海洋钻井手册 钻井设计

1、第一章 钻井设计 .第一章 钻井设计第一节钻井设计的基本原则 . 钻井目的 . 钻井设计的要求 . 钻井设计的主要依据 : . 钻井设计的原则 . 设计钻井液密度的原则 . 井身设计 . 浅层气钻井设计原则 . 探井地层压力的预测和监测 . 评价井、开发井和调整井的设计 钻井平台的选择 . . 海洋环境的保护 . 六 七 八 九 十 十十二 . 钻井设计要体现低成本的原则 十三. 钻井设计的基本内容 . 第二节 钻井设计的制定程序 . 收集资料 . 分析资料 . 制定设计 . 设计人员的资格要求 . 审批程序 . 设计更改 . 钻井设计的主要内容 . 平台就位设计 . 井身结构设计 . 井口装

2、置设计 . 管柱设计 . 固井设计 . 钻井液设计 . 钻头设计 . 水力参数设计 . 钻具组合设计 . 井眼轨道设计与控制要求 . 地层评价计划 . . 防喷器系统 . . 钻井程序 . . 特殊作业程序 . . 潜在的风险问题及处理措施 . 工程进度计划 . . 材料计划 . . 成本预算 . 六第三节六. 七.八. 九. 十. 十一 十二 十三 十四 十五十六 十七 十八33333555第四节四五第五节钻井平台的就位设计要求 . 钻井平台的海上定位 . 钻并平台艏向 . 浮式平台的锚泊要求 . 自升式平台的就位要求 . 锚泊模式 . 井身结构设计 . 基础数据 . 套管层数与下人深度的设

3、计方法及步骤 海洋钻井中常用的井身结构 . 井身结构设计举例 . 81012第六 节钻井费用预算 . 预算的制定 . 钻并预算的主要内容 . 成本控制 . 预算的修改 . 钻井设计的成文格式 . 海底调查与土质调查 . 海洋钻井作业对气象和海况信息的要求 海洋总公司所属移动式钻井平台作业能力四. 附件 附件 附件 附件141414151516252628第一章 钻井设计钻井设计是在分析各种有关资料的基础上，遵循国家及政府有关机构的规定和要求， 按照安全、快速、优质和低成本的原则，科学地做出并经过一定的程序审核批准的。因此， 钻井设计应是钻井作业必须遵循的准则，钻井监督应认真遵照执行。第一节 钻

4、井设计的基本原则一. 钻井的目的，是为勘探和开发油气田服务。二. 钻井设计必须符合国家及政府有关机构的规定和要求， 保证钻井设计的 合法性。在地质设计中尽可能地提供所钻之井的 以及提出地质上要求的资料。1 个月提供井位意见书和勘探部在开钻前 31 周完成探井钻完井施工设计编制和审批。同时要求技术部在开三. 钻井设计的主要依据 :1. 地质设计是钻井设计必须遵循的主要依据。 地质情况 （包括地层孔隙压力、破裂压力等 ）， 探井的施工设计编制要求技术部在开钻前 周提供地质设计书，在此基础上钻井部在开钻前3 个月提供地质设计书， 在此基础上钻井部在开发井的钻井施工设计编制需要在钻完井基本设计的批准后

5、进行， 钻前 4 个月提供井位意见书和勘探部在开钻前 开钻前 2 周完成钻完井施工设计的编制和审批。）。2. 井场调查资料和邻井的钻井资料，也是进行钻井设计的主要依据。技术部至少在开 钻前 1 个月提供井位意见书，钻井部应在钻井船拖航前 2 周做完井场调查，获得的各有关 资料 （包括井位自然环境、土壤情况、浅层气等 ） ；同时，还应收集全邻井的钻井资料 （包括 复杂情况的处理、钻井液密度的使用情况等钻井部门应根据地质部门提供的资料和邻井资料，认真分析，作好钻井设计。如存在 由于目前技术水平、设备的限制，保证不了钻井作业在安全情况下进行，或钻井作业结果 达不到地质设计的要求，应尽早明确提出，以便

6、地质部门修改地质要求或调整井位位置。四. 钻井设计应体现安全第一的原则。大到井身结构， 小到每一项作业程序，都要重视安全，既要重视井下安全， 也要重视地 面安全， 把安全第一的原则贯穿到整个设计中。 对于重大的作业和风险大的作业， 还应制定 相应的安全应急程序。五 . 设计钻井液密度的原则钻井液密度必须大于地层孔隙压力当量密度，小于地层破裂压力当量密度。钻井液密度对地层孔隙压力的安全附加值，用压力表示，油井为1.53.5兆帕（217507磅/英寸2）,气井为3.05.0兆帕（435725磅/英寸2）。用密度表示为，油井为 0.050.10克/厘米3, 气井为 0.070.15 克/厘米 3。六

