1、作品简介作品简介 本次钻完井设计研究目标为以直井 W10 为基础钻一孔侧向水平井，且要求穿过靶点 1 和靶点 2，难点在于靶点 1、靶点 2 与直井 W10 不在一个平面内。本设计在完成设计要求的 前提下提出了一套有效、安全、经济的设计方案。 （1）井眼轨道设计 侧井采用两段式井眼剖面轨道，绘制了井眼剖面图。 （2）井身结构设计 设计了满足压力约束条件的井身结构，绘制了井身结构示意图 （3）钻井液设计 选择了各井段钻井液体系，确定了各井段钻井液配置，针对储层性质，提出了完井液的 储保护措施 （4）钻柱设计 钻具组合必须满足剖面设计要求，以充分提高钻井速度。 （5）机械破碎参数设计 适应地层特点
2、，提高效率。 （6）固井与完井设计 得到各层套管固井设计结果，确定了各层套管固井施工程序。 （7）HSE 要求 确定了 HSE 管理体系中有关健康、安全、环保的有关要求。 钻完井工程设计钻完井工程设计 第第 1 章章 地质概况地质概况 1.1 自然地理概况自然地理概况 现有 XXX 油田某区块， W1-W8 为 8 口生产井，已经投入生产多年，目前开发面临 着诸多问题。 W9、 W10 为评价井。 W1-W8 中，仅 W7 曾经进行过强化注水。10 口井 井位大地坐标见表 1-1，井位分布见图 1-1。该区域地势比较平坦，主要地貌为波状起伏的 低平原，海拔高度在 131.77m-141.93m
3、。境内无山岭、丘陵和河流，而多自然泡泊，排水不 畅。夏季雨热同期，冬季寒冷漫长，气温变化急剧且多风沙。年平均气温 3.4，一月份平 均气温-19.1，七月份平均气温 22.9，最高气温 37.4，最低气温-36.2。年降雨量 445mm 左右，降水主要集中在夏季，属于北温带大陆性季风气候。该区周围有居民点，附 近有铁路穿过，交通便利。移动、联通网络均覆盖该地区，通讯发达。该区域生产井集输管 网拓扑结构如图 1-2 所示 表 1-1 W1-W10 井位大地坐标 井号 Y（m） X（m） W1 11023520 1007920 W2 11023419 1008309 W3 11023332 100
4、8646 W4 11023227 1009067 W5 11023277 1007249 W6 11023080 1008020 W7 11022880 1008798 W8 11022825 1009439 W9 11022826 1010300 W10 11023257 1010200 图 1-1 XXX 油田某区块井位分布图 图 1-2 W1-W8 集输管网拓扑结构示意图 1.2 区域地质概况区域地质概况 1.2.1 地层分层地层分层 本区钻遇地层自上而下划分为第四系和白垩系， 缺失第三系地层。 白垩系地层从上到下 还可分为 A、B、C、D、E、F 六个地层详细的地层厚度及岩性岩相描述如
5、下（自上而下） ： （1）第四系地层：厚度 55-90m，主要岩性为粉砂与杂色砂砾层，河流相； （2） 白垩系 A1 层：厚度 78-196m，主要岩性为灰绿、紫红色泥岩、粉砂质泥岩， 滨湖相； （3） 白垩系 A2 层：厚度 97-165m，主要岩性为灰绿色泥岩、粉砂质泥岩与灰色泥 质粉砂岩，半深-浅湖相； （4）白垩系 B 层：厚度 90-170m，主要岩性为灰绿色泥岩、紫红色泥岩、粉砂岩与 紫灰色泥质粉砂岩，河流相； （5） 白垩系 C1 层：厚度 92-160m，主要岩性为紫红、灰绿色泥岩、灰色泥质粉砂 岩和粉砂岩，河流-滨湖相； （6）白垩系 C2 层：厚度 100-170m，主要岩
6、性为灰黑色泥岩，夹紫红色泥岩及灰色 粉砂岩、泥质粉砂岩，滨湖-浅湖相； （7） 白垩系 C3 层：厚度 72-150m，主要岩性为黑灰色泥岩、泥质粉砂岩与棕灰、 灰色粉砂岩和细砂岩，半深-深湖相； （8） 白垩系 C4 层： 厚度 94-121m， 主要岩性为灰黑泥岩和含油页岩， 半深-深湖相； （9） ， ； （10）白垩系 D1 层：厚度 79-120m，主要岩性为黑灰色泥岩、泥质粉砂岩，滨浅湖 相； （11）白垩系 D2 层：厚度 95-130m，主要岩性为绿灰色泥岩与棕色粉砂质泥岩，三 角洲相； （12） 白垩系 E1 层：厚度 199-358m，主要岩性为灰黑、深灰色泥岩、泥质粉砂岩
