石油工程设计大赛--单项组钻井工程.pptx

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1、直井、单翼多分支水平井钻完井工程设计直井、单翼多分支水平井钻完井工程设计单位名称：燕山大学单位名称：燕山大学团队名称：钻井十六队团队名称：钻井十六队团队成员：韩頔团队成员：韩頔 赵文赵文指导老师：李子丰指导老师：李子丰作品特色作品特色直井完井方法为套管射孔完井，多分支水平井完井方法直井完井方法为套管射孔完井，多分支水平井完井方法为裸眼完井为裸眼完井1采用穿针工艺，确保水平井与洞穴直井联通。采用穿针工艺，确保水平井与洞穴直井联通。2本设计作品完整，本设计作品完整，完成了油田总体开发方案编制指南要完成了油田总体开发方案编制指南要求的所有内容。求的所有内容。3目目 录录总论总论4123直井钻完井工程

2、设计直井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计HSEHSE与经济评价与经济评价1.总论总论 沁端区块位于沁水盆地南部，隶属于山西省沁水县。工作区较大的褶曲沁端区块位于沁水盆地南部，隶属于山西省沁水县。工作区较大的褶曲主要有主要有2条，走向大致为北北东向。本区构造形态总体为一走向北北东、倾向条，走向大致为北北东向。本区构造形态总体为一走向北北东、倾向北西西的单斜构造。在此基础上发育了一系列近南北北北东向宽缓褶曲，北西西的单斜构造。在此基础上发育了一系列近南北北北东向宽缓褶曲，形成区内地层的波状起伏，岩层倾角一般不超过形成区内地层的波状起伏，岩层倾角一般不超过1

3、5，个别地段受构造影响岩，个别地段受构造影响岩层倾角变化大。断层不发育，规模较大的仅一条，断距最大达层倾角变化大。断层不发育，规模较大的仅一条，断距最大达100m。总体属。总体属地质构造简单类。地质构造简单类。根据大赛给定方案，选择根据大赛给定方案，选择Z1直井和直井和Z3单翼多分支水平井进行钻完井工程单翼多分支水平井进行钻完井工程设计。设计。单翼多分支水平钻井是煤层气开发过程中，结合水平井技术和煤层实际单翼多分支水平钻井是煤层气开发过程中，结合水平井技术和煤层实际地层特征发展起来的一种新的钻井技术。单翼多分支水平开发煤层气的优点：地层特征发展起来的一种新的钻井技术。单翼多分支水平开发煤层气的

4、优点：增加煤层气的供给范围；提高了裂缝的导流能力；减少了对煤层的伤害；提增加煤层气的供给范围；提高了裂缝的导流能力；减少了对煤层的伤害；提高了单井产量；符合当代社会重点强调的环境保护的要求。高了单井产量；符合当代社会重点强调的环境保护的要求。设计作品是本团队在指导老师的指导下独立分析并设计后所取得的成果，设计作品是本团队在指导老师的指导下独立分析并设计后所取得的成果，具备一定的独创性。作品的设计参照了石油行业相关标准进行，规范性和科具备一定的独创性。作品的设计参照了石油行业相关标准进行，规范性和科学性兼具。学性兼具。构造位置：构造位置：井口位置：井口位置：2.1.1 基本数据基本数据2.直井钻

5、完井工程设计直井钻完井工程设计沁端区块沁端区块X:19648955 Y:3965049 H:920m井型：井型：直井直井井别：井别：开发评价井开发评价井区块地形图区块地形图完钻层位及原则：完钻层位及原则：设计井深：设计井深：2.1.1 基本数据基本数据2.直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计主井完钻层位：主井完钻层位：15#煤层；煤层；主井完钻原则：原则上钻至完钻层位下主井完钻原则：原则上钻至完钻层位下60米完井；米完井；设计井深：井眼垂深设计井深：井眼垂深798m。完井方式：完井方式：套管射孔完井套管射孔完井区块构造纲要图区块构造纲要图目的层目的层:目标煤层：目标煤层：3#+15#2.1.2

