海洋钻井手册钻井设计

第一章 钻井设计第一章 钻井设计1第一节钻井设计的基本原则1一. 钻井目的1二. 钻井设计的要求1三. 钻井设计的主要依据:1四. 钻井设计的原则1五. 设计钻井液密度的原则1六. 井身设计1七. 浅层气钻井设计原则2八. 探井地层压力的预测和监测2九. 评价井、开发井和调整井的设计2十. 钻井平台的选择2十一. 海洋环境的保护2十二. 钻井设计要体现低成本的原则2十三. 钻井设计的基本内容3第二节 钻井设计的制定程序3一. 收集资料3二. 分析资料3三. 制定设计3四. 设计人员的资格要求3五. 审批程序4六. 设计更改4第三节 钻井设计的主要内容4一. 平台就位设计4二. 井身结构设计4三. 井口装置设计4四. 管柱设计4五. 固井设计4六. 钻井液设计4七. 钻头设计4八. 水力参数设计4九. 钻具组合设计4十. 井眼轨道设计与控制要求5十一. 地层评价计划5十二. 防喷器系统5十三. 钻井程序5十四. 特殊作业程序5十五. 潜在的风险问题及处理措施5十六. 工程进度计划5十七. 材料计划5十八. 成本预算5第四节 钻井平台的就位设计要求5一. 钻井平台的海上定位5二. 钻并平台艏向6三. 浮式平台的锚泊要求6四. 自升式平台的就位要求6五. 锚泊模式7第五节 井身结构设计7一. 基础数据7二. 套管层数与下人深度的设计方法及步骤8三. 海洋钻井中常用的井身结构10四. 井身结构设计举例12第六 节钻井费用预算14一. 预算的制定14二. 钻并预算的主要内容14三. 成本控制15四. 预算的修改15附件 钻井设计的成文格式16附件 海底调查与土质调查25附件 海洋钻井作业对气象和海况信息的要求26附件 海洋总公司所属移动式钻井平台作业能力2830第一章 钻井设计钻井设计是在分析各种有关资料的基础上，遵循国家及政府有关机构的规定和要求，按照安全、快速、优质和低成本的原则，科学地做出并经过一定的程序审核批准的。因此，钻井设计应是钻井作业必须遵循的准则，钻井监督应认真遵照执行。第一节 钻井设计的基本原则 一. 钻井的目的，是为勘探和开发油气田服务。 二. 钻井设计必须符合国家及政府有关机构的规定和要求，保证钻井设计的合法性。 三. 钻井设计的主要依据: 1.地质设计是钻井设计必须遵循的主要依据。在地质设计中尽可能地提供所钻之井的地质情况(包括地层孔隙压力、破裂压力等)，以及提出地质上要求的资料。探井的施工设计编制要求技术部在开钻前1 个月提供井位意见书和勘探部在开钻前3 周提供地质设计书，在此基础上钻井部在开钻前1 周完成探井钻完井施工设计编制和审批。开发井的钻井施工设计编制需要在钻完井基本设计的批准后进行，同时要求技术部在开钻前4 个月提供井位意见书和勘探部在开钻前3 个月提供地质设计书，在此基础上钻井部在开钻前2 周完成钻完井施工设计的编制和审批。 2.井场调查资料和邻井的钻井资料，也是进行钻井设计的主要依据。技术部至少在开钻前1 个月提供井位意见书，钻井部应在钻井船拖航前2周做完井场调查，获得的各有关资料(包括井位自然环境、土壤情况、浅层气等)地质部门至少应在钻井作业开始前45天做完井场调查，并将获得的各有关资料(包括井位自然环境、土壤情况、浅层气等)尽快交给钻井部门；同时，还应收集全邻井的钻井资料(包括复杂情况的处理、钻井液密度的使用情况等)。 钻井部门应根据地质部门提供的资料和邻井资料，认真分析，作好钻井设计。如存在由于目前技术水平、设备的限制，保证不了钻井作业在安全情况下进行，或钻井作业结果达不到地质设计的要求，应尽早明确提出，以便地质部门修改地质要求或调整井位位置。 四. 钻井设计应体现安全第一的原则。大到井身结构，小到每一项作业程序，都要重视安全，既要重视井下安全，也要重视地面安全，把安全第一的原则贯穿到整个设计中。对于重大的作业和风险大的作业，还应制定相应的安全应急程序。五. 设计钻井液密度的原则钻井液密度必须大于地层孔隙压力当量密度，小于地层破裂压力当量密度。钻井液密度对地层孔隙压力的安全附加值， 用压力表示，油井为1.53.5兆帕(217507磅/英寸2)，气井为3.05.0兆帕(435725磅/英寸2)。用密度表示为，油井为0.050.10克/厘米3，气井为0.070.15克/厘米3。 六. 井身结构的设计，是钻井设计的关键内容，必须遵循下述几点: 1保证井眼系统压力平衡，不出现喷漏同在一裸眼中，即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。 2井内钻井液液柱压力和地层压力之间的压差不宜过大，以免发生压差卡钻。 3为保证安全钻进，必须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。 4探井，特别是地层压力还没有被掌握的井，应设计一层套管作为备用，以保证井眼能够钻到设计的深度。 5对钻探多套压力系统的井，应采用多层套管程序，以保护油气层不受钻井液污染和损害。 6对高压油气井，套管应下至高压油气层顶部；对古潜山油气井，套管应下至风化壳层顶部。 