7、， 滨浅湖相； （13）白垩系 E2 层：厚度 52-80m，主要岩性为黑色泥岩，半深-深湖相； （14）白垩系 F1 层：厚度 70-100m，主要岩性为灰色泥岩、灰色泥质粉砂岩，河流- 滨浅湖相； （15） 白垩系 F2 层：厚度至少 370m，主要岩性为粉砂质泥岩与灰色泥质粉砂岩， 河流-滨浅湖相。 1.2.2 构造特征构造特征 本区块主要构造类型为背斜。 构造的西翼地层倾角约为 5 ， 东翼地层倾角约为 3 。 区域内主要发育正断层。断裂活动主要分为两期，主要从以下方面做出阐述： （1）断裂走向 区块断裂走向自下而上总体趋势有些类似，主要以北西向为主，倾向以北东向为主，少 部分断层倾向
8、为北西向。 （2）断裂密度 区块断裂密度自上而下是逐渐增大的。第一期断裂活动断裂密度较大，一般在 0.2 条 /km2-0.9 条/km2；第二期断裂活动断裂密度较小，一般在 0.11 条/km2左右。 （3）断裂规模 第一期断裂的断距一般为 40m 以下，延伸长度普遍小于 3km； 第二期断裂的断距同 为 40m 以下，但其延伸长度可达 4km。 （4）断裂构造带特征 区块断裂的展布虽然总体上是北西走向， 但是同一方位的断裂一方面成带分布， 一方面 带的展布特征也存在明显的不同。 区块共发育三组走向的断裂构造条带， 其一是北北西走向 断裂构造带共 7 条，条带断续延伸范围较大，组成构造带的断
9、裂呈现右阶斜列特征，断续 的带与带之间也为右阶排列， 反映左旋变形； 其二是北西西-近东西向断裂构造带共 11 条， 条带延伸较短，组成带大断裂呈现左阶排列特征，反映右旋变形，该走向的断裂构造带一般 限制了北北西向断裂构造， 使北北西向断裂构造带断续延伸； 其三是近南北向断裂构造带 5 条，主要发育在靠近次级背斜的转折端，转折端部位在晚期反转变形中主要发生背形弯曲。 第第 2 章章 钻孔资料及钻孔资料及钻进钻进要求要求 以 W10 为基础钻一口侧钻井， 要求穿过两个靶点， W10 基础信息和靶点位置见下表， 请给出合理的钻井工程设计。 表 2-1 W10 基础信息和靶点位置 井号 W10 靶点
10、 1 坐标 X 1009832 靶点 2 坐标 X 1009635 Y 11023227 Y 11023126 垂深(m) 1090m 垂深(m) 1100m 地层倾角() 2.04 地面海拔 m 136.00 预计补心距 m 5.00 W10 井身结构如下表： 表 2-2 W10 井身结构 开钻次 序 井深 m 钻头尺 寸 mm 套管尺 寸 mm 套管下 入深度 m 环空水 泥浆返深 m 一开 101 374.4 273.1 100 地面 二开 1320 215.9 139.7 1317 981 地层重要情况提示见下表： 表 2-3 地层重要情况提示 地层 复杂情况提示 第四系 防漏防塌 A
11、 A1 A2 防漏防塌 B B 防漏防塌 C C1 防塌防斜 C2 C3 C4 防塌防斜 C5 D D1 防油水侵 D2 防油水侵+可能的防 塌 E E1 防油水侵+防塌 E2 F F1 防油水侵+防塌 F2 第第 3 章章 井眼轨道设计井眼轨道设计 3.1 轨道设计轨道设计遵循原则遵循原则 根据井口坐标和给出的靶点坐标设计井眼轨迹。 应遵循以下原则： 满足地质和生产的需 要；满足钻完井管柱和工具的要求；考虑地质因素影响的前提下，选择剖面简单、易于施工 的井眼轨迹。 3.2 侧钻井侧钻井轨道设计应注意的要点轨道设计应注意的要点 （1）平台位置优选 平台位置优选除考虑总井深和总水平位移最小的一般
12、性原则外，还应考虑单 井的工程风险及其他限制条件，相关考虑因素如下： 1）现有设备能力和工艺技术必须满足丛式井作业要求。 2）考虑潜力区并兼顾周边油田开发。 3）考虑依托周边已有工程设施，如海管及附近可利用的生产设施。 4）尽量避开古河道、埋积谷等易发生复杂地质灾害的区域。 5）单井最大水平位移和井深在可接受范围内，尽量减少三维井和高水垂比井。 6）考虑复杂地层，如浅层气和断层的因素影响。 7）尽可能避免绕障作业。 （2）造斜点和造斜率 造斜点应尽量选在稳定、均质、可钻性较高的地层，造斜点深度的选择应考 虑如下几点： 1）推荐相邻井的造斜点深度错开 30m 以上，防止井眼间窜通和磁干扰。 2）
