XJS0381V钻井工程设计96.docx
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XJS0381V钻井工程设计96
山西省古交煤层气田邢家社区
煤层气开发项目
XJS038-1V井钻井工程设计
中联煤层气有限责任公司
古交市国盛恒泰煤层气开发利用有限公司
二零一五年九月
山西省古交煤层气田邢家社区
煤层气开发项目
XJS038-1V井钻井工程设计
设计单位：
北京九尊能源技术股份有限公司
设计人：
毕延森江楠
王鹏贾佳妮
审核人：
建设单位：
古交市国盛恒泰煤层气开发利用有限公司
审批人：
目录
1地质设计1
1.1基本数据1
1.2钻探目的及任务1
1.3设计依据1
1.4设计地层剖面及预计目的煤层厚度与深度2
1.5地质录井项目及要求4
1.6其它要求5
2钻井工程6
2.1井身结构设计6
2.2主要设备及型号、功率10
2.3井身质量要求10
2.4钻头及钻井参数设计11
2.5钻具组合12
2.6钻井液性能参数指标12
2.7煤层保护措施12
2.8各次开钻或分井段施工重点要求13
2.9固井设计14
2.10试压19
2.11完井井口20
2.12钻井进度计划21
2.13钻井施工工艺21
2.14HSE管理22
3测井24
3.1测井项目24
3.2测井要求25
4资料26
4.1上交资料清单26
4.2上交资料要求27
1地质设计
1.1基本数据
表1~1基本数据表
井名
XJS038-1V井
井别
开发井
井型
直井
地理位置
山西省古交市邢家社乡
构造位置
西山煤田马兰向斜
井口坐标
X:
4184605Y:
19601172H：
1443m
设计井深
955.00m
目的煤层
山西组2#煤层，太原组8#煤层、9#煤层
完钻原则
钻穿太原组9#煤层，留足60m口袋完钻
1.2钻探目的及任务
1.2.1井组构成
XJS038井台位于山西省古交市邢家社乡，本井台包括一口直井、三口定向井。
井号分别为：
XJS038-1V、XJS038-2D、XJS038-3D、XJS038-4D。
XJS038-1V井为本井台的一口直井。
1.2.2钻探目的及任务
（1）获得该井的地质资料，建立地层剖面；
（2）获取目标煤层的储层参数，主要包括：
煤层埋深、厚度及结构等资料；
（3）为后续工作提供可靠的资料，建立目的煤层的产能。
1.3设计依据
（1）中联煤层气有限责任公司颁发的《煤层气钻井作业规程》、《煤层气地质录井作业规程》、《煤层气测井作业规程》；
（2）西山煤田古交邢家社井田勘探报告；
（3）邢家社井田2#煤层、8#煤层、9#煤层底板等高图、等厚图，地层综合柱状图；
（4）邢家社井田前期勘探钻孔成果资料。
1.4设计地层剖面及预计目的煤层厚度与深度
1.4.1分组地层岩性简述
根据掌握的煤田地质勘探资料，预计该井钻遇的地层如下（表1~2，图1~1）：
表1~2设计地层分层数据表
地层
XJS038-1V
界
系
统
组
垂直深度
（m）
垂直厚度
（m）
新
生
界
第
四
系
5.00
5.00
中
生
界
三
叠
系
下统
刘家沟组
130.00
125.00
古
生
界
二
叠
系
上统
石千峰组
250.00
120.00
上石盒子组
647.00
397.00
下统
下石盒子组
760.00
113.00
山西组
816.00
56.00
石
炭
系
上统
太原组
927.00
111.00
中统
本溪组
955.00
（未穿）
28.00
地层
单位
垂直井深
（m）
剖面
岩性描述
故障提示
界
系
统
组
新生界
第四系
5.00
第四系为坡积红色或黄色粘土层，夹有姜结石薄层，底部砾石层与下伏地层呈不整合接触。
防塌
防漏
中生界
三叠系
下统
刘家沟组
130.00
由棕红色、紫红色细粒砂岩，薄—中厚层状、紫色、紫红色粉砂岩互层。
底界K10砂岩为褐色含砾粗、中粒砂岩。
与下伏地层呈整合接触。
防斜
防垮
防漏
古生界
二叠系
上
统
石千峰组
250.00
上部以紫色、棕红色为主的砂质泥岩与砂岩互层，间夹3~4层结核状淡水灰岩。