7、. 井身结构的设计，是钻井设计的关键内容，必须遵循下述几点1 保证井眼系统压力平衡，不出现喷漏同在一裸眼中，即钻下部高压地层时用的较高密度的钻井液产生的液柱压力，不会压漏上部裸露的地层。2 井内钻井液液柱压力和地层压力之间的压差不宜过大，以免发生压差卡钻。3 为保证安全钻进，必须用套管封住复杂地层井段，如易漏、易垮塌、易缩径和易卡 钻等井段。4 探井，特别是地层压力还没有被掌握的井，应设计一层套管作为备用，以保证井眼 能够钻到设计的深度。5 对钻探多套压力系统的井，应采用多层套管程序，以保护油气层不受钻井液污染和 损害。6 对高压油气井，套管应下至高压油气层顶部；对古潜山油气井，套管应下至风化

8、壳 层顶部。7 如果海底调查资料证实有浅层气，就应设计套管坐于浅气层的顶部，安装好井口控 制系统之后才钻开。七. 对于预测有浅层气的井，原则上应要求地质部门更改井位， 避开浅层气 ; 否则应具备井眼控制能力才钻开。浮式钻井平台在水深超过 100 米的海区作业， 在无法避开浅层气和建立井眼控制系统情 况下，建议用小钻头敞开 （不下隔水管 ）钻进，并根据情况，采取继续钻进、或动态压井、或 移开平台的方法处理浅层气。八. 探井必须进行地层压力预测和监测。 设计前，根据物探资料和邻井资料进行地层压力预测，以确定钻井液密度和井身结构； 钻进阶段，利用已获得的上井段电测资料对未钻开的地层进行压力预测，以调

9、整套管程序； 钻进中进行压力监测，力求及时发现异常压力地层，防止井喷，保证安全钻进；每层套管鞋 处一般情况下，从 339.73毫米（13-3/8 英寸）套管鞋处开始 都要进行地层泄漏 /破裂压力试验， 并在条件允许时压破地层。如果试验结果比预计的低，要分析原因，采取措施，以便安全钻 进。九. 评价井、开发井和调整井的设计 要根据最新的资料， 在对地层压力进行重新评价的基础上， 确定出更合理的钻井液密度 和井身结构，以提高钻井速度，保证作业安全。1荷的2大井口压力的 20%。最大井口压力是指井眼内钻井液被全部喷空而充满地层流体时的关井压十. 钻井平台的选择，应遵循 :钻机的钻井能力 : 选定的平

10、台的钻机最大额定负荷，必须大于作业中出现的最大负 2.0%。平台的井控能力 : 选定的平台的井控系统最大额定工作压力，必须大于预测到的最力。井口头和套管的设计，也按此原则进行。3平台的作业水深 : 选定的平台的设计作业水深，应能满足所钻井井位处的水深。4. 平台的插桩能力：如果选用自升式平台，其最大插桩能力，应满足所钻井位调查后 计算的插桩深度。十一 . 海洋环境保护，是钻井设计必须遵循的原则之一，主要体现为两点 :1 钻井液的排放，必须符合国家环保局规定。如果使用油基钻井液，必须考虑实施零 排放措施。2 弃井设计。 为保护地下资源和海洋环境， 对油气水层要进行水泥封堵， 并试压合格 ; 裸眼

11、要封堵；永久弃井的井口，最少应该从泥线以下4 米处切割。十二 . 钻井设计要体现低成本的原则。为此，设计前应注意三点 :一要充分了解各种资料，在安全的前提下，简化井身结构； 二要选用先进的工具、设备和技术； 三要在满足要求前提下， 优先使用国产材料。 其目的在 于提高钻井速度，降低钻井成本。十三 . 钻井设计的基本内容应包括： 探井基本设计内容应包括：基本数据、地质设计、套管程序、井身结构示意图、弃井示 意图、钻头计划、钻具组合设计、泥浆设计、固井设计、取心计划、井身质量、测井项目、 DST测试计划及弃井计划、井口及套管试压标准/地漏试验要求、钻井作业程序、“质量、健康、安全、环保”要求、工程

12、进度计划、历次井口装置示意图。生产井应包括基本数据、地质设计、定向井设计、套管程序、井身结构示意图、钻头计 划、钻具组合设计、泥浆设计、固井设计、资料录取及测井计划、井口装置及套管试压、钻 井作业程序、钻井工程风险分析、 “质量、健康、安全、环保”要求、工程进度计划、历次 井口装置示意图。第二节 钻井设计的制定程序一. 收集资料：在设计之前，负责钻井设计的技术人员，应广泛地收集如下主要资料:1 地质资料 : 井深、目的层深度、完钻原则、完井方法、地质评价计划及取资料要求、 油层套管尺寸、人工井底深度、井位坐标及地理位置、靶点坐标、水深、地层孔隙压力梯 度和破裂压力梯度、地温梯度、地质构造情况、