6、 设计依据设计依据(1)DZ/T 0249-2010 煤层气田开发方案编制规范煤层气田开发方案编制规范；(2)Q/CUCBM 0301-2002 煤层气钻井工程作业规程煤层气钻井工程作业规程；(3)SY/T 5431-2008 井身结构设计方法井身结构设计方法；(4)DSB-9103 直井井斜控制技术规范直井井斜控制技术规范；(5)SY/T 5964-2003 钻井井控装置组合配套、安装调试与维护钻井井控装置组合配套、安装调试与维护；(6)DSB 8803 石油钻井泥浆技术规范石油钻井泥浆技术规范；(7)SY/T 5412-1996 下套管作业规程下套管作业规程；(8)DSB 9301 固井技

7、术规范固井技术规范；(9)SY/T 62591996 气井开采技术规程气井开采技术规程；2.直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计所执行的主要标准及规范：所执行的主要标准及规范：资料依据资料依据(1)W1W6参数井、参数井、W7W11和和W12W16先导试验井组实钻及测试资料先导试验井组实钻及测试资料；(2)本地区地质静态资料、实验室资料、生产动态资料及相关研究成果。本地区地质静态资料、实验室资料、生产动态资料及相关研究成果。2.1.3 地层压力预测地层压力预测2.直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计表2.1 临井压力测试数据表压力预测梯度图压力预测梯度图2.直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计

8、2.2 井身结构设计井身结构设计一开使用钻头尺寸为311.1mm，完成钻穿基岩风化带10m工作后，下入的表层套管尺寸为244.5mm，封固地表的疏松地层和砾石层，形成井口；下入的深度为80m，注入水泥进行完全封固。二开使用钻头尺寸215.9mm，完成钻穿15#煤层底界向下60m工作后完钻，下入的生产套管尺寸为139.7mm。注入水泥封固至3#煤层以上200m，需要在目标3#煤层以下预留60m的口袋。井身结构设计图井身结构设计图2.直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.3 井身质量要求井身质量要求表2.4 井身质量要求表2.直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.4 钻井主要设备钻井主要设备2

9、.直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.5.1 钻具组合钻具组合根据前期在该区块的煤层气钻井经验，由于地层倾角较小，采用满眼钻具组合比较合适，遇有井斜偏大，可以采用钟摆钻具进行纠斜。具体钻具组合如下：表2.6 钻具组合表2.直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.5.2 钻柱设计钻柱设计表2.7 钻柱设计数据表2.直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.6 钻井液钻井液 一开井段：一开井段：该井一开钻遇地层为黄绿色、浅黄色、深紫色、蓝紫色砂质泥岩和砂岩，土质松软，胶结松软且渗透性好，为易水化、易膨胀的地层，而且临井给出了防漏的提示，所以钻井液的选择要防漏、防斜。为预防井漏等复杂事故的发生，采

10、用低密度低固相聚合物钻井液钻进，使用的处理剂有：土粉、HV-CMC、KPAM、NPAN。其中，土粉、NPAN具有迅速形成泥饼，降低滤失的作用，HV-CMC、KPAM具有调整流变性能，携带岩屑的作用。二开井段：二开井段：二开在钻遇煤层前，采用膨润土钻井液。以PAC-141抑制地层造浆、控制般土含量上升；HMP21降粘、降滤失；FT103改善泥饼质量，降低高温高压失水，防止井壁垮塌，RH8501增加泥饼的润滑性，防止粘卡。膨润土钻井液配方：4060kg/m3；Na2CO3：23kg/m3；NaOH：12kg/m3；PAC-141：35kg/m3；HMP-21：1520kg/m3；FT-103：15

