钻完井工程方案.docx
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钻完井工程方案
第三章钻完井工程方案
3.1设计依据及基础资料
3.1.1设计依据
钻井设计引用标准包括:
(1)SYT+10011-2006《油田总体开发方案编制指南》
(2)SY/T5333-1996《钻井工程设计格式》
(3)SY/T5431-2008《井身结构设计方法》
(4)SY/T5623-1997《地层孔隙压力预测检测方法》
(5)SY/T5415-2003《钻头使用基本规则和磨损评定方法》
(6)SY/T5964-2003《钻井井控装置组合配套、安装调试与维护》
(7)SY/T6283-1997《石油天然气钻井健康、安全与环境管理体系指南》
(8)SY/T6426-2005《钻井井控技术规程》
(9)ISO11960-2004《API套管和油管规范》
(10)SY/T5480-92《注水泥流变性能设计》
(11)SY/T5546-92《油井水泥应用性能试验方法》
(12)SY/T5412-1996《下套管作业规程》
(13)SY/T5730-1995《常规注水泥作业规程》
(14)SY/T5724-1995《套管串结构设计》
(15)SY/T5724-2008《套管柱结构与强度设计》
(16)SY/T5724-2005《尾管悬挂器及回接装置》
(17)SY/T6449-2000《固井质量检测仪器刻度及评价方法》
(18)SY/T5557-92《石油固井成套设备型号及基本参数》
(19)DSB9301《固井技术规范》
(20)SY/T5955-2004《定向井井身轨迹质量》
3.1.2基础资料
基础资料包括:
(1)地面概况资料;
(2)地质静态资料;(3)实验室资料;(4)生产动态资料。
3.1.2.1地面概况资料
(1)地理位置;
(2)自然地理概况;
3.1.2.2地质静态资料
(1)区域地质情况;
(2)A断块顶面构造图;
(3)D1-D2-D3油藏剖面图;
(4)A断块部分测井解释结果;
(5)D1井详细测井资料;
(2)油藏温度及压力系统;
3.1.2.3实验室资料
(1)D3井物性检测报告;
(2)D3井全岩定量分析;
(3)储层粘土矿物组成;
(4)储层岩石矿物组成;
(5)储层岩性-含油性;
(6)驱油效率与相对渗透率;
(7)储层敏感性资料
(8)油藏原油及天然气性质;
(9)地层水分析结果;
(10)岩石及流体导热系数测定结果;
(11)岩石及流体比热系数测定结果;
3.1.2.4生产动态资料
(1)D1井P1层试油曲线;
(2)D2井P2层试油曲线;
3.2地质概况
3.2.1钻井性质
钻井性质:
开发准备井(D4)
3.2.2D4井基本数据
图3-1D4井在A区块中的位置(在图中把D4井的位置标出来)
表3-1D4井基本数据
井号
D4井
井型
直井
井别
开发准备井
构造位置
A区块
地理位置
新疆维吾尔自治区M县
钻探目的
提高天然气产量
完钻井深
1440m
完钻层位
P3wt1
补心
4.5m
海拔
264.5m
完井方式
套管砾石充填完井(射孔+筛管砾石充填完井)
3.2.3地层孔隙压力预测
图3-2D1井测井数据绘图
图3-3D1井压力剖面预测
A区块油组为中孔、高渗储层。
本储层平均孔隙度在21%~23%之间,几何平均渗透率为700~1600mD之间。
根据该油组高压物性分析,饱和压力为7.7Mpa,地层压力为15.35Mpa。
3.2.4地温梯度预测
