龙岗3井2445mm套管固井设计最终版.docx
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龙岗3井2445mm套管固井设计最终版
文件编号：
JGJ-309
（1）.09
受控状态：
构造名称：
四川盆地川东北坳陷仪陇
－平昌构造带龙岗生物礁
井别：
预探井
井号：
龙岗3
井型：
定向井
固井类别：
一类井
业主单位：
西南油气田分公司
Φ244.5mm套管
固井工程设计
四川石油管理局井下作业公司
2007年02月08日
文件编号：
JGJ-309
（1）.09
受控状态：
构造名称：
四川盆地川东北坳陷仪陇
－平昌构造带龙岗生物礁
井别：
预探井
井号：
龙岗3
井型：
定向井
固井类别：
一类井
业主单位：
西南油气田分公司
Φ244.5mm套管
固井工程设计
四川石油管理局井下作业公司
2007年02月08日
设计人：
_
_（签字）日期：
井下作业公司初审意见：
初审人：
_
_（签字）日期：
_
_
川东钻探公司审核意见：
审核人：
_
_（签字）日期：
__
_
四川石油管理局工程技术部会审意见:
工程技术部：
_
_（签字）日期：
_
_
四川石油管理局审批意见：
审批人：
_
_（签字）日期：
_
_
勘探事业部审核意见：
审核人：
_
_（签字）日期：
_
_
西南油气田分公司工程技术与监督部会审意见：
工程技术与监督部：
_
_（签字）日期：
_
_
西南油气田分公司审批意见：
审批人：
_
_（签字）日期：
_
_
前言
1.钻井资料……………………………………………………………
（2）
2.地质资料……………………………………………………………（3）
3.固井目的及方法……………………………………………………（4）
4.固井难点与主要技术措施…………………………………………（4）
5.套管柱设计、校核与扶正器安放位置……………………………（5）
6.固井工艺设计……………………………………………………（6）
7.水泥试验设计……………………………………………………（8）
8.下套管复杂情况计算……………………………………………（9）
9.施工技术要求……………………………………………………（9）
10.施工组织……………………………………………………………（11）
11.施工预案……………………………………………………………（12）
12.健康、安全与环保要求……………………………………………（13）
13.固井设备、工具与材料清单………………………………………（13）
附：
龙岗3井95/8˝套管固井施工现场办公会议纪要……………（15）
前言
龙岗3井是四川盆地川东北坳陷仪陇－平昌构造带龙岗生物礁的一口预探井，由川东钻探公司川钻28队承担钻探作业。
钻井工程设计Φ244.5mm套管进入须家河组顶部19m左右固井，预计固井井深3245m。
根据2月1日川东钻探与井下作业公司现场联合办公会议精神，针对该井Φ244.5mm套管固井裸眼井段属于低压易漏失井段的实际井况，为有效封固裸眼复杂井段，确保固井一次性成功，拟采用堵漏提高地层承压能力、单级双胶塞、两凝低密度堵漏水泥浆、一次性正注水泥浆返出井口固井工艺技术，两凝、低密度、堵漏水泥浆设计：
快干水泥浆为纯G级防窜堵漏水泥浆，设计密度1.90g/cm3，封固3243-2700m；缓凝水泥浆为漂珠微硅低密度堵漏水泥浆，设计密度1.30g/cm3，封固0～2700m；另准备井口反灌G级水泥30吨。
为搞好该井的Φ244.5mm套管固井，确保施工质量，提前完成本次固井工程设计并按一类井履行设计审批程序，施工各方应严格按审批后的设计要求作好施工前的各项准备工作，施工工程技术人员到现场后，再根据井下的实际情况对设计相关数据进行校核、内容作必要补充，以科学指导现场施工。
1钻井资料
基本数据
钻机编号:
川钻28队
钻机类型:
