钻井设计.doc

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1、1、基本数据井 名：煤层气1井井 别：煤层气生产井井 型：直井地理位置：省市镇井位座标：X：39.* Y：38.* H：*.*m设计井深：780m 完钻井深：798.20m二1煤层：743748m 厚5m完钻层位：石炭系上统山西组完井方法：套管完井井身结构：311.1mm（0.4200.50）m215.9mm(200.50798.20)m套管程序：244.5mm（0.4200.00)m 139.7mm(0.75798.20)m补 心 高：0.4.00m2、井身结构2.1井身结构确定的原则1.能有效的保护油气层，使不同压力梯度的油气层不受泥浆污染损害。2.应避免漏、喷、塌卡等情况发生，为全井顺利

2、钻进创造条件，使钻井周期最短。3.钻下部高压地层时所用的较高密度泥浆产生的液柱压力，不致压裂上一层管鞋处薄弱的露地层。4.下套管过程中，井内泥浆液柱压力之间的压差，不致产生压差卡套管事故。2.2井身结构设计步骤1.根据地区特点和井的自身条件，确定在保证工程需要的条件下应下几层套管，做出井身结构设计图。2.确定套管尺及相应钻头尺寸。3.确定各层套管的下入深度。2.3一开:井深0.4200.50m。采用311.15mm钻头施工成井，下入钢级J55，规格为244.58.94mm套管，套管总长200.30m，下深200.50m，套管上面与地面平，固井水泥浆返至地面。二开:井深200.50798.20m

3、。采用215.9mm钻头施工成井，测井后下入钢级J55，规格为139.77.72mm套管，套管总长797.50m，下深798.25m，套管上面高于地面0.25m，下入扶正器12组，标志管位于井深744.40747.26m处，阻流环位于井深814.20m处。完井深度815.10m,固井水泥返至井深438.00m，至二1煤层上384.40m。图一 完井井身结构示意图3施工设备序号名称型号出厂日期备注1钻机TSJ-20002001-01石家庄煤机厂制造2井架27mA型/75T2001-01宝鸡石油机械厂制造3天车75T2001-01通化石油机械厂制造4游动滑车75T2001-01通化石油机械厂制造5

4、大钩75T2004-01通化石油机械厂制造6水龙头75T2001-01通化石油机械厂制造7钻井泵TBW1200/7A2003-10石家庄煤机厂制造8动力机1#6135/150HP2002-8无锡动力集团2#12V135/240HP2003-6无锡动力集团9发电机组30KW2004-03上海柴油机厂10测斜仪单点SQD2003-10郑州仕奇公司11泥浆测试仪NY-12006-10上海地质仪器厂施工设备表12.1.3钻具组合钻具组合表 表2序号井段（m）钻具组合一开0.4201311.1mm钻头+159mm钻铤5柱+127mm钻杆根+方钻杆二开201815.45215.9mm钻头159mm钻铤5柱

5、+127mm钻杆+方钻杆4、钻井液4.1钻井液的作用1.冷却和润滑钻头及钻柱;2.清洗井底;3.携带岩屑;4.在地面从钻井液中清除岩屑;5.减少地层损害;6.控制地层压力;7.保持井眼稳定;8.帮助测井;9.减小钻柱,套管和油管的腐蚀;10.减少污染问题;11.减小扭短,阻力和管柱遇卡;12.提高钻速.4.2钻井液的设计步骤1.获得套管程序和孔隙压力;2.从最深处开始找出地地质故障;3.调整钻井液密度;4.在核对井眼尺寸,当量密度和水力参数之后,调节最优粘度.5.按井段确定最大漏失量;6.按区间选择钻井液类型;7.选择其它临界性能;8.核对钻井液设计与整口井设计有无抵触;9.确定所需材料;10

