钻井工程设计钻具组合部分已完成直井.docx

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钻井工程设计钻具组合部分已完成直井

《钻井工程》课程设计

乌39井

姓名

专业班级

油工61302

学号

班级序号

18

指导教师

张俊

1井身结构

井身结构示意图

井下复杂情况提示

地质

分层

井深

m

复杂情况提示

备注

K1tg

735

1.全井防塌、防卡、防掉牙轮。

2.全井防斜。

3.目的层防火、防喷。

4.全井防漏、防硫化氢。

5.乌尔禾组上部地层防泥岩缩径。

6.乌尔禾组防井漏。

J1b

1090

T1b

1610

P2w

2420

P2x

2450

井身结构设计数据表

开钻次序

井深m

钻头尺寸mm

套管尺寸mm

套管下入地层层位

套管下入深度m

环空水泥浆返至井深m

一开

500

K1tg

500

地面

二开

2450

P2x

2450

1500

井身结构设计说明

开钻次序

套管尺寸mm

设计说明

一开

一开采用Φ钻头钻至井深500m,下入Φ表层套管,水泥浆返至地面。

封隔地表和上部松散易塌地层,并未井口控制和后续安全钻井创造条件。

二开

二开使用Φ钻头钻至设计井深2450m,下入Φ油层套管,固井水泥浆返至井深1500m。

钻机选型及钻井主要设备

序号

名称

型号

载荷(KN)

功率(KW)

备注

钻机

ZJ40

2250

井架

JJ225/42-A2

2500

提升系统

绞车

JC32B

735

天车

TC2-225

2500

游动滑车

YC250

2500

大钩

DG250

2500

水龙头

SL225

2250

顶部驱动装置

转盘

ZP520B1

循环系统配置

钻井泵1#

F-1300

960

钻井泵2#

F-1300

960

钻井泵3#

钻井液罐

13000×3000×2500

总容量:

196m3

搅拌器

12个

钻机动力系统

柴油机1#

GV12V190B-3

930

柴油机2#

GV12V190B-3

930

柴油机3#

GV12V190B-3

930

发电机组

发电机1#

PZ8V-190D-2

300

发电机2#

PZ8V-190D-2

300

MCC房

钻机控制系统

自动压风机

12

电动压风机

12

气源净化装置

刹车系统

辅助刹车

固控系统

振动筛1#

RCZ2000

1套

振动筛2#

除砂器

RCZ2000

1套

除泥器

离心机

LW400×8

24

十一

加重装置

加重漏斗

1套

电动加重泵

气动下灰装置

1套

十二

井控系统

双闸板防喷器

二开:

2FZ35-35

控制装置

FKQ3204

节流管汇

JG-35

压井管汇

YG-35

液气分离器

YFQ-800

1套

除气器

CQ2-4

1套

十三

仪器仪表

钻井参数仪表

八参数仪

1套

测斜仪

单点测斜仪

1套

测斜绞车

硫化氢检测仪

硬携式

1套

固定式

十四

液压大钳

1套

2.钻具组合设计

一开钻具组合设计

本井一开钻井液密度为ρd=cm3,最大钻压Wmax=100KN,钻井深度D1=500m,井斜角为0°,钢材密度取cm3,安全系数取SN=。

一开井眼直径381mm,钻头尺寸选用直径,根据钻头与钻柱尺寸配合关系,钻铤选用直径为的钻铤,钻杆选用直径为127mm的钻杆。

钻铤长度设计

(1)计算浮力系数Kb=1-(ρd/ρs)=1-()=

(2)计算第一段钻铤长度

本井选用NC61-90线密度qc=m,单根长度为的钻铤,根据中心点原则该钻铤需用长度为:

Lc=SNWmax/(qcKb)=(×100)/(××1)=

n==

根据库存和防斜要求NC61-90钻铤实取6根,上接直径为的钻铤9根,直径为的钻铤12根,组成塔式钻具组合。

(3)钻铤参数计算

钻铤总长度为:

Lc=Lc1+Lc2+Lc3=(6+9+12)×=

钻铤总浮重为:

Fmc=Kbcosα(Lc1qc1+Lc21qc2+Lc31qc3)

=×1×(6×+9×+12×)×=

本井钻杆选用外径127mm,壁厚为,D级新钻杆,其线密度=m,最小抗拉挤力Fy=,最小抗挤力为pc=。

(1)计算最大安全静拉力

本井抗拉安全系数取St=

Fa=SSt=×=

(2)计算最大许用井深

Lp=Fa/(qpKb)-Fmc/(qpKb)

