【正文】 作品簡介本次鉆完井設計研究目標為以直井W10為基礎鉆一孔側(cè)向水平井，且要求穿過靶點1和靶點2，難點在于靶點靶點2與直井W10不在一個平面內(nèi)。本設計在完成設計要求的前提下提出了一套有效、安全、經(jīng)濟的設計方案。（1）井眼軌道設計側(cè)井采用兩段式井眼剖面軌道，繪制了井眼剖面圖。（2）井身結(jié)構設計設計了滿足壓力約束條件的井身結(jié)構，繪制了井身結(jié)構示意圖（3）鉆井液設計選擇了各井段鉆井液體系，確定了各井段鉆井液配置，針對儲層性質(zhì)，提出了完井液的儲保護措施（4）鉆柱設計鉆具組合必須滿足剖面設計要求，以充分提高鉆井速度。（5）機械破碎參數(shù)設計適應地層特點，提高效率。（6）固井與完井設計得到各層套管固井設計結(jié)果，確定了各層套管固井施工程序。（7）HSE 要求確定了 HSE 管理體系中有關健康、安全、環(huán)保的有關要求。鉆完井工程設計第1章 地質(zhì)概況現(xiàn)有 XXX 油田某區(qū)塊， W1W8 為 8 口生產(chǎn)井，已經(jīng)投入生產(chǎn)多年，目前開發(fā)面臨著諸多問題。 W W10 為評價井。 W1W8中，僅 W7 曾經(jīng)進行過強化注水。10 口井井位大地坐標見表 11，井位分布見圖 11。該區(qū)域地勢比較平坦，主要地貌為波狀起伏的低平原，海拔高度在 。境內(nèi)無山嶺、丘陵和河流，而多自然泡泊，排水不暢。夏季雨熱同期，冬季寒冷漫長，氣溫變化急劇且多風沙。年平均氣溫 ℃，℃，七月份平均氣溫 ℃，最高氣溫 ℃，℃。年降雨量 445mm 左右，降水主要集中在夏季，屬于北溫帶大陸性季風氣候。該區(qū)周圍有居民點，附近有鐵路穿過，交通便利。移動、聯(lián)通網(wǎng)絡均覆蓋該地區(qū)，通訊發(fā)達。該區(qū)域生產(chǎn)井集輸管網(wǎng)拓撲結(jié)構如圖 12 所示表 11 W1W10 井位大地坐標井號Y（m）X（m）W1110235201007920W2110234191008309W3110233321008646W4110232271009067W5110232771007249W6110230801008020W7110228801008798W8110228251009439W9110228261010300W10110232571010200圖 11 XXX 油田某區(qū)塊井位分布圖圖 12 W1W8 集輸管網(wǎng)拓撲結(jié)構示意圖 區(qū)域地質(zhì)概況 地層分層本區(qū)鉆遇地層自上而下劃分為第四系和白堊系，缺失第三系地層。白堊系地層從上到下還可分為 A、B、C、D、E、F 六個地層詳細的地層厚度及巖性巖相描述如下（自上而下） ：（1）第四系地層：厚度 5590m，主要巖性為粉砂與雜色砂礫層，河流相；（2） 白堊系 A1 層：厚度 78196m，主要巖性為灰綠、紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，濱湖相；（3） 白堊系 A2 層：厚度 97165m，主要巖性為灰綠色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與灰色泥質(zhì)粉砂巖，半深淺湖相；（4）白堊系 B 層：厚度 90170m，主要巖性為灰綠色泥巖、紫紅色泥巖、粉砂巖與紫灰色泥質(zhì)粉砂巖，河流相；（5） 白堊系 C1 層：厚度 92160m，主要巖性為紫紅、灰綠色泥巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖，河流濱湖相；（6）白堊系 C2 層：厚度 100170m，主要巖性為灰黑色泥巖，夾紫紅色泥巖及灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，濱湖淺湖相；（7） 