6、.制止防止井漏,井眼复杂问题的应急措施;11.列出所需水,化学剂等的供应计划.一开采用较高粘度和密度的钻井液，泥浆材料以粘土粉、CMC、火碱为主。主要解决大口径钻进的岩屑携带和孔壁保护问题。二开至井深712.00m采用低固相钻井液，以聚丙烯酰胺为主料，辅加纤维素、钾离子防塌剂等，钻井液密度1.05-1.08g/cm3，粘度16-23s；进入煤系地层采用清水钻进，钻井液密度1.011.05g/cm3，粘度18-20s。钻井液性能表 表3井段(m)地层钻井液密度（g/cm3）粘度sPH0.4201第三、四系不作要求201712.00上、下石盒子组低固相1.05-1.0816-238712.0081

7、5.45山西组、太原组清水1.011.0518-2085、钻进参数一开选用三牙轮钻头钻进，采用低钻压、中钻速及小排量，保证一次开眼成功。根据该区设计地层情况，二开合理选择三牙轮或PDC钻头，尽可能提高钻效。钻头使用情况及钻井参数统计见表4。钻井参数表 表4序号钻头钻进参数类型尺寸mm所钻井段m钻压KN转速r/min排量L/s泵压MPa1三牙轮311.10.420153075-10015-210.1-0.32三牙轮215.9201390.97203580-9017-190.2-0.83PDC215.9390.97713.38354080-9019-230.8-1.54三牙轮215.9713.38

8、-815.4540-6080-9019-231.0-1.5质量评价据完钻测井资料分析可知，在井深500.00m处井斜角达到最大值2.17，最大水平位移20m；在井深300.00m处全角变化率最大，为0.92/25m；全井方位均在317357之间变化，闭合方位166.49，未见井身扭曲现象。据完钻测井资料可知，全井井径扩大较小，山西组以上地层平均井径268mm，平均扩大率24；山西组及其以下地层平均井径252mm，平均扩大率16.88%；由于煤层垮塌，全井井径最大处为二1煤底部，深度为745756m，最大井径为544mm，最大扩大率为152%。6录井工程6.1岩屑、钻时录井岩屑录井自二开开始至7

9、12.00m每2m捞取砂样一包，捞取砂样253包；712.00745.00m、777.00m至井底每1m捞取砂样一包，计捞取砂样72包；745.00777.00m每0.5m捞取砂样一包，计捞取砂样64包，全井共捞取砂样389包。钻时录井自207.00开始至700.00m每一米记录一个钻时点，共记录钻时点493点。自700.00开始至815.45m每0.5米记录一个钻时点，共记录钻时点231点。全井共记录钻时724点。6.2钻井液录井非煤系地层，每两小时测定一次密度、粘度。煤系地层及目的煤层段每班做一次全性能测定，每2小时测定一次密度、粘度，符合设计要求。6.3简易水文观测消耗量观测自二开开始至

10、完钻，每班观测二次，共观测116次；每次起下钻进行水位观测，共观测水位7次，起钻后和下钻前水位变化不大。综合全井水文资料无大的涌、漏水现象。6.4质量评价在施工阶段严格按照施工设计、甲方的要求及煤层气的相关规范对原始资料进行录取，及时与甲方汇报和沟通相关信息，施工方尊重和认真按照甲方的指导进行施工，全面、准确记录了各项原始数据，提交资料符合设计要求。7测井工程7.1完钻测井2007年7月22日在钻井完钻后由河南煤田地质局二队进行了第一次测井裸眼井测井，主要目的是划分地层、判断岩性；解释煤层深度、厚度及结构；测量井斜角及方位角；对目的煤层进行固定碳、灰分、水分、和挥发份的重量百分含量分析计算，估

