毕业论文-官2-斜22井钻井工程设计.doc

0 中国石油大学胜利学院中国石油大学胜利学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 官官 2-2-斜斜 2222 井钻井工程设计井钻井工程设计 设设 计计 人人: : 系系 别：别： 石油工程石油工程 专业年级：专业年级： 指导教师指导教师: : 2011 年 06 月 01 日 1 摘 要 根据地质设计书的要求，对垦利油田官 2-斜 22 井进行定向井钻井工程设 计。主要设计项目有：井眼轨道与井身结构设计；钻具组合与钻进参数；钻井 液与压力控制设计；固井与完井设计；钻机选型设计。 本设计的主要内容包涵井身结构及轨道设计；选择合理的钻头及钻具组合； 确定合理的钻进参数及水力参数；钻柱及套管设计及强度校核；制定各段泥浆 性能参数及钻进措施；井控设计；油气层保护、完井、HSE 及相关设计。 另外本设计还给出了官 2-斜 22 井钻井施工的具体钻进参数及施工注意事 项，可以为现场施工提供详尽的参考数据。 关键词: 井眼轨道；井身结构；钻具组合；钻进参数；钻井液；完井；油 气层保护；HSE 2 目目 录录 前言前言 .1 第一章第一章 设计依据设计依据.2 第二章第二章 井眼轨道与井身结构设计井眼轨道与井身结构设计.11 1.轨道设计11 2.井身结构15 第三章第三章 钻具组合与钻进参数钻具组合与钻进参数18 1.钻具组合18 2.钻头及钻进参数设计 22 第四章第四章 钻井液与压力控制钻井液与压力控制29 1.钻井液设计29 2.油气井压力控制 36 3.油气层保护设计 42 第五章第五章 固井与完井设计固井与完井设计43 1.固井设计43 2.各次开钻或分井段施工重点要求.52 3.完井设计55 第六章第六章 钻机选型及钻井主要设备钻机选型及钻井主要设备.56 致谢致谢69 1 前言 在石油勘探和油田开发的各项任务中，钻井起着十分重要的作用。诸如寻找和证 实含油气田构造、获得工业流油、探明已证实的含油气构造的含有面积和储量，取得 有关油田的地质资料和开发数据，最后将原油从地下取到地面上来等等，无一不是通 过钻井来完成的。钻井是勘探与开发石油及天然气资源的一个重要环节，高质量、快 速和高效率的钻井是开发油田的重要手段。 钻井工程是钻井施工作业必须遵循的原则，是组织钻井生产和技术协作的基础， 搞好单井预算的唯一依据。钻井设计的科学性，先进性关系到一口井作业的成败和效 果。科学钻井水平的提高，在一定程度上依靠钻井设计水平的提高。 本论文在王双战老师的指导下，对官 2斜 22 井进行了钻井工程各个项目的相关 设计，主要包括井身设计、钻具设计、钻井液设计、套管设计以及钻进参数设计。希 望通过本设计达到掌握钻井工程设计相关技术；熟悉相关行业标准及规范的目的。 在此，特别对王双战老师在本设计过程中提供的无私帮助表示感谢。 第一章第一章 一、基本数据一、基本数据 1、 井 位： (1) 井口地理位置：王家岗油田官 7-斜 49 井井口方位 329 距离 529m。 (2) 构造位置：济阳坳陷东营凹陷陈官庄-王家岗断裂阶状构造带官 2 井区。 (3) 井位坐标： 井口 O 纵 X： 4 127 560.03m 横 Y： 20 630 236.82m 靶点 A 纵 X： 4 127 325.00m 横 Y： 20 630 350.00m 靶点 B 纵 X： 4 127 225.00m 横 Y： 20 630 398.16m 2、 井 别： 生产井 (油藏评价斜井) 2 3、 设计垂深： 2370.00m，A 靶垂深 2125.00m，B 靶垂深 2265.00m，AB 靶间水平 距离 111.99m。 4、 完钻层位： 沙三上。 5、 钻探目的： 钻探官 2 地区官 2-斜 2 井西部官 7-斜 49 断块沙二段（设计分层沙 三上）高部位油气分布情况。 6、 完钻原则： 钻穿相当于官 2-斜 2 井 2433.602480.50m 上油层下含油水层，留 足口袋完钻。 7、 下套管原则： 表层套管： (1)直径 273.1mm 钢级 J55 壁厚 9.65mm 表层套管，预计下入深度 300m，具体要求 执行钻井工程设计。 (2)水泥返高：返至地面。 油层套管： (1)直径 139.7mm 钢级 N80 壁厚 9.17mm 油层套管，阻流环下过相当于官 2-斜 2 井 2433.602480.50m 上油层下含油水层以下 20m，具体下入深度测井后由现河采油厂 地质所确定。 (2)短 套 管：预计下入短套管 2 根，具体下入深度测井后确定。 (3)水泥返高：返至最上一层油气层、油水同层、含油水层顶界以上 200m。 