钻完井工程设计（DOC40页）

作品简介本次钻完井设计研究目标为以直井W10为基础钻一孔侧向水平井，且要求穿过靶点1和靶点2，难点在于靶点1、靶点2与直井W10不在一个平面内。本设计在完成设计要求的前提下提出了一套有效、安全、经济的设计方案。（1）井眼轨道设计侧井采用两段式井眼剖面轨道，绘制了井眼剖面图。（2）井身结构设计设计了满足压力约束条件的井身结构，绘制了井身结构示意图（3）钻井液设计选择了各井段钻井液体系，确定了各井段钻井液配置，针对储层性质，提出了完井液的储保护措施（4）钻柱设计钻具组合必须满足剖面设计要求，以充分提高钻井速度。（5）机械破碎参数设计适应地层特点，提高效率。（6）固井与完井设计得到各层套管固井设计结果，确定了各层套管固井施工程序。（7）HSE要求确定了HSE管理体系中有关健康、安全、环保的有关要求。钻完井工程设计第1章地质概况1.1自然地理概况现有XXX油田某区块，W1-W8为8口生产井，已经投入生产多年，目前开发面临着诸多问题。W9、W10为评价井。W1-W8中，仅W7曾经进行过强化注水。10口井井位大地坐标见表1-1，井位分布见图1-1。该区域地势比较平坦，主要地貌为波状起伏的低平原，海拔高度在131.77m-141.93m。境内无山岭、丘陵和河流，而多自然泡泊，排水不畅。夏季雨热同期，冬季寒冷漫长，气温变化急剧且多风沙。年平均气温3.4℃，一月份平均气温-19.1℃，七月份平均气温22.9℃，最高气温37.4℃，最低气温-36.2℃。年降雨量445mm左右，降水主要集中在夏季，属于北温带大陆性季风气候。该区周围有居民点，附近有铁路穿过，交通便利。移动、联通网络均覆盖该地区，通讯发达。该区域生产井集输管网拓扑结构如图1-2所示表1-1W1-W10井位大地坐标井号Y（m）X（m）W1110235201007920W2110234191008309W3110233321008646W4110232271009067W5110232771007249W6110230801008020W7110228801008798W8110228251009439W9110228261010300W10110232571010200图1-1XXX油田某区块井位分布图图1-2W1-W8集输管网拓扑结构示意图1.2区域地质概况1.2.1地层分层本区钻遇地层自上而下划分为第四系和白垩系，缺失第三系地层。白垩系地层从上到下还可分为A、B、C、D、E、F六个地层详细的地层厚度及岩性岩相描述如下（自上而下）：（1）第四系地层：厚度55-90m，主要岩性为粉砂与杂色砂砾层，河流相；（2）白垩系A1层：厚度78-196m，主要岩性为灰绿、紫红色泥岩、粉砂质泥岩，滨湖相；（3）白垩系A2层：厚度97-165m，主要岩性为灰绿色泥岩、粉砂质泥岩与灰色泥质粉砂岩，半深-浅湖相；（4）白垩系B层：厚度90-170m，主要岩性为灰绿色泥岩、紫红色泥岩、粉砂岩与紫灰色泥质粉砂岩，河流相；（5）白垩系C1层：厚度92-160m，主要岩性为紫红、灰绿色泥岩、灰色泥质粉砂岩和粉砂岩，河流-滨湖相；（6）白垩系C2层：厚度100-170m，主要岩性为灰黑色泥岩，夹紫红色泥岩及灰色粉砂岩、泥质粉砂岩，滨湖-浅湖相；（7）白垩系C3层：厚度72-150m，主要岩性为黑灰色泥岩、泥质粉砂岩与棕灰、灰色粉砂岩和细砂岩，半深-深湖相；（8）白垩系C4层：厚度94-121m，主要岩性为灰黑泥岩和含油页岩，半深-深湖相；（9），；（10）白垩系D1层：厚度79-120m，主要岩性为黑灰色泥岩、泥质粉砂岩，滨浅湖相；（11）白垩系D2层：厚度95-130m，主要岩性为绿灰色泥岩与棕色粉砂质泥岩，三角洲相；（12）白垩系E1层：厚度199-358m，主要岩性为灰黑、深灰色泥岩、泥质粉砂岩，滨浅湖相；（13）白垩系E2层：厚度52-80m，主要岩性为黑色泥岩，半深-深湖相；（14）白垩系F1层：厚度70-100m，主要岩性为灰色泥岩、灰色泥质粉砂岩，河流-滨浅湖相；（15）白垩系F2层：厚度至少370m，主要岩性为粉砂质泥岩与灰色泥质粉砂岩，河流-滨浅湖相。