11、算吨煤含气量；求取其它岩层的泥质、砂质和孔隙的体积百分比；对地层进行含水性、渗透性分析；判断含水层等。实测项目及质量见表10。测井解释成果如下：1、地质分层数据表，详见表5。地质分层数据表 表5地层系统测井分层数据系统组底界深度（m）视厚度（m）第四系7171二叠系下统石千峰组191120上石盒子组429238中统下石盒子组647218下统山西组750103石炭系上统太原组79545主要煤层及其顶、底板解释分析表 表9解释分层深度(m)视厚度(m)岩性含水性渗透性备注二1煤顶板733739156中粒砂岩细砂岩弱差二1煤7456煤中差二1煤底板7505粉砂岩弱差7.2套管测井进行套管井测井，主要

12、目的是进行固井质量检查，评价水泥环胶结情况等。测井项目及曲线见表10。测井解释全井固井质量合格，其中固井段第一界面合格率为9.59%，优良率为90.41%；第二界面合格率为13.86%，优良率为86.14%；煤层段第一界面优良率为97.80%，第二界面优良率为98%。7.3质量评价本井测井工作严格按照中华人民共和国地质矿产部行业标准煤田地球物理测井规范DZ/T0080-1993的要求。取全取准第一手资料，并进行了测井资料的计算机精细解释处理。测井技术符合规定容限，测井曲线反映正常，重复性良好，煤层及其它岩层物性特征明显，易于识别。较圆满地完成了测井任务.8固井工程8.1表层套管及固井钻至井深2

13、01m下入表层套管，共下入钢级为J55、规格为244.58.94mm表层套管19根，套管总长205.70m，下深206.10m，套管上面与地面平，表层套管数据见表10。表层套管规格244.58.94mm，套管总长205.70m，下深206.10m，套管上面与地面平。固井段长199.96m，水泥浆密平均度1.80g/cm3，共需干水泥13t，替液8.6m3。8.2生产套管及固井经完钻测井确定二1煤层位置后，开始下生产套管。共下入规格为139.77.72mm套管78根，套管总长813.65m，下深814.40m，套管上面高于地面0.25m，下入扶正器12组，标志管位于井深744.97747.84m

14、处，阻流环位于井深814.20m。套管下入前经仔细丈量，预排顺序。套管下入过程中严格进行洗扣、擦密封油脂、通径、紧扣、下扶正器等工作，下入后认真核实下入井深和井底悬空数据。生产套管固井。固井过程如下:先注隔离液（清水）4m3，接着注水泥浆18.4m3，水泥浆最大密度1.89g/cm3，最小密度1.80g/cm3，平均密度1.85g/cm3，最后注顶替液（清水）9.9m3，碰压10MPa，共用林县G级干水泥23t，上述工作完成后开井候凝。8.3质量评价表层套管候凝48小时后试压，试压压力6MPa，30分钟压降为0MPa。试压后下钻探水泥面，遇阻井深192.00m，水泥塞高14.70m。固井质量合

15、格。生产套管候凝后进行套管井测井，遇阻井深806.10m，水泥返深438m；然后开始试压，试压压力20MPa，30分钟压降为0MPa。依据有关标准及规定，该井的表层套管和生产套管固井质量合格。9主要工程质量保证技术措施9.1防止井塌措施（1）、控制起下钻速度，防止抽吸造成井塌。（2）、起钻时连续灌满钻井液，同时注意观察钻井液总量的变化。（3）、严格控制钻井液的滤失量，防止浸泡地层，造成膨胀坍塌。9.2防斜打直措施（1）把好设备安装质量关，保证天车、转盘中心、井口一条线。（2）采用了合理的防斜钻具组合，确保井眼打直。（3）严格按设计要求跟踪测斜，每50m测斜一次，及时监测井斜情况，确保井身质量。