=(×)=

则:

Lp+Lc=+=≥D1该钻杆满足本井强度要求。

(3)抗外挤强度校核

计算最大外挤力

Pcmax=ρd(D1-Lc)=××()=

抗外挤系数Sc=,则所需抗挤强度为:

P=PcmaxSc=×=Mpa

则该钻杆满足抗挤要求。

综上所述,本井一开钻具组合采用如下:

Φ钻头,Φ钻铤3根,Φ钻铤6根,Φ钻铤12根,Φ127mm钻杆。

二开钻具组合设计

本井二开钻具组合,井液密度为ρd=g/cm3,最大钻压Wmax=160kN,钻井深度D2=2450m,井斜角为0°,钢材密度取cm3,安全系数取SN=。

二开井眼直径,钻头尺寸选用钻头,根据钻头与钻柱尺寸配合关系,钻铤选用钻铤,钻杆选用127mm钻杆。

钻铤长度设计

(1)计算浮力系数=1-(ρd/ρs)=1-()=

(2)计算第一段钻铤长度

本井选用NC-62(4IF),其线密度=kN/m,单根长度为,根据中心点原则该钻铤需用长度为:

Lc=SNWmax/(qcKb)=(×160)/(×)=

n==

根据库存和防斜要求NC-62(4IF)钻铤实取21根上接直径为的随钻震击器,直径为的钻铤3根。

(3)钻铤参数计算

钻铤总长度为:

Lc=Lc1+Lc2+=(21+3)×=

钻铤总浮重为:

Fmc=Kbcosα(Lc1qc1+Lc21qc2)

=×1××=

本井钻杆选用外径127mm,壁厚为,D级新钻杆,其线密度=m,最小抗拉挤力Fy=,最小抗挤力为pc=。

(2)计算最大安全静拉力

本井抗拉安全系数取St=

Fa=SSt=×=

(2)计算最大许用井深

Lp=Fa/(qpKb)-Fmc/(qpKb)

=(×)=

则:

Lp+Lc=+=≥D2该钻杆满足本井强度要求。

(3)抗外挤强度校核

计算最大外挤力

Pcmax=ρd(D1-Lc)=××()=

抗外挤系数Sc=,则所需抗挤强度为:

P=PcmaxSc=×=

则该钻杆满足抗挤要求。

(4)钟摆钻具组合设计

在二开井段出现易斜地层,需进行防斜钻具组合设计,本井采用钟摆钻具组合进行防斜,根据井眼直径选用215mm稳定器,并计算其到钻头距离,如下:

计算钻铤截面轴惯性矩

J=π/64(dc4-dci4){dc-外径d-内径}

=π/64()

=×10-5

计算水力半径

r=1/2(dh-dc){-井径dc-内径}

=1/2()

=

计算A,B,C

A=π2qmsinα

=π2×××sin5°

=

B==×160×=

C=π2EJr{E=}

=×π2×××10-5×

=

计算稳定器钻头距离

Lz=√((√(B2+4AC)-B)/2A)

=(((+4××

=

第二稳定器位置计算

计算钻铤截面轴惯性矩

J=π/64(dc4-dci4){dc-外径d-内径}

=π/64()

=×10-5

计算水力半径

C=1/2(dh-dc){-井径dc-内径}

=

第二稳定器距离钻头最优长度

Lp=(16C×E/qm/sinα)

=(16××sin5°)

=

综上所述,在二开井深常规钻具组合如下:

Φ钻头,Φ钻铤21根,Φ随钻震击器,Φ钻铤3根,Φ127mm钻杆

易斜井段采用双钟摆钻具组合Φ钻头,Φ钻铤2根,Φ215mm稳定器,Φ钻铤1根Φ215mm稳定器,Φ钻铤18根,Φ随钻震击器,Φ钻铤3根,Φ127mm钻杆。

3钻井液设计

钻井液完井液设计

开钻次序

井段m

常规性能

流变参数

总固含%

膨润土含量%

密度g/cm^3

漏斗粘度s

API失水ml

泥饼mm

pH值

含砂%

HTHP失水ml

摩阻系数

静切力Pa

塑性粘度

动切力Pa

n值

K值

初切

终切

一开

0~500

~

60~90

≤10

≤1

8~9

~8

2~11

15~30

5~15

≤20

5~8

类型

配方

处理方法与维护

坂土-CMC钻井液体系

5%~8%坂土+%Na2CO3+%~%CMC-MV+重晶石

1)要求配制坂土浆,充分预水化24h以上,再加入CMC-MV

搅拌均匀,粘度达到60s以上开钻。

2)表层疏松,钻进中要求适当的控制坂含和粘切,注意防塌、防漏、防窜。

3)钻井液的维护以水化好的坂土浆和CMC-MV胶液位主,以细水长流的方式补充到井浆中。

4)保证固控设备运转良好,合理使用好固控设备。

钾钙基聚磺钻井液体系

3%~4%坂土+%Na2CO3+%KOH+%~%JT888(SP-8)+5%~7%KCl+%~%PMHA-2+%~%NPAN+%~%XY-27+2%阳离子乳化沥青+1%~2%SPNH+1%~2%低荧光润滑剂+1%~2%SPNH+1%~2%SMP-1(胶)+%~%CaO+重晶石

进入目的层前50m,加入2%QCX-1和1%WC-1,并确保阳离子乳化沥青含量达2%

1)将一开钻井液用清水和胶液冲稀至30~40g/l,再按配方要求转化,调整性能至设计要求后方可二开。

2)二开裸眼井段长,要求做好井壁稳定工作,加强钻井液的包被抑制和封堵作用,提高钻井液的防塌、防卡的能力。

3)保证PMHA-2的加量,配合使用KCl和CaO,以防止粘土矿物的水化膨胀,提高钻井液的抑制性和防塌能力;以JT888(SP-8)、NPAH和SPNH、SMP-1(胶)改善泥饼质量,降低滤失量;以低荧光润滑剂提高钻井液润滑性能。

钻进中根据井下实际情况合理调整钻井液性能。

将所需加入的处理剂按比例配成胶液以细水长流的方式补充,防止钻井液性能波动过大。

4)本井段钻井液密度设计为~cm^3。

钻进过程中先使用下限,根据实际钻井过程中的压力平衡情况及井壁稳定情况进行密度调整,做到近平衡钻井,严防井漏、井喷事故发生。

如果实钻中因地层复杂而需要钻井液密度超出设计时,为确保安全钻井和减少井下复杂事故发生,施工单位必须及时报请项目经理部按有关程序审批,批准后才能实施。

但若遇紧急情况,钻井队可先处理再及时上报。

5)入井的处理剂使用前应通知地质录井人员,对气测有影响的处理剂,补充时应停钻循环,直到气测现实稳定后再恢复钻进。

根据录井要求进行钻井液滤液分析化验。

6)保证四级固控设备运转良好,钻进中要求振动筛(筛布使用80目以上)开动率100%,除砂器、除泥器运转时率80%,离心机有效开动率应满足钻井液相关的性能要求,以“净化”保“优化”。

7)进入目的层前50m,加入2¥阳离子乳化液沥青、2%QCX-1和1%WC-1.以增强泥饼的防透性,形成致密高强度的“屏蔽环”,防止钻井液对油气层造成严重伤害。

8)风3井固井过程中井漏,固井完后未能封住油气水层,造成井喷,喷出物含硫化氢气体。

钻井施工中应加强硫化氢的监测和预报。

9)井场按设计品种和数量,储备足够的备用材料,施工井队应根据钻井实际情况制定合理详细的防漏、防喷预案。

10)固井下套管前,严格按照固井要求进行承压试验。

备注:

低荧光润滑剂荧光级别小于5级

钻井液材料用量设计

开钻次序

一开

二开

三开

钻头尺寸mm

井段m

0~500

~2450

井筒容积m3

57

97

钻井液用量m3

186

326

储备钻井液

密度g/cm^3

体积m3

材料名称

用量t(m3)

合计t(m3)

坂土

CMC-MV

NaCO3

KOH

JT888(SP-8)

PMHA-2

XY-27

NPAN

SPNH

SMP-1(胶)

低荧光润滑剂

阳离子乳化沥青

KCl

CaO

QCX-1

WC-1

重晶石

备用材料名称

用量t(m3)

合计t(m3)

重晶石

堵漏剂

碱式碳酸锌

4水力参数设计

钻头设计

序号

尺寸mm

型号

数量

钻进井段m

进尺m

纯钻时间h

预测机械钻速m/h

1

MP2G

1

0~500

500

25

20

2

HJ437

2

~1700

1200

92

13

3

HJT537GK

3

~2450

750

150

5

备注:

本井设计取心10m,设计胎体三角聚晶金刚石取心钻头1只。

钻井参数设计

本井一开使用钻井液密度ρd=g/cm3,粘度μpv=.井深D=m,井眼直径Dh=cm,钻铤直径dc=cm,钻铤内径du=cm,钻杆直径dp=cm,钻杆内径dpi=cm,钻铤长度Lc=m。

