mm断块综合开发方案研究石油大赛设计9整理初稿.doc

全国石气工程设计大赛National Petroleum Engineering Design Competition参赛作品3作品说明依据石气工程大赛各项内容,经过分析与团队的分工配合做出与之有关的设计负责人签字:团队成员签字:指导老师签字:时间:目录第1章 气藏工程设计71 地质资料及基本数据71.1 基本数据71.2 地质资料录取要求101.3 故障提示111.4 关于地质资料的说明111.5开发方式确定:121.6 开发层系划分121.7开发速度121.8 井网及井距121.9节点的设置131.10气井生产系统131.11气井产能的影响因素151.11.1井壁污染对气井产能的影响151.11.2函数节点分析射孔密度对气井产能的影响161.11.3井下气嘴直径对气井产能的影响井下气嘴主要用于井下节流降压161.11.4增产新技能:161.11.5气藏采收率计算171.12气藏的计算方式181.13天然气和凝析气原始储量191.14可采储量19第2章 钻完井设计212井身结构设计212.1井身结构设计依据212.2井身结构设计的原则212.3井身结构设计内容212.4设计内容212.5有关系数的确定222.6设计井身:222.7钻机选型及钻井主要设备232.8 钻头选型及钻进参数设计252.8.1 设计原则及设计方法252.8.2 设计步骤252.9 钻具设计262.9.1 钻具选用原则及设计方法262.9.2钻具组合262.9.3 钻具校核272.10 钻井液设计282.10.1 设计原则及设计内容282.10.2 设计方法282.10.3 钻井液管理措施282.10.4 推荐常用钻井液292.10.5 钻井液用料概算292.10.6 固控设备要求292.10.7 保护气气层要求292.11水力参数设计292.12泵的选择292.13喷嘴选择292.14常用流量302.15 设计方法及系数选择302.16井深质量控制302.16.1井身质量标准302.16.2井斜控制方法及设计312.17套管柱设计312.17.1设计内容312.17.2套管强度设计原则及设计方法312.17.3套管串下部结构设计322.17.4设计要求322.18注水泥计算及固井工艺设计322.18.1设计内容322.18.2注水泥计算332.18.3固井工艺设计33第3章 采气工程方案设计343.1采气工程方案设计的地位343.2导向技术研究和先导性试验343.3 采气工程技术现状调研353.5 采气工程方案设计的基本任务363.8防腐防垢防砂及防水合物工艺设计373.9 动态监测373.10采气工程方案设计应用37第4章 地面工程设计394.1供气对象和主要用户的供气要求及供气总量394.2天然气集输管网页工艺流程的工艺要求394.2.1线路的选择要求394.2.2地区等级划分要求404.3管道铺设424.4截断阀的设置444.5对于线路的具体选择根据具体要求设计如下454.6集输脱设施及防腐设施474.7自动控制,通信,给排水及消防,供电供暖484.8节能及环境保护514.9节能环保劳动安全卫生524.10输气管道自动化53第5章HSE以及经济评价545.1 HSE风险管理555.2 钻井工程HSE风险特性555.2.1 客观性与必然性555.2.2 不确定性与可变性555.2.3 多样性与隐蔽性555.3 钻井工程HSE风险管理的现状问题565.3.1 HSE管理监督机制存在缺陷565.3.2 科学动态预防型风险管理模式未建立565.3.3 