钻井工程设计论文范文

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1钻井工程优化设计

1.1井身结构设计

井身结构的优化设计是优化钻井技术的核心，井身结构设计不仅关系到安全钻井，而且对钻井效益的提高有着特别重要的意义。针对复杂深探井，地下情况复杂多变，只能获取有限的地层信息，在井身结构设计过程中，既要考虑钻井安全，同时要兼顾钻井成本。为确保钻井成功率、顺利钻达目的层，在邻井实钻井身结构分析的基础上，综合考虑邻井钻遇的复杂情况和本井所钻地层的特点，对井身结构进行优化，哈山3井身结构设计数据，如表1所示。导管下入⌀508mm套管50m，用水泥浆封固（返至地面），封隔地表松散土层，建立井口，并为一开钻进创造条件。一开使用⌀444.5mm钻头钻至551m，⌀339.7mm表层套管下至550m，封过侏罗系八道湾组地层，水泥浆返至地面，其目的是封固上部稠油层，防止钻下部地层时间长污染上部储层。二开使用⌀311.2mm钻头钻至3802m，⌀244.5mm技术套管下至3800m，封过石炭系地层，水泥返至地面。为下一开次揭示目的层和安全钻井创造条件。三开使用⌀215.9mm钻头钻至设计井深完钻，下入⌀139.7mm油层尾管至井底，尾管悬挂位置3650m，水泥返至喇叭口。

1.2钻具组合与钻井方式的选择

1.2.1钻具组合的选择为保证井身质量，采用防斜打直技术，导管和一开设计塔式钻具组合；二开、三开井段设计三套钻具组合，即钟摆钻具、直螺杆钻具和垂直钻井钻具，并设计0.75°单弯动力钻具予以纠斜。为强化水力参数，提高井底和井眼净化能力，尽量减少⌀127mm内加厚钻杆的使用量。二开⌀311.2mm的井段全部设计⌀139.7mm内平钻杆，三开⌀215.9mm的井段设计⌀127mm钻杆和⌀139.7mm钻杆组合，降低钻杆内的能量消耗，提高井底可利用的水马力和喷射速度，进而改善井底流场，增加水力清岩效果，排除岩屑清除不净的死角和岩屑的重复切削。同时配合使用高效牙轮和孕镶金刚石钻头，提高机械钻速。

1.2.2钻井方式的选择导管、一开和三开均设计常规衡钻井方式。二开井段设计气体钻井方式。本井段主要是石炭系地层，地层岩性为安山岩、凝灰岩。具有埋藏深、岩石强度大、可钻性差的特点，而且地层岩性复杂多变，钻头选型困难，若采用常规钻井方式，很难提高机械钻速[5]。而从邻井的电测成果来看，石炭系地层出水可能性不大，综合解释为干层，并且地层压力系数低于1.20，不属于超高压地层，进行气体钻井施工具有可行性。所以为提高机械钻速，缩短钻井周期，二开石炭系井段设计气体钻井方式。

1.3钻井液设计

1.3.1钻井液体系设计该井钻井液的使用原则是有利于环境保护；有利于发现和保护油气层；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。该井钻遇地层上部棕色泥岩易水化膨胀，造浆严重，砂岩胶结疏松、渗透性强，易形成厚泥饼造成阻卡[6]，下部硬脆性泥岩易剥蚀掉块；石炭系火山岩段易漏。本井较深，地层温度高，钻井液要保持抑制、防塌、抗高温性能，同时要有良好的流变性，保证安全快速钻进。根据本井钻遇地层特点及邻井施工情况，各开次钻井液体系设计见表2。