1.2.2构造特征本区块主要构造类型为背斜。构造的西翼地层倾角约为5°，东翼地层倾角约为3°。区域内主要发育正断层。断裂活动主要分为两期，主要从以下方面做出阐述：（1）断裂走向区块断裂走向自下而上总体趋势有些类似，主要以北西向为主，倾向以北东向为主，少部分断层倾向为北西向。（2）断裂密度区块断裂密度自上而下是逐渐增大的。第一期断裂活动断裂密度较大，一般在0.2条/km2-0.9条/km2；第二期断裂活动断裂密度较小，一般在0.11条/km2左右。（3）断裂规模第一期断裂的断距一般为40m以下，延伸长度普遍小于3km；第二期断裂的断距同为40m以下，但其延伸长度可达4km。（4）断裂构造带特征区块断裂的展布虽然总体上是北西走向，但是同一方位的断裂一方面成带分布，一方面带的展布特征也存在明显的不同。区块共发育三组走向的断裂构造条带，其一是北北西走向断裂构造带共7条，条带断续延伸范围较大，组成构造带的断裂呈现右阶斜列特征，断续的带与带之间也为右阶排列，反映左旋变形；其二是北西西-近东西向断裂构造带共11条，条带延伸较短，组成带大断裂呈现左阶排列特征，反映右旋变形，该走向的断裂构造带一般限制了北北西向断裂构造，使北北西向断裂构造带断续延伸；其三是近南北向断裂构造带5条，主要发育在靠近次级背斜的转折端，转折端部位在晚期反转变形中主要发生背形弯曲。第2章钻孔资料及钻进要求以W10为基础钻一口侧钻井，要求穿过两个靶点，W10基础信息和靶点位置见下表，请给出合理的钻井工程设计。表2-1W10基础信息和靶点位置井号W10靶点1坐标X1009832靶点2坐标X1009635Y11023227Y11023126垂深(m)1090m垂深(m)1100m地层倾角(°)2.04地面海拔m136.00预计补心距m5.00W10井身结构如下表：表2-2W10井身结构开钻次序井深m钻头尺寸mm套管尺寸mm套管下入深度m环空水泥浆返深m一开101374.4273.1100地面二开1320215.9139.71317981地层重要情况提示见下表：表2-3地层重要情况提示地层复杂情况提示第四系防漏防塌AA1A2防漏防塌BB防漏防塌CC1防塌防斜C2C3C4防塌防斜C5DD1防油水侵D2防油水侵+可能的防塌EE1防油水侵+防塌E2FF1防油水侵+防塌F2第3章井眼轨道设计3.1轨道设计遵循原则根据井口坐标和给出的靶点坐标设计井眼轨迹。应遵循以下原则：满足地质和生产的需要；满足钻完井管柱和工具的要求；考虑地质因素影响的前提下，选择剖面简单、易于施工的井眼轨迹。3.2侧钻井轨道设计应注意的要点（1）平台位置优选平台位置优选除考虑总井深和总水平位移最小的一般性原则外，还应考虑单井的工程风险及其他限制条件，相关考虑因素如下：1）现有设备能力和工艺技术必须满足丛式井作业要求。2）考虑潜力区并兼顾周边油田开发。3）考虑依托周边已有工程设施，如海管及附近可利用的生产设施。4）尽量避开古河道、埋积谷等易发生复杂地质灾害的区域。5）单井最大水平位移和井深在可接受范围内，尽量减少三维井和高水垂比井。6）考虑复杂地层，如浅层气和断层的因素影响。7）尽可能避免绕障作业。（2）造斜点和造斜率造斜点应尽量选在稳定、均质、可钻性较高的地层，造斜点深度的选择应考虑如下几点：1）推荐相邻井的造斜点深度错开30m以上，防止井眼间窜通和磁干扰。2）位移小的井，选择深造斜点；位移较大的井，选择浅造斜点。3）如最大井斜角超过采油工艺或常规测井的限制或要求，应尝试提高造斜点或增加设计造斜率。4）通常各井的设计造斜率范围为(2.1°~4.8°)/30m。5）尽量使稳斜角不小于15°。根据区块地质情况及开发需求，本区块采用侧向水平定向井，钻孔轴线轨迹组合方式为直线—曲线—直线型。3.3井身剖面设计依据(1)应能实现钻定向井的目的。