领导与员工意识不强565.4 钻井工程HSE风险管理改进措施565.4.1 落实HSE管理制度565.4.2 建立科学的HSE风险管理模式575.4.3 提高领导与员工的HSE意识和理念575.4.4 提高领导与员工的HSE措施的执行力575.5 HSE 专栏天然气处理过程中的HSE 管理59第5章 经济评价64第1章 气藏工程设计第1章 气藏工程设计1 地质资料及基本数据1.1 基本数据井号:M2井别:生产井水平井井位:地理位置位于M市B区C村东北约10公里井深:5000如设计井为定向井,应标明垂直井深,靶点的方位及水平位移区域地质情况简介:区块构造位置处于XX盆地XX斜坡,该区块具备良好的天然气成藏条件下伏陆相-海陆交互相煤系地层呈广覆式分布且成熟度高;总体近南北向的NPEDC9NPEDC10 砂体在平缓的西倾单斜背景下,与侧向的河流间湾泥质岩遮挡及北部上倾方向的致密岩性遮挡一起构成了大面积的岩性圈闭NPEDC9组稳定分布的近100m 河漫滩相泥岩,构成上古生界气藏的区域盖层NPEDC9和NPEDC10 段储层属河流-三角洲相砂体,面积宽广,物性较好,构成了良好的储集体井区含气面积约276.5km2,平均煤层厚度11m,气层有效厚度20m本区构造特征明显规律性强,地层北东高-南西低,整体呈向西倾斜的单斜统计地层坡度较缓,每千米下降2-15m,没有大的构造起伏,且NPEDC9段顶面NPEDC10 段顶面的微构造形态有很好的继承性,构造的主体基本上是向西倾斜的单斜构造,只在局部发育微幅度鼻隆构造 表1.1NPEDC9顶面NPEDC10顶面鼻隆构造情况层位鼻根埋深(m)鼻端埋深(m)起止高差(m)延伸长度(Km)隆起幅度(m)面积(Km2)NPEDC9顶-2050-228023021310352684.59NPEDC10顶-2050-234029023610352857.88钻探目的及完井原则:钻探目的:完善XX气田XX层组的开发井网完钻原则:钻穿二叠系NPEDC11留70m 口袋完钻;若在钻口袋过程中,发现良好的含气显示,则请项目部地质研究中心确定完钻井深 下套管及注水泥要求:下入气层套管139.7mm9.17mm套管每米重29.79kg/m,177.8mm9.19mm套管每米重38.69kg/m及阻流环所在位置?水泥返深:地面地层分层描述:区块构造位置处于XX盆地XX斜坡,该区块具备良好的天然气成藏条件下伏陆相-海陆交互相煤系地层呈广覆式分布且成熟度高;总体近南北向的NPEDC9NPEDC10 砂体在平缓的西倾单斜背景下,与侧向的河流间湾泥质岩遮挡及北部上倾方向的致密岩性遮挡一起构成了大面积的岩性圈闭NPEDC9组稳定分布的近100m 河漫滩相泥岩,构成上古生界气藏的区域盖层NPEDC9和NPEDC10 段储层属河流-三角洲相砂体,面积宽广,物性较好,构成了良好的储集体井区含气面积约276.5km2,平均煤层厚度11m,气层有效厚度20m本区构造特征明显规律性强,地层北东高-南西低,整体呈向西倾斜的单斜统计地层坡度较缓,每千米下降2-15m,没有大的构造起伏,且NPEDC9段顶面NPEDC10 段顶面的微构造形态有很好的继承性,构造的主体基本上是向西倾斜的单斜构造,只在局部发育微幅度鼻隆构造表1.2NPEDC9顶面NPEDC10顶面鼻隆构造情况层位鼻根埋深(m)鼻端埋深(m)起止高差(m)延伸长度(Km)隆起幅度(m)面积(Km2)NPEDC9顶-2050-228023021310352684.59NPEDC10顶-2050-234029023610352857.88岩性及分层表1.3岩性及分层地质时代分层底界深m厚度m岩 