石油251平326平井导眼井钻井工程设计大学论文.docx
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石油251平326平井导眼井钻井工程设计大学论文
扬州工业职业技术学院
2015—2016学年
第一学期
毕业设计（论文）
（课程设计）
课题名称：
251－平326平井导眼井钻井工程设计
设计时间：
2015.6.10---2015.11.28
系部：
化学工程学院
班级：
1301钻井技术
姓名：
沈斌
学号：
1303030106
指导教师：
叶莉
251－平326平井导眼井钻井工程设计
沈斌
1301钻井技术
[摘要]钻井工程是一个多学科、多工种的大系统工程。
钻井工程设计是以当代钻井工艺理论为准则，采纳新的研究成效，以当代计算技术用最优化科学理论去设计和筹算钻井工程中的工艺技术及实施措施。
钻井工程设计是完成地质钻探目的、开拓油气层、担保钻井工程质量、保护油气资源、保护环境、实现安适、优质、高速和经济钻井的重要程序，是钻井工程施工的指南和技术依据。
钻井公司将根据钻井工程设计的内容和要求组织施工和技术协作，并根据设计开展单井预算和决算。
钻井队必需依照钻井工程设计施工，不可以随意调动，如因井下情况发生变化，原设计确需变更时，必须提交公司主管部门从新会商研究。
钻井工程设计的科学性，先进性对一口井钻井工程和完井工程的成败和效益尤为重要。
科学钻井程度的提高依靠钻井工程设计水平的提高。
[关键词]：
钻井工程；钻井工程设计；科学性；油气层
251-326flatHiraipilotholedrillingengineeringdesign
ShenBin
1301drillingtechnology
Abstract:
Drillingengineeringisamultidiscipline,multitypesoflargesystemsengineering.Drillingengineeringdesignisbasedonthetheoryofmoderndrillingprocessasacriterion,theadoptionofnewresearchresults,tomoderncomputingtechnologywithoptimizationtheorytodesign,drillingengineeringandplansintheprocesstechnologyandtheimplementationofthemeasures.
Drillingengineeringdesigniscompletedgeologicaldrilling,oilandgasreservoirdevelopment,guaranteethedrillingengineeringqualityandprotectingoilandgasresources,environmentalprotection,comfort,quality,highspeedandeconomicdrillingisanimportantprocessanddrillingengineeringconstructionguidelinesandtechnicalbasis.Thedrillingcompanywillorganizetheconstructionandtechnicalcooperationaccordingtothecontentandrequirementsofthedrillingengineering,andcarryoutthebudgetandfinalaccountsofthesinglewellaccordingtothedesign.Drillingteammustaccordingtodrillingengineeringdesignandconstruction,cannotarbitrarilytransferred,suchasduetoundergroundconditionschange,originaldesignreallyneedtochangemustbesubmittedtotheadministrativedepartmentofthecompanyfromXinhuibusinessresearch.
Thescientificnatureofdrillingengineeringdesign,theadvancednatureofawelldrillingprojectandcompletionofthesuccessorfailureoftheprojectisparticularlyimportant.Theimprovementofthedegreeofscientificdrillingdependsontheimprovementofthedesignlevelofthedrillingengineering.