3 二、设计地质剖面二、设计地质剖面 1、设计井及依据井地层分层： 地 层 名 称设计井号依 据 井 号 官 2-斜 22官 7-斜 49官 2-斜 2 界系统组段 底垂深 (m) 厚度 (m) 底深 (m) 含油井段 (m) 底深 (m) 含油井段 (m) 第 四 系 更 新 统 平原 组 275.00275.00未测274.00 上 新 统 明化 镇组 960.00685.00972.00962.00新 近 系 中 新 统 馆陶 组 1395.00435.001387.001398.00 东营 组 1760.00365.001836.001794.00 沙一段1990.00230.002052.002006.00 沙二段2165.00175.002190.002170.00 沙三上 2370.00 (未穿) 205.002440.00 2352.0 2382.0 2481.00 2283.4 2480.5 沙三中2596.00 2522.6 2525.3 2511.00 沙三下2742.00 2625.0 2630.8 纯上亚 段 2833.00 沙 四 上 纯下亚 段 2922.00 新 生 界 古 近 渐 新 沙 河 街 组 沙四下3008.00 4 系统 代表整合代表不整合代表假整合断层 2、邻井测井及钻探成果： 官 7-斜 49 井 井口位于设计井井口 方位：149 距离：529m。 A 靶位于设计井 A 靶 方位：129 距离：225m。 测井解释： 沙三上：2352.002382.00m 油层 1.4m/1 层 含油水层 2.3m/1 层 沙三中：2522.602525.30m 油层 2.7m/1 层 沙三下：2625.002630.80m 油水同层 5.8m/1 层 官 2-斜 2 井 井口位于设计井井口 方位：69 距离：1597m。 A 靶位于设计井 A 靶 方位：66 距离：1502m。 测井解释： 沙三上：2283.402480.50m 油层 2.9m/1 层 油水同层 4.4m/2 层 含油水层 6.9m/4 层 上油层中油水同层下水层 14.2m/1 层 上油水同层下水层 7.8m/1 层 上含油水层下水层 28.0m/3 层 上油层下含油水层 49.6m/2 层 上油层下含油水层 49.6m/2 层 上油层下水层 9.9m/1 层 通 52 井 井口位于设计井井口 方位：46 距离：1620m。 位于设计井 A 靶 方位：38 距离：1720m。 测井解释： 5 纯上亚段：2953.002955.00m 油层 2.0m 纯下亚段：2989.802991.20m 油层 1.4m 三、取资料要求三、取资料要求 1、SLXL 录井仪录井： 自 2100m 至井底，进行系统录井。 录井要求按 Q/SH1020 0513-2006 气测与工程录井规范标准执行。 2、地球物理测井：（具体测井项目见附表） (1) 完钻测井 生产井砂泥岩剖面测井系列 1 组合 1：200 井段：自井底测至垂深 1000m。 2 标准 1：500 井段：自井底测至表层套管鞋。 (2) 固井后测井 1：200 井段：自人工井底测至水泥返高处以上 50m。 3、其它取资料要求按一般开发井要求执行。 四、四、井控参数要求井控参数要求 1、设计井地理位置和周边环境： 设计井井口 500m 范围内为农田。 2、邻井实测压力成果： 位于井口位于 A 靶点 井号 测试 日期 井段 (m) 层位 地层 压力 (Mpa) 压力 系数 方位 () 距离 (m) 方位 () 距离 (m) 官 7-161992 2089.5 （油层中深）沙 二 段18.90.9023816012471592 官 7-181992 1774.0 （油层中深）东 营 组18.31.0323217082411672 王 661 2006. 10 2228.8 2266.2 沙四下22.11.0021022782162143 6 官 7 1991. 05 2120.0 2133.0 沙三上20.960.9924923512552385 官 2 地区沙二段油藏属于常压、中高渗、岩性-构造油藏。 3、邻井钻井液使用情况：设计压力未发生井喷 位于井口位于 A 靶点 井号 完井 日期 井段 (m) 钻井液 相对密 度 槽面油 气水显 示情况 方位 () 距离 (m) 方位 () 距离 (m) 0.0 1858.0 清水 1.10 无显示 1858.0 2496.0 1.10 1.20 无显示官 7-斜 49 2001. 03.11 2496.0 3008.0 1.20 1.25 无显示 149529129225 0.0 990.0 清水 无显示 990.0 1489.0 清水 1.10 无显示官 2-斜 2 2009. 09.12 1489.0 2511.0 1.10 1.20 无显示 691597661502 528.0 982.0 1.10 1.15 无显示 982.0 1540.0 1.15 1.20 无显示官 7-16 1992. 05.16 1540.0 2340.0 1.20 1.25 无显示 23816012471592 2858.0 2991.0 1.28 1.30 槽面见油花 1-2% 通 52 1971. 12.022991.0 (测井) 1.31槽面见油花 1-2% 461620381720 4、 钻井液类型及性能使用原则要求 (1) 钻井液类型：聚合物防塌钻井液，要求添加非渗透油层保护材料。 (2) 钻井液性能：1井段：01500m；相对密度：1.001.10。 2井段：1500m井底；相对密度：1.101.20。 5、邻井注水情况 目前附近 300m 内无注水井。