从温度梯度看,温度梯度变化大致分为两段,从井口到200m,主要受地表温度的影响;从200m到1400m,温度梯度在0.0214-0.0397℃/m,主要受温度梯度影响,温度逐渐升高,如下表所示:
表3-2温度、温度梯度与井深的关系
深度m
温度℃
温度梯度℃/m
0
-3.843
200
14.743
0.0929
400
19.379
0.0232
600
23.657
0.0214
800
28.293
0.0232
1000
34.478
0.0309
1200
41.377
0.0345
1400
49.326
0.0397
3.2.5地层倾角预测
A区块储层向东南方向下倾,倾角5.8o。
3.2.6地理及环境资料
3.2.6.1气象资料
工区温差悬殊,夏季干热,最高气温可达40℃以上;冬季寒冷,最低气温可达-40℃以下。
区内年平均降水量小于200mm,属大陆性干旱气候。
3.2.6.2地形地物
A区块位于隶属新疆维吾尔自治区M县,工区地表为草原戈壁,地面较平坦,植被稀少,地面海拔70m~270m;区块内地下水埋藏较深,浅层无地下水分布。
工区15公里外有发电厂,25公里范围内有一个中型凝析气藏投入开发。
3.2.6.3D1井钻遇地层简表
表3-3D1井地层预测简表
地层
岩性描述
底界深度m
厚度m
N
棕黄色、灰黄色砂质泥岩、泥岩
312
312
E
棕褐色、棕黄色、桔红色泥岩、泥质砂岩,底部为深灰色小砾岩
487
175
J2t
深灰色、绿灰色、黑灰色泥岩、泥质砂岩、砂质泥岩夹薄层砂砾岩、不等粒砂岩
667
180
J2x
黑灰色、灰黑色泥质砂岩、粉砂质泥岩、泥岩
751
84
J1s
黑灰色、深灰色泥岩、泥质砂岩,绿灰色细砂岩、含砺不等粒砂岩
923
172
J1b
深灰色、绿灰色泥岩、泥质砂岩、砂质泥岩、细砂岩,黑灰色煤层及煤夹层
1154
231
T1j
黑灰色、绿灰色、深灰色白云质泥岩、泥岩、泥质白云岩、泥质粉砂岩
1384
230
P3wt1
细砂岩,底部为棕褐色砂砾岩,含砂砾岩
1440
56
3.3钻井工程设计
3.3.1钻前准备
1、井场:
(1)井场大小必须保持相应的规格大小。
井场有效面积必须能保证井队正常施工;
(2)井场须保持平整,场地要压实、夯实,场地边填方必须用压路机反复多次压实以保证后续施工的安全;
(3)井场应避开断层、高压线、住房(50m范围外)和其他可能影响施工及安全的地方;
2、自修路:
(1)路面可行宽度为6m,若地形等客观条件限制也必须保持在5m以上;
(2)所修道路应考虑温差,避免因温度差导致道路损坏影响后期施工;
(3)道路遵守弯大坡小的原则以保障施工车辆的通行;
(4)道路通过河流及小溪、水沟必须铺设管道;
(5)自修路必须用压路机进行压实处理,要能保障30吨重的大型车辆通行;
3、供水:
因本地区属于大陆性干旱气候,区内年平均降水量较小,因此应采取一定的供水措施,保证钻井施工和后期开采的正常进行;
4、供电:
供电由工区15公里外的发电厂引线至钻场;
5、防冻保暖:
本地区冬季寒冷,最低气温可达-40℃以下,因此应增加防寒保暖措施,一方面对设备进行保温,防止在输运过程中稠油结蜡凝固以及管线冻裂,另一方面,保障施工人员正常生活;
6、防暑降温:
本地区夏季干热,最高气温可达40℃以上,应采取一定的防暑降温措施,以保证设备的正常运转和施工人员的正常工作。
例如:
安装空调等方式;
7、通讯:
钻场必须安装专用电话一部,电话必须悬挂在钻场内,并保持信号畅通;
8、钻机要求:
(1)各部位螺丝、水龙头丝紧固、机身平稳、机械移动刹车装置楔合;
(2)将各操纵档位放在不同位置,油压调到最大限度检查油路系统是否正常,并按规定对各部位加注润滑油脂;
