HAHA0205固井设计书.docx
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HAHA0205固井设计书
富邦德石油
HAHA-02-05井固井设计书
井别：
定向井井型：
生产井
富邦德摩洛哥能源有限责任公司
二0一四年九月二十五日
井号：
HAHA-2-05井
钻井队号：
forpetro5001
井型：
定向井井别：
生产井
设计单位：
富邦德能源集团有限公司
设计人：
日期：
2014年9月25日
设计审核：
审核人：
签字：
日期：
设计批准：
批准人：
签字：
日期：
一、设计依据：
1.1基本数据
地理位置
区域构造
井别
生产井
钻探目的
井位坐标（X）
85894.58m
地面海拔
:
403.397m
设计井深
3410m
井位坐标（Y）
47125.42m
套管
出地高
m
完钻井深
3410m
开钻日期
完钻日期
电测日期
完钻层位
目的层位
人工井底
m
井身结构
程序
钻头（mm）
井深（m）
套管
外径
（mm）
套管
壁厚
（mm）
套管
钢级
套管下深
（m）
水泥返高
（m）
一开
444.5
312
339.7
10.92
133/8
J55
311
地面
二开
241.3
1639
177.8
9.19
7"
N80
1638
地面
三开
152.4
3410
114.3
7.37
41/2
N80
3405
1488
注：
1）20”导管也可在井场建设时预埋，用混凝土固牢。
2）6”井眼完钻深度3410m。
1.2井深结构
套管设计套管程序
井段
m
套 管 规 范
长度
m
钻井液
密度g/cm3
尺寸
mm
钢级
壁厚
mm
扣型
最佳上扣
扭矩N·m
导管
0-20
508
偏梯标准
20
表层套管
11～312
339.7
J55
10.92
偏梯标准
8070
311
1.10
二开套管
11～1639
177.8
N80
9.19
偏梯标准
7040
1628
1.20-1.35
三开套管
1488～3405
114.3
N80
7.37
偏梯标准
-
1917
0.95
1.3套管柱强度校核
套管程序
井段m
重量
抗挤
抗内压
抗拉
每米重
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
kN
安全系数
一开套管
11～312
81.18
25.24
25.24
3.84
1.46
3.48
5.40
247.4
16.34
二开套管
11～1639
38.73
63.44
63.44
16.07
1.65
16.07
2.21
621.2
4.78
三开套管
1488～3405
20.09
60.89
60.89
18.12
2.37
18.12
2.91
377.81
4.52
二、插入法固井
一开表层固井设计
表层套管外径339.7mm;表层套管内径320mm;表层套管下深：
311m
1.1固表层设计与技术要求
基础数据
一开钻头171/2〃（444.5mm）井深312米，泥浆密度1.10g/cm3，下133/8〞（壁厚9.65mm）表层套管，考虑到采用插入法固井，安装插入坐装置其位置应当是±300m。
可以将插入法固井首当考虑的几点作一计算比较：
2.3.1浮力计算：
Ft（KN）
根据公式：
Ft＝9.8×Sw×H×ｐs×10-6
＝9.8×（339.72/2）2×3.14×301×1.85×10-6}
＝494.41KN
2.3.2套管串的重与管内井液的重量之和Gt（KN）
Gt＝9.8×{ｑ×H×10-3＋Sn×H×ｐs×10-6}
＝9.8×{81.1×301×10-3＋（320/2）2×3.14×301×1.10×10-6}
＝500.05KN
通过计算比较得知，套管串重量小于套管浮力，为了克服因浮力造成表套上举现象，应采取钻井液泥浆加重方法来解决此问题。
所以必须计算加重泥浆的临界密度值并进行泥浆加重。