13、位移小的井，选择深造斜点；位移较大的井，选择浅造斜点。 3）如最大井斜角超过采油工艺或常规测井的限制或要求，应尝试提高造斜点 或增加设计造斜率。 4）通常各井的设计造斜率范围为(2.1 4.8)/30m。 5）尽量使稳斜角不小于 15 。 根据区块地质情况及开发需求， 本区块采用侧向水平定向井， 钻孔轴线轨迹组合方式为 直线曲线直线型。 3.3 井身剖面设计依据井身剖面设计依据 (1) 应能实现钻定向井的目的。对于薄油层以及裂缝性油层，为了增大泄油面积，扩 大开发效果，提高产量，往往设计成多底井或水平井。由于本区老井孔 W10 与靶点 1 和靶 点 2 不在同一平面内，采用两次造斜曲线。 (2
14、) 应尽可能利用地层的造斜规律。利用地层的造斜规律，可减少人工造斜的困难， 进而降低工作量。随着地层造斜面的上倾，井斜的自然变化大多有逐步增加的趋势。 (3) 应有利于采油工艺的要求。考虑到采油工艺的工具在井下较小，因此要求井眼曲 率也不宜过大，进入油层时的井眼曲率也应尽可能的小，最好为铅垂进入，从而改善抽油杆 在地层中的工作条件，利于封隔器在套管内坐封以及进行其他增产措施。 (4) 应有利于安全、优质、快速钻井。为了确保安全、优质、快速钻进，应考虑的问 题有以下几点： 选择合适的井眼曲率。 首先井眼曲率不宜太大或太小。 过小时以造成造斜段钻进时间 长，导致稳斜段短，会造成方位调整回旋余地小的
15、问题。而过大则会造成钻具偏磨严重，起 下钻困难的问题；同时因容易磨出键槽而导致卡钻；并且会给其它井下作业造成困难。为了 钻井顺利进行，应该将最大井眼曲率数值限制为： 井眼弯曲会使套管产生附加弯曲应力。为了保证套管安全，必须限制井眼曲率。这个 限制的值取决于允许的附加弯曲应力【】的大小，且应满足下式 由于允许的附加弯曲应力【】取决于套管的实际受力状态，因此无法预先给定允许附 加弯曲应力【】 。可以先根据给定的最大井眼曲率，计算出附加的弯曲应力： 在进行套管柱强度设计时，将附加弯曲应力考虑在内。 选择易钻的井眼形状。在满足工艺以及设计要求的前提下，尽可能缩短井眼长度，因 为井身短则可能钻井时间短。
16、但也要注意井身短往往施工难度较大。 选择恰当的造斜点。 造斜点应选在比较稳定的地层， 岩石硬度不太高， 不能有易坍塌、 易膨胀的地层，也不能有其它复杂地层。在丛式钻井中，相邻井不要在同一深度处造斜，造 斜点应上下错开，以免井眼相交。 3.4 井眼轨迹设计基础数据井眼轨迹设计基础数据 本设计的侧向水平定向井，目的层为白垩系 D1 层：厚度 79-120m，主要岩性为黑灰 色泥岩、泥质粉砂岩，滨浅湖相，其上地层为白垩系 C5 层：厚度 93-165m，主要岩性为 灰黑色泥质和含油页岩，半深-深湖相，此地层适合造斜。所以选取造斜点为老井 W10 垂直 深度为 Dkop =950m。 表 3-1 井口
17、及靶点坐标资料 X Y Z(深度) 井口坐标 1010200 11023257 1421 靶点 1 1009832 1009832 1090 靶点 2 1009635 11023126 1100 井眼轨道剖面如下图： 图 3-1 井眼轨道剖面图 井口坐标投影 井口 靶点 1 坐标投影 靶点 2 坐标投影 造斜点 靶点 1 靶点 2 直井 W10 侧井 第第 4 章章 侧井侧井井身井身结构设计结构设计 4.1 井身结构设计依据井身结构设计依据 （1）根据井身结构设计方法 （ SY/T5431-1996 ） 。 （2）依据已钻井实钻资料。 4.2 设计原则设计原则 （1）能有效地保护油气层，使不同
18、地层压力的油气层免受钻井液损害； （2）能避免漏、喷、塌、卡等井下复杂情况的产生，为全井安全、顺利地钻进创造条 件，以获得最短的建井周期； （3）钻下部地层采用重钻井液时，产生的压力不致压裂上部最薄弱的裸露地层； （4）下套管过程中，井内钻井液柱的压力和地层压力之间的压力差，不致产生压差卡 套管现象； （5） 当实际地层压力超过预测值使井出现溢流时， 在一定范围内， 允许进行压井施工。 （6）应充分满足钻井、完井生产需要以及获取参数的需要。 （7）所采用的所有钻井工艺技术应有利于保护煤储层。 （8）充分考虑到出现漏、涌、卡、塌等复杂情况的处理需要（一般应留有余地） ，以 实现安全、优质、快速、
