吉205向4井定向钻井工程设计.docx
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吉205向4井定向钻井工程设计.docx
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吉205向4井定向钻井工程设计
内部资料
注意保密
临汾区块
吉2-05向4钻井工程设计书
中石油煤层气有限责任公司
2011年5月29日
吉2-05向4钻井工程设计书
井别:
生产试验井
井型:
定向井
编写单位:
煤层气国家工程研究中心
编写人:
张毅
审核人:
毕延森
审批人:
徐正华
中石油煤层气有限责任公司
2011年5月29日
一、地质概况
1地理概况
吉2-05丛式井组由1口直井、4口定向井组成,吉2-05向4井是桃园井组吉2-05丛式井组中的一口定向井,与吉2-05、吉2-05向1、吉2-05向2、吉2-05向3井共处一个井场,位于山西省吉县屯里镇桃园村南1km,构造位置位于鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带南部。
2地层预测
依据周边已有的实钻资料和区域地层对比分析,预测吉2-05向4井地层与周边地层一致,自上而下将钻遇第四系、三叠系、二叠系、石炭系及奥陶系(表1)。
表1吉2-05向4井设计地层分层预测表
界
系
统
组
地层符号
设计分层
底深m
厚度m
新生界
第四系
Q
65
65
中生界
三叠系
下统
刘家沟组
T1l
295
230
古生界
二叠系
上统
石千峰组
P3s
515
220
中统
石盒子组
P2s
1055
530
下统
山西组
P1s
1130
75
太原组
P1t
1195
65
石炭系
中统
本溪组
C2b
1235
40
奥陶系
中统
马家沟组
O2m
1250
未穿
3钻遇煤层预计表
表2吉2-05向4井钻遇煤层预计表
煤层编号
煤层顶板
深度(m)
煤层底板
深度(m)
煤层纯
厚度(m)
钻遇顶板
深度(m)
5#
1110
1118.7
8.7
1185
8#
1175
1182.2
7.2
1251
备注:
此表中煤层顶底板深度列的数据是指煤层垂直往上与地面的距离,纯煤厚度指垂直厚度。
图1定向井基本数据示意图
二、地质基本数据
1、井号:
吉2-05向4井
2、井别:
生产试验井
3、井位:
1)基本数据表
井名
吉2-05向4
井别
生产试验井
井型
定向井
井口坐标
(X)4023180.57
井口海拔
完钻垂深
造斜点
大门方位
(Y)19481835.97
1023m
1290.0m
220m
156︒
8号煤靶点坐标
(X)4023044
井底海拔
978m
磁偏角
-3.9︒
(Y)19481631
8号煤靶点垂深
1220m
8号煤靶点水平位移
246.3m
完钻井深
1324m
备注:
8号煤靶点垂深为地质设计埋深减去井口海拔与井底海拔的差值。
井眼轨迹详细数据表见附件1。
2)地理位置:
吉2-05向4位于山西省吉县屯里镇桃源村村南约1km。
3)构造位置:
鄂尔多斯盆地东部晋西挠褶带南段。
4)测线位置:
DJ09-131.8测线与DJ09-253测线交汇点附近。
4、设计井深:
完钻井深1324m,井底水平位移265m。
5、主要目的层:
山西组5#煤层、太原组8#煤层。
6、完钻层位:
奥陶系马家沟组。
7、完钻原则:
钻穿太原组8号煤层后,根据钻遇数据判断,如钻遇9号煤层发育,则以9号煤层底界下70m完钻;如9号煤底砂岩厚度大于3m,则在砂岩底界下70m完钻,砂岩厚度小于3m,根据地质判断来决定完钻原则。
