钻井课程设计报告-勘探项目A4井钻井工程设计书.docx

中国地质大学（北京）10021011班XX省XX区块勘探项目A4井钻井工程设计书中国地质大学（北京）10021011班2014年03月XX省XX区块勘探项目A4井钻井工程设计书编写人：段云星 学 号：1002101111编写单位：中国地质大学10021011班项目单位：中国地质大学10021011班2014年03月目录1地质设计摘要21.1A4井基础数据21.2地质分层22井身结构设计22.1压力预测分析22.2井身结构设计依据22.3两开井身结构设计22.4井身结构设计说明22.5井身结构示意图23固井工程设计23.1套管柱强度设计23.1.1计算23.1.2套管柱设计说明23.1.3各层套管固井质量要求23.2套管柱管串结构23.3水泥及水泥浆设计23.4注水泥准备及作业要求24钻柱设计24.1钻柱组合设计24.2钻柱组合强度设计24.3钻具组合设计24.4复合钻井防斜打快机理24.5直螺杆钻具组合防斜机理24.6钻具组合设计25钻井设备选择26钻井液设计26.1钻井液体系选择26.2钻井液密度确定27钻进参数设计27.1钻头选型设计27.2机械破岩参数设计27.2.1钻压、转速确定的一般原则27.2.2采用最优关系方程确定W，n27.3水力参数设计28油气井压力控制28.1一开井口装置28.2二开井口装置28.3井控管汇28.4井控装置和套管试压28.5井控设备的安装要求28.6中途测试井控要求28.7测井井控要求28.8油气井控制的主要措施29各次开钻或分井段施工重点要求及注意事项29.1一开钻进重点要求及注意事项29.2二开钻进重点要求及注意事项210地层压力监测要求211地层漏失试验211.1地漏试验要求211.2地漏试验程序212油气层保护212.1钻井中损害油气层的工程因素212.2保护油气层的钻井液技术212.3保护油气层的钻井工艺技术212.4保护油气层的固井技术213完井井口装置要求214健康、安全与环境管理214.1基本要求214.2健康、安全与环境管理体系要求214.3关键岗位配置要求214.4健康管理要求214.5安全管理要求214.6环境管理要求215钻井进度计划215.1机械钻速预测215.2钻井进度计划216成本预算216.1主要消耗材料计划216.2钻井成本计划216.3钻井技术经济指标21 地质设计摘要1.1 A4井基础数据井 名：A4井 别：探井井口坐标 ：地面海拔m 70纵（）m 4275165 横（）m 20416485测线位置：504和45地震测线交点地理位置：XX省XX市东500m构造位置：XX凹陷井 型：直井设计井深：3750m目的层位：QJ完钻层位：QJ （进入 QJ 250m完钻未穿）钻探目的：了解XX构造含油气情况，扩大勘探区域，增加后备油气源完钻原则：进入 QJ 250m完钻完井方法：先期裸眼注：以上井深以转盘面作为深度零点，转盘面高度5m。1.2 地质分层层位代号底界深度，m分层厚度，m主要岩性描述故障提示A180砾岩层夹砂土,未胶结渗漏B600420上部砾岩,砂质砾岩,中下部含砾砂岩渗漏C1000400中上部砺砂岩、夹泥岩和粉砂质泥岩；下部砺状砂岩，砺砂岩、泥岩、粉砂质泥岩不等厚互层防塌D1600600泥岩、砂质泥岩、砺状砂岩、含砺砂岩不等厚互层，泥质粉砂岩防漏防斜E1900300砂质泥岩、泥质粉砂岩、夹砺状砂岩、含砺砂岩防斜防漏F32650750泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩防斜F2J2900250泥岩夹钙质砂岩，夹碳质条带煤线，中部泥岩夹煤层、下部泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩防斜、塌、卡F2K3150250泥岩为主，泥质粉砂岩，中粗砂岩，砂砾岩间互F13500350泥岩、泥质砂岩、下部灰褐色泥岩防漏喷卡QJ3750(未穿)250深灰，浅灰色灰岩为主，间夹褐，砖红色泥岩防漏、喷、卡2 井身结构设计2.1 压力预测分析（此部分数据在设计题目中未给出，为从其他地质设计中借鉴以便于设计计算）综合分析本构造已钻井实钻资料和开发资料，预测出地层孔隙压力、地层破裂压力的压力梯度情况，由实钻资料和开发资料可以看出，该构造属正常压力地层，且安全窗口较大。预测地层压力数据表如表2.1所示，预测的压力剖面如图2.1所示。钻进过程中应加强随钻测量，以实钻监测为准。 表2.1 设计井地层压力预测数据表图 2.1 压力预测结果图 井深mGp当量钻井液密度g/cm3Gf当量钻井液密度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 井身结构设计依据井身结构设计要求先遵循钻井设计的基本原则，依据已知的基础数据和资料，设计套管的下入深度和层次，结合后续完井工艺的要求，确定出井身结构。