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1、石油工程设计大赛赛题分析 钻井完井工程部分,钻完井工程设计内容,概述 三压力剖面预测 井身结构设计 钻井装备与设备 钻井工艺技术 钻井液设计与储层保护 固井技术设计 井控技术设计 完井方案设计 钻井周期预测 特殊工艺井钻井工艺技术 （可选）,设计内容可参照 SY/T10011-2006,绪论,主要参考工具书与标准目录 主要参考工具书 钻井甲方手册 石油工程设计 标准 井身结构设计方法SY/T5431 石油天然气工业健康、安全与环境管理体系 SY/T6276 钻井井控技术规程SY/T6426,概述,区域地质构造 构造描述 地层分层与岩性描述 已钻井情况分析 井身结构、钻具组合、钻头使用及钻井参数
2、、钻井液体系及性能 复杂情况、机械钻速与钻井时效等 完井方式 储层特性分析 储层矿物分析 储层物性分析 储层敏感性分析 储层流体性质 储层温度、压力分布 构造钻井难点分析,赛题提示,269m,196m,80.8m,-1118,-1164.6,-1208,D1,D2,D3,S-1106,S-1158,S-1155,赛题提示,D3井产层岩性,D1井地层岩性描述,赛题提示,钻井工艺设计 稠油油藏，井较浅（1400mm左右），井身结构设计、钻柱设计、套管设计、钻井参数设计（水力参数、机械参数）、井控设计等钻井工艺技术设计并不复杂 特别关注完井设计 钻井液技术 防塌和防漏 完井技术 完井方式优选，在网上
3、查新疆稠油油藏完井方式相关资料 是否支持采用支持井壁完井方式？是否做防沙设计？ 如需射孔完井，射孔优化设计，如孔深、孔密的优化设计、射孔枪选择等,赛题提醒,“地层的压力剖面曲线没有给出，但给出了一口探井的测井数据，参赛选手需依据测井数据对相关压力进行预测和计算”（需要进行测井资料解释） 该区块钻井遇到的复杂问题是地层井漏严重，并且地层强度较高，导致钻井速度十分缓慢，钻井周期延长，严重提高了钻井成本，需要对井型以及完井方式进行优选。（需要提出钻井提速的措施） 地层层序中，以砂泥岩为主，注意防塌和防漏。（需要优选钻井液体系及性能）,三个压力剖面预测,三压力剖面预测,地层孔隙压力、地层坍塌压力、地层
4、破裂压力(测井资料计算，现场数据验证) 地层岩石力学参数的确定 （内聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度、抗剪强度） 分层地应力计算（上覆岩层压力、最大水平井主应力、最小水平井主应力） 地层孔隙压力计算 地层坍塌压力 地层破裂压力,三压力剖面预测,地层孔隙压力计算 声波时差法 测量原理 声波时差法测量步骤 建立地层压力剖面,赛题提示,D1井,LOT1：1385m（-1116），出244.48mm套管鞋10m,D1井,LOT2：1438m（-1169），出139.7mm套管鞋8m,赛题提示,赛题提示,D2井,D3井,Rd和Rs主要用来划分渗透性地层，识别油气水层和计算含油气饱和度
5、，计算泥浆侵入深度等等，适用于砂泥岩地层剖面,井身结构设计,井身结构设计需要决定 套管层数 套管下深 套管尺寸与钻头尺寸的配合 水泥返深 套管下深的确定 必封点的约束条件 井身结构设计方法 下深校核,当量泥浆密度,Gp,Gf,正常工况（起钻、下钻）,发生液流时,当量泥浆密度,Gp,Gf,三压力剖面预测与井身结构设计,套管尺寸和钻头尺寸的配合,井身结构设计,生产套管尺寸的确定 套管尺寸maxDc1，Dc2 式中： Dc1：从完井、增产措施要求出发优选的生产套管尺寸 Dc2：从采油要求出发优选的生产套管尺寸。 生产套管尺寸必须同时满足上述两个条件，执行“就大不就小”的原则，即取两者的最大值。,井身
6、结构设计,考虑产量的生产套管尺寸确定方法 气井生产约束的管柱尺寸,图 某气田生产系统分析结果,某气田油管直径和产气量的关系,某气田油管直径和产气量的关系,合适的生产油管直径（内径）为50.3mm或62mm。对应的套管尺寸为139.7mm。,赛题提示,D1井,D2井,D3井,1、油层套管下到产层，射孔完井 2、技术套管下到产层顶部 3、表层套管根据压力剖面确定,钻井装备与设备,钻井装备与设备,钻井井深 最大钩载 井型 大斜度井、水平井由于摩擦力较大，发生复杂、事故的几率更大，选择钻机时应考虑钻机的复杂事故处理能力，最好在井深的基础上提高一个级别。,钻井装备与设备,钻井装备与设备,钻井装备与设备,
