鉆井課程設計報告-勘探項目A4井鉆井工程設計書.docx

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1、中國地質(zhì)大學（北京）10021011班XX省XX區(qū)塊勘探項目A4井鉆井工程設計書中國地質(zhì)大學（北京）10021011班2014年03月XX省XX區(qū)塊勘探項目A4井鉆井工程設計書編寫人：段云星 學 號：1002101111編寫單位：中國地質(zhì)大學10021011班項目單位：中國地質(zhì)大學10021011班2014年03月目錄1地質(zhì)設計摘要21.1A4井基礎數(shù)據(jù)21.2地質(zhì)分層22井身結(jié)構(gòu)設計22.1壓力預測分析22.2井身結(jié)構(gòu)設計依據(jù)22.3兩開井身結(jié)構(gòu)設計22.4井身結(jié)構(gòu)設計說明22.5井身結(jié)構(gòu)示意圖23固井工程設計23.1套管柱強度設計23.1.1計算23.1.2套管柱設計說明23.1.3各層套

2、管固井質(zhì)量要求23.2套管柱管串結(jié)構(gòu)23.3水泥及水泥漿設計23.4注水泥準備及作業(yè)要求24鉆柱設計24.1鉆柱組合設計24.2鉆柱組合強度設計24.3鉆具組合設計24.4復合鉆井防斜打快機理24.5直螺桿鉆具組合防斜機理24.6鉆具組合設計25鉆井設備選擇26鉆井液設計26.1鉆井液體系選擇26.2鉆井液密度確定27鉆進參數(shù)設計27.1鉆頭選型設計27.2機械破巖參數(shù)設計27.2.1鉆壓、轉(zhuǎn)速確定的一般原則27.2.2采用最優(yōu)關系方程確定W，n27.3水力參數(shù)設計28油氣井壓力控制28.1一開井口裝置28.2二開井口裝置28.3井控管匯28.4井控裝置和套管試壓28.5井控設備的安裝要求28

3、.6中途測試井控要求28.7測井井控要求28.8油氣井控制的主要措施29各次開鉆或分井段施工重點要求及注意事項29.1一開鉆進重點要求及注意事項29.2二開鉆進重點要求及注意事項210地層壓力監(jiān)測要求211地層漏失試驗211.1地漏試驗要求211.2地漏試驗程序212油氣層保護212.1鉆井中損害油氣層的工程因素212.2保護油氣層的鉆井液技術212.3保護油氣層的鉆井工藝技術212.4保護油氣層的固井技術213完井井口裝置要求214健康、安全與環(huán)境管理214.1基本要求214.2健康、安全與環(huán)境管理體系要求214.3關鍵崗位配置要求214.4健康管理要求214.5安全管理要求214.6環(huán)境管

4、理要求215鉆井進度計劃215.1機械鉆速預測215.2鉆井進度計劃216成本預算216.1主要消耗材料計劃216.2鉆井成本計劃216.3鉆井技術經(jīng)濟指標21 地質(zhì)設計摘要1.1 A4井基礎數(shù)據(jù)井 名：A4井 別：探井井口坐標 ：地面海拔m 70縱（）m 4275165 橫（）m 20416485測線位置：504和45地震測線交點地理位置：XX省XX市東500m構(gòu)造位置：XX凹陷井 型：直井設計井深：3750m目的層位：QJ完鉆層位：QJ （進入 QJ 250m完鉆未穿）鉆探目的：了解XX構(gòu)造含油氣情況，擴大勘探區(qū)域，增加后備油氣源完鉆原則：進入 QJ 250m完鉆完井方法：先期裸眼注：以上

5、井深以轉(zhuǎn)盤面作為深度零點，轉(zhuǎn)盤面高度5m。1.2 地質(zhì)分層層位代號底界深度，m分層厚度，m主要巖性描述故障提示A180礫巖層夾砂土,未膠結(jié)滲漏B600420上部礫巖,砂質(zhì)礫巖,中下部含礫砂巖滲漏C1000400中上部礪砂巖、夾泥巖和粉砂質(zhì)泥巖；下部礪狀砂巖，礪砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖不等厚互層防塌D1600600泥巖、砂質(zhì)泥巖、礪狀砂巖、含礪砂巖不等厚互層，泥質(zhì)粉砂巖防漏防斜E1900300砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、夾礪狀砂巖、含礪砂巖防斜防漏F32650750泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖防斜F2J2900250泥巖夾鈣質(zhì)砂巖，夾碳質(zhì)條帶煤線，中部泥巖夾煤層、下部泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖防斜、塌、卡

6、F2K3150250泥巖為主，泥質(zhì)粉砂巖，中粗砂巖，砂礫巖間互F13500350泥巖、泥質(zhì)砂巖、下部灰褐色泥巖防漏噴卡QJ3750(未穿)250深灰，淺灰色灰?guī)r為主，間夾褐，磚紅色泥巖防漏、噴、卡2 井身結(jié)構(gòu)設計2.1 壓力預測分析（此部分數(shù)據(jù)在設計題目中未給出，為從其他地質(zhì)設計中借鑒以便于設計計算）綜合分析本構(gòu)造已鉆井實鉆資料和開發(fā)資料，預測出地層孔隙壓力、地層破裂壓力的壓力梯度情況，由實鉆資料和開發(fā)資料可以看出，該構(gòu)造屬正常壓力地層，且安全窗口較大。預測地層壓力數(shù)據(jù)表如表2.1所示，預測的壓力剖面如圖2.1所示。鉆進過程中應加強隨鉆測量，以實鉆監(jiān)測為準。 表2.1 設計井地層壓力預測數(shù)據(jù)表

7、圖 2.1 壓力預測結(jié)果圖 井深mGp當量鉆井液密度g/cm3Gf當量鉆井液密度g/cm300.9501.2805000.9501.42010000.9501.53015000.9501.60020000.9501.68025000.9501.75030000.9501.83032000.9101.86034000.9041.90035000.9051.92036000.8981.95037000.9051.97038000.9051.9902.2 井身結(jié)構(gòu)設計依據(jù)井身結(jié)構(gòu)設計要求先遵循鉆井設計的基本原則，依據(jù)已知的基礎數(shù)據(jù)和資料，設計套管的下入深度和層次，結(jié)合后續(xù)完井工藝的要求，確定出井身結(jié)