13、地层分层及岩性、地层特点及复杂情况预 测、目的层流体物性等。2 井场调查资料水深测量图、海底地貌测量图、土壤物理和力学性质、浅气层深度及 厚度、水文和气象资料、海底建筑及障碍物等。3 邻井资料 : 井身结构、钻井液类型及密度、地层孔隙压力及破裂压力梯度、井下复 杂情况及其发生原因和处理情况、钻头使用情况、钻具组合及井眼轨迹、作业总结及建议 等。二. 分析资料： 设计经理应主持召开有项目经理 、设计工程师 、钻井监督、固井监督、 钻井液监督等技 术人员参加的专门会议，听取负责钻井设计的技术人员汇报，分析获得的资料.找出关键的问题，研究解决的方法，确定井身结构和钻井液类型等。三. 制定设计：下述人

14、员根据设计的基本原则、 方法和要求 （将在后续章节内介绍 ），分别进行下述设计：1 钻井工程设计：由钻井设计工程师或监督以上人员完成。2 平台就位设计：作业者将井场调查资料和钻井有关资料转给钻井承包商，由其做出 平台就位时的锚泊、插桩、压载设计。，由固井承包商按做出详细3固井设计：作业者设计人员与固井承包商讨论原则设计 施工设计，由作业者进行审核。4 钻井液设计：作业者设计人员作原则设计，钻井液承包商按其做出详细的钻井液配 制与性能维护设计，由作业者进行审核。5 定向井设计 : 定向井承包公司按作业者的要求，做出定向井作业设计。6 费用预算 : 见本章第六节。四. 设计人员的资格要求： 钻井工

15、程设计人员， 应是具有较全面的钻井理论知识、 丰富的钻井实践经验、 熟悉本地 区钻井作业和地质情况的高级钻井技术人员； 由专业承包公司根据要求制定的专业设计， 也 应交由有相应资格的设计人员完成，以保证设计的先进性、合理性和可行性。五. 审批程序：设计完成后， 负责钻井设计的技术人员， 将各设计整理并汇集成为钻井设计书， 签名后 交由钻井部设计经理审核 （由承包公司制定的专业设计， 如平台就位、 钻井液、固井和定向 井等设计，成文后先由本公司技术领导审核，然后由钻井部设计经理审核批准） ，再交钻井 部部门经理复审，最后交由分公司主管副总经理批准执行。六 . 设计更改：钻井设计被批准后， 在执行

16、过程中， 如果发现某些方面因不符合实际情况或因地质油藏 部门变更作业计划而需要修改， 必须编写并上报变更申请书， 经主管副总经理书面批准， 方 可更改设计。第三节 钻井设计的主要内容一. 平台就位设计根据海底调查资料、 水深、天气和海况， 设计出 :浮式钻井装置的艏向、 最短出链长度、 锚方位、锚张力试验要求及预张力值；自升式平台的艏向、插桩深度及气隙要求。二. 井身结构设计 根据预测的地层压力、复杂地层以及地质上要求必须封固的地层的深度和海洋钻井常 用的井身结构，确定出该井的井身结构。三. 井口装置设计 根据预测的井口最大压力以及是否有防腐要求，确定水下井口头、井口套管头的类型 和结构，以及

17、试压要求，并指明这类装置的生产厂家、额定工作压力。四. 套管柱设计 分析套管在井下的各种受力情况，根据强度和密封性能要求，选择套管的钢级、壁厚 和螺纹类型，对套管的抗拉、抗内压和抗挤强度进行设计或校核，然后选定使用的套管。五. 固井设计确定注水泥的方法 （ 如内管柱、 水下释放塞、 双塞或单塞、 单级或双级、 水泥浆密度 （应 大于钻井液密度 ） 、水泥返高、裸眼水泥附加量和水泥浆 24 小时后的强度；根据井温和施 工时间因素，确定水泥型号、水泥浆泵送时间和稠化时间、水泥浆配方，冲洗液和隔离液 的类型及数量的多少；设计出使用的套管扶正器类型、数量及安放深度，套管附件的要求 与说明；提出施工中应

18、注意的问题；固井质量的检测方法试压、CBL或SBT（CET）等。六. 钻井液设计根据地层岩性、井底温度和压力来确定钻井液体系（必要时分井段） ，以达到防喷、防塌、防漏、防水化膨胀、防卡、保护油气层等要求，还要注意环境保护和成本问题； 对钻井液处理设备的运行提出要求 ； 对钻井液的关键性能提出控制指标及处理原则。七. 钻头设计根据地层的软硬程度、岩性和邻井使用钻头情况，确定各井段的钻头计划。除底砾岩及潜山地层外，其他地层应使用 PDC钻头。八.水力参数设计 根据环空返速、钻头水力功率、喷嘴喷射速度要求及泥浆泵情况、钻具条件和井眼类 型，确定泵排量、喷嘴尺寸、类型及数量。九. 钻具组合设计 在满足