(3)各操作手把、离合器、刹车是否灵活可靠;
(4)传动机构正常、转向正确、防护设施备牢固;
(5)动力系统正常,线路绝缘良好;
(6)清除机身、机旁异物,运转无阻;
(7)卡盘在松开状态,机上钻杆能滑动自然,有异常进行修理;
(8)钻机安装好后,天车、转盘、井口三者三点一线;
3.3.2钻井工程设计中用到的系数
设计系数取以下值:
抽汲压力当量密度Sb=0.025g/cm3;系数Sg=0.020g/cm3;地层破裂压力当量密度安全允许值Sf=0.030g/cm3;溢流允许值Sk=0.070g/cm3;正常压力地层压差卡钻临界值△Pn=12MPa;所采用的最小钻井液密度ρdmin=1.05g/cm3。
3.3.3井身结构
3.3.3.1井身结构方案
(一)井身结构确定的原则和依据
1、能有效的保护油层,使不同压力梯度的油气层不受泥浆污染损害。
2、应避免漏、喷、塌、卡等复杂情况产生,为全井顺利钻进创造条件,使钻井周期最短。
3、钻下部高压地层是所用的较高密度泥浆产生的液柱压力,不致压裂上一层套管鞋处薄弱的裸露地层。
4、下套管过程中,井内泥浆液柱压力和地层压力之间的压差,不致产生压差卡套管事故。
(二)井眼中压力体系
泥浆液柱压力应稍大于孔隙压力以防止井涌,但必须小于破裂压力以防止压裂地层发生井漏。
即压力梯度写成:
。
式中:
——破裂压力梯度,
;
——液柱压力梯度,
;
——孔隙压力梯度,
;
考虑到井壁的稳定,还需要补充另一个与时间关系有关的不等式,即:
。
式中
——某截面岩石的坍塌压力梯度,
,即岩层不发生坍塌,缩径等情况的最小井内压力梯度。
近平衡压力钻井中钻井液密度的确定,以地层孔隙压力当量钻井液密度为基准,再增加一个安全附加值。
安全附加值可由下列两种方法之一确定:
1、油水井为0.05-0.10g/cm3,气井为0.07-0.15g/cm3;
2、油水井为1.5-3.5MPa,气井为3.0-5.0MPa。
井深≤500米的井及气油比≥300的油井,执行气井附加值。
具体选择附加值时还应考虑地层孔隙压力预测精度、油气水层的埋藏深度、地层油气中硫化氢含量、地应力、地层破裂压力和井控装备配套情况等因素。
(三)根据预测的地层压力剖面计算井身套管下入层次
1、表层套管应封固易垮塌层、水层及漏层,确保水层被完全封住。
2、求中间套管下入深度假定点
(1)按照发生井涌条件下的计算公式求中间套管下深假定点;
(3-1)
用试算法计算出D21值即为中间套管下深初选点。
(2)校核是否发生压差卡钻
有裸眼井段应满足的力学平衡条件
(3-2)
若∆p<
(或
),则确定D21为中间套管的下入深度D2。
若∆p>
(或
),则中间套管深度应小于初选点深度。
需根据压差卡钻条件确定中间套管下深。
3、根据以上分析,设计井身结构。
(四)井身结构设计结果
1、井身结构示意图
图3-4井身结构示意图
2、井身结构参数
表3-4井身结构参数
钻井
井段
井眼尺寸
套管
水泥
返高
井径
(mm)
井深
(m)
垂深
(m)
井斜角
(°)
管径
(mm)
下深
(m)
一开
444.5
350
350
0.00
339.73
345
地面
二开
311.15
1387
1387
0.00
244.48
1380
300
三开
215.9
1440
1440
0.00
139.7
1430
500
3.3.3.2套管设计
(一)套管柱结构设计原则:
(1)满足钻井作业和油气层开采等后期作业的工艺要求;
(2)满足大斜度定向井、水平井以及特殊地层条件井(如有盐盐层、泥岩膨胀、地层蠕动、腐蚀性产层、高压气层和热采井)条件下的工作要求;