Keywords:
Drillingengineering;Drillingengineeringdesign;scientificnature;oilandgasbearingformation
参考文献40
1.设计依据
1.1钻井设计的原则
1.1.1. 钻井的目的：
是为勘探和开发油气田服务。
1.1.2. 钻井设计必需按照国家及政府有关机构的规定和要求，确保钻井设计的正当性。
1.1.3. 钻井设计的主要依据：
（a）地质设计是钻井设计必须遵循的主要依据。
地质单位应在开始钻井作业前至少75天，向钻井单位提供地质设计，并应在该设计中尽可能地供应所钻之井的地质情况（包含地层孔隙压力、分裂压力等），以及提出地质上要求的资料。
（b）井场调查资料和邻井的钻井资料，也是开展钻井设计的主要依据。
地质单位至少应在钻井作业开始前45天做完井场调查，并将得到的各有关资料（包含井位自然环境、泥土情况、浅层气等）尽快交给钻井部门；同时，还应收取全邻井的钻井资料（包含复杂情况的处理、钻井液密度的使用情况等）。
（c）钻井单位应凭借地质单位提供的资料和邻井资料，认真分析，作好钻井设计。
如存在因为目前技术程度、设备的限定，保证不了钻井作业在安全情况下进行，或钻井作业成效达不到地质设计的要求，应尽早明确提出，以便地质单位改正地质要求或调整井位位置。
1.1.4. 钻井设计应充分体现安全第一的原则
大到井身构造，小到每一项作业程序，都要高度重视安全，既要重视井下的安全隐患，也要重视地面安全，把安全第一的原则贯穿到整个设计中。
关于重大的作业和危害大的作业，还应制定相应的安全应急措施。
1.1.5. 设计钻井液密度的原则
钻井液密度必需大于地层孔隙压力当量密度，小于地层破裂压力当量密度。
用压力来表示钻井液密度对地层孔隙压力的安全附加值，油井为1.5~3.5MPa，气井为3.0~5.0MPa。
1.1.6. 井身结构的设计，是钻井设计的关键部分，必需遵循下述几点
（a）保证井眼系统压力均衡，不呈现喷漏同在一裸眼中，钻下部高压地层时用的较高密度的钻井液产生的液柱压力，不会压漏上部裸露的地层。
（b）井内钻井液液柱压力和地层压力之间的压差不能过大，以免发生因压差而卡钻的现象。
（c）为保证安全钻进，必需用套管封住复杂地层井段，如易漏、易垮塌、易缩径和易卡钻等井段。
（d）探井，尤其是地层压力还没有被掌握的井，需要设计一层套管作为备用，以确保井眼能够钻到设计的深度。
（e）对钻探多套压力系统的井，应采纳多层套管程序，以保护油气层不会被钻井液污染和损害。
（f）对高压油气井，套管应下到高压油气层顶部；对于古潜山油气井，套管应下达到风化壳层的顶部。
（g）如果海底调查资料已经证实了有浅层气，应当设计套管坐于浅层气层的顶部，安装好井口控制系统之后才可以钻开。
1.1.7. 对于预测有浅层气的井，原则上应要求地质单位更改井位，避开浅层气；否则应具备井眼控制能力才钻开。
1.1.8. 探井必需进行地层压力预测和监测。
设计前。
凭借物探资料和邻井资料进行地层压力预测，以确定钻井液密度和井身构造；钻进阶段，利用已获取的上井段电测资料对未钻开的地层进行压力预测，以调整套管程序；钻进的过程中进行压力监测，力图实时的发现异常压力地层，防止井喷，确保安全钻进；每层套管鞋处（相对情况下，从20英寸套管鞋处开始）都要进行地层泄露/破裂压力的试验，并在允许的前提下压破地层。
若果试验成效比估计的低，要分析原因，采取必要的措施，以确保能够安全钻进。
1.1.9. 评价井、开发井和调整井的设计，要凭借最新的资料，在对地层压力进行从新评价的底子上，确定出更合理的钻井液密度和井身构造，以提高钻井时的速度，确保作业的安全性。
1.1.10. 钻井平台的选择，应遵循
（a）钻机的钻井能力：
选择的平台的钻机最大额定负荷，必需大于作业中呈现的最大负荷的20%。
（b）平台的井控能力：
选择的平台的井控系统最大额定工作压力，必需大于检测到的最大井口压力的20%。
最大井口压力是指井眼内钻井液被所有喷空而布满地层流体时的关井压力，井口头和套管的设计，也根据此原则进行。
（c）平台的作业水深：
选择的平台的设计作业水深，需要能够满足所钻井井位处的水深。