19、低成本钻井。 （9）应尽可能的简化井身结构，以降低成本和避免工程失误。 井身结构的设计在满足勘探开发要求的前提下，还应遵循安全作业和经济性的原则： 1）满足勘探和开发要求 对于探井，井身结构设计应满足地质取资料要求 （如：取心、测井、测试和加深等） ， 考虑探井作业的不确定性，应尽量预留一层技术套管。 对于开发井，井身结构应满足完井、采油及增产作业的要求；为有效的保护油气层， 可考虑必要时增加一层技术套管。 2）压力平衡原则 压力平衡是井身结构设计的基本原则， 在各井段均应满足压力平衡。 套管下深确定原则 是：保证下部井段钻进、起下钻及压井作业中不压裂套管鞋处裸露地层。 3）安全作业原则 满足
20、相关法律、法规、标准和技术规范要求。 尽量避免同一裸眼井段存在两套压力体系和漏、喷、塌、卡等复杂情况并存。 井身结构设计应满足井控作业要求，包括安装分流器、防喷器及井控压井作业等。 井内钻井液液柱压力和地层压力之间的压差，不致产生压差卡钻和卡套管等事故。 如钻遇浅层气，井身结构设计应满足浅层气钻井要求。 保证钻井作业期间的井眼稳定， 应考虑易漏地层对井壁稳定的影响； 当钻遇不稳定地 层时， 井身结构设计应考虑该井段作业时间尽量小于井眼的失稳周期； 应考虑盐岩层和塑性 泥岩层等特殊地层的影响。 水井身结构设计应充分考虑地层压力窗口和潜在的钻井地质风险， 应特别关注浅层地质灾害，如浅层流和浅层气等
21、问题，制定相应的应急措施和备用套管。同 时， 必须考虑深水水下井口系统， 深水水下井口系统设计和选择的关注点在于井口的工作压 力、套管层次、轴向的承载能力、抗弯能力、可靠性和针对浅层地质灾害的特殊设计。 4.3 设计步骤设计步骤 （1）绘制待钻井的压力梯度曲线图； （2）确定井身结构的设计系数； （3）确定各层套管的尺寸； （3）确定各层套管的下入深度。 4.3.1 压力预测分析压力预测分析 对 D1、D2 层的油藏温度、压力测试结果见下表： 表 4-1 D1、D2 层地层资料 海拔深度 （m） D1 地层温 度（） D2 地层温 度 D1 地层压 力（MPa） D1 地层破 裂压力 （MPa
22、） D2 地层压 力（MPa） D2 地层破 裂压力 （MPa） -803.00 42.10 10.32 -826.00 45.39 10.77 -844.00 44.00 10.86 -892.00 46.57 11.41 -915.00 46.76 11.76 -967.00 48.14 50.36 11.99 -981.00 49.94 51.89 12.16 -1010.00 50.87 53.21 12.53 26.10 -1026.00 52.29 54.37 12.69 27.20 10.36 -1032.00 52.42 54.39 12.72 23.50 10.51 -106
23、3.00 53.18 55.88 13.01 24.10 11.63 -1088.00 54.55 56.93 27.60 12.47 -1094.00 54.61 57.43 23.00 12.79 -1105.00 55.11 58.26 29.00 13.67 26.70 -1125.00 59.01 25.00 13.95 28.10 -1136.00 59.48 14.56 27.80 -1174.00 60.87 15.82 27.10 -1183.00 61.79 27.50 -1194.00 62.32 26.50 -1200.00 62.82 30.00 -1232.00 6
24、3.98 25.30 -1245.00 64.95 28.40 -1249.00 65.02 28.60 图 4-1 D1、D2 地层地层破裂压力、地层压力图 由上图可知可知 D1，D2 层压力、破裂压力判断 D1，D2 层为正常压力层，且安全窗口 非常大。 4.3.2 设计系数及取值范围设计系数及取值范围 在井身结构设计中除计算作用在井内的液柱压力外， 还应确定设计系数取值范围。 （1）抽汲压力梯度一般有井下实测得，=0.0240.048g/cm。 （2）激动压力梯度一般有井下实测得，=0.0240.048g/cm。 （3）地层破裂安全增值由地区统计资料得到，=0.030.06g/cm。 （
25、4）井涌条件允许值由地区统计资料得到，=0.050.08g/cm。 （5）最大回压由工艺条件决定， =2 4 。 -1260 -1240 -1220 -1200 -1180 -1160 -1140 -1120 -1100 -1080 -1060 -1040 -1020 -1000 -980 -960 -940 -920 -900 -880 -860 -840 -820 -800 -780 -760 -740 -720 -700 010203040 地层破裂压力 地层压力 垂深 （m） 压力 （MPa） （6）正常压力地层压差卡钻临界值， =a 15 20 。 （7）异常压力地层压差卡钻临界值由