8、钻探目的:
1)本轮生产井的产量效果是关系到本地区能否进入大规模开发的基本依据,实现高效优质井眼质量,为压裂和排采提供优质井眼通道是基本目标。
2)作为本地区的定向试验井,该井型的工程质量和对排采的影响是本地区大规模开发井型选择的重要依据。
三、井身结构
1井身结构设计数据
表3井身结构设计数据表
开钻次序
井段
/m
钻头尺寸/mm
套管尺寸/mm
套管下深/m
环空水泥浆返深/m
1
0-基岩下20左右
311.1
244.5
一开完钻深度
水泥浆返至地面
2
二开至完井
215.9
139.7
完井留2m口袋
固井水泥返至5号煤层顶板之上300m。
要求表套坐实到井底,在一开套管串底部均匀钻4个眼,用于固井时返水泥。
表套下深可根据临井漏失、涌水情况及实际钻遇黄土层深度及时调整,并将拟调整结果及时与监督协商。
2井身结构示意图
图2井身结构示意图
四、技术指标及质量要求
1井身质量要求
井段
m
全角变化率
/30m
最大井斜角
井底水平
位移m
井径扩大率%
直井段
1.5
1.0
5
≤15
造斜段
开始造斜后前两个点不超过6,之后连续3点不大于3.5,单点不超过4
/
/
≤15
稳斜段
正常地层
2
19
265.0
非煤层≤15
煤层≤35
注:
1、造斜段完成后可使用MWD继续定向,或者也可以使用单点定向控制,但在定向段必须采用复合钻具组合进行钻进;..
2、特殊地层指地层倾角10度以上,地层正常钻进中易发生井斜和方位偏移的,必须书面报告甲方人员,取得甲方认可的。
3、靶点为8号煤顶板,中靶半径25m,如遇到靶点垂深与预测变化大于20m,根据实际情况调整中靶点的认定,以设定的原垂深靶点为靶点。
4、使用1.25螺杆造斜,造斜段缓慢造斜,5号煤以上稳斜段降斜率不大于1.3/30m
表4井身质量要求表
具体定向轨迹基本数据要求见附件1
(1)原则上定向队伍提供螺杆、MWD等、定向技术和人员,并对定向质量负责;
(2)原则上钻井队负责直井段的质量控制,在定向前使用牙轮钻头,轻压吊打,严控井斜;同时提供定向过程中的无磁钻铤、钻头、绞车,且稳斜段负责提供单弯螺杆以便加快钻井进度;
(3)一开钻进过程中必须按全井要求测井,以防表层井斜超标;造斜段至少20m测一个点,全井段至少30m一测;
(4)定向队伍可根据实际地层和施工情况将造斜点上提或下移20m以内;
(5)在定向队伍和施工队出现纠纷时,以服从井身质量要求为基本出发点。
2固井质量要求
固井质量按中国石油天然气股份有限公司2004年颁发的《固井技术规定》(2004.32号)中的有关要求执行。
表5固井质量要求表
开钻次数
钻头尺寸
(毫米)
井段
(米)
套管尺寸
(毫米)
套管下深
(米)
水泥封固井段
人工井底深度
固井质量要求
一开
311.1
0-基岩下20左右
244.5
一开完钻深度
地面
二开
215.9
二开至完井
139.7
完井留2m口袋
5#煤层以上300米
煤底界以下70米
返高、胶结、试压合格
备注
1、139.7毫米生产套管固井候凝60小时后测声、放、磁检测固井质量;合格后试压20MPa,要求稳压后30分钟压降不大于0.5MPa。
2、139.7毫米生产套管固井水泥返至煤层顶以上300米。
水泥返高必须达到设计要求;
煤层段上下段40米封固良好,其余井段封固合格;
固井质量检测必须达到规定的候凝时间后进行,质量合格后按《SY5467-92套管柱试压规范》要求试压合格。
五、钻井液
1钻井液性能
表6钻井液性能表
层位
井
段