8、構(gòu)。1) 設計主要依據(jù)為：（1）根據(jù)井身結(jié)構(gòu)設計方法（SY/T5431-1996）。（2）依據(jù)該斷塊鉆井地質(zhì)設計提示的鉆遇地層、氣水顯示、地壓梯度預測、故障提示。（3）A4鄰井鉆井井史資料分析。2) 井身結(jié)構(gòu)設計原則（1）安全第一的原則探井鉆進，對于壓力預測把握不足的地層采取保守的技術措施和方案；保證同一井段地層壓力系統(tǒng)平衡，避免出現(xiàn)噴漏在同一裸眼中；為保證安全鉆進，用套管封住復雜井段地層，如易漏、易垮塌、易縮徑和易卡鉆地層；井內(nèi)鉆井液液柱壓力和地層壓力之間的壓差不宜過大，以免發(fā)生壓差卡鉆；（2）保護油氣層、取全取準地質(zhì)資料的原則有效的保護油氣層，使不同壓力梯度的油氣層盡可能少受泥漿污染損害。

9、（3）低成本的原則設計合理的各開完鉆深度，表層套管下深要求進入基巖不少于20m，滿足鉆具組合長度的要求，并考慮一定的余量。避免漏、噴、涌、卡等復雜情況產(chǎn)生，為全井順利鉆進創(chuàng)造條件。3）套管下入深度由于該區(qū)塊的安全窗口大，故可快速而安全地鉆穿地層直到儲層，為了簡化套管層次、縮短鉆井周期和節(jié)約鉆井成本采用了兩開的井身結(jié)構(gòu)設計。由于A地層為礫巖層夾砂土且未膠結(jié)，為防止地表水受污染及在鉆表層井眼時將鉆井液從地表水引導到鉆井裝置平面上來，將導管長度設計為50m。根據(jù)地質(zhì)資料顯示，C、D地層的夾層較多，且斜層理發(fā)育，故將表層套管的下入深度設計為650m，油層套管下入深度為3750m。表層套管和油層套管下入

10、深度驗證：本設計所使用的工程數(shù)據(jù)為：井身結(jié)構(gòu)設計有關系數(shù)名稱（抽吸壓力系數(shù)）g/cm3（激動壓力系數(shù)）g/cm3（破裂壓力系數(shù)）g/cm3（井涌量）g/cm3（正常壓差） MPa（異常壓差） MPa數(shù)值0.050.050.030.051520來源理論計算理論計算區(qū)域資料區(qū)域資料區(qū)域資料區(qū)域資料由圖2-1得鉆遇最大地層壓力當量密度為pmax=0.950 g/cm3且從井口到井深3000m均為此值。則設計地層破裂壓力當量密度由下式確定。 由上式可知，無論油層套管下入深度H1為何值，在H1深度處的設計地層破裂壓力密度都為0.958 g/cm3且都小于該區(qū)塊的預測地層破裂壓力。故油層導管可考慮3750

11、為油層套管下入深度的初選點?，F(xiàn)驗證油層套管下入深度初選點3750m是否有卡套管危險。在井深3750處地層壓力梯度為0.905 g/cm3，以及3000m以上屬正常地層壓力，該井段內(nèi)的最小地層壓力梯度當量密度為0.950 g/cm3，則=（注：由于該區(qū)塊是異常低壓地層）。所以油層套管下入井深3750m無卡套管危險。再由油層套管下入深度3750m處地層壓力梯度，給定0.05 g/cm3的溢流條件，井深650m處的預測地層破裂壓力梯度為1.453 g/cm3，驗證當表層套管下入深度為650m時有無卡套管危險。由下式確定： 故無卡套管危險。綜上所述，本井的井身結(jié)構(gòu)設計為：兩開的井身結(jié)構(gòu)，設計井深為37

12、50m，導管下深50m，表層套管下深650m，油層套管下深3750m。2.3 兩開井身結(jié)構(gòu)設計根據(jù)計算結(jié)果，采用兩開的套管程序：用444.5mm鉆頭鉆A地層至55m處停鉆并下入339.7mm的導管50m。一開用311.1mm鉆頭鉆穿B地層至C地層655m處下入244.5mm表層套管至650m；二開用215.9mm鉆頭鉆至QJ地層至設計井深3750m，穿過儲層，下入177.8mm油層套管至3750m。兩開井身結(jié)構(gòu)設計表開鉆程序鉆頭程序套管程序水泥漿返深井眼尺寸(mm)完鉆深度(m)尺寸(mm)下入井段(m)導管444.555339.750地面一開311.1655244.5650地面二開215.9

13、3750177.83750地面2.4 井身結(jié)構(gòu)設計說明（1）用444.5mm鉆頭鉆開A地層上部的疏松地層55m，下入339.7mm導管50m支撐地表疏松井壁和保護地表水。（2）一開采用311.1mm的鉆頭鉆至655m，封隔A和B地層，進入C地層，下入244.5mm表層套管封堵易漏、易塌地層，安裝井口裝置，為二開鉆進提供井控支撐。（3）二開采用215.9mm鉆頭鉆穿E至F1地層，進入QJ層鉆至井深3750m完鉆，下入177.8mm油層套管封堵易漏、易塌地層，安裝井口裝置。2.5 井身結(jié)構(gòu)示意圖180DA一開311.1mm鉆頭655m244.5mm表管650m二開215.9mm鉆頭3750m177

14、.8mm油管3750m 0地層深度m地層分層井身結(jié)構(gòu)示意圖20040060080010001200140016001800200022002400260028003000320034003600F2JF2K底界深度m380031503750444.5 mm鉆頭55m339.7mm導管50m F36003500EB265019001000C16002900F1QJA4井鉆井工程設計 223 固井工程設計固井施工以前應根據(jù)現(xiàn)場的實際情況做出詳細的固井工程設計，并且嚴格按鉆井技術操作規(guī)程（Q/CY097-2005）和固井技術管理規(guī)定（試行2006年6月）做好固井的各項工作，施工中嚴格按相關標準和規(guī)定