19、钻井作业要求的条件下，以尽量简化钻具结构为原则，依据井眼直径、井斜控 制要求、地层因素及钻压使用范围，选择钻挺直径和长度、扶正器位置和数量，并指出各 套钻具的用途（如造斜、稳斜、降斜、通井、钻水泥塞和取心等） ；根据井深、钻井难度、 井径和井身剖面类型，提出使用的钻杆尺寸和钢级。，监测方法及要求。该部分十. 定向井轨迹设计与控制要求 根据地质提出的井位与钻进靶点位置的要求、地层特性，选择合适的井身剖面类型， 设计出井眼轨迹（各个深度的井斜角和方位角大小及控制标准） 设计应与井下钻具组合和钻进参数结合起来设计。、测井、测试等计划。十一. 地层评价计划 根据地质设计要求，做出取心（井段、地层及工具

20、类型等） 十二. 防喷器系统根据井口压力大小，确定防喷器结构和防喷器系统的试压标准及周期，并指明防喷器 系统的额定工作压力。十三 . 钻井程序 常规的作业步骤和注意事项，一般性的质量要求，对作业的准备与进行是重要的，可 避免或减少组织停工造成的损失。十四 . 特殊作业程序 对采用新的或易发生问题的或现场钻井监督和操作人员不熟悉的钻井工艺、工具和设 备，应制定作业程序或操作步骤，包括安全措施和质量要求，避免出现事故或达不到设计 要求。十五 . 潜在的风险问题及处理措施 对于可能存在的异常高压、浅层气、井漏、井塌、缩径等井下复杂情况，应明确提出， 提示钻井监督按有关规定，做好监测与预防工作，必要时

21、制定出专门措施，以保证安全顺 利钻进。十六 . 工程进度计划 根据地质要求、作业难度、现场经验、邻井作业情况和套管程序等，测算出各井段的 施工时间，做出全井进度计划，并画出进度计划曲线。十七 . 材料计划 根据以上作业需要及要求，制定出全井材料计划，注明规格、数量、生产厂家及单价 等有关资料。专业承包公司作的设计，也应包括材料计划。十八 . 成本预算根据钻井设计及合同价格第四节 钻井平台的就位设计要求 海上钻井平台的锚泊就位，对后继钻井作业能否在恶劣海洋环境中安全地按计划进行 是十分重要的，作业者应对此加以重视，并在设计中提出明确的要求，便于钻井监督及时 监督作业。一. 钻井平台的海上定位1

22、就位误差要求 随着定位技术的提高，地质部门对钻井平台在设计井位上的就位误差也提高了要求。 目前允许的平台就位误差是 : 以设计井位为中心，半径 30 米的圆内。2 .定位方法目前定位常用的是“ GPS全球定位系统。这是一种具有全球覆盖能力的高精度定位系 统，它通过太空中的卫星和地球上的标准台站，随时提供平台每时每刻的精确位置，并能 以数据和图示的形式显示在荧屏上：拖航时输入设计的航线，就可随时知道平台的实际航线 位置与确定的航线的偏差，及位置、速度和航向；就位作业时，输入井位坐标和平台艏向， 就可随时显示出平台的实际位置与设计位置的误差；当抛锚工作船上安装有尾标跟踪设备， 并输入各个锚的方位和

23、抛锚距离，即可显示出抛锚的精度，以指导平台精确地就位与抛锚 作业。如果没有安装尾标跟踪设备，抛锚工作船只能根据船上的雷达设备来确定抛锚方位， 和根据平台的出链长度或参考雷达的测距来确定抛锚的距离是否达到设计要求。二. 钻井平台艏向选择平台的艏向，首先应考虑的是平台的抗环境力（主要指风力，次要指涌、浪、流 等），同时也要考虑供应船的停靠、直升机的起降和燃烧臂的放喷燃烧，以及平台防爆区划 分和人员在可燃气体警报时的逃生路径。一般情况下，选择作业季节的主导风向和流向（顶风顶流）为艏向。三. 浮式平台的锚泊要求1 .最短出链长度要求：该长度应该大于锚链承受极限张力（1 / 2锚链破断张力）时的悬链长度

24、，以保证锚前面始终有一段锚链 水平躺在海床上，使锚总是承受水平拉 力，如图1-1示。出链长度一般为水深的 811倍，浅水作业时其倍数 可取大值。当水深浅于100米（328英尺）时，根据南海海域 作业的经验，应控制的最短 出链长度不小于 823米（2700 英尺）。一般情况下，出链越 长，系泊力就越好。图1-1半潜式钻井平台锚链工作示意图初始出链长度还应该比 要求的最短出链长度长 30.48 45.72米（100150英尺）（取 决于海床土壤性质）。这是因 为锚抓力试验时，锚链还会拉 回一段。如果锚链被拉回太多，最终出链长度达不到要求的最短出链长度，必须重抛此锚 或加串联锚，再进行试验。2 .锚

25、链张力（锚抓力）试验：即预计的最大锚链张力试验，一般不超过锚链破断张力的 1/3。如张力试验达不到要求，要调大锚爪角，或增加串联锚等。.锚链预张力：根据当平台位移达到5%水深时，锚链张力达到其1/3破断张力来确四.自升式平台的就位要求插桩：首先根据海底调查资料，确认是否能正常插桩，如不能正常插桩，则应采取相3 定。1.应措施；预计插桩的深度。2.压载方案制定：其原则是分阶段逐步均匀地加载平台到其升降机构最大静态支持力, 平台平稳不斜为止。压载总量由下式计算(1-1)Q=G-T-W式中：Q 压载总量，千牛。G 升降机构最大静态支持力，千牛。T 平台自重，千牛。W 压载前平台上的可变载荷，千牛。3

