韩409向2井工程设计.docx
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韩409向2井工程设计
陕西省韩城地区煤层气项目
韩4-09向2井钻井施工设计
中石油煤层气有限责任公司
二〇一〇年5月20日
项目名称：
陕西韩城地区煤层气项目
井号：
韩4-09向2井
项目经理（签字）：
设计人（签字）：
审核人（签字）：
设计单位：
陕西恒暖地热开发有限责任公司
设计提交日期：
2010年5月20日
项目单位审批意见：
审核人（签字）：
审批人（签字）：
设计批准日期：
年月日
附件:
韩4-09向2井身剖面设计
一、设计依据
钻井工程设计依据：
《中石油煤层气有限责任公司韩城分公司钻井工程管理规定》、该井邻井直井实钻资料；《中石油煤层气有限责任公司韩城分公司韩4-09井组钻井地质任务书》、石油天然气行业标准、相关法规。
1．基础数据:
构造位置:
鄂尔多斯稳定地块东南缘
地理位置:
陕西省韩城市薛峰乡共浴村前弯西南2km，韩4-09井场
井别：
开发井
井型:
定向井
设计井深：
垂深602.62m；
井口坐标:
韩4-09向2井：
（X）：
3932656（Y）：
19438751
靶点坐标:
韩4-09向2井：
（X）：
3932546（Y）：
19438569
靶点垂深：
506.00m；靶区半径30m；
地面海拔:
556.00m
目的层：
太原组5#煤层
钻井目的:
建煤层气产能,获取目的煤层的埋深、厚度、煤层结构等参数
完钻层位：
奥陶系峰峰组
完钻原则:
钻穿太原组11#煤层，留足70m口袋完钻
完井方法:
套管完井
2.地质分层数据表（见下表）
地层单位
地层符号
预计钻预
地层
岩性描述
故障提示
界
系
统
组
段
底界深度（m）
厚度
（m）
新生界
第四系
全新统
Q
50
50
上部为黄土、亚沙土和亚黏土，下部为沙质黏土和含砾沙质黏土。
防漏
上石盒子组
P2sh
320
270
黄绿、紫红、紫杂色粉砂岩、及中粒砂岩。
浅灰、灰白色中粗粒砂岩，底部砂岩有棱角状砾石。
下统
下石盒子组
P1x
400
80
灰色、紫杂色粉砂岩及泥岩为主，夹灰绿、深灰色中细粒砂岩。
山西组
P1s
469
69
粗～细粒砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩组成，富含云母及菱铁矿结核，顶部具鲕状结构。
含煤3层，分别是2#、3#煤层，其中2#煤层不可采，3#煤层厚0.80m，与下伏整合接触。
石炭
系
上统
太原组
P1t
518
49
灰色、灰黑色铝质泥岩及砂质泥岩，上部夹1-2层灰白色中细粒石英砂岩，为标志层K3；中部含灰岩一层，为标志层K2；底部富含铝质，为标志层K1。
含煤2-6层，K3之上为4#、5#煤层，K2之上为6#煤层，K1之上为9#、10#、11#煤层，其中5#煤层厚3.20m，11＃煤层2.5m
防卡
防塌
中统
本溪组
C2b
543
15
上部灰白色砂岩，灰黑色页岩，夹泥灰岩透镜体，下部灰色铝土岩。
奥陶系
系
中统
峰峰组
O2f
602.62
59.62
由灰褐色灰岩、灰白色白云质灰岩、浅灰色泥灰岩组成。
3．预计煤层位置
本区地层块位于鄂尔多斯稳定地块东南缘，预计本井组钻遇太原组5#煤层顶界深度（垂深）为506.00m，煤层厚约3.20m，地层压力预测见本井钻井地质设计。
二、质量要求
井身质量要求
井段（m）
最大井斜角°
水平位移（m）
闭合方位°
靶心半径
（m）
全角变化率
（°/25m）
井径扩大率（%）
0～110.00
≤1.5
≤5
≤15
