石油工程设计大赛单项组钻井工程PPT课件

2021/6/71直井、单翼多分支水平井钻完井工程设计直井、单翼多分支水平井钻完井工程设计单位名称：燕山大学单位名称：燕山大学团队名称：钻井十六队团队名称：钻井十六队团队成员：韩頔团队成员：韩頔 赵文赵文指导老师：李子丰指导老师：李子丰2021/6/72作品特色作品特色2021/6/73目目 录录总论总论4123直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计HSEHSE与经济评价与经济评价2021/6/741. 总论总论 沁端区块位于沁水盆地南部，隶属于山西省沁水县。工作区较大的褶曲沁端区块位于沁水盆地南部，隶属于山西省沁水县。工作区较大的褶曲主要有主要有2条，走向大致为北北东向。本区构造形态总体为一走向北北东、倾条，走向大致为北北东向。本区构造形态总体为一走向北北东、倾向北西西的单斜构造。在此基础上发育了一系列近南北北北东向宽缓褶曲，向北西西的单斜构造。在此基础上发育了一系列近南北北北东向宽缓褶曲，形成区内地层的波状起伏，岩层倾角一般不超过形成区内地层的波状起伏，岩层倾角一般不超过15，个别地段受构造影响，个别地段受构造影响岩层倾角变化大。断层不发育，规模较大的仅一条，断距最大达岩层倾角变化大。断层不发育，规模较大的仅一条，断距最大达100m。总体。总体属地质构造简单类。属地质构造简单类。 根据大赛给定方案，选择根据大赛给定方案，选择Z1直井和直井和Z3单翼多分支水平井进行钻完井工程单翼多分支水平井进行钻完井工程设计。设计。单翼多分支水平钻井是煤层气开发过程中，结合水平井技术和煤层实际单翼多分支水平钻井是煤层气开发过程中，结合水平井技术和煤层实际地层特征发展起来的一种新的钻井技术。单翼多分支水平开发煤层气的优点：地层特征发展起来的一种新的钻井技术。单翼多分支水平开发煤层气的优点：增加煤层气的供给范围；提高了裂缝的导流能力；减少了对煤层的伤害；提增加煤层气的供给范围；提高了裂缝的导流能力；减少了对煤层的伤害；提高了单井产量；符合当代社会重点强调的环境保护的要求。高了单井产量；符合当代社会重点强调的环境保护的要求。 设计作品是本团队在指导老师的指导下独立分析并设计后所取得的成果，设计作品是本团队在指导老师的指导下独立分析并设计后所取得的成果，具备一定的独创性。作品的设计参照了石油行业相关标准进行，规范性和科具备一定的独创性。作品的设计参照了石油行业相关标准进行，规范性和科学性兼具。学性兼具。2021/6/75构造位置：构造位置：井口位置：井口位置：2.1.1 基本数据基本数据2. 直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计沁端区块沁端区块X:19648955 Y:3965049 H:920m井型：井型：直井直井井别：井别：开发评价井开发评价井区块地形图区块地形图2021/6/76完钻层位及原则：完钻层位及原则：设计井深：设计井深：2.1.1 基本数据基本数据2. 直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计主井完钻层位：主井完钻层位：15#煤层；煤层；主井完钻原则：原则上钻至完钻层位下主井完钻原则：原则上钻至完钻层位下60米完井；米完井；设计井深：井眼垂深设计井深：井眼垂深798m。完井方式：完井方式：套管射孔完井套管射孔完井区块构造纲要图区块构造纲要图目的层目的层:目标煤层：目标煤层：3#+15#2021/6/772.1.2 设计依据设计依据(1)DZ/T 0249-2010 煤层气田开发方案编制规范煤层气田开发方案编制规范； (2)Q/CUCBM 0301-2002 煤层气钻井工程作业规程煤层气钻井工程作业规程；(3)SY/T 5431-2008 井身结构设计方法井身结构设计方法；(4)DSB-9103 直井井斜控制技术规范直井井斜控制技术规范； (5)SY/T 5964-2003 钻井井控装置组合配套、安装调试与维护钻井井控装置组合配套、安装调试与维护； (6)DSB 8803 石油钻井泥浆技术规范石油钻井泥浆技术规范； (7)SY/T 5412-1996 下套管作业规程下套管作业规程； (8)DSB 9301 固井技术规范固井技术规范； (9)SY/T 62591996 气井开采技术规程气井开采技术规程；2. 直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计所执行的主要标准及规范：所执行的主要标准及规范：资料依据资料依据(1)W1W6参数井、参数井、W7W11和和W12W16先导试验井组实钻及测试资料先导试验井组实钻及测试资料；(2)本地区地质静态资料、实验室资料、生产动态资料及相关研究成果。