ZJ70L
本开设计井深:
3258m
本开完钻井深:
3245m
本开开钻日期:
2006年12月19日
完钻日期:
2007年2月日
井身结构
1.2.1井身结构图
地面
说明：
Φ（mm）套管固井水泥浆浆柱结构：
密度1.30g/cm3微硅漂珠缓凝水泥浆，封固0～2700m井段，密度1.90g/cm3G级快干水泥浆，封固2700～3243m井段。
1.2.2井身结构：
序号
钻头
套管
规格（mm）
钻深（m）
规格（mm）
壁厚（mm）
下深（m）
1
689
2
3245
3243
钻井液性能
1.3.1类型:
聚磺2月1日报表
进口密度（g/cm3）
出口密度（g/cm3）
塑粘
初切/终切（Pa）
泥饼（mm）
滤失（ml/30min）
粘度（s）
动切（Pa）
含砂（%）
含油（%）
固含（%）
PH
50
10
钻井参数
钻压（kN）
转速（rpm）
排量（l/s）
泵压（MPa）
备注
240
53
43～50
18
钻具组合
121/4"钻头×0.29m+630×730双母×0.90m+9"钻铤6根×55.16m+731×630接头×0.76m+8"钻铤3柱×81.92m+曲性长轴×2.64m+8"随震×6.99m+631×410接头×0.46m+61/2"钻铤1柱×27.26m++5"加重钻杆3柱×82.77m+5"钻杆
油气水显示
2646~2651m，2656~2660m，2871~空气钻进气测异常；2889~2890.22m密度1.21g/cm3钻进气测异常。
钻井复杂情况描述
氮气钻进至2875.86m替入ρ1.21g/cm3泥浆钻进至2878m井漏0.4m3/h，继续钻进至2943.39m井涌控回压循环排气出口点火焰高3～4m，漏速3.5m3/h，三次注入桥浆66.8m3堵漏后不漏,关井蹩压不降。
其后钻进至3049.5m，有0.5m3/h的微漏。
2.地质资料
地质分层
地质层位
井深（m）
地质层位
井深（m）
蓬莱镇组
326
遂宁组
970
沙溪庙组
2616
凉高山组
2806
过渡层
2834
大鞍寨
2942
马鞍山
2994
东岳庙
3042
井温
预测井底温度：
根据区域地温梯度推测该井井底温度为80℃，水泥试验（稠化）温度暂定65℃，水泥大样复查试验（稠化）温度应根据完钻电测井底温度为准作调整。
电测井眼情况
电测井径、井斜方位数据：
待测井后补；
3固井目的及方法
固井目的
封固低压易漏、易垮塌、气显示裸眼井段，确保下步安全钻进。
固井方法
采用单级双胶塞固井工艺、两凝低密度堵漏水泥浆工艺、一次性正注水泥浆返出井口固井技术方法。
两凝低密度堵漏水泥浆设计：
快干水泥浆为纯G级防窜堵漏水泥浆，设计密度1.90g/cm3，封固3243-2700m；缓凝水泥浆为漂珠微硅低密度堵漏水泥浆，设计密度1.30g/cm3，封固0～2700m；另准备井口反灌G级水泥30吨。
4固井难点及主要技术措施
固井难点
1、地层压力低,存在井漏井段，下套管、循环、注水泥浆、顶替、候凝中极易发生井漏。
2、裸眼段长，采用氮气钻进井段井壁粗糙、摩擦阻力大，大尺寸套管下至设计井深难度大。
3、油气显示好，气体钻进井径偏大，顶替效率较低，易气窜。
固井主要技术措施
1、提高地层承压能力，要求全井筒做当量密度1.42g/cm³的承压试验。
2、认真通井，要求井眼畅通，无垮塌、无沉砂，在井深2000m以下垫含3～5%固体润滑剂的高粘钻井液，确保套管安全下至井底，留2.0m口袋；严格按局工技【2006】14号文要求模拟套管刚性通井两次，具体如下（尺寸单位：
mm）；
第一次通井：
Φ钻头+Φ钻铤1根+Φ300扶正器1只+钻铤2根+原钻进钻具组合
第二次通井：
Φ钻头+Φ钻铤1根+Φ300扶正器1只+钻铤1根+Φ290～300扶正器1只+钻铤1根+Φ290～300扶正器1只+原钻进钻具组合。
3、采用双胶塞固井技术，提高水泥浆的顶替效率。
