海洋钻井手册

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1、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 4五. 审批程序 4六. 设计更改 4第三节 钻井设计的主要内容

2、 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 5十. 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.

3、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I钻井设计的成文格式16附件II海底调查与土质调查25附件III海洋钻井作业对气象和海况信息的要求26附件W海洋总公司所属移动式钻井平台作业能力28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，

4、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

5、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）；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，

6、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.

7、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

8、。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

9、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

10、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。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

11、. 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。生产井应包括基本数据、地质设计、定向井设计

12、、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

13、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，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

14、设计：由钻井设计工程师或监督以上人员完成。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。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。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。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

15、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。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。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、插桩深度及气隙要求。二. 井身结构设计 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