/m
钻井液类型
常规性能
流变参数
固相
含量
滤液
备注
密度
/g/cm3
粘度
/s
失水量
/ml
泥饼
/mm
pH值
含砂量/%
静切力
Pa
塑性粘度/
MPa·s
动切力
/Pa
N
值
K值
/Pa·s”
固相含量
/%
粘土含量/%
总矿化度
/mg/L
Cl_
/mg/L
Ca2+
/mg/L
10
/s
10
/min
一开
0-基岩-20
坂土浆
1.03-
1.07
32-
50
二开
二开至山西组顶界
低固相
聚合物
1.05-
1.12
32-
38
≤0.5-1
8-8.5
≤0.5%
0
1
山西组-完井
低固相细分散体系
1.05-
1.12
40-
55
≤0.5-1
8-10
≤0.2%
1
2
≤6
≤1-2
说明
钻井液性能以满足孔壁稳定为首要条件,可以根据现场实际情况进行调整,适当加大粘度,但是要严格控制固相含量,以防止对煤层的污染。
2钻井液性能维护及处理
表7钻井液性能维护及处理表
层位
井段/m
类型
配方
处理方法与维护措施
储备液
故障提示
密度/g/cm3
体积/m3
一开
0-基岩20
坂土浆
水+坂土
+CMC+纯碱
循环罐备足清水20m3,加入坂土4000㎏,100-150㎏CMC,纯碱200㎏循环搅拌均匀,性能,密度1.03-1.07g/cm3,粘度32-50s
1.03-1.07
20
防漏、防涌水
二开
二开至山西组顶界
低固相聚
合物
聚丙烯酰胺+CMC+聚丙烯酸钾+钠土粉+纯碱+润滑剂
随时监测调整泥浆性能,检修、维护泥浆净化装置,保证其正常运转,保证冲洗液各项性能指标符合要求。
1.05-1.12
20
防掉快、防漏失
山西组-完井
低固相细分散体系
土粉+纯碱+CMC+磺化沥青+磺化褐煤
随时监测调整泥浆性能,防止煤层和其它地层的井壁垮塌,降低钻井风险和井径扩大。
1.05-1.12
50
防垮塌、防掉快
进入煤层前50m调整为低固相细分散体系
六、钻机选型及钻井主要设备、钻具组合
1钻机选型及主要设备
表8钻机选型及钻井主要设备
序号
名称
型号
数量
制造厂商
1
钻机
GZ-2600
1台
石家庄煤机厂
2
泥浆泵
800hp
2台
石家庄煤机厂
3
柴油机
6135
2台
无锡柴机厂
12V635
2台
无锡柴机厂
4
发电机
STC-75
2台
5
测斜仪
单点式
1套
北京
6
井架
JJ80/27-A
1套
石家庄煤机厂
7
游车大钩
YD-80
1套
石家庄煤机厂
8
天车
TC-80
1套
石家庄煤机厂
9
水龙头
CH-125
1只
石家庄煤机厂
10
油罐
10吨
1个
11
水罐
20m3
1个
12
电焊机
300型
1台
13
钻杆
Φ114.3mm
1000米
14
取芯钻具
Φ178
2套
15
工具房
15m3
1栋
16
钻杆
Ф127mm
900m
17
钻铤
Ф159mm
150m
15根
18
取心镗孔钻铤
Ф178mm
30m
3根
19
螺杆
1.25度
10
1根
20
无磁钻铤
Ф159
10
1根
重点要求:
钻具入井前必须经过探伤检测合格。
2钻具组合
表9钻具组合设计
开钻次序
井眼尺寸(mm)
钻进井段(m)
钻具组合
一开
Φ311.1
0~30
φ311.1mm钻头+φ158.8mm钻铤+φ311.1mm扶正器+φ158.8mm钻铤+133mm方钻杆
二开
Φ215.9
30~40
(直井段)
φ215.9mm钻头+φ158.8mm无磁钻铤+φ158.8mm钻铤+φ214mm稳定器+φ158.8mm钻铤+133mm方钻杆
(定向造斜、增斜井段)