26、地区压差卡钻资料统计得到， =21 23 。 4.3.4 井身结构设计井身结构设计 本次钻完井设计为侧井钻完井设计，所以以下设计仅为侧井井身结构设计。 按照井身结构的设计原则， 根据实钻井测井数据提示， 设计了一种井身结构方案。具 体的设计数据如下所述。由于该区块的安全窗口较大， 故可快速而安全地钻穿地层直到靶 点 1 和靶点 2， 为了简化套管层次、缩短钻井周期和节约钻井成本采用了二开的井身结构 设计。根据实际地层资料显示，白垩系 C5 层：厚度 93-165m，主要岩性为灰黑色泥质和 含油页岩，半深-深湖相，该地层主要为泥页岩且含有石油资源，易发生水化膨胀，将会导 致井壁失稳， 所以将表层
27、套管的下入深度设计为 300m ， 技术套管下至目的层上部 1090m ， 三开采用割缝衬管的完井方式，衬管下深 1090 1100m 。 表 4-2 开钻次序表 开 钻次序 钻头 尺寸 mm 井 深 M 垂 深 M 套管程序 水 泥返深 套管 尺寸 mm 套 管下入 地 层层位 套管 下入井段 M 一开 215.90 280 950 244.50 C5 9501230 地面 二开 152.4 750 1090 D1 12301620 4.3.5 侧井井身结构设计说明侧井井身结构设计说明 （1）一开采用 215.90mm 的钻头钻穿 C5 层至 1230m ，封隔 C5 地层（该地层主 要是以
28、泥页岩为主） ，下入 244.5mm 表层套管封堵该泥岩地层，防止由于油化作用 产生井壁失稳的复杂情况，安装井口装置，为二开钻进提供井控支撑。 （2） 二开采用 152.4mm 钻头在目的层钻进由靶点 1 至靶点 2， 下入割缝衬管完井。 4.4 井壁稳定性分析井壁稳定性分析 井壁不稳定分为两种情况：一是井壁坍塌，从力学的角度来说，造成井壁坍塌的原由主 要由于井内液柱压力较低， 使得井壁周围岩石所受应力超过岩石本身的强度而产生剪切破坏 所造成。此时，对于脆性地层会产生坍塌掉块，井径扩大，而对塑性地层，则向井眼内产生 塑性变形，造成缩径；二是地层破裂，从力学上说，地层破裂是由于井内泥浆密度过大使
29、岩 石所受的周向应力超过岩石的抗拉强度而造成。 结合本次赛题资料分析， 此侧钻井影响井壁稳定性的主要为油水入侵， 因此在钻进时应 重点考虑防治油水入侵钻孔。 5 章章 钻柱钻柱设计设计 5.1 钻具组合设计的原则和依据钻具组合设计的原则和依据 （1）钻具组合必须满足剖面设计要求； （2）设计的钻具组合应使摩阻达到最佳； （3）充分发挥复合钻井技术的作用，即采用单弯螺杆定向钻进和转盘钻进。因此 ,当 实际造斜高于剖面设计造斜率时， 可开动转盘稳斜钻进一段后再定向造斜， 以充分发挥钻头 和工具的能力，提高钻井速度； （4）改变钻具组合时应考虑钻具刚性的影响； （5）设计与使用的钻具组合必须满足强度
30、与施工要求。 5.2 钻柱设计钻柱设计 （一） 、一开斜井段（ 9501230m ） 井斜角： 087.2 造斜率： 19.24 o/30m 推荐钻具组合：定向钻具组合： 215.9m 钻头 +172mm 单弯动力钻具 + 178mmMWD 无磁循环短节 0.89m+ 179mm 无磁钻铤 9m+179mm 无磁转换接头+ 127mm 无磁承压钻杆 9m+ 127mm 加重钻杆 +127mm 斜台阶钻杆 +127mm 钻杆。 钻进参数：定向钻进：泵压 18 21 MPa ；压差 11.5Mpa ；排量 28-30L/S。 表 5-1 钻柱选择表 开钻 次序 一开 井段（m） 9501230m
31、密度（g/cm3） 1.10 1.19 钻具 组合 钻 具 名 称 规格型 号 外径 mm 内径 mm 长度 M 累计 长度 M 累计 重量 kN 抗拉 抗挤 抗拉 余量 kN 斜 坡 钻 杆 S135 127 108.6 510 1230 456 2.8 3 1420 加 重 钻 杆 S135 127 76.2 9.5 30 326.7 273 无磁钻铤 177.8 71.4 9.1 37.3 62.7 无 磁 转 换 接头 177.8 无磁钻铤 177.8 71.44 9.1 18.2 47.2 MWD 无磁循环 短接 17 8 0. 89 止回 阀 17 2 0. 5 9. 1 单弯 动
