华龙山RK1井补充修改设计.docx
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华龙山RK1井补充修改设计
温塘峡背斜南段西翼构造
井号RK-1井 井别:
探采结合井 井型:
直井
钻井工程施工设计
(井身结构变更修改补充设计)
承钻单位:
重庆市地质矿产勘查开发局南江水文地质工程地质队
设计:
杨华林 魏万明
审核:
技术负责:
项目负责:
队长:
重庆市地质矿产勘查开发局南江水文地质工程地质队
二〇一二年七月十八日
一、基本情况说明:
江津华龙山RK-1温泉井项目,2012年3月9日开钻,4月3日用φ311.2mm钻头按设计钻至井深350m,用φ244.5mm套管下至井深348.19m表层套管固井。
4月18日钻至井深1066.89m在自流井段发生严重垮塌,至4月26日一直不间断处理垮塌。
本井原泥浆密度设计最高1.30g/cm3,垮塌后在处理过程中,泥浆密度由1.25g/cm3提高到1.64g/cm3才抑制住垮塌。
2012年7月8日用φ215.9mm钻头钻至井深1283.95m。
由于该井在实际的过程中与江津邻井比较,地层倾角差异太大,地层压力系数原设计是1.05g/cm3~1.25g/cm3。
上部自流井地层出现严重垮塌泥浆密度加重至1.64才能平衡地层。
本井多次垮塌造成下钻遇阻上提遇卡,在处理时进行了长时间划眼。
后恢复钻进由于实际钻进泥浆密度高于设计泥浆密度,增加了地层的压实效应,地层可钻性降低,钻屑不能迅速离开井底,导致机械钻速下降,每天进尺只有10m左右,钻进速度受到严重影响。
7月8日9:
50钻进至井深1283.95m时,井下出现严重漏失,漏速50.5m3/h。
由于施工现场早做了防漏准备,现场立即组织配制浓度7%复合堵漏泥浆14m3进行堵漏,即使第一时间采取了堵漏措施,由于井内泥浆大量漏失后,造成了泥浆液面下降,井内上部裸眼井段,地层应力与泥浆液柱失去平衡,在起钻至井深1104.64m遇卡,后经活动钻具循环泥浆,地面下击,用时10:
00小时处理后才将钻具安全起至套管鞋。
现在井下由于自然大型漏失,井内情况特别复杂,形成下部严重漏失,上部自流井段严重垮塌,如果继续钻进,再次发生大型井漏而造成严重垮塌而埋钻具井下恶性事故,最终导致井报废。
先成公司在2012年7月17日,聘请了中石油川东钻探公司,中石化二普勘探公司钻井专家,重庆东南、南江地质专家与现场施工工程技术人员,根据现场井下实际情况,在现场专家分析研究一直认为:
现在在井深1283.95m提前下177.8mm技术套管,用152.4mm钻头钻穿须家河、雷口破、嘉陵江目的层,有水就用127mm光管和筛管完井,支撑井壁,保证井内通畅,能够正常采水,防止采水过程中须家河煤、页岩地层垮塌,没有水就裸眼完井。
专家组决定:
由于本井地层复杂,下部地层漏失上部地层垮塌,地层倾角大,决定提前下177.8mm技术套管。
变更井身结构后,井身结构、套管柱、套管柱水泥、井斜控制、钻井参数、钻井水力参数做补充修改设计。
其他设计和钻井技术措施仍按原设计执行。
二、原设计钻井基本概况
原钻井基本概况表1
基本概况
RK1井
位置
江津区华龙山长冲芦稿湾
直角坐标
X:
3242287.13;Y:
35610852.84(西安80坐标系)
经纬度坐标
东经:
106°08′27″,北纬:
29°17′33″
井口标高
260m
设计井深
2100m
构造部位
温塘峡背斜南段西翼
场地概况
