《石油工程设计大赛》由会员分享，可在线阅读，更多相关《石油工程设计大赛（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、石油工程设计大赛-z3井组钻井工程设计石油工程设计大赛-z3井组钻井工程设计 团队编号： 14203002全国石油工程设计大赛 方案设计类作品 比赛类 别钻完井工程单项组完成日期2014年4月10日全 国石油工程设计大赛组织委员会制 作品简介 本作品包含 单翼多分支水平井Z3井组（包括工程井Z-3H与洞穴井 Z-3V）和直井Z1两口井的钻井设计。其中重点在Z3井组的设计，Z1井的设计思路与Z3井 组中洞穴井设计思路相近，又另外针对其钻 遇多个煤层的 特点和储层保护方面做了适当调整。因此本作品设计思 想主要在Z3井组展示，Z1井仅提供 设计结果。以下作品特点主要针对Z3井组。本作品的主要特点有：
2、（1）从主井眼方位、走向与垂向位置等方面优化轨道设计， 设计 其轨道处于煤层中上部沿最小主应力方向、由构造低 部位向高部位钻 进，以实现产能最大化，同时防止井壁坍 塌、保证安全钻进。（2）由于钻遇煤层存在倾角变化，主井眼与分支井眼钻 遇地层倾 角变化也存在差异，因此优选其控制靶点，确保 其在煤层中上部钻进。（3）从两井连通工艺与降低摩扭出发，优选主井眼剖面 单增至煤 层顶部（85）后降低造斜率进入煤层以便于轨迹 控制；从井壁稳定 性出发，优化分支井眼剖面，设计“降- 增-稳”剖面，同时可达到在 煤层中的最大延伸长度。（4）考虑到两井连通的要求，洞穴井与工程井井身质量 要求较高，而钻遇地层存在多
3、处角度不整合。因此本作品在洞穴井二开井段采用钟摆钻具组合控制井 斜，工程井二开井段采用带“动力钻具+MWD”的钻具组合 实现直井段井斜控制和造斜，一趟钻完成二开。（5）优化三开钻具组合：采用带“动力钻具+LWD+减阻器”的。1钻具组合，防止其 钻出煤层；由于3#煤层埋深较浅，水平段较长，。2三开 为小井眼又以滑动钻进为主，因此施加钻压困难。针对这一问题 本作品设计了倒装钻具组合，并进行了摩 阻系数敏感性分析，确保滑动钻进时在有效施加钻压的同 时造斜段与水平段不发生屈曲；尽可。3能地简化钻具组 合，以利于充气钻井控制与防止阻卡导致井壁垮塌。采用综合应力对定向井段各种工况下的钻柱强度进行校 核。4
4、（6）以控制岩屑床厚度小于井眼直径的10%以内为 基础，对斜井 段的水力参数进行了优化设计。（7）根据煤层气多分支井环空注气工艺建立简化物理模 型；并优选井筒多相流计算方法，在此基础上结合煤层气 欠平衡工艺要求得出模型求解思路与方法，编制了“煤层气 多分支水平井充气欠平衡钻井注气量优化”软件用于注气量 与钻井液排量的优化。（8）利用编制的注气量优化软件，得出不同注气量下合 理的钻井 液排量区间与不同钻井液排量下合理的注气量区 间，并用图表分析方法得到二者的最优组合。（9）根据各开次可能钻遇的复杂情况，优选钻井液体系: 二开。1直井段采用低固相聚合物封堵钻井液体系，加入双 膜承压剂，以防漏 防塌
5、；二开斜井段造斜率较高，采用低 固相聚合物润滑钻井液体系，。2以主要提高造斜段防阻卡 的能力；三开在煤层中钻进，裸眼段长，。3钻井液设计重 点在于井壁稳定、保护煤层，同时要满足井眼净化与润 滑 防卡要求，因此三开采用无土相钻井液体系配合充气钻井保 护煤层；由于煤层亲水，加入防水锁剂以利于钻井液返排; 加入无机盐、降滤 失剂稳定井壁；加入润滑剂、增粘剂增 强其润滑与携岩效果。完井。4解堵，完井采用生物酶无固相完井液，生物酶分 解可降解的有机高分 子聚合物，解除对裂缝的堵塞。（10）针对煤层埋藏浅、温度低、储层压力低、煤层易 受伤害等 特点，优选水泥浆体系与固井技术措施，在配方 中加入早强降失水剂