2.3.3根据条件要求Gt﹥Ft，否则加重原泥浆密度ｐm﹤ｐmin临界密度
ｐmin＝（Sw×ｐs－ｑ×103）/Sn
＝{（339.72/2）2×3.14×1.85－81.1×103}/（320/2）2×3.14
＝（167603.7－81100）/80384
＝1.076g/cm3
通过计算，临界钻井液密度等于1.08g/cm3，实际钻井液密度1.10g/cm3，但实际操作中为了安全多附加0.1~0.2个点，应当将泥浆密度提高到1.28g/cm3。
2.3.4钻柱坐封压力的计算：
插入法固井内管（钻柱）和浮箍的连接是通过插入接头和浮箍插坐，用插入的方法连接的。
若不在密封球面上与承压锥面之间，施加一定的压力，在施工中就会在泵压的作用下生产钻具“回缩”，使密封球面与承压锥面脱离，而失去密封作用，达不到固井要求，水泥浆倒流影响到固井预返高度，达不到固井要求。
因此，在设计中要进行坐封压力计算。
根据生产厂商已给的额定承压能力133/8〞的浮箍锥面承压额为5~6KN，那么我们所使用5〃钻杆的重量在泥浆中其重量为多少？
5〃钻杆内径为108.6mm其平均重为29.1kg/m
9.8×301×29.1kg/m＝85.84KN
在水泥浆中（1－1.85/7.8）×85.84＝65.49KN
按钻具自重是达到了所用重量，但是整体钻具是在套管中全部不在提拉的状态下有些重量，并且钻具是产生了弯曲的，钻具的弯曲，不利于插头与插锥面的密封，所以，有条件时用加重钻杆，无条件时用打钻所立的钻铤来给以插入坐施压。
若考虑到7〃（177.8mm）钻铤，其内径若为71.44mm时，ｑ＝163.2kg/m。
要求钻具垂直中和点下移时，大约要下入3个立柱的钻铤，但必须组合好配合接头。
2.3.5插入法固井的施工要点还要做到：
①井眼要直；把井眼打直500米井段最大井斜不超过0.5°，为保证套管顺利下入要求泥浆开钻。
②计算最大充许掏空深度；按双轴应力计算套管最大允许掏空深度，认真执行满泥浆措施。
③控制套管下放速度；套管下放速度应通过计算，原则上是管外泥浆返速和扩眼时返速保持一致，以防压漏地层，导致井壁坍塌。
④洗井时泥浆排量要适当；套管下到设计井深，洗井泥浆排量应使返速和钻进、扩眼时返速保持一致。
⑤坐封要平稳；坐封密封插入接头时要平稳，一次压到设计压力，不可上下多次反复，以免“O”型盘根受损坏，密封插头下井前要涂抹黄油。
⑥检查密封效果；在注水泥与替浆过程中，要专人观察井口有无泥浆，从钻杆与套管环空中外溢。
若大量外漏，说明密封失效，应立即采取紧急措施，防止水泥浆在套管内凝固造成事故。
⑦泵压要平稳；施工过程中承压由低至高，要平稳防止钻杆上下跳动，并保证连续施工，替泥浆时要注意泵压变化情况。
⑧密封要可靠；带回压凡尔的密封短节是按严格的比例用水泥砂浆预制的，有效长度不小于1米，密封套要求垂直、居中、偏差不大于2毫米，刚性扶正器在套管内径向活动范围为16~20mm为宜，回压凡尔一定要可靠。
三、完井基本数据及下套管要求
b.完钻井深3410m；油层顶界位置：
1550m；油层底界位置：
1700m
c.设计套管下深3405m；设计阻位3395m
设计短套管位置：
①1530-1535②
套管串结构：
浮鞋+套管1根（10m左右）+浮箍+套管串+联顶节。
（短套管位置按地质要求加放）。
d.短套管随套供应
①浮箍、浮鞋一套；②弹性弧式扶正器40只；
③环形钢板1付；④大小盖帽各1个；⑤套管胶塞1只；⑥短套管3只；⑦联顶节1只；
⑧套管循环接头1只
e.钻井情况：
（根据实际钻井情况）
①.完钻时间：
2014年月日完钻泥浆性能：
比重1.03-1.35粘度切力
②.通井时间：
下套管时间：
2014年月日
③.漏失情况说明：
④.其它情况说明：
3.1固井施工设计：
a.薄弱层位的承压能力（漏失当量密度）及固井设计该层位底界压力当量密度列表：
层 位
第四系
侏罗系
底界井深:
m
承压能力当量密度g/cm3
1.80-1.90
b．水泥浆体系及性能设计
封固井段（m）
水泥浆
体系
密度