11、20kg/m3；RH8501：2025kg/m3。钻进过程中，合理使用PAC-141，根据不同地层配制不同浓度的溶液进行维护。PAC-141按前松后紧的原则加入，以抑制地层造浆，控制粘土颗粒分散及般土含量上升幅度。直井段地层长时间浸泡，井壁容易掉块，在施工过程中认真观察砂样返出情况，及时加入FT-103，以保证井壁稳定。为保护煤储层，见煤后使用清水钻进，钻井液不允许加入任何对煤储层有伤害的添加剂，原则上不允许使用黄原胶，如遇到井壁坍塌需携带岩屑时，可作为措施使用。但必须直接放掉或用专用装置回收，严禁混入钻井液(清水)中。2.直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.7 钻井参数钻井参数表2.8

12、钻井参数表2.直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.9 煤层气井井控要求煤层气井井控要求表2.9 各次开钻防喷器及试压要求表二开井口装置二开井口装置2.直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.10 取心施工设计取心施工设计 常规井径取心：215mm取心钻头+178mm绳索式半合管取心工具+177.8mm钻 铤（内 径 95mm）6根+127mm钻 杆（内 径95mm）+133.3mm方钻杆。表2.10 取心工艺参数表2.直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.11.1 套管柱设计套管柱设计表2.11 套管柱设计数据2.直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.11.2 注水泥设计注水泥设计表2

13、.12 注水泥设计表2.直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.13 完井井口装置完井井口装置生产套管串的结构组合生产套管串的结构组合 采采用用的的套套管管组组合合为为：139.7mm引引鞋鞋+139.7mm套套管管1根根+阻阻流流环环+139.7mm 套管套管+139.7mm短套管短套管1根根+139.7mm套管套管+联顶节。联顶节。套管附件规范及数量套管附件规范及数量 生生产产套套管管：139.7mm（可可钻钻）浮浮鞋鞋1套套；139.7mm（可可钻钻）浮浮箍箍1套套；244.5mm139.7mm 扶扶正正器器，煤煤层层上上下下50米米每每根根套套管管加加一一只，其余每三根套管加一只，扶正

14、器不能在煤层中。只，其余每三根套管加一只，扶正器不能在煤层中。2.直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.14 钻井进度计划钻井进度计划表2.16 直井钻井进度安排表构造位置：构造位置：井口位置：井口位置：3.1.1 基本数据基本数据沁端区块沁端区块X:19649533 Y:3964360 H:892m井型：井型：单翼多分支水平井单翼多分支水平井井别：井别：开发评价井开发评价井区块地形图区块地形图3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计完钻层位及原则：完钻层位及原则：设计井深：设计井深：3.1.1 基本数据基本数据3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井

15、工程设计主井完钻层位：主井完钻层位：3#煤层；煤层；主井完钻原则：钻达设计主井完钻原则：钻达设计B靶点；靶点；设计井深：井眼垂深设计井深：井眼垂深703m；测深测深1710m。完井方式：完井方式：裸眼完井裸眼完井区块构造纲要图区块构造纲要图目的层目的层:目标煤层：目标煤层：3#3.1.2 设计依据设计依据(1)DZ/T 0249-2010 煤层气田开发方案编制规范煤层气田开发方案编制规范；(2)Q/CUCBM 0301-2002 煤层气钻井工程作业规程煤层气钻井工程作业规程；(3)SY/T 5431-2008 井身结构设计方法井身结构设计方法；(4)SY/T 5955-2004 定向井井身轨迹

16、质量定向井井身轨迹质量；(5)SY/T 5964-2003 钻井井控装置组合配套、安装调试与维护钻井井控装置组合配套、安装调试与维护；(6)DSB 8803 石油钻井泥浆技术规范石油钻井泥浆技术规范；(7)SY/T 5412-1996 下套管作业规程下套管作业规程；(8)DSB 9301 固井技术规范固井技术规范；(9)SY/T 62591996 气井开采技术规程气井开采技术规程；所执行的主要标准及规范：所执行的主要标准及规范：资料依据资料依据(1)W1W6参数井、参数井、W7W11和和W12W16先导试验井组实钻及测试资料先导试验井组实钻及测试资料；(2)本地区地质静态资料、实验室资料、生产