15、執(zhí)行。固井質(zhì)量評價按固井質(zhì)量評價方法（SY/T6592-2004）標準執(zhí)行。根據(jù)套管柱強度設計推薦方法（SY/T5322-2000）規(guī)定選擇套管柱設計安全系數(shù)，抗外擠安全系數(shù)Sc=1.01.125，抗拉安全系數(shù)ST=1.80，抗內(nèi)壓安全系數(shù)Si=1.051.125。3.1 套管柱強度設計 3.1.1 計算導管下深50m，選用J-55，壁厚9.65mm套管；表層套管下深650m，選用J-55，壁厚8.94mm套管，不必進行強度設計；油層套管（177.8mm）。下入深度3750m，鉆井液密度1.00g/cm3，（一般情況，鉆井液的密度按油田規(guī)定的附加值進行設計，即m=p+規(guī)定附加值。此處取附加值0

16、.05g/cm3），抗外擠安全系數(shù)Sc=1.10，抗拉安全系數(shù)St=1.80，抗內(nèi)壓安全系數(shù)Si=1.10。設計方法：等安全系數(shù)法。計算井口最大內(nèi)壓力Psi設計內(nèi)壓力因此，所使用的油層套管的抗內(nèi)壓強度必須大于30.57MPa。確定下部第一段套管，設計抗擠強度為查API套管最小特性表得N-80，壁厚10.36mm套管： ，,， ， 長圓螺紋，第二段選用N-80，壁厚9.19mm套管。，長圓螺紋。許可下入深度：第一段套管下入長度校核第一段套管抗拉強度第三段選用N-80，壁厚8.05mm的套管。，長圓螺紋。許可下入深度：第二段下入長度校核第二段套管抗拉強度對第三段套管底端進行雙軸應力校核。查外擠壓力

17、系數(shù)（）表，第三段不滿足要求，故第二段套管向上延伸400m，即。查表得因此，第二段套管下入長度，計算第三段套管許可下入長度：所以不合格，第三段套管抗拉強度不夠，無法使用。因此將第二段套管延伸到地面。即。對第二段套管底部進行雙軸應力校核。查表得第二段不滿足要求，故第一段套管向上延伸400m，即。對第二段套管底部進行雙軸應力校核。查表得因此，第一段套管下入長度，校核第二段套管強度。套管柱設計的主要參數(shù)見表套管柱設計及強度校核數(shù)據(jù)表套管程序井段m尺寸mm扣型鋼級壁厚mm重量抗外擠抗內(nèi)壓抗拉段重kN累重kN安全系數(shù)強度MPa安全系數(shù)強度MPa安全系數(shù)強度kN表層套管0650244.5長圓J-558.9

18、4341.5341.52.1813.93-24.275.902015油層套管03056177.8長圓N-809.191011.71011.71.1837.301.8049.921.822308.530563750177.8長圓N-8010.36256.31268.01.3248.402.0256.2610.402655.6注：1）套管的外擠壓力按全掏空計算。 2）固井相關工具和附件的扣型要與套管扣型相匹配，強度不得小于所在井段套管強度。 3）如套管貨源有問題，可選用其它滿足強度及防腐要求的套管。4） 本表為理論計算數(shù)據(jù)，套管送井時應根據(jù)實際重新校核。 5）各種情況下可能使用的轉(zhuǎn)換接頭、附件及下

19、套管工具應相應尺寸準備提前準備。 6）所有套管強度校核均未考慮地層溫度影響。3.1.2 套管柱設計說明（1）套管強度計算模型采用三軸應力模型。（2）軸向拉伸載荷：考慮鉆井液浮力。 （3）抗擠計算方法：管外液柱壓力按地層壓力計算，管內(nèi)按全掏空處理。（4）抗內(nèi)壓計算方法：管內(nèi)壓力按最大關井壓力全掏空計算，并將天然氣考慮為純甲烷，未考慮管外載荷。3.1.3 各層套管固井質(zhì)量要求由于本井為勘探油氣井，設計要求各層套管水泥漿均要返至地面，保證對地層封固良好。施工中要采取有效措施保證水泥漿返至地面，保證固井質(zhì)量，具體要求如下：（1）各套管固井后進行聲幅測井和全井筒套管柱試壓；（2）各層套管固井后應檢查固井

20、質(zhì)量，不松動，環(huán)空無間隙，水泥塞高度、強度合適（下鉆檢查），并且套管水泥環(huán)質(zhì)量必須符合有關規(guī)定；（3）各層套管應下至預定井深，上扣扭矩符合標準；（4）各層套管固井水泥漿應返至地表，未返出要采取補救措施。3.2 套管柱管串結(jié)構(gòu)套管串設計主要參數(shù)見表套管串設計數(shù)據(jù)表套管程序套管串結(jié)構(gòu)備注導管339.7mm套管鞋+339.7mm套管表層套管244.5mm引鞋+244.5mm套管鞋+244.5mm套管1根+244.5mm浮箍+244.5mm套管+聯(lián)頂節(jié)油層套管177.8mm引鞋+177.8mm套管鞋+177.8mm套管1根+177.8mm浮箍+177.8mm套管1根（母扣內(nèi)放阻流環(huán)）+177.8mm套

21、管+雙公短節(jié)+懸掛頭+聯(lián)頂節(jié)3.3 水泥及水泥漿設計為了確保每層套管一次固井成功和水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量，根據(jù)每層套管的下深、套管尺寸等特性，設計數(shù)據(jù)如下：(1)表層套管：設計數(shù)據(jù)：下入深度：，水泥塞高度5m，水泥漿返深：地面。鉆井液性能：，水泥漿性能：，。水泥漿附加量70%。鉆井液系數(shù)KP=1.03。計算井徑按鉆頭直徑：311.1mm。設計結(jié)果見表3.4。(2)油層套管：設計數(shù)據(jù)：下入深度：，水泥塞高度5m，水泥漿返深：地面。鉆井液性能：，水泥漿性能：，。水泥漿附加量40%。鉆井液系數(shù)KP=1.03。計算井徑按鉆頭直徑：215.9mm。設計結(jié)果見表3.4。水泥用量N：。附加量40%，水泥漿密度時，每