32、力钻具 17 2 8. 1 8. 6 1 6.1 三牙 轮钻头 21 5.9 0. 5 0. 5 单弯 动力钻具 型号： 5LZ197 7Y ，钻具重： 1610Kg 无磁 钻铤 钻铤重： 1554Kg （二） 、二开水平段： （1230 1620m ） 推荐钻具组合： 152.4mm 钻头 +120mm1.0 o 单弯动力钻具 +120mm 无磁钻 铤 9m+LWD （自然伽玛） +88.9mm 无磁承压钻杆 9m+ 88.9mm 斜台阶钻杆 + 88.9mm 加重钻杆 + 88.9mm 钻杆 钻进参数：钻压 60 80kN ；螺杆 +30r/min ；排量 16-18L/S。 第第 6 章
33、章 钻机选择钻机选择 6.1 钻井设备选取依据钻井设备选取依据 钻井设备的选择应符合 SY/T5375 中的规定。 6.2 钻井设备选取原则钻井设备选取原则 选用钻机类型的提升能力应是相同井深直井的钻机的 1.5 倍， 转盘最低转速可达 40r/min 以下。 国内外油田选择钻机一般以钻机公称钻深或者最大钩载作为选择钻机的主要 参数。所选择的钻机最大钩载能完成下套管和解除卡钻的任务，并保证有一定的超深能力。 本井设计钻深 1620m ，依据钻机选择原则，钻机设备负荷能力、钻达深度及配置应能 够满足 1620m 钻井的需要，同时为了易于处理井下复杂情况和提高钻速等。若能够接通交 流电， 建议选择
34、宝鸡石油机械有限公司的 ZJ30/1700DB 型交流变频电驱动钻机， 其参下表： 表 6-1 钻机参数表 钻机型号 ZJ30/1700DB 名义 钻井 深度 m 114mm 钻杆 1600 3000 127mm 钻杆 1500 2500 最大钩载 kN 1700 大钩速度 m/s 01.1 提升系统绳数 10 钻井钢丝绳直径 mm 29 最大快绳拉力， kN 210 钻机型号 ZJ30/1700DB 绞车 型号 JC30DB 额定功率 KW 600 档数 2 档，无级调速 刹车 液压盘刹 +能耗制动 液压盘刹 +电磁涡流辅刹或 EATON 辅 刹 天车型号 TC170 游车型号 YG170
35、提升系统轮径， mm 1005 大钩型号 YG170 水龙头 型号 SL170 中心管直径， mm 64 转盘 开口直径， mm 520.7 档数 2 档，无级变速 驱动方式 独立电驱动或复合驱动 井架 型号 K ， A 有效高度， m 33 ， 41 额定载荷， kN 1700 底座 型号 叠箱 钻台高度， m 5 ， 6 钻台高度， m 3.8 ， 4.8 钻井泵 型号 台 数 F-1300 1 驱动方式 交流变频电驱动 电控方式 AC-DC-AC 一对一控制 总装机功率， KW 2 400+810 第第 7 章章 机械破碎参数设计机械破碎参数设计 7.1 钻头选型钻头选型 7.1.1 钻
36、头选型依据钻头选型依据 （1）设计原则：根据地层可钻性选择钻头。 （2）钻头选型设计：由于缺乏钻头选型所需的岩石力学等资料，因此地层岩性是最重 要的钻头选型资料。岩性剖面如下表。 表 7-1 地层岩性特征表 地层 地层特点 第四系地层 主要岩性为粉砂与杂色砂砾层，河流 相； 白垩系 A1 层 主要岩性为灰绿、紫红色泥岩、粉砂质 泥岩，滨湖相； 白垩系 A2 层 主要岩性为灰绿色泥岩、 粉砂质泥岩与 灰色泥质粉砂岩，半深-浅湖相 白垩系 B 层 主要岩性为灰绿色泥岩、紫红色泥岩、 粉砂岩与紫灰色泥质粉砂岩，河流相 白垩系 C1 层 主要岩性为紫红、灰绿色泥岩、灰色泥 质粉砂岩和粉砂岩，河流-滨湖
37、相 白垩系 C2 层 主要岩性为灰黑色泥岩， 夹紫红色泥岩 及灰色粉砂岩、泥质粉砂岩，滨湖-浅湖相 白垩系 C3 层 主要岩性为黑灰色泥岩、 泥质粉砂岩与 棕灰、灰色粉砂岩和细砂岩，半深-深湖相 白垩系 C4 层 主要岩性为灰黑泥岩和含油页岩， 半深 -深湖相 白垩系 C5 层 主要岩性为灰黑色泥质和含油页岩， 半 深-深湖相 白垩系 D1 层 主要岩性为黑灰色泥岩、泥质粉砂岩， 滨浅湖相 白垩系 D2 层 主要岩性为绿灰色泥岩与棕色粉砂质 泥岩，三角洲相 白垩系 E1 层 主要岩性为灰黑、深灰色泥岩、泥质粉 砂岩，滨浅湖相 白垩系 E2 层 主要岩性为黑色泥岩，半深-深湖相 白垩系 F1 层