(3)满足固井施工和有利于提高固井质量;
在套管设计中,关于安全系数的规定为:
抗外挤安全系数(Sc)=1.0;
抗内压安全系数(Si)=1.1;
套管抗拉力强度(抗滑扣)安全系数(St)=1.8。
(二)套管强度设计
1、各层套管的作用
表层套管的作用有:
①隔离上部含水层,不使地面水和表层地下水渗入井筒;②保护井口,加固表土层井段的井壁;③对于继续钻下去会遇到高压油气层的,在表层套管上安装防喷器预防井喷。
表层套管与井壁之间的间隙全部要用水泥封堵,即固井注水泥时,水泥浆需返出井口,才能起到隔离地层和保护井壁的作用。
技术套管是分隔难以控制的复杂地层,以便能顺利地钻达目的层;
生产套管是油气到地面的通道,把油气与全部地层隔绝,保证油气压力不泄漏。
尾管的作用是封隔漏失层、高压层,或封隔键槽井段。
2、套管强度设计结果
表3-5套管柱设计结果
套管
程序
井段
(m)
规范
钢
级
每米重
(N/m)
安全系数
抗内
压强度
(MPa)
直径
(mm)
壁厚
(mm)
螺纹
类型
抗拉
抗挤
抗内压
表层
套管
0-350
339.73
9.65
STC
J55
794.88
6.69
1.76
4.25
18.80
技术
套管
0-1387
244.48
10.03
LTC
N80
583.39
3.22
1.13
2.11
39.6
生产
套管
0-1440
139.7
9.17
LTC
P110
291.65
3.57
4.24
4.84
87.2
3、管串结构
(1)表层套管
339.73可钻式引鞋+339.73mmJ55钢级、壁厚9.65mm套管+联顶节;
(2)技术套管
Φ244.48mm浮鞋+Φ244.48mmN80套管+Φ244.48mm浮箍+Φ244.48mmN80套管串+联顶节;
(3)生产套管
139.7浮鞋+139.7mmP110钢级套管+139.7强制复位浮箍+139.7mmP110钢级套管+139.7强制复位浮箍+带扶正器139.7mmP110钢级、壁厚9.17mm套管串+联顶节;
3.3.4钻头及钻具
3.3.4.1钻头尺寸及类型
PDC钻头在砂泥岩地层机械钻速高、钻头工作寿命长、耐高温能力强于牙轮钻头,因此,选用PDC钻头。
钻头尺寸参考D1井。
钻头尺寸及类型见表3-6。
表3-6钻头尺寸及类型
开数
井深(m)
钻头尺寸(mm)
钻头类型
(mm)
(in)
一开
350
444.5
171/2
PDC
二开
1387
311.15
121/4
PDC
三开
1440
215.9
81/2
PDC
3.3.4.2钻铤尺寸及类型
根据常用钻头尺寸和钻柱尺寸配合来选择钻铤尺寸。
钻铤尺寸及类型见表3-7。
表3-7钻铤尺寸及类型。
开数
井深(m)
钻头尺寸(mm)
钻铤尺寸
钻铤钢级
(mm)
(in)
(mm)
(in)
一开
350
444.5
171/2
228.6
8
G-105
二开
1387
311.15
121/4
203
7
G-105
三开
1440
215.9
81/2
158.8
7
G-105
3.3.4.3钻杆尺寸及钢级
根据常用钻头尺寸和钻柱尺寸配合来选择钻杆尺寸。
钻杆尺寸及钢级见表3-8。
表3-8钻杆尺寸及钢级
开数
井深(m)
钻头尺寸(mm)
钻杆尺寸
钻杆钢级
(mm)
(in)
(mm)
(in)
一开
350
444.5
171/2
223.3
51/2
E、S-135
二开
1387
311.15
121/4
203
5
E、S-135
三开
1440
215.9