底部以一层紫色厚层状含砾中~粗粒砂岩（K8）与上石盒子组呈整合接触。
上石盒子组
647.00
以紫色砂质泥岩、泥岩为主，夹灰绿色细-中粒砂岩，以黄绿色粗-中粒砂岩（K6）为底，为下石盒子组分界标志层，与下伏地层呈整合接触。
下
统
下石盒子组
760.00
上部为灰色、灰绿色泥岩、砂质泥岩、砂岩，顶部经常可见鲕状、豆状结构的含有紫斑的粘土泥岩（俗称桃花泥岩）。
底部以K4砂岩与下伏地层呈整合接触。
山西组
816.00
上部由砂岩、粉砂及泥岩组成。
01~4号煤赋存于其中，其中2#煤层全井田稳定可采。
以北岔沟K3砂岩与下伏太原组整合接触。
防塌
防漏
石炭系
上
统
太原组
927.00
上部由灰黑色泥岩、粉砂岩、砂岩、石灰岩及4~6层煤组成，主要可采煤层6#、8#、9#煤赋存其中。
底部以灰白色中－粗粒石英砂岩（晋祠砂岩）与下伏本溪组整合接触。
中统
本溪组
955.00
（未穿）
由砂质泥岩、砂岩、铝土质泥岩、石灰岩夹煤线组成。
图1~1XJS038-1V井设计综合柱状图
1）第四系为坡积红色或黄色粘土层，夹有姜结石薄层，底部为砾石层与下伏地层呈不整合接触，厚约5.00m。
（2）三叠系下统刘家沟组:
由棕红色、紫红色细粒砂岩，薄—中厚层状、紫色、紫红色粉砂岩互层，夹有紫红色砂质泥岩。
底界K10砂岩为暗紫色、褐色含砾粗、中粒砂岩。
本组地层厚约125.00m。
（3）二叠系上统石千峰组：
底部以一层紫色厚层状含砾中－粗粒砂岩（K8）与上石盒子组呈整合接触。
其上以紫色、棕红色为主的砂质泥岩与砂岩互层，间夹3-4层结核状淡水灰岩。
本组地层厚约120.00m。
（4）二叠系上统上石盒子组：
以紫色砂质泥岩、泥岩为主，夹灰绿色细-中粒砂岩，以黄绿色粗-中粒砂岩（K6）为底。
本组地层厚约397.00m。
（5）二叠系下统下石盒子组：
底部以K4砂岩与下伏地层呈整合接触，为粗中粒石英砂岩；其上为灰色、灰绿色泥岩、砂质泥岩、砂岩，顶部经常可见鲕状、豆状结构的含有紫斑的粘土泥岩（俗称桃花泥岩）。
本组地层厚度约113.00m。
（6）二叠系下统山西组：
是主要含煤地层之一，以北岔沟K3砂岩与下伏太原组整合接触，上部由砂岩、粉砂及泥岩组成。
01~4号煤赋存于其中，其中2#煤层全井田稳定可采。
本组地层厚度约56.00m。
（7）石炭系上统太原组：
是主要含煤地层之一，底部以灰白色中~粗粒石英砂岩（晋祠砂岩）与下伏本溪组整合接触。
上部由灰黑色泥岩、粉砂岩、砂岩、石灰岩及4~6层煤组成，主要可采煤层6#煤层、8#煤层、9#煤层赋存其中。
本组地层厚度约111.00m。
（8）石炭系中统本溪组：
底部为山西式铁矿，呈鸡窝状分布。
其上由砂质泥岩、砂岩、石灰岩夹煤线组成。
1.5.2预测目的煤层厚度及深度
表1~3预测目的煤层厚度及深度
井号
地面海拔（m）
2#煤层
底板深度（m）
781.00
厚度（m）
1.0
XJS038-1V
1443
8#煤层
底板深度（m）
848.00
厚度（m）
1.2
9#煤层
底板深度（m）
895.00
厚度（m）
3.2
1.5地质录井项目及要求
1.5.1岩屑录井
（1）本次施工使用钻井液作循环介质，要求严格按照迟到时间取样，取样要及时、连续、准确，每包岩屑重量要求大于500g。
（2）取样间距：
上石盒子组底至2#煤层顶30m每2m取砂样1包；2#煤层顶30m至完钻每1m取砂样1包；其中2#煤层、8#煤层、9#煤层顶板到底板每0.5m取砂样1包。
（3）卡准进入基岩深度，以确定下表层套管深度，表层套管下深不小于30m。
1.5.2钻时录井
上石盒子组底至2#煤层顶30m每2m记录1个点；2#煤层顶30m至完钻每1m记录1个点；其中2#煤层、8#煤层、9#煤层顶板到底板每0.5m记录1个点。
1.5.3钻井液性能录井
（1）进入主要目的层段尽量降低钻井液对煤层造成的污染。
切实做好钻井液性能测定，及时观察槽面显示、井涌、井漏等现象并做好记录；
（2）二开后，要求每班作一次全套钻井液性能测定，如发现异常，应连续测量密度、粘度，同时做好槽面气泡大小、产状、占槽面百分比、槽面上涨高度、进出口钻井液性能变化等详细记录。
