石油工程设计大赛--多分支水平井

1、多级分段压裂水平井与上翘式单翼多分支井井组采气工程设计1.作品说明2.布井方案3.油管柱设计4.射孔工艺5.采气方式6.压裂设计7.气井特殊问题处理8.井口集输装置9.采气成本10.作品特色1.作品说明 沁端区块位于沁水盆地南部，隶属于山西省沁水县，矿区属于中联煤层气有限责任公司。本区属山区丘陵地貌，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，冬季气温较低，年平均降雨量400900mm，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。该区处于张性应力区，地震发生的概率较低，其地震烈度为6度。1.作品说明

2、 本区属山区丘陵地貌，以低山丘陵为主。本区构造形态总体为一走向北北东、倾向北西西的单斜构造。在此基础上发育了一系列近南北北北东向宽缓褶曲，形成区内地层的波状起伏，岩层倾角一般不超过15，个别地段受构造影响岩层倾角变化大。断层不发育，规模较大的仅一条，断距最大达100m。总体属地质构造简单类。1.作品说明图1.1 地质剖面示意图1.作品说明 根据本赛题所给出的地质资料及井组情况，现选用多级分段压裂水平井与上翘式单翼多分支井井组采气工程设计。2.布井方案 Z1井井型为直井，目标煤层是3#和15#，井口坐标为：X：19647687；Y：3965160，地质剖面图见图2.1，井身结构见表2.1图2.1

3、 Z1井地质剖面图2.布井方案序号序号井深井深m钻头尺寸钻头尺寸 套管尺寸套管尺寸钢级钢级壁厚壁厚一开一开50.00311.15244.48J558.94二开二开770.21215.9139.7J5510.03表2.1 Z1井井身结构图2.布井方案 Z-2H井为多级分段压裂水平井，Z-2V是其生产井目标煤层是3#，Z-2H井口坐标为：X：19647880；Y：3964931，地质剖面图见图2.2，井身结构见表2.2、2.3。图2.2 Z-2H井地质剖面图2.布井方案序号序号井深井深m钻头尺钻头尺寸寸套管尺套管尺寸寸钢级钢级壁厚壁厚一开一开50346.6298.4J558.94二开二开60526

4、6.7193.7N808.33三开三开1700165.1139.7N807.72表2.2 Z-2H井井身结构设计序号序号井深井深m钻头尺钻头尺寸寸套管尺套管尺寸寸钢级钢级壁厚壁厚一开一开50311.15244.48J558.94二开二开600.2215.9139.7J5510.03表2.3 Z-2V井井身结构设计2.布井方案 Z-3A井为单翼多分支水平井井组，Z-2B是其生产井，目标煤层是3#，Z-3A井口坐标见表2.4，示意图见图2.3，井身结构见表2.5、2.6。图2.3 多分支井示意图2.布井方案主井眼主井眼项目项目井口井口A靶点靶点B靶点靶点X1964688019647150.2219

5、648135.02Y396380539638053963805垂深垂深581.36m533.7m357.4m距井口方位距井口方位9090分支井眼分支井眼项目项目C靶点靶点D靶点靶点E靶点靶点X19647396.4219647544.1419647691.86Y396380539638053963805垂深垂深490.3m464.3m438.2m距井口方位距井口方位909090项目项目F靶点靶点G靶点靶点X19647839.5819647987Y39638053963805表2.4 Z-3A井井眼坐标2.布井方案开数开数井眼尺寸井眼尺寸井深井深套管尺寸套管尺寸下深下深水泥返高水泥返高一开一开31

6、1.1mm311.1mm（12 12 1/4”1/4”）52m52m244.5mm(244.5mm(9 9 5/8”)5/8”)50m50m地面地面二开二开215.9mm(8 215.9mm(8 1/2”)1/2”)675m675m177.8mm(177.8mm(7”)7”)673673m m地面地面三开三开主井眼主井眼152.4mm(6”152.4mm(6”) )(673m(673m1673m)1673m)分支井眼分支井眼152.4mm(6”152.4mm(6”) )(50m)(50m)表2.5 Z-3A井井身结构设计2.布井方案序号序号井深井深m钻头尺钻头尺寸寸套管尺套管尺寸寸钢级钢级壁厚

