石油工程设计大赛--钻井单项组

沁端区块煤层气田直井、单翼多分支水平井、交叉式排采水平井组钻完井工程设计团队编号：14143004作品特色我们团队除了完成大赛所要求的两口井型之外，又设计了一种适宜煤层气开采的新井型——交叉式排采水平井组。1水平井采用中短半径水平井技术，这样能够大大提高中靶精度，增产效益显著。2采用RMRS进行水平井与洞穴直井的穿针对接，这样能够保证对井眼轨迹的精准控制。3本设计所有选用管柱均采用《油气井管柱力学分析软件》进行了校核，结果显示管柱均能安全下入，在井下的稳定性良好。4本设计作品完整，编制格式内容完全达到最新版的《煤层气钻井工程施工设计格式》的要求。5油气井管柱力学分析软件管柱上提拉力扭矩图模拟井眼轨迹图管柱通过能力测试图软件界面图作品特色Z1直井钻完井工程设计Z3单翼多分支水平井钻完井工程设计T1交叉式排采水平井组钻完井工程设计健康、安全与环境（HSE）方案1234目录51.Z1直井钻完井工程设计Z1井61.Z1直井钻完井工程设计1.1.1基本数据井名：Z1井井别/井型：开发井/直井地理位置：山西省沁水县构造位置：沁水盆地南部沁端区块地形地貌及气象：本区属山丘陵地貌，以低山丘陵为主。本区为典型的干旱性大陆气候，降雨量较少冬季温低年平均400~900mm，年最大降雨量891mm，最大积雪深度212.5mm。年平均气温10.9℃，最高37.3℃，最低-16.3℃，最大冻土层深度0.41m。该区处于张性应力，地震发生的概率较低，其地震烈度为6度。1.1概况71.Z1直井钻完井工程设计1.1.1基本数据井位坐标：X：19648955Y：3965049H：925m目的煤层：3#煤层和15#煤层设计井深：796m完钻层位：石炭系上统太原组（C3t）完钻原则：钻到15#煤层留足测井口袋（60m）完钻。（考虑到排采过程中需要留有一定砂袋，因此煤层气井完井基本原则是钻至最下一个目的煤层底界之下40～60m完钻。）完井方法：套管射孔完井81.Z1直井钻完井工程设计1.1.2设计依据（1）《煤层气田开发方案编制规范》（DZ/T0249-2010）；（2）《煤层气钻井作业规范》（DZ/T0250-2010）；（3）《煤层气钻井工程安全技术规范》（9-SY6818-2011）；（4）《煤层气井下作业安全技术规范》（14-SY6922-2012）；（5）《煤层气录井安全技术规范》（12-SY6923-2012）；（6）《煤层气测井安全技术规范》（13-SY6924-2012）；（7）《油气井钻井地质设计规范》（Q/SH0075-2007）；（8）《石油天然气勘探开发地质录井规范》（Q/SH0076-2007）；（9）《油气井地质录井规范》（SY/T5788.3-2008）；（10）《录井分析样品现场采样规范》（SY/T6294-2008）；（11）《探井化验项目取样及成果要求》（SY/T6028-94）；（12）《录井资料质量评定规范》（Q/SH1093-2008）；（13）《油气井录井资料录取项目及归档要求》（Q/SH1094-2008）；执行标准及规范91.Z1直井钻完井工程设计1.1.2设计依据（14）《裸眼井、套管井测井作业技术规程》（SY/T5600-2002）；（15）《天然气工程安全技术规范》（第一部分：钻井与井下作业Q/SH0003.1-2004）；（16）《井身结构设计方法》SY/T-5431；（17）《钻井井控技术规程》SY/T-6426；（18）《油气探井工程录井规范》（SY/T6243-1996）；（19）《油气探井气测录井规范》（SY/T5788-2008）；（20）《油气探井录井资料质量控制规范》（SY/T6438-2000）；执行标准及规范（1）本区已钻煤层气参数井6口（W1～W6）和煤层气先导试验井组2个（分别为W7~W11井组和W12～W16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。