本地区地质静态资料、实验室资料、生产动态资料及相关研究成果。2021/6/782.1.3 地层压力预测地层压力预测2. 直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计表2.1 临井压力测试数据表压力预测梯度图压力预测梯度图2021/6/792. 直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.2 井身结构设计井身结构设计一开使用钻头尺寸为311.1mm，完成钻穿基岩风化带10m工作后，下入的表层套管尺寸为244.5mm，封固地表的疏松地层和砾石层，形成井口；下入的深度为80m，注入水泥进行完全封固。二开使用钻头尺寸215.9mm，完成钻穿15#煤层底界向下60m工作后完钻，下入的生产套管尺寸为139.7mm。注入水泥封固至3#煤层以上200m，需要在目标3#煤层以下预留60m的口袋。井身结构设计图井身结构设计图2021/6/7102. 直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.3 井身质量要求井身质量要求表2.4 井身质量要求表2021/6/7112. 直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.4 钻井主要设备钻井主要设备2021/6/7122. 直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.5.1 钻具组合钻具组合根据前期在该区块的煤层气钻井经验，由于地层倾角较小，采用满眼钻具组合比较合适，遇有井斜偏大，可以采用钟摆钻具进行纠斜。具体钻具组合如下：表2.6 钻具组合表2021/6/7132. 直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.5.2 钻柱设计钻柱设计表2.7 钻柱设计数据表2021/6/7142. 直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.6 钻井液钻井液 一开井段：一开井段：该井一开钻遇地层为黄绿色、浅黄色、深紫色、蓝紫色砂质泥岩和砂岩，土质松软，胶结松软且渗透性好，为易水化、易膨胀的地层，而且临井给出了防漏的提示，所以钻井液的选择要防漏、防斜。为预防井漏等复杂事故的发生，采用低密度低固相聚合物钻井液钻进，使用的处理剂有：土粉、HV-CMC、KPAM、NPAN。其中，土粉、NPAN具有迅速形成泥饼，降低滤失的作用，HV-CMC、KPAM具有调整流变性能，携带岩屑的作用。 二开井段：二开井段：二开在钻遇煤层前，采用膨润土钻井液。以PAC-141抑制地层造浆、控制般土含量上升；HMP21降粘、降滤失；FT103改善泥饼质量，降低高温高压失水，防止井壁垮塌，RH8501增加泥饼的润滑性，防止粘卡。膨润土钻井液配方：4060kg/m3；Na2CO3：23kg/m3；NaOH：12kg/m3；PAC-141：35kg/m3；HMP-21：1520kg/m3；FT-103：1520kg/m3；RH8501：2025kg/m3。钻进过程中，合理使用PAC-141，根据不同地层配制不同浓度的溶液进行维护。PAC-141按前松后紧的原则加入，以抑制地层造浆，控制粘土颗粒分散及般土含量上升幅度。直井段地层长时间浸泡，井壁容易掉块，在施工过程中认真观察砂样返出情况，及时加入FT-103，以保证井壁稳定。 为保护煤储层，见煤后使用清水钻进，钻井液不允许加入任何对煤储层有伤害的添加剂，原则上不允许使用黄原胶，如遇到井壁坍塌需携带岩屑时，可作为措施使用。但必须直接放掉或用专用装置回收，严禁混入钻井液(清水)中。2021/6/7152. 直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.7 钻井参数钻井参数表2.8 钻井参数表2021/6/7162. 直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.9 煤层气井井控要求煤层气井井控要求表2.9 各次开钻防喷器及试压要求表二开井口装置二开井口装置2021/6/7172. 直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.10 取心施工设计取心施工设计 常规井径取心：215mm取心钻头+178mm绳索式半合管取心工具+177.8mm钻铤（内径95mm）6根+127mm钻杆（内径95mm）+133.3mm方钻杆。