7、壁厚一开一开50311.15244.48J558.94二开二开600.2215.9139.7J5510.03表2.6 Z-3B井井身结构设计3.油气管柱设计结果完井生产管柱结构为73mm油管+流动短节+井下安全阀+流动短节+ 73mm油管+SB3型封隔器+ 73mm油管+座放短节+ 73mm油管+球座。4.射孔工艺设计结果 直井采用电缆传输射孔工艺。射孔方式选择负压射孔方式，合理射孔负压为：23.6MPa。 采用无固相清洁盐水射孔液，其配方为：清洁地表水+1CaCl2+5KCl。 采用YD-102射孔枪SDP43RDX-5型弹，采用HMX耐高温药、20孔/m、60相位角、负压22.44Mpa、

8、电缆输送方式螺旋布孔，深度预计到达635mm，孔径17.8mm。枪性能见表4.1.4.射孔工艺设计结果射孔枪射孔枪性能参数性能参数API RP-43测测试数据试数据枪的结构枪的结构射孔弹射孔弹混凝土靶混凝土靶外径外径mm孔密孔密 孔孔/m药型药型弹型弹型药量药量g相位角相位角耐压耐压MPa耐耐温温孔径孔径mm穿深穿深mm525220RDXDP22.760151.6150/18017.8164.8表4.1 直井孔枪性能数据表5.采气方式本设计单井采用柱塞气举排水采气方法。 柱塞气举排水采气是利用气井自身能量推动油管内的柱塞举水,不需其它动力设备、生产成本低,在美国被认为是最佳的排水采气工艺。该方

9、法的优点是由于柱塞在举升气体与采出液体之间形成一个固体界面,能够有效地防止气体上窜和液体回落,从而减少了滑脱损失、提高了举升效率。 根据估算的日产水量、各种泵型的优缺点及泵的排量，最终选择螺杆泵作为抽采设备，型号为GLB300-21。5.采气方式本设计井组采用增压输气排水采气方式。压缩机组的设计参数如下所示。发动机发动机型号型号Cameron AJAX DPC 2804Cameron AJAX DPC 2804功率功率630kW630kW转速转速440r/min440r/min往复式压缩机往复式压缩机Cameron AJAX DPC 2804Cameron AJAX DPC 2804进气压力进

10、气压力1.4-5.7MPa G1.4-5.7MPa G排气压力排气压力5.7MPa G5.7MPa G排量排量282810104 4 Nm/d Nm/d重量重量4500kg4500kg外形尺寸外形尺寸83008300424042403100mm3100mm5.采气方式 本设计本设计直井开发年限为直井开发年限为23年，见气时间为年，见气时间为5个月，产气个月，产气量为量为2285m3/d，产水量为，产水量为1.4m3/d，分段压裂水平井开发年，分段压裂水平井开发年限为限为7年，见气时间为年，见气时间为3个月，产气量为个月，产气量为12000m3/d，产水量，产水量为为1.8m3/d。上翘式单翼多

11、分支水平井开发年限为。上翘式单翼多分支水平井开发年限为5年，见气年，见气时间为时间为2个月，产气量均为个月，产气量均为22000m3/d，产水量均为，产水量均为4.8m3/d. 对于煤层气藏开采工艺中的增产措施首选当属水力压裂技术。压裂液选用弱胶联压裂液，配方见表6.1。设计井压裂施工选用的支撑剂类型为直径0.4-0.8兰州砂。6.压裂设计6.压裂设计压裂液压裂液添加剂类型添加剂类型添加剂名称添加剂名称用量，用量，% %基液基液稠化剂稠化剂羟丙基胍胶羟丙基胍胶0.50.5杀菌剂杀菌剂甲醛甲醛0.1-0.20.1-0.2PHPH调节剂调节剂碳酸钾碳酸钾0.10-0.120.10-0.12碳酸氢钾

12、碳酸氢钾0.08-0.100.08-0.10氢氧化钠氢氧化钠0.004-0.0060.004-0.006黏土稳定剂黏土稳定剂氯化钾氯化钾0.20.2助排挤助排挤含氟表面活性剂含氟表面活性剂0.20.2破乳剂破乳剂SP169SP1690.20.2降滤失剂降滤失剂柴油柴油1.0-2.01.0-2.0交联剂交联剂交联剂交联剂有机硼有机硼2 2破胶剂破胶剂过硫酸铵过硫酸铵0.5-10.00.5-10.0低温破胶剂低温破胶剂亚硫酸钠亚硫酸钠0.70.7交联比（基液：交联液）交联比（基液：交联液）100:2.5-100:5100:2.5-100:5表6.1 弱胶联压裂液配方 6.压裂设计直井用连续油管压裂