16、（4）一开、二开钻进适当控制钻压且给压均匀，钻压、转速等参数科学合理，三班一致，防止打斜。10、钻柱设计（1）设计参数：井深800m； 井陉：215.9mm; 钻井液密度：1.29/cm3； 钻压38kn; 井斜角：3拉力余量：200KN； 卡瓦长度：406.4mm；安全系数：1.30（2）钻铤的选择：选用外径158.75mm，内径87.75mm，内径50.70mm 钻铤线重q=1.35kn/m 计算钻铤长度:L=Wmax Sn / q kcosa计算得：L=281.18/1.35cos3=38（m）按每根钻铤10m，需要4根钻铤总长40m选择第一段钻杆（按钻铤），选择外径60.30mm，内径

17、50.70mm最小抗拉载荷Fy=451kn，计算最大许用应力：Fa1=0.9Fy/St=0.9451/1.30=312knFa2=0.9Fy/(1/2)=0.9*451/1.42=285.845knFa3=0.9FyMOP=0.9*451200=205.9kn由上面积算可以看出，拉力余量法所得最小，则第一段钻杆的许用盈利为205.9kn，钻杆长度为：L=Fa1/q1*Kq*Lc/(q*p1) =205.9/(248.69/1000)*0.8540*1.35/(244.69/100) =974189 =785一段钻杆长10m，需要76根钻杆11、地质成果11.1地层11.1.1地层综述该井钻遇的

18、地层自上而下为:第四系，二叠系上统石千峰组、上统上石盒子组，二叠系中统下石盒子组、二叠系下统山西组，石炭系上统太原组。地层分层及厚度数据详见表11。现依据录井和测井资料，将各组地层岩性分述如下。地层系统统组起深（m）止深（m）视厚度（m）系统组第四系0.47170.6二叠系上统石千峰组71191120上石盒子组191429238中统下石盒子组429647218下统山西组647750103石炭系上统太原组75079545综合地质分层数据表 表11第四系:0.471.00m，厚70.6m。为红色粘土，含卵砾石、流沙。与下伏地层呈角度不整合接触。二叠系石千峰组组:71191m，厚120m。以浅灰色泥

19、岩、砂质泥岩，细粒砂岩夹薄层灰紫色泥岩，浅灰色中粒砂岩；底部浅灰色中粒砂岩在区域上广泛分布，为本组标志层与下伏上石盒子组地层呈整合接触。二叠系上石盒子组:191429m，厚238m。以灰色、深灰色砂质泥岩，灰色、浅灰色细粒砂岩为主，其次为深灰色泥岩和浅灰色细粒砂岩。本组地层与上覆上石盒子组地层相比，颜色明显变深，深灰色明显增多。底部灰色细粒砂岩在区域上广泛分布，为本组标志层与下伏地层呈整合接触。二叠系下石盒子组组:429647m，厚218m。以浅灰色、灰色粉砂岩，浅灰色中粒砂岩及煤层为主，其次为灰黑色泥岩、粉砂岩及深灰色砂质泥岩，二1煤层位于山西组下部。本组地层与上覆上石盒子组地层相比，颜色明

20、显变深，地层颜色以深灰色、黑灰色为主。其下伏太原组地层特征显著，容易划分。二叠系山西组:647750m，厚103m。以深灰色泥岩、砂质泥岩及粉砂岩为主，含少量灰黑色泥岩及深灰色石灰岩。石炭系太原组：750795，厚45m。浅灰色细砂岩、中粒砂岩为主，含少量泥岩，该组未穿透。11.1.2实际与设计地层对比地层实际止深（m）视厚度（m）设计止深（m）视厚度（m）厚度差值（m）第四系72727170.61.4石千峰组1981271911207上石盒子组4252344292384下石盒子组6502216472183山西组7551087501033太原组8015179545实际与设计地层对比表 表12通