1.3.2钻井液维护技术措施导管及一开钻遇地层白垩系、侏罗系、石炭系顶，地层成岩性差，松散，易垮塌，防坍塌卡钻；白垩系、八道湾组防止井壁坍塌、缩径卡钻及井漏。一开施工时机械钻速快，环空钻屑浓度高，该井段钻井液必须具有很强的悬浮携带能力和稳定井壁能力。二开石炭系地层火成岩易憋跳钻、易漏失。因此，要求钻井液必须具有较强的封堵能力，确保其造壁性和良好的流变性，从而保证井壁稳定，防渗漏。设计二开使用气体钻井，若气体钻井钻完进尺或无法继续实施，则转化为抑制性聚合物封堵防塌钻井液体系。开钻前准备一定数量的预水化膨润土浆，开钻后补充新配的聚合物胶液，及时调整钻井液性能。注意加强钻井液的抑制性，选择抑制性较强的具有良好配伍性的处理剂增强钻井液体系的抑制性能，利用固控设备及时清除钻屑。上部地层应保持适当的粘切、足够的排量，提高大井眼的携带能力，首先保证钻进时形成的较大钻屑携带充分，同时维护良好的钻井液流动性来冲刷虚泥饼。钻进中可适当控制钻井液API失水，充分利用钻头水马力破岩能力，提高机械钻速。加足聚合物抑制剂同时加足降滤失剂，根据实际情况加入润滑剂，确保钻井液具有良好的润滑性，防止钻头泥包或卡钻。采用随钻封堵技术，渗漏严重时加入随钻堵漏剂或双膜承压剂；易漏地层，钻井液中应根据情况添加随钻堵漏剂、双膜承压剂，提高地层承压能力，防止地层应力坍塌。三开二叠系地层稳定性差，防剥蚀、碰撞掉块、坍塌和漏失。下部地层温度较高，因此，需要提高钻井液的高温稳定性能。二叠系可能钻遇高压层，注意防喷。因此三开钻井设计聚磺封堵防塌钻井液体系。严格控制膨润土含量，动速比0.4左右，防止粘切过高造成压力激动以及粘切过低冲刷井壁，固相含量低同时控制滤失量。三开井段预计有高压层，应根据实际情况及时调整钻井液密度，控制API失水，提高钻井液滤液粘度，减少滤液对地层的渗透。添加液体润滑剂或固体润滑剂，防止因密度高，孔隙压力低造成粘卡。同时提高封堵类处理剂用量，钻井液中应保持1%~3%随钻堵漏剂，根据情况添加超细碳酸钙、非渗透类处理剂，进一步提高地层承压能力。井底温度较高，根据井温情况及时补充磺化类材料、抗高温降滤失剂、高温稳定剂等抗高温处理剂。下部地层钻进调整API失水控制在3mL以内，高温高压失水控制在10mL以内，加入无水聚合醇，做好油气层保护工作。

1.4固井设计

1.4.1水泥浆体系设计针对二开长封固段固井易漏难题，采取漂珠低密度水泥浆体系，双级固井方式。三开为防止高压气窜，采用防气窜水泥浆体系，并加入塑性纤维，防漏堵漏同时提高水泥石的韧性，水泥浆配方设计见表3。

1.4.2主要技术措施（1）为保证套管居中度，提高固井质量，施工设计根据实际井况合理设计套管扶正器，确保管鞋以上100m、目的层等井段套管居中度大于67%。（2）技术套管采用双级固井方式，双级箍的安放位置依据油气水层及漏失层位置决定，并尽可能地安放在井眼规则、地层岩性较致密的井段。现场施工中，要注意加强工具入井前检验，对于杜绝工具在井下出现问题至关重要。（3）油层尾管固井，为防止固井过程中发生漏失，固井前必须保证井眼稳定，必要时进行承压堵漏；并采用低粘高切隔离液，紊流顶替，控制水泥浆体系API失水<100mL、析水<1.4%、n>0.6，稠化时间应控制在施工基础上附加60~90min，呈“直角”稠化，从而有效控制水泥浆窜槽问题。

2现场施工效果

该井严格按照设计要求施工，于2012年5月17日开钻，2013年7月4日完钻，完钻井深4139.80m。导管下入钢级J55壁厚12.70mm、外径⌀508.00mm的套管，下深50.18m，联入10.80m，阻流环深度48.69m。一开下入钢级J55，壁厚9.65mm，外径⌀339.7mm的套管，下深701.16m，阻流环深深度688.65m。二开下入⌀244.50mm技术套管，下深3414.98m，二级水泥返深38.00m，采用双级注水泥工艺，固井质量合格。三开钻至4139.80m，实施裸眼完井。全井最大井斜角6.16°，井底水平位移86.59m，满足工程设计要求，井身质量优。空气钻井和扭冲工具提速效果显著。二开720.0~1626.0m井段实施空气钻井，三趟钻总进尺906.0m，纯钻时间174.6h，平均机械钻速5.19m/h，是转换成聚合物钻井液后机械钻速的2.92倍。在下部2888~3345.5m井段，使用PDC钻头和配套扭冲工具，连续在井下工作649h，单只进尺达457.5m，相当于1914~2888m井段钻头平均进尺的11.3倍，节约了起下钻趟数，机械钻速较上一只钻头提高了51.5%，创造了胜利西部新区相同地层单只钻头连续钻进进尺最多和纯钻时间最长2项记录，大大降低了钻井成本，缩短了钻井周期，经济效益和社会效益非常显著。

3结论

（1）详尽可行的钻井工程设计方案是解决哈山3井井眼易失稳、机械钻速低、固井难度大等技术难点的重要技术支撑，也是实现安全优质钻井的前提。（2）钻具组合和钻井方式的优化选择对施工中提高机械钻速、缩短钻井周期起到了非常关键的作用。本井气体钻井和PDC钻头+扭冲工具等提速提效技术保障了该井的顺利实施，并通过本井的应用形成了哈山区块火成岩地层提速提效配套技术，为保证西部新区勘探开发进度奠定了基础。（3）现场施工结果表明，根据地层特点合理地调整钻井液性能，能够有效保障钻井液具有良好的携岩、制、封堵性能，确保井壁稳定，取得了良好的应用效果。

作者：杨衍云张蕾单位：胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院钻井工程设计研究所