17、动态资料及相关研究成果。本地区地质静态资料、实验室资料、生产动态资料及相关研究成果。3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.1.3 地层压力预测地层压力预测表3.1 临井压力测试数据表3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计压力预测梯度图压力预测梯度图3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.2 井身结构设计井身结构设计井身结构设计图井身结构设计图3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.2 井身结构设计井身结构设计 Z1井组采用1水平井1洞穴井的单翼多分支水平井井型设计。在水平井水平位移约

18、300m处钻1口洞穴井，连通后继续水平钻进。设计主分支井钻出 12口侧分支井，每口侧分支井间隔50m，与主分支井呈30角度。洞穴井井身设计结构为：洞穴井井身设计结构为：导管层：导管层：钻头444.5mm钻至60m；套管339.7mm下至58m；水泥浆返至地面。一开：一开：钻头311.1mm钻至150m；套管244.5mm下至148m；水泥浆返至地面。二开：二开：钻头215.9mm钻至690m；套管177.8mm下至615m；水泥浆返深350m。水平水平井井身设计结构为：井井身设计结构为：一开：一开：采用钻头444.5mm钻至50m；339.7mm下至48m，封固地表疏松层，水泥返至地面。二开：

19、二开：钻头311.2mm钻至设计靶点A，井斜角达到86；下入244.5 mm技术套管固井封隔易漏地层，为三开水平井段安全施工提供有利条件，水泥返高可依据中途完井解释来确定。三开：三开：三开斜井段采用215.9mm钻头钻至设计靶点B。各分支井段依次采用215.9mm钻头钻至对应设计靶点。3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.2 井身结构设计井身结构设计主井眼轨迹图主井眼轨迹图3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.2 井身结构设计井身结构设计主井眼轨迹图主井眼轨迹图3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.2 井

20、身结构设计井身结构设计3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.2 井身结构设计井身结构设计3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.2 井身结构设计井身结构设计3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.3 穿针工艺设计穿针工艺设计水平井与洞穴直井连通的控制方法水平井与洞穴直井连通的控制方法 (1)三开后，在洞穴井中下电磁发生装置，水平井中三开后，在洞穴井中下电磁发生装置，水平井中MWD下入寻迹短节；下入寻迹短节；(2)电电磁磁发发生生装装置置发发出出时时强强时时弱弱的的信信号号，由由寻寻迹迹短短节节接接收收到到后后

21、发发送送到到MWD中中，再由再由MWD发送到钻井液中；发送到钻井液中；(3)地地面面上上的的接接收收装装置置从从上上返返钻钻井井液液中中接接收收到到脉脉冲冲信信号号后后再再转转换换成成电电信信号号，显显示在地面工作人员的电脑中形成一定的电磁传感线，由此判断钻具与洞穴井间方位；示在地面工作人员的电脑中形成一定的电磁传感线，由此判断钻具与洞穴井间方位；(4)每钻进每钻进35m进行轨迹测量，及时调整工具面做好井眼轨迹控制；进行轨迹测量，及时调整工具面做好井眼轨迹控制；(5)预预计计距距直直井井洞洞穴穴23米米水水平平井井停停止止钻钻进进。直直井井将将仪仪器器起起出出。井井口口闸闸门门微微开开，水水平

22、平井井继继续续钻钻进进，钻钻进进过过程程出出现现泵泵压压下下降降、井井口口不不返返泥泥浆浆，直直井井井井口口有有液液体体排排出出现现象表示连通成功。连通后继续钻进象表示连通成功。连通后继续钻进10米左右，起钻甩掉强磁接头。米左右，起钻甩掉强磁接头。3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.4 井身质量要求井身质量要求表2.5 井身质量要求表3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.5 钻井主要设备钻井主要设备3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.6.1 钻具组合钻具组合表3.7 钻具组合表3.单翼多分支水平井钻完