开钻前井队要详细了解附近有无新注水井，若有新注 水井，则有关停注事宜，按胜油局发(90)第 269 号文件执行。 6、有毒有害气体预测： 7 至今目的层系未发现含硫化氢、二氧化碳等有毒有害气体，但在钻井、作业过程 中仍要防患未然。 五、五、油气层保护要求油气层保护要求 1、区块粒度、薄片资料表明，储层岩性较粗，一般为长石石英砂岩和细砂岩，石英 含量一般在 45%左右，长石含量一般在 40%左右，钾长石、斜长石含量大致相等；岩 屑含量（12-25）%，以喷发石英结晶岩屑为主，见泥质岩屑。长石岩屑含量较低，说 明矿物成分成熟度较高。分选中偏差，说明结构成熟度低。胶结物以泥质为主，一般 含量 4.5%。储层胶结类型以接触孔隙式为主。 2、根据官 7 井油层物性分析报告，储层平均孔隙度 25.6，空气渗透率 213.510- 3m2，平均含油饱和度 70%，根据官 2 试油、高压物性分析资料，沙二段地面原油密 度 0.8927gcm3 ,动力粘度 52.3MPa.s， 凝固点 31，含硫 0.83%。地层水总矿化 度在 32384mg/l，地层水型为 CaCl2型。 3、储层无敏感性，本区油藏分布主要受构造及储层横向变化遮挡，属强边水油藏。 4、本井钻井液要求使用聚合物防塌钻井液，要求添加非渗透油层保护材料。 六、六、技术说明、施工要求及故障提示技术说明、施工要求及故障提示 (一) 技术说明及施工要求 1、工程施工： (1) 要求使用聚合物防塌钻井液体系施工，钻井液中要求添加非渗透性油层保护材 料，加强油层保护，防止污染油层。 (2)钻入油气层井段，加强观察钻井液变化，如果发现油气浸向甲方及时汇报，并请 示是否加重；若油气浸较重，可先加重处理钻井液，并立即向甲方汇报。 (3)钻开油气层后，每次起钻前，要充分循环好钻井液；起钻时灌满钻井液，控制起 钻速度，防抽喷。 (4)开钻前制定好各项措施，保证施工安全。 2、地质录井： 8 (1)认真管理好钻具，保证井深准确无误。 (2)根据各项资料，按该井的钻探目的及完钻原则，卡准完钻层位和井深。 (3)测井后及时通知现河采油厂地质所确定油气层顶、底界深度及阻流环下入深度， 按甲方确定的数据，准确计算和记录下套管的有关数据。 3、井控管理 按中国石油化工集团公司石油与天然气井井控管理规定（试行） 执行，严格按 HSE 标准施工，确保安全。 (二)、邻井复杂情况及本井故障提示： 1、邻井复杂情况： 官 7-3 井 井口位于设计井井口 方位：251 距离： 2662m。 井口位于设计井靶点 方位：256 距离： 2704m。 该井于 1991 年 12 月 12 日，钻至井深 2254.83m，发生粘附卡钻，计算卡点深度 2215.00m，层位沙三上，岩性为沙三上块状砂。经泡油解卡。 2、 本井故障提示： 1馆陶组及以上地层成岩性差，防坍塌、防卡钻。 2钻遇不整合面、断层面附近及疏松砂岩层，防井漏。 3钻遇油气水层井段，防井喷。 七、对钻井工程质量要求七、对钻井工程质量要求 1、井身质量要求 (1)中靶要求： 靶点 序号 靶点垂深 (m) 位于井口 方位() 与井口 水平距离(m) 造斜点 (m) A2125.00154.29260.86/ B2265.00154.03372.66/ AB 靶点间的方位角：153.44(增量为 0)，水平位移： 110.99m，稳斜角： 38.41。 靶心半径 15m。 更改至直井段 (2)其它要求按胜利石油管理局 Q / SHSLJ 0005.1-2002 标准执行。 9 2、固井质量要求：按胜利石油管理局 Q/SH1020 0005.3-2003 标准执行。 3、完成井井口质量要求：按胜利石油管理局 Q/SH1020 0005.4-2006 标准执行。 八、设计依据八、设计依据 1、依据 2009 年 09 月 16 日官 2-斜 22 井油藏地质设计书油藏地质设计书。 2、依据官 7-斜 49、官 2-斜 2、通 52、官 7-16、官 7-18、王 661、官 7、牛 5、官 7-3 井实钻、试油资料。 3、依据王家岗油田官 2 井区沙二 4 顶面构造图。 4、依据王家岗油田官 2 井区沙二 7 顶面构造图。 5、依据过设计井油藏剖面示意图。 6、依据官 2-斜 22 井 A 靶点纵剖面，官 2-斜 22 井 A 靶点横剖面。 7、依据官 2-斜 22 井 B 靶点纵剖面，官 2-斜 22 井 B 靶点横剖面。 8、依据官 2-斜 22 井过 A、B 靶点剖面。 九、附图附表九、附图附表 1、官 2-斜 22 井区井位图 2、官 2-斜 22 测井项目附表 井号初测横坐标初测纵坐标初测坐标录入人复测横坐标复测纵坐标复测坐标录入人 官 2-斜 22 20630236.82 4127560.03 张秋萍 无无 无 1、官 2-斜 22 井区井位图 10 11 2、官 2-斜 22 测井项目附表 测 井 项 目 基本 系列 名 称代号 比例尺测量井段 高分辨率感应数字聚焦 DHRI 补偿声波BHC 自然伽玛GR 自然电位SP 微 电 极ML 井 径CAL 组合 测井 4 米IN400B 1:200 自井底测至 1000m。 