26、 .升平台的高度，即气隙：按平台操作手册给定的参考高度和下式的计算值比较, 取大者的整数：2 Hhi + h2+1.2式中:H 升平台高度，米。hh(1-2)1 最大波浪高度，米。2 最大潮位，米。大,题,4.如预测海流对桩脚冲刷较 及其它影响平台安全作业的问 要提出解决的措施。五. 锚泊模式 .浮式平台锚泊模式 我公司现有浮式平台均为半 潜式平台，每个平台均为 8个锚， 其锚泊模式如图1-2 ;锚之间的 夹角，因平台结构不同而不同，设 计时参照平台各自的操作手册。2 .自升式平台的锚泊模式 大部分自升式平台，只有三 个锚，主要是在平台定位时用于 调整平台位置，其锚泊夹角一般为120。単能式井

27、平台怕棋式图IE51-3第五节井身结构设计井身结构设计是钻井设计的关键。其设计的基本步骤是：先遵循钻井设计的基本原则，依据已制定出的各种基础数据和已取得的各种资料，设计套管的下人深度和层次，再根据 海洋钻井的特点和惯例，确定出井身结构。一. 基础数据1 .地质提供的数据：岩性剖面及复杂井况提示，地层孔隙压力和破裂压力剖面，油气 层深度及厚度，邻井有关资料。2 .设计数据这些数据的确定，与钻井工艺技术水平有密切的关系。主要为：(1) 抽汲压力与激动压力允许值 (Sb与S8);以当量密度表示，单位为克/厘米3, 般 取：S b=0.04 0.06 S g=0.04 0.06(2) 地层压裂安全增值

28、(Sf):为防止预测的地层破裂压力偏低而定的安全余量，用当 量密度表示，取 S=0.03，单位为克/厘米3。Sk =0.06（3）井涌条件允许值（Sk）:此值是衡量井涌的大小，用当量密度表示，取0.10,单位为克/厘米3。（4）压差允许值（ Pn与Pa）:钻井液液柱压力与地层孔隙压力的最大压差允许值， 分为正常压力井段和异常压力井段。压差过大，则容易造成压差卡钻，特别是卡套管，使作业无法正常进行。取 Pn =11.716.5兆帕（17002400磅/英寸）， Pa =14.521. 4 兆帕（21003100磅/英寸2）。二. 套管层数与下人深度的设计方法及步骤设计方法为：先按井内压力系统平衡

29、设计出各层套管的下入深度，然后再针对影响钻进 的复杂地层作适当调整；设计由下往上进行，第一层套管的下入深度，取决于地质要求或井 深。设计步骤从第一二层套管开始，具体如下：1 .以井内压力系统平衡为基础，以压力剖面为依据进行设计已知第一层套管的下入深度，确定以上各层套管的下入深度，实质就是在两相邻套管 鞋之间的裸眼内，一要保持压力系统平衡，即在起下钻过程中及井涌压井时不会压裂上部 地层而发生井漏；二是在钻进和下套管时不会发生压差卡钻、卡套管、等复杂情况。（1 ）设计步骤 首先根据预测的将钻地层的孔隙压力和破裂压力数据，建立起以井深为纵坐标、以 压力当量密度值为横坐标的压力曲线图（如图 1-4所示

30、）； 确定设计数据； 根据地质设计和油气层位置确定生产套管，即第一层套管的下入深度Hl； 利用压力曲线图中最大地层孔隙压力和所应有的破裂压力，初选中间套管下入深度，经自下而上的压差卡钻校核后，确定中间套管下人深度H2；根据中间套管鞋处地层孔隙压力确定上层套管的下入深度 根据海洋钻井的特点，确定表层套管和导管的下入深度，即 确定各层套管外水泥返高； 根据海洋钻井中常用的井身结构和计算得到的套管层数及下入深度，确定该井的井 利用压力曲线图中中间套管鞋处地层破裂压力求最大允许的地层孔隙压力，初选下 层套管下入深度，经自下而上的压差卡钻校核与破裂压力校核后，确定下层套管的下入深 度H2 ；耳和H6；

31、身结构。（2 ）设计方法 中间套管下入深度 Ho的设计：A .根据压力曲线图中最大地层孔隙压力，由下式计算所应有的地层破裂压力来初选中 间套管下入深度：H pmasWf3ik =Wp max+Sb + Sf +5%SkH 3i式中:W3ik 中间套管以下裸眼发生井涌时，在井内最大压裂梯度作用下，上部裸眼不被压裂所应有的地层破裂压力当量密度，克 /厘米3。pmax中间套管以下裸眼预计最大地层孔隙压力当量密度，克b抽汲压力当量密度，克/厘米3F一地层破裂压力安全增值，克/厘米3。Pma发生井涌时最大地层孔隙压力所在井深，米。si中间套管下入初选深度，米。K井涌条件允许值，克/厘米3。(1-3)WS