7如果海底调查资料证实有浅层气，就应设计套管坐于浅气层的顶部，安装好井口控制系统之后才钻开。 七. 对于预测有浅层气的井，原则上应要求地质部门更改井位，避开浅层气;否则应具备井眼控制能力才钻开。浮式钻井平台在水深超过100米的海区作业，在无法避开浅层气和建立井眼控制系统情况下，建议用小钻头敞开(不下隔水管)钻进，并根据情况，采取继续钻进、或动态压井、或移开平台的方法处理浅层气。 八. 探井必须进行地层压力预测和监测。设计前，根据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结构；钻进阶段，利用已获得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；钻进中进行压力监测，力求及时发现异常压力地层，防止井喷，保证安全钻进；每层套管鞋处一般情况下，从339.73毫米(13-3/8英寸)套管鞋处开始一般情况下，从508毫米(20英寸)套管鞋处开始都要进行地层泄漏/破裂压力试验，并在条件允许时压破地层。如果试验结果比预计的低，要分析原因，采取措施，以便安全钻进。 九. 评价井、开发井和调整井的设计要根据最新的资料，在对地层压力进行重新评价的基础上，确定出更合理的钻井液密度和井身结构，以提高钻井速度，保证作业安全。 十. 钻井平台的选择，应遵循: 1钻机的钻井能力:选定的平台的钻机最大额定负荷，必须大于作业中出现的最大负荷的2.0%。 2平台的井控能力:选定的平台的井控系统最大额定工作压力，必须大于预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全部喷空而充满地层流体时的关井压力。井口头和套管的设计，也按此原则进行。3平台的作业水深:选定的平台的设计作业水深，应能满足所钻井井位处的水深。4.平台的插桩能力：如果选用自升式平台，其最大插桩能力，应满足所钻井位调查后计算的插桩深度。 十一. 海洋环境保护，是钻井设计必须遵循的原则之一，主要体现为两点: 1钻井液的排放，必须符合国家环保局规定。如果使用油基钻井液，必须考虑实施零排放措施。就要制定相应的处理办法。 2弃井设计。为保护地下资源和海洋环境，对油气水层要进行水泥封堵，并试压合格;裸眼要封堵；永久弃井的井口，最少应该从泥线以下4米处切割。 十二. 钻井设计要体现低成本的原则。为此，设计前应注意三点:一要充分了解各种资料，在安全的前提下，简化井身结构；二要选用先进的工具、设备和技术；三要在满足要求前提下，优先使用国产材料。其目的在于提高钻井速度，降低钻井成本。十三. 钻井设计的基本内容应包括：探井基本设计内容应包括：基本数据、地质设计、套管程序、井身结构示意图、弃井示意图、钻头计划、钻具组合设计、泥浆设计、固井设计、取心计划、井身质量、测井项目、DST测试计划及弃井计划、井口及套管试压标准/地漏试验要求、钻井作业程序、 “质量、健康、安全、环保”要求、工程进度计划、历次井口装置示意图。基本地质数据、工程设一计、施工进度计划、材料计划和费用预算。由承包商根据作业者要求制定的平台就位设计、钻井液设计、固井设计和定向井设计，也属干钻井设计的主要内容。生产井应包括基本数据、地质设计、定向井设计、套管程序、井身结构示意图、钻头计划、钻具组合设计、泥浆设计、固井设计、资料录取及测井计划、井口装置及套管试压、钻井作业程序、钻井工程风险分析、“质量、健康、安全、环保”要求、工程进度计划、历次井口装置示意图。第二节 钻井设计的制定程序 一. 收集资料：在设计之前，负责钻井设计的技术人员，应广泛地收集如下主要资料: 1地质资料:井深、目的层深度、完钻原则、完井方法、地质评价计划及取资料要求、油层套管尺寸、人工井底深度、井位坐标及地理位置、靶点坐标、水深、地层孔隙压力梯度和破裂压力梯度、地温梯度、地质构造情况、地层分层及岩性、地层特点及复杂情况预测、目的层流体物性等。 2井场调查资料水深测量图、海底地貌测量图、土壤物理和力学性质、浅气层深度及厚度、水文和气象资料、海底建筑及障碍物等。 3邻井资料:井身结构、钻井液类型及密度、地层孔隙压力及破裂压力梯度、井下复杂情况及其发生原因和处理情况、钻头使用情况、钻具组合及井眼轨迹、作业总结及建议等。 二. 分析资料：设计经理应主持召开有项目经理、设计工程师、钻井监督、固井监督、钻井液监督等技术人员参加的专门会议，钻井总工程师应主持召开有主任工程师、钻井监督、固井监督、钻井液监督等技术人员参加的专门会议，听取负责钻井设计的技术人员汇报，分析获得的资料.找出关键的问题，研究解决的方法，确定井身结构和钻井液类型等。 三. 制定设计：下述人员根据设计的基本原则、方法和要求(将在后续章节内介绍)，分别进行下述设计： 1钻井工程设计：由钻井设计工程师或监督以上人员完成。由作业者高级技术人员完成。 2平台就位设计：作业者将井场调查资料和钻井有关资料转给钻井承包商，由其做出平台就位时的锚泊、插桩、压载设计。