38、 主要岩性为灰色泥岩、灰色泥质粉砂 岩，河流-滨浅湖相 白垩系 F2 层 主要岩性为粉砂质泥岩与灰色泥质粉 砂岩，河流-滨浅湖相 由以上可知，地层岩性为泥岩、页岩，因此砖头选择如下： 表 7-2 钻头使用表 序号 自 m 至 m 钻头类型 1 0 72.5 HJT537GK 2 72.5 1620 HA637 7.2 钻压、钻速的优选钻压、钻速的优选 7.2.1 钻压、转速确定的一般原则钻压、转速确定的一般原则 钻压、转速的选择取决于所钻地层岩性，钻头自身的力学机械特性，下部钻具组合。钻 压（ W ） 、转速（ n）选择的原则： （1）软地层采用低钻压、高转速； （2）硬及中硬地层、深部地层采
39、用高钻压、低转速； （3）钻头安全承载能力一般取 0.6 0.8kN/mm ，对不同类型、范围的钻头厂家均有 推荐值。 （4）HD 、 PDC 、TSP 钻头钻压、转速选择按厂家推荐值。 （5）除密封滑动轴承，均可以采用高转速。 7.2.2 采用最优关系方程确定钻压、转速采用最优关系方程确定钻压、转速 根据 Amoco 钻速方程，牙齿（轴承）磨损方程，钻进目标函数，由最优化公式计算数 学方法可求得机械破碎参数的最优关系方程。 软地层： W = 0.00568 中硬地层： W = 0.007100.00772 硬地层： W = 0.0135 式中 W 钻压， KN ； n转速， r/min ；
40、钻头尺寸， mm。 设计结果见下表 7-3 。 表 7-3 钻进参数表 钻头序号 钻头尺寸 mm 类型 钻进井段 地层 钻压 kN 排量 l/s 1 215.9 HJT537 GK 072.5 第四系 120 140 28 30 2 152.4 HA637 72.516 20 A1D1 120 140 16 18 第第 8 章章 钻井液设计钻井液设计 钻井液是钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称， 分为水基、 油基、气基三种类型。钻井液工艺技术在确保安全、优质、快速 钻井中起着越来越重要的 作用。人们形象地把钻井液比喻为“钻井的血液” 。 8.1 钻井中对钻井液设计重点提
41、示钻井中对钻井液设计重点提示 （ 1 ） 使用的钻井液应保证地质录井、 测井、 钻杆测试顺利进行， 保证取全取准地质、 工程等各项资料，有利于发现和保护油气层，减少对油气层的损害； （2）选用低失水、低摩阻、携砂能力强、热稳定性好钻井液体系； （ 3 ） 泥岩易坍塌， 钻井液应加足防塌效果好的防塌剂， 防止该地层坍塌卡钻；该 井可能遇到井塌； （ 4 ）保护油气层的措施及要求：要尽量采用近平衡压力钻井技术，钻遇油气层时钻 井液的性能调配恰当，避免人为污染；实施非渗透技术，保护储层； （ 5 ）本井施工应有充分的准备，钻井过程中加强压力预测、检测工作，根据实钻情 况调整钻井液性能，并做好井控工作
42、。 8.1.1 钻井液对钻井工程的要求钻井液对钻井工程的要求 （ 1 ）为了很好地解决阻卡、破坏岩屑、携岩问题，认真执行短起下措施。 （ 2 ）起钻前要将钻井液循环均匀，保证起钻不反喷钻井液。 （ 3 ）认真执行灌钻井液措施，坚持坐岗观察，及时发现异常情况并汇报。 8.2 设计原则设计原则 （ 1 ）有利于发现和保护气层；有利于地质资料录取；有利于快速钻进和安全钻井； 有利于除油排气；有利于复杂情况的预防和处理；有利于环境保护。 （ 2 ）钻遇地层有塌、卡、喷，因此，钻井液要充分具备防塌、易卡、抗温、防油气 层污染等能力。 （ 3 ）钻井液密度的设计参照新疆区块油田等实际测试的压力数据和实钻密
43、 度。 8.2.1 水合物抑制水合物抑制 最常用的方法是采用油基、 合成基钻井液或在水基钻井液中加入水合物抑制剂。 水合物 抑制剂分为热力学抑制剂、 动力学抑制剂和防聚集剂。 本设计方案中采用加入动力学抑制剂 的水基钻井液，常用的动力学抑制剂包括表面活性剂类（如铵盐类）和聚合物类（如聚 N- 乙烯基吡咯烷酮等） 。 8.2.2 易坍塌地层易坍塌地层 （1）对于因地层应力不平衡所引起的坍塌地层，钻井液密度应大于地层的坍塌压力。 （2）易坍塌地层钻井，钻井液的黏度、切力不能过低，返速不能过高，以免形成紊流 冲刷井壁，加剧井塌。 （3）钻井液的胶凝强度不能过大，以免造成起下钻及开泵时压力激动。 （4
