石油工程设计大赛--单项组钻井工程

直井、单翼多分支水平井钻完井工程设计单位名称：燕山大学团队名称：钻井十六队团队成员：韩頔赵文指导老师：李子丰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为裸眼完井1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，完成了油田总体开发方案编制指南要求的所有内容。3目录总论4123直井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计HSE与经济评价1.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15°，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100m。总体属地质构造简单类。根据大赛给定方案，选择Z1直井和Z3单翼多分支水平井进行钻完井工程设计。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：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。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，规范性和科学性兼具。构造位置：井口位置：2.1.1基本数据2.直井钻完井工程设计沁端区块X:19648955Y:3965049H:920m井型：直井井别：开发评价井区块地形图完钻层位及原则：设计井深：2.1.1基本数据2.直井钻完井工程设计主井完钻层位：15#煤层；主井完钻原则：原则上钻至完钻层位下60米完井；设计井深：井眼垂深798m。完井方式：套管射孔完井区块构造纲要图目的层:目标煤层：3#+15#2.1.2设计依据(1)DZ/T0249-2010《煤层气田开发方案编制规范》；(2)Q/CUCBM0301-2002《煤层气钻井工程作业规程》；(3)SY/T5431-2008《井身结构设计方法》；(4)DSB-9103《直井井斜控制技术规范》；(5)SY/T5964-2003《钻井井控装置组合配套、安装调试与维护》；(6)DSB8803《石油钻井泥浆技术规范》；(7)SY/T5412-1996《下套管作业规程》；(8)DSB9301《固井技术规范》；(9)SY/T6259—1996《气井开采技术规程》；2.直井钻完井工程设计所执行的主要标准及规范：资料依据(1)W1~W6参数井、W7~W11和W12~W16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。2.1.3地层压力预测2.直井钻完井工程设计井号层号闭合压力MPa闭合压力梯度MPa/m破裂压力MPa破裂压力梯度W53#8.1540.01518.370.015515#11.3920.017810.7520.0168表2.1临井压力测试数据表压力预测梯度图2.直井钻完井工程设计2.2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Φ244.5mm，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Φ139.7mm。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2.直井钻完井工程设计2.3井身质量要求表2.4井身质量要求表井段/m最大井斜角/(°)最大水平位移/m最大全角变化率井径平均扩大率/%全井煤层段0-500≤1.513≤1.21525500-800≤223≤1.5序号名称型号规格数量载荷功率0钻机ZJ-30B——11绞车JC—20B——12井架JJ170/41-K1——13天车TC-170B1700—14游动滑车YC170A1700—15大钩DG—2002000—16水龙头SL—2502500—17转盘ZP—1751350—18钻井泵SL3NB—500——39钻井液循环罐ZJ30B——49动力机G12V190PZL—730110压风机2V8A5.5/12—43211发电机组1#TAD1232GE—30022#TAD1631GF—400214振动筛S230-3—4215除砂器NCJ227——116除泥器XQJS300——117离心机HZCQ240F-A——12.直井钻完井工程设计2.4钻井主要设备开钻次序钻进井段钻具组合（包括钻头、稳定器、钻铤和钻杆等外径、长度及安装位置）备注180Φ311.2mm钻头+Φ203mm无磁钻铤×1根+Φ203mm钻铤×6根+Φ127mm钻杆满眼钻具2798Φ215.9mm钻头+Φ214mm扶正器1根+Φ177.8mm钻铤1根+Φ214mm扶正器1根+Φ177.8mm钻铤5根+Φ158.8mm钻铤9根+Φ127mm钻杆2.直井钻完井工程设计2.5.1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2.5.2钻柱设计表2.7钻柱设计数据表开钻次序井段/m钻头直径/mm钻铤钻杆外径/mm内径/mm长度/m钢级外径/mm壁厚/mm长度/m抗拉安全系数抗扭安全系数10-80311.120357.280E1279.19801761.355711280-798215.915971.4718E1279.197181761.3557112.