（煤层≤20%）
110～687.72
≤44
282.9
238.85
≤30
≤23
备注
以磁性照相单点井斜数据检测、监控井眼轨迹；最终以电子多点测斜数据为准，全井25m的测点间距全角变化率连续3点不超23°
1.固井质量要求
开钻
次数
钻头尺寸
mm
井段
m
套管
尺寸
mm
套管
下深
m
水泥封
固井段
m
人工井
底深度
m
固井质
量要求
一开
311.1
0～50.00
244.5
49.90
地面
二开
215.9
50.00～687.72
139.7
686.00
3#煤层以上300m
ΔA≤30%
备注
表套下深以实钻为准
三、工程设计
1．井身结构设计
1.1设计依据
钻井工程设计依据：
《中石油煤层气有限责任公司韩城分公司钻井工程管理规定》、该井区邻井实钻资料；《中石油煤层气有限责任公司韩城分公司韩4-16井组钻井地质任务书》、石油天然气行业标准、相关法规，决定本井一开用φ311.1mm钻头钻进；钻穿第四系进入基岩10m后，预计井深50.00m，φ244.5mm表层套管下深49.90m，注水泥固井，水泥浆返至地面。
二开用φ215.9mm钻头钻进，预钻至602.62（垂深）m完钻，下入φ139.7mm生产套管固井。
如果在上部井段钻遇漏失层、水浸层等，在处理正常后应保证后续工作正常进行。
1.2井身结构设计表
套管层序
钻头尺寸（mm）
井深（m）
套管尺寸（mm）
套管下深（m）
水泥返深（m）
表层套管
311.1
50.00
244.5
49.90
地面
生产套管
215.9
687.72
139.7
686.00
3#煤层以上300m
备注
具体井深和套管下入深度以及生产套管固井水泥返深根据实际情况按井身结构设计原则确定。
1.3井身结构示意图
2.钻井主要设备
序号
名称
型号
规格
数量
（台套）
备注
1
钻机
GZ—2000
1200KN
1
补心高2.20m
2
井架
A27
1200KN
1
3
天车
TC-50
800KN
1
4
游动系统
YC-50
800KN
1
5
转盘
ZP435
Φ435mm
1
5
泥浆泵
青州630
800KW
1
6
柴油机
8V190
800KW
1
驱动泥浆泵
7
柴油机
12V135
176.64KW
1
驱动钻机
3.施工队伍组织机构
钻井队行政机构图
4.钻具组合
钻具组合设计
开钻次序
井眼尺寸（mm）
钻进井段（m）
钻具组合
一开
Φ311.1
0～50
φ311.1mm钻头+φ158.8mm钻铤+φ311.1mm扶正器+φ158.8mm钻铤+133mm方钻杆
二开
Φ215.9
50～110
（直井段）
φ215.9mm钻头＋φ158.8mm无磁钻铤＋φ158.8mm钻铤＋φ214mm稳定器＋φ158.8mm钻铤+133mm方钻杆
（定向造斜、增斜井段）
φ215.9mm钻头＋5LZ165*1.25o单弯螺杆钻具＋φ158.8mm无磁钻铤＋φ158.8mm钻铤＋φ127mm钻杆+133mm方钻杆
（稳斜井段）
φ215.9mm钻头＋φ158.8mm短钻铤＋φ158.8mm无磁钻铤＋φ214mm稳定器＋φ158.8mm钻铤＋φ127mm钻杆+133mm方钻杆
（煤层井段及口袋）
φ215.9mm钻头＋φ158.8mm短钻铤＋φ158.8mm无磁钻铤＋φ158.8mm钻铤＋φ127mm钻杆+133mm方钻杆
5.钻井液设计
5.1钻井液池要铺设防渗布,钻井液池四周高出地面0.30米左右，钻井液池面必须低于自然地面0.1米以上。
循环池的布局利于小循环加重。
钻井液体系有利于减轻或避免对煤气层的污染伤害，携带钻屑，提高机械钻速，降低综合成本。