44、）水敏性强的地层钻井，钻井液的高温高压滤失量应控制在 12mL 之内。 （5）对脆性页岩及微裂缝发育塌层，应添加封堵材料，对微裂缝起到封闭缝作用，减 少滤液进入塌层。 （6）使用抑制性强的钻井液体系。 （7）若地层复杂，水基钻井液不能解决问题，可使用活度值平衡的油基钻井液。 8.2.3 易漏地层易漏地层 （1）尽可能使用平衡地层压力的钻井液密度。 （2）钻井液具有强的封堵性能，可提高地层承压能力。 （3）钻井液具有良好流变性，获得较低的循环当量密度。 （4）针对漏层性质选用相应堵漏措施。在可能的情况下，最好把漏层钻穿后再采取堵 漏措施。 （5）储备必要数量的堵漏材料，一旦发生漏失进行及时处理
45、8.3 选择钻井液体系的原则和方法选择钻井液体系的原则和方法 钻井液的选择应以确保安全顺利钻达目的层、 保护好油气层、 环保可接受和经济高效为 原则，同时根据下述方法来确定合适的钻井液体系。 8.3.1 根据目的层特性选择钻井液根据目的层特性选择钻井液 钻井液在钻进储层时应调整好各项性能，使其符合要求，尽可能减轻对油气层的伤害。 钻井液的选择应注意钻井液材料、钻井液的密度、固相含量、与地层岩性的配伍性、与储层 流体的配伍性等因素。油气层的特性不同，对钻井液体系的要求也不一样，钻井液体系应与 储层相适应才能起到保护油气层的作用。 （1） 速度敏感性储集层。 应选用高温高压滤失量低的钻井液， 使进
46、入储层的滤液量少， 流速低，不超过临界流速。 （2）水敏感性储集层。首选不滤失水的油基钻井液或气体钻井液，其次可采用具有较 强抑制性的钾基钻井液及加有黏土稳定剂的钻井液。 （3）酸敏感性储集层。钻井液中不应加入酸溶性的处理剂或加重剂，而要使用加有油 溶性封堵材料的水基钻井液或油基钻井液。 （4） 化学敏感性储集层。 选用与地层水相匹配的钻井液体系， 当地层水含有大量 Mg2+ ，就不能选用碱石灰处理的钻井液。 （5）物理敏感性储集层。物理敏感性储集层指的是那些容易引起储集层润湿反转、水 锁及乳化等物理变化的储层。可选择具有防水锁、防润湿反转的钻井液体系。 8.3.2 根据非目的层特性选择钻井液
47、根据非目的层特性选择钻井液 不同的地层对钻井液的要求也不同， 应针对其特点采用相应的措施。 选择钻井液时应根 据下述要求来确定合适的钻井液体系，确保钻井作业的安全进行。 （1）高压水层 1）掌握高压水层的地层压力系数，确定合适的钻井液密度，防止地层水侵入污染钻井 液。 2）根据水质，采用可抗相应盐污染的钻井液类型。 3）加强钻井液的封堵性和提高薄弱地层的承压能力。 （2）盐膏地层 1）若属薄层或夹层盐膏，可以选用抗盐膏的钻井液处理剂来维护所需钻井液性能。 2）若属厚或较纯的盐层，选用饱和盐水钻井液，并根据井温选择加入适量的盐结晶抑 制剂。 3）若属厚杂盐层，应分析盐的种类及含量，采用与地层盐类
48、相同的饱和盐水钻井液， 二者活度应基本相同。 4）若属纯石膏层，可选用石膏钻井液。 5）为了防止井眼的塑性变形，应尽可能提高钻井液密度，以防止缩径和卡钻事故。 （3）易坍塌地层 1）对于因地层应力不平衡所引起的坍塌地层，钻井液密度应大于地层的坍塌压力。 2）易坍塌地层钻井，钻井液的黏度、切力不能过低，返速不能过高，以免形成紊流冲 刷井壁，加剧井塌。 3）钻井液的胶凝强度不能过大，以免造成起下钻及开泵时压力激动。 4）水敏性强的地层钻井，钻井液的高温高压滤失量应控制在 12cm 3 之内。 5）对脆性页岩及微裂缝发育塌层，应添加封堵材料，对微裂缝起到封闭缝作用，减少 滤液进入塌层。 6）使用抑制
49、性强的钻井液体系。 7）若地层复杂，水基钻井液不能解决问题，可使用活度值平衡的油基钻井液。 （4）易发生压差卡钻地层 易发生压差卡钻的地层，主要是高渗透性地层，如粗砂岩等，易形成较厚的泥饼。对钻 井液的要求如下： 1）钻井液具有好的流变性能和泥饼质量，泥饼薄而韧。 2）降低钻井液液柱压力与地层孔隙压力的压差是防卡的最有效措施。 3）钻井液固相含量尽可能降低，特别是有害低密度固相不要超过 5% （体积比） 。 4）根据钻井液类型，选择添加有效的润滑剂。 5）储备必要数量的解卡剂，一旦发生压差卡钻，及时进行浸泡解卡。 （5）易漏地层 1）尽可能使用平衡地层压力的钻井液密度。 2）钻井液具有强的封堵性能，可提高地层承压能力。 3）钻井液具有良好流变性，