6、，并采用低密度水泥浆配合常规密度 水泥浆来降低环空的液柱压力。Z3Z3井组钻井工程设计井组钻井工程设计井号井号 Z-3V井井Z-3H井井井别井别生产井生产井工程井工程 井井型井型直井直井单翼多分支水平井单翼多分支水平 井目录第1章设计依据1第2章井位及地质概况2 2.1地质概况.2 2.1.1区块概况2 2.1.2煤层概况.2 2.2井位 及设计要求.3 2.2.1井位及设计要求.3 2.2.2钻遇主要地层 及故障提示.4第3章井眼轨道设计5 3.1煤层气多分支井 轨道优化设计5 3.1.1主井眼方位优化.5 3.1.2走向与垂向位 置优化6 3.1.3井眼剖面类型优选.7 3.2主井眼轨道设
7、计.8 3.2.1靶点确定.8 3.2.2主井眼轨道参数.9 3.2.3主井眼轨道 设计数据.10 3.3分支井眼轨道设计.11 3.4轨道设计投影 图.13第4章井身结构设计16 4.1煤层气多分支井井身 结构优化设计原则16 4.2井身结构设计结果.17第5章 钻具组合设计19 5.1各开次钻柱设计19 5.1.2 一开钻柱设 计19 5.1.3二开钻柱设计19 5.1.3两井连通钻具组合.20 5.1.4三开钻柱设计21 5.1.5全井组钻具组合设计汇总.21 5.2钻柱设计过程示例22 5.2.1 Z-3V二开直井段钟摆钻具 组合设计.22 5.2.2 Z-3H井三开钻具组合设计24
8、5.3钻柱强 度校核.32 5.3.1钻柱强度分析模型.32 5.3.2各开次钻柱强 度校核.33第6章钻井装备选择39第7章钻头及水力 参数设计42 7.1钻头类型选择.42 7.1.1地质分层及岩性描 述.42 7.1.2钻头选型.42 7.2水力参数设计.43 7.2.1水力参 数优化设计方法.43 7.2.2 Z-3V井水力参数优化设计结果48 7.2.3 Z-3H井水力参数优化设计结果.49 7.2.4水力参数优 化设计过程示例50第8章充气欠平衡钻井设计54 8.1环 空充气欠平衡钻井井筒多相流动物理模型的建立.54 8.1.1 物理模型简化与基本假设.54 8.1.2环空内多相流
9、体流动的 压降计算方法.56 8.1.3环空内多相流体流动的空隙率分 析.57 8.1.4环空内多相流体流动的摩阻分析.58 8.2模型求 解思路与软件编制.60 8.2.1模型求解思路与方法.60 8.2.2 充气欠平衡钻井环空注气量优化软件的编制与特点.63 8.3 Z3井环空注气工艺参数优化66 8.3.1基本参数.66 8.3.2环 空注气量优化.66 8.3.2钻井液排量优化.68 8.3.3充气欠平 衡钻井水力参数设计结果.69第9章钻井液设计70 9.1钻 井液体系设计原则.70 9.2煤层气井对钻井液性能的要 求.70 9.2.1煤层气井对钻井液性能的要求70 9.2.2 Z-
10、3H井 钻井液技术难点与优选.72 9.3 Z-3V井钻井液配方确定72 9.3.1 Z-3V井一开钻井液设计.72 9.3.2 Z-3V井二开钻井液 设计.73 9.4 Z-3H井分段钻井液设计74 9.4.1 Z-3H井一开 钻井液设计.74 9.4.2 Z-3H井二开钻井液设计.74 9.4.3 Z-3H 井三开钻井液设计.74 9.4.4 Z-3V和Z-3H井各开次钻井液 配方汇总75 9.5钻井液用量计算.76 9.5.1钻井液用量及材 料计算.76 9.5.2 Z-3H井钻井液及材料用量计算结果.77 9.6 Z-3H井钻井液维护与处理78 9.7复杂情况的预防与处 理.78 9.