性倾向( )倾角( )特殊情况提示第四系2015黄色流沙粘土夹砾石层2601防漏防斜白垩系610590上部为棕红色灰紫色砂岩夹灰绿色暗紫色泥岩,下部为棕红色浅红色块状中粗粒砂岩,斜层理十分发育2601防漏防斜侏罗系NPEDC167565棕红色泥岩为主,下部夹粉细粒砂岩,上部夹杂色泥岩2601防卡NPEDC21230555主要为棕红色泥岩与灰白色砂岩2601防卡NPEDC31530300深灰色泥岩与灰色砂岩为主,夹煤层2601防塌 三叠系NPEDC42325795上部为泥岩夹粉细砂岩,中部以厚层块状砂岩为主夹砂质泥岩碳质泥岩,下部为长石砂岩夹紫色泥岩2601防卡NPEDC52605280上部棕紫色泥岩夹砂岩,下部为灰绿色砂岩砂砾岩2601防卡NPEDC6270095棕红色泥岩夹灰色砂岩2601防卡NPEDC73000300灰绿色砂岩夹棕褐浅棕色泥岩2601防漏二叠系NPEDC83320320上部棕红色泥岩夹肉红色砂岩,下部肉红色砂岩夹棕红色泥岩2601防漏NPEDC93580260上部以杂色灰色泥岩夹灰绿色砂岩为主,下部以灰白色砂岩夹深灰色泥岩为主2601防喷NPEDC10366080深灰色泥岩与灰白色砂岩互层,夹煤层及煤线2601防塌防喷NPEDC11369030灰黑色泥岩夹浅灰色砂岩和煤层2601防塌防喷石炭系NPEDC12371020灰黑色煤层深灰色泥岩砂质泥岩铁铝岩2608010-3(mPas) 中3080 低 1030 特低10 中丰度 210 低丰度300 中型气田 50300 小型气田15 中产310 低产35)储层埋藏深度(m) 浅层 400069第2章 钻完井设计第2章 钻完井设计2井身结构设计2.1井身结构设计依据 设计应当以地层压力剖面及地层破裂压力剖面曲线为依据2.2井身结构设计的原则井身结构设计的原则如下:能有效地保护气气层,使气气层不受钻井液的损害能够避免漏喷塌卡等复杂情况产生,保证全井顺利钻进,使钻井周期达到最短钻达下部高压地层时所用的较高密度的钻井液产生的液柱压力,不至于把上一层套管处薄弱的裸露地层压裂下套管过程中,钻井液液柱压力和地层压力之间的压差,不至于造成压差卡阻套管2.3井身结构设计内容 各层套管下入深度的确定 气层套管下入深度,一般根据完井方式由地质基本数据中给出的主力气层位置确定 表层套管及中间套管下入深度由计算确定 套管下入层次的确定 一般气井中均应下表层套管及气层套管,是否需要下入中间套管,下入几层中间套管,应由计算确定 各层套管段应由钻深确定 各层套管外径及钻相应井段的钻头直径确定 各层套管外水泥上返的高度确定2.4设计内容(1)各段应钻深度的确定气层套管段:阻流环超过最下部气层底部后,留至少30米口袋表层套管及中间套管段比套管长度多2到3米(2)各层套管外水泥上返高度确定表层套管外水泥上返到地面中间套管外水泥高度不少于200米气层套管外水泥上返高度由应封固的最上部气层位置决定,应返到最上部气层顶部以上150米2.5有关系数的确定(1)最大泥浆密度及附加泥浆密度可按地层压力剖面曲线确定,附加泥浆密度取为0.036克/厘米(2)压力激动引起的压力升高值可取为0.036克/厘米当量钻井液密度值(3)产生溢流时井底压力升高值可取为0.06克/厘米当量钻井液密度值(4)避免裸眼地层被压裂的安全值取为0.036克/厘米当量钻井液密度值(5)正常地层压力情况下,井内最大允许压差为12兆帕异常地层情况下,井内最大允许压差为16兆帕2.6设计井身:一开:346.00mm钻头603.00m273.00mm表套602.00m水泥返深:地面二开:241.30mm钻头3815.00m177.80mm气套3799.00m水泥返深:地面三开:216.30mm钻头4815.00m77.80mm气套4799.00m水泥返深:地面图2.1井身设计2.7钻机选型及钻井主要设备表2.1钻机选型及钻井主要设备 