22、袋水泥配水泥漿0.04015m3/袋（40.15L/袋），則：用水量VW(水灰比：m=0.5)：替鉆井液量Vm：替鉆井液終碰壓PE：由下式計算環(huán)空臨界流速Vk：計算管內(nèi)流速Vi：計算管內(nèi)Rei：計算管外水泥漿段Reos：計算管外鉆井液段Reom：管內(nèi)摩阻系數(shù)：管外摩阻系數(shù)：替鉆井液終泵壓：碰壓泵壓：計算注水泥施工總時間：選用AC-400B型水泥車4臺，每臺平均每分鐘注水泥20袋，則：替鉆井液：其它（倒閥，開檔銷，壓膠塞，碰壓）：總施工時間：選用E級水泥。固井過程注水泥設計如表注水泥設計表套管程序固井鉆井液密度g/cm3水泥上返井深m水泥塞長度m水泥漿密度g/cm3水泥品種水泥量t干水泥量（袋）

23、用水量m3替鉆井液m3替鉆井液終泵壓MPa表層套管1.00051.85G40.480820.227.009.53油層套管1.00051.85E77.15154338.676.2644.65注：1）水泥用量及上返深度為理論數(shù)據(jù)，施工中應根據(jù)實測井徑進行修正。2）一開固井水泥漿添加劑可加入早凝劑。3）為防止氣竄，使用成熟的固井技術。4）封固油氣層段的水泥降失水控制在50 ml/7MPa30min以下。5）水泥漿48小時抗壓強度14MPa。3.4 注水泥準備及作業(yè)要求現(xiàn)場施工負責人負責進行注水泥施工技術交底，組織分工，明確施工步驟、各崗位職責及注意事項。（1）井下作業(yè)公司負責注水泥施工作業(yè)供水，鉆井

24、隊給予協(xié)助；注水泥施工作業(yè)中，做好正反計量工作，人工計量由鉆井隊負責，儀表計量由井下作業(yè)公司負責。（2）井下作業(yè)公司嚴格按照注水泥施工設計參數(shù)、要求、工序連續(xù)作業(yè)，確保施工質(zhì)量。（3）在替漿過程中，若施工壓力高，泥漿泵頂替困難時，由水泥車完成頂替作業(yè)；供漿管線由鉆井隊負責聯(lián)接至水泥車附近并固定，井下作業(yè)公司負責聯(lián)接至水泥車上并固定。（4）按照固井設備操作規(guī)程檢查和確認固井作業(yè)所用設備和其油、氣、水、灰管線及固井高壓管線和閥門等是否符合施工要求；檢查和確認下灰系統(tǒng)、混漿系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)和混合液混拌系統(tǒng)等是否符合施工要求。（5）水泥必須小批量按比例混裝，所裝灰罐現(xiàn)場必須標明種類和數(shù)量，采用

25、三參數(shù)儀表實時監(jiān)測，同時井隊進行人工計量。（6）注水泥必須按照固井施工設計進行，確保連續(xù)施工。水泥漿和前置液注入量、注替排量、水泥漿密度和性能必須達到設計要求（水泥漿24:00強度應達14MPa以上），盡可能實現(xiàn)紊流頂替。水泥漿密度應控制在設計要求的0.03g/cm3范圍內(nèi)。（7）注水泥期間，派專人專崗觀察井口鉆井液返出量，分析判斷井下情況。 （8）注水泥施工結(jié)束后，由現(xiàn)場施工負責人對下步工作進行安排，重點落實水泥漿候凝時間、探塞、測井、試壓、鉆塞及相關安全技術措施和注意事項等。4 鉆柱設計4.1 鉆柱組合設計鉆柱組合：下導管井段（055m）444.5mm三牙輪鉆頭+228.6mm鉆鋌+127

26、mm鉆桿+133mm方鉆桿第一次開鉆（55655m）311.1mm三牙輪鉆頭+203.0mm鉆鋌+127mm鉆桿+133mm方鉆桿第二次開鉆（6553750m）215.9mmPDC鉆頭+158.8mm鉆鋌+114.3mm鉆桿+127mm鉆桿+133mm方鉆桿各次開鉆由預估（設計）鉆頭的最大鉆壓計算鉆鋌長度L0。444.5mm三牙輪鉆頭，WM=300kN；311.1mm三牙輪鉆頭，WM=250kN；215.9mmPDC鉆頭，WM=120kN；一開：（203.0mm鉆鋌，內(nèi)徑71.44mm，q0=2194.32N/m，Kf=1-1.0/7.85=0.8726）二開：（158.8mm鉆鋌，內(nèi)徑71.

27、44mm，q0=1210.89N/m，Kf=0.8726）鉆柱組合設計如表鉆柱組合表開鉆次序鉆頭尺寸mm井段m鉆柱組合備注導管444.5055444.5mm三牙輪鉆頭+228.6mm鉆鋌+127mm鉆桿+133mm方鉆桿一開311.10655311.1mm三牙輪鉆頭+203.0mm鉆鋌+127mm鉆桿+133mm方鉆桿二開215.903750215.9mmPDC鉆頭+158.8mm鉆鋌+114.3mm鉆桿+127mm鉆桿+133mm方鉆桿4.2 鉆柱組合強度設計一次開鉆所鉆井段較淺，采用127mm，284.78 N/m，E級鉆桿絕對安全，故省略計算過程。二次開鉆：井深H=3755m，m=1.0