白堊系 C3 層：厚度 72150m，主要巖性為黑灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖與棕灰、灰色粉砂巖和細砂巖，半深深湖相；（8） 白堊系 C4 層：厚度 94121m，主要巖性為灰黑泥巖和含油頁巖，半深深湖相；（9） ，；（10）白堊系 D1 層：厚度 79120m，主要巖性為黑灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，濱淺湖相；（11）白堊系 D2 層：厚度 95130m，主要巖性為綠灰色泥巖與棕色粉砂質(zhì)泥巖，三角洲相；（12） 白堊系 E1 層：厚度 199358m，主要巖性為灰黑、深灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，濱淺湖相；（13）白堊系 E2 層：厚度 5280m，主要巖性為黑色泥巖，半深深湖相；（14）白堊系 F1 層：厚度 70100m，主要巖性為灰色泥巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖，河流濱淺湖相；（15） 白堊系 F2 層：厚度至少 370m，主要巖性為粉砂質(zhì)泥巖與灰色泥質(zhì)粉砂巖，河流濱淺湖相。 構造特征本區(qū)塊主要構造類型為背斜。構造的西翼地層傾角約為 5176。 ，東翼地層傾角約為 3176。 。區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育正斷層。斷裂活動主要分為兩期，主要從以下方面做出闡述：（1）斷裂走向區(qū)塊斷裂走向自下而上總體趨勢有些類似，主要以北西向為主，傾向以北東向為主，少部分斷層傾向為北西向。（2）斷裂密度區(qū)塊斷裂密度自上而下是逐漸增大的。第一期斷裂活動斷裂密度較大，一般在 條/ 條/km2；第二期斷裂活動斷裂密度較小，一般在 條/km2左右。（3）斷裂規(guī)模第一期斷裂的斷距一般為 40m 以下，延伸長度普遍小于 3km； 第二期斷裂的斷距同為40m 以下，但其延伸長度可達 4km。（4）斷裂構造帶特征區(qū)塊斷裂的展布雖然總體上是北西走向，但是同一方位的斷裂一方面成帶分布，一方面帶的展布特征也存在明顯的不同。區(qū)塊共發(fā)育三組走向的斷裂構造條帶，其一是北北西走向斷裂構造帶共 7 條，條帶斷續(xù)延伸范圍較大，組成構造帶的斷裂呈現(xiàn)右階斜列特征，斷續(xù)的帶與帶之間也為右階排列，反映左旋變形；其二是北西西近東西向斷裂構造帶共 11 條，條帶延伸較短，組成帶大斷裂呈現(xiàn)左階排列特征，反映右旋變形，該走向的斷裂構造帶一般限制了北北西向斷裂構造，使北北西向斷裂構造帶斷續(xù)延伸；其三是近南北向斷裂構造帶 5 條，主要發(fā)育在靠近次級背斜的轉(zhuǎn)折端，轉(zhuǎn)折端部位在晚期反轉(zhuǎn)變形中主要發(fā)生背形彎曲。第2章 鉆孔資料及鉆進要求以 W10 為基礎鉆一口側(cè)鉆井，要求穿過兩個靶點，W10 基礎信息和靶點位置見下表，請給出合理的鉆井工程設計。表21 W10 基礎信息和靶點位置井號W10靶點1坐標X1009832靶點2坐標X1009635Y11023227Y11023126垂深(m)1090m垂深(m)1100m地層傾角(176。)地面海拔m預計補心距mW10 井身結(jié)構如下表： 表22 W10 井身結(jié)構開鉆次序井深m鉆頭尺寸mm套管尺寸mm套管下入深度 m環(huán)空水泥漿返深 m一開101100地面二開13201317981地層重要情況提示見下表：表 23 地層重要情況提示地層復雜情況提示第四系防漏防塌AA1A2防漏防塌BB防漏防塌CC1防塌防斜C2C3C4防塌防斜C5DD1防油水侵D2防油水侵+可能的防塌EE1防油水侵+防塌E2FF1防油水侵+防塌F2第3章 井眼軌道設計根據(jù)井口坐標和給出的靶點坐標設計井眼軌跡。