1.1.11. 海洋环境保护，是钻井设计必需遵照的原则之一，主要体现为两点
（a）钻井液的排放，必需满足国家环保局的规定。
如果使用油基钻井液，就要制定相应的处理办法。
（b）弃井设计。
为保护地下和海洋环境，对于油气水层要进行水泥封堵，并满足试压合格；裸眼要封堵；永久弃井的井口，起码应该从泥线以下4米处切割。
1.1.12. 钻井设计要体现低资本的原则。
设计前应注意三点：
一要充分熟悉各种资料，在确保安全的前提下，简化井身的构造；二要选用先进的器材、设备和技术；三要在满足钻井要求的前提下，优先使用我国生产的材料。
其目的表现提高钻井速率，减少钻井所花费的成本。
1.1.13. 钻井设计的基本内容应包括
基本的地质数据、施工进度规划、工程设计、原料计划和费用的预算。
由承包商按照作业者要求拟定的平台就位设计、钻井液设计、固井设计和定向井设计，同样属于钻井设计的主要内容。
1.2钻井设计的流程
钻井是指根据专门的器材、建立地面与地下油井通道的工程，以达到将地下的油气沿着运送油管道收集到地面，加以利用。
在石油勘察和油田开发的各种任务中，钻井有着十分重要的作用，例如寻找和证明含油气的构造、获得工业的油流、探索已被证实的含油构造的含油气面积和储量，获取有关油田的地质资料和开发数据，最后将原油从地下运送到地面上来等，没有一个不是通过钻井来实现的。
钻井是勘察与开采石油以及天然气资源的一个十分重要的环节，是勘察和开发石油的必要手段。
钻进是在钻头上用一定得压力加以作用，同时带动钻头旋转从而使得地层的岩石破碎，井底的岩石被破碎后而产生的岩屑在钻井液的循环下被携带到地面上来。
钻井过程中，井眼会不断加深，从而形成井眼的井壁需要十分的稳定，不断发生复杂的情况以确保证钻进工作的继续进行。
在钻进中需要钻穿各种地层，而由于每个地层的特点不同，所以其岩石的强度也有高有低，有的地层含有高压水、油、气等流体，有的含有盐、石膏、芒硝等成分，这些成分都对钻井液有着不良的影响。
强度相对于低的地层会发生塌陷，或者会被密度大的钻井液压裂形成复杂的情况，对钻进工作的进一步进行产生影响，这必须通过下入套管的同时注入水泥来加以封固。
然后，用很小的钻头继续钻出新的井段。
每改变一回钻头尺寸，开始钻新的井段的工艺就叫做开钻。
一般情况下，一口井的钻进过程中应有几回开钻，井深和地层情况存在差异，则开钻次数也就有所差异。
第一次开钻（一开）：
从地面开始钻出较大得井眼，到必定设计深度后下表层套管。
第二次开钻（二开）：
从表层套管内用一些较小的钻头开始钻进，如果地层不复杂，就可以直接钻到目的层后下油层套管完井。
如果地层复杂，当很难用钻井液进行控制时，就要下入技术套管。
第三次开钻（三开）：
从技术套管内用小一点的钻头继续往下钻进。
一般情况下，可一直钻直到达到预定井深或者再下第二次、第三层技术套管。
在进行第四次、第五次开钻，直到最后钻到目的层深度，下油钻成的井眼内下入套管，然后在套管与井壁之间的环形空间内注入水泥浆（在套管的下段部分层套管，进行固井、完井的作业。
固井是在已经或者全部环空）将套管和地层固定结合在一起的工艺过程，它可以预防复杂情况来确保在安全情况下继续钻进下一段井眼（对表层、技术套管）或顺利开采出生产层中的油气（对油层套管）套管柱的上部在地面用套管头加以牢固。
钻井的定义:
使用必然的破岩器材，不停地破碎井底岩石，加深井眼的过程。
固井与完井:
井身构造设计是整个钻井设计的根本，同时是确保一口井能顺利钻进的前提，合理的井身构造可以确保一口井能顺利钻达预定的井深，能够确保钻进过程的安全，能预防钻进中的产层污染，减低成本。
固井是油、气井建井过程中的一个重要环节。
固井工程包括下套管和灌水泥两个生产过程。
下套管就是将一定直径、由几种不同钢级及壁厚的套管组成的套管柱下入到已经钻成的井眼中按规定深度。
灌水泥就是在地面上将水泥浆通过套管柱注入到井眼与套管柱之间的的环形空间中的过程。
水泥浆套管柱与井壁岩石牢固地固结在一起，可以将油气水层及复杂层位封固起来以利于进一步地钻进或开采。
井身结构主要包括套管层次和每层套管的下入深度，以及套管和井眼尺寸的配合。