勘查区距德感10km,距油溪12km左右,区内有临峰森林公园,为江津区森林旅游、度假、休闲佳地,另外还有以生态养殖观光休闲为主的长冲热带鱼养殖基地等。
在井位附近未见学校、管道等重点保护设施。
原地质设计基本数据表2
井号
RK1井
井别
地热水探采结合井
井型
直井
地理位置
重庆市江津区华龙山长冲芦稿湾
井位坐标
东经:
106°08′26″,北纬:
29°17′33″;Z:
260m
构造位置
温塘峡背斜西翼南倾没端
设计井深
2100m
开孔层位
侏罗系中统沙溪庙组下段
钻井目的
揭露三叠系上统雷口坡组、下统嘉陵江组地热水
钻探目的层
主探三叠系上统雷口坡组、下统嘉陵江组第四段
完钻层位
及完钻原则
进入三叠系下统嘉陵江组第一段20m终孔,揭穿嘉陵江组第四段后满足要求可提前终孔。
钻进方法
采用三牙轮钻头钻进
完井方法
裸眼完井(完井时如垮塌严重,可考虑加下一层筛管)
井身质量
要求
本井要认真控制井眼轨迹和井斜,井斜控制小于7°~10°,
井底水平位移控制在180~250m范围内
原井身结构基本参数表3
开钻
序号
钻头程序
套管程序
水泥返高
(m)
尺寸(mm)
井深(m)
尺寸(mm)
井段(m)
套管鞋层位
1
311.2
350
244.5
0~349
新田沟组
地面
2
215.9
1565
177.8
320~1564
雷口坡组
200m
3
152.4
2100
127
1565~2100
准备筛管*
注:
*裸眼段岩层垮塌严重时才采用,预算中未考虑管材及下管工程费用。
三、井身结构修改后相关设计
1、井身结构设计
变更修改井身结构基本参数表4
开钻
序号
钻头程序
套管程序
水泥返高
(m)
尺寸(mm)
井深(m)
尺寸(mm)
井段(m)
套管鞋层位
1
311.2
350
244.5
0~348.19
新田沟组
地面
2
215.9
1283.95
177.8
318~1283.95
须家河组
喇叭口以上50m
3
152.4
2280
127
1260~2280
嘉陵江组
准备筛管*
2、钻柱设计
各次开钻钻具组合表5
序号
井段(m)
钻具组合
一开
0~350
塔式
钻具
Φ311.2mm钻头+Φ228.6mm钻铤×3根+Φ203.2mm钻铤×6根+Φ177.8mm钻铤×3根+Φ127mm钻杆
钟摆
钻具
Φ311.2mm钻头+Φ228.6mm减震器+Φ228.6mm钻铤×3根+Φ310mm螺扶1个+Φ203.2mm钻铤×6根+Φ177.8mm钻铤×3根+Φ127mm钻杆
二开
350~1283.95
钟摆
钻具
Φ215.9mm钻头+Φ177.8mm减震器+Φ177.8mm钻铤×3根+Φ213螺旋扶正器+Φ177.8mm钻铤×6根+Φ158.75mm钻铤×9根+Φ127mm钻杆
三开
1283.95~2280
常规
钻具
Φ152.4mm钻头+Φ121mm无磁钻铤×1根+Φ121mm钻铤×15根+Φ121mm随钻震击器1套+Φ121mm钻铤×3根+Φ88.9mm钻杆
3、井斜控制设计
井斜控制计划与措施表6
井段
地层
井斜
(°)
钻压
(KN)
下部钻具结构
类型
钻铤尺寸(mm)
稳定器
高度(m)
0~350
沙溪庙组下段—新田沟组
2
10~120
钟摆
203×159
27
350~1284
自流井组
4
120~150
钟摆
177.8×159
27
1284~1784
须家河组
6
30~50
钟摆
120×190
17
~2280
雷口破—
嘉陵江组
7~10
40~60
塔式
120×190
4、钻井参数设计
钻头选型及钻井机械参数设计表7
序号
地
层
钻头
尺寸
mm