自然电位SP 自然伽马GR 井径CAL 2.5 米IN250B 标准 测井 井斜 DEVI 1:500 自井底测至表 层套管鞋 声波幅度CBL 声波变密度VDL 自然伽玛GR 固井质 量检查 测井 磁性定位CCL 1:200 自人工井底测至 水泥返高处以上 50m 12 第二章 井眼轨道与井身结构设计 1.轨道设计 添加内容添加内容 1.1 选择轨道剖面 定向井的剖面类型共有十多种，常规定向井的剖面有四种基本剖面类型：三段式、 多靶三段式、五段式和双增式四种。三段式多用于单靶井，多靶三段式多用于双靶点 定向井。当最大井斜角过大，采用单一造斜难以完成时，可以采用两次增斜（五段式） 钻达靶点。同样的，当最大井斜角过小时，可以采用双增式轨道类型。本井有两个靶 点，最大井斜角较为适中，没有特殊要求，剖面设计为多靶三段式二维定向井。 1.2 造斜率确定 井眼造斜率不宜过小，井眼曲率太小会增加动力钻具造斜井段、扭方位井段和增 斜井段的井眼长度，从而增大了井眼轨迹控制的工作量，影响钻井速度。 井眼造斜率也不宜过大，否则钻具偏磨严重、摩阻力增大和起下钻困难，也容易 造成键槽卡钻，还会给其他作业（如电测、固井以及采油和修井等）造成困难。 使用动力钻具钻进时，造斜率一般 22030m。其中造斜率为 2630m 时， 增斜曲率低，属于常规钻进，一般用于新钻定向井; 其中造斜率为 62030m 时， 增斜曲率中，属于近似常规钻进，对轨迹控制要求较高。 本井造斜段采用 1.5 度单弯动力钻具造斜，考虑造斜能力、常用造斜率以及临井造斜 率设计，将造斜率定为 15100m。 1.3 设计过程 （1） 井口数据和靶点数据定出该井的闭合方位角 =arctan（E/N）+180=149 （2） 根据该井的两个靶点的数据定出该井的最大井斜角 =arctan(St/D) =38.61 （3） 根据靶 1 数据确定靶点的水平位移 St1= =260.862m，垂深 Dt1=2125m。 （4） 曲率半径为 Re=1719/Kc=429.72m。 13 （5） 造斜点深 Dkop=Dt1-St1/tan-tan(/2)Re=1647.8m 本造斜点处于中新统馆陶组，造斜点较浅。通常浅层造斜比深层造斜容易一些，因 为中新统馆陶组砂岩层成岩性相对较差，同下层东营组相比地层较软。钻进时，机械 钻速高，花费造斜时间较短。但是在较浅的地层中造斜时，容易形成大井眼，实际施 工时，可适当减小钻压，防止井眼扩大。 （6） 稳斜段长Dmw=(Dt-Dkop-Rzsinb)/cosb=267.534m。 （7） 确定各分点参数。 增斜段计算： D=Resin S=Re(1-cos) 稳斜段计算： D=Lcos S=Lsin 根据以上公式，可以计算出增斜段每 30m，稳斜段每 100m 的基本数据。 1.4 轨道设计表 1.4.1 轨道关键参数表 井号：官 2-斜 22轨道类型：直-增-稳 井底设计垂深 m： 2343.4 井底闭合距 m： 2484.4 井底闭合方位 ： 154.28 造斜点井深 m： 1647.8 最大井斜角 ： 38.61 第 1 靶垂深(m): 2125 闭合距(m): 2205靶半径(m): 1.7 根据安全系数法，可以采用 X 级钢。 （2）用拉力余量法校核 X 钢级时， MOP=Fa-0.9Fy=1043KN600KN 所以，X 钢级、9.19mm 壁厚钻杆符合要求。 3）中和点深度： 钻压 W= 60 KN 钻铤线重 g= 1212.26 kn/m 泥浆密度 = 1.15 g/cm3 最大井斜角 = 39.00 安全系数 Sn= 1.2 L=SnW/qKcos= 1.260000/（1212.260.85cos39）=90m 24 1.5 结果 中和点深度 m中和点位置 2909.88 钻铤 钻柱名 称 外径 mm内径 mm钢级 重量 kg/m 长度 m 屈服强度 KN 抗拉系 数 拉力余量 KN 钻铤158.871.4 123.7120 钻杆127117.81X34.852880 22292.08 1043.63 1.6 定向井、水平井井下专用工具及仪器 名 称规 格型 号数 量备 注 158.8 mm 短钻铤 根2 158.8 mm 无磁钻铤 根1 177.8 mm 无磁钻铤 根1 158.8 mm 随钻震击 器 套1 215mm 螺旋扶正器 个3 171.5mm 单弯(1.25) 根1 158.8mm 钻铤 米160 177.8mm 钻铤 米108 MWD、电子单多点套各 1 25 2.钻头及钻进参数设计 2.1 钻头设计 2.1.1 地层描述 本井地层发育齐全，自上而下钻遇地层有第三系明化镇组、馆陶组，下第三系东 营组、沙河街组的沙一段、沙二段、沙三段、砂四段。 明化镇组为河流相、冲积相夹海相沉积，与下伏馆陶组呈整合或假整合接触。岩 性为棕黄、棕红色夹浅灰、棕黄色粉砂岩及部分海相薄层。 馆陶组，济阳坳陷南部地形平缓、物源较贫乏，发育曲流河和分支河流，沉积物 较细，为灰、粉砂、泥质沉积，含砾石较少。 东营组沉积早期，盆地处于断陷的末期，断裂活动逐步减弱，盆地水体逐渐缩小， 以冲积平原的河流体系、辫状河三角洲体系为主，岩性以灰绿色、灰色、少量紫红色 泥岩与砂岩、含砾砂岩、砾状砂岩不等厚互层，或夹薄层碳酸盐岩，从凹陷中心向边 缘逐渐变粗，砂砾岩增加，泥质岩减少。 