;同时，钻井承包商还需用这些资料取得保险公司的保险。 3固井设计：作业者设计人员与固井承包商讨论原则设计，由固井承包商按做出详细施工设计，由作业者进行审核。作业者固井监督作原则设计，固井承包商按其做出详细施工设计。 4钻井液设计：作业者设计人员作原则设计，钻井液承包商按其做出详细的钻井液配制与性能维护设计，由作业者进行审核。作业者钻井液监督作原则设计，钻井液承包商按其做出详细的钻井液配制与性能维护设计。 5定向井设计:定向井承包公司按作业者的要求，做出定向井作业设计。 6费用预算:见本章第六节。 四. 设计人员的资格要求：钻井工程设计人员，应是具有较全面的钻井理论知识、丰富的钻井实践经验、熟悉本地区钻井作业和地质情况的高级钻井技术人员；由专业承包公司根据要求制定的专业设计，也应交由有相应资格的设计人员完成，以保证设计的先进性、合理性和可行性。 五. 审批程序：设计完成后，负责钻井设计的技术人员，将各设计整理并汇集成为钻井设计书，签名后交由钻井部设计经理审核（由承包公司制定的专业设计，如平台就位、钻井液、固井和定向井等设计，成文后先由本公司技术领导审核，然后由钻井部设计经理审核批准），再交钻井部部门经理复审，最后交由分公司主管副总经理批准执行。钻井主任工程师审核（由承包公司制定的专业设计，如平台就位、钻井液、固井和定向井等设计，成文后，先由本公司技术领导审核，再交作业者有关技术人员，如钻井液监督、固井监督和作业者指定的技术人员审核），最后交由钻井总工程师批准执行。六. 设计更改：钻井设计被批准后，在执行过程中，如果发现某些方面因不符合实际情况或因地质油藏部门变更作业计划而需要修改，必须编写并上报变更申请书，经主管副总经理书面批准，方可更改设计。而需要修改，必须经钻井总工程师书面批准，方可更改设计。第三节 钻井设计的主要内容 一. 平台就位设计 根据海底调查资料、水深、天气和海况，设计出:浮式钻井装置的艏向、最短出链长度、锚方位、锚张力试验要求及预张力值；自升式平台的艏向、插桩深度、压载量及气隙要求。 二. 井身结构确定设计 根据预测的地层压力、复杂地层以及地质上要求必须封固的地层的深度和海洋钻井常用的井身结构，确定出该井的井身结构。 三. 井口装置设计 根据预测的井口最大压力以及是否有防腐要求，确定水下井口头、泥线悬挂器、井口套管头的类型和结构，以及试压要求，并指明这类装置的生产厂家、额定工作压力。 四. 套管柱设计 分析套管在井下的各种受力情况，根据强度和密封性能要求，选择套管的钢级、壁厚和螺纹类型，对套管的抗拉、抗内压和抗挤强度进行设计或校核，然后选定使用的套管。 五. 固井设计 确定注水泥的方法(如内管柱、水下释放塞、双塞或单塞、单级或双级、单凝或双凝水泥浆等)、水泥浆密度(应大于钻井液密度)、水泥返高、裸眼水泥附加量和水泥浆24小时后的强度；根据井温和施工时间因素，确定水泥型号、水泥浆泵送时间和稠化时间、水泥浆配方，冲洗液和隔离液的类型及数量的多少；设计出使用的套管扶正器类型、数量及安放深度，套管附件的要求与说明;提出施工中应注意的问题；固井质量的检测方法试压、CBL或SBT(CET)等。 六.钻井液设计 根据地层岩性、井底温度和压力来确定钻井液体系（必要时分井段），以达到防喷、防塌、防漏、防水化膨胀、防卡、保护油气层等要求，还要注意环境保护和成本问题;对钻井液处理设备的运行提出要求;对钻井液的关键性能提出控制指标及处理原则。 七.钻头设计 根据地层的软硬程度、岩性和邻井使用钻头情况，确定各井段的钻头计划。除底砾岩及潜山地层外，其他地层应使用PDC钻头。应优先使用PDC钻头，并提出使用的牙轮钻头喷嘴类型（长或短喷嘴、斜喷嘴、脉冲喷嘴、组合喷嘴等）。 八.水力参数设计 根据环空返速、钻头水力功率、冲击力、喷嘴喷射速度要求及机泥浆泵情况、钻具条件和井眼类型，确定泵排量、喷嘴尺寸、类型及数量。 九.钻具组合设计 在满足钻井作业要求的条件下，以尽量简化钻具结构为原则，依据井眼直径、井斜控制要求、地层因素及钻压使用范围，选择钻挺直径和长度、稳定扶正器位置和数量，并指出各套钻具的用途（如造斜、稳斜、降斜、通井、钻水泥塞和取心等）；根据井深、钻井难度、井径和井身剖面类型，提出使用的钻杆尺寸和钢级。 十.井眼轨道定向井轨迹设计与控制要求 根据地质提出的井位与钻进靶点位置的要求、地层特性，选择合适的井身剖面类型，设计出井眼轨道轨迹（各个深度的井斜角和方位角大小及控制标准），监测方法及要求。该部分设计应与井下钻具组合和钻进参数结合起来设计。 十一.地层评价计划 根据地质设计要求，做出取心（井段、地层及工具类型等）、电测测井、测试等计划。 十二.防喷器系统 根据井口压力大小，确定防喷器结构和防喷器系统的试压标准及周期确定是否简化防喷器结构（各钻井装置的防喷器结构都是标准的，要简化其结构，必须证实地层压力为异常低压的油井或没有油气层的上部井段）和防喷器系统的试压标准及周期，并指明防喷器系统的额定工作压力。 十三. 钻井程序 常规的作业步骤和注意事项，一般性的质量要求，对作业的准备与进行是重要的，可避免或减少组织停工造成的损失。