應遵循以下原則：滿足地質(zhì)和生產(chǎn)的需要；滿足鉆完井管柱和工具的要求；考慮地質(zhì)因素影響的前提下，選擇剖面簡單、易于施工的井眼軌跡。 側(cè)鉆井軌道設計應注意的要點（1）平臺位置優(yōu)選平臺位置優(yōu)選除考慮總井深和總水平位移最小的一般性原則外，還應考慮單井的工程風險及其他限制條件，相關考慮因素如下：1）現(xiàn)有設備能力和工藝技術必須滿足叢式井作業(yè)要求。2）考慮潛力區(qū)并兼顧周邊油田開發(fā)。3）考慮依托周邊已有工程設施，如海管及附近可利用的生產(chǎn)設施。4）盡量避開古河道、埋積谷等易發(fā)生復雜地質(zhì)災害的區(qū)域。5）單井最大水平位移和井深在可接受范圍內(nèi)，盡量減少三維井和高水垂比井。6）考慮復雜地層，如淺層氣和斷層的因素影響。7）盡可能避免繞障作業(yè)。（2）造斜點和造斜率造斜點應盡量選在穩(wěn)定、均質(zhì)、可鉆性較高的地層，造斜點深度的選擇應考慮如下幾點：1）推薦相鄰井的造斜點深度錯開30m以上，防止井眼間竄通和磁干擾。2）位移小的井，選擇深造斜點；位移較大的井，選擇淺造斜點。3）如最大井斜角超過采油工藝或常規(guī)測井的限制或要求，應嘗試提高造斜點或增加設計造斜率。4）通常各井的設計造斜率范圍為(176。 ~ 176。)/30m。5）盡量使穩(wěn)斜角不小于15176。 。 根據(jù)區(qū)塊地質(zhì)情況及開發(fā)需求，本區(qū)塊采用側(cè)向水平定向井，鉆孔軸線軌跡組合方式為直線—曲線—直線型。(1) 應能實現(xiàn)鉆定向井的目的。對于薄油層以及裂縫性油層，為了增大泄油面積，擴大開發(fā)效果，提高產(chǎn)量，往往設計成多底井或水平井。由于本區(qū)老井孔W10與靶點1和靶點2不在同一平面內(nèi)，采用兩次造斜曲線。(2) 應盡可能利用地層的造斜規(guī)律。利用地層的造斜規(guī)律，可減少人工造斜的困難，進而降低工作量。隨著地層造斜面的上傾，井斜的自然變化大多有逐步增加的趨勢。(3) 應有利于采油工藝的要求?？紤]到采油工藝的工具在井下較小，因此要求井眼曲率也不宜過大，進入油層時的井眼曲率也應盡可能的小，最好為鉛垂進入，從而改善抽油桿在地層中的工作條件，利于封隔器在套管內(nèi)坐封以及進行其他增產(chǎn)措施。(4) 應有利于安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。為了確保安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆進，應考慮的問題有以下幾點：①選擇合適的井眼曲率。首先井眼曲率不宜太大或太小。過小時以造成造斜段鉆進時間長，導致穩(wěn)斜段短，會造成方位調(diào)整回旋余地小的問題。而過大則會造成鉆具偏磨嚴重，起下鉆困難的問題；同時因容易磨出鍵槽而導致卡鉆；并且會給其它井下作業(yè)造成困難。為了鉆井順利進行，應該將最大井眼曲率數(shù)值限制為：( )井眼彎曲會使套管產(chǎn)生附加彎曲應力σc。為了保證套管安全，必須限制井眼曲率。這個限制的值取決于允許的附加彎曲應力【σc】的大小，且應滿足下式由于允許的附加彎曲應力【σc】取決于套管的實際受力狀態(tài)，因此無法預先給定允許附加彎曲應力【σc】。可以先根據(jù)給定的最大井眼曲率Km，計算出附加的彎曲應力σc：在進行套管柱強度設計時，將附加彎曲應力σc考慮在內(nèi)。②選擇易鉆的井眼形狀。在滿足工藝以及設計要求的前提下，盡可能縮短井眼長度，因為井身短則可能鉆井時間短。但也要注意井身短往往施工難度較大。③選擇恰當?shù)脑煨秉c。