1) 设计主要依据为：（1）根据井身结构设计方法（SY/T5431-1996）。（2）依据该断块钻井地质设计提示的钻遇地层、气水显示、地压梯度预测、故障提示。（3）A4邻井钻井井史资料分析。2) 井身结构设计原则（1）安全第一的原则探井钻进，对于压力预测把握不足的地层采取保守的技术措施和方案；保证同一井段地层压力系统平衡，避免出现喷漏在同一裸眼中；为保证安全钻进，用套管封住复杂井段地层，如易漏、易垮塌、易缩径和易卡钻地层；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；（2）保护油气层、取全取准地质资料的原则有效的保护油气层，使不同压力梯度的油气层尽可能少受泥浆污染损害。（3）低成本的原则设计合理的各开完钻深度，表层套管下深要求进入基岩不少于20m，满足钻具组合长度的要求，并考虑一定的余量。避免漏、喷、涌、卡等复杂情况产生，为全井顺利钻进创造条件。3）套管下入深度由于该区块的安全窗口大，故可快速而安全地钻穿地层直到储层，为了简化套管层次、缩短钻井周期和节约钻井成本采用了两开的井身结构设计。由于A地层为砾岩层夹砂土且未胶结，为防止地表水受污染及在钻表层井眼时将钻井液从地表水引导到钻井装置平面上来，将导管长度设计为50m。根据地质资料显示，C、D地层的夹层较多，且斜层理发育，故将表层套管的下入深度设计为650m，油层套管下入深度为3750m。表层套管和油层套管下入深度验证：本设计所使用的工程数据为：井身结构设计有关系数名称（抽吸压力系数）g/cm3（激动压力系数）g/cm3（破裂压力系数）g/cm3（井涌量）g/cm3（正常压差） MPa（异常压差） MPa数值0.050.050.030.051520来源理论计算理论计算区域资料区域资料区域资料区域资料由图2-1得钻遇最大地层压力当量密度为pmax=0.950 g/cm3且从井口到井深3000m均为此值。则设计地层破裂压力当量密度由下式确定。 由上式可知，无论油层套管下入深度H1为何值，在H1深度处的设计地层破裂压力密度都为0.958 g/cm3且都小于该区块的预测地层破裂压力。故油层导管可考虑3750为油层套管下入深度的初选点。现验证油层套管下入深度初选点3750m是否有卡套管危险。在井深3750处地层压力梯度为0.905 g/cm3，以及3000m以上属正常地层压力，该井段内的最小地层压力梯度当量密度为0.950 g/cm3，则=（注：由于该区块是异常低压地层）。所以油层套管下入井深3750m无卡套管危险。再由油层套管下入深度3750m处地层压力梯度，给定0.05 g/cm3的溢流条件，井深650m处的预测地层破裂压力梯度为1.453 g/cm3，验证当表层套管下入深度为650m时有无卡套管危险。由下式确定： 故无卡套管危险。综上所述，本井的井身结构设计为：两开的井身结构，设计井深为3750m，导管下深50m，表层套管下深650m，油层套管下深3750m。2.3 两开井身结构设计根据计算结果，采用两开的套管程序：用444.5mm钻头钻A地层至55m处停钻并下入339.7mm的导管50m。一开用311.1mm钻头钻穿B地层至C地层655m处下入244.5mm表层套管至650m；二开用215.9mm钻头钻至QJ地层至设计井深3750m，穿过储层，下入177.8mm油层套管至3750m。两开井身结构设计表开钻程序钻头程序套管程序水泥浆返深井眼尺寸(mm)完钻深度(m)尺寸(mm)下入井段(m)导管444.555339.750地面一开311.1655244.5650地面二开215.93750177.83750地面2.4 井身结构设计说明（1）用444.5mm钻头钻开A地层上部的疏松地层55m，下入339.7mm导管50m支撑地表疏松井壁和保护地表水。（2）一开采用311.1mm的钻头钻至655m，封隔A和B地层，进入C地层，下入244.5mm表层套管封堵易漏、易塌地层，安装井口装置，为二开钻进提供井控支撑。（3）二开采用215.9mm钻头钻穿E至F1地层，进入QJ层钻至井深3750m完钻，下入177.8mm油层套管封堵易漏、易塌地层，安装井口装置。2.5 井身结构示意图180DA一开311.1mm钻头655m244.5mm表管650m二开215.9mm钻头3750m177.8mm油管3750m 0地层深度m地层分层井身结构示意图20040060080010001200140016001800200022002400260028003000320034003600F2JF2K底界深度m380031503750444.5 mm钻头55m339.7mm导管50m F36003500EB265019001000C16002900F1QJA4井钻井工程设计 223 固井工程设计固井施工以前应根据现场的实际情况做出详细的固井工程设计，并且严格按钻井技术操作规程（Q/CY097-2005）和固井技术管理规定（试行2006年6月）做好固井的各项工作，施工中严格按相关标准和规定执行。