构设计应思索该井段作业时间尽量小于井眼的失稳周期；应思索盐岩层和塑性泥岩层等特殊地层的影响。
水井身结构设计应充沛思索地层压力窗口和潜在的钻井地质风险，应特别关注浅层地质灾祸，如浅层流和浅层气等效果，制定相应的应急措施和备用套管。
同时，必需思索深水水下井口系统，深水水下井口系统设计和选择的关注点在于井口的任务压力、套管层次、轴向的承载才干、抗弯才干、牢靠性和针对浅层地质灾祸的特殊设计。
4.3设计步骤
〔1〕绘制待钻井的压力梯度曲线图；
〔2〕确定井身结构的设计系数；
〔3〕确定各层套管的尺寸；
〔3〕确定各层套管的下入深度。
4.3.1压力预测剖析
对D1、D2层的油藏温度、压力测试结果见下表：
表4-1D1、D2层地层资料
海拔深度〔m〕
D1地层温度〔℃〕
D2地层温度
D1地层压力〔MPa〕
D1地层分裂压力〔MPa〕
D2地层压力〔MPa〕
D2地层分裂压力〔MPa〕
-803.00
42.10
10.32
-826.00
45.39
10.77
-844.00
44.00
10.86
-892.00
46.57
11.41
-915.00
46.76
11.76
-967.00
48.14
50.36
11.99
-981.00
49.94
51.89
12.16
-1010.00
50.87
53.21
12.53
26.10
-1026.00
52.29
54.37
12.69
27.20
10.36
-1032.00
52.42
54.39
12.72
23.50
10.51
-1063.00
53.18
55.88
13.01
24.10
11.63
-1088.00
54.55
56.93
27.60
12.47
-1094.00
54.61
57.43
23.00
12.79
-1105.00
55.11
58.26
29.00
13.67
26.70
-1125.00
59.01
25.00
13.95
28.10
-1136.00
59.48
14.56
27.80
-1174.00
60.87
15.82
27.10
-1183.00
61.79
27.50
-1194.00
62.32
26.50
-1200.00
62.82
30.00
-1232.00
63.98
25.30
-1245.00
64.95
28.40
-1249.00
65.02
28.60
图4-1D1、D2地层地层分裂压力、地层压力图
由上图可知可知D1，D2层压力、分裂压力判别D1，D2层为正常压力层，且平安窗口十分大。
4.3.2设计系数及取值范围
在井身结构设计中除计算作用在井内的液柱压力外，还应确定设计系数取值范围。
〔1〕抽汲压力梯度普通有井下实测得，
=0.024~0.048g/cm。
〔2〕激动压力梯度普通有井下实测得，
=0.024~0.048g/cm。
〔3〕地层分裂平安增值由地域统计资料失掉，
=0.03~0.06g/cm。
〔4〕井涌条件允许值由地域统计资料失掉，
=0.05~0.08g/cm。
〔5〕最大回压由工艺条件决议，
=2~4
。
〔6〕正常压力地层压差卡钻临界值，
=a15~20
。
〔7〕异常压力地层压差卡钻临界值由地域压差卡钻资料统计失掉，
=21~23
。
4.3.4井身结构设计
本次钻完井设计为侧井钻完井设计，所以以下设计仅为侧井井身结构设计。
依照井身结构的设计原那么，依据实钻井测井数据提示，设计了一种井身结构方案。
详细的设计数据如下所述。
由于该区块的平安窗口较大，故可快速而平安地钻穿地层直到靶点1和靶点2，为了简化套管层次、延长钻井周期和浪费钻井本钱采用了二开的井身结构设计。
依据实践地层资料显示，白垩系C5层：
厚度93-165m，主要岩性为灰黑色泥质和含油页岩，半深-深湖相，该地层主要为泥页岩且含有石油资源，易发作水化收缩，将会招致井壁失稳，所以将表层套管的下入深度设计为300m，技术套管下至目的层上部1090m，三开采用割缝衬管的完井方式，衬管下深1090～1100m。