沙一段岩性主要由灰色、深灰色、灰褐色泥岩、油泥岩、碳酸盐岩和油页岩组成。 东营组沉积早期，盆地处于断陷的末期，断裂活动逐步减弱，盆地水体逐渐缩小，以 冲积平原的河流体系、辫状河三角洲体系为主，岩性以灰绿色、灰色、少量紫红色泥 岩与砂岩、含砾砂岩、砾状砂岩不等厚互层，或夹薄层碳酸盐岩，从凹陷中心向边缘 逐渐变粗，砂砾岩增加，泥质岩减少。 馆陶组厚 7501000 m。济阳坳陷南部地形平 缓、物源较贫乏，发育曲流河和分支河流，沉积物较细，为灰、粉砂、泥质沉积，含 砾石较少。 沙二段分上下两亚段。沙二下亚段岩性主要为灰、灰绿色、紫红色泥岩与砂岩、 含砾砂岩互层，夹碳质泥岩、钙质砂岩等，分布不稳定。沙二上亚段岩性为灰绿色、 紫红色泥岩与灰色砂岩互层夹钙质砂岩、砂岩及含砾砂岩，与其下部呈假整合接触。 沙三段沉积是在沙四段浅湖沉积的背景上快速沉降形成的深水湖盆相沉积，地层超覆 沉积在前古近系不同层位之上。沙三段以湖相的暗色砂、泥页岩为特征，岩性主要为 灰色、深灰色泥岩夹砂岩、油页岩及碳质泥岩，油页岩集中出现在下部。沙三段假整 合或不整合于沙四段之上，凹陷边缘常因超覆沉积而缺失部分底部地层，厚度 26 7001000 m，凹陷中部厚度达 1200 m 以上。 沙四段：分布广泛，厚度较大，与其下伏的孔店组为整合或假整合接触。 2.1.2 厂家数据 （1） HAT127：钻压 0.350.9KN/mm，转速 18080r/min，适用于低抗压强度、 高可钻性的软底层，如页岩、粘土、盐岩、软石灰岩等。 （2） HA127：钻压 0.351.2KN/mm，转速 10050r/min，适用于低抗压强度、 高可钻性的极软底层，如页岩、粘土、软石灰岩等。 （3） HA517：钻压 0.351.05KN/mm，转速 12050r/min，适用于低抗压强度、 高可钻性的软底层，如页岩、粘土、砂岩、软石灰岩等。 （4） P2：钻压 0.450.7KN/mm，转速 18090r/min，适用于低抗压强度、高可 钻性的软底层，如软页岩、粘土、盐岩等。 （5） P3：钻压 0.450.75KN/mm，转速 18090r/min，适用于低抗压强度、高可 钻性的中软底层，如软页岩、粘土、盐岩等。 （6） 胜利金刚石钻头厂推荐 PDC 钻头参数：钻压 0.080.45KN/mm，转速 60300r/min 2.1.3 油田现状 直井常用钻头型号主要有: H517、HA517、HAT127、P2 、HAT127 定向井常用 PDC 钻头型号：P273M 、P263MF、P264M 、P174M、P284M 、P283MJ 2.1.4 参数确定 序 号 尺寸 mm 型号 数量 只 钻进井段 m 进尺 m 纯钻时间 h 机械钻速 m/h 1346.1P210201201 2215.9HAT12712011394 1193 40 30 3215.9PDC1394 1654 260 20 13.1 4215.9PDC 1 1654 3000 1346 87 15.54 27 2.2 钻井参数设计 2.2.1 分井段 本井分为四段,分别对应一开段、二开直井段、增斜段、稳斜段。 一开段采用大直径牙轮钻头，配合喷射钻井技术，快速钻开地表的软地层。 二开直井段，采用满眼钻具，配合牙轮钻头，钻至造斜点，避免出现狗腿井段， 影响造斜段钻进。 造斜段采用单弯动力钻具，配合 PDC 钻头，此井段注意控制钻压，保证造斜率。 稳斜段钻具组合同造斜段相同，采用复合钻进方式，以保证中靶。 使用动力钻具钻井时，因螺杆钻具消耗一部分水功率，计算钻头压降时注意扣除。 螺杆钻具消耗的压力降约为 4MPa。 2.2.2 钻井泵参数列表 3NB1300 钻井泵性能表 缸套直径额定泵冲额定排量额定泵压 （mm）(次/分) (L/s) （MPa） 13014023.634.3 14014027.431.4 15014031.427.3 16014035.724 17014040.421.3 2.2.4 排量泵压确定 为了确保将环空中的岩屑全部返出井眼，必须保证有一定的上返速度。根据临井 的使用数据，并结合经验可知，将排量为 30L/S 时，符合要求。所以排量为 30L/S。 足够的泵压可以为钻头提供一定的钻头水功率，充分发挥钻头的水里破岩作用， 并将井底的岩屑冲离井底。临井泵压为 18MPa 时，完全能达到目的。本井井身结构 同临井基本相同，可知，将泵压定为 18MPa 也是合理的。并且当钻压为 18MPa 时， 可以同本井使用的动力钻具相配合，达到最优组合。 2.2.3 缸套确定 结合钻井泵参数列表，当排量为 30L/s，泵压为 18MPa 时，可选的缸套有 28 150、160、170 三种。当选 150mm 缸套时，泵冲数为较高，发动机满负荷运转，不利 于机器保养。选 170mm 缸套时，泵冲数为 104，相对较低，且能提供足够钻压，所以 选用 170mm 缸套。 2.2.4 水力参数确定 （1）钻井液在循环过程中要在钻柱、环空及地面管汇中有一定的能量损失，并 不能全部提供给钻头，泵压并不等于钻头水力压降。 循环压耗 P 可以通过下试确定： Pl=（Kg+Kp+Kc）Q1.8 其中，Kg，Kp，Kc为地面管汇，钻杆内外，钻铤内外压耗系数。 