表2.10 取心工艺参数表2021/6/7182. 直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.11.1 套管柱设计套管柱设计表2.11 套管柱设计数据2021/6/7192. 直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.11.2 注水泥设计注水泥设计表2.12 注水泥设计表2021/6/7202. 直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.13 完井井口装置完井井口装置生产套管串的结构组合生产套管串的结构组合 采用的套管组合为：采用的套管组合为：139.7mm引鞋引鞋+139.7mm套管套管1根根+阻流环阻流环+139.7mm 套管套管+139.7mm短套管短套管1根根+139.7mm套管套管+联顶节。联顶节。套管附件规范及数量套管附件规范及数量 生产套管：生产套管：139.7mm（可钻）浮鞋（可钻）浮鞋1套；套； 139.7mm（可钻）浮（可钻）浮箍箍1套；套；244.5mm139.7mm 扶正器，煤层上下扶正器，煤层上下50米每根套管加一米每根套管加一只，其余每三根套管加一只，扶正器不能在煤层中。只，其余每三根套管加一只，扶正器不能在煤层中。2021/6/7212. 直井钻完井工程设计直井钻完井工程设计2.14 钻井进度计划钻井进度计划表2.16 直井钻井进度安排表2021/6/722构造位置：构造位置：井口位置：井口位置：3.1.1 基本数据基本数据沁端区块沁端区块X:19649533 Y:3964360 H:892m井型：井型：单翼多分支水平井单翼多分支水平井井别：井别：开发评价井开发评价井区块地形图区块地形图3. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计2021/6/723完钻层位及原则：完钻层位及原则：设计井深：设计井深：3.1.1 基本数据基本数据3. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计主井完钻层位：主井完钻层位：3#煤层；煤层；主井完钻原则：钻达设计主井完钻原则：钻达设计B靶点；靶点；设计井深：井眼垂深设计井深：井眼垂深703m；测深测深1710m。完井方式：完井方式：裸眼完井裸眼完井区块构造纲要图区块构造纲要图目的层目的层:目标煤层：目标煤层：3#2021/6/7243.1.2 设计依据设计依据(1)DZ/T 0249-2010 煤层气田开发方案编制规范煤层气田开发方案编制规范； (2)Q/CUCBM 0301-2002 煤层气钻井工程作业规程煤层气钻井工程作业规程；(3)SY/T 5431-2008 井身结构设计方法井身结构设计方法；(4)SY/T 5955-2004 定向井井身轨迹质量定向井井身轨迹质量； (5)SY/T 5964-2003 钻井井控装置组合配套、安装调试与维护钻井井控装置组合配套、安装调试与维护； (6)DSB 8803 石油钻井泥浆技术规范石油钻井泥浆技术规范； (7)SY/T 5412-1996 下套管作业规程下套管作业规程； (8)DSB 9301 固井技术规范固井技术规范； (9)SY/T 62591996 气井开采技术规程气井开采技术规程；所执行的主要标准及规范：所执行的主要标准及规范：资料依据资料依据(1)W1W6参数井、参数井、W7W11和和W12W16先导试验井组实钻及测试资料先导试验井组实钻及测试资料；(2)本地区地质静态资料、实验室资料、生产动态资料及相关研究成果。本地区地质静态资料、实验室资料、生产动态资料及相关研究成果。3. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计2021/6/7253.1.3 地层压力预测地层压力预测表3.1 临井压力测试数据表3. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计压力预测梯度图压力预测梯度图2021/6/7263. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.2 井身结构设计井身结构设计井身结构设计图井身结构设计图2021/6/7273. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.2 井身结构设计井身结构设计 Z1井组采用1水平井1洞穴井的单翼多分支水平井井型设计。在水平井水平位移约300m处钻1口洞穴井，连通后继续水平钻进。