32、SHHS/厘米3。用试算法试取HSi值代入上式中求 W3ik，然后在曲线图中查得 HSi深度处的实际地层破裂 压力当量密度。如果 W3ik略小于实际值时，Hi就为中间套管下入初选点。否则另选一计算，直到满足为止。B .校核中间套管下入到初选点深度有无压差卡钻的危险。先求出该井段中最大钻井液液柱压力与最小地层孔隙压力之间的最大静止压差 为：P3i3ip3 i “81 沢 HmmW3i 十 S 一Wm 10式中： P3i中间套管钻进井段内实际的井内最大静止压差，兆帕。Hm中间套管钻进井段内最小地层孔隙压力所在的最大深度。W 3i 中间套管下入初选深度处的地层孔隙压力当量密度，克 W min 中间套

33、管钻进井段内最小地层孔隙压力当量密度，克用正常压力地层的压差允许值：当 P3i Pn时，在中间套管下入中，则可能发生压差卡钻。这时，该层 套管下人的深度应浅于初选深度Hi。用下式计算在井深 Hmm处压力差为 Pn时，允许的最大地层孔隙压力当量密度值WPpcr:(1-4)3i米。/厘米3/厘米3 PnW ppcr =P + Wmin - S9.81咒10 咒 Hmm在压力曲线图上查孔隙压力当量密度WPpcr所在井深即为中间套管下入深度当中间套管下入深度因压差大而浅于初选深度之间还要下一层套管，即f：A.确定中间套管下面一层套管的下人初选深度 由中间套管鞋处的地层破裂压力当量密度W ,度 Wcr(

34、1-5)H3。(H3/厘米“。wf。时，其下井段所允许的最大地层孔H2i深度处查得的孔隙压力当量密度时,f时，是否会发生卡钻。，但需改变式中符号的下标数据。H: 确定中间套管上面一层的套管下入深度，即 其确定方法如前，可用公式 (1-3)，但需改变式中符号的下标数据。此时，把中间套管下深H当作井底看待即可。 以上各层套管依照同样的方法确定，但要考虑海洋的特点。2.以影响钻进的复杂地层为依据，对上述确定的套管下入深度进行调整因地层因素，如易垮塌、缩径、卡钻、井漏等复杂地层，影响了钻井速度和安全。因此，要根据钻井工艺技术水平和钻井液技术现状，确定是否用套管封住这类地层，以便安 全钻进下部地层。需要

35、注意的是，调整后的套管下深，应不影响井眼压力系统的平衡。3 .管外水泥浆返高规定（1 ）导管管外水泥浆必须返高到海床面。（2 ）表层套管外水泥浆返高，一般到海床面（必须返到导管内）。辽东湾生产井表层套管外水泥浆返高，为满足冬季防冻要求，一般到井口甲板。（3 ）技术套管外水泥浆返高，根据井的具体情况确定，但必须保证封固好套管鞋。（4）油气层套管外水泥浆返高，一般应超过油层顶部150200米，或气层顶部 250300 米。或在三. 海洋钻井中常用的井身结构 由于海洋环境的因素，钻井中使用的套管柱，不仅要保证井眼安全顺利钻达设计井深， 还要保证在海床面上，安全稳定地支撑住重 981千牛（100吨）以

36、上的水下防喷器系统，；水面以上20米左右，支撑住约重 294千牛（30吨）的地面全套井口系统和防喷器组，并抵 抗海流和海浪对系统冲击造成的弯曲力矩。因此，井身结构、井口系统和防喷器组的主要 结构，经过实践都已形成适应海洋自然环境的成熟的标准结构。并且，随着对地层情况的 不断了解，钻井技术的提高，井身结构在没有根本性改变的情况下，一方面得到加强，另 一方面也得到简化，满足了目前钻各类井和提高钻井 速度的需要。1. 标准套管柱及作用如图1-3所示，在一般情况下为五层套管：导管、表层套管、两层中间套管、油气层尾管。（1）导管1气绘也称为表层导管，主要用作建立井口、支撑井 口和防喷器组。其下入海床以下

37、的深度，根据地层 破裂强度确定，只要能建立起循环而不压裂地层即 可，一般为3060米。经验证明，浮式钻井装置使 用外径762毫米（30英寸）、内径711.2毫米（28英寸）、 钢级为X52或B级的套管作表层导管，是保证水下防 喷器组安全稳定的关键。固定式钻井装置作业时，把 导管称为隔水导管，一般情况下，必须使用762毫米（30英寸）或609.6毫米（24英寸）套管作隔水导管， 只有在井口防喷组较简单、重量轻、上下扶正支撑又 比较好、以及水浅的情况下，可考虑用508毫米（20英寸）套管作隔水导管。（2）表层套管主要用于封住表层的疏松地层， 建立起井口控制系统。 常用339.73毫米（13-3/8