造斜點應選在比較穩(wěn)定的地層，巖石硬度不太高，不能有易坍塌、易膨脹的地層，也不能有其它復雜地層。在叢式鉆井中，相鄰井不要在同一深度處造斜，造斜點應上下錯開，以免井眼相交。 井眼軌跡設計基礎數(shù)據(jù)本設計的側(cè)向水平定向井，目的層為白堊系 D1 層：厚度 79120m，主要巖性為黑灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，濱淺湖相，其上地層為白堊系 C5 層：厚度 93165m，主要巖性為灰黑色泥質(zhì)和含油頁巖，半深深湖相，此地層適合造斜。所以選取造斜點為老井W10垂直深度為Dkop =950m。表 31井口及靶點坐標資料XYZ(深度)井口坐標1010200110232571421靶點1100983210098321090靶點21009635110231261100井眼軌道剖面如下圖：側(cè)井直井W10靶點2靶點1造斜點井口靶點2坐標投影井口坐標投影靶點1坐標投影 圖 31 井眼軌道剖面圖第4章 側(cè)井井身結(jié)構設計 井身結(jié)構設計依據(jù)（1）根據(jù)《井身結(jié)構設計方法》 （ SY/T54311996 ）。（2）依據(jù)已鉆井實鉆資料。 設計原則（1）能有效地保護油氣層，使不同地層壓力的油氣層免受鉆井液損害；（2）能避免漏、噴、塌、卡等井下復雜情況的產(chǎn)生，為全井安全、順利地鉆進創(chuàng)造條件，以獲得最短的建井周期；（3）鉆下部地層采用重鉆井液時，產(chǎn)生的壓力不致壓裂上部最薄弱的裸露地層；（4）下套管過程中，井內(nèi)鉆井液柱的壓力和地層壓力之間的壓力差，不致產(chǎn)生壓差卡套管現(xiàn)象；（5）當實際地層壓力超過預測值使井出現(xiàn)溢流時，在一定范圍內(nèi)，允許進行壓井施工。（6）應充分滿足鉆井、完井生產(chǎn)需要以及獲取參數(shù)的需要。（7）所采用的所有鉆井工藝技術應有利于保護煤儲層。（8）充分考慮到出現(xiàn)漏、涌、卡、塌等復雜情況的處理需要（一般應留有余地） ，以實現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速、低成本鉆井。（9）應盡可能的簡化井身結(jié)構，以降低成本和避免工程失誤。井身結(jié)構的設計在滿足勘探開發(fā)要求的前提下，還應遵循安全作業(yè)和經(jīng)濟性的原則：1）滿足勘探和開發(fā)要求①對于探井，井身結(jié)構設計應滿足地質(zhì)取資料要求（如：取心、測井、測試和加深等），考慮探井作業(yè)的不確定性，應盡量預留一層技術套管。②對于開發(fā)井，井身結(jié)構應滿足完井、采油及增產(chǎn)作業(yè)的要求；為有效的保護油氣層，可考慮必要時增加一層技術套管。2）壓力平衡原則壓力平衡是井身結(jié)構設計的基本原則，在各井段均應滿足壓力平衡。套管下深確定原則是：保證下部井段鉆進、起下鉆及壓井作業(yè)中不壓裂套管鞋處裸露地層。3）安全作業(yè)原則①滿足相關法律、法規(guī)、標準和技術規(guī)范要求。②盡量避免同一裸眼井段存在兩套壓力體系和漏、噴、塌、卡等復雜情況并存。③井身結(jié)構設計應滿足井控作業(yè)要求，包括安裝分流器、防噴器及井控壓井作業(yè)等。④井內(nèi)鉆井液液柱壓力和地層壓力之間的壓差，不致產(chǎn)生壓差卡鉆和卡套管等事故。⑤如鉆遇淺層氣，井身結(jié)構設計應滿足淺層氣鉆井要求。 ⑥保證鉆井作業(yè)期間的井眼穩(wěn)定，應考慮易漏地層對井壁穩(wěn)定的影響；當鉆遇不穩(wěn)定地層時，井身結(jié)構設計應考慮該井段作業(yè)時間盡量小于井眼的失穩(wěn)周期；應考慮鹽巖層和塑性泥巖層等特殊地層的影響。水井身結(jié)構設計應充分考慮地層壓力窗口和潛在的鉆井地質(zhì)