名 称 型 号载荷kN功率kw 备 注1 钻机 ZJ-60 2 井架 JJ450/45-A4500 井架高43m 3 天车 TC-450 4500 4 游动滑车 YC-350 4500 5 大钩 DG-450 3921 6 水龙头 SL-505 5050 7 转盘 ZP-3755850 转速最大300 r/min8 钻井泵1#钻井泵2#钻井泵3# 3NB8003NB1003NB1300 588735955 9 动力机1#动力机2#动力机3#PZ12V190 2646 10 发电机1#发电机2#12V135 200 11防喷器 FZ210/35液压 12 控制系统 FK2-150 13 振动筛1#振动筛2#ZNS821 14 除砂器 CS68 15 除泥器 CN128 16绞车ZJ70/4500DZ14702.8 钻头选型及钻进参数设计2.8.1 设计原则及设计方法 钻头选型及钻进参数设计是钻井工程设计中的一项主要内容,钻头是破碎掩岩石的主要工具,它的选型是否正确,使用参数是否恰当,关系到钻进速度的高低和成本的高低选用钻头的原则应当是使钻进中每米成本最低在钻头选型中目前难以直接引用钻进成本公式,故在选型时一般按经验选取2.8.2 设计步骤(1)推荐钻头的选型与钻头制造厂家提供的钻头适用地层情况应当一致钻进软极软地层用于刮刀钻头及铣齿式软地层牙轮钻头钻进中软中硬地层适用铣齿式或锒齿式相应地层的牙轮钻头,钻进中硬以上地层,常用锒齿式相应地层的牙轮钻头如果遇见特殊岩性钻头优选金刚石钻头或PDC钻头,PDC钻头,直接影响着钻具功效的发挥由于PDC钻头与地层的适应性和现场操作水平高低都将影响到机械钻速和钻头进尺特殊地质岩性致使PDC钻头在选型和使用上受到很大限制为了做到针对不同井区选择适应不同层位的PDC(2)钻头使用时间及进尺预算钻头使用时间和进尺预算关系到一口井使用钻头的数量,钻进周期等钻头使用时间按经验加以预算,一般进口密封轴承锒齿牙轮钻头使用时间在30小时以上进口铣齿密封轴承牙轮钻头使用时间在50小时左右国产锒齿密封轴承牙轮钻头使用时间在50小时左右,设计中可采用上述推荐数值推荐用上述公式预测牙轮钻头的机械钻速,并可预测钻头进尺刮刀钻头使用时间及钻速尚无经验公式预测,可根据各气田统计资料估算刮刀钻头使用寿命平均为48小时,平均机械钻速为30米/小时钻进参数设计表2.2钻进过程中的钻压转速一般可按经验选取钻头类型钻压(吨)转速(转/分)刮刀钻头铣齿软地层牙轮锒齿中硬地层牙轮121412141618200左右150751502.9 钻具设计2.9.1 钻具选用原则及设计方法 钻具由钻铤钻杆方钻杆及配合接头组成选用原则为: 钻铤:钻探外径应与钻头外径有适当差值其间隙至少应在25毫米,钻铤长度应满足其在钻井液中的浮重至少超过最大钻压的130%以上 钻杆:在条件允许时应尽量选用流动阻力小的内平接头钻杆,不用正规接头钻杆,钻杆受力复杂,应在危险截面进行校核 方钻杆:可从有关手册中查找 配合接头:方钻杆下部至少应有一个保护接头,其余配合接头应满足不同扣型,不同直径钻具联接的情况下,使用数量应尽可能少 钻具的选用方法一般是按各气田经验选用常用钻具组合,在危险截面校核强度2.9.2钻具组合 