φ215.9mm钻头+5LZ165*1.25o单弯螺杆钻具+φ158.8mm无磁钻铤+MWD+φ158.8mm钻铤+φ127mm钻杆+133mm方钻杆
(稳斜井段)
φ215.9mm钻头+φ158.8mm短钻铤+φ158.8mm无磁钻铤+φ214mm稳定器+φ158.8mm钻铤+φ127mm钻杆+133mm方钻杆
(煤层井段及口袋)
φ215.9mm钻头+φ158.8mm短钻铤+φ158.8mm无磁钻铤+φ158.8mm钻铤+φ127mm钻杆+133mm方钻杆
七、录取资料要求
从二开开始进行钻时录井以及钻井液密度、粘度测定。
进入山西组进行岩屑录井,以卡准5号煤、8号煤顶底板为主要目标,要求见下表。
表10岩屑录井要求
岩屑录井
气测录井
钻井液密度、粘度测定
井段
M
间隔距离
取样一次
M
井段
m
间隔距离
取样一次
m
井段
m
间隔时间
取样一次
进入山西组后
以卡准5号煤、8号煤顶底板为主要原则
二开-完井
3根
荧光录井
钻时录井
Cl-、Ca2+离子测定
井段
M
间隔距离
湿干照,m
井段
m
连续测量
井段
m
间隔时间
测量一次,h
二开-完井
1m1点
1.钻时加快或气侵时、连续测量密度、粘度,并每1-2循环周测一次全套性能。
2.打开目的层后,每次下钻到底,每5分钟测量密度、粘度,观察后效反应。
3.遇气显示、井下复杂情况等实际情况时循环观察,并加密录井。
4.配备H2S检测设备,防止H2S中毒。
八、各次开钻井口装置及井控技术要求
1、一开井口装置示意图
311.1mm
图3一开井口装置示意图
2、二开井口装置示意图
图4二开井口装置示意图
3、井控技术要求
根据该地区煤层气开发钻井实践,该地区未钻遇常规天然气层,而煤层压力低、游离气很少,煤层气中不含H2S等有毒气体,一般开发井钻井暂按不装防喷器考虑。
但钻井队必须高度重视井控工作,并要制订相应的预案和技术措施,确保有溢流等迹象时能实现有效控制。
1)、钻井队主要干部、技术员、地质员、司钻、大班等到应经过井控技术培训,持有效的井控培训合格证;
2)钻井队应储备一定数量的坂土粉、石灰石粉加重剂和钻井液。
防止煤储层和煤系地层中的游离气聚集造成液柱压力失衡而出现溢流、井涌和井喷;
3)、进入煤系地层前,要求所有上岗人员熟悉溢流、井涌、防喷防火知识,掌握相关制度和操作规程,并定期组织防喷防火演习;
4)、进入煤系地层和煤储层时要严格执行坐岗观察制度,以及时发现溢流现象,并能够立即采取措施实施井内压力控制;
5)、钻进中如发现蹩钻、跳钻、钻速突然加快、放空、井漏、泵压下降、气侵、钻井液粘度增高、密度降低等情况,应立即停钻,上提钻具观察,做好井控准备;
6)、进入目的层后,起钻时每三柱灌满钻井液,保持井眼内的液柱压力;同时严格控制起下钻速度,在正常情况下起钻速度不得超过20m/min,特别要注意防止拔活塞;
7)、坚持干部值班制度。
打开煤层后,井队干部要坚持24小时值班;
8)、加强防火工作,工作区域严禁吸烟;打开煤层后,井场动用明火必须首先采取防范措施。
钻井队要配备一定数量、不同规格的消防器材;
9)、如发生井喷失控,要立即停车、停炉,消除火灾隐患,防止着火,并立即疏散人员、上报、组织抢险。
九、固井设计
1、套管程序
1)表层套管串结构:
Φ244.5mm浮鞋+Φ244.5mm套管+联顶节
2)生产套管串结构:
Φ139.7mm浮鞋+Φ139.7mm长套管1根+Φ139.7mm浮箍+Φ139.7mm套管+Φ139.7mm套管短套管1根+Φ139.7mm套管+联顶节
要求:
a、人工井底至浮鞋≥6米;