13、工艺技术，工作流程如下图6.1所示图6.1 连续油管压裂技术的作业程序6.压裂设计 水平井及井组选用水平井裸眼封隔器多级分段压裂技术。裸眼封隔器分段压裂主要工具包括裸眼封隔器自封式球座压差滑套投球滑套悬挂封隔器回接筒丢手接头，工具耐温，耐压差，堵球尺寸分为等，由分段压裂级别各级投球滑套差别而设定。6.压裂设计图6.2 裸眼封隔器管串结构组合6.压裂设计 本水平井水平井段为1098米，分9段，用弱胶联压裂液3083.96m3压裂，加砂量360m3，平均单层加砂40m3，单层最高砂比22.5%，平均砂比21.2%，最大排量4.6m3/min，压裂后测无阻流量85.003104m3/d，初期投产气量

14、7.55104m3/d，目前产气量5.82104m3/d，初期开井套压20MPa，目前套压14.96MPa，平均日压降速率为0.0201，单位采气量压降为0.0028MPa/104m3。6.压裂设计 井口装置选用KQ65-105抗硫采气井口装置。图6.3 KQ65-105 抗硫采气井口装置6.压裂设计 直井下泵深度为直井下泵深度为623.1m，分段压裂水平井下泵深度，分段压裂水平井下泵深度为为670.5m，上翘式单翼多分支水平井下泵深度为，上翘式单翼多分支水平井下泵深度为568.2m。 施工排量2.0m3/min，前置液量4m3，携砂液量28m3，顶替液量16.5m3,支撑剂采用0.4-0.8

15、的兰州砂，体积4.45m3，支撑缝长79.16m,支撑裂缝宽度3.31103，增产倍数2.17倍。7、气井特殊问题处理1、防砂技术方案气井射孔完成后不再下入任何机械防砂装置或充填物，也不注入任何化学药剂，而是依靠油气层砂粒在炮眼口处形成具有一定承载能力的砂拱，达到防砂目的。2、防腐技术方案建议采用化学防腐措施，即油套管材料采用N80钢材并配合使用环空保护液防腐措施。7、气井特殊问题处理3、防垢除垢技术方案（1）定期向地层里挤注阻垢剂从而抑制各种垢的形成；（2）从套管环空中注入多功能阻垢缓蚀剂；（3）采取持久性防腐措施和定期除垢相结合的工艺措施。（4）除垢措施。推荐酸液配方为：1020HCL+1

16、2%酸化缓蚀剂+12%铁离子稳定剂+1%互溶剂+0.51%的防膨胀剂+0.30.5%的助排剂+其它。4、防治水合物技术方案采取注醇工艺防治水合物的形成，采用甲醇作为化学抑制剂。井口油压井口油压MPa设计日产气设计日产气量量104m3/d所用甲醇所用甲醇浓度浓度%设计甲醇用设计甲醇用量量L/d实际甲醇实际甲醇用量用量L/d抑制剂浓度抑制剂浓度%3.54159818620042.58、井口集输工艺井口集输工艺设计如下：（1）每口垂直井设有抽水和采气系统；（2）用螺杆泵将煤层水采出通过PE 管道排至储水池；（3）采出的煤层气经节流阀，进入分离器进行气液分离；（4）分离后的煤层气经质量流量计计量后进入聚乙烯管道外输至焚烧坑焚烧。9、采气成本分类分类计量单位计量单位预算金额预算金额完井费用完井费用元元10001000万万采气工艺配套技术费用采气工艺配套技术费用元元30003000万万井下作业费井下作业费元元15001500万万增产挖潜措施费用增产挖潜措施费用元元700700万万生产动态监测费用生产动态监测费用元元350350万万/年年地面集输与处理费用地面集输与处理费用元元40004000总成本总成本元元10221022万万+350+350万万/年年 设计遵循“少投入、多产出”的原则，结合国内其他相似油田的生产开发经验，得出所需成本。10、作品特色 本设计特点是柱塞气举排水采