第一趟钻钻具组合选择方案346mmPDC钻头+172mm(1)螺杆+165mm短钻铤6m+215mm稳定器+178mm钻铤912根第二趟钻钻具组合选择方案第二趟钻为选择222牙轮钻头复合钻井钻具组合:241mm钻头+172mm(1.2)螺杆+165mm短钻铤4m+214mm稳定器+178mm钻铤912根 第三趟钻钻具组合选择方案216mmPDC钻头+172mm(1.2)螺杆+165mm短钻铤3m+215mm稳定器+178mm钻铤912根 (选择钻具组合:222mmPDC钻头+172mm(1)螺杆+165mm短钻铤5m+215mm稳定器+178mm钻铤912根,轨迹及时 微调,依据钻时情况,“确保两趟钻,力争一趟钻”完钻钻进一个单根时间在1h2h整个表层参数的确定以速度最大化和排量最优化为原则二开后各井段施工参数的优化(1)上部地层“四合一”组合钻井参数优选滑动:钻压40kN120kN;泵压:4MPa6MPa排量:26L/S30L/S复合:钻压80kN160kN;转数:50N/分70N/分;泵压:1MPa15MPa;排量:34L/S38L/S(2)下部地层钻具组合钻井参数钻压:120kN160kN;转数:50N/分70N/分;泵压:8MPa12MPa排量:34L/S38L/S2.9.3 钻具校核 安全系数及其它系数的确定: 抗外挤安全系数:1.125; 卡瓦横向系数:4; 抗拉安全系数:1.30; 拉力余量:不小于35吨 钻铤校核:钻铤长度至少应当满足在钻井液中浮重应超过最大钻压的130% 钻杆校核 推荐使用无细扣内平接头钻杆2.10 钻井液设计2.10.1 设计原则及设计内容钻井液设计的原则是在有效地保护气气层,防止气气层污染,降低成本的条件下满足钻井工程的要求,设计中应尽量满足平衡压力钻井的要求要求设计出各井段所适用的钻井液类型钻井液性能(密度粘度失水量泥饼厚度切力PH值含砂量),处理维护方法,固控要求等2.10.2 设计方法钻井液类型设计在地下无特殊地层及地质条件下不十分复杂的地层中钻进,只要淡水钻井液可满足要求,则常用淡水钻井液,一般不用盐水钻井液海水钻井液气基钻井液及气包水钻井液等钻井液性能参数的确定钻井液密度:可按地层压力选择,为了不使钻井液密度变化频繁,可按地层压力曲线分几段确定以每一段的最大地层压力折合的当量钻井液密度附加密度附加值为该段常用密度粘度失水量切力等参数:一般按各气田经验选取,粘度应取稍小值;失水量可取稍小量,切力适中一般,粘度在浅井为1822秒;深井为2230;失水量浅井为10ml,深井为6ml;含砂量一般10%;切力一般为01帕2.10.3 钻井液管理措施应根据每段钻井液类型提出管理要求:如一开必须钻井液钻进;快速钻井液钻进段钻井液性能波动范围;加处理剂及加清水处理时的方法;加重要求等2.10.4 推荐常用钻井液快钻进井段钻井液淡水浆+栲胶0.30.4%+纯碱0.20.4%+CMC0.1%+30A510.01%;大循环出砂,适用于较浅井段(2)抑制性聚合物钻井液淡水浆+部分水解聚丙酰胺0.150.2%+铁铬盐1%;适用于3000米树脂型深井钻井液淡水浆+SMP+SMC等,用于3000米井2.10.5 钻井液用料概算按井筒容积的二倍预算各种材料的用量,但最少应按100钻井液配备材料2.10.6 固控设备要求 一般按三级固控设备设计,特殊情况时可考虑按四级净化设计2.10.7 保护气气层要求 若提出保护气气层要求,按要求设计,采用近平衡压力考虑钻井液性能;如无特殊要求,可不予考虑2.11水力参数设计水力参数设计应包括泵的选择及应用;钻井水力工作方式的选择钻头水力参数计算2.12泵的选择依照各气田经验,一般选用较大功率钻井泵,常用的泵为3NB1000型及3NB1300型钻井泵常用最高泵压以不超过210帕为宜2.13喷嘴选择 