对于薄油层以及裂缝性油层，为了增大泄油面积，扩大开发效果，提高产量，往往设计成多底井或水平井。由于本区老井孔W10与靶点1和靶点2不在同一平面内，采用两次造斜曲线。(2)应尽可能利用地层的造斜规律。利用地层的造斜规律，可减少人工造斜的困难，进而降低工作量。随着地层造斜面的上倾，井斜的自然变化大多有逐步增加的趋势。(3)应有利于采油工艺的要求。考虑到采油工艺的工具在井下较小，因此要求井眼曲率也不宜过大，进入油层时的井眼曲率也应尽可能的小，最好为铅垂进入，从而改善抽油杆在地层中的工作条件，利于封隔器在套管内坐封以及进行其他增产措施。(4)应有利于安全、优质、快速钻井。为了确保安全、优质、快速钻进，应考虑的问题有以下几点：①选择合适的井眼曲率。首先井眼曲率不宜太大或太小。过小时以造成造斜段钻进时间长，导致稳斜段短，会造成方位调整回旋余地小的问题。而过大则会造成钻具偏磨严重，起下钻困难的问题；同时因容易磨出键槽而导致卡钻；并且会给其它井下作业造成困难。为了钻井顺利进行，应该将最大井眼曲率数值限制为：井眼弯曲会使套管产生附加弯曲应力𝜎𝑐。为了保证套管安全，必须限制井眼曲率。这个限制的值取决于允许的附加弯曲应力【𝜎𝑐】的大小，且应满足下式由于允许的附加弯曲应力【𝜎𝑐】取决于套管的实际受力状态，因此无法预先给定允许附加弯曲应力【𝜎𝑐】。可以先根据给定的最大井眼曲率𝐾𝑚，计算出附加的弯曲应力𝜎𝑐：在进行套管柱强度设计时，将附加弯曲应力𝜎𝑐考虑在内。②选择易钻的井眼形状。在满足工艺以及设计要求的前提下，尽可能缩短井眼长度，因为井身短则可能钻井时间短。但也要注意井身短往往施工难度较大。③选择恰当的造斜点。造斜点应选在比较稳定的地层，岩石硬度不太高，不能有易坍塌、易膨胀的地层，也不能有其它复杂地层。在丛式钻井中，相邻井不要在同一深度处造斜，造斜点应上下错开，以免井眼相交。3.4井眼轨迹设计基础数据本设计的侧向水平定向井，目的层为白垩系D1层：厚度79-120m，主要岩性为黑灰色泥岩、泥质粉砂岩，滨浅湖相，其上地层为白垩系C5层：厚度93-165m，主要岩性为灰黑色泥质和含油页岩，半深-深湖相，此地层适合造斜。所以选取造斜点为老井W10垂直深度为Dkop=950m。表3-1井口及靶点坐标资料XYZ(深度)井口坐标1010200110232571421靶点1100983210098321090靶点21009635110231261100井眼轨道剖面如下图：图3-1井眼轨道剖面图井口坐标投影井口靶点1坐标投影靶点2坐标投影造斜点靶点1靶点2直井W10侧井第4章侧井井身结构设计4.1井身结构设计依据（1）根据《井身结构设计方法》（SY/T5431-1996）。（2）依据已钻井实钻资料。4.2设计原则（1）能有效地保护油气层，使不同地层压力的油气层免受钻井液损害；（2）能避免漏、喷、塌、卡等井下复杂情况的产生，为全井安全、顺利地钻进创造条件，以获得最短的建井周期；（3）钻下部地层采用重钻井液时，产生的压力不致压裂上部最薄弱的裸露地层；（4）下套管过程中，井内钻井液柱的压力和地层压力之间的压力差，不致产生压差卡套管现象；（5）当实际地层压力超过预测值使井出现溢流时，在一定范围内，允许进行压井施工。（6）应充分满足钻井、完井生产需要以及获取参数的需要。（7）所采用的所有钻井工艺技术应有利于保护煤储层。（8）充分考虑到出现漏、涌、卡、塌等复杂情况的处理需要（一般应留有余地），以实现安全、优质、快速、低成本钻井。（9）应尽可能的简化井身结构，以降低成本和避免工程失误。井身结构的设计在满足勘探开发要求的前提下，还应遵循安全作业和经济性的原则：1）满足勘探和开发要求①对于探井，井身结构设计应满足地质取资料要求（如：取心、测井、测试和加深等），考虑探井作业的不确定性，应尽量预留一层技术套管。②对于开发井，井身结构应满足完井、采油及增产作业的要求；为有效的保护油气层，可考虑必要时增加一层技术套管。2）压力平衡原则压