5.2确保钻井施工安全，分井段钻井液能够有效保证井壁稳定，预防井下复杂情况的发生。
5.3进入煤层前，置换清水钻进。
5.4该区地层压力较低和清水钻井过程中的自然造浆作用，要防止较高的钻井液液柱压力引起的漏失和对煤起层的损害。
要清除有害固相,勤捞砂及时调整泥浆，钻井液密度控制在1.08g/cm3以下。
使用清水时密度控制在1.05g/cm3以下。
5.5钻井液性能设计
钻井液性能参数设计表
钻井液性能
一开
二开
0～50m
50～井底
钻井液体系
低固相钻井液
无固相钻井液
常
规
性
能
密度（g/cm3）
1.03～1.05
1.03～1.08
漏斗粘度（s）
35～45
28～35
PH值
8～8.5
备注
采用马氏漏斗计量
5.6各井段钻井液技术措施及要求
5.6.1一开准备好充足的水源，钻井液主要采用钠土粉处理泥浆，走地面挖沟循环。
一开钻遇地层为第四系黄土夹砂及砂砾层，地层胶结性差，易漏易垮塌，该井段泥浆主要以携岩稳定井壁为主。
配置水化钠土浆充分水化。
在施工过程中用胶液提高钠土浆粘度至40-60秒，使用小排量减小对井壁的冲刷，采用层流安全钻穿上部0—40米的地层。
一开完钻后大排量循环泥浆，清洗井底，使井内清洁无沉砂，保证下套管、固井作业的顺利进行。
钻进中要注意防止新生界地层漏失及坍塌。
随时观察钻井液返出情况，漏失量较大时采用锯末、烂绵絮加泥浆堵漏药品等堵漏。
5.6.2二开至山西组上部地层钻井液以安全钻进和提高钻速为主，进入山西组煤层前直至完井要求置换为清水钻进。
在满足造壁性、降失水性、流变性的前提下控制钠土的用量，完钻大排量循环泥浆保持井眼的清洁，确保测井和下套管的顺利。
若有剥落掉块等复杂情况影响正常钻进，可使用钾基低密度或无固相钻井液体系，但应严格控制密度和固相含量。
5.6.3钻进过程中保持钻井液良好的抑制性，以抑制地层造浆；注意防止上石盒子组的井漏及下石盒子组、山西－太原组的泥岩因水化膨胀而产生的坍塌，以及由于岩性破碎而导致泥页岩剥落掉块；严格控制固相含量清除无用固相，保持钻井液的清洁，用絮凝沉淀的方法和置换钻井液的方法（在确保井内安全的情况下）降低钻井液中超细微粒含量，避免固相进入煤气层。
降低失水量，控制好钻井液的PH值，尽量少用分散剂，减少滤液对粘土矿物的水化膨胀，分散运移。
尽可能减小对煤层的损害
5.6.4井场要储备一定量的钠土，视井下情况需要控制失水时，可加入钠土形成致密滤饼，保证井眼稳定安全。
若遇到地层水浸，则加重钻井液平衡地层水。
5.6.5下套管前要做好通井工作，并调整好钻井液性能，降低摩阻，保证钻井液良好的润滑性。
5.6.6现场钻井液材料备量
材料名称
备量（kg）
材料名称
备量（kg）
材料名称
备量（kg）
CMC
500
聚丙稀酰铵
400
NaOH
120
锯未
1000
NaHPAN
100
钠土
10000
PAC141
200
随钻堵漏剂
750
5.6.7所有送井的钻井液材料是经检验合格的产品。
5.6.8各种原材料和处理剂在现场摆放整齐并苫盖。
建立钻井液原材料及处理剂进料与消耗记录。
6.事故、复杂情况的预防
6.1表层若遇漏则可适当提高钻井液粘度和切力，以防止井垮、井漏，降低密度。
渗漏加入CMC,纯碱,果壳粉等；裂缝加入谷壳,锯末,稠泥浆10%~15%;非煤气层可用水泥，水泥5份,粘土1份，2%CaCL。
煤气层用石灰乳、石灰（1.3g/cm3）1份,泥浆（1.25g/cm3）1份或2份。
严重漏失则起钻投入红胶泥、棕绳头、粗锯末等。
6.2为防止上部泥岩地层的垮塌，应保持钻井液的强抑制性；进入垮塌井段，要注意观察井下情况，适当调整钻井液密度。