循环压耗 P 也可以通过以下公式确定 Pl=（mD+n）Q1.8 =0.00000308 8.138.4 2.08.0 )()( 57503.0 phphp d DDDDd B m =0.004398 ccg mLKKn 其中，D 为井深，m、a 为特征参数，Lc为钻铤长度。 3、 喷嘴直径 直井段，采用满眼钻具钻进，钻头采用 HAT127 牙轮钻头，要求确定喷嘴直径， 以达到最优钻头水功率。 当量直径 dne=(0.081Q 2/C 2/Pb)1/4 8.4 4 4 8.4 3 3 8.4 2 2 8.4 1 1 2.08.0 51655.0 d L d L d L d L Kg 8.138.4 2.08.0 )()( 57503.0 phphp pp DDDDd B LK 8.138.4 2.08.0 )()( 57503.051655.0 chchc cc DDDDd LK 29 其中，d ne=（di2） 可以计算出每个喷嘴的直径。 4、 钻头压降 造斜段采用动力钻具，稳斜段采用复合钻进方式，也采用动力钻具，都使用 PDC 钻头。此时钻头水眼固定，要根据喷嘴直径确定确定钻头压降。 钻头压降 P 计算公式: Pb=0.0081Q2 / C2/dne4 其中，d ne=（di2） Pb -钻头压降 Mpa -泥浆密度 g/cm3 Q-排量 L/s C-喷嘴流量系数 取 0.98 dne-喷嘴当量直径 cm di-喷嘴直径 cm 4、其他水力参数确定 （1）射流冲击力 Fj= Q 2/100/A0 （2）喷射速度 V=10Q/A0 （3）钻头水功率 Pb=0.05Q 3/C2/A02 （4）比水功率 Pj=Pb*1000/A （5）上返速度 V=Q/A1 （6）功率利用率 30 =Pb/P100 其中，P-立管压力 MPa Fj-射流冲击力 KN V-喷射速度 m/s Pb -钻头水功率 KW A-井底截面积 mm2 A1-环空截面积 mm2 A0-喷嘴总截面积 cm2 C-喷嘴流量系数 取 0.98 Q-排量 L/s -泥浆密度 g/cm3 注：采用动力钻具钻井时，螺杆钻具消耗一定水功率，由工具手册可知螺杆钻具压降 为 4MPa。 2.2.5 计算数据 钻 进 参 数水 力 参 数 钻 头 序 号 层 位 井段 m喷嘴组合 mm 钻压 kN 转速 r/min 排 量 L/s 立管 压力 Mpa 钻头 压降 Mpa 循环 压耗 Mpa 冲 击 力 kN 喷射 速度 m/s 钻头 水功 率 kW 比水 功率 W/mm2 上 返 速 度 m/s 功率 利用 率 1 平 原 组 0201 2 馆 陶 组 20113 94 9 3 120 140 801 20 3018.014.03.95.2153.1421.111.51.277.9 3 馆 陶 组 1394 1654 11，11，10，10 508 0 160 220 2811.93.68.32.680.8101.32.71.145.5 31 4 沙 河 街 组 1654 3000 11，11，10，10 306 0 100 180 3014.34.110.22.986.6124.73.41.240.0 32 第四章 钻井液与压力控制 1.钻井液设计 1.1 设计原则 （1）能携带和悬浮岩屑，防止沉沙卡钻。 （2）稳定井壁和平衡地层压力。 （3）冷却和润滑钻头、钻具，传递水动力。 （4）钻井液的流变性，钻井液的滤失造壁性，钻井液的 PH 值和碱度，钻井液的含 砂量，钻井液固相含量，钻井液中膨润土的含量符合要求。 （5）符合经济原则，降低成本。 1.2 选择钻井液类型 基本的钻井液类型有分散钻井液，低固相钻井液，钙处理钻井液，盐水钻井液， 聚合物钻井液，正电胶钻井液，抗高温深井水基钻井液，油基钻井液，合成基钻井液 等。 淡水泥浆通常称为普通泥浆，主要用于造斜和增斜井段。仅含有体积为 3%6% 低密度固相的泥浆成为低固相泥浆。 低固相钻井液的主要用途是加快机械钻速。其次，有助于降低循环漏失和改善水 利作用。 油基钻井液是在水基泥浆中加入油并混合配制而成。油以分散的液珠悬浮在你讲 的水相中，水为不分散相或连续相，油在水的内部或不连续液相。在反乳化剂中，水 为分散相，油为连续相 聚合物钻井液是以某些具有絮凝和包被作用的高分子聚合物作为主处理剂的水基 钻井液。具有（1）钻井液密度和固相含量低，因而钻进速度高，地层损害小。 （2） 剪切稀释特性强。 （3）有较强的包被和抑制分散作用等优点。 聚合组钻井液具有一系列其他钻井液没有的优点，完全复合钻井液设计原则。同 其他钻井液相比，更能保证本井的安全完钻，减少钻井事故的发生几率，因此，本井 二开采用聚合物钻井液。 33 1.3 基本结果 井身结构 井眼容 积 补充 量 钻头尺寸/钻 深 m3 m3 mm/m 套管尺寸/下深 mm/m 地面循环 量 m3 总需要量 m3 新需要量 m3 346.1201273.1200 802345148148 215.9139.7 3000 3000 120114204438306 1.馆陶组及以上地层疏松，防止坍塌卡钻和井漏； 2.