7、钻机选型实例 钻机的选择,本井127mm钻杆最大钻深为3145m，88.9mm钻杆最大钻深为3809m，所以可选择4000m钻机。 根据钻具和套管重量对比，该井最大钩载为120t； 4000m钻机的额定大钩载荷为225t，安全系数为1.875，能满足要求。 由于本井为水平井，水平位移大，因此，选择钻机时提高了一个等级，即选择了5000m钻机。,说明：非含硫气井不必配置表中第三部分“硫化氢防护设备”,钻井工艺技术,钻井工艺,钻柱设计 安全系数法、考虑卡瓦挤毁钻杆的设计系数法、拉力余量法 钻头优选方法 岩性分分析 岩石力学参数（抗压强度、内摩擦角） 地层可钻性与研磨性计算 钻头优选方法 钻井参数设
8、计 机械参数设计 水力参数设计,钻井工艺,钻头优选方法 地层可钻性与研磨性计算 利用单轴抗压强度（ ）与抗剪强度（ ）的经验关系式计算： 压入硬度（Hd）计算公式： Hd=84.109 可钻性级值（Kd）和研磨性（GD）的计算公式： Gd=（Kd/3.641）1/0.3173,钻井工艺,钻头优选方法 利用岩石可钻性进行钻头选型,钻井工艺,钻头优选方法 利用岩石抗压强度进行钻头选型,钻井工艺设计实例钻头优选,根据测井资料解释结果优选钻头,钻井工艺,钻井参数设计 机械参数设计 基本原则 软地层采用低钻压、高转速、硬地层采用高钻压、低转速。 牙轮钻压采用高钻压、低转速；PDC钻头采用低钻压、高转速。
9、 下部钻具组合中含有螺杆则采用低钻压，不含螺杆可以采用较高钻压。 定向钻井中在增斜井段可以适当增加钻压，还可以通过调整钻压来调整井眼轨迹。 按照钻头厂家推荐参数选择钻压、转速 按照实钻资料选择钻头类型、钻压、转速,钻井工艺,水力参数设计 压降计算： 管内压耗 ： 环空： 钻头水力参数计算： 钻头压降： 钻头水功率： 射流冲击力： 喷射速度： 喷嘴选择 ：,钻井工艺设计实例钻柱结构与钻井参数设计,311.2mm井眼 钻具组合：311.2mm228.6mm钻铤3柱+203.2mm钻铤3柱+177.8mm钻铤2柱+127mm钻杆 钻压280-300kN，转速80-90r/min，泵压14-18MPa
10、 ，排量50L/s以上。 215.9mm井眼 钻具组合：215.9mm钻头165.1mm 钻铤7柱+127mm钻杆。 钻压180-200kN，转速80-90 r/min，泵压14-18MPa ，排量30L/s以上。 可采用带一只扶正器的大钟摆钻具组合，避免井斜。,钻井工艺设计实例钻井参数设计,水力参数设计,钻井工程设计井控设计,井口装置选择 井控装置可以根据地层压力级别、通径直径、井口防喷器组合形式综合考虑确定 压力级别 套管的抗内压强度 套管鞋处裸眼地层破裂压力 钻井、完井、试采等可能出现的最大地面压力 三者中的最小值为选择压力级别的依据 API规定标准为：防喷器耐压=地层压力-井内流体的液
11、柱压力,参考钻井井控技术规程SY/T6426,钻井工程设计井控设计,组合形式的选择 双密封组合：配备两个单闸板（或一个双闸板），或一个单闸板和一个环形防喷器。这种组合只能适用低压气井井内无钻具也可关井。,钻井工程设计井控设计,压力等级为14MPa时，安装环形防喷器、单闸板防喷器、钻井四通； 压力等级为35MPa时，安装环形防喷器、双闸板防喷器、钻井四通； 压力等级70MPa时，安装环形防喷器、（单闸板防喷器）、双闸板防喷器、钻井四通； 压力等级105MPa时，安装环形防喷器、单闸板防喷器、双闸板防喷器、钻井四通。,钻井工程设计井控设计,防喷器的压力等级原则上应与相应井段中的最高地层压力相匹配，
12、同时综合考虑套管最小抗内压强度的80%、地层流体性质等因素。 压力等级有14MPa、21MPa、35MPa、70MPa和105MPa.不同压力等级，井口防喷器组合是不一样的。 节流管汇的压力等级应与防喷器压力等级相匹配。,钻井工程设计井控设计,一次开钻井口,二次开钻井口,钻井工艺设计井控设计,井控装置试压 套管试压,防斜打直的技术,塔式钻具组合 常规钟摆钻具组合 满眼钻具组合,提高钻速技术,井身结构优化 钻头优选技术 强化钻井参数提高钻速技术 螺杆配PDC钻头复合钻井技术 高转速马达（涡轮或螺杆）带人造金刚石孕镶钻头 欠平衡钻井（气体钻井，低密度钻井、充气欠平衡钻井）,钻井液设计与储层保护,设计应提交的内容,（1）分段钻井液体系、配方及性能设计表 （2）分段钻井液处理与维护技术措施 （3）分段钻井液技术难点提示 （4）钻井液复杂情况预案 （5）固控应用情况设计 （6）钻井液材料计划表 （7）钻井液仪器配置要求表 （8）特殊情况处理方案,钻井液设计基本方法,钻井液设计基本方法,根据地层特点选择钻井液体系易塌地层,三种原因中前两种可以通过调节钻井液性能来加以解决或弱化： （1）选用合理的钻井液密度解决地质原因引起的井壁力学不稳定； （2）强化钻井液的抑制性来弱化物理化学引起的井塌； （3）改变钻井液的渗透压来消除物理化学引起的井塌； （4