4、根据井下井径、井斜、方位角变化情况充分使用套管刚性扶正器：
重合段加Ф≤308mm刚性扶正器15只；裸眼段根据井身质量加入Ф≤300mm宽棱大倒角全封闭螺旋刚性扶正器30只，提高套管的居中度。
5、试验优选两凝、低密度、堵漏水泥浆配方：
快干水泥浆设计为纯G级水泥，密度1.90g/cm3，封固3243-2700m主要油气显示段同时是漏失井段，要求水泥浆具有防窜防漏性能；缓凝水泥浆为漂珠微硅低密度堵漏水泥浆，设计密度1.30g/cm3，封固0～2700m；设计推荐在水泥浆中加入高效堵漏纤维以切实增强水泥浆防漏堵漏性能，具体根据试验优选配方定。
6、优化地面施工工艺。
采用以70－30水泥车为主体的双套设备施工，采用Ф127钻杆立柱作注浆通道，严格控制水泥浆密度和施工排量。
5套管柱设计校核与扶正器安放位置
管串组合
（1）管串结构
引鞋+管鞋+套管1根+回压凡尔1只+套管4根+回压凡尔1只+套管串+套管挂+联入
（2）套管排列
序号
井段（m）
钢级
壁厚（mm）
1
3243～350
VM95HCS
2
变扣套管
TP110TSB
3
～350
TP110TSB
强度校核
5.2.1套管强度数据
外径（mm）×钢级×壁厚（mm）×扣型
单重（kg/m）
抗挤强度（MPa）
抗内压（MPa）
抗拉（t）
×VM95HCS××LTC
462
变扣套管（LTC公×梯母）×
667
×TP110TSB××BTC
667
5.2.2强度校核
序号
外径
（mm）
下深
（m）
段长
（m）
规格
（单位段重+钢级+扣型）
段重
（t）
累重
（t）
抗拉
抗挤
抗内压
1
244．5
3243
2893
+VM95HCS+LTC
202
202
2
0
350
+TP110TSB+BTC
外载计算方法:
井眼类型:
直井
抗拉计算方法:
套管在空气中的重量计算
抗挤计算方法:
管内掏空40%计算
抗内压计算方法:
按套管最大试压45MPa计算
扶正器安放位置
序号
井段（m）
安放间距
安放数量
扶正器类型
备注
1
30～
1只/20m
15
Ф308mm刚扶
2
裸眼段加30只Ф300mm刚性特殊扶正器,由甲方现场人员根据井身质量定
6固井工艺设计
注替水泥浆量计算
6.1.1水泥浆、水泥与配浆水用量:
A、井不漏：
水泥浆名称
密度（g/cm3）
返深（m）
段长（m）
水泥浆用量（m3）
附加后用量（m3）
多返
15
15
缓凝重合
0～
缓凝裸眼
～2700
88
小计
快干裸眼
2700～3243
543
水泥塞
50
合计
注：
1、裸眼段按340mm井径计算，考虑空钻井径偏大，环容附加15%，重合段按320mm计算，不附加,水泥浆总容积166m3；
2、预计水泥量：
G级纯水泥60吨（其中，30吨准备反打）；
漂珠130吨（按方低密度水泥浆计算，考虑地面损耗）。
6.1.2前置液、后置液用量
液体名称
液体类型
密度（g/cm3）
用量（m3）
备注
前置液
配浆水
后置液
配浆水
6.1.3顶替量计算
管柱类型
外径（mm）
壁厚（mm）
段长（m）
水泥塞（m）
每米容积（l/m）
分段容积（m3）
套管
3243
50
122
总容积:
122m3
压缩系数:
2％
设计顶替量:
6.2.1施工工艺流程
顺序
操作内容
工作量（m3）
密度
（g/cm3）
排量（l/s）
压力（MPa）
施工
时间（min）
累计
时间（min）
注入抗钙钻井液
30
1
冲管汇，试压、装胶塞
25
2
注前隔缓凝水
（顶下胶塞）
6
20～25
3
微硅漂珠水泥浆
133
30～35
70
70
4
注G级快干水泥浆
28
18～25
25
95
5
注后隔药水
（顶上胶塞）
2
15～20
3
98
6
泥浆泵替钻井液
119
35～45
60
158
7
碰压
15~20
10
168
施工压力计算
管内外流动阻力：
P1=×3245＋=.