钻头
型号
数量
井段
m
进尺
m
纯钻
时间
h
机械参数
钻压
kN
转速
r/min
1
J2
311.2
SHT517RG
2
0~400
400
160
20~60
50~55
2
J1zL
215.9
SHT537RG
1
~655
255
100
60~120
55~60
3
J1zL
215.9
SHT537RG
1
~875
220
100
120~140
55~60
4
J1zL
215.9
SHT537GG
4
~1238.95
409
510
120~140
55~60
5
T3xj
152.4
HJT537GK
10
~1745
461
660
30~50
50~55
6
T1j
152.4
M1365(PDC)
2
~2280
535
450
40~60
65~75
5、钻井水力参数设计
钻井水力参数设计表8
序
号
井
深
m
钻头
水力参数
钻井液密度
g/cm3
钻头
尺寸
mm
喷嘴
面积
mm2
排
量
l/s
泵
压
MPa
压
耗
MPa
压
降
MPa
返
速
m/s
比水
功率
W/mm2
喷射
速度
m/s
冲击力
kN
岩屑输送比
1
~350
311.2
633
35
6.9
2.9
4.03
0.53
2.01
84.7
3.41
0.59
1.06
2
~1000
215.9
509
27
6.4
4.05
2.38
0.9
1.76
53.1
2.29
0.86
1.60
3
~1284
215.9
509
27
7.1
4.69
2.38
0.9
1.76
53.1
2.29
0.86
1.60
4
~1745
152.4
461
18
13.3
12.34
0.92
1.29
0.91
39
0.81
0.84
1.15
5
~2280
152.4
461
16
12.6
11.87
0.7
1.15
0.61
34.7
0.61
0.81
1.10
注:
⑴在钻进过程中应根据实钻需要,调整喷咀大小,以保证钻进排量不低于设计排量。
⑵现场可参照本设计中喷嘴面积,选用不等径三喷嘴、双喷嘴、长喷嘴、脉冲喷嘴等组合方式,提高钻速。
⑶井径扩大率按5%考虑计算,考虑了泥饼因素。
⑷表中数据为理论计算数据,钻进过程中可根据现场实际情况进行调整。
⑸接近预计的复杂层段、目的层时,不装喷嘴、不装扶正器、以便为压井、堵漏提供条件。
四、套管与固井设计
1、套管柱设计
1.1套管柱设计采用等安全系数法:
根据SY/T5322《套管柱强度设计推荐方法》进行安全系数取值,抗拉安全系数取1.85,抗挤安全系数取1.0,抗内压安全系数取1.25,套管设计结果见表3-5。
1.2本井的技术套管、生产尾管,设计选用了抗硫套管(J55型以上)。
表层套管选择J55钢级,有利于二开一旦发生井喷提高关井能力。
详细的套管性能数据和各层套管设计结果如下:
设计原始数据
(1)表层套管
设计原始数据如下表:
表9
井型
水井
下次最大钻井密度
1.60g/cm3
岩石波桑系数
0.35
井号
RK-1
下次最小钻井密度
1.10g/cm3
套管下人总长
350m
类型
表层
地层水密度
1.05g/cm3
掏空系数
0.6
尺寸
244.5mm
天然气相对密度
0.55
抗挤系数
1.00
下深
350m
地层压力梯度
0.0115Mpa/m
抗内压系数
1.10
水泥返高
350m
上覆岩层压力梯度
0.023Mpa/m
抗拉系数
1.85
固井时钻井液密度
1.15g/cm3
破裂压力梯度
0.0135Mpa/m
是否塑变地层
否