固井质量评价按固井质量评价方法（SY/T6592-2004）标准执行。根据套管柱强度设计推荐方法（SY/T5322-2000）规定选择套管柱设计安全系数，抗外挤安全系数Sc=1.01.125，抗拉安全系数ST=1.80，抗内压安全系数Si=1.051.125。3.1 套管柱强度设计 3.1.1 计算导管下深50m，选用J-55，壁厚9.65mm套管；表层套管下深650m，选用J-55，壁厚8.94mm套管，不必进行强度设计；油层套管（177.8mm）。下入深度3750m，钻井液密度1.00g/cm3，（一般情况，钻井液的密度按油田规定的附加值进行设计，即m=p+规定附加值。此处取附加值0.05g/cm3），抗外挤安全系数Sc=1.10，抗拉安全系数St=1.80，抗内压安全系数Si=1.10。设计方法：等安全系数法。计算井口最大内压力Psi设计内压力因此，所使用的油层套管的抗内压强度必须大于30.57MPa。确定下部第一段套管，设计抗挤强度为查API套管最小特性表得N-80，壁厚10.36mm套管： ，,， ， 长圆螺纹，第二段选用N-80，壁厚9.19mm套管。，长圆螺纹。许可下入深度：第一段套管下入长度校核第一段套管抗拉强度第三段选用N-80，壁厚8.05mm的套管。，长圆螺纹。许可下入深度：第二段下入长度校核第二段套管抗拉强度对第三段套管底端进行双轴应力校核。查外挤压力系数（）表，第三段不满足要求，故第二段套管向上延伸400m，即。查表得因此，第二段套管下入长度，计算第三段套管许可下入长度：所以不合格，第三段套管抗拉强度不够，无法使用。因此将第二段套管延伸到地面。即。对第二段套管底部进行双轴应力校核。查表得第二段不满足要求，故第一段套管向上延伸400m，即。对第二段套管底部进行双轴应力校核。查表得因此，第一段套管下入长度，校核第二段套管强度。套管柱设计的主要参数见表套管柱设计及强度校核数据表套管程序井段m尺寸mm扣型钢级壁厚mm重量抗外挤抗内压抗拉段重kN累重kN安全系数强度MPa安全系数强度MPa安全系数强度kN表层套管0650244.5长圆J-558.94341.5341.52.1813.93-24.275.902015油层套管03056177.8长圆N-809.191011.71011.71.1837.301.8049.921.822308.530563750177.8长圆N-8010.36256.31268.01.3248.402.0256.2610.402655.6注：1）套管的外挤压力按全掏空计算。 2）固井相关工具和附件的扣型要与套管扣型相匹配，强度不得小于所在井段套管强度。 3）如套管货源有问题，可选用其它满足强度及防腐要求的套管。4） 本表为理论计算数据，套管送井时应根据实际重新校核。 5）各种情况下可能使用的转换接头、附件及下套管工具应相应尺寸准备提前准备。 6）所有套管强度校核均未考虑地层温度影响。3.1.2 套管柱设计说明（1）套管强度计算模型采用三轴应力模型。（2）轴向拉伸载荷：考虑钻井液浮力。 （3）抗挤计算方法：管外液柱压力按地层压力计算，管内按全掏空处理。（4）抗内压计算方法：管内压力按最大关井压力全掏空计算，并将天然气考虑为纯甲烷，未考虑管外载荷。3.1.3 各层套管固井质量要求由于本井为勘探油气井，设计要求各层套管水泥浆均要返至地面，保证对地层封固良好。施工中要采取有效措施保证水泥浆返至地面，保证固井质量，具体要求如下：（1）各套管固井后进行声幅测井和全井筒套管柱试压；（2）各层套管固井后应检查固井质量，不松动，环空无间隙，水泥塞高度、强度合适（下钻检查），并且套管水泥环质量必须符合有关规定；（3）各层套管应下至预定井深，上扣扭矩符合标准；（4）各层套管固井水泥浆应返至地表，未返出要采取补救措施。3.2 套管柱管串结构套管串设计主要参数见表套管串设计数据表套管程序套管串结构备注导管339.7mm套管鞋+339.7mm套管表层套管244.5mm引鞋+244.5mm套管鞋+244.5mm套管1根+244.5mm浮箍+244.5mm套管+联顶节油层套管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（母扣内放阻流环）+177.8mm套管+双公短节+悬挂头+联顶节3.3 水泥及水泥浆设计为了确保每层套管一次固井成功和水泥环胶结质量，根据每层套管的下深、套管尺寸等特性，设计数据如下：(1)表层套管：设计数据：下入深度：，水泥塞高度5m，水泥浆返深：地面。