直井钻完井工程设计2.6钻井液一开井段：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：40~60kg/m3；Na2CO3：2~3kg/m3；NaOH：1~2kg/m3；PAC-141：3~5kg/m3；HMP-21：15~20kg/m3；FT-103：15~20kg/m3；RH8501：20~25kg/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2.7钻井参数表2.8钻井参数表开钻次序序号尺寸类型型号钻进井段进尺机械钻速纯钻时间h钻井参数钻压转速排量立管压力一开1311.1牙轮GJ4350803.0241:205074696二开2215.9PDCR42380718538:1050603062.直井钻完井工程设计2.9煤层气井井控要求表2.9各次开钻防喷器及试压要求表开钻次数名称型号试压要求井口试压(MPa)试压时间(min)允许压降(MPa)二开双闸板防喷器环型防喷器2FZ28-35FH28-3535.024.5≥15≤0.7压井放喷节流管汇YG-35.JG/S3-35与防喷器联试二开井口装置2.直井钻完井工程设计2.10取心施工设计常规井径取心：Φ215mm取心钻头+Φ178mm绳索式半合管取心工具+Φ177.8mm钻铤（内径≥95mm）6根+Φ127mm钻杆（内径≥95mm）+133.3mm方钻杆。表2.10取心工艺参数表井段钻压kN转速r/min排量L/s煤层段40408非煤层段5060122.直井钻完井工程设计2.11.1套管柱设计表2.11套管柱设计数据套管层次表层生产井段0-8080-793套管尺寸244.5139.7段长80713钢级J-55C-75壁厚10.037.72重量59.5325.30抗拉28031655抗挤17.741.6抗内压27.250扣型长圆长圆井眼尺寸(mm)套管外径(mm)套管下深(m)钻井液密度(g/cm3)水泥浆返深(m)水泥浆密度(g/cm3)水泥型号注水泥量(m3)311.1244.50-801.0301.85G3.4255.9139.780-7981.163501.85G19.02.直井钻完井工程设计2.11.2注水泥设计表2.12注水泥设计表2.直井钻完井工程设计2.13完井井口装置生产套管串的结构组合采用的套管组合为：Φ139.7mm引鞋+Φ139.7mm套管1根+阻流环+Φ139.7mm套管+Φ139.7mm短套管1根+Φ139.7mm套管+联顶节。套管附件规范及数量生产套管：Ф139.7mm（可钻）浮鞋1套；Ф139.7mm（可钻）浮箍1套；Ф244.5mm×Ф139.7mm扶正器，煤层上下50米每根套管加一只，其余每三根套管加一只，扶正器不能在煤层中。作业内容机械钻速纯钻时率纯钻时间作业天数累计作业时间1Φ311.1mm钻头钻进80m，下φ244.5mm套管、固井、侯凝、装井口、试压25—4222Φ215.9mm钻头钻进80-798m10607012143下Φ139.7mm套管，固井、侯凝、装井口等———216合计——7416162.直井钻完井工程设计2.14钻井进度计划表2.16直井钻井进度安排表构造位置：井口位置：3.1.1基本数据沁端区块X:19649533Y:3964360H:892m井型：单翼多分支水平井井别：开发评价井区块地形图3.单翼多分支水平井钻完井工程设计完钻层位及原则：设计井深：3.1.1基本数据3.单翼多分支水平井钻完井工程设计主井完钻层位：3#煤层；主井完钻原则：钻达设计B靶点；设计井深：井眼垂深703m；测深1710m。完井方式：裸眼完井区块构造纲要图目的层:目标煤层：3#3.1.2设计依据(1)DZ/T0249-2010《煤层气田开发方案编制规范》；(2)Q/CUCBM0301-2002《煤层气钻井工程作业规程》；(3)SY/T5431-2008《井身结构设计方法》；(4)SY/T5955-2004《定向井井身轨迹质量》；(5)SY/T5964-2003《钻井井控装置组合配套、安装调试与维护》；(6)DSB8803《石油钻井泥浆技术规范》；(7)SY/T5412-1996《下套管作业规程》；(8)DSB9301《固井技术规范》；(9)SY/T6259—1996《气井开采技术规程》；所执行的主要标准及规范：资料依据(1)W1~W6参数井、W7~W11和W12~W16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。3.单翼多分支水平井钻完井工程设计3.1.3地层压力预测井号层号闭合压力MPa闭合压力梯度MPa/m破裂压力MPa破裂压力梯度W53#8.1540.01518.370.015515#11.3920.017810.7520.0168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压力预测梯度图3.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图3.单翼多分支水平井钻完井工程设计3.2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