28、g/cm3，158.8mm鉆鋌， q0=1210.89N/m，L0=134m，Kf=0.8726，鉆鋌上接114.3mm，242.30 N/m ，E級鉆桿，拉力余量=450kN，設計系數(shù)Kd=1.3017；按設計系數(shù)計算最大允許靜負荷Pad校核是否滿足卡瓦擠毀，查表得，則：計算拉力余量=450kN時的所以第一段114.3mm鉆桿的可下入長度由確定，即114.3mm鉆桿上接127mm，284.78 N/m ，E級鉆桿，Py=1760.31Kn，則則，滿足要求。計算拉力余量=450kN時的所以127mm鉆桿的可下入長度由確定，即3750因為1533750所以設計計算合格。且127mm鉆桿長度。鉆柱

29、組合強度設計如表鉆柱強度設計數(shù)據(jù)開鉆次序井段m鉆井液密度g/cm3鉆桿鉆鋌尺寸mm鋼級單位重力KN/m最小抗拉力KN長度m尺寸mm單位重力N/m長度m10551.0127E284.781760.3146228.628039206551.0127E284.781760.31501203.02194.321543037501.0127E284.781760.31153158.81210.89134114.3E242.301470.9034634.3 鉆具組合設計鉆具組合直接影響整個鉆井過程的井斜和機械鉆速，因此鉆具的設計要兼具防斜和提高機械鉆速，以縮短整個鉆井周期和降低鉆井成本。影響井斜的因素主要

30、有地質(zhì)條件、鉆具組合等。地質(zhì)因素的影響是不可控制的，而鉆具組合則是可以控制的。因此鉆具組合應用得好，能夠起到較好的防斜和糾斜作用。常規(guī)的防斜組合主要有鐘擺鉆具、偏心鉆具、滿眼鉆具、柔性鉆具等。其中，鐘擺鉆具既有較好的防斜能力，也具有一定的糾斜能力，成為應用得最為廣泛的防斜鉆具組合之一。進入90年代以來，隨著螺桿鉆具性能和使用壽命的提高，在直井的防斜打快中得到越來越廣泛的應用。因此在本井的設計中，一開采用MWD+鐘擺鉆具組合鉆井，二開則采用MWD+鐘擺鉆具+動力鉆具組合進行復合鉆井，以達到提高機械鉆速和防斜、縮短建井周期的目的。MWD測量出井底各項鉆井參數(shù)，僅需幾分鐘就能夠傳輸?shù)降孛?，能夠及時地

31、反映井下異常情況，使工作人員能夠及時地采取措施，保證鉆井安全；MWD能夠有效地控制定向井、大位移井和水平井井身軌跡，保證鉆進過程按鉆井設計進行，提高油氣層的鉆遇率；對于新的油氣區(qū)塊的探井，MWD所測各種參數(shù)為重要的原始地層資料，因此反映精確地地層本來面目，對地層評價以及隨后的開發(fā)極為重要。4.4 復合鉆井防斜打快機理在復合鉆井過程中，轉(zhuǎn)盤和螺桿鉆具聯(lián)合驅(qū)動鉆頭鉆進。在這種工況下，既有轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆柱以帶動螺桿定子(外殼)的旋轉(zhuǎn)，又有螺桿鉆具自身的旋轉(zhuǎn)。兩種旋轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用使得鉆頭的絕對轉(zhuǎn)速等于螺桿鉆具轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速之和。因此，采用螺桿鉆具配合高速PDC鉆頭的復合鉆井方式能夠大大提高機械鉆速，其主要原

32、理就在于提高PDC鉆頭的轉(zhuǎn)速，從而提高鉆頭破巖的機械能量，充分發(fā)揮了PDC鉆頭高速破巖能力來提高機械鉆速。4.5 直螺桿鉆具組合防斜機理直螺桿鉆具組合的防斜實質(zhì)仍然是鐘擺鉆具防斜，不同之處在于鉆頭轉(zhuǎn)速提高了數(shù)倍，利用螺桿的高轉(zhuǎn)速，在防斜的同時提高了機械鉆速。在直井鉆井作業(yè)中，直螺桿鉆具比彎螺桿鉆具所受的載荷要小，因此其使用壽命會更長，但由于其本身不具備降斜能力，因此要利用直螺桿鉆具與穩(wěn)定器的復合鐘擺組合，從而達到防斜、糾斜的目的。4.6 鉆具組合設計結(jié)合所鉆地層的實際情況和防斜打快的要求，所設計的鉆具組合為：下導管井段：444.5mm三牙輪鉆頭0.42m +228.6mm鉆鋌。一開：311.1

33、mm三牙輪鉆頭0.35m+203.0mm鉆鋌9.15m+203mmMWD8.39m+310穩(wěn)定器1.8m+203.0mm鉆鋌。二開：215.9mmPDC鉆頭0.33m+172mm馬達9.58m+171mmLWD6.35m+171mmMWD7.88m+158.8mm鉆鋌9.15m+215穩(wěn)定器1.45m+158.8mm鉆鋌。鉆具組合設計如表鉆具組合表開鉆次序鉆頭尺寸mm井段m鉆具組合備注導管444.5055444.5mm三牙輪鉆頭0.42m +228.6mm鉆鋌一開311.10655311.1mm三牙輪鉆頭0.35m+203.0mm鉆鋌9.15m+203mmMWD8.39m+310穩(wěn)定器1.8m

34、+203.0mm鉆鋌二開215.903755215.9mmPDC鉆頭0.33m+172mm馬達9.58m+171mmLWD6.35m+171mmMWD7.88m+158.8mm鉆鋌9.15m+215穩(wěn)定器1.45m+158.8mm鉆鋌5 鉆井設備選擇國內(nèi)外油田選擇鉆機一般以鉆機公稱鉆深或者最大鉤載作為選擇鉆機的主要參數(shù)。所選擇的鉆機最大鉤載能完成下套管和解除卡鉆的任務，并保證有一定的超深能力。根據(jù)前面套管設計，本井最大的套管累重為1268.0kN，因此所選鉆機的最大鉤載Qhamx必須大于1268.0 kN。鉆柱在空氣中的最大重量為QL，即因此所選鉆機的最大鉆柱載荷Qsamx必須大于1046.3