钻井液性能：，水泥浆性能：，。水泥浆附加量70%。钻井液系数KP=1.03。计算井径按钻头直径：311.1mm。设计结果见表3.4。(2)油层套管：设计数据：下入深度：，水泥塞高度5m，水泥浆返深：地面。钻井液性能：，水泥浆性能：，。水泥浆附加量40%。钻井液系数KP=1.03。计算井径按钻头直径：215.9mm。设计结果见表3.4。水泥用量N：。附加量40%，水泥浆密度时，每袋水泥配水泥浆0.04015m3/袋（40.15L/袋），则：用水量VW(水灰比：m=0.5)：替钻井液量Vm：替钻井液终碰压PE：由下式计算环空临界流速Vk：计算管内流速Vi：计算管内Rei：计算管外水泥浆段Reos：计算管外钻井液段Reom：管内摩阻系数：管外摩阻系数：替钻井液终泵压：碰压泵压：计算注水泥施工总时间：选用AC-400B型水泥车4台，每台平均每分钟注水泥20袋，则：替钻井液：其它（倒阀，开档销，压胶塞，碰压）：总施工时间：选用E级水泥。固井过程注水泥设计如表注水泥设计表套管程序固井钻井液密度g/cm3水泥上返井深m水泥塞长度m水泥浆密度g/cm3水泥品种水泥量t干水泥量（袋）用水量m3替钻井液m3替钻井液终泵压MPa表层套管1.00051.85G40.480820.227.009.53油层套管1.00051.85E77.15154338.676.2644.65注：1）水泥用量及上返深度为理论数据，施工中应根据实测井径进行修正。2）一开固井水泥浆添加剂可加入早凝剂。3）为防止气窜，使用成熟的固井技术。4）封固油气层段的水泥降失水控制在50 ml/7MPa30min以下。5）水泥浆48小时抗压强度14MPa。3.4 注水泥准备及作业要求现场施工负责人负责进行注水泥施工技术交底，组织分工，明确施工步骤、各岗位职责及注意事项。（1）井下作业公司负责注水泥施工作业供水，钻井队给予协助；注水泥施工作业中，做好正反计量工作，人工计量由钻井队负责，仪表计量由井下作业公司负责。（2）井下作业公司严格按照注水泥施工设计参数、要求、工序连续作业，确保施工质量。（3）在替浆过程中，若施工压力高，泥浆泵顶替困难时，由水泥车完成顶替作业；供浆管线由钻井队负责联接至水泥车附近并固定，井下作业公司负责联接至水泥车上并固定。（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油、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。（5）水泥必须小批量按比例混装，所装灰罐现场必须标明种类和数量，采用三参数仪表实时监测，同时井队进行人工计量。（6）注水泥必须按照固井施工设计进行，确保连续施工。水泥浆和前置液注入量、注替排量、水泥浆密度和性能必须达到设计要求（水泥浆24:00强度应达14MPa以上），尽可能实现紊流顶替。水泥浆密度应控制在设计要求的0.03g/cm3范围内。（7）注水泥期间，派专人专岗观察井口钻井液返出量，分析判断井下情况。 （8）注水泥施工结束后，由现场施工负责人对下步工作进行安排，重点落实水泥浆候凝时间、探塞、测井、试压、钻塞及相关安全技术措施和注意事项等。4 钻柱设计4.1 钻柱组合设计钻柱组合：下导管井段（055m）444.5mm三牙轮钻头+228.6mm钻铤+127mm钻杆+133mm方钻杆第一次开钻（55655m）311.1mm三牙轮钻头+203.0mm钻铤+127mm钻杆+133mm方钻杆第二次开钻（6553750m）215.9mmPDC钻头+158.8mm钻铤+114.3mm钻杆+127mm钻杆+133mm方钻杆各次开钻由预估（设计）钻头的最大钻压计算钻铤长度L0。444.5mm三牙轮钻头，WM=300kN；311.1mm三牙轮钻头，WM=250kN；215.9mmPDC钻头，WM=120kN；一开：（203.0mm钻铤，内径71.44mm，q0=2194.32N/m，Kf=1-1.0/7.85=0.8726）二开：（158.8mm钻铤，内径71.44mm，q0=1210.89N/m，Kf=0.8726）钻柱组合设计如表钻柱组合表开钻次序钻头尺寸mm井段m钻柱组合备注导管444.5055444.5mm三牙轮钻头+228.6mm钻铤+127mm钻杆+133mm方钻杆一开311.10655311.1mm三牙轮钻头+203.0mm钻铤+127mm钻杆+133mm方钻杆二开215.903750215.9mmPDC钻头+158.8mm钻铤+114.3mm钻杆+127mm钻杆+133mm方钻杆4.2 钻柱组合强度设计一次开钻所钻井段较浅，采用127mm，284.78 N/m，E级钻杆绝对安全，故省略计算过程。