为减少设计书的篇幅，常规的钻井程序，不必在每口井的钻井设计中写出来，只提示钻井监督参考本手册的标准钻井程序即可。 十四. 特殊作业程序 对采用新的或易发生问题的或现场钻井监督和操作人员不熟悉的钻井工艺、工具和设备，应制定作业程序或操作步骤，包括安全措施和质量要求，避免出现事故或达不到设计要求。 十五. 潜在的风险问题及处理措施 对于可能存在的异常高压、浅层气、井漏、井塌、缩径等井下复杂情况，应明确提出，提示钻井监督按有关规定，做好监测与预防工作，必要时制定出专门措施，以保证安全顺利钻进。 十六. 工程进度计划 根据地质要求、作业难度、现场经验、邻井作业情况和套管程序等，测算出各井段的施工时间，做出全井进度计划，并画出进度计划曲线。 十七. 材料计划 根据以上作业需要及要求，制定出全井材料计划，注明规格、数量、生产厂家及单价等有关资料。专业承包公司作的设计，也应包括材料计划。 十八. 成本预算根据已做出的作业时间、各种设备租金和人员服务费、使用材料的数量和价格，以及其他费用，做出全井成本预算;然后做出日固定作业费，加上每日将要消耗的材料费用，对应作业时间画出一条成本预算控制曲线，便于现场钻井监督进行成本预算控制。钻井设计及合同价格第四节 钻井平台的就位设计要求海上钻井平台的锚泊就位，对后继钻井作业能否在恶劣海洋环境中安全地按计划进行是十分重要的，作业者应对此加以重视，并在设计中提出明确的要求，便于钻井监督及时监督作业。 一. 钻井平台的海上定位 1就位误差要求 随着定位技术的提高，地质部门对钻井平台在设计井位上的就位误差也提高了要求。目前允许的平台就位误差是:以设计井位为中心，半径30米的圆内。 2定位方法 目前定位常用的是“GPS”全球定位系统。这是一种具有全球覆盖能力的高精度定位系统，它通过太空中的卫星和地球上的标准台站，随时提供平台每时每刻的精确位置，并能以数据和图示的形式显示在荧屏上:拖航时输入设计的航线，就可随时知道平台的实际航线位置与确定的航线的偏差，及位置、速度和航向；就位作业时，输入井位坐标和平台艏向，就可随时显示出平台的实际位置与设计位置的误差；当抛锚工作船上安装有尾标跟踪设备，并输入各个锚的方位和抛锚距离，即可显示出抛锚的精度，以指导平台精确地就位与抛锚作业。如果没有安装尾标跟踪设备，抛锚工作船只能根据船上的雷达设备来确定抛锚方位，和根据平台的出链长度或参考雷达的测距来确定抛锚的距离是否达到设计要求。 二. 钻井平台艏向 选择平台的艏向，首先应考虑的是平台的抗环境力（主要指风力，次要指涌、浪、流等)，同时也要考虑供应船的停靠、直升机的起降和燃烧臂的放喷燃烧，以及平台防爆区划分和人员在可燃气体警报时的逃生路径。一般情况下，选择作业季节的主导风向和流向（顶风顶流）为艏向。 三. 浮式平台的锚泊要求1最短出链长度要求:该长度应该大于锚链承受极限张力(1 / 2锚链破断张力)时的悬链长度，以保证锚前面始终有一段锚链水平躺在海床上，使锚总是承受水平拉力，如图1-1示。出链长度一般为水深的811倍，浅水作业时其倍数可取大值。当水深浅于100米（328英尺)时，根据南海海域作业的经验，应控制的最短出链长度不小于823米(2700英尺)。一般情况下，出链越长，系泊力就越好。初始出链长度还应该比要求的最短出链长度长30.4845.72米(100150英尺)（取决于海床土壤性质）。这是因为锚抓力试验时，锚链还会拉 图1-1半潜式钻井平台锚链工作示意图回一段。如果锚链被拉回太多，最终出链长度达不到要求的最短出链长度，必须重抛此锚或加串联锚，再进行试验。 2锚链张力(锚抓力)试验:即预计的最大锚链张力试验，一般不超过锚链破断张力的1/3。如张力试验达不到要求，要调大锚爪角，或增加串联锚等。 3锚链预张力：根据当平台位移达到5水深时，锚链张力达到其1/3破断张力来确定。 四自升式平台的就位要求 1.插桩:首先根据海底调查资料，确认是否能正常插桩，如不能正常插桩，则应采取相应措施;预计插桩的深度。 2.压载方案制定:其原则是分阶段逐步均匀地加载平台到其升降机构最大静态支持力，平台平稳不斜为止。压载总量由下式计算: Q=G-T-W .（1-1）式中:Q压载总量，千牛。 G升降机构最大静态支持力，千牛。 T平台自重，千牛。 W压载前平台上的可变载荷，千牛。 3升平台的高度，即气隙:按平台操作手册给定的参考高度和下式的计算值比较，取大者的整数: . (1-2)式中:H升平台高度，米。 h1最大波浪高度，米。 h2最大潮位，米。 4.如预测海流对桩脚冲刷较大，及其它影响平台安全作业的问题，要提出解决的措施。 五锚泊模式 1浮式平台锚泊模式 我公司现有浮式平台均为半潜式平台，每个平台均为8个锚，其锚泊模式如图1-2；锚之间的夹角，因平台结构不同而不同，设计时参照平台各自的操作手册。 2自升式平台的锚泊模式 大部分自升式平台，只有三个锚，主要是在平台定位时用于调整平台位置，其锚泊夹角一般为120o。第五节 井身结构设计 井身结构设计是钻井设计的关键。