钻杆接头采用的平式,B=

(1)确定最小排量

①计算最低环空返速

=

本井要求环控返速为,所以Va取m/s。

②计算携岩最小排量

Qa=

(2)计算偏环系统压耗系数

②计算Kc

5套管强度设计

6固井设计

各层次套管串结构数据表

套管程序

井深m

套管下深m

套管串结构(套管刚级、壁厚、长度、浮鞋、浮箍、分级箍、悬挂器等位置)

表层套管

500

500

Φ引鞋+Φ套管(1根)(J55×)+Φ内注接头+Φ套管串(J55×)+Φ联顶节

油层套管

2450

2450

Φ引鞋+Φ套管(1根)(N80×)+Φ浮箍+Φ套管串(N80×)+Φ联顶节

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

扶正器数量个

油层套管

1450~1750

弹性扶正器

30

10

1750~2350

弹性扶正器

20

30

2350~2450

弹性扶正器

10

10

1500~2450

旋流扶正器

10

备注:

旋流扶正器安放在井径扩大较为严重的井段,提高环空顶替效率,保证封固段固井质量。

各层次套管固井主要附件

名称

尺寸mm

型号

壁厚mm

钢级

数量

备注

浮箍浮鞋

Φ

1套

内管注接头

Φ

1套

带引鞋

固井胶塞

Φ

1个

弹性扶正器

Φ

50个

旋流扶正器

Φ

10个

标节

Φ

N80

4个

LCSG

水泥浆配方及性能

套管程序

表层套管

油层套管(微珠)

配方

G级+4%DS-B1+44%H20

G级+20%WZ+10%WG+4%SW-1A+2%JB-1+2%KQ-C+[2%ST300C+%SXY-2+8%ST300L+%ST200R](湿混)+%ST500L+%DL500+52%H20

实验条件

×30℃)

(28MPa×68℃)

密度g/cm3

稠化时间min

90~120

130

API滤失量ml

<150

自由水ml/250ml

流变性能

塑性粘

动切力Pa

n值

K值

抗压强度MPa/24h

>13

注:

现场施工前必须根据实际情况做复核试验。

水泥用量

套管程序

套管尺寸mm

钻头尺寸mm

环空容积m3

水泥浆返深m

水泥塞长度m

水泥等级

纯水泥(或者矿渣)t

备注

表层套管

381

地面

10

G级

50

生产套管

1500

15

G级

40

微珠

前置液用量设计

材料名称

数量(m3)

套管层次

表层套管

生产套管

合计

冲洗液

10

10

隔离液

5

5

固井主要材料消耗

序号

名称

型号规格

单位

数量

备注

1

套管

Φ×

t

国产(天钢)

Φ×

t

国产(天钢)

2

水泥

G级

t

90

微硅

WG

t

4

微珠

WZ

t

8

3

水泥外加剂

促凝剂

DS-B1

t

降失水剂

ST300L

t

分散剂

SXY-2

t

防窜剂

KQ-C

t

早强剂

SW-1A

t

消泡剂

ST500L

t

交联剂

ST300C

t

堵漏剂

DL500

t

缓凝剂

ST200R

t

4

冲洗液

m3

10

隔离液

m3

5

5

套管附件

内注接头

Φ

1

(带引鞋)