二次开钻：井深H=3755m，m=1.0g/cm3，158.8mm钻铤， q0=1210.89N/m，L0=134m，Kf=0.8726，钻铤上接114.3mm，242.30 N/m ，E级钻杆，拉力余量=450kN，设计系数Kd=1.3017；按设计系数计算最大允许静负荷Pad校核是否满足卡瓦挤毁，查表得，则：计算拉力余量=450kN时的所以第一段114.3mm钻杆的可下入长度由确定，即114.3mm钻杆上接127mm，284.78 N/m ，E级钻杆，Py=1760.31Kn，则则，满足要求。计算拉力余量=450kN时的所以127mm钻杆的可下入长度由确定，即3750因为1533750所以设计计算合格。且127mm钻杆长度。钻柱组合强度设计如表钻柱强度设计数据开钻次序井段m钻井液密度g/cm3钻杆钻铤尺寸mm钢级单位重力KN/m最小抗拉力KN长度m尺寸mm单位重力N/m长度m10551.0127E284.781760.3146228.628039206551.0127E284.781760.31501203.02194.321543037501.0127E284.781760.31153158.81210.89134114.3E242.301470.9034634.3 钻具组合设计钻具组合直接影响整个钻井过程的井斜和机械钻速，因此钻具的设计要兼具防斜和提高机械钻速，以缩短整个钻井周期和降低钻井成本。影响井斜的因素主要有地质条件、钻具组合等。地质因素的影响是不可控制的，而钻具组合则是可以控制的。因此钻具组合应用得好，能够起到较好的防斜和纠斜作用。常规的防斜组合主要有钟摆钻具、偏心钻具、满眼钻具、柔性钻具等。其中，钟摆钻具既有较好的防斜能力，也具有一定的纠斜能力，成为应用得最为广泛的防斜钻具组合之一。进入90年代以来，随着螺杆钻具性能和使用寿命的提高，在直井的防斜打快中得到越来越广泛的应用。因此在本井的设计中，一开采用MWD+钟摆钻具组合钻井，二开则采用MWD+钟摆钻具+动力钻具组合进行复合钻井，以达到提高机械钻速和防斜、缩短建井周期的目的。MWD测量出井底各项钻井参数，仅需几分钟就能够传输到地面，能够及时地反映井下异常情况，使工作人员能够及时地采取措施，保证钻井安全；MWD能够有效地控制定向井、大位移井和水平井井身轨迹，保证钻进过程按钻井设计进行，提高油气层的钻遇率；对于新的油气区块的探井，MWD所测各种参数为重要的原始地层资料，因此反映精确地地层本来面目，对地层评价以及随后的开发极为重要。4.4 复合钻井防斜打快机理在复合钻井过程中，转盘和螺杆钻具联合驱动钻头钻进。在这种工况下，既有转盘旋转钻柱以带动螺杆定子(外壳)的旋转，又有螺杆钻具自身的旋转。两种旋转的联合作用使得钻头的绝对转速等于螺杆钻具转速与转盘转速之和。因此，采用螺杆钻具配合高速PDC钻头的复合钻井方式能够大大提高机械钻速，其主要原理就在于提高PDC钻头的转速，从而提高钻头破岩的机械能量，充分发挥了PDC钻头高速破岩能力来提高机械钻速。4.5 直螺杆钻具组合防斜机理直螺杆钻具组合的防斜实质仍然是钟摆钻具防斜，不同之处在于钻头转速提高了数倍，利用螺杆的高转速，在防斜的同时提高了机械钻速。在直井钻井作业中，直螺杆钻具比弯螺杆钻具所受的载荷要小，因此其使用寿命会更长，但由于其本身不具备降斜能力，因此要利用直螺杆钻具与稳定器的复合钟摆组合，从而达到防斜、纠斜的目的。4.6 钻具组合设计结合所钻地层的实际情况和防斜打快的要求，所设计的钻具组合为：下导管井段：444.5mm三牙轮钻头0.42m +228.6mm钻铤。一开：311.1mm三牙轮钻头0.35m+203.0mm钻铤9.15m+203mmMWD8.39m+310稳定器1.8m+203.0mm钻铤。二开：215.9mmPDC钻头0.33m+172mm马达9.58m+171mmLWD6.35m+171mmMWD7.88m+158.8mm钻铤9.15m+215稳定器1.45m+158.8mm钻铤。钻具组合设计如表钻具组合表开钻次序钻头尺寸mm井段m钻具组合备注导管444.5055444.5mm三牙轮钻头0.42m +228.6mm钻铤一开311.10655311.1mm三牙轮钻头0.35m+203.0mm钻铤9.15m+203mmMWD8.39m+310稳定器1.8m+203.0mm钻铤二开215.903755215.9mmPDC钻头0.33m+172mm马达9.58m+171mmLWD6.35m+171mmMWD7.88m+158.8mm钻铤9.15m+215稳定器1.45m+158.8mm钻铤5 钻井设备选择国内外油田选择钻机一般以钻机公称钻深或者最大钩载作为选择钻机的主要参数。