抗挤设计表层套管
MPa
选J-55壁厚8.94mm的套管,其套管参数如下表:
表10
直径
244.5mm
单位长度重量
53.57Kg/m
钢级
J-55
抗挤强度
13.9MPa
扣型
短圆扣
抗内压强度
24.2MPa
壁厚
8.94mm
抗拉强度
2015KN
管体屈服强度
2508KN
Sc=Pco/Pce=13.9/2.23=6.23>1,满足要求。
抗内压强度:
井底最大内压力为Pbs=0.00981×(1.60-1.05)×350=1.89Mpa,
Si=Pbo/Pbe=24.2/1.89=12.8,满足要求。
抗拉强度校核:
井口有效拉力Te=53.57×350×9.8/1000×(1-1.15/7.88)=156.93KN,抗拉强度T0=2015KN,
所以,Sto=2015/156.93=12.84>1.85,满足要求。
(2)技术套管
设计原始数据如下表表11
井型
水井
下次最大钻井液密度
1.30g/cm3
岩石的波桑系数
0.30
井号
RK-1
下次最小钻井液密度
1.05g/cm3
下入总长
964m
类型
技术套管
地层水密度
1.05g/cm3
掏空系数
0.5
尺寸
177.8
天然气相对
0.55
抗挤系数
1.00
下深
1480m
地层压力梯度
0.0135Mpa/m
抗内压系数
1.10
水泥返高
370m
上覆岩层压力梯度
0.023Mpa/m
抗拉系数
1.65
固井时钻井液密度
1.6g/cm3
破裂压力梯度
0.021Mpa/m
是否塑变地层
否
抗挤设计技术套管
Pce=0.00981(1.6-(1-0.5)1.05)964=10.17Mpa。
选择技术套管性能参数如下表:
表12
直径
177.8mm
单位长度重量
34.23Kg/m
钢级
J-55
抗挤强度
22.54MPa
扣型
长圆扣
抗内压强度
30MPa
壁厚
8.05mm
抗拉强度
1516.8KN
管体屈服强度
1846KN
SC=22.54/10.17=2.22,满足要求。
校核套管抗拉强度
套管顶部有效拉力Te=.00981×(1-1.6/7.88)×34.23×964=257.98KN,
St=1516/257.98=5.88,满足要求。
校核套管抗内压强度
底部有效内压Pbe=0.00981(1.30-1.05)964=2.36Mpa,
Si=30/2.36=12.71满足要求。
套管设计结果如下表:
表13
套管
类型
序号
套管尺寸(mm)
钢级
壁厚
(mm)
每米
重量
kg/m
段重
(t)
累重
(t)
井段
(m)
抗挤
系数
内压系数
抗拉
系数
钻井液密度
g/cm3
表层
套管
1
244.5
J-55
以上
8.94
53.7
18.8
18.8
0-350
2.23
12.8
12.8
1.15
技术
套管
1
177.8
J-55
以上
8.05
34.23
33
33
350
-
1284
2.22
12.7
5.88
1.60
尾管
筛管
1
127
J55
以上
9.19
26.79
23.33
23.33
1260-
2280
足够
足够
足够
足够
说明:
(1)套管强度计算采用《套管柱强度设计推荐方法(SY/T5322-2000)》。
(2)地层压力按垂深计算,套管的抗外挤强度均按掏空系数设计。
(3)各层套管均采用高温高压螺纹密封脂。
(4)固井附件扣型要与套管扣型相匹配,强度不得小于套管强度,性能与套管一致。
(5)下生产套管前要有防止下套管过程一旦出现溢流能实施关井的措施(手段)。
2.固井与水泥用量设计