注水泥浆前后，全井液柱压差△P1:
注水泥浆后，全井液柱压力P外
P外=×[×（3243-2700）+×2700]=（不考虑飘珠破碎引起水泥浆密度增加）
P外=×[×（3243-2700）+×2700]=（飘珠破碎后水泥浆密度增加）
全井钻井液液柱（即地层）压力P内
P内=××3245＝
井底液柱压差：
△P1=P外-P内=，正压差压稳；
井深2943.39m显示层1.21g/cm3钻井液堵漏后承压MPa不漏，能承压，当量密度约1.30g/cm3；1.26g/cm3钻井液安全钻达中完井深；注水泥浆后，全井液柱压力P：
P=×[×（2943-2700）+×2700]=（飘珠破碎后水泥浆密度增加）
施工最高泵压：
P最高＝P1+△P1+5＝5++=（碰压附加3～5MPa）
7水泥试验设计
水泥浆性能要求
项目
缓凝水泥浆
快干水泥浆
密度（g/cm3）
流动度（cm）
≥20
≥20
失水量（ml/
≤150
≤100
自由液（%）
≤
≤
防气窜能力
较好
较好
24小时抗压强度（MPa）
≥10
≥
初始稠度（Bc）
≤
≤
稠化时间（min）
230～250
160～180
初终凝时间（min）
实测
实测
注：
设计要求在水泥浆中加堵漏纤维，试验应充分考虑其对水泥浆性能及施工条件的影响。
水泥试验条件
试验水质：
井场水
水泥类型：
G级加纤维、微硅漂珠水泥
试验温度（℃）：
65升温时间（min）：
60试验压力（MPa）：
40
试验条件：
升温升压65℃×40MPa
常温常压—————→————————→测稠化时间
60min恒温恒压
升温80℃×
常温常压—————→————————→测凝结时间
60min恒温
水泥浆污染试验要求:
污染试验养护条件：
×80℃×3:
00Hrs
污染试验要求：
水泥浆
20%
70%
50%
1/3
隔离液
10%
10%
----
1/3
泥浆
70%
20%
50%
1/3
常流（cm）
≥18
≥18
≥18
≥18
高流（cm）
≥12
≥12
≥12
≥12
注意：
对污染试验最严重者取样做稠化试验，试验条件同水泥浆稠化试验。
8下套管计算
.下送套管的允许掏空深度
按回压凡尔试压值5MPa,计算允许掏空高度为：
397m
.允许下套管速度计算
套管本体处允许钻井液上返速度取钻杆本体处的环空上返速度计算,当钻进排量为42l/s时，上返速度为:
0.54m/s，套管柱允许下放速度计算为:
0.59m/s
.下套管遇卡时允许的最大上提力
下套管时最上一根套管是管串中最薄弱点，考虑的抗拉安全系数，套管上提悬重不得超过307ｔ。
9施工技术要求
固井前期准备
9.1.1施工车辆在出发前要进行一次彻底的台上和台下检查，特别是要对柱塞盘根、凡尔胶皮等作重点检查，并试运转正常，台上台下易损件准备1套作备用件；
9.1.2井下固井工具附件送往井场前，川东分公司工程技术人员要做好检查，确保其能正常工作；
9.1.3到井场后，工程技术人员按有关标准与规定检查套管附件（如引鞋、套管鞋、回压凡尔、上下胶塞、承托环、扶正器等）和固井工具（水泥头、循环头、灌浆帽等）的尺寸、扣型、质量、性能、确保工作状况满足施工要求；