21、过实钻证实，第四系实际地层厚度比设计厚1.4m，石千峰组地层厚度比设计厚度厚1.4m。上石盒子组地层厚度比设计厚7m，下石盒子组实际地层厚度比设计薄4m，山西组实际地层厚度比设计厚3m，山西组地层厚度比设计厚度厚3m。该井未钻穿太原组地层，其厚度无法的知。从以上分析可以看出，该区块实钻地层与设计基本吻合，说明布井时对该区构造研究的比较充分。11.2煤层该井钻遇的煤层主要为目的煤层二1煤，位于山西组下部，井深745761m，厚6m，黑色，似金属光泽，以亮煤为主，镜煤次之，煤层底板距下石盒子组底界46.75m。煤层顶板为2.20m厚的泥岩和8.55m厚的砂质泥岩；煤层底板为0.73m厚的深灰色泥岩

22、，其下以深灰色砂质泥岩及石灰岩为主。12、HSE管理钻井作业期间及完井后的环境管理按照国家颁布的中华人民共和国水污染防止实施细则、中华人民共和国固体废弃物污染环保防治法和污水综合排放（GB89781996）等各项法规以及当地环保部们的标准要求，制定了防止环境污染、保护环境的相关措施。（1）开钻前做好钻井液池土方工程，钻井液池容量保证大于设计井深的排污容量，钻井液池内铺有塑料薄膜，以防泥浆渗漏。（2）加强井场油料管理，确保井场内无油污，油罐区及管汇无滴漏现象。（3）禁止废水、钻井液、废油品、钻井液处理剂及其它废物流入水体。（4）岩屑废料等不得随意乱仍乱放，要集中存放，集中处理。（5）废水、废钻井

23、液等设置了专门的排放坑，集中排放和处理，并制定了保护水资源和植被的技术措施。钻进过程中不污染草场、水源，加强工业、生活废弃物处理，完井后统一进行掩埋。（6）营地设置充分利用了自然场地，以尽可能减少对环境的不利影响。营地四周严禁扔废弃物，并对生活垃圾进行了集中处理。（7）完井后，采取了有效措施进行井场的清理工作，做到“工完、料净、井场清”，做好井场地貌恢复工作。13、结论与建议13.1结论1、在施工阶段按施工设计及煤层气的相关规范对原始资料进行录取，比较全面记录了各项原始数据，提交了各项资料。2、该井的井身质量基本合格，固井质量合格，符合设计和煤层气钻井工程作业规程（Q/CUCBM0301-20

24、02）要求。3、二1煤层位于井深745751m，厚6m。二1煤层工业参数计算成果(测井解释)：固定碳62.5%、挥发份9.9%、灰份20.2%、水份7.4%、含气量14.96m3/t。4、通过施工，划分了该区的地层剖面，获取了二1煤层的埋深、厚度、水文地质条件等参数。完成了该井的钻井、地质录井、地球物理测井、生产套管固井等工作，为后续射孔压裂及排水试气创造了有利条件达到了该工程的目的。13.2建议对该井二1煤层进行试采，以取得二1煤层的实际产能数据，为在该区以后的煤层气开发积累资料。附表一 基础数据表坐标XXXXX地理位置XXXXXXXXXXX构造位置XXXXXXXXXXX井 别煤层气生产试验

25、井设计井深m800.补心高m0.4完钻原则山西组二1煤层以下50.00m完钻施工单位XXXXX钻机型号TSJ-2000开钻日期完钻日期完井日期完井周期完钻层位XXXXXXXXXXXXXXX太原组（C3t）钻头程序一开钻头直径mm一开钻达井深m二开钻头直径mm完钻井深m311.15216.96215.9815.45钻遇地层代 号QP3Ss/3p/3sP3shP2xP1shP1t实际底深m71191429647750795视厚m70.612023821810345目的煤层二1煤层钻探见止煤深m746753视厚度结构7厚度m6.80采收率测井745.40751.776.376.1止煤点坐标X：Y：H