6.3下钻及下套管时控制下放速度，防止碰撞井壁及压力激动过大而蹩漏地层。
6.4起钻前要充分循环好钻井液，搞好起钻灌钻井液工作。
钻具起完至电测作业完井筒内灌满钻井液。
6.5起钻遇阻时严禁钻拔活塞，若起钻发现钻井液随钻具上行长流返出，灌不进钻井液，上提悬重异常增加等现象，应立即停止起钻，并下钻到正常井段，调整钻井液性能，达到井下正常方可继续起钻。
6.7钻进中严格遵守操作规程，不溜钻、不顿钻。
注意泵压变化，发现泵压下降，立即停钻检查，若地面查不出原因，应立即起钻检查钻具。
6.8钻井液排量满足设计要求，提高携带能力。
如发生沉砂卡钻，应尽量建立循环，先小排量循环，然后逐步增大排量，同时调整钻井液性能，活动钻具解卡。
钻至煤层前30米，钻井液密度控制以平衡地层压力为基准，当发生气侵时，报甲方同意在原基础上密度可适当上调。
6.9起钻完后应立即下钻，尽量缩短空井时间。
如需检修、保养设备应下钻至套管鞋处。
电测、下套管都要做好相应的防卡工作。
6.10打开煤气层后，起钻前必须充分循环钻井液，至少循环一个循环周的钻井液密度，并记录对比，达到进出口钻井液密度均匀。
钻井队应根据实用钻具情况，备用相应的常用事故处理工具，如公锥母锥等。
7.钻头及钻井参数设计
7.1本地区钻头选型设计主要参考邻井对应地层的钻头使用情况，综合分析确定。
现场施工人员在钻进过程中可根据实际情况做适当调整，以加快钻速，提高单只钻头进尺。
7.2一开和二开直井段轻钻压、中高转速控制好直井段，为定向造斜、增斜与设计相符程度较大创造有利条件；适当调整钻进参数与钻具组合基本匹配，使转盘钻进增斜接近设计增斜率，为未达最大设计井斜角前提前转入稳斜钻进争取余地；稳斜钻进中再行调整参数组合，控制达设计垂深时的闭合方位、位移符合设计要求。
钻头选型及钻进参数控制范围
井段m
钻 头
钻 进 参 数
尺寸
mm
型号
（推荐）
预测平均机械钻速
m/h
钻压
（KN）
转速
（r/min）
排量
（l/s）
泵压
（Mpa）
0-50
311.1
517系列
0.5
20-60
50-70
15-25
0.5-3.0
直井段
215.9
517、537系列
3.0
30-50
60-80
22-25
5-6
造斜段
215.9
517、537系列
3.5
50-80
螺杆
25-28
5-8
稳斜段
215.9
517、537系列
3.0
100-120
50-80
22-25
5-9
注：
1.若钻具组合中含螺杆钻具，排量依螺杆钻具推荐量，复合钻进时转盘转速5-20r/min。
2.一开φ311.1钻头不宜选择铣齿型。
3．为开始进入稳斜段的稳斜钻具下入少或不划眼，推荐二开直井段、造斜井段用φ222.25（83/4）钻头。
8.定向井施工设计
8．1该井设计轨道为直－增－稳三段制二维剖面，设计：
单弯螺杆钻具造斜率20o/100m；造斜点深：
110.0m；造斜、增斜段长：
310.09m；其后为稳斜段直至完钻。
原则以一套钻具组合完成定向、造斜、增斜达设计最大井斜角的作业，不排除增斜段更换增斜钻具转盘增斜的可能，实现安全、快速、低成本。
8．2设计参数及造斜点、靶点数据（见定向井设计）
9.井眼轨迹监测与控制
9.1 一开钻进完钻起钻前测取近井底的井斜角、方位角数据。
9.2 二开钻进直井段控制钻压，力争达造斜点（KOP）110m深度前的井斜角不大于1.5o,闭合位移不大于5m。
9.3 待换定向钻具组合的起钻前，循环、调整钻井液性能达设计要求再起钻。
9.4 定向造斜中每钻进10－20m用磁性单点测斜一次，指导定向造斜施工。