35、4 kN。本井設計鉆深3750m，依據(jù)鉆機選擇原則，鉆機設備負荷能力、鉆達深度及配置應能夠滿足3755m鉆井的需要，同時為了易于處理井下復雜情況和提高鉆速等。若能夠接通交流電，建議選擇寶雞石油機械有限公司的ZJ40/2250DB型交流變頻電驅(qū)動鉆機，其參數(shù)見表；若無法接通，建議選擇寶雞石油機械有限公司的ZJ40L/40J型機械驅(qū)動鉆機，其參數(shù)見表。ZJ40/2250DB型交流變頻電驅(qū)動鉆機基本參數(shù)鉆機型號ZJ40/2250DB名義鉆井深度，m114.3mm鉆桿25004000水龍頭型號SL225中心管直徑，mm75127mm鉆桿20003200最大鉤載，kN2250轉(zhuǎn)盤開口直徑mm698.5檔

36、數(shù)2檔，無級變速驅(qū)動方式獨立電驅(qū)動或復合驅(qū)動大鉤速度，m/s01.48提升系統(tǒng)繩數(shù)10鉆井鋼絲繩直徑，mm32井架型號K有效高度，m44額定載荷，kN2250最大快繩拉力，kN280絞車型號JC40DB額定功率，KW800底座型號雙升鉆臺高度，m7.5凈空高度，m6檔數(shù)6檔，無級調(diào)速剎車液壓盤剎+電磁渦流輔剎或EATON輔剎天車型號TC225鉆井泵型號臺數(shù)F-13002驅(qū)動方式交流變頻電驅(qū)動游車型號YC225提升系統(tǒng)輪徑，mm1120電控方式AC-DC-A一對一控制大鉤型號DG225總裝機功率，KW31050ZJ40L/40J型機械驅(qū)動鉆機基本參數(shù)鉆機型號ZJ40/2250DB名義鉆井深度m1

37、14.3mm鉆桿25004000轉(zhuǎn)盤開口直徑，mm698.5127mm鉆桿20003200檔數(shù)6（4）正2倒最大鉤載，kN2250井架型號K大鉤速度，m/s0.1541.75有效高度，m43提升系統(tǒng)繩數(shù)10額定載荷，kN2250鉆井鋼絲繩直徑，mm32底座型號箱式，疊箱式最大快繩拉力，kN280鉆臺高度，m6/7.5絞車型號JC40B凈空高度，m4.8/6.3額定功率，KW735鉆井泵型號臺數(shù)F-13002檔數(shù)6（4）正2倒驅(qū)動方式柴油機驅(qū)動主剎車液壓盤剎或帶剎中心管直徑，mm75輔助剎車電磁渦流剎車柴油機功率，KW3810或2460+2810天車型號TC225提升系統(tǒng)輪徑，mm1120游車型

38、號YC225大鉤型號DG225中國地質(zhì)大學（北京）10021011班6 鉆井液設計6.1 鉆井液體系選擇根據(jù)該區(qū)塊地層特點，鉆井液要保持低密度、低固相、強抑制、較低的濾失量、薄而韌的泥餅、優(yōu)良的造壁性和潤滑性、良好的流變性和抗溫性，以及減小漏失和保護油氣層，從而保證安全、快速、高效鉆進。根據(jù)預測地層情況，一開井段鉆井液類型選擇低固相聚合物鉆井液，二開井段鉆井液類型選擇雙保天然高分子鉆井液，見表。設計鉆井液類型開鉆序號井徑（mm ）井段（m）鉆井液類型一開311.155-655低固相聚合物鉆井液二開215.9655-3750雙保天然高分子鉆井液6.2 鉆井液密度確定綜合考慮快速、安全鉆進和及時發(fā)

39、現(xiàn)油氣層以及保護油氣層等多種因素，因此一開井段鉆井液安全密度附加值取0.05g/cm3；二開井段鉆井液安全密度附加值取0.050.1g/cm3，鉆井液密度確定見表所示。設計鉆井液密度數(shù)據(jù)井深m地層壓力預測系數(shù)設計鉆井液密度g/cm300.9501.05000.9501.010000.9501.015000.9501.020000.9501.025000.9501.030000.9501.032000.9101.034000.9041.035000.9051.036000.8981.037000.9051.038000.9051.07 鉆進參數(shù)設計7.1 鉆頭選型設計1.地層條件：從地質(zhì)部門提供

40、的地層柱狀剖面圖上找出設計所鉆各地層的沉積年代，巖性描述，地層液體等作為鉆頭選型的主要依據(jù)。地層條件包括地層類型、硬度、巖性和層位厚度。另外巖石力學部門對所鉆巖石機械性能室內(nèi)測定給出的硬度、塑性、研磨性和可鉆性等數(shù)據(jù)確定鉆頭類型。2.必須對各種類型鉆頭結(jié)構(gòu)、工作原理、適應性有充分的了解，這是合理選擇鉆頭的重要環(huán)節(jié)。3.對已使用的鉆頭進行詳細的分析、評價，作為鉆頭選型的比較標準，這是合理選擇和使用好鉆頭的重要步驟。 由于缺乏鉆頭選型所需的巖石力學等資料，因此鄰井地層巖性是最重要的鉆頭選型資料，參照鉆井工程設計表2-8-122-8-16-1鉆頭選型與地層巖性特性的對應關系，再結(jié)合相似區(qū)塊的已鉆井鉆

41、頭使用資料評選出該井的鉆頭。下導管井段（055m）：FJT4171（井段：055m）。一開（55655m）：FJT517G1（井段：55655m）。二開（6553755m）：GP19455EX1（井段：6552055m）；GP19455EX1（井段：20553000m）；G5361（井段：30003755m）。7.2 機械破巖參數(shù)設計7.2.1 鉆壓、轉(zhuǎn)速確定的一般原則鉆壓、轉(zhuǎn)速的選擇取決于所鉆地層巖性，鉆頭自身的力學機械特性，下部鉆具組合。鉆壓（W）、轉(zhuǎn)速（n）選擇的原則：1.軟地層采用低鉆壓、高轉(zhuǎn)速；2.硬及中硬地層、深部地層采用高鉆壓、低轉(zhuǎn)速；3.鉆頭安全承載能力一般取0.60.8kN/