井身结构设计是钻井工程的基础设计，它不但关系到钻井工程的整体效益，而且还直接影响油井的质量和寿命。
因而在钻井工程设计时首先要科学地进行井身结构设计，它的主要依据是地层压力和地层破裂压力剖面。
套管的类型：
根据功用可分为以下几种类型：
序 号
套管类型
定义
作用
1
表层套管
开始下入的最短最浅的一层套管
1、在其顶部安装套管头，并通过套管头悬挂和支撑后续各层套管。
2、隔离地标浅水层和浅部复杂地层，使淡水层不受钻井液污染。
2
中间套管 （技术套管）
介于表层套管和生产套管之间的所有套管。
1、隔离不同地层孔隙压力的层系或易塌易漏等复杂地层。
根据需要可以是一层、两层甚至多层。
3
生产套管
钻达目的层后下的最后一层套管
1、保护生产层，并给油气从产层流至地面提供通道。
4
钻井衬管 （钻井尾管）
作用同中间尾管
1、钻井衬管常在已下入一层中间套管后采用，即只在裸眼段下套管注水泥，套管柱不延伸至井口。
2、可以减轻下套管时钻机的负荷和固井后套管头的负荷，也可节省大量套管和水泥，降低固井成本。
1.3设计依据
1.3.1《敖南油田南251-平326井导眼井钻井地质设计》；
1.3.2茂71井、茂7、茂702、敖362-98井等邻井钻探成果；
1.3.3《钻井设计编制规范》、《大庆油田钻井井控实施细则》、《×××井钻井工程设计格式》样本等有关技术规范和标准。
1.4构造名称
松辽盆地中央坳陷大庆长垣敖南鼻状构造。
1.5地理资料
1.5.1井口坐标：
纵（X）5055350.80m；横（Y）21632796.00m。
1.5.2地表海拔：
126.95m。
1.5.3井场地理状况
敖南油田位于黑龙江省大庆市肇源县境内，东与永乐油田相连，西至新肇油田，北接葡萄花油田，南至嫩江一带。
区内地势较为平坦，地面海拔多在126m～147m之间，区内有村屯、农田、鱼池、乡间土路和少量防护林，交通、电讯及原油集输条件较为便利，该井500m范围内没有居民区，井场地理状况见图1。
图1井场地理状况图
1.6地质要求
1.6.1设计井深：
1385m。
1.6.2井别与井型：
井别为导眼井；井型为直井。
1.6.3目的层位：
葡Ⅰ组油层。
1.6.4完钻层位：
青二、三段。
2.技术指标及质量要求
2.1井身质量要求
各井段井身质量要求见表1。
表1井身质量要求
井段
m~m
井斜角度
（°）
全角变化率
（°）/25m
井底水平位移
m
平均井径
扩大率
％
0~146
＜1.0
≤1.67
＜4.4
≤20
146~1000
≤3.0
≤30.0
≤15
1000~1385
≤2.17
≤37.7
≤12
2.2固井质量要求
各层次套管固井质量要求合格，固井质量要求见表2。
表2固井质量要求
开钻
次数
钻头尺寸
mm
井深
m
套管
尺寸
mm
套管
下深
m
水泥浆
封固井段
m~m
阻流环
深度
m
固井质量
要求
一开
444.5
146
339.7
145
地面~146
145
二开
311.2
881
244.5
880
地面~881
866
合格
三开
215.9
1385
/
/
1050~1385
1385
合格
2.3资料录取要求
2.3.1一开开钻至一开完钻，每间隔1h测量一次钻井液密度、粘度。
二开开钻至二开完钻，每间隔1h测量一次钻井液密度、粘度，每8h测量一次钻井液全套性能。
2.3.2三开开钻至三开完钻，每间隔0.5h测量一次钻井液密度、粘度，每4h测量一次钻井液电阻率，每8h测量一次钻井液全套性能，每24h测量一次泥饼摩阻系数。
2.3.3循环观察：
循环过程中每隔0.5h观察一次钻井液池液面高度、钻井液性能变化，以及是否有油气侵等异常情况，如有异常情况加密测量钻井液密度、粘度。
2.3.4每钻进1h记录一次悬重、钻压、转速、泵压、排量，发现异常立即报告。
3.工程设计
3.1井下复杂情况提示
井下复杂情况提示见表3。
表3井下复杂情况提示
地质分层
井段
m
复杂情况提示
备注
第四系~四方台组
0~320
易发生井塌和井漏
嫩五段~嫩三段
320~860
易发生井喷和井斜
黑帝庙发育浅气
嫩二段
860~1088
易发生井塌和井斜
易井塌
嫩一段~青二、三段