2.1、水泥用量见表。
表14水泥用量设计表
钻头
直径(mm)
套管
尺寸(mm)
下入深度(m)
套管内径
(mm)
水泥塞
高度
(m)
水泥返至井深
(m)
水泥浆密度(g/cm3)
井径扩大率(%)
水泥附加量(%)
干水泥用量
(t)
固井方式
311.2
244.5
0~350
226.6
30
地面
1.85
12%
5%
24
一次性固井
215.9
177.8
318~1284
161.7
40
喇叭口
1.85
10%
5%
31
一次性固井
152.4
127
1260~
2280
108
筛管
说明:
(1)固井施工方案以固井队提供的固井设计为依据。
管串附件按固井设计准备和安装。
(2)实际固井水泥用量应按电测井曲线计算为准。
固井前必须做好水泥浆与井浆污染的室内和现场试验,防止固井“电线杆现象”的出现。
(3)钻遇漏层必须先堵漏,完钻后按固井要求进行全井承压实验。
(4)水泥浆型号两次固井均选用42.5R
2.2、固井质量要求
⑴对各层套管固井后进行全井筒套管柱试压,试压要求见原,试压时间在水泥候凝48小时后下钻探到水泥塞时进行。
⑵各层套管座下到达预定井深,下套管使用液力套管钳上扣,上扣扭矩合乎标准要求。
⑶表层套管固井水泥浆应返至地面,技术套管返至喇叭口,未返至地面或喇叭口要采取补注措施。
2.3、下套管注意事项
⑴、套管入井前要重新查长度、钢级和壁厚,以及根数。
管丝扣要清洗干净,在场地上用套管高温高压螺纹密封脂均匀涂抹套管母扣上;
⑵、套管上钻台前用手上紧公扣护丝,并用最小的内径规逐根通内径,内径规必须由专人负责管理,防止丢失或掉入井内,下完后交技术员验收;
⑶、所有入井的套管要严格按设计的管串结构和入井编号顺序入井,若有损坏,须立即报告现场施工人员,不得自行更换;
⑷、套管鞋以上5根套管接箍上下(包括回压凡尔)在丝扣联接好后进行铆接;
⑸、要盖好井口,随时检查钳牙,防止落入井内,井口套管要用套管帽盖好,绳套要套牢实;
⑹、控制好下放速度,在易漏、易塌井段,应缓慢均匀下放,每根套管下放速度不超过0.5m/s。
⑺、下套管中途遇阻卡,上提不超过50KN,下放不超过50KN(除正常摩阻外)。
不能猛提、猛刹、猛放,不得卡上卡瓦转动套管,应循环泥浆,慢慢活动;
⑻、套管上钻台公扣护丝用手上紧,先用旋绳引扣,不能错扣,扣要上紧,余扣不超过1扣;
⑼、每下20根套管灌泥浆一次,并以悬重增量和灌入量进行检查。
由当班采集工负责记录灌入量和返出量。
⑽、在接联顶节以前检查场地上备用套管的根数及编号,确保数据准确无误;
⑾、下联顶节时,可在丝扣处涂抹黄油,但丝扣要上紧,下完套管接水泥头,应开泵小排量循环至固井施工,待井下情况正常后做好注水泥施工准备;
⑿、鉴于该井套管下入深度较深、井口段套管负荷大,下套管遇阻时不能强行下压和上提,防止套管滑扣或压坏套管。
⒀、套管下出裸眼以后,灌泥浆的过程中,如果时间较长时,要注意活动套管,防卡套管。
⒁、下套管过程中,严格执行操作规程,把安全工作放在首位。
2.4、管串结构
⑴一开固井:
套管柱管串结构:
引鞋+套管鞋+套管2根+浮箍+套管串+联入
⑵二开固井:
套管柱管串结构:
浮鞋+套管2根+浮箍+套管串+倒扣器+送入127钻杆+方入
⑶联入必须计算准确,保证防喷管线顺利接出。
2.5、下套管前准备工作
⑴使用原钻具通井,确保无阻卡现象,30~35L/s排量循环洗井,确保井眼无沉砂、无垮塌、无漏失、井深准确无误;
⑵最后一次通井下套管前,应调整好钻井液性能,充分循环,保证钻井液性能稳定;