表4-2开钻次第表
开钻次第
钻头尺寸
mm
井深
M
垂深
M
套管顺序
水泥返深
套管尺寸
mm
套管下入
地层层位
套管下入井段
M
一开
215.90
280
950
244.50
C5
950~1230
空中
二开
152.4
750
1090
D1
1230~1620
4.3.5侧井井身结构设计说明
〔1〕一开采用Φ215.90mm的钻头钻穿C5层至1230m，封隔C5地层〔该地层主
要是以泥页岩为主〕，下入Φ244.5mm表层套管封堵该泥岩地层，防止由于油化作用
发生井壁失稳的复杂状况，装置井口装置，为二开钻进提供井控支撑。
〔2〕二开采用Φ152.4mm钻头在目的层钻进由靶点1至靶点2，下入割缝衬管完井。
4.4井壁动摇性剖析
井壁不动摇分为两种状况：
一是井壁坍塌，从力学的角度来说，形成井壁坍塌的原由主要由于井内液柱压力较低，使得井壁周围岩石所受应力超越岩石自身的强度而发生剪切破坏所形成。
此时，关于脆性地层会发生坍塌掉块，井径扩展，而对塑性地层，那么向井眼内发生塑性变形，形成缩径；二是地层分裂，从力学上说，地层分裂是由于井内泥浆密渡过大使岩石所受的周向应力超越岩石的抗拉强度而形成。
结合本次赛题资料剖析，此侧钻井影响井壁动摇性的主要为油水入侵，因此在钻进时应重点思索防治油水入侵钻孔。
5章钻柱设计
5.1钻具组合设计的原那么和依据
〔1〕钻具组合必需满足剖面设计要求；
〔2〕设计的钻具组合应使摩阻到达最正确；
〔3〕充沛发扬复合钻井技术的作用，即采用单弯螺杆定向钻进和转盘钻进。
因此,当实践造斜高于剖面设计造斜率时，可开动转盘稳斜钻进一段后再定向造斜，以充沛发扬钻头和工具的才干，提高钻井速度；
〔4〕改动钻具组合时应思索钻具刚性的影响；
〔5〕设计与运用的钻具组合必需满足强度与施工要求。
5.2钻柱设计
〔一〕、一开斜井段〔950～1230m〕
井斜角：
0～87.2°
造斜率：
19.24o/30m
引荐钻具组合：
定向钻具组合：
φ215.9m钻头+φ172mm单弯动力钻具+φ178mmMWD无磁循环短节0.89m+φ179mm无磁钻铤9m+φ179mm无磁转换接头+φ127mm无磁承压钻杆9m+φ127mm减轻钻杆+φ127mm斜台阶钻杆+φ127mm钻杆。
钻进参数：
定向钻进：
泵压18～21MPa；压差1～1.5Mpa；排量28-30L/S。
表5-1钻柱选择表
开钻次第
一开
井段〔m〕
950～1230m
密度〔g/cm3〕
1.10～1.19
钻具组合
钻具称号×规格型号
外径
mm
内径
mm
长度
M
累计
长度
M
累计
重量
kN
抗拉
抗挤
抗拉
余量
kN
斜坡钻杆×S135
127
108.6
510
1230
456
2.8
3
1420
减轻钻杆×S135
127
76.2
9.5×30
326.7
273
无磁钻铤
177.8
71.4
9.1
37.3
62.7
无磁转换接头
177.8
无磁钻铤
177.8
71.44
9.1
18.2
47.2
MWD无磁循环短接
178
0.89
止回阀
172
0.5
9.1
单弯动力钻具
172
8.1
8.6
16.1
三牙轮钻头
215.9
0.5
0.5
单弯动力钻具
型号：
5LZ197×7Y，钻具重：
1610Kg
无磁钻铤
钻铤重：
1554Kg
〔二〕、二开水平段：
〔1230～1620m〕
引荐钻具组合：
φ152.4mm钻头+φ120mm1.0o单弯动力钻具+φ120mm无磁钻铤9m+LWD〔自然伽玛〕+φ88.9mm无磁承压钻杆9m+φ88.9mm斜台阶钻杆+φ88.9mm减轻钻杆+φ88.9mm钻杆
钻进参数：
钻压60～80kN；螺杆+30r/min；排量16-18L/S。
第6章钻机选择
6.1钻井设
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