38、英寸） 套管作表层套管，下入深度一般在 500米左右，有时也用508毫米（20英寸）套管作表层套 管。（3）中间套管也称技术套管，主要用于封住复杂地层，保证井眼安全顺利钻达设计深度，常用339.73毫米和244.48毫米（9-5/8 英寸）套管作中间套管。（4） 油气层套管或尾管。 油气层套管常用244.48毫米和177.8毫米（7英寸）套管，油气 层尾管常用177.8毫米和114.3毫米（4-1/2英寸）套管。2 .井身结构类型下述的井身结构，已成功地使用。设计新井时，根据井深、地层情况和钻井难度等选用。（1）标准类型（表1-1 ）表1-1标准井身结构类型井眼尺寸毫米914.4660.444

39、4.5311.5215.9152.4英寸362617-1/212-1/28-1/26套管尺寸毫米762.0508.0339.73244.48177.8114.3英寸302013-3/89-5/874-1/2套管名称表层套管表层套管中间套管尾管注：215. 9 毫米井眼与117.8毫米尾管、152.4毫米井眼与114. 3毫米尾管，是根据地层情况和井深确定是否使用。该类型可用于一般的深井和超深井，也可用于复杂的高压气井。（2）强化类型（表1-2）：表1-2井身结构的强化类型井眼尺寸毫米914.4660.4444.5355.6311.5215.9152.4英寸362617-1/21412-1/28

40、-1/26套管尺寸毫米762.0508.0339.73298.45244.48177.8114.3英寸302013-3/811-3/49-5/874-1/2套管名称表层套管表层套管中间套管中间尾管中间套管尾管毫米偏注：355. 6 毫米井眼与 298.45毫米尾管段：用222. 25 X 311. 15 X 355. 6心钻头钻进，然后下入 298.45毫米无接箍套管。 311.15毫米井眼与244.48毫米套管段：用200. 03 X 269. 88 X 311. 15 毫米偏 心钻头钻进，下入的 244.48毫米套管柱要求：进入298.95毫米尾管及以下井眼的 套管，为无接箍套管，上部的为

41、普通接箍的套管。 该类型一般用于复杂的高温高压深井。 简化类型一1（表1-3）表1-3井身结构的简化类型井眼尺寸（毫米）762444.5444.5215.9套管尺寸（毫米）609.6339.73339.73177.8套 管 名称表层导管表层套管中间套管尾管（原表）井眼尺寸（毫米）914.4444.5444.5215.9套管尺寸（毫米）762.0339.73339.73177.8套 管 名称表层导管表层套管中间套管尾管注： 该类型省去508毫米表层套管，用 339.73毫米套管代替。 浮式钻井装置使用上述结构时，476.25毫米标准水下井口头与339. 73毫米套管的连接，采用508 X 339

42、. 73毫米大小头过渡连接；244.48毫米套管悬挂器下方 用476. 25 X 339. 73毫米的专用升高短节支撑，保证了水下井口系统的完整性（不需要专用井口系统）。 固定式钻井装置使用上述类型时，在泥线悬挂处，采用加大339. 73毫米套管泥线悬挂器外的悬挂环，并挂在762毫米套管内的泥线支撑环上；其它套管悬挂器，仍为标准悬挂；套管头不发生变化，仍为标准套管头。 简化类型一 n （表1-4）表1-4井身结构的简化类型-n井眼尺寸（毫米）444.5311.15215.9套管尺寸（毫米）339.73244.48177.8套 管 名称表层套管中间套管尾管（原表）注：该类型仅三层套管，339.

43、73毫米套管作表层套管，也作中间套管，这种类型用于浅井。该类型使用标准井口，泥线悬挂或井口头与套管柱之间的过渡，参照上述简化 类型一 I中的方法进行。（5）其它类型在固定式生产平台上钻丛式井，有的用762毫米套管作隔水导管，或用（24英寸）套管，也有的用508毫米套管作隔水导管，并采用打桩的方法施工。四.井身结构设计举例例：某井由地质提供的下部地层孔隙压力和破裂压力的当量密度曲线见图 面提供的数据，设计该井的井身结构。已知：抽汲压力当量密度值 Sb=0. 05克/厘米3,井涌条件允许值 Sk=0.07609.6毫米1-4 。根据下克/厘米3井眼尺寸（毫米）914.4444.5444.5套管尺寸

44、（毫米）762.0339.73339.73套 管 名称表层导管表层套管油层套管地层破裂压力安全增值 Sr=0. 03克/厘米3,压差允许值 Pa=21.4兆帕 Pn= 15.7兆帕，设计井深 TD= 3400米，水深 WD=98米资料证实没有浅层气，要求 177. 8毫米（7英寸）套管完井，转盘面海拔高度 =25米。 解：以井内压力系统平衡设计。首先确定套管下入深度与层次，再确定井身结构。1 .设计套管的下入深度与层次（1） 第一层套管下到井底，即H=3400米（2） 确定中间套管的下入深度H1.213141 S I e 1.7叽11.42.0图1-4例题压力剖面图确定下人初选深度根据压力剖面