b、磁定位短套管的位置在5#煤层上面20米左右;
c、套管接箍不能排到目的煤层段;
d、生产套管接箍顶部与地面距离小于0.25米;
e、煤层段每20米下一个扶正器、其它固井段每50米下一个扶正器。
2、对套管和套管附件检验、运输、摆放及清洗等的要求
1)送井套管钢级和壁厚必须符合设计要求,并按照《SY5396-91石油套管现场检验方法》检验,合格者方可送井;在现场还必须按前述方法的有关章节对送到井场的套管重新检查,在检查中发现弯曲、碰伤、丝扣损坏、内径不规则等不合格套管禁止下井,要放在一起,并注上明显标记,与下井套管分开。
2)套管的装卸和运输应按照《SY5537-93套管装卸运输与贮存技术要求》执行。
3)现场套管应摆放在套管架上,摆放层数不得超过三层。
4)认真清洗套管螺纹及护丝,清洗好后应立即戴好护丝。
5)套管附件的抗拉、抗挤、抗内压等强度应大于等于连接部位管串本身的强度;套管附件分类整理、检查、保管,各种性能符合设计要求。
3、对下套管作业的要求
1)套管入井前必须用标准通径规逐根检查,丈量尺寸,按入井顺序编号、排列、登记;
2)下套管作业由钻井队承担。
要严格按照《SY5412-91下套管作业规程》进行施工;
3)下套管时必须使用套管钳或B型大钳双钳紧扣,上扣要达到规定的扭矩值;余扣不得超过2扣;严禁错扣下入;
4)生产套管全井使用符合标准的套管螺纹密封脂;浮鞋、浮箍处应使用密封粘合胶;
5)水泥封固段中加套管扶正器,套管接箍和扶正器不能在煤层段;
6)控制下套管速度,在漏失层段下放速度控制在0.25-0.3m/s,并注意观察井口钻井液返出情况;遇阻不能硬压,应多活动套管,必要时可接循环头循环;每下入5-10根套管灌满一次钻井液。
套管下到井底后,先小排量顶通,再正常循环钻井液两周以上;
十、试压
1试压时间
生产套管试压,应在水泥浆候凝60小时后,完成测井后进行。
2试压方法
1)用井口试压工具连接井口试全井套管柱、井口。
2)试压介质采用清水或管内循环介质。
3)采用水泥车或其它专用试压设备。
3试压标准
生产套管柱试压20MPa,30分钟压降不大于0.5MPa为合格。
十一、辅助作业
依据中石油煤层气有限公司的有关规范要求,配合相关专业人员,做好录井、测井、固井、岩煤芯样品采集、现场解吸、测试、VSP等工程作业的协助和支持工作,并为这些工程作业相关人员在井场的工作、生活等方面给予支撑。
十二、完井井口装置
采用270×139.9×50mm环形铁板制作成简易井口。
完井后套管试压20.0MPa,30分钟压降在0.5MPa以内为合格。
最上面一根139.7mm套管接箍顶端面与地面齐平。
井口加盖保护套并点焊好保护套并照相,申请甲方现场验收,做好水泥砖保护头,并做好井号标记。
丛式井井组所有井口必须在一条直线上,且高度水平。
十三、钻井进度计划
表9钻井进度计划表
序号
钻头尺寸
(mm)
井段
(m)
施工作业项目
作业天数
(d)
累计天数
(d)
一开
311.1
0~基岩20m
一开钻进
1.0
1.0
下套管、固井
1.0
2.0
候凝、二开准备
2.0
4.0
二开
215.9
钻水泥塞
0.5
4.5
30~40
直井段钻进
1
5.5
造斜段
定向造、增斜钻进
4.0
9.5
稳斜段
稳斜钻进
4.5
14
完井作业
完井电测
1.0
15
下套管、固井
1.0
16
装井口、候凝
2.0
18
测三样、试压
1.0
19
十四、复杂情况提示
根据本地区前期施工所遇到的各类地质复杂情况及出现的工程复杂问题,特进行以下地质复杂情况通报,希望各施工队伍做好各项准备工作,加强技术和设备及泥浆材料的准备工作,预防井下复杂情况的发生。