81/2
171
5
E、S-135
3.3.4.4其他钻具
螺杆:
Φ244.5mm螺杆、Φ165mm螺杆;
无磁钻铤:
Ф228.6mm(9in)无磁钻铤、Ф203mm(8in)无磁钻铤、Ф158.8mm(61/4in)无磁钻铤;
扶正器:
Φ443扶正器、Φ310扶正器、Φ215扶正器;
其它:
Φ244.5mm水力加压器、Φ165mm水力加压器、Φ223.3mm加重钻杆、Φ203mm加重钻杆、Φ171mm加重钻杆;
3.3.4.5防斜钻具组合
在本井的设计中,采用新型钟摆钻具组合防斜打快技术,以达到提高机械钻速和防斜、缩短建井周期的目的。
(一)钻井防斜打快原理
在适合的地层使用螺杆钻具配合PDC钻头钻进可显著提高机械钻速,缩短钻井周期,降低钻井成本。
国外已将这项成熟技术广泛应用于各种类型的井,包括直井,并且取得了很好的经济效益。
国内主要将这种技术应用于定向井、水平井、侧钻井等,还较少用于直井。
直螺杆配合PDC钻头在直井钻进时如何来防斜和降斜。
钟摆钻具既具有较好的防斜能力,也具有一定的降斜能力,是应用得最为广泛的防斜和降斜组合之一,采用钟摆钻具组合是一个实用和可行的选择。
对于带直螺杆和PDC钻头的钟摆钻具组合来说,其内在的钟摆钻具特性没有改变,但钻头转速和破岩能力得到显著提高,故在单位进尺下,其防斜和降斜能力可达到常规钟摆钻具的2倍以上。
而且,PDC钻头适合于在高转速、低钻压条件下作业,这与钟摆钻具要求低钻压的条件一致。
因此,这种“复合”钟摆钻具组合技术是直井防斜打快的一种有效手段。
(四)钻具组合设计
结合所钻地层的实际情况和防斜打快的要求,所设计的钻具组合为:
一开:
Φ444.5mmPDC钻头×0.42m+Φ244.5mm螺杆+Φ244.5mm水力加压器+Φ228.6mm钻铤×9.15m+Φ443扶正器×1.8m+Φ228.6mm钻铤+Φ223.3mm加重钻杆+Φ223.3mm钻杆。
二开:
Φ311.15mmPDC钻头×0.35m+Φ244.5mm螺杆+Φ244.5mm水力加压器+Φ203mm钻铤×9.15m+Φ310扶正器×1.8m+Φ203mm钻铤+Φ203mm加重钻杆+Φ203mm钻杆。
三开:
Φ215.9mmPDC钻头×0.33m+Φ165mm螺杆+Φ165mm水力加压器+Φ158.8mm钻铤×9.15m+Φ215扶正器×1.45m+Φ158.8mm钻铤+Φ171mm加重钻杆+Φ171mm钻杆。
钻具组合设计如表3-9所示。
表3-9钻具组合表
开钻次序
钻头尺寸mm
井段m
钻具组合
一开
444.5
0~350
Φ444.5mmPDC钻头×0.42m+Φ244.5mm螺杆+Φ244.5mm水力加压器+Φ228.6mm钻铤×9.15m+Φ443扶正器×1.8m+Φ228.6mm钻铤+Φ223.3mm加重钻杆+Φ223.3mm钻杆
二开
311.15
350~1387
Φ311.15mmPDC钻头×0.35m+Φ244.5mm螺杆+Φ244.5mm水力加压器+Φ203mm钻铤×9.15m+Φ310扶正器×1.8m+Φ203mm钻铤+Φ203mm加重钻杆+Φ203mm钻杆
三开
215.9
1387~1440
Φ215.9mmPDC钻头×0.33m+Φ165mm螺杆+Φ165mm水力加压器+Φ158.8mm钻铤×9.15m+Φ215扶正器×1.45m+Φ158.8mm钻铤+Φ171mm加重钻杆+Φ171mm钻杆
3.3.5钻机
3.3.5.1钻机类型
钻井主要设备要满足钻井施工要求,满足环境保护要求。
钻井主要设备见表3-10。
表3-10钻井主要设备
分类号