其设计的基本步骤是:先遵循钻井设计的基本原则，依据已制定出的各种基础数据和已取得的各种资料，设计套管的下人深度和层次，再根据海洋钻井的特点和惯例，确定出井身结构。 一 基础数据 1地质提供的数据:岩性剖面及复杂井况提示，地层孔隙压力和破裂压力剖面，油气层深度及厚度，邻井有关资料。 2设计数据 这些数据的确定，与钻井工艺技术水平有密切的关系。主要为: （1）抽汲压力与激动压力允许值(Sb与S8);以当量密度表示，单位为克/厘米3，一般取: SB=0.040.06 Sg=0.040.06 （2）地层压裂安全增值(Sf)：为防止预测的地层破裂压力偏低而定的安全余量，用当量密度表示，取Sf=0.03，单位为克/厘米3。 （3）井涌条件允许值(Sk)：此值是衡量井涌的大小，用当量密度表示，取Sk =0.060.10,单位为克/厘米3。 （4）压差允许值(Pn与Pa)：钻井液液柱压力与地层孔隙压力的最大压差允许值，分为正常压力井段和异常压力井段。压差过大，则容易造成压差卡钻，特别是卡套管，使作业无法正常进行。取Pn =11.716.5兆帕(17002400磅/英寸2)，Pa =14.521. 4兆帕(21003100磅/英寸2)。 二套管层数与下人深度的设计方法及步骤 设计方法为:先按井内压力系统平衡设计出各层套管的下入深度，然后再针对影响钻进的复杂地层作适当调整;设计由下往上进行，第一层套管的下入深度，取决于地质要求或井深。设计步骤从第一二层套管开始，具体如下: 1以井内压力系统平衡为基础，以压力剖面为依据进行设计 已知第一层套管的下入深度，确定以上各层套管的下入深度，实质就是在两相邻套管鞋之间的裸眼内，一要保持压力系统平衡，即在起下钻过程中及井涌压井时不会压裂上部地层而发生井漏；二是在钻进和下套管时不会发生压差卡钻、卡套管、等复杂情况。 （1）设计步骤 首先根据预测的将钻地层的孔隙压力和破裂压力数据，建立起以井深为纵坐标、以压力当量密度值为横坐标的压力曲线图（如图1-4所示）； 确定设计数据； 根据地质设计和油气层位置确定生产套管，即第一层套管的下入深度H1； 利用压力曲线图中最大地层孔隙压力和所应有的破裂压力，初选中间套管下入深度，经自下而上的压差卡钻校核后，确定中间套管下人深度H2； 利用压力曲线图中中间套管鞋处地层破裂压力求最大允许的地层孔隙压力，初选下层套管下入深度，经自下而上的压差卡钻校核与破裂压力校核后，确定下层套管的下入深度H2； 根据中间套管鞋处地层孔隙压力确定上层套管的下入深度H4； 根据海洋钻井的特点，确定表层套管和导管的下入深度，即H5和H6； 确定各层套管外水泥返高； 根据海洋钻井中常用的井身结构和计算得到的套管层数及下入深度，确定该井的井身结构。 （2）设计方法 中间套管下入深度H。的设计: A根据压力曲线图中最大地层孔隙压力，由下式计算所应有的地层破裂压力来初选中间套管下入深度: . (1-3)式中:Wf3ik中间套管以下裸眼发生井涌时，在井内最大压裂梯度作用下，上部裸眼不被压 裂所应有的地层破裂压力当量密度，克/厘米3。 Wpmax中间套管以下裸眼预计最大地层孔隙压力当量密度，克/厘米3。 Sb抽汲压力当量密度，克/厘米3 SF一地层破裂压力安全增值，克/厘米3 。 HPmas发生井涌时最大地层孔隙压力所在井深，米。 Hsi中间套管下入初选深度，米。 SK井涌条件允许值，克/厘米3。 用试算法试取Hsi值代入上式中求Wf3ik，然后在曲线图中查得Hsi深度处的实际地层破裂压力当量密度。如果Wf3ik略小于实际值时，Hsi就为中间套管下入初选点。否则另选一Hsi值计算，直到满足为止。 B校核中间套管下入到初选点深度有无压差卡钻的危险。 先求出该井段中最大钻井液液柱压力与最小地层孔隙压力之间的最大静止压差P3i为: .(1-4)式中:P3i中间套管钻进井段内实际的井内最大静止压差，兆帕。 Hmm中间套管钻进井段内最小地层孔隙压力所在的最大深度。米。 W3i一中间套管下入初选深度处的地层孔隙压力当量密度，克/厘米3 Wmin中间套管钻进井段内最小地层孔隙压力当量密度，克/厘米3 用正常压力地层的压差允许值:当P3i Pn时，在中间套管下入中，则可能发生压差卡钻。这时，该层套管下人的深度应浅于初选深度H3i。用下式计算在井深Hmm处压力差为Pn时，允许的最大地层孔隙压力当量密度值Wppcr: . (1-5) 在压力曲线图上查孔隙压力当量密度Wppcr所在井深即为中间套管下入深度H3。 当中间套管下入深度因压差大而浅于初选深度(H3式中: Wf3中间套管鞋处地层破裂压力当量密度，克/厘米“。 Wppcr中间套管鞋处地层破裂压力当量密度为wf。时，其下井段所允许的最大地层孔隙压力当量密度，克/厘米3。 H3中间套管下人深度，米。 H2i一一该层套管下入深度初选点，米。 其它符号代表意义同前。 当选定深度H2i代入上式求得的Wppcr，大于且接近H2i深度处查得的孔隙压力当量密度时，H2i就是初选深度。 B.校核该层套管下到初选深度H2i时，是否会发生卡钻。 校核方法如前，可用公式(1-4)，但需改变式中符号的下标数据。 