11、8煤层保护技术措施.79 9.9环保要求.80 9.10固 相控制措施.80第10章固井设计82 10.1套管柱设计.82 10.1.1有效外载的计算.82 10.1.2表层套管强度设计.85 10.1.3 Z-3V井生产套管强度设计86 10.1.4 Z-3H井技术套 管强度设计.88 10.1.5套管设计结果.91 10.2煤层气井固井 的特点和难点92 10.3煤层气固井技术措施与要点93 10.4 水泥浆体系选择及性能要求.94 10.4.1煤层气井水泥浆体系 选择原则.94 10.4.2各开次水泥浆体系选择及性能要求.94 10.5水泥浆用量.95 10.5.1水泥浆用量计算公式.9
12、5 10.5.2 水泥浆用量计算结果.96 10.6完井措施96第11章油气井 压力控制98 11.1各开次井口装置.98 11.2井控装置试 压.99 11.3井控主要措施100第12章施工重点及质量要 求101 12.1施工重点及技术措施.101 12.1.1轨迹控制.101 12.1.2井壁稳定控制.101 12.1.3悬空侧钻工艺.102 12.1.4 煤层造洞穴.102 12.1.5水平井与洞穴井连通.103 12.2质量 要求.103 12.2.1井身质量要求.103 12.2.2固井质量要求.103 第13章 健康、安全与环保要求105 13.1基本要求.105 13.2 健康、
13、安全与环境管理体系要求105 13.3健康管理.106 13. 4 安全管理106 13.5环保要求.108参考文献110附录A： 井筒多相流基础理论分析.112 1、井筒多相流的有关参 数.112 2、井筒多相流流动模型.113 3、环空内多相流流动 形态分析及判别准则.115第1章设计依据1第1章设 计依据Z3井组（包括多分支井Z-3H与洞穴井Z-3V）钻 井设计主要的引用标准、规范和规定如下：（1） SY/T 10011-2006油田总体开发方案编制指南（2）DZ/T 0250-2010煤层气钻井作业规范（3） SY/T5724-2008套管柱结构与强度设计（4）SY/T 5431-20
14、08 井身结构设计方法（5）SY/T 5234-2004优选参数 钻井基本方法及应用（6）SY/T 5619-2009定向井下 部钻具组合设计方法（7）SY/T 5955-2004定向井井 身轨迹质量（8）SY/T 5435-2003定向井轨道设计与 轨道计算（9）SY/T 5480-2007固井设计规范（10） SY/T 6426-2005钻井井控技术规程 （11）SY/T 6543.1-2008欠平衡技术规范 第1部分：液相（12）Q/SH 0082-2007水平井钻井工程设计要求（13）Q/SH1020 1586-20106充气欠平衡钻井作业规程（14）SY/T 6276-2010石油天
15、然气工业健康、安全与环境 管理体系第2章井位及地质概况2第2章井位及 地质概况2.1地质概况2.1.1区块概况 沁端区块位于沁水 盆地南部，隶属于山西省沁水县，矿区属于中联煤层气有限 责任公司。本区属山区丘陵地貌，以低山丘陵为主。本区为典型的干旱性大陆气候，降雨量较少，冬季气温 较低，年平均降雨量400900mm，年最大降雨量891mm，最大积雪深度212.5mm。年平均气温10.9C，最高37.3，最低-16.3C,最大冻 土层深度0.41m。该区处于张性应力区，地震发生的概率较低，其地震烈度 为6度。2.1.2煤层概况 该井目标煤层3#煤层位于山西组下部， 上距K9砂岩30m，下距K7砂岩
16、8m。厚6.056.6m，平均厚度6.24m。底板标高17.10321.20m。含夹矸05层，一般13层，夹矸厚度不大，总厚度 不超过0.50m，单层厚度小于0.30m，夹矸岩性多为泥岩 或粉砂质泥岩，结构为简单一较简单型，属稳定煤层。为低一中灰、特低硫无烟煤。本区6 口参数井注入/压降试井资料表明，3#煤储层压力 为3.765.94MPa，压力系数为0.6930.808,属于欠压储 层。Z3井组两口井钻遇的煤层数据如表2.1所示：表表2.1 Z3井组钻遇煤层（海拔）井组钻遇煤层（海拔） 井号煤层底板高度（m）煤层纯厚度（m） Z-3V2746.1主井眼 258-3206.1#13206.1#23206.1#33206.1#43186.1#53103206.1 #63003026.1 #72953206.1 #829