⑶钻井、地质、固井技术人员应按本设计中固井工具材料清单逐一核对到井工具、材料的规格、品种、数量,并就材料的质量和结构尺寸等进行检查和描述,做好原始记录,如不合格,应立即采取相应的整改措施;
⑷对现场引鞋、套管鞋、回压阀等入井工具进行检查;
套管送到井场后,必须及时核对钢级、壁厚,清洗丝扣,由工程和地质人员分别进行长度丈量,按设计入井顺序排列、编号,原始数据要记录准确;
⑸所有附件和工具必须由专人保管和检查,并提前与套管合扣;
⑹严格按设计施工程序组织施工,坚持召开施工前安全技术交底会,指定施工指挥,各岗位职责明确,专人负责,统一服从施工指挥者的指挥;
2.6、注水泥准备
⑴按照《固井设备操作规程》检查和确认固井作业所用设备和其油、气、水、灰管线及固井高压管线和阀门等是否符合施工要求;
⑵检查和确认下灰系统、混浆系统、供气系统、供水系统和混合液混拌系统等是否符合施工要求;
⑶固井水罐的闸门、管线、罐体不能有漏液现象,循环泵,增压泵必须满足固井施工要求;
⑷严格按要求完成固井配液、水泥大样复查和设备准备等固井各项准备;
⑸施工设备及管汇在家必须按相关标准检查好,方能上井;
⑹泥浆泵、泥浆罐必须按相关标准检查好,做好泥浆的顶替和回收工作以及检查好封井器是否工作正常;
⑺水泥必须小批量按比例混装,所装灰罐现场必须标明种类和数量。
⑻严格控制施工排量,注水泥浆排量为20~20l/s,替浆排量为25l/s;
2.7施工组织
⑴指挥组
负责实施固井全过程的组织、指挥和决策,按设计要求和工程需要组织调度人员、器材,贯彻、落实各项工艺技术措施、抓好质量和安全工作。
⑵技术组
负责固井施工设计的制订,对固井施工各环节的技术问题提出意见,并具体实施固井施工设计,主要负责管串排列及入井和水泥实验。
⑶水泥车组
负责水泥车设备的正常运转,在施工中按要求注水泥、替浆等,保证水泥浆密度达到设计要求,确保固井施工过程连续、安全。
⑷水泥试验组
负责室内、现场水泥试验,以及现场配药和供水工作,确保水泥浆性能稳定,施工连续。
⑸钻台组
负责水泥头闸门倒换、负责装胶塞、开挡销等。
⑹供水组
负责接水管线和供水泵的正常运转,注水泥时保证供水的连续性和排量。
⑺泵房组
负责泥浆泵的检查和正常使用,配合计量人员倒换循环罐闸门。
⑻泥浆组
负责泥浆的配制、供给和回收。
⑼计量组
负责记录注水泥和替泥浆时的正返计量,要求准确无误。
⑽测量组
负责水泥浆的人工点测工作,要求测量准确、迅速。
⑾机电组
负责机房、发电房设备的正常运转和固井施工的连续供电。
⑿资料组
负责固井全过程的资料收集和监测水泥浆密度、观察压力和泥浆出口返出情况。
⒀突击组
负责井场地面高压管线的检查、固定和突发事件的处理。
2.8施工安全预案
⑴、固井施工必须符合“固井工程HSE”有关规定要求;
⑵、所有本井固井工作必须严格遵循本设计,如有变化,必须请示本井指挥组;
⑶、水泥试验必须遵循先做小样,再配大样,再做大样的试验程序,若发现不安全因素,立即汇报本井施工指挥组,必须及时处理;
⑷、吹灰入罐前必须吹净大罐,并且外掺料与水泥的干混必须按试验比例进行严格把关;
⑸、施工时各岗位人员必须坚守岗位,履行岗位职责,不得窜岗乱岗,不得无故进入高压区;
⑹、下套管前必须仔细检查提升系统,对问题彻底整改;
⑺、本井施工时,只能由一人统一发令;
⑻、参加施工人员劳保用品必须穿戴整齐。
2.9施工环保预案
⑴配固井水时,在保证施工用水前提下,尽量减少固井水;
⑵施工
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