确定中间套管上面一层的套管下入深度，即H4: 其确定方法如前，可用公式(1-3)，但需改变式中符号的下标数据。此时，把中间套管下深H3当作井底看待即可。 以上各层套管依照同样的方法确定，但要考虑海洋的特点。 2.以影响钻进的复杂地层为依据，对上述确定的套管下入深度进行调整 因地层因素，如易垮塌、缩径、卡钻、井漏等复杂地层，影响了钻井速度和安全。因此，要根据钻井工艺技术水平和钻井液技术现状，确定是否用套管封住这类地层，以便安全钻进下部地层。需要注意的是，调整后的套管下深，应不影响井眼压力系统的平衡。 3管外水泥浆返高规定 （1）导管管外水泥浆必须返高到海床面。 （2）表层套管外水泥浆返高，一般到海床面(必须返到导管内)。辽东湾生产井表层套管外水泥浆返高，为满足冬季防冻要求，一般到井口甲板。 （3）技术套管外水泥浆返高，根据井的具体情况确定，但必须保证封固好套管鞋。（4）油气层套管外水泥浆返高，一般应超过油层顶部150200米，或气层顶部250300米。 三海洋钻井中常用的井身结构 由于海洋环境的因素，钻井中使用的套管柱，不仅要保证井眼安全顺利钻达设计井深，还要保证在海床面上，安全稳定地支撑住重981千牛(100吨)以上的水下防喷器系统，或在水面以上20米左右，支撑住约重294千牛( 30吨)的地面全套井口系统和防喷器组，并抵抗海流和海浪对系统冲击造成的弯曲力矩。因此，井身结构、井口系统和防喷器组的主要结构，经过实践都已形成适应海洋自然环境的成熟的标准结构。并且，随着对地层情况的不断了解，钻井技术的提高，井身结构在没有根本性改变的情况下，一方面得到加强，另一方面也得到简化，满足了目前钻各类井和提高钻井速度的需要。 1. 标准套管柱及作用 如图1-3所示，在一般情况下为五层套管:导管、表层套管、两层中间套管、油气层尾管。 (1)导管 也称为表层导管，主要用作建立井口、支撑井口和防喷器组。其下入海床以下的深度，根据地层破裂强度确定，只要能建立起循环而不压裂地层即可，一般为3060米。经验证明，浮式钻井装置使用外径762毫米(30英寸)、内径711.2毫米(28英寸)、钢级为X52或B级的套管作表层导管，是保证水下防喷器组安全稳定的关键。固定式钻井装置作业时，把导管称为隔水导管，一般情况下，必须使用762毫米(30英寸) 或609.6毫米(24英寸)套管作隔水导管，只有在井口防喷组较简单、重量轻、上下扶正支撑又比较好、以及水浅的情况下，可考虑用508毫米(20英寸)套管作隔水导管。 (2)表层套管主要用于封住表层的疏松地层，建立起井口控制系统。常用339.73毫米(13-3/8英寸)套管作表层套管，下入深度一般在500米左右，有时也用508毫米（20英寸)套管作表层套管。常用508毫米(20英寸)套管作表层套管，下入深度一般在500米左右，有时也用339. 73毫米（13-3/8英寸)套管作表层套管。 (3)中间套管 也称技术套管，主要用于封住复杂地层，保证井眼安全顺利钻达设计深度，常用339.73毫米和244.48毫米(9-5/8英寸)套管作中间套管。 (4)油气层套管或尾管。油气层套管常用244.48毫米和177.8毫米(7英寸)套管，油气层尾管常用177.8毫米和114.3毫米(4-1/2英寸)套管。 2井身结构类型下述的井身结构，已成功地使用。设计新井时，根据井深、地层情况和钻井难度等选用。（1） 标准类型（表1-1）表1-1标准井身结构类型井眼尺寸毫米914.4660.4444.5311.5215.9152.4英寸362617-1/212-1/28-1/26套管尺寸毫米762.0508.0339.73244.48177.8114.3英寸302013-3/89-5/874-1/2套管名称表层套管表层套管中间套管尾管注: 215. 9毫米井眼与117.8毫米尾管、152.4毫米井眼与114. 3毫米尾管，是根据地层情况和井深确定是否使用。该类型可用于一般的深井和超深井，也可用于复杂的高压气井。（2）强化类型(表1-2):表1-2井身结构的强化类型井眼尺寸毫米914.4660.4444.5355.6311.5215.9152.4英寸362617-1/21412-1/28-1/26套管尺寸毫米762.0508.0339.73298.45244.48177.8114.3英寸302013-3/811-3/49-5/874-1/2套管名称表层套管表层套管中间套管中间尾管中间套管尾管注: 355. 6毫米井眼与298.45毫米尾管段:用222. 25 X 311. 15 X 355. 6毫米偏心钻头钻进，然后下入298.45毫米无接箍套管。311.15毫米井眼与244.48毫米套管段:用200. 03 X 269. 88 X 311. 15毫米偏心钻头钻进，下入的244.48毫米套管柱要求:进入298.95毫米尾管及以下井眼的套管，为无接箍套管，上部的为普通接箍的套管。 该类型一般用于复杂的高温高压深井。