资料依据101.Z1直井钻完井工程设计1.1.3钻井主要目的（1）建成1口高产煤层气直井；（2）为进一步评价3#、15#煤层气藏提供依据。1.1.4钻遇地层地层代号故障提示系统组第四系--Q防塌、防斜、防漏二叠系上统上石盒子组P2s防斜、防漏下统下石盒子组P1x山西组P1s石炭系上统太原组C3t中统本溪组C2b奥陶系中统峰峰组O2f防漏、防涌钻遇地层表111.Z1直井钻完井工程设计1.1.5地层压力预测本井压力预测梯度图地层压力当量密度地层破裂压力当量密度横坐标：当量钻井液密度（g/cm3)纵坐标：井深（m)121.Z1直井钻完井工程设计1.1.6取资料要求取资料要求岩屑录井钻时录井气测录井循环观察钻井液性能、温度录井氯离子测定迟到时间综合录井井场信息实时传输取心采送样品要求地球物理测井131.Z1直井钻完井工程设计1.2.1井身结构设计图1.2井身结构设计直井采用二开井身结构，第一次开钻钻开表层,并下表层套管封固地表易漏地层；第二次开钻钻至15#煤层以下60m，下入套管封固以上地层，最后采用套管射孔完井。141.Z1直井钻完井工程设计1.2.2井身结构设计数据开钻次序井段/m钻头尺寸/mm套管尺寸/mm套管下深/m环空水泥浆返深/m一开0-61311.1244.56060二开61-796215.9139.7794360井身结构设计数据表151.Z1直井钻完井工程设计1.3井身质量要求井段m最大井斜角/（º）最大水平位移/m最大全角变化率/（º/25m）井径平均扩大率/%全井煤层段0-500≤1.55≤1.21525500-1000≤210≤1.3注：1）直井段井身质量按该井井身质量要求执行，直井段钻进时要求30m内单点测斜一次。2）直井段全角变化率以造斜结束后单点测斜数据为依据，连续两点以上不合格者，算狗腿度超标。井身质量要求表161.Z1直井钻完井工程设计1.4钻井主要设备序号名称型号规格数量备注载荷(kN)功率(kw)一钻机ZJ-3022501-二井架JJ-170/41-A16661-三提升系统绞车JC-20DB2005001-天车TC-17017001-游动滑车YC-17017001-大钩DG-22522501-水龙头SL-25025001-四转盘ZP-17513501-五顶部驱动装置6027E2750六循环系统钻井泵1#F-13009601-钻井泵2#F-13009601-钻井液罐80m3含储备罐七动力系统柴油机1#G12V190ZLP-17351-柴油机2#G12V190ZLP-17351-柴油机3#G12V190ZLP-17351-钻机选型：本井选用ZJ-30型钻机,主要设备如下表。171.Z1直井钻完井工程设计1.4钻井主要设备八发电机发电机1#TAD1232GE3001-发电机2#TAD1631GF4001-九钻机控制系统自动压风机2V-6.5-121-刹车系统DS-90电磁涡流刹车1-辅助刹车EATTON盘式1-十固控系统振动筛1#ZS6B31-振动筛2#ZS6B31-除砂器NCJ2271-除泥器NCJ2271-离心机LW450-842N1-搅拌机NJ5.55.51-十一加重装置加重漏斗-1-电动加重泵-1-气动下灰装置-1-十二仪器仪表钻井参数仪表型号不作要求-1-测斜仪自浮式单点测斜仪1-MWD-1-十三液压大钳-1-181.Z1直井钻完井工程设计1.5.1钻具组合设计开钻次序钻进井段/m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161D311.1mm牙轮钻头+D311mm扶正器1根+D177.8mm钻铤1根+D311mm扶正器1根+D177.8mm钻铤5根+D158.8mm钻铤×6根+D127mm钻杆，起钻投测井斜0.2°满眼钻具2796D215.9mm牙轮钻头+D214mm扶正器×1根+D177.8mm钻铤×1根+D214mm扶正器×1根+D177.8mm钻