（3）进入山西组调整泥浆，密度≤1.05g/cm3，粘度28～30s。
1.5.4简易水文观测
全井钻进过程中均应做好简易水文观测记录工作。
（1）每次起钻后、下钻前测量一次水位（井筒液面）；
（2）每钻进1h记录一次钻井液消耗量，不足1h但大于30min时也应观察钻井液消耗量。
1.6其它要求
现场录井人员要及时做好地层对比，卡准目的层位，为正确确定完钻深度提供依据；如出现重大工程、地质问题及实钻数据与设计有较大出入时，应及时汇报；严格执行HSE管理体系，服从甲方及监理的指令。
2钻井工程
井身质量要求按照中联煤层气有限责任公司颁发的《煤层气钻井作业规程》的规定执行。
2.1井身结构设计
2.1.1井身结构数据表
表2~1井身结构数据表
开钻次序
井段
（m）
钻头尺寸
（mm）
套管钢级
套管尺寸
（mm）
套管下深
（m）
环空水泥浆返深
（m）
一开
0~50
311.1
J55
Φ244.5×8.94
50
地面
二开
50~955
215.9
N80
Φ139.7×7.72
953
630
备注
⒈一开用Φ311.1mm钻头钻进；进入稳定的基岩不小于10m，预计井深50m，下入Φ244.5mm表层套管，注水泥固井，水泥浆返至地面。
⒉二开用Φ215.9mm钻头钻进，钻至9#煤层底界以下60m完钻，测井后下入Φ139.7mm生产套管固井，固井水泥返至2#煤顶板以上150m。
2.1.2井身结构示意图
图2~1井身结构示意图
2.1.3井台设计投影图
（1）XJS038井台水平投影图
↑北
图2～2XJS038井台水平投影图
（2）XJS038井台三维图
图2～3XJS038井台三维图
2.2主要设备及型号、功率
表2~2钻机及主要设备推荐表
序号
名称
规格
载荷或功率
数量
设备状态
1
钻机
TSJ-2000
660kN
1
良
2
井架
AS27-75
750kN
1
良
3
天车
800kN
1
良
4
游动系统
YC-2000
700kN
1
良
5
转盘
ZP-2000
660kN
1
良
6
泥浆泵
TBW1200/7B
1200L/min
1
良
7
柴油机
12V135
330kW
1
良
8
发电机
TFS-24
1
良
9
测斜仪
1
良
10
单弯螺杆
Φ165mm
1.25°
1
良
11
无磁钻铤
Φ165mm
1
良
2.3井身质量要求
表2~3井身质量要求
井段
（m）
井斜角
（）
全角变化率
（/25m）
水平位移
（m）
井径扩大率
（%）
测斜间距
（m）
0~500
≤2.0
≤1.3
（连续三点）
≤10
非煤层<20
煤层<35
25
500~1000
≤2.5
≤20
1000~1500
≤3.0
≤30
2.4钻头及钻井参数设计
2.4.1钻头设计
表2~4钻头设计
序号
尺寸
（mm）
型号
钻进井段
（m）
进尺
（m）
机械钻速
（m/h）
纯钻时间
（h）
1
311.1
H437A
0~50
50
3.4
14.71
2
215.9
PDC
50~780
730
4.0
182.50
3
215.9
PDC
780~895
115
7.0
16.43
4
215.9
H517A
895~955
60
3.2
18.75
2.4.2钻井参数设计
表2~5钻井参数设计
开钻次序
钻头序号
井段
（m）
喷嘴组合
（mm）
钻井液性能
钻井参数
粘度
（s）
钻压
（kN）
转速
（r/min）
排量
（l/s）
立管压力
（MPa）
密度（g/cm3）
一
开
1
0~50
12+10+10
1.06
40~50
10
60
14
1
二开
2
50~780
10+9+9
1.05
30~40
60
60
18
2
3
780~895
10+20×4
1.05
28~30
40
70
18
2
4
895~955
10+9+9
1.05
28~30
80
60
18
3
注：
钻井参数可根据现场实际情况进行调整。
2.5钻具组合
表2~6钻具组合表
开钻次序
井眼尺寸
（mm）
钻进井段
（m）
钻具组合
一开
311.1
0~50