(3)简化类型I(表1-3)表1-3 井身结构的简化类型井眼尺寸（毫米）762444.5444.5215.9套管尺寸（毫米）609.6339.73339.73177.8套 管 名 称表层导管表层套管中间套管尾管（原表）井眼尺寸（毫米）914.4444.5444.5215.9套管尺寸（毫米）762.0339.73339.73177.8套 管 名 称表层导管表层套管中间套管尾管注: 该类型省去508毫米表层套管，用339.73毫米套管代替。 浮式钻井装置使用上述结构时，476.25毫米标准水下井口头与339. 73毫米套管的连接，采用508 X 339. 73毫米大小头过渡连接；244.48毫米套管悬挂器下方用476. 25 X 339. 73毫米的专用升高短节支撑，保证了水下井口系统的完整性(不需要专用井口系统)。 固定式钻井装置使用上述类型时，在泥线悬挂处，采用加大339. 73毫米套管泥线悬挂器外的悬挂环，并挂在762毫米套管内的泥线支撑环上；其它套管悬挂器，仍为标准悬挂；套管头不发生变化，仍为标准套管头。(4)简化类型一(表1-4) 表1-4井身结构的简化类型-井眼尺寸（毫米）444.5311.15215.9套管尺寸（毫米）339.73244.48177.8套 管 名 称表层套管中间套管尾管（原表）井眼尺寸（毫米）914.4444.5444.5套管尺寸（毫米）762.0339.73339.73套 管 名 称表层导管表层套管油层套管注: 该类型仅三层套管，339. 73毫米套管作表层套管，也作中间套管，这种类型用于浅井。 该类型使用标准井口，泥线悬挂或井口头与套管柱之间的过渡，参照上述简化类型一I 中的方法进行。（5）其它类型 在固定式生产平台上钻丛式井，有的用762毫米套管作隔水导管，或用609.6毫米(24英寸)套管，也有的用508毫米套管作隔水导管，并采用打桩的方法施工。四井身结构设计举例例：某井由地质提供的下部地层孔隙压力和破裂压力的当量密度曲线见图1-4。根据下面提供的数据，设计该井的井身结构。已知：抽汲压力当量密度值Sb=0. 05克/厘米3，井涌条件允许值Sk=0.07克/厘米3 地层破裂压力安全增值Sr=0. 03克/厘米3，压差允许值Pa=21. 4兆帕 Pn15.7兆帕，设计井深TD3400米，水深WD=98米资料证实没有浅层气，要求177. 8毫米（7英寸)套管完井，转盘面海拔高度=25米。解:以井内压力系统平衡设计。首先确定套管下入深度与层次，再确定井身结构。 1设计套管的下入深度与层次 （1）第一层套管下到井底，即H1=3400米 （2）确定中间套管的下入深度H3图1-4例题压力剖面图确定下人初选深度H3i根据压力剖面图，初选深度H3i=2650米，从图中查到，下部裸眼中最大孔隙压力当量密度Wpmax=1.7，井深Hpmax=3400米，由公式(1-3)得:克/厘米3由图上查得2650米处Wf2650=1.88克/厘米3。因W3fikWf2650且相近，所以H3i=2650米为中间套管的下入初选深度校核中间套管下入到初选深度2650米过程中是否会发生压差卡钻。由图上查得:Wp3i=1.36克/厘米3,Hmm=1600米，Wmin = 1.07克/厘米3，由公式1-4)得兆帕因P3i Pn15.7兆帕，所以中间套管下入深度H3=H3i2650米（3）确定中间套管下面一层套管的下入深度H2因H3=H3i，所以在中间套管以下井段，不必再下入另一层套管，即不必确定H2。(4)确定中间套管上面一层套管的下入深度H4。由公式1-3)式可变得:. (1-7)此时的Wpmax=Wp3=1.36，Hpmax=H3=2650,带入上式得：如选定H4i1600米为初选下入深度，计算得Wf4ik=1.556克/厘米3由图上查得H4i=1600米处的破裂压力当量密度Wf1600 = 1.56克/厘米3。因为Wf4ik Wf1600，且相近，所以，这层套管的下入深度H4=H4i=1600米。(5)导管和表层套管下入深度确定表层套管下入深度H5:根据岩性情况，确定H5=500米。 导管下入深度H6:根据井口需要和表层岩性情况，导管入泥45米。则导管下入深度H6:H6=入泥长度+水深+平台转盘面海拔高.(1-8) =95+98+25=168米2. 确定井身结构上述设计，共需六层套管。根据海洋钻井使用的井口装置和完井要求，确定选用标准类型的井身结构，其结果如下表:表1-5例题计算结果井眼尺寸（毫米）套管尺寸（毫米）套管名称下入深度（米）备注914.4762.0表层导管168660.4508.0表层套管500444.5339.73中间套管1600311.15244.48中间套管2650215.9177.8尾管3400152.4114.3尾管备用第六 节钻井费用预算 一预算的制定钻井费用的预算，应依据钻井设计、各承包商服务合同费率、工具租用费率、以及钻井所需的材料数量和价格等制定。制定钻井费用预算的人员，可以是负责钻井设计的高级钻井技术人员，也可以是专门进行钻井预算的专业人员，但都必须掌握制定预算的资料，保证预算的准确性。