所选择的钻机最大钩载能完成下套管和解除卡钻的任务，并保证有一定的超深能力。根据前面套管设计，本井最大的套管累重为1268.0kN，因此所选钻机的最大钩载Qhamx必须大于1268.0 kN。钻柱在空气中的最大重量为QL，即因此所选钻机的最大钻柱载荷Qsamx必须大于1046.34 kN。本井设计钻深3750m，依据钻机选择原则，钻机设备负荷能力、钻达深度及配置应能够满足3755m钻井的需要，同时为了易于处理井下复杂情况和提高钻速等。若能够接通交流电，建议选择宝鸡石油机械有限公司的ZJ40/2250DB型交流变频电驱动钻机，其参数见表；若无法接通，建议选择宝鸡石油机械有限公司的ZJ40L/40J型机械驱动钻机，其参数见表。ZJ40/2250DB型交流变频电驱动钻机基本参数钻机型号ZJ40/2250DB名义钻井深度，m114.3mm钻杆25004000水龙头型号SL225中心管直径，mm75127mm钻杆20003200最大钩载，kN2250转盘开口直径mm698.5档数2档，无级变速驱动方式独立电驱动或复合驱动大钩速度，m/s01.48提升系统绳数10钻井钢丝绳直径，mm32井架型号K有效高度，m44额定载荷，kN2250最大快绳拉力，kN280绞车型号JC40DB额定功率，KW800底座型号双升钻台高度，m7.5净空高度，m6档数6档，无级调速刹车液压盘刹+电磁涡流辅刹或EATON辅刹天车型号TC225钻井泵型号台数F-13002驱动方式交流变频电驱动游车型号YC225提升系统轮径，mm1120电控方式AC-DC-A一对一控制大钩型号DG225总装机功率，KW31050ZJ40L/40J型机械驱动钻机基本参数钻机型号ZJ40/2250DB名义钻井深度m114.3mm钻杆25004000转盘开口直径，mm698.5127mm钻杆20003200档数6（4）正2倒最大钩载，kN2250井架型号K大钩速度，m/s0.1541.75有效高度，m43提升系统绳数10额定载荷，kN2250钻井钢丝绳直径，mm32底座型号箱式，叠箱式最大快绳拉力，kN280钻台高度，m6/7.5绞车型号JC40B净空高度，m4.8/6.3额定功率，KW735钻井泵型号台数F-13002档数6（4）正2倒驱动方式柴油机驱动主刹车液压盘刹或带刹中心管直径，mm75辅助刹车电磁涡流刹车柴油机功率，KW3810或2460+2810天车型号TC225提升系统轮径，mm1120游车型号YC225大钩型号DG225中国地质大学（北京）10021011班6 钻井液设计6.1 钻井液体系选择根据该区块地层特点，钻井液要保持低密度、低固相、强抑制、较低的滤失量、薄而韧的泥饼、优良的造壁性和润滑性、良好的流变性和抗温性，以及减小漏失和保护油气层，从而保证安全、快速、高效钻进。根据预测地层情况，一开井段钻井液类型选择低固相聚合物钻井液，二开井段钻井液类型选择双保天然高分子钻井液，见表。设计钻井液类型开钻序号井径（mm ）井段（m）钻井液类型一开311.155-655低固相聚合物钻井液二开215.9655-3750双保天然高分子钻井液6.2 钻井液密度确定综合考虑快速、安全钻进和及时发现油气层以及保护油气层等多种因素，因此一开井段钻井液安全密度附加值取0.05g/cm3；二开井段钻井液安全密度附加值取0.050.1g/cm3，钻井液密度确定见表所示。设计钻井液密度数据井深m地层压力预测系数设计钻井液密度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 钻进参数设计7.1 钻头选型设计1.地层条件：从地质部门提供的地层柱状剖面图上找出设计所钻各地层的沉积年代，岩性描述，地层液体等作为钻头选型的主要依据。地层条件包括地层类型、硬度、岩性和层位厚度。另外岩石力学部门对所钻岩石机械性能室内测定给出的硬度、塑性、研磨性和可钻性等数据确定钻头类型。2.必须对各种类型钻头结构、工作原理、适应性有充分的了解，这是合理选择钻头的重要环节。3.对已使用的钻头进行详细的分析、评价，作为钻头选型的比较标准，这是合理选择和使用好钻头的重要步骤。 由于缺乏钻头选型所需的岩石力学等资料，因此邻井地层岩性是最重要的钻头选型资料，参照钻井工程设计表2-8-122-8-16-1钻头选型与地层岩性特性的对应关系，再结合相似区块的已钻井钻头使用资料评选出该井的钻头。下导管井段（055m）：FJT4171（井段：055m）。一开（55655m）：FJT517G1（井段：55655m）。二开（6553755m）：GP19455EX1（井段：6552055m）；GP19455EX1（井段：20553000m）；G5361（井段：30003755m）。7.2 机械破岩参数设计7.2.1 钻压、转速确定的一般原则钻压、转速的选择取决于所钻地层岩性，钻头自身的力学机械特性，下部钻具组合。