g/cm3
稠化时间
强度MPa
析水%
失水ml
温度
℃
压力
Mpa
时间
min
24h
48h
一开11-311
高密度
1.85
45
25
120
24
27.3
0.8
小于50
二开311-1639
高密度
1.85
45
25
150
24
27.3
0.8
小于50
三开1488-3410
高密度
1.85
60
35
150
24
28
0.4
小于50
c、水泥用量设计及外加剂配方
井段（m）
段长
（m）
井径
（cm）
环容
（L/m）
分段容积
（L）
附加量%
总容积
（L）
分段
自
至
纯水泥
11
312
301
511.2
114.67
34515.6
15
39693
311
1639
1328
277.5
40.52
53811.5
15
61883
1488
3410
1922
175.3
13.87
26658.14
5
27991
膨胀剂
隆失水剂
G401加1-2%
G33S加量2%
高密度水泥
累计容积
水泥量（吨）
附加量15%
附加15%
34515.6
50.8
58.5
53811.5
68.9
79.3吨
附加5%
26658.14
34.18
35.88吨
d外加剂
井段（m）
段长（m）
水泥量t
使用量kg
一开封固段11-312
301
58.8
1
降失水剂G33S
加量2%
1176
2
膨胀剂G4019
加量2%
1176
2
早强剂G204
加量2.5%
1470（根据情况而定）
3
减阻剂USZ
加量0.6%
352.8
4
冲洗液WH-1（先释后比）2-50%按70m井段配制
128.25
井段（m）
段长（m）
水泥量t
使用量kg
二开封固段311-1639
1328
79.3
1
降失水剂G33S
加量2%
1586
2
膨胀剂G4019
加量2%
1586
2
早强剂G204
加量2.5%
1982.5（根据情况而定）
3
减阻剂USZ
加量0.6%
475.8
4
冲洗液WH-1（先释后比）2-50%按180m井段配制
128.25（升或公斤）
用5.5桶）
井段（m）
段长（m）
水泥量t
使用量kg
三开封固段1488-3410
1922
35.88
1
降失水剂G33S
加量2%
731.95
2
膨胀剂G4019
加量2%
731.95
3
减阻剂USZ
加量0.6%
48
4
冲洗液WH-1（先释后比）2-50%按300m井段配制
84（公斤）
3.2早强剂使用要根据水泥化验后确定加量
a替量计算：
序号
一开封固段
（m～m）
单位管内容积
（L/m）
累计管内容积
（m3）
1
0-312
9.26
2.89
附加系数1.02%
1.02%
替浆量：
（m3）
2.95
序号
二开封固段
（m～m）
单位管内容积
（L/m）
累计管内容积
（m3）
2
0-1638
19.96
32.69
附加系数1.02%
1.02%
替浆量：
（m3）
33.35
序号
三开封固段
（m～m）
单位管内容积
（L/m）
累计管内容积
（m3）
3
0-3395
7.78
26.41
附加系数1.02%
1.02%
替浆量：
（m3）
26.94
b施工压力设计：
用泥浆替时
一开井段（m）
静压差Mpa
循环压力Mpa
最高施工压力Mpa
0-312m
3.97
1.18
2.6
二开井段（m）
静压差Mpa
循环压力Mpa
最高施工压力Mpa
碰压Mpa
312-1639m
7.23
3.14
10.37
15
三开井段（m）
静压差Mpa
循环压力Mpa
最高施工压力Mpa
碰压Mpa
1639-3410m
14.1
3.8
17.9
20
c施工时间预计：
一开固井
流体序号
流体
类型
密度
g/cm3
数量
m3
环空液面长度m
时间
min
注入排量m3/min
1
前置液
1
8
224
6
1.2
3
水泥浆
1.85
39.69
346
36
1.1
5
替清水
1
2.95
879
3
1.0
二开固井
流体序号
流体