1088~1385
易发生油气侵
钻遇萨尔图、葡萄花油层
3.2地层压力预测
3.2.1邻井实测压力成果
统计设计井区黑帝庙油层2口井4层测压数据，压力系数为1.00～1.09；统计设计井区葡萄花油层11口井11层测压数据，压力系数为0.98～1.43，属异常高压油藏，平面变化较大，水平井东南部的茂17井压力系数最高，为1.43，反映出储层物性横向变化较大，表现出岩性油藏的特点，地层压力数据见表4。
表4邻井试油实测压力
井号
层位
地层压力
MPa
井深
m
压力系数
茂702
H
8.00
776.5
1.05
H
7.42
710.2
1.07
H
4.90
500.0
1.00
P
15.91
1297.6
1.25
敖326-63
P
14.16
1225.1
1.18
敖328-78
P
13.98
1243.9
1.15
敖336-63
P
14.38
1251.3
1.17
茂7
P
17.93
1317.8
1.39
茂17
P
18.67
1327.2
1.43
茂202
P
12.51
1308.0
0.98
茂73
P
13.60
1414.8
0.98
茂72
P
14.91
1321.3
1.15
葡38
P
13.81
1242.7
1.13
台12
P
19.60
1402.2
1.43
H
9.57
897.2
1.09
3.2.2地层破裂压力
统计该区葡萄花油层11口井16层试油实测破裂压力结果，破裂压力梯度最低为1.41MPa/100m，破裂压力数据见表5。
（见下页）
表5邻井实测破裂压力成果
井号
层位
深度
m
破裂压力
MPa
破裂压力梯度
MPa/100m
日期
茂701
P
1353.3
24.5
1.81
1996-11-28
茂72
P
1318.6
21.1
1.63
2002-10-29
敖312-66
PⅠ3
1191.1
20.0
1.68
2001-4-18
PⅠ4~5
1198.3
21.0
1.75
2001-4-18
敖312-68
PⅠ1~32
1191.0
38.0
3.19
2000-6-9
PⅠ4~5
1202.8
28.0
2.33
2000-6-9
敖314-70
PⅠ1
1185.9
21.0
1.77
2001-4-20
PⅠ3~（7）
1204.2
24.0
1.99
2001-4-20
敖314-61
PⅠ1~2
1220.8
19.0
1.59
2003-8
PⅠ3
1228.4
17.0
1.41
2003-8
PⅠ4~5
1234.5
18.0
1.49
2003-8
敖336-72
P
1288.4
27.7
2.15
敖356-67
P
1287.5
20.6
1.60
敖376-74
P
1275.6
19.9
1.56
敖354-74
P
1297.1
22.7
1.75
敖362-98
P
1323.7
22.9
1.73
3.2.3邻井测温情况
敖南油田南部葡萄花油层共收集了55口井57层段的地温资料，测试深度在1206.38m～1656.0m，地层温度55.2℃～71.3℃，地温梯度平均4.30℃/100m。
3.3井身结构
3.3.1井身结构设计数据
表6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
返深
m
一开
146
444.5
339.7
四方台组
145
地面
二开
881
311.2
244.5
嫩二段
880
地面
三开
1385
215.9
打水泥塞
1050
3.3.2井身结构示意图
图2给出了各层次套管下深、钻头尺寸和水泥浆封固井段等。
图2井身结构示意图
3.4钻机选型及钻井主要设备
表7给出了所选择钻机和主要设备的型号和规格等。
（见下页）
表7钻机选型及钻井主要设备性能
序号
名称
型号
载荷
kN
功率
kW
备注
1
钻机
ZJ-30
2
井架
JJ170/40-A
1700
3
天车
TC-170
1700
4
游车大钩
YG-170
1700
5
水龙头
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