1)处于河沟处的井在20m、110m处出现较严重的漏失,部分地区漏失为泥浆有进无出,处在山顶的井,除了以上基本漏失点外,在540m处也可能出现极严重的漏失,需要备足各类堵漏泥浆材料和锯末等,减少堵漏时间。
2)处河沟处的井在井深250-500m处,地层倾角较大,井斜极易超标,需加强井斜监控,并采用1度螺杆复合钻或者定向纠斜。
3)在石千峰与石盒子交界面、石盒子组泥岩层、5和8号主力煤层处,极易发生井壁坍塌,需要加强泥浆性能,严格按照钻井设计要求,提高泥浆粘度,并降低失水,减少井壁坍塌,不得大意,造成严重后果。
4)在200-450m处,出现1-2个涌水层,涌水量在每小时3-6方左右,部分区域可能达每小时30方,各井队应在二开前备好重晶石等加重材料,在出现涌水层时,应停钻,并立即采用重晶石等快速提高泥浆密度,压住水层,切不可边涌水边钻进,待涌水量太大时,破坏泥浆性能,无法进行涌水的压制,从而造成井壁坍塌严重及后续钻进困难。
且在完井固井后必须对封固段以上添砂土及水泥等压住水层,同时焊接好环形钢板及井口,涌水井不予验收。
十五、健康、安全与环境保护(HSE)要求
1基本要求
1)施工单位应遵守国家、当地政府有关健康、安全与环境保护法律、法规等相关文件的规定。
2)施工单位要严格按SY/T6283-1997《石油天然气钻井健康、安全与环境管理体系指南》行业标准执行。
2健康、安全与环境管理体系要求
从事石油和天然气勘探的钻井作业公司,应健全以下健康、安全与环境管理体系。
1)健全各级HSE管理组织机构。
2)开展单井安全、环境风险分析制订风险预防和消减措施,培训现场施工应急程序和安全预案。
3)编制“两书一表(HSE作业计划书,HSE作业指导书与HSE检查表)”并进行HSE例行检查与演练。
4)制订13项HSE管理制度。
1)安全生产管理制度。
2)作业计划许可证制度。
3)作业现场防火制度。
4)井控管理制度。
5)有害有毒物质、放射源管理制度。
6)环境保护管理制度。
7)营地管理制度。
8)健康、保健、卫生管理制度。
9)HSE培训制度。
10)HSE管理汇报制度。
11)HSE检查制度。
12)报告制度。
13)HSE管理评比、奖惩制度。
3健康管理要求
1)所有作业人员均应配发工服、高筒硬头皮鞋、安全帽和手套等劳动保护用品,上岗人员应按规定正确穿戴。
特殊作业环境、工种还应配备不同功能的劳动保护用品。
a)钻井作业人员应进行安全教育培训,作业人员应具备相应的安全意识和安全技能;特种作业人员应具有相应的资格证书。
b)离钻台或其他工作面2.0m或2.0m以上的高空作业人员,都必须系上安全带。
井架梯子、二层台必须安装防跌落装置。
二层台必须装有紧急逃生装置。
c)从事钻井液处理人员以及钻井液工都应配备防护手套和防尘口罩。
从事具有伤害眼睛的作业人员必须配备护目镜、面罩或其他保护眼睛的装备。
d)在柴油机房、发电机房以及钻台等噪声环境下作业人员应配备耳塞以保护听力。
在发电机房工作人员及电工应配备绝缘手套、绝缘鞋,并定期对绝缘鞋进行检查。
e)进入钻井作业区人员必须经允许(包括井队炊管人员、上级领导、外来联系工作人员等),必须遵守作业区安全规定,操作人员要遵守安全操作规程。
不能串岗、乱岗。
作业人员不得在作业期间饮用酒类或者含酒精的饮料。
2)钻井队医疗器械和药品配置要求
a)医疗管理机构要健全,钻井队要
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- 205 定向 钻井 工程设计