类型
密度
g/cm3
数量
m3
环空液面长度m
时间
min
注入排量m3/min
1
前置液
1
8
224
6
1.2
2
水泥浆
3
水泥浆
1.85
61.8
1733
62
1.0
4
压胶塞
1
2
56
2
1.2
5
替清水
1
31.35
879
24
1.3
三开固井
流体序号
流体
类型
密度
g/cm3
数量
m3
环空液面长度m
时间
min
注入排量m3/min
1
前置液
1
8
577
7.3
1.1
2
水泥浆
3
水泥浆
1.85
35.88
425
6
1.0
4
压胶塞
1
2
144
2
1.0
5
替清水
1
26.94
1057
11.3
1.3
3.3井眼及固井前的准备
（1）完井电测后必须通井，震动筛上无岩屑排出时方可起钻下套管。
（2）固井前钻井液性能满足固井要求，粘度小于50秒，动切力小于2帕,钻井液性能达不到要求不固井。
（3）入井套管必须用规定尺寸的内径规通内径，并清洗套管丝扣，通内径要有记录备查。
（4）工程、地质两家对套管进行认真检查、丈量、编号，数据要求对口，套管下深符合要求。
（5）钻进过程中井漏，下套管前必须进行堵漏后下套管，以确保固井质量；
（6）在下套管前换成与油套尺寸一致的套管封井器芯子。
（7）套管必须按设计程序下井，下套管时使用专来下套管认准，科学合理设计套管扶正器的安放位置，同时进行下套管摩阻计算，保证套管居中度≥67％。
并提供多根套管的扭矩
（8）下套管勤灌泥浆，每下40根左右灌满，注意活动套管，防止粘卡，下完套管先座好吊卡，灌满泥浆后，再接方钻杆循环。
（9）固井前大排量低粘度循环钻井液三周，泵压正常，性能达到要求，方可进行固井施工。
（10）井队在下完套管后应清理井场，以便摆放固井施工车辆；
（11）井队要保证固井用水的质量和数量，固井前备水90方以上。
（12）核实以下数据：
准确井深：
3410;套管的实际下深:
3405;阻流环的位置：
3395m
短套管位置：
①②
（13）固井施工前签认＂下套管固井作业交接清单＂，做到井下不正常不固井；设备不正常不固井，准备工作不到位不固井。
3.4固井施工工序：
摆放固井车辆―接水泥头循环－冲固井管线－管线试压－注冲洗液及前置液－注低密度水泥浆－注常规密度水泥浆－用压塞液压胶塞－顶替－碰压（稳压），断流后开井候凝，否则，关井候凝（关井压力高于静压差2MPa）.
3.5技术要点：
①地层有盐岩，所以采用了高温抗盐降失剂G33S。
②井队必须配合压风机供气，并保证万无一失。
③固井操作人员和下灰人员必须达到固井工艺要求。
④水泥浆密度必须符合设计标准，密度上下点浮动不能超过±0.03g/cm3。
⑤施工工序必须一气哈成不间断，特别注重大立罐倒换配接下灰管线，必须迅速不乱。
⑥注意地面设备及人员人身安全，固井前高压管线地面试压10MPa，合格后方可施工。
⑦听从指挥施工人员的手势和指令。
⑧施工前技术会交底、施工后技术会总结。
并且跟随钻井及时掌握钻井时况，了解地层岩性，认真组织开好完井协作会，这都是固井不可缺少的关键环节。
3.6固井施工要求：
（1）高标准，严要求，严格按固井设计认真施工，施工必须连续完成，不得发生刺漏现象。
（2）水泥浆密度要求均匀稳定，密度的调节要先低后高，逐步提高，要求井队每1分钟测量并记录一个点。
（3）控制好顶替排量，达到紊流或塞流流态，防止漏失，计量顶替，小排量缓慢碰压。
四、尾管固井注意事项：
尾管注水泥程序
1.下尾管前泵注设备及固井管线必须试运转并严格试压,试压压力必须超过蹩断球座剪钉所需的泵压。
2.施工前同样要准确地掌握钻井参数、地层压力、泥浆泵效率等,以便重新计算顶替排量,调整隔离液密度,为保证固井全过程维持对地层的超平衡压力,确定是否提高部分钻井液密度等。
尾管下井前井眼及送入管柱的检查很重要,送入管柱应用通径规通过,坐挂井段或大斜度井段套管内径,应使用刮管器清刮干净。
3.配制混合水必须检查水质确保水质“纯净”。
严格控制混合时间,高温材料混合水延迟不得超过10小时。