42、mm，對不同類型、范圍的鉆頭廠家均有推薦值。4.HD、PDC、TSP鉆頭鉆壓、轉(zhuǎn)速選擇按廠家推薦值。5.除密封滑動軸承，均可以采用高轉(zhuǎn)速。7.2.2 采用最優(yōu)關系方程確定W，n根據(jù)Amoco鉆速方程，牙齒（軸承）磨損方程，鉆進目標函數(shù)，由最優(yōu)化公式計算數(shù)學方法可求得機械破碎參數(shù)的最優(yōu)關系曲線方程。對于軟地層： 下導管井段（井段：055m）：根據(jù)江鉆鉆頭使用手冊，取一開（井段：55655m）：取二開（井段：6553755m）：GP19455EX ：G536：設計結(jié)果見表機械破碎參數(shù)鉆頭序號鉆頭尺寸mm類型鉆進井段m 地層鉆壓kN轉(zhuǎn)速r/min純鉆h 進尺m機械鉆速m/h0444.5FJT4170

43、55A1516025527.51311.1FJT517G55655AC1247020600302215.9GP19455EX6552055CF36080150+n馬達401400353215.9GP19455EX20553000F3F2K6080150+n馬達4094523.634215.9G53630003750F2KQJ80120+n馬達4075518.887.3 水力參數(shù)設計水力參數(shù)對鉆速有著重要的影響。其主要表現(xiàn)在水力破巖作用、水力清巖作用。射流與鉆頭的五個水力參數(shù)為：射流噴速、射流沖擊力、射流水功率、鉆頭水功率和鉆頭壓降。由于和實質(zhì)上是一個參數(shù)，所以在本設計中只計算不計算3。本設計主

44、要設計數(shù)據(jù)如下：第一次開鉆（0655m）設計數(shù)據(jù)：1#，311.1mm，F(xiàn)JT517G井深：，。，。1）確定流量：；由F-1300泵水功率特性，選套缸，。鉆井采用雙泵，。鉆井液流變參數(shù)：，。2）計算循環(huán)壓耗：鉆桿內(nèi)流速：；鉆桿外流速：；鉆鋌內(nèi)流速：；鉆鋌外環(huán)空流速：；，；，故環(huán)空壓耗：3）計算鉆頭壓降：4）計算當量噴嘴當量直徑：5）計算噴嘴組合：采用三不等徑組合，選?。?，。計算功能參數(shù)：；第二次開鉆（6553755m）鉆頭序號：2#，215.9mm，GP19455EX設計數(shù)據(jù)：，。，。設計方法和步驟同前。設計結(jié)果見表。鉆頭序號：2#，215.9mm，GP19455EX設計數(shù)據(jù)：，。，。設計方法

45、和步驟同前。設計結(jié)果見表。鉆頭序號：3#，215.9mm，GP19455EX設計數(shù)據(jù)：，。，。設計方法和步驟同前。設計結(jié)果見表。鉆頭序號：4#，215.9mm，G536設計數(shù)據(jù)：，。，。設計方法和步驟同前。設計結(jié)果見表。水力參數(shù)設計鉆頭序號鉆頭直徑mm井段m噴嘴直徑mm立管壓力MPa流量L/S鉆頭壓降MPa鉆頭水功率kw鉆頭比水功率W/mm2射流沖擊力KN噴射速度m/sJ1J2J31311.1065514.2914.2912.714.2179.666.715357.0313.941752215.965594714.2914.2912.714.0146.9211.353014.484.84103

46、215.9947205514.2914.2912.717.4946.927.532567.044.46953215.92055300012.714.29018.6546.929.3243711.947.471594215.93000375512.714.29019.346.928.4239510.797.471598 油氣井壓力控制油氣井壓力控制按照鉆井井控技術規(guī)程（SY/T6426-2005）、天然氣井工程安全技術規(guī)范（Q/SHS0003.1-2004）執(zhí)行。鉆井井口裝置、井控管匯的配套與安裝應當嚴格按照行業(yè)標準鉆井井控裝置組合配套安裝調(diào)試與維護(SY/T5964-2006)的規(guī)定要求執(zhí)行。

47、8.1 一開井口裝置第一次開鉆（一開）時由于鉆達地層較淺，只有幾百米，所以不要求安裝井口防噴裝置，井口裝置簡單。8.2 二開井口裝置由于所設計的井是勘探油氣井，因此井控裝置的要求較高。第二次開鉆（二開）時，安裝一個雙閘板防噴器、一個單閘板防噴器和一個環(huán)形防噴器及安全的壓井和節(jié)流管匯。8.3 井控管匯 二開的井控管匯應滿足要求，以免出現(xiàn)異常情況時能夠很好地實施井控，保證鉆井的安全，防止造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。8.4 井控裝置和套管試壓（1）全套井控裝置應在井控車間用清水按規(guī)定試壓合格后才能送往井場應用，在井場上安裝好后按表的參數(shù)試壓。試壓參數(shù)表開鉆次數(shù)井控裝置和套管型號試壓要求介質(zhì)壓力MPa時間

48、min允許壓降MPa二開環(huán)型防噴器FH28-35清水10300.7雙閘板防噴器2FZ28-35清水10300.7節(jié)流管匯JG-S1-Y1-35清水10300.7壓井管匯YG-35清水10300.7套管244.5mm套管J-558.94mm清水10300.7177.8mm套管N-809.19mm清水35300.7注： (1) 244.5 mm套管最低抗內(nèi)壓強度24.27Mpa，177.8 mm套管最低抗內(nèi)壓強度49.92Mpa。（2）各開次井控裝置試壓與套管試壓同時進行。（3）放噴管線按10MPa試壓；穩(wěn)壓時間為30min，允許壓降小于0.7MPa。（4）鉆開油氣層前、更換井控裝置零部件后以及氣