9.1.4按照《固井设备操作规程》检查和确认固井作业所用设备和其气、水、灰管线及固井高压管线和阀门等是否符合施工要求；检查和确认下灰系统、混浆系统、供气系统、供水系统和混合液混拌系统等是否符合施工要求；
9.1.5水泥和干混外掺料在现场严格按比例小批量混配，并倒灰三遍，保证混灰的均匀性；
9.1.6根据固井施工设计的要求和现场作业进度，配制抗钙隔离液和固井药水，为确保混合液的性能与试验相近，要求尽可能缩短混合液配制完后至注水泥作业之间的等候时间，同时应满足留有复查时间的要求；
9.1.7现场对水泥浆进行大样复查，确认无问题后方可施工。
井眼准备
9.2.1认真通井，在阻卡井段反复划眼直到通井至井底，确保井眼畅通，无沉砂、无阻卡、无垮塌；
下套管
9.3.1套管到井后必须按顺序统一排列、编号；
9.3.2套管全部按标准通径、丈量和清洗，清洗后不留油迹，由钻井工程、录井人员对编号、长度的数据分别核对、检查无误；
9.3.3套管吊上钻台时，必须戴护丝，严禁碰撞；
9.3.4套管母扣均匀涂抹套管丝扣密封脂；
9.3.5要求有专业套管服务队使用专用液压大钳按标准扭矩给套管上扣；
9.3.6下部5根套管及附件要求清洗出丝扣本色，使用套管丝扣粘结剂粘结，然后再进行铆接；
9.3.7现场施工人员根据井下情况，确定扶正器加入位置和数量；
9.3.8要严格控制套管下放速度，每根套管下放时间不少于40s,下套管过程中每40根套管灌满一次泥浆，如遇复杂情况，防卡套管，每一根灌泥浆一次，保证回压凡尔工作正常；
9.3.9套管及其附件按设计要求和作业指令下到位，灌满钻井液，水泥头与固井管线和替浆管线连接好后，小排量开通泵后逐渐提高排量，以35～40l/s的排量（由小到大）循环洗井一周以上，彻底清洗井内沉砂并排除后效，满足固井施工要求。
施工前期准备
9.4.1检查和确认水泥头与固井管线的连接符合施工要求；
9.4.2施工车辆在施工前要进行一次彻底的台上和台下的检查，试运转正常，迅速发现问题并及时处理，确保施工连续；
9.4.3施工前召开“固井三交会”，发放《施工作业指导书》，交代施工中注意事项，明确各岗位职责，确保统一指挥。
固井施工
9.5.1按设计要求进行清水试压，固井施工管线不得有刺漏，试压合格后方可施工；
9.5.2采用70－30水泥车为主的双套设备施工，注水泥浆排量30～35l/s，替浆排量为35～40l/s；
9.5.3水泥车作好替浆和碰压的准备，连接好供泥浆管线；
9.5.4替浆时同时采用三参数仪表计量和人工计量，确保替浆量的准确；
9.5.5替浆到余5m3时，降低排量至1.5m3/min，小排量顶替至碰压；
9.5.6施工全过程安排人员在泥浆出口坐岗，及时发现并汇报出口返出情况；
9.5.7检查回流，确认浮箍浮鞋的单流阀是否工作正常；
9.5.8根据具体施工工况确定是否进行环空憋压候凝。
10施工组织
指挥组
负责实施固井全过程的组织、指挥和决策，按设计要求和工程需要组织调度人员、器材，贯彻、落实各项工艺技术措施、抓好质量和安全工作。
技术组
负责固井施工设计的制订，对固井施工各环节的技术问题提出意见，并具体实施固井施工设计，主要负责管串排列、入井和水泥试验工作。