设备分类
序号
部件名称
规格型号
主参数
数量
一
钻机
1
钻机
ZJ70/4500D39(4500-7000)
2
井架
JJ450/48-K
48
1
3
底座
DZ450/10.5-K
10.5
1
4
底座高度
10.5
1
5
底座净高
9
6
绞车
JC70D
1470
1
7
天车
TC7-450
4500
1
8
游车
YC-450
4500
1
9
大钩
DG-450
4500
1
10
水龙头
SL-450-5
4500
1
11
柴油发电机
CAT3512B/SR4B
1310
4
12
辅助发电机
CAT3406
400
1
13
钻井泵
F1600
1193
3
14
循环罐
ZJ70D
350
8
15
固井罐
GJSG60-4
60
2
16
振动筛
S250-2x3
7.5
3
17
除砂器
LCS250*2/1.5*0.6
75
1
18
除砂器
XQJS-300*2-WG
75
1
19
除气器
ZCQ2/6
6
1
20
离心机
LW600-945NA
60
1
21
离心机
LW600-945NA
60
1
22
加重泵、混合漏斗
PWA8*6-14
75
3
23
螺杆压风机
LS12-50HH
5.6
1
二
救生及消防
24
救生及消防
25
消防工具房及工具
26
二层台逃生装置
RG10D
130
2
27
钻台紧急滑道
DZ000017-00
1
28
可燃气体检测仪
PGM-1600
2
29
氧气浓度检测仪
PGM-1600
1
3.3.5.2钻井井口及井控设备
(一)井口装置
依据《钻井井控技术规程》SY/T6426-2005,钻井井口装置、井控管汇的配套与安装应符合行业标准《钻井井控装置组合配套、安装调试与维护》SY/T5964-2006的规定要求。
图3-5节流管汇示意图
图3-6井控管汇安装示意图
1、一开井口装置
图3-7一开井口装置示意图
2、二开井口装备
图3-8二开井口装置示意图
3、三开井口装备
图3-9三开井口装置示意图
(二)井控系统
1、防喷系统检验
防喷系统包括防喷器、四通、压井节流防喷管汇,控制系统及液、气管线等。
管具公司负责逐渐检验,在站内按试压要求进行试压。
合格后,填写合格证及检验试压记录送井,并与井队办理交接验收手续。
管口要堵好,丝扣要包扎,固定牢靠,保证运输途中安全。
2、防喷器系统安装
安装井口部分:
(1)安装四通:
四通两侧孔应对着井架大门两侧。
(2)安装闸板防喷器,手动锁紧置的手轮及操纵杆应位于大门的两侧;本体旁法兰出口对着井架大门方向。
根据使用钻具尺寸,装相应尺寸的管子闸板,并在司钻台和远程上挂牌标明所装闸板型号尺寸,以防井喷时关错。
手动锁紧置要装全、连接好,并在手轮处挂牌标明开关圈数。
(3)放喷管汇井架两侧各装一套,节流管汇应安于井架右方(钻井液出口管一边),压井管汇装于井架左方。
放喷节流管汇要畅通,打上水泥基础并固定牢靠,出口距井口不小于50m。
(4)安装好防喷器装置后,要校正天车、转盘机防喷器组,三者中心成一线,其三点中心累积偏移不大于10mm。
校正后,将防喷装置用钢丝绳绷紧于井底座上。
安装控制系统:
(1)远程控制台(即储能器装置)应放于距井口30m左右的地方,一般在井架对角线位。
远程控制台应装带有拖撬的活动房内。
最低限度应盖简易保护,周围应有排水沟,不允许在附近堆放氧气瓶及易燃物品。
(2)司钻控制台(即主控制盘)安装在钻台上司钻工作位置附近,便于司钻操作
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