铤×5根+D158.8mm钻铤×9根+D127mm钻杆，采用这套钻具组合可以有效控制井斜满眼钻具钻具组合表1.5钻具组合191.Z1直井钻完井工程设计1.5.2钻柱设计开钻次序井段/m钻头直径/mm钻铤钻杆钢级外径/mm内径/mm钢级外径/mm壁厚/mm内径/m抗拉安全系数抗扭安全系数10-61311.2D55177.871.4E1277.5181121.301.15261-796215.9D55158.857.2E1277.5181121.301.15钻柱设计数据表201.Z1直井钻完井工程设计1.6钻井液开钻次序测深深（m）常规性能流变参数密度ρ（g/cm3）马氏漏斗粘度T（S）API滤失量（ml）泥饼K（mm）PH值含沙量л（%）塑性粘度（mPa·s）动切力（Pa）静切力（Pa）一开0~611.03-1.0523-505-90.5-18~8.50.1-0.215-202.5-90.5-4二开61~7961.05-1.0840-6010-301-1.58.5-10≤0.215-203-122-18钻井液性能表注：1.上表数据为正常压力情况下推荐的钻井液性能，施工单位根据情况可在允许范围内进行调整。2.若在钻井过程中发现地层压力系数1.0，经请示项目组后可根据实际地层压力系数附加0.07~0.15g/cm3，确保井控安全。3.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。211.Z1直井钻完井工程设计1.7钻井参数设计开钻次序直径（mm）型号类型钻进井段（m）数量（只）机械钻速（m/h）纯钻时间（h）备注一开311.1HJ517三牙轮0~611320.3二开215.9HJ517三牙轮61~79615147煤层如需取心，则采用金刚石绳索取心钻头钻进钻头设计表开钻次序序号井段/m钻头钻井液密度/g/cm3机械参数水力参数直径/mm类型喷嘴组合钻压/kN转速/r/min立管压力/MPa排量/L/s泵压/MPa钻头压降/MPa冲击力/N喷射速度/m/s钻头水功率/kW比水功率/W/mm3环空返速/m/s环空压耗/MPa泵功率利用率/%当量直径/mm喷嘴直径/mm1#一开10~61311.1H517G25.981515151.00~1.030~5060~807.4030~5016~185.08486094.36254.053.350.790.0168.63二开261~796215.9JD43717.321010101.03~1.0820~8060~10013.6225~3015~179.714127127.39291.297.951.140.2158.56钻井参数表221.Z1直井钻完井工程设计1.8保护煤储层要求特殊要求平衡或欠平衡钻井使用无固相(或低固相)钻井液,减少钻井液侵入在取心钻进时缩短煤芯暴露时间固井时采用低密度、低上返的水泥浆231.Z1直井钻完井工程设计1.9.1防喷器设计开钻次序名称型号试压要求井口试压MPa试压时间min允许压降MPa二开单闸板防喷器FZ18-1414≥6≤0.7环型防喷器FH18-149.8钻井四通FS18-14---压井防喷节流管汇YG-14.JG-14.与防喷器联试各次开钻防喷器及试压要求1.9煤层气井井控设计各次开钻井口装置及试压要求表241.Z1直井钻完井工程设计1.9.1防喷器设计二开井口装置示意图井控管汇示意图压井管汇示意图251.Z1直井钻完井工程设计1.9.2井控具体要求（详见作品）井控操作要求井控设备要求井控技术要求123261.Z1直井钻完井工程设计1.10取心施工设计取心工具组合常规井径取心：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。取心工艺参数井段钻压kN转速r/min排量L/s煤层段20-5040-506-8非煤层段40-6060-6510-15煤层气井绳索取心施工工程参数表271.Z1