4.注水泥前充分循环钻井液,以便获得井底循环温度。
5.泵送隔离液和冲洗液,设计的隔离液性能应满足井况需要,尾管注水泥特别要考虑隔离液的容量,保证以紊流流型与地层接触时间大于10分钟。
尾管固井,隔离液应由泥浆泵泵入。
6.配水泥浆。
要求水泥浆密度均匀,实际的密度误差不得超过±0.024克/厘米3（0.2磅/加仑）。
有加重材料的水泥浆,一定要有良好的悬浮性能,并确保施工连续性。
7.注完水泥后,立即停泵。
8.当确认水泥头阀门和挡销正确无误时直接由泥浆泵压钻杆胶塞和顶替水泥浆。
要密切注视钻杆胶塞释放套管胶塞时的压力变化。
9.碰压。
尾管固井一定要求碰压,并且根据尾管胶塞的性能,增加所要求的泵压,确保尾管胶塞坐入承托环并进入锁紧槽,提高密封性能,稳压5分钟。
10.通过立管阀门快速放掉送入管柱压力。
11.缓慢上提管柱,进一步验证尾管是否被释放。
12.起出1～2柱左右,反循环出多余水泥浆。
13.候凝。
注水泥程序结束。
五、尾管固井技术要求
1、对水泥浆性能要求高一般水泥浆失水维持在250ml以内就可以固井，而尾管固井失水必须小于50ml。
尾管固井除正常施工所需的稠化时间外，还要考虑循环洗井及相关工作所需的稠化时间，安全时间也较一般井长，而且还要考虑喇叭口处的抗压强度，析水及体系稳定性，水泥浆抗污染程度等。
2、压力高，作业时间长，对施工要求严格这主要指尾管固井要求设备能力强，工具可靠，计量器、流量器记量准确，防止替空，宁可少替浆也不能多替。
3、水泥浆量及密度控制一般常规的水泥附加量为20-40%，而尾管井的水泥附加量一般为5%—10%左右，最多也不超过15%，这主要是防止过多的水泥浆返出，在洗井时容易发生事故。
另外领浆的密度要求可以低于设计平均密度0.3g/cm3，也是基于安全方面的考虑。
4、居中度：
裸眼段尾管居中和一般井的要求没有大的差别。
但是悬挂器上下必须居中，所以建议此处使用刚性或双弓扶正器。
5、由于尾管固井工艺复杂，施工要求高，风险大，所以在设计中应对可能发生的紧急危险情况制定预案以防不测。
a、悬挂器座挂失败，应将管柱下入井底，充分循环后再固井。
b、注前置液时，压力异常增高，要果断停止施工，分析原因处理好之后再施工。
c、注替时压力异常，以及漏失，应降低排量，继续施工。
d、浮箍浮鞋失灵时，在最多三次试放无效的前提下，迅速起钻，循环。
e、循环洗井时井漏或蹩压，要立即降低排量进行洗井，若无效，可以从截流管汇处反循环洗井尽量减小损失。
6、对井眼及泥浆性能要求高，如果泥浆性能不好，井眼不干净，更容易在此处形成桥堵蹩高压，导致固井复杂和失败，因此对泥浆性能粘切、含砂、防钙侵要求较高，在小排量循环的条件下，对井眼净化要求高。
六、完井作业要求：
3.1、下套管前根据下套管要求首先通井，保证井眼下套管顺利安全，若井眼不规则甚至有小井眼的情况下，还要考虑使用牙轮扩孔器进行扩眼。
尾管挂性能规范一定要掌握，便于操作使用，因此，下套管过程中严紧转盘转动，虽然是定向斜井，有可能井斜和方位的变化率会影响到套管的自由下放，为了克服井壁阻力使套管旋转，一定要将大钩销子锁定。
3.2、井下严防落物，下套管遇阻不超过2～3吨，控制下放速度。
3.3、钻井设备尤其是钻机、绞车、大钩、包括指重表、套管上扣器扭距表等，都必须灵活可靠。
3.4、尾管悬挂器的操作使用，一定要按照尾管悬挂器的性能规范说明操作。
3.5、送入尾管串下井的钻具尺寸一定要准确无误，尾管挂钻杆的正反接头上扣扭距适合，尾管串下到一定位置后先灌满泥浆，再缓慢开泵，注意泵压及泥浆返出量的变化，卡好循环周，以便处理井下油气后效反应，密切注视泥浆检测和气测录井的烃类含量指标的测定，并防有毒气体的危害。
3.6、严禁井场明火并防止井喷。
3.7、循环过程中待压力平稳井底岩屑彻底循环干净，开始悬挂尾管，然后倒出井内钻具。
3.8、是否利用钻具进行试油求产。
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