9.5 用单弯螺杆定向、增斜中根据设计剖面和井下钻头工况，井斜角达6o以上可进行定向与复合钻进交替进行调整井斜、方位及控制增斜率，使增斜率不超过设计上限；其后再考虑转入转盘驱动增斜钻进作业。
9.6按设计组合增斜钻具；开始钻进参数按设计执行，测斜后根据实际增斜率调整（含钻具结构、钻进参数）；开始钻进不大于10m测斜一次，摸出规律后每钻进10－30m测斜一次；力争达最大井斜角的定向造斜、增斜井段（80－293.71m）长度较设计偏差不大于10m。
9.7 稳斜钻进的钻具组合及钻进参数按照设计执行；每钻进20－40m测斜一次，根据预测需要适时调整钻进参数或更换钻具组合；检测、监测计算和预测结果有达目的层垂深506m时存在脱靶圈的可能，及时报告项目组，研究增斜或降斜措施后，方批准实施。
10.保护煤层技术措施
10.1煤层钻进时采用清水钻进，严格控制固相含量、控制密度1.03g/cm3以下。
10.2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。
10.3加强钻井液净化工作，维护和处理好钻井液性能，达到保护煤层的要求。
10.4及时对比邻井漏失层段，提前做好堵漏准备，确保钻开煤层后的井下安全和固井质量。
井漏堵漏后充分清除钻井液中不溶性堵漏材料，防止钻开煤层后损害煤层。
11.井控技术措施
11.1制订相应的防喷预案和技术措施，确保有溢流等迹象时能实施有效控制。
11.2钻井队储备一定数量的般土粉和钻井液。
防止煤储层和煤系地层中的游离气聚集造成液柱压力失衡而出现溢流、井涌、井喷。
11.3施工中谨防CO及H2S等有毒、有害气体，做好防中毒预案，要求所有上岗人员熟悉溢流、井涌、防喷防火知识，掌握相关制度和操作规程。
11.4进入煤系地层和煤储层时要严格执行坐岗观察制度，以及时发现溢流现象，并能够立即采取措施实施井内压力控制。
11.5钻进中如发现蹩钻、跳钻、钻速突然加快、放空、井漏、泵压下降、油气侵、钻井液粘度增高、密度降低等情况，应立即停钻，上提钻具观察，做好井控准备。
11.6进入目的层后，起钻时每三柱灌满钻井液，保持井眼内的液柱压力；同时严格控制起下钻速度，在正常情况下起钻速度不得超过15m/min，特别要注意防止拔活塞。
11.7坚持干部值班制度。
打开煤层后，井队干部要坚持24小时值班，井场的气象资料、地形地貌及交通、通讯情况、周边居民及联系方式有详实可靠的记录。
11.8加强防火工作，工作区域严禁吸烟；打开煤层后，井场动用明火必须首先采取防范措施。
钻井队要配备一定数量、不同规格的消防器材。
11.9如发生井喷失控，要立即停车、停炉，消除火灾隐患，防止着火，并立即疏散人员、上报、组织抢险。
12.固井设计
12.1套管程序和水泥返深
开钻次序
井段
（m）
钻头尺寸
（mm）
套管外径
（mm）
套管下深
（m）
水泥返深
（m）
一开
0～50
311.1
244.5
49.90
地面
二开
50～687.72
215.9
139.7
686.00
3#煤层以上300.00
12.2套管扶正器安放技术措施
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
表层套管
244.5
311.1
0-50
/
/
/
生产套管
139.7
215.9
0–井底
139.7×215.9
煤层上下50m每根套管加一只,其余每两根套管加一只
12.4 注水泥设计
12.4.1水泥浆体系配方
G级水泥＋早强剂＋调凝剂＋降滤失剂＋分散剂＋清水
12.4.2水泥浆性能
完井作业前，由固井施工单位以现场固井施工用水按基本配方室内实验后，报甲方批准确认。