26、：井底坐标X：Y：H：套管程序名称尺寸mm钢级壁厚mm联入m下深m阻位m水泥返深m试压情况表层244.5J558.941.00200.7地面6 MPa生产139.7J557.720.75815.45814.2054438.0020MPa固井参数水泥用量 t18.40平均密度g/cm31.85替量m39.9碰压10MPa遇阻深度m磁定位（m）固井水泥环质量806.10钻探744.97747.84二1煤层顶330 m合格二1煤层底50m合格 测井744.40747.26井身质量最大井斜井底位移m最大全角变化率井深m井斜()方位()井深m全角变化率（）/25m单点816.152.0测井500.002

27、.17346.7020.00300.000.92备注完井方法：套管完井。附表二 生产套管数据表入井编号钢级厚度（mm）单根长度（m）累计长度（m）下入深度（m）备注浮鞋0.400.4814.401J557.724.945.34814.00浮箍0.265.60809.062J557.726.9612.56808.803J557.7210.9523.51801.844J557.7210.9234.43790.895J557.7210.9045.33779.97扶正器6J557.7211.0556.38769.077J557.7210.0366.41758.02扶正器8J557.7210.1576.

28、56747.999J557.722.8779.43737.84标志管10J557.7210.5589.98734.97扶正器11J557.7210.78100.76724.4212J557.7210.78111.54713.6413J557.7210.60122.14702.8614J557.7210.97133.11692.2615J557.7211.00144.11681.29扶正器16J557.7211.01155.12670.2917J557.7210.88166.00659.2818J557.7210.38176.38648.4019J557.7211.06187.44638.022

29、0J557.7210.55197.99626.96扶正器21J557.7210.64208.63616.4122J557.7210.72219.35605.7723J557.7210.86230.21595.05附表二 生产套管数据表（续）入井编号钢级厚度（mm）单根长度（m）累计长度（m）下入深度（m）备注24J557.7210.72240.93584.19扶正器25J557.7210.67251.60573.4726J557.7210.87262.47562.8027J557.7211.00273.47551.9328J557.7210.82284.29540.9329J557.7210.

30、63294.92530.11扶正器30J557.7210.80305.72519.4831J557.7210.98316.70508.6832J557.7211.04327.74497.7033J557.7210.53338.27486.6634J557.7210.86349.13476.13扶正器35J557.7210.89360.02465.2736J557.7210.79370.81454.3837J557.7210.88381.69443.5938J557.7210.93392.62432.7139J557.7210.65403.27421.78扶正器40J557.7210.33413

31、.60411.1341J557.729.80423.40390.8042J557.7210.62434.02391.0043J557.7210.63444.65390.3844J557.7210.58455.23369.75扶正器45J557.7210.72465.95359.1746J557.7210.19476.14348.4547J557.7210.60486.74338.2648J557.7210.47497.21327.6649J557.7210.40507.61317.19扶正器附表二 生产套管数据表（续）入井编号钢级厚度（mm）单根长度（m）累计长度（m）下入深度（m）备注50J

32、557.7210.95518.56306.7951J557.7210.62529.18295.8452J557.7210.40539.58285.2253J557.7210.80550.38274.8254J557.729.94560.32264.02扶正器55J557.7210.59570.91254.0856J557.7210.33581.24243.4957J557.7210.45591.69233.1658J557.7210.60602.29222.7159J557.7210.57612.86212.1160J557.7210.46623.32201.5461J557.7210.556

33、33.87191.0862J557.7210.55644.42180.5363J557.7210.14654.56169.9864J557.7210.97665.53159.8465J557.7210.12675.65148.8766J557.7210.58686.23138.7567J557.7210.49696.72128.1768J557.7210.33707.05117.6869J557.7210.70717.75107.3570J557.7210.78728.5396.6571J557.7210.79739.3294.8772J557.7210.79750.1184.0873J557.7210.97761.0874.2974J557.7210.32771.4063.3275J557.7210.94782.3453.0076J557.7210.80793.1442.0677J557.7210.75803.8931.2678J557.729.82813.7120.5179J557.729.94823.6510.69联入0.75 井场布置示意图16