49、層鉆進中每月應采用堵塞器或試壓塞參照上述有關要求及條件對井口裝置試壓。8.5 井控設備的安裝要求（1）防噴器必須安裝平正，并用鋼絲繩四角繃緊。（2）液控管匯安裝整齊，車輛跨越處應安過橋蓋板，遠控臺及儲能器安裝在距井口左前方25m以上的專用活動房內(nèi)，距放噴管線或壓井管線應有2m以上距離，并在周圍留有寬度不少于2m的人行通道。遠控臺的電源線、氣源線要單獨連接。儲能器瓶的壓力要始終保持在工作壓力范圍內(nèi)。（3）具有手動鎖緊機構(gòu)的所有閘板防噴器應安裝手動操作桿，靠手輪端應支撐牢固，中心線與鎖緊軸之間的夾角不大于30，并掛牌標明開關方向和圈數(shù)，手動操作桿手輪下方應安裝操作臺。（4）防噴管線和放噴管線應采用

50、專用管材。（5）放噴管線的安裝和固定應符合鉆井井控規(guī)定實施細則的要求；放噴管線接出井口75m以上的安全地帶，距各種設施不小于50m，放噴管線出口處具備點火條件，至少在一個主放噴口修建燃燒池。（6）在進入氣層前配備齊全其它鉆具內(nèi)防噴工具，鉆井液處理裝置，并按要求安裝好井控監(jiān)測的儀器、儀表。 8.6 中途測試井控要求中途測試與測井前必須進行通井，保證測試工具和測井工具的順利下入。起、下測試工具前，檢查提升系統(tǒng)、指重表、記錄儀等，確保測試順利進行和準確記錄。按要求準備好足夠數(shù)量、質(zhì)量合格的鉆井液。下鉆過程中，由專人記錄返出情況，每5柱記錄1次，并核對與應返出量是否一致，發(fā)現(xiàn)異常立即匯報。按設計連接好

51、地面測試控制管線及裝置，仔細檢查油、氣、水分離器及計量儀器，要求地面系統(tǒng)符合設計要求、井內(nèi)無異常，才能進行座封。座封前，試關半封和環(huán)形防噴器一次，作好反灌鉆井液的準備工作，并試灌一次。座封開井后，密切觀察環(huán)空液面，若液面下降，立即向環(huán)空反灌鉆井液，并關井、解封，準備重新座封。開井后若有天然氣噴出，則應立即點火燃燒；若發(fā)現(xiàn)噴出的流體內(nèi)含有硫化氫，而管柱或地面系統(tǒng)又不抗硫，且又無相應防護工藝措施時，應立即關井、壓井、解封起鉆。測試完畢后,若鉆具內(nèi)液體排空,應打開循環(huán)閥進行壓井作業(yè)，待井壓穩(wěn)后才能起鉆。起測試管串時，控制上提速度，并及時定量灌入鉆井液，避免抽噴。8.7 測井井控要求（1）測井對井口設

52、備的要求井口有剪切電纜設備，一旦井口失控可以快速剪斷測井電纜，達到立即封井。（2）測井井控預防措施 測井施工小隊必須嚴格按測井操作規(guī)程精心組織施工，如果測井作業(yè)超過規(guī)定時間，井隊必須通井循環(huán)鉆井液。如果井內(nèi)復雜，測井儀器在井內(nèi)遇阻卡嚴重時，必須要求井隊通井循環(huán)鉆井液。在測井過程中，井隊和測井隊派專人井口值班，負責檢查和觀察測井設備的運行情況，注意井內(nèi)鉆井液情況，一旦發(fā)現(xiàn)井口鉆井液出現(xiàn)溢流，立即通知井隊和測井小隊長。井口一旦發(fā)現(xiàn)輕微的鉆井液溢流時，測井隊在小隊長的組織下，安全、快速將儀器取出井口（同時立即向井隊通報），以便井隊立即采取措施壓井。（3）井口失控應急要求在測井過程中，如果萬一發(fā)生井口

53、失控，立即將測井絞車停車熄火，控制一切火源，在現(xiàn)場的統(tǒng)一指揮下用井口設備剪斷測井電纜或射孔電纜，立即開關井口。8.8 油氣井控制的主要措施（1）開鉆前必須向全隊職工、鉆井現(xiàn)場的所有工作人員進行地質(zhì)、工程、鉆井液和井控裝備等方面的技術措施交底，并提出具體要求。（2）嚴格執(zhí)行井控工作九項管理制度，落實溢流監(jiān)測崗位、關井操作崗位和鉆井隊干部24h值班制度，井控準備工作及應急預案必須經(jīng)驗收合格后，方可鉆開油氣層。（3）各種井控裝備及其它專用工具、消防器材、防爆電路系統(tǒng)配備齊全、運轉(zhuǎn)正常。（4）進入氣層前50100m對上部裸眼段進行承壓試驗無井漏后并將鉆井液密度逐步調(diào)整至設計要求值；每次起鉆前必須活動方

54、鉆桿旋塞一次，每次起鉆完檢查活動閘板封井器一次，半月活動檢查環(huán)型封井器一次，以保證其正常可靠。（5）氣層鉆進中，必須在近鉆頭位置安裝鉆具止回閥；接止回閥下鉆每下2030柱鉆具灌滿鉆井液；鉆臺上配備與鉆具尺寸相符的鉆具止回閥，并配有搶裝止回閥工具；在大門坡道上準備一根防噴單根（鉆桿下部有與鉆鋌扣相符的配合接頭）。（6）必須按班組進行各種工況的防噴演習，并達到規(guī)定要求。（7）嚴格落實坐崗制度，無論鉆進還是起下鉆，或其它輔助作業(yè)，鉆井班都必須落實專人24h坐崗觀察鉆井液池液面變化和鉆井液出口情況，地質(zhì)錄井人員除了在儀表上觀察外，必須對鉆井液池液面變化和鉆井液出口進行定時觀察，定時測量進出口鉆井液性能；兩個崗都必須作好真實準確記錄；值班干部必須對上述兩個崗位工作情況進行定時和不定時檢查，并當班簽認。（8）鉆進中遇到鉆速突然加快、放空、井漏