浮箍浮鞋

Φ

1

弹性扶正器

Φ

50

旋流扶正器

Φ

10

固井胶塞

Φ

1

标节

Φ×

4

7钻井施工要求

开钻前要求

(1)严格按要求安装设备,达到平、稳、正、全、牢。

天车、转盘、井口中心在同一铅垂线上,偏差小于10mm。

经动负荷试运转2h正常并对高压管汇进行的25MPa流动试压,且经验收合格后方可开钻。

(2)开钻前要求进行地质、工程、钻井液、固井技术交底,贯彻重点技术措施和施工要求,按设计要求做好开钻准备工作,切实做到准备充分、思想明确、措施落实。

(3)振动筛罐区安装位置不得影响节流管汇的安装,井口距泥浆罐中心线7-18cm。

各次开钻前要进行设备、井控、钻井液净化设备等工作的整改。

(4)圆井防塌挡管不得高于地面。

(5)导管埋深6~8m,导管外用鹅卵石填埋,用水泥浆灌缝,要求导管必须找中。

一开钻进要求

(1)为保证井身质量,刚开钻时钻压10~20KN,以后逐渐增加钻压,其原则为不超过钻铤浮重的80%。

每钻完一根单根洗井2~3min,上下划眼2次修好井壁再接单根,提钻时抓好灌泥浆工作,确保井内压力平衡。

(2)导管鞋附近钻进是采用低钻速、低钻压、小排量,以防导管鞋处发生垮塌、漏失。

一开期间严禁在导管鞋处划眼或洗井。

(3)做到早开泵、晚停泵,接单根要迅速,防止堵水眼憋泵。

钻进中必须开动振动筛、除砂器,控制固相含量,防止坍塌和沉砂。

二开钻进要求

(1)钻套管附件时,钻压20~40KN,转速60r/min,以防止部套管脱落;用好振动筛,防止钻套管附件产生的碎屑堵塞钻头水眼。

(2)二开第一只钻头开始50m要求用小于50~80KN钻压钻进,待新井眼形成后再用设计钻具加至设计钻压钻进,以防套管鞋处井眼曲率过大。

(3)二开段上部泥岩地层易水化膨胀而发生缩径和垮塌,必须调整好钻井液防塌抑制性能,保持井壁稳定,预防卡钻事故发生。

(4)优选钻头类型,强化钻井参数,提高钻井速度。

(5)施工井队要落实好钻井液液面坐岗制度,及时发现、处理井漏;钻速较快时,合理安排单根循环洗井时间,防止环空沉砂过多而开泵憋漏地层。

漏失井段采用堵漏泥浆钻进,钻过漏层后做承压试验,承压能力满足要求后方可筛出堵漏材料,再继续钻进。

(6)要求严格控制提下钻速度。

在使用钻井液密度下限时,在油气层井段和井底,注意控制提钻限时大于30s/单根,防止抽汲压力造成井涌、井喷;在易漏井段和井底,注意控制下钻限时大于30s/单根,防止激动压力造成井漏;在表套鞋以下附近井段发生过漏失的井,自井口至表鞋套以下250m井段控制下钻限时大于30s/单根。

井漏严重的井段控制下钻限时大于60s/单根。

气油比较高的井段控制提钻限时大于60s/单根。

提钻按规定灌好钻井液,下钻时注意观察井口返出钻井液情况。

(7)对于钻开油气层(目的层)后每次起钻、溢流压井后起钻、钻开油气层(目的层)后发生井漏且尚未完全堵住起钻、钻进中发生严重气浸起钻、需长时间停止循环进行其他作业起钻等情况,要求必须进行短程起下钻,并测油气上窜速度。

如果油气上窜速度大于50m/h则不得进行起钻作业,而必须压稳油气层后方可起钻。

本区部分井气油比较高,施工队在起钻等相关作业时必须予以重视。

(8)钻井中发现地层压力有异常应及时调整钻井液密度,保证井下安全,并及时向开发公司汇报。

(9)钻进时接单根前应留有一定的返屑时间,避免井下岩屑沉积过多,接好单根后应以小排量柔和开泵,待正常后再使用钻进排量;钻井排量在保证足够的环空返速前提下应采用较小排量。

从多方面尽量减小激动压力,减轻对油层污染。

(10)全井坚持短程提下钻制度,每钻进200~250m必须短程起下钻一次,保证起下钻畅通。

起钻过程中如果遇阻要反复修井壁或划眼,直到畅通无阻再下到井底继续钻进。

没钻完一根单根先上提划眼一次再接单根。

(11)钻具在井内的静止时间不得超过3min,钻具活动范围3~5m。

如遇特殊情况钻具必须静止或停泵、停钻时间较长时,应将钻具提到安全井段,尽可能进行不停转盘洗井,防止井下事故或其它井下复杂情况发生。

(12)钻进中加强防斜措施,钻地层软硬交界面时要注意调整钻井参数,灵活采用吊打、均匀送钻等措施。

每钻进150~250m应用单点照相测斜仪测井斜一次,随时掌握井身质量变化动态。

(13)二开后每提下钻一次要活动一次防喷器,将活动记录入班报表中,定期开展防喷演戏,落实好液面坐岗制度。

(14)加强钻具管理,建立健全钻具记录卡,严格执行钻具管理有关规定。

接头在井下工作300h后必须更换。

(15)要求固井前做地层承压试验,确保固井施工不发生漏失。

(16)要求做好固井前的通井、循环钻井液、调整钻井液性能等工作。

控制下套管速度,单根套管下方速度控制在30~50s之间,以防憋漏

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