安全监督组
负责固井设计书中技术安全措施的落实，安全预案的确认和执行，地面施工管汇、各岗位操作的标准化，全面负责安全、环保工作；发生紧急情况时指导突击组工作。
钻台组
在固井指挥人员的指挥下井队负责立管闸门的倒换及挂合泥浆泵，协助井下水泥头闸门倒换、装胶塞。
供水组
负责接水管线、供水、注水泥时保证快干水和缓凝水的即时供给，负责加压泵的正常运转。
泵房组
负责泥浆泵的检查和正常使用，配合计量人员倒换循环罐闸门。
泥浆组
负责泥浆的配制和回收、水泥混浆的排放。
计量组
负责记录注水泥和替泥浆时的正返计量，要求准确无误。
机电组
负责机房、发电房设备的正常运转和固井施工的正常供电。
资料组
负责固井全过程的资料收集和监测水泥浆密度、地面取样、观察压力和泥浆出口返出情况。
突击组
负责井场地面高压管线的检查、固定。
11.龙岗3井Φ244.5mm套管固井施工应急预案
（一）通井预案
采用通井钻具通井至井底，若遇阻卡井段必须坚持短起下钻以及划眼，确保井眼畅通、井壁稳定、井底清洁、无沉砂、无垮塌、无气侵。
若井眼内有垮塌现象应提高井浆密度维持井壁稳定。
（二）下套管预案
（1）下套管前将封井器芯子换成244.5mm封井器芯子并试压合格，防止在下套管过程中发生气侵造成井涌或井喷，便于井控作业；
（2）下套管过程中，套管遇阻不超过去50KN（除正常摩阻外），遇阻防止卡死，采取循环方式退一进二的方法，活动下放，上提悬重不超过当时悬重+剩余拉力。
（3）下套管过程中，严格控制下放速度不低于40秒/根，注意防止井漏。
若发生井漏，下深少于2500米，应起套管堵漏后再下，而下深超过2500米，应继续进行下套管作业，适当放慢慢下放速度同时向环间间断反灌泥浆，尽量保持液面在井口，防止井壁垮塌、发生溢流，把套管下至设计井深。
（三）固井施工预案
（1）在下套管作业过程中没有发生井漏，套管下完先小排量10~15l/s循环，正常后逐步增加至35－40l/s循环洗井；采用两凝水泥一次性正注水泥水泥浆，做好反注水泥准备工作。
（2）在施工顶替过程中，如果发生井漏，应尽量顶替到位，注意防膏盐层污染引起的高泵压，做好污染试验，做好反注水泥准备。
（3）整过施工过程中，进行仪表、人工正反计量，及时发现井漏。
（四）施工时地面应急预案
1、注、替浆高压管线刺漏，则停泵、整改管线。
2、供灰管线堵塞，则敲击供灰管线以消除堵塞状况，如还不行则关闭供灰、供气管线，迅速拆卸并马上检查，解决堵塞状况。
如爆裂则及时关闭灰、气管线闸门，并更换供灰管线。
若供水泵出现问题，及时更换另外一台备用供水泵，如供药水管线不畅、或爆裂，则更换管线。
3、采用两台双机泵水泥车施工，两台水泥车既能单独配注，又能同时进行施工。
4、若一台突然出现机械故障，不能配制水泥浆，则由另一台车接替。
5、施工压力异常，超过25MPa则采用水泥车70-30顶替，泥浆泵给水泥车70－30替泥浆。
6、若供浆管线不稳，则停止供浆，供泥浆管线易抖
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