钻压（W）、转速（n）选择的原则：1.软地层采用低钻压、高转速；2.硬及中硬地层、深部地层采用高钻压、低转速；3.钻头安全承载能力一般取0.60.8kN/mm，对不同类型、范围的钻头厂家均有推荐值。4.HD、PDC、TSP钻头钻压、转速选择按厂家推荐值。5.除密封滑动轴承，均可以采用高转速。7.2.2 采用最优关系方程确定W，n根据Amoco钻速方程，牙齿（轴承）磨损方程，钻进目标函数，由最优化公式计算数学方法可求得机械破碎参数的最优关系曲线方程。对于软地层： 下导管井段（井段：055m）：根据江钻钻头使用手册，取一开（井段：55655m）：取二开（井段：6553755m）：GP19455EX ：G536：设计结果见表机械破碎参数钻头序号钻头尺寸mm类型钻进井段m 地层钻压kN转速r/min纯钻h 进尺m机械钻速m/h0444.5FJT417055A1516025527.51311.1FJT517G55655AC1247020600302215.9GP19455EX6552055CF36080150+n马达401400353215.9GP19455EX20553000F3F2K6080150+n马达4094523.634215.9G53630003750F2KQJ80120+n马达4075518.887.3 水力参数设计水力参数对钻速有着重要的影响。其主要表现在水力破岩作用、水力清岩作用。射流与钻头的五个水力参数为：射流喷速、射流冲击力、射流水功率、钻头水功率和钻头压降。由于和实质上是一个参数，所以在本设计中只计算不计算3。本设计主要设计数据如下：第一次开钻（0655m）设计数据：1#，311.1mm，FJT517G井深：，。，。1）确定流量：；由F-1300泵水功率特性，选套缸，。钻井采用双泵，。钻井液流变参数：，。2）计算循环压耗：钻杆内流速：；钻杆外流速：；钻铤内流速：；钻铤外环空流速：；，；，故环空压耗：3）计算钻头压降：4）计算当量喷嘴当量直径：5）计算喷嘴组合：采用三不等径组合，选取：，。计算功能参数：；第二次开钻（6553755m）钻头序号：2#，215.9mm，GP19455EX设计数据：，。，。设计方法和步骤同前。设计结果见表。钻头序号：2#，215.9mm，GP19455EX设计数据：，。，。设计方法和步骤同前。设计结果见表。钻头序号：3#，215.9mm，GP19455EX设计数据：，。，。设计方法和步骤同前。设计结果见表。钻头序号：4#，215.9mm，G536设计数据：，。，。设计方法和步骤同前。设计结果见表。水力参数设计钻头序号钻头直径mm井段m喷嘴直径mm立管压力MPa流量L/S钻头压降MPa钻头水功率kw钻头比水功率W/mm2射流冲击力KN喷射速度m/sJ1J2J31311.1065514.2914.2912.714.2179.666.715357.0313.941752215.965594714.2914.2912.714.0146.9211.353014.484.84103215.9947205514.2914.2912.717.4946.927.532567.044.46953215.92055300012.714.29018.6546.929.3243711.947.471594215.93000375512.714.29019.346.928.4239510.797.471598 油气井压力控制油气井压力控制按照钻井井控技术规程（SY/T6426-2005）、天然气井工程安全技术规范（Q/SHS0003.1-2004）执行。钻井井口装置、井控管汇的配套与安装应当严格按照行业标准钻井井控装置组合配套安装调试与维护(SY/T5964-2006)的规定要求执行。8.1 一开井口装置第一次开钻（一开）时由于钻达地层较浅，只有几百米，所以不要求安装井口防喷装置，井口装置简单。8.2 二开井口装置由于所设计的井是勘探油气井，因此井控装置的要求较高。第二次开钻（二开）时，安装一个双闸板防喷器、一个单闸板防喷器和一个环形防喷器及安全的压井和节流管汇。8.3 井控管汇 二开的井控管汇应满足要求，以免出现异常情况时能够很好地实施井控，保证钻井的安全，防止造成人员伤亡和财产损失。8.4 井控装置和套管试压（1）全套井控装置应在井控车间用清水按规定试压合格后才能送往井场应用，在井场上安装好后按表的参数试压。试压参数表开钻次数井控装置和套管型号试压要求介质压力MPa时间min允许压降MPa二开环型防喷器FH28-35清水10300.7双闸板防喷器2FZ28-35清水10300.7节流管汇JG-S1-Y1-35清水10300.7压井管汇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套管最低抗内压强度24.27Mpa，177.8 mm套管最低抗内压强度49.92Mpa。