Ф311.1mm牙轮钻头＋Ф159mm无磁钻铤＋Ф159mm钻铤3根＋133mm方钻杆
二开
215.9
50~955
Φ215.9mm钻头+Φ159mm无磁钻铤+Φ159mm钻铤×8根+Φ127mm钻杆+133mm方钻杆
2.6钻井液性能参数指标
表2~7钻井液性能参数指标
开钻次数
井
段
（m）
钻井液
类型
常规性能
密度
（g/cm³）
粘度
（s）
失水量
（ml）
泥饼
（mm）
pH值
含砂量
（%）
一开
0~50
坂土浆
1.05~1.15
40~50
二开
50~780
聚合物
1.05~1.10
30~40
15~20
≤2
8-9
≤4%
780~955
低固相聚合物
≤1.05
28~30
≤8
≤1.5
7.5~8.5
≤0.2%
2.7煤层保护措施
（1）建立健全保护煤层检查体系，全体施工人员必须牢固树立保护煤层的意识，保证各项措施的实施。
（2）严格执行钻井液设计，维护好钻井液性能。
钻井液密度附加值严格控制在0.05~0.10g/cm3之间，尽量取低值，保证实施近平衡压力钻井。
煤层段钻进钻井液密度附加值尽量控制在0.05g/cm3以内。
（3）进入煤层后，钻进时在钻井液中尽可能少加入高聚物处理剂和不溶性无机物，严格控制固相含量，降低钻井液对煤层的损害；严禁混油，禁止使用带油质的处理剂，不能用非酸溶性的钻井液材料；钻遇煤层段时采用低钻压、低转速、低排量、低射流冲击力的“四低”参数钻进，减小煤层段井径扩大率、防止垮塌、卡钻。
（4）各施工单位要密切配合，优选施工措施，保证各施工作业顺利进行，缩短建井周期，减少钻井液对煤层的浸泡时间。
2.8各次开钻或分井段施工重点要求
2.8.1钻前施工要求
（1）钻机安装完毕，主管部门需复测井位坐标及地面的海拔高度。
（2）井架安装后必须保持垂直，要求天车、大钩、转盘中心在一条垂直线上，转盘中心偏差不得大于10mm。
（3）设备运转正常，安全装置灵活、有效。
（4）各种仪器仪表要准确灵敏、有效。
（5）井队技术员要仔细丈量钻机补心高，并根据实测补心高校对井深。
（6）钻具外观检查合格，确保螺纹清洁，钻井技术员和地质工程师分别丈量下井钻具长度，并仔细核查，确保钻具长度丈量准确，同时在钻具记录上标明钻具内外径、扣型等技术参数，否则不许下井。
（7）振动筛及钻井液循环系统安装符合要求。
2.8.2第一次开钻（Φ311.1mm钻头）
（1）一开用Φ311.1mm钻头钻进，每钻进一个单根快速划眼2~3遍。
当开始钻进钻压不够时，钻压加到钻铤总重量的70%，钻进中保证井眼规则。
坚持小排量、低钻压转盘开钻，严禁用水力冲击，保护好井壁和基础。
（2）必须用钻井液开钻,不允许使用清水钻井，因此开钻前应配制好足够量的钻井液。
（3）下井钻具参照钻具组合设计，钻进过程中参照设计规定的钻进参数，送钻要均匀，不许加压启动转盘，如有蹩跳，应减压钻进。
（4）钻进中，要轻压吊打，适当控制钻速，打前2根单根时必须用水平仪找正方钻杆，防止水龙头把方钻杆拉斜，造成井眼偏斜。
（5）钻遇漏失层段时，可根据实际漏速的大小，采取相应措施堵漏。
2.8.3第二次开钻（Φ215.9mm钻头）
（1）开钻前按设计要求装好井口，满足地质录井要求。
下入Φ215.9mm钻头探水泥塞面。
（2）钻头进出套管鞋时低速慢起，防碰挂。
（3）搞好井身质量预控，坚持采用防斜打直技术。
井队配备单点测斜仪，每钻进30m测斜一次，发现井斜超标，立即采取措施纠斜，以确保井身质量合格。
（4）下钻时操作平稳，不得猛刹、猛顿、猛放，漏失层段、煤层段下钻速度控制在30m/min以内。
每次下钻要探井底沉砂高度，决定是否调整钻井液性能和循环时间，如下钻不能一次到底，要分段循环。
每次开泵前要注意泵压变化，采用小排量开泵措施，避免蹩漏地层。
起钻时控制起钻速度，遇卡不能硬提，操作平稳,启车、坐吊卡等不能猛提、猛放，起钻每3柱必须灌满钻井液一次。
（5）全井段起钻遇卡不得超过原悬重100kN，必要时采取倒划眼的方法，慢慢起出遇卡井段；下钻遇阻不得低于原悬重50kN，必要时开泵划眼，通过遇阻井段。