45、图, 密度Vpmax=1.7，井深Hi初选深度hPmax=3400 米，由公式(1-3)得:Hi =2650米，从图中查到，下部裸眼中最大孔隙压力当量f 3ikp max Sb+S fSk “7 g “03咒 O.。7 “87 克/ 厘米 33i由图上查得2650米处W2650 =1.88克/厘米3。因Vf S2650且相近，所以 Hsi =2650米为中间套 管的下入初选深度校核中间套管下入到初选深度2650米过程中是否会发生压差卡钻。由图上查得:Wp3i=1.36克/厘米3,Hmn=1600米，Win = 1.07 克/厘米3,由公式1-4)得Ap 3 =9.81 X H mm W3iWm

46、JlO =00098勺600咒(1.36 +0.05 1.07 )=5.33 兆帕因 P3i Pn= 15.7兆帕，所以中间套管下入深度H3=h3i = 2650米(3) 确定中间套管下面一层套管的下入深度H2H2。H。因H=Hi，所以在中间套管以下井段，不必再下入另一层套管，即不必确定(4) 确定中间套管上面一层套管的下入深度由公式1-3)式可变得：.H pmasSk(1-7)W f4ik =W pmax +Sb+ Sf +H 4i此时的 WmaX=WF1.36 , Hmax=H=2650,带入上式得：0.07W f4ik = 1.36 + 0.05 + 0.03 + 竺0-XH 4iWf4

47、ik =1.556 克 / 厘米 3W600 = 1.56 克/厘米3。因为WikH4=f=1600 米。如选定Hi= 1600米为初选下入深度，计算得 由图上查得 Hi =1600米处的破裂压力当量密度 W1600，且相近，所以，这层套管的下入深度（5）导管和表层套管下入深度确定 表层套管下入深度H5:根据岩性情况，确定 H5=500米。 导管下入深度 區根据井口需要和表层岩性情况，导管入泥45米。则导管下入深度H6:(1-8)皿=入泥长度+水深+平台转盘面海拔高=95+98+25=168 米2. 确定井身结构上述设计，共需六层套管。根据海洋钻井使用的井口装置和完井要求，确定选用标准 类型的

48、井身结构，其结果如下表：表1-5例题计算结果井眼尺寸（毫米）套管尺寸（毫米）套管名称下入深度（米）备注914.4762.0表层导管168660.4508.0表层套管500444.5339.73中间套管1600311.15244.48中间套管2650215.9177.8尾管3400152.4114.3尾管备用第六节钻井费用预算一. 预算的制定钻井费用的预算，应依据钻井设计、各承包商服务合同费率、工具租用费率、以及钻 井所需的材料数量和价格等制定。制定钻井费用预算的人员，可以是负责钻井设计的高级钻井技术人员，也可以是专门 进行钻井预算的专业人员，但都必须掌握制定预算的资料，保证预算的准确性。预算的

49、制 定，应该在主管钻井的技术领导和行政领导的指导下进行。预算制定成文后，交上级计划部门审核批准，即可执行。预算制定的整个过程，应在作业前完成。二. 钻井预算的主要内容1 .钻前费用：海底调查、动复员、拖航定位等作业发生的费用等。2 .钻井工程费用：钻井期间各承包公司的人员服务和设备租用费，也包含基地费用等。 主要包括钻井平台、供应船、直升飞机、电测、固井、钻井液、潜水、录井、下套管、定 向井、通讯、库房场地及码头租用、取心，货物装卸、气象、医疗服务、钻井液及岩屑回 收、数据传输等服务费。3 .钻井材料费：钻井作业期间所用材料费用，主要包括钻井液外加剂、固井水泥及外 加剂、各种尺寸的套管及附件、

50、各种钻头及附件、井口头及附件、井下工具、柴油、水和 其它材料的费用。4 .管理费：主要包括监督费、设计费、保险费、科研费、伙食费、倒班费、港杂费、 渔业补偿费、上交税金及上级部门管理费等。5.不可预见费：这是指处理难以预测到的井下复杂情况发生的费用，以及因天气影响损失作业时间而发生的费用。其大小通常是用统计确定的一个百分数乘以上述14项费用之和。这个百分数的大小，与作业环境、季节、钻井难度及工艺技术水平有关。一般情况 下，难以准确做出某一口井的不可预见费用。因此，钻前不预算此项费用，到井钻完后， 才根据发生的不可预见的作业的损失，作出迫加预算。三. 成本控制费用跟踪人员根据钻井日报对各项目费用进行实时跟踪，并每周与预算对比，发 现费用进度超作业进度时及时向项目经理预警，项目经理应采取积极有效的措施进一步控 制费用，将最终费用控制在预算之内。四. 预算的修改钻井作业结束后，要根据作业的实际工作量的变化（或增或减），对预算进行修改。需增加的预算费： 遇到地质设计上没预