（2）各开次井控装置试压与套管试压同时进行。（3）放喷管线按10MPa试压；稳压时间为30min，允许压降小于0.7MPa。（4）钻开油气层前、更换井控装置零部件后以及气层钻进中每月应采用堵塞器或试压塞参照上述有关要求及条件对井口装置试压。8.5 井控设备的安装要求（1）防喷器必须安装平正，并用钢丝绳四角绷紧。（2）液控管汇安装整齐，车辆跨越处应安过桥盖板，远控台及储能器安装在距井口左前方25m以上的专用活动房内，距放喷管线或压井管线应有2m以上距离，并在周围留有宽度不少于2m的人行通道。远控台的电源线、气源线要单独连接。储能器瓶的压力要始终保持在工作压力范围内。（3）具有手动锁紧机构的所有闸板防喷器应安装手动操作杆，靠手轮端应支撑牢固，中心线与锁紧轴之间的夹角不大于30，并挂牌标明开关方向和圈数，手动操作杆手轮下方应安装操作台。（4）防喷管线和放喷管线应采用专用管材。（5）放喷管线的安装和固定应符合钻井井控规定实施细则的要求；放喷管线接出井口75m以上的安全地带，距各种设施不小于50m，放喷管线出口处具备点火条件，至少在一个主放喷口修建燃烧池。（6）在进入气层前配备齐全其它钻具内防喷工具，钻井液处理装置，并按要求安装好井控监测的仪器、仪表。 8.6 中途测试井控要求中途测试与测井前必须进行通井，保证测试工具和测井工具的顺利下入。起、下测试工具前，检查提升系统、指重表、记录仪等，确保测试顺利进行和准确记录。按要求准备好足够数量、质量合格的钻井液。下钻过程中，由专人记录返出情况，每5柱记录1次，并核对与应返出量是否一致，发现异常立即汇报。按设计连接好地面测试控制管线及装置，仔细检查油、气、水分离器及计量仪器，要求地面系统符合设计要求、井内无异常，才能进行座封。座封前，试关半封和环形防喷器一次，作好反灌钻井液的准备工作，并试灌一次。座封开井后，密切观察环空液面，若液面下降，立即向环空反灌钻井液，并关井、解封，准备重新座封。开井后若有天然气喷出，则应立即点火燃烧；若发现喷出的流体内含有硫化氢，而管柱或地面系统又不抗硫，且又无相应防护工艺措施时，应立即关井、压井、解封起钻。测试完毕后,若钻具内液体排空,应打开循环阀进行压井作业，待井压稳后才能起钻。起测试管串时，控制上提速度，并及时定量灌入钻井液，避免抽喷。8.7 测井井控要求（1）测井对井口设备的要求井口有剪切电缆设备，一旦井口失控可以快速剪断测井电缆，达到立即封井。（2）测井井控预防措施 测井施工小队必须严格按测井操作规程精心组织施工，如果测井作业超过规定时间，井队必须通井循环钻井液。如果井内复杂，测井仪器在井内遇阻卡严重时，必须要求井队通井循环钻井液。在测井过程中，井队和测井队派专人井口值班，负责检查和观察测井设备的运行情况，注意井内钻井液情况，一旦发现井口钻井液出现溢流，立即通知井队和测井小队长。井口一旦发现轻微的钻井液溢流时，测井队在小队长的组织下，安全、快速将仪器取出井口（同时立即向井队通报），以便井队立即采取措施压井。（3）井口失控应急要求在测井过程中，如果万一发生井口失控，立即将测井绞车停车熄火，控制一切火源，在现场的统一指挥下用井口设备剪断测井电缆或射孔电缆，立即开关井口。8.8 油气井控制的主要措施（1）开钻前必须向全队职工、钻井现场的所有工作人员进行地质、工程、钻井液和井控装备等方面的技术措施交底，并提出具体要求。（2）严格执行井控工作九项管理制度，落实溢流监测岗位、关井操作岗位和钻井队干部24h值班制度，井控准备工作及应急预案必须经验收合格后，方可钻开油气层。（3）各种井控装备及其它专用工具、消防器材、防爆电路系统配备齐全、运转正常。（4）进入气层前50100m对上部裸眼段进行承压试验无井漏后并将钻井液密度逐步调整至设计要求值；每次起钻前必须活动方钻杆旋塞一次，每次起钻完检查活动闸板封井器一次，半月活动检查环型封井器一次，以保证其正常可靠。（5）气层钻进中，必须在近钻头位置安装钻具止回阀；接止回阀下钻每下2030柱钻具灌满钻井液；钻台上配备与钻具尺寸相符的钻具止回阀，并配有抢装止回阀工具；在大门坡道上准备一根防喷单根（钻杆下部有与钻铤扣相符的配合接头）。（6）必须按班组进行各种工况的防喷演习，并达到规定要求。（7）严格落实坐岗制度，无论钻进还是起下钻，或其它辅助作业，钻井班都必须落实专人24h坐岗观察钻井液池液面变化和钻井液出口情况，地质录井人员除了在仪表上观察外，必须对钻井液池液面变化和钻井液出口进行定时观察，定时测量进出口钻井液性能；两个岗都必须作好真实准确记录；值班干部必须对上述两个岗位工作情况进行定时和不定时检查，并当班签认。（8）钻进中遇到钻速突然加快、放空、井漏