预算的制定，应该在主管钻井的技术领导和行政领导的指导下进行。 预算制定成文后，交上级计划部门审核批准，即可执行。预算制定的整个过程，应在作业前完成。 二. 钻井预算的主要内容 1钻前费用:海底调查、动复员、拖航定位等作业发生的费用等。 2钻井工程费用:钻井期间各承包公司的人员服务和设备租用费，也包含基地费用等。主要包括钻井平台、供应船、直升飞机、电测、固井、钻井液、潜水、录井、下套管、定向井、通讯、库房场地及码头租用、取心，货物装卸、气象、医疗服务、钻井液及岩屑回收、数据传输等服务费。工作船、直升飞机、电测设备、固井设备、潜水设备、录井设备、下套管设备、定向井设备、通讯设备、基地码头、井口送入工具、取心工具和井下工具等的租金，以及气象、钻井液、水泥化验、井口安装服务、取心服务、基地货物装卸服务等服务费。 3钻井材料费:钻井作业期间所用材料费用，主要包括钻井液外加剂、固井水泥及外加剂、各种尺寸的套管及附件、各种钻头及附件、井口头及附件、井下工具、柴油、水和其它材料的费用。 4管理费:主要包括监督费、设计费、保险费、科研费、伙食费、倒班费、港杂费、渔业补偿费、上交税金及上级部门管理费等。5不可预见费:这是指处理难以预测到的井下复杂情况发生的费用，以及因天气影响损失作业时间而发生的费用。其大小通常是用统计确定的一个百分数乘以上述14项费用之和。这个百分数的大小，与作业环境、季节、钻井难度及工艺技术水平有关。一般情况下，难以准确做出某一口井的不可预见费用。因此，钻前不预算此项费用，到井钻完后，才根据发生的不可预见的作业的损失，作出迫加预算。需要讨论 三成本控制 费用跟踪人员根据钻井日报对各项目费用进行实时跟踪，并每周与预算对比，发现费用进度超作业进度时及时向项目经理预警，项目经理应采取积极有效的措施进一步控制费用，将最终费用控制在预算之内。为便于作业中进行成本控制，使成本不超出预算，应根据预算计算出每日固定费用，再根据计划井深和材料消耗等情况，制定出钻井成本控制曲线，即井深与预算费用曲线，供钻井监、督使用。监督应根据进度把每日实际费用与钻井成本控制曲线中的费用进行对比分析，控制好作业成本，不突破预算。为便于计算，可不计钻前井场调查费用。图1-5是钻井成本控制曲线的一个示范例子:井深3000米，下四层套管，不包括钻前井场调查费用和试油费用，共需预算3000万元。 四预算的修改 钻井作业结束后，要根据作业的实际工作量的变化(或增或减)，对预算进行修改。 需增加的预算费: 遇到地质设计上没预测到的井下复杂情况(如高温高压、井漏等)而需增加的处理费用。但因管理或措施不当造成的停工和事故而发生的费用，不属增加之列； 人力不可抗拒的自然力量(如台风、冰灾等)造成的作业损失费用；因地质方面临时提出增加的取心、电测、中途测试、加深井眼等，而发生的费用；因上级政策或市场变化等原因导致价格上涨；其它需增加的费用。需减去的预算费: 由于干井，没进行设计所要求的钻井完井作业而没发生的费用； 地质部门临时提出减少的取心、电测工作量所含的费用；地质部门要求提前完钻而没钻进尺的那部分井段所含费用，等等。预算修改批准后，作为全井钻井成本结算的依据。图1-5钻井成本控制曲线示意图附件 钻井设计的成文格式、生产井一 封面X X X油田钻井工程设计编写 审核复审批准X X X 公司钻井部年 月 日二 目录三 基本数据平台名称 井别 平台中心坐标:(大地坐标X, Y，及经度、纬度) 井型平台井数槽口分布井口间距平台总井深平均井深目的层位深度零点转盘高度平均水深钻井方式四 地质设计应包括地理位置及区域位置、构造特征、储层特征、油藏特征、储量分布、开发方案概述、井位优化、潜力与风险、邻井地漏试验数据、邻井CO2分压结果等。五 定向井设计1 水平井数据2 水平分支井数据3 井口间距和槽口排列4 槽口分布图5 井位水平分布投影图6 立体投影图7 钻井顺序六 套管程序井眼尺寸(in)井深 (m)套管尺寸(in)套管下深(m)钢级公称重量(lbs /ft)扣型七 井身结构示意图八 钻头计划钻头尺寸钻 头 类 型钻头型号数 量用途九 钻具组合设计井眼尺寸钻 具 组 合功能十 钻井液设计井 眼 尺 寸井 段(m)泥 浆 类 型密 度(g/cm3)粘 度(s)PV (MPa.s)YP (Pa)FL (cc/30min)十一 固井设计1 固井方法套管尺寸毫米（英寸）508（20）339.73（13-3/8）244.48（9-5/8）177.8（7）水泥浆返高水泥类型水泥浆密度附加量添加剂固井方法十二 资料录取及测井计划资料录取按海上油气田开发井快速钻井资料录取要求（试行）执行十三 井口装置及套管试压1套管和套管头试压内 容试压标准持续时间压降标准套管头10MPa10Min 0.2MPa套管10MPa10Min 0.2MPa2防喷器组和管汇试压内 容试压标准持续时间压降标准万能防喷器闸板防喷器剪切闸板防喷器钻井四通侧闸阀立管管汇阻流管汇压井管汇70MPa35MPa十四 钻井作业程序1 施工准备工作2 钻井作业十五 钻井工程风险分析序号类别内容风险分析解决方案