12.4.3注水泥设计由固井施工单位提供（建议1.设计成紊流驱替，利于减薄或驱替净岩屑床；2.确保紊流状态接触时间大于7min，设计成前置液后加一段量可观的高水灰比的先导水泥浆；3.水泥浆返深再设计高一些），报甲方批准确认。
12.5套管和固井注水泥技术措施
对套管和套管附件检验、运输、摆放及清洗等的措施
12.5.1送井套管钢级和壁厚必须符合设计要求,在现场还必须对送到井场的套管重新检查，在用通径规检查中发现弯曲、碰伤、丝扣损坏、内径不规则等不合格套管禁止入井，单独存放，并明确标记，以防下错。
12.5.2现场套管应摆放在套管架上，摆放层数不得超过三层。
12.5.3认真清洗套管螺纹及护丝，清洗好后应立即戴好护丝。
12.5.4套管附件应分类检查、保管。
12.6对下套管作业的措施
12.6.1下套管时必须连续作业,用好挡泥帽,使用套管钳，上扣要4-5道猫头绳，严禁错扣下入。
12.6.2表层套管必须进入黄土层以下10米的基岩内，必须用水泥进行全段封固。
12.6.3生产套管全井使用符合标准的套管螺纹密封脂。
水泥封固段中加套管扶正器，煤层上下50米每根套管加一只，其余每三根套管加一只，套管接箍和扶正器不能在煤层段。
12.6.4控制下套管速度，在漏失层段下放速度控制在0.25m/s，并注意观察井口钻井液返出情况；遇阻不能硬压,应活动套管，必要时可接循环头循环；每下入20根套管灌满一次钻井液,所灌钻井液必须是密度小于1.07g/cm3，粘度小于35秒的优质钻井液。
套管下到井底后，先小排量顶通，再正常循环钻井液两周以上。
13.各次开钻施工重点措施
13.1设备安装及开钻前准备
13.1.1设备安装要保证平、稳、正、全、牢、灵、通。
特别是天车、转盘、井口三点垂直成一条线，其偏移不得大于20mm。
13.1.2开钻前对钻井设备、高压管线进行全面检查并试运转。
发现问题要及时整改，保证开钻后设备运转正常。
13.1.3开钻前根据钻井液设计，准备15方清水，配置足够量的钻井液；挖好井口和一开循环池。
13.2第一次开钻（φ311.1mm井眼）
13.2.1一开井眼要保证打直打好，必须旋转开钻，钻进中，要轻压吊打，适当控制钻速。
13.2.2尽量用钻井液开钻，以防冲出大肚子井眼；防止井壁垮塌和漏失。
13.2.3钻遇漏失层段，可根据实际漏速的大小，采取相应堵漏措施。
13.2.4固井打完水泥后立即找正、固定井口，使表层套管居中坐正候凝，防止二开井口偏斜。
13.3第二次开钻（φ215.9mm井眼）
13.3.1二开钻进钻铤出表套前要控制钻压和转速，领好眼后再用正常参数钻进。
13.3.2二开直井段控制钻压，确保直井段井斜角不大于2o,为后续定向造斜、增斜施工及成功中靶创造先决条件。
13.3.3严格按定向井作业规程操作，完成设计要求的定向、增斜、稳斜直至中靶目标，提醒如下：
1．二次开钻前，送齐定向钻井专用工具，包括：
（1）单弯螺杆钻具（角度由定向施工单位根据设计确定）；
（2）钻具稳定器；（3）短钻铤；（4）无磁钻铤；（5）测斜绞车；（6）磁性单点照相测斜仪及足够的胶片、显影液；（7）钻杆过滤器等。
2．送井螺杆钻具必须进行测试，达到出站要求，方可送井。
3．稳定器尺寸直径应在214.5－212.5之间。
4．该井用单点定向，选10－12根两端接头无偏磨的钻杆进行打印，打印时钻杆不得滚动，打印规靠近公、母接头的同一边，且方向不变，保证公、母接头的记号在同一母线（与钻杆轴线平行）。
5．螺杆钻具的检查：
先做外观检查，外壳无损伤、无裂
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