设计主分支井钻出 12口侧分支井，每口侧分支井间隔50m，与主分支井呈30角度。 洞穴井井身设计结构为：洞穴井井身设计结构为： 导管层：导管层：钻头444.5mm钻至60m；套管339.7mm下至58m；水泥浆返至地面。 一开：一开：钻头311.1mm钻至150m；套管244.5mm下至148m；水泥浆返至地面。 二开：二开：钻头215.9mm钻至690m；套管177.8mm下至615m；水泥浆返深350m。 水平水平井井身设计结构为：井井身设计结构为： 一开：一开：采用钻头444.5mm钻至50m；339.7mm下至48m，封固地表疏松层，水泥返至地面。 二开：二开：钻头311.2mm钻至设计靶点A，井斜角达到86；下入244.5 mm技术套管固井封隔易漏地层，为三开水平井段安全施工提供有利条件，水泥返高可依据中途完井解释来确定。 三开：三开：三开斜井段采用215.9mm钻头钻至设计靶点B。 各分支井段依次采用215.9mm钻头钻至对应设计靶点。2021/6/7283. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.2 井身结构设计井身结构设计主井眼轨迹图主井眼轨迹图2021/6/7293. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.2 井身结构设计井身结构设计主井眼轨迹图主井眼轨迹图2021/6/7303. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.2 井身结构设计井身结构设计2021/6/7313. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.2 井身结构设计井身结构设计2021/6/7323. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.2 井身结构设计井身结构设计2021/6/7333. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.3 穿针工艺设计穿针工艺设计水平井与洞穴直井连通的控制方法水平井与洞穴直井连通的控制方法 (1) 三开后，在洞穴井中下电磁发生装置，水平井中三开后，在洞穴井中下电磁发生装置，水平井中MWD下入寻迹短节；下入寻迹短节； (2) 电磁发生装置发出时强时弱的信号，由寻迹短节接收到后发送到电磁发生装置发出时强时弱的信号，由寻迹短节接收到后发送到MWD中，中，再由再由MWD发送到钻井液中；发送到钻井液中； (3) 地面上的接收装置从上返钻井液中接收到脉冲信号后再转换成电信号，显地面上的接收装置从上返钻井液中接收到脉冲信号后再转换成电信号，显示在地面工作人员的电脑中形成一定的电磁传感线，由此判断钻具与洞穴井间方位；示在地面工作人员的电脑中形成一定的电磁传感线，由此判断钻具与洞穴井间方位； (4) 每钻进每钻进35m进行轨迹测量，及时调整工具面做好井眼轨迹控制；进行轨迹测量，及时调整工具面做好井眼轨迹控制； (5) 预计距直井洞穴预计距直井洞穴23米水平井停止钻进。直井将仪器起出。井口闸门微开，米水平井停止钻进。直井将仪器起出。井口闸门微开，水平井继续钻进，钻进过程出现泵压下降、井口不返泥浆，直井井口有液体排出现水平井继续钻进，钻进过程出现泵压下降、井口不返泥浆，直井井口有液体排出现象表示连通成功。连通后继续钻进象表示连通成功。连通后继续钻进10米左右，起钻甩掉强磁接头。米左右，起钻甩掉强磁接头。2021/6/7343. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.4 井身质量要求井身质量要求表2.5 井身质量要求表2021/6/7353. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.5 钻井主要设备钻井主要设备2021/6/7363. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.6.1 钻具组合钻具组合表3.7 钻具组合表2021/6/7373. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.6.2 钻柱设计数据钻柱设计数据表3.8 钻柱设计数据表2021/6/7383. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.7 钻井液钻井液 一开：一开： (1) 钻前对钻井液用水进行化验分析，测水的Ca2+、Mg2+，根据含量用Na2CO3、NaOH等进行处理。 (2) 用膨润土粉配制一开钻井液80m3，马氏粘度30s左右即可一开。钻进过程中可加入少量聚合物提高钻井液携砂性能。 (3) 钻至设计井深时循环携砂，保证井眼干净，以便顺利下入套管。 二开：二开： (1) 钻井液处理原则：以PAC-141抑制地层造浆、控制般土含量上升；HMP21降粘、降滤失；FT103改善泥饼质量，降低高温高压失水，防止井壁垮塌，RH8501增加泥饼的润滑性，防止粘卡。 (2) 膨润土钻井液配方：4060kg/m3；Na2CO3：23kg/m3；NaOH：12kg/m3；PAC-141：35kg/m3；HMP-21：1520kg/m3；FT-103：1520kg/m3；RH8501：2025kg/m3。2021/6/7393. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.7 钻井液钻井液 三开：三开： (1) 钻井液处理原则 为保护煤储层，见煤后使用清水钻进，钻井液不允许加入任何对煤储层有伤害的添加剂，原则上不允许使用黄原胶，如遇到井壁坍塌需携带岩屑时，可作为措施使用。但必须直接放掉或用专用装置回收，严禁混入钻井液(清水)中。 (2) 维护处理及要求 加强固控，保证泥浆清洁，控制密度。振动筛筛布使用120目以上筛布，要求配齐除砂器、离心机，运转正常，以更好地控制固相、和保护储层。 发生小的漏失，根据情况可采取静止堵漏方式堵漏，若发生大的漏失，请示后采取适当的措施。 2021/6/7403. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.8 钻井参数钻井参数表3.10 钻井参数表2021/6/741表3.11 各次开钻防喷器及试压要求表二开井口装置二开井口装置3. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.10 煤层气井井控要求煤层气井井控要求2021/6/7423. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.12.1 套管柱设计套管柱设计表3.13 套管柱设计数据2021/6/7433. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.12.2 注水泥设计注水泥设计表2.14 注水泥设计表2021/6/7443. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.15 完井完井 洞穴直井采用215.9mm钻进完钻后，下入177.8mm套管至井底，其中在煤层位置采用184mm玻璃钢套管，用152.4mm钻头通井循环后，用套管段铣工具将玻璃钢套管磨铣掉，然后下入液压伸臂式大直径扩眼器进行造洞穴。 在Z3主支及各分支水平井眼钻进完成后，循环清洗洞穴直井洞穴位置至人工井底（垂深690m）的煤屑。冲洗过程为在洞穴直井中下光钻杆至人工井底，在主井眼中下光钻杆至井深870m（洞穴交汇处井深850m，垂深643.59m），两井眼的钻具连通交叉，两口井同时开泵进行冲洗作业。冲洗完成后在直井洞穴的上方30m悬挂127mm割孔尾管至人工井底封隔煤层洞穴井段，而主井眼则在井深300m处打悬空水泥塞完井。 2021/6/7453. 单翼多分支水平井钻完井工程设计单翼多分支水平井钻完井工程设计3.16 钻井进度计划钻井进度计划表3.18 单翼多分支水平井钻井进度安排表2021/6/746464. HSE与经济评价与经济评价职业卫生职业卫生123安全保障安全保障环保管理环保管理2021/6/7474.1.3 设计依据设计依据石油行业职业安全卫生数据处理要求石油行业职业安全卫生数据处理要求 SY/T5741-1996；石油化工企业职业安全卫生设计规范石油化工企业职业安全卫生设计规范 SH3047-1993；石油天然气安全规程石油天然气安全规程AQ2012-2007；石油天然气钻井健康、安全与环境管石油天然气钻井健康、安全与环境管理体系指南理体系指南 SY/T6283-1997；石油天然气钻井作业健康、安全与环石油天然气钻井作业健康、安全与环境管理导则境管理导则 Q/CNPC53-2001；钻前工程及井场布置技术要求钻前工程及井场布置技术要求 SY/T5466-2004；中华人民共和国职业病防治法。中华人民共和国职业病防治法。所执行的主要法律法规、标准及规范：所执行的主要法律法规、标准及规范：474. HSE与经济评价与经济评价2021/6/748部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！