井队应精心操作，充分做好井下复杂情况和事故的预防工作，同时做好预防和处理井下复杂的物资准备。
（6）钻井液工要密切注意钻井液池液面变化，发现井漏、井涌，要及时停钻观察，并采取正确的处理措施。
2.9固井设计
2.9.1固井质量要求
表2~8固井质量要求
开钻
次序
井眼
尺寸
（mm）
井段
（m）
套管
尺寸
（mm）
套管
下深
（m）
水泥浆上返
深度
（m）
人工井底
深度
（m）
固井质量
要求
一开
311.1
0~50
244.5
50
地面
/
/
二开
215.9
50~955
139.7
953
630
943
合格
表2~9固井水泥胶结质量要求
等级
优良
合格
基本合格
不合格
第一界面
声幅值≤10%
10%＜声幅值≤20%
20%＜声幅值≤30%
声幅值＞30%
第二界面
（变密度）
地层波强、清晰
地层波较强、较清晰
地层波较弱、可以辩认
地层波弱、难辩认
2.9.2固井主要工艺要求
（1）二开固井防止漏失，在固井前要充分循环钻井液两周，并确保无漏失，才能注水泥固井施工。
（2）生产套管固井施工时，从井底到2#煤层顶板以上150m井段内的水泥浆密度要求控制在1.80~1.85g/cm3。
（3）水泥浆要加入适量的分散剂和降失水剂，并控制自由水小于50ml。
2.9.3套管柱设计
表2~10套管强度设计
套管程序
井段
（m）
规范
长度
（m）
钢级
壁厚
（mm）
重量
抗外挤
抗内压
抗拉
尺寸
（mm）
扣型
米重
（kg/m）
段重
（t）
累计重
（t）
最大
载荷
（MPa）
安全
系数
最大
载荷
（MPa）
安全系数
最大载荷
（t）
安全系数
生产套管
0~955
139.7
长圆
953
N80
7.72
26
24.78
24.78
10.01
4.41
10.79
5.04
21.44
7.36
说明：
1、抗挤、抗内压按全掏空计算；2、气井要按气密封和腐蚀环境要求设计。
2.9.4各层次套管串结构数据表
表2~11套管串结构数据表
套管程序
井深
（m）
套管下深
（m）
套管串结构（套管钢级、壁厚、长度，浮鞋、浮箍、分级箍、悬挂器等位置）
表层套管
50
50
Φ244.5mm套管串+联顶节
生产套管
955
953
Φ139.7mm浮鞋+Φ139.7mm套管1根+Φ139.7mm浮箍+Φ139.7mm套管串+联顶节
（备注：
短套管位置根据测井解释目的煤层深度确定）
2.9.5套管扶正器安放要求
表2~12套管扶正器安放要求
套管程序
套管尺寸
（mm）
钻头尺寸
（mm）
井段
（m）
扶正器
型号
扶正器间距
（m）
扶正器数量
生产套管
139.7
215.9
0~955
弹性
煤层封固段每一根套管加一只，其余封固段每三根套管加一只
20只
（含5个备用）
2.9.6水泥浆配方及性能
表2~13水泥浆配方及性能
套管程序
表层套管
生产套管
配方
G级油井水泥+现场水+1.0~3.0%早强剂
G级油井水泥+现场水+1.0%~3.0%早强剂+0.4%~0.6%分散剂+1%增强剂+1%降失水剂（低密度水泥浆还要加入适量的降重剂）
试验条件（°C）
30
30
密度（g/cm3）
1.8
高：
1.80~1.85（尾浆）
低：
1.55~1.65（领浆）
稠化时间（min）
≥施工时间+40min
API滤失量（ml）
50
自由水（﹪）
5
抗压强度（MPa/24h）
≥14.0
2.9.7各层次套管固井主要附件
表2~14套管固井主要附件
名称
尺寸
（mm）
型号
壁厚
（mm）
钢级
数量
（只）
备注
浮鞋
139.7
1
浮箍
139.7
1
扶正器
215.9
弹性
20
含5个备用
2.9.8水泥用量
表2~15水泥用量表
套管程序
套管尺寸（mm）
钻头尺寸
（mm）
井段（m）
理论
环空容积
（m3）
水泥浆返深
（m）
水泥
等级
注水泥量
（t）
（环空附加20%，套内附加5%）
表层套管
244.5
311.1
50
1.84
地面
G
4.28
生产套管
139.7
215.9
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