在开泵和起下钻中，要平稳操作，防止压力激动引起井漏、井壁坍塌、卡钻等复杂 情况； 3.钻至不整合面附近及疏松砂岩层，防漏； 4.起钻连续灌满钻井液，防止抽喷或井下其它复杂情况发生； 复杂情况提 示 5.钻入相当于邻井油气层井段，防喷。 1.4 钻井液体系 井段 m钻井液体系 0201预水化膨润土浆 2011393聚合物钻井液 13933000聚合物润滑防塌钻井液 1.5 钻井液性能 项目性能指标 34 0201m2011393m1393m3000m 密度 g/cm31.051.101.101.151.101.15 马氏漏斗粘度 s304030404055 API失水 ml814.0014.00 注：试验条件按 API 标准执行。 1.8 水泥浆配方 套管程序 配方 一开G 级水泥+配浆水 二开G 级水泥+降失水剂+分散剂+消泡剂+配浆水 注：现场施工前可根据实际情况调整水泥浆配方，并做复核试验。 1.9 水泥用量 1.9.1 说明 水泥浆用量为水泥浆返深到井底环空体积与水泥赛面到井底套管内体积之和。为 了避免因为水泥浆的漏失，造成水泥返高不能达到要求，对水泥用量附加一个系数。 水泥附和系数 k1本井定为 1.5。 水泥浆量的计算： Vc=/4【k1（dh2-dco2）H+dcin2h】 Vc 水泥浆用量 m3 ； k1 水泥附和系数； 54 dh 井眼直径 m； dco、dcin 套管外径、内径 m； H 套管外水泥反高 m； h 套管内水泥高 m； 水泥浆的密度计算： =c水（1+m）/（水+mc） c 水泥浆密度，g/cm3； m 水灰比 。 1.9.2 结果 套管 程序 套管 尺寸 mm 钻头尺 寸 mm 理论环 空容积 m3 水泥浆 返深 m 水泥塞 面深度 m 水泥塞 底深度 m 水泥浆 密度 g/cm3 水 泥 等 级 注水 泥量 t 固 井 方 式 表层 套管 273346.111 01902011.85 G 高 21 内 插 油层 套管 139.7215.938 18002990 3000 1.9 G 高 73 常 规 注：水泥用量及上返深度为理论数据，施工中应根据实测资料修正。 1.10 各层次固井外加剂用量 用 量 t 材 料 名 称 一开二开 备 注 分散剂0.70 降失水剂1.8 消泡剂0.90 注：上表设计以中国石化集团石油专业工程定额为依据。 55 1.11 前置液用量 1.11.1 说明 冲洗液的作用是稀释和分散钻井液,防止钻井液的胶凝和絮凝,有效冲洗井壁和套 管壁,清洗残存的钻井液和泥饼;在钻井液和水泥浆之间起缓冲作用,有力于提高固结质 量。 隔离液的作用是有效的隔开钻井液和水泥浆；能形成平面推进型的顶替效果；对 低压、漏失层起缓冲作用；具有较高的浮力及拖拽力，以加强顶替效果。 1.11.2 列表 套管程序前置液类型前置液密度 g/cm3设计长度 m所需用量 m3基液类型 冲洗液1.051502.30 配浆水 二开 隔离液1.11001.53 驱油剂 1.12 顶替量计算 套管 程序 管柱 类型 外径 mm 壁厚 mm 分段长度 m 设计顶替量 m3 一开钻杆127.009.20190.001.80 套管139.707.722000.00 二开 套管139.709.17484.00 29.9 注:设计顶替量含 2m3压塞液。 1.13 套管柱试压要求 套管外径 mm 试压介质 试压值 MPa 稳压时间 min 允许压降 MPa 备注 139.70清水15300.5 试压压力均应小于或等于套 管最小抗内压强度的 70% 2.各次开钻或分井段施工重点要求 2.1 防卡 (1) 每次开钻前，公司要组织有关人员对井队设备、井口、仪器仪表等进行检查验收。 56 按标准要求一定要达到平、正、稳、固、牢、灵，达不到验收要求不能开钻。 (2) 加强活动钻具，井内钻具静止不能超过 3min。不能钻进时，尽量大幅度上下活动 钻具。 (3) 因设备故障无法活动钻具时，应将悬重的三分之二慢慢压到井底，抓紧时间抢修， 修好设备后不宜继续钻进，应循环好钻井液后起钻。 (4) 接单根速度要快。尤其在快速钻进时，一般接一个单根不要超过 3min，同时要晚 停泵早开泵，以减少沉砂。 (5) 起钻前处理好钻井液，大排量循环洗井，循环两周以上方可起钻。下钻不应一次 到底，应分段开泵循环正常后再下。起下钻遇阻超过 100kN，不可硬拔或强压， 应接方钻杆开泵顶通循环正常后，再继续起下。 (6) 钻进中发现泵压升高、悬重下降、钻井液返出减少、接单根打倒车等现象，应停 止钻进或接单根，上提钻具到正常井段后，采用冲、通、划的办法，使井眼恢复 正常，然后，继续作业。 (7) 在定向井施工中，只要井身轨迹允许尽可能不采用高造斜率，减少形成键槽的可 能。如果发现已形成键槽，要随时下入键槽破坏器，使井眼畅通。 (8) 钻进中发现泵压下降，必须停钻找出原因。如果在地面上找不出问题，应起钻检 查钻具。 (9) 所有下井钻具必须按规定认真进行检查，凡不合格的钻具禁止下井使用。 2.2 直井段防斜 (1) 对所有设备进行二开前检查验收，认真进行高压试运转 0.5 小时以上，运转平稳， 不刺、不漏方可开钻。 (2) 在表层钻进中，平衡好水龙带，使其不摆不跳。要轻压吊打，井斜要求小于 0.5， 井斜过大必须纠斜。 (3) 在检修保养设备或处理钻井液时，应保持大幅度活动钻具循环钻井液。但不可大 排量长时间停在一处转动循环，避免冲大井眼造成井斜。 (4) 换用新钻头时，不可一次下钻到底。在接近井底时，小排量开泵，档启动转盘， 慢慢下到井底，再用 3050kN 的钻压磨合钻头约半小时后，逐渐加至正常钻压 钻进。 (5) 设备安装按规定要求达到平、正、稳、固、牢。校正天车中心、转盘中心及井口 中心三者处于一铅垂线上，最大允许偏差不超过 10mm。 57 (6) 指重表、记录仪、泵压表必须灵敏、准确、好用。 (7) 下井稳定器外径与钻头直径差小于 3mm。 (8) 送钻均匀、加压合理、断层及地层交界面处调整钻压。 2.3 防喷 (1) 井场按规定配齐消防设施。所有照明、电气设备要具有防火防爆性能要求。 (2) 钻开油气层后应避免在井场动火，必要用火时，应报上级安全部门审批，并采取 相应的防护措施。 (3) 坚持坐岗制度，由专人观察记录钻井液液面和性能的变化情况，发现溢流及时采 取措施。 (4) 下够表层套管，水泥一定要返到地面，保证固井质量。做好一次井控工作，保持 井眼畅通，井壁稳定。 (5) 钻开油气层后，必须控制起钻速度，禁止高速起钻造成抽喷或井眼垮塌。应采用 档起钻，并连续灌满钻井液。起完钻要立即下钻，尽量缩短空井时间。 (6) 在上部地层钻进时，要防止泥包钻头，避免起钻拔活塞而诱发井喷。 (7) 钻开油气层后，要随时掌握油气显示情况，每次起下钻要求测油气上窜速度，并 做好记录。油气层压不稳不许起钻。确保油气上窜速度不大于 10 m/h。 2.4 防漏 (1) 在钻进过程中，调整好钻井液性能，在井下条件允许的情况下，钻井液密度尽量 使用设计下限值，保持近平衡压力钻井。 (2) 下钻要控制速度，井深超过 500m 以后要挂辅助刹车，每下一柱不能少于 30s，防 止下钻速度快产生激动压力过大压漏地层。 (3) 钻进中井下油气活跃需要加重时，在加重过程中应按循环周逐步提高密度，直到 溢流消失为止。禁止盲目加重压漏地层，造成井下情况趋于复杂。 (4) 下钻过程中要分段循环钻井液，切不可一次下钻到底再开泵循环。开泵要先小排 量顶通后，再恢复正常排量。严禁开泵过猛憋漏地层。 (5) 认真执行坐岗制度，专人观察钻井液面的变化情况，无论钻进还是下钻时，发现 井漏，如果漏失超过 5m3，应立即起钻，并连续向井内灌入钻井液，同时做好堵 漏准备。 2.5 定向井工艺技术措施 (1) 用动力钻具打完进尺后更换满眼钻具 通井，进一步修整井壁，使井眼光滑畅通。 58 (2) 控制起钻速度，裸眼段一律用一档起钻，避免抽吸引起井垮。 (3) 造斜点以下井段坚持短起下钻，检查、清理井眼。施工中作好记录，为下一步的 完井工序提供可靠的指导性资料。 (4) 稳斜段钻进时应及时加固体润滑剂，以减小井壁摩擦力。 (5) 起钻和电测期间有专人观察井口液面变化，及时补充钻井液，防止井下复杂情况 的发生。 (6) 斜井段应保证排量，以提高井眼清洗效率，增强钻井液的携岩能力。 (7) 斜井段坚持使用加重钻杆，并可使用一定数量的螺旋钻铤，以减小钻具与井壁的 接触面积。 (8) 严格控制钻具在井内的静止时间，除测斜外，钻具静止时间不超过 3min，且钻具 应大幅度活动。 (9) 根据测斜数据及时作出井身轨迹实钻图，以指导下一步技术决策。 (10) 扶正器（特别是近钻头扶正器）磨小 3mm 必须更换，以保证钻具力学特征。后 期作业，每次起下钻可倒换使用，将最大外径扶正器置于近钻头处。 (11) 下钻遇阻严禁硬压导致卡死，应耐心划眼，直至起下钻通畅为止。 (12) 钻进及划眼过程中要密切注视转盘扭矩变化，防止将钻具蹩断或倒扣掉入井内。 (13) 定向时确定反扭角后坚持定钻压、定泵压、定排量钻进。钻进时加强测斜，根据 测量数据修正、调整反扭角值。 (14) 井队人员应与定向技术人员密切配合，严格按技术人员要求的参数施工。 (15) 技术人员要掌握所用钻具及动力钻具的各项基础数据和特性，参考动力钻具手册 和现场经验确定合理的反扭角。 (16) 定向段下钻时丝扣一定要上紧，避免定向转动转盘时造成钻具自动上扣，致使定 向不准。 (17) 直井段采用轻压吊打方式保证打直井眼。 2.6 其它重点措施 (1) 取全取准各项资料，认真填写各种报表及记录卡片，及时整理上报。 (2) 开好完井协作会，下井套管要求通径、涂好密封脂、按套管最佳扭矩上扣，确保 固井质量。 (3) 搞好一次井控，起钻要灌满钻井液， 控制起钻速度，防止抽汲引起井喷事故。 59 (4) 若周围有注水井(注汽井)，则注水井(注汽井)停注按胜油(90)269 号文件执行，不 停注不准钻开相应层位。 (5) 馆陶组及以上地层成岩性差，钻进中注意防坍塌卡钻。 (6) 禁止在不整合面附近及砂岩段开泵，排量应由小渐大，并适当调整钻井液密度， 不要盲目加重，并备足堵漏材料，防止井漏。 (7) 钻遇油气层井段，加强观察钻井液性能变化，适时调整钻井液密度，防止井喷。 3.完井设计 3.1 套管头规范 T 10 3/4*5 1/2-35 3.2 完井要求 完井后应做到声放磁合格、套管试压合格、井内无落物；套管头按标准试压，井 口及环隙不得有油气水漏失现象。