23、井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.6.2 钻柱设计数据钻柱设计数据表3.8 钻柱设计数据表3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.7 钻井液钻井液 一开：一开：(1)钻前对钻井液用水进行化验分析，测水的Ca2+、Mg2+，根据含量用Na2CO3、NaOH等进行处理。(2)用膨润土粉配制一开钻井液80m3，马氏粘度30s左右即可一开。钻进过程中可加入少量聚合物提高钻井液携砂性能。(3)钻至设计井深时循环携砂，保证井眼干净，以便顺利下入套管。二开：二开：(1)钻井液处理原则：以PAC-141抑制地层造浆、控制般土含量上升；HMP21降粘、降滤失；FT103改善

24、泥饼质量，降低高温高压失水，防止井壁垮塌，RH8501增加泥饼的润滑性，防止粘卡。(2)膨润土钻井液配方：4060kg/m3；Na2CO3：23kg/m3；NaOH：12kg/m3；PAC-141：35kg/m3；HMP-21：1520kg/m3；FT-103：1520kg/m3；RH8501：2025kg/m3。3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.7 钻井液钻井液 三开：三开：(1)钻井液处理原则 为保护煤储层，见煤后使用清水钻进，钻井液不允许加入任何对煤储层有伤害的添加剂，原则上不允许使用黄原胶，如遇到井壁坍塌需携带岩屑时，可作为措施使用。但必须直接放掉或用

25、专用装置回收，严禁混入钻井液(清水)中。(2)维护处理及要求 加强固控，保证泥浆清洁，控制密度。振动筛筛布使用120目以上筛布，要求配齐除砂器、离心机，运转正常，以更好地控制固相、和保护储层。发生小的漏失，根据情况可采取静止堵漏方式堵漏，若发生大的漏失，请示后采取适当的措施。3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.8 钻井参数钻井参数表3.10 钻井参数表表3.11 各次开钻防喷器及试压要求表二开井口装置二开井口装置3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.10 煤层气井井控要求煤层气井井控要求3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水

26、平井钻完井工程设计3.12.1 套管柱设计套管柱设计表3.13 套管柱设计数据3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.12.2 注水泥设计注水泥设计表2.14 注水泥设计表3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.15 完井完井 洞穴直井采用215.9mm钻进完钻后，下入177.8mm套管至井底，其中在煤层位置采用184mm玻璃钢套管，用152.4mm钻头通井循环后，用套管段铣工具将玻璃钢套管磨铣掉，然后下入液压伸臂式大直径扩眼器进行造洞穴。在Z3主支及各分支水平井眼钻进完成后，循环清洗洞穴直井洞穴位置至人工井底（垂深690m）的煤屑。冲洗

27、过程为在洞穴直井中下光钻杆至人工井底，在主井眼中下光钻杆至井深870m（洞穴交汇处井深850m，垂深643.59m），两井眼的钻具连通交叉，两口井同时开泵进行冲洗作业。冲洗完成后在直井洞穴的上方30m悬挂127mm割孔尾管至人工井底封隔煤层洞穴井段，而主井眼则在井深300m处打悬空水泥塞完井。3.单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.16 钻井进度计划钻井进度计划表3.18 单翼多分支水平井钻井进度安排表464.HSE与经济评价与经济评价职业卫生职业卫生123安全保障安全保障环保管理环保管理4.1.3 设计依据设计依据石石油油行行业业职职业业安安全全卫卫生生数数据据处

28、处理理要要求求 SY/T5741-1996；石石油油化化工工企企业业职职业业安安全全卫卫生生设设计计规规范范 SH3047-1993；石油天然气安全规程石油天然气安全规程AQ2012-2007；石石油油天天然然气气钻钻井井健健康康、安安全全与与环环境境管管理体系指南理体系指南 SY/T6283-1997；石石油油天天然然气气钻钻井井作作业业健健康康、安安全全与与环环境管理导则境管理导则 Q/CNPC53-2001；钻前工程及井场布置技术要求钻前工程及井场布置技术要求 SY/T5466-2004；中华人民共和国职业病防治法。中华人民共和国职业病防治法。所执行的主要法律法规、标准及规范：所执行的主要法律法规、标准及规范：474.HSE与经济评价与经济评价