常用流线型或双圆弧型喷嘴,流量系数一般可取C=0.97.2.14常用流量最大流量按照环空中泥浆上返速度最大不超过1.3米/秒为宜 推荐最大流量,在井眼中,双泵钻进,流量65升/秒,在井眼中,单泵钻进,流量3 4升/秒2.15 设计方法及系数选择(1)一开表层套管段不做水力参数设计(2)从二开进行水力参数设计,一般是按每只钻头问哦一个使用段进行水力参数设计,决定该钻头所使用的泵压流量喷嘴直径等,每只钻头按所钻达的最后井深为设计计算的依据,逐只钻头设计直到全井结束(3)一般可按三等径喷嘴设计(4)去井径扩大系数为1.05(5)设计最高泵压应为在该缸套下的额定泵压的90%;但最大不应超过210帕,最大流量为额定流量的90%(6)常用地面管汇压耗系数可以为2.16井深质量控制 按石气颁布标准SY5088-85规定,评定一直井的井身质量标准包括有:最大井斜全角变化率;井底水平位移;最大井斜角和井径扩大系数四项 设计中如非特指明,一般均为直井2.16.1井身质量标准 (1)井斜标准按井深划分为:井深(米)井斜角水平位移(米)全角变化率01000 305080100 /25米200030003500表2.3井斜对应(2)井径扩大系数在本设计中一律取为1.052.16.2井斜控制方法及设计 (1)在大直径井眼中建议使用塔式钻具防斜(2)在较小井眼(及更小)中建议采用刚性满眼钻具防斜推荐两种刚性满眼钻具中扶正器位置计算方法:水平段井眼轨迹控制技术水平段钻具组合:241.3HTA127钻头+ 5LZ197导向马达(1. 5)+214欠尺寸稳定器+178(LWD)+178无磁(MWD) +127无磁抗压缩钻杆+127(18)斜坡钻杆+127加重钻杆+127钻杆 水平井段以转盘钻配小角度单弯马达钻具组合钻进方式,采用MWD进行井眼轨迹随钻监测LWD随钻监测伽傌电阻率进行气层位置分析判断钻进中,通过邻井测井曲线和随钻所测伽傌电阻率曲线及时对照分析,根据分析结果及时调整工具面和钻井参数,实现微增微降调整方位,有效地将井眼轨迹沿气层钻进完钻斜深1612.58m,完钻垂深1079.42mA点着陆,靶前位移263.86m,进入水平段,共钻进水平井段长406.90m,达到了设计要求,完钻斜深1622m,完钻垂深 1087m 要求设计出每一段所用下部防斜钻具组合,如塔式钻具结构;刚性满眼钻具的扶正器位置及相应的钻进参数;扶正器结构可列表或文字说明2.17套管柱设计2.17.1设计内容套管柱设计包括套管强度设计,决定套管的丝扣类型;套管体的钢级壁厚;套管串结构设计,决定套管串中的扶正器位置数量及形状,旋流短节引鞋套管鞋等;套管联顶节设计等2.17.2套管强度设计原则及设计方法套管强度设计包括选择的钢级壁厚扣型,并校核各种受力(1)设计方法采用等安全系数法,即下部套管按受外挤压力选择钢须和壁厚,水泥面以上套管按双轴应力计算;上部套管按抗拉力强度校核,决定纲级及壁厚;全部套管初步设计完全后校核其抗内压强度(2)安全系数选择抗拉安全系数:1.80;抗外挤安全系数:1.10;抗内压安全系数:1.10(3)套管选择 为了使设计简单,避免过多查表,现规定各种尺寸的套管均选用N-80及K-55两种钢级深井套管当N-80钢级不能满足要求时可选用P-110钢级的套管 直径为及更小的套管一律选用圆扣套管;及以上直径的套管一律选用短圆扣套管各种壁厚均不限2.17.3套管串下部结构设计(1)表层套管及中间套管