海洋鉆井手冊鉆井設計

第一章 鉆井設計第一章 鉆井設計1第一節(jié)鉆井設計的基本原則1一. 鉆井目的1二. 鉆井設計的要求1三. 鉆井設計的主要依據:1四. 鉆井設計的原則1五. 設計鉆井液密度的原則1六. 井身設計1七. 淺層氣鉆井設計原則2八. 探井地層壓力的預測和監(jiān)測2九. 評價井、開發(fā)井和調整井的設計2十. 鉆井平臺的選擇2十一. 海洋環(huán)境的保護2十二. 鉆井設計要體現低成本的原則2十三. 鉆井設計的基本內容3第二節(jié) 鉆井設計的制定程序3一. 收集資料3二. 分析資料3三. 制定設計3四. 設計人員的資格要求3五. 審批程序4六. 設計更改4第三節(jié) 鉆井設計的主要內容4一. 平臺就位設計4二. 井身結構設計4三. 井口裝置設計4四. 管柱設計4五. 固井設計4六. 鉆井液設計4七. 鉆頭設計4八. 水力參數設計4九. 鉆具組合設計4十. 井眼軌道設計與控制要求5十一. 地層評價計劃5十二. 防噴器系統(tǒng)5十三. 鉆井程序5十四. 特殊作業(yè)程序5十五. 潛在的風險問題及處理措施5十六. 工程進度計劃5十七. 材料計劃5十八. 成本預算5第四節(jié) 鉆井平臺的就位設計要求5一. 鉆井平臺的海上定位5二. 鉆并平臺艏向6三. 浮式平臺的錨泊要求6四. 自升式平臺的就位要求6五. 錨泊模式7第五節(jié) 井身結構設計7一. 基礎數據7二. 套管層數與下人深度的設計方法及步驟8三. 海洋鉆井中常用的井身結構10四. 井身結構設計舉例12第六 節(jié)鉆井費用預算14一. 預算的制定14二. 鉆并預算的主要內容14三. 成本控制15四. 預算的修改15附件 鉆井設計的成文格式16附件 海底調查與土質調查25附件 海洋鉆井作業(yè)對氣象和海況信息的要求26附件 海洋總公司所屬移動式鉆井平臺作業(yè)能力2830第一章 鉆井設計鉆井設計是在分析各種有關資料的基礎上，遵循國家及政府有關機構的規(guī)定和要求，按照安全、快速、優(yōu)質和低成本的原則，科學地做出并經過一定的程序審核批準的。因此，鉆井設計應是鉆井作業(yè)必須遵循的準則，鉆井監(jiān)督應認真遵照執(zhí)行。第一節(jié) 鉆井設計的基本原則 一. 鉆井的目的，是為勘探和開發(fā)油氣田服務。 二. 鉆井設計必須符合國家及政府有關機構的規(guī)定和要求，保證鉆井設計的合法性。 三. 鉆井設計的主要依據: 1.地質設計是鉆井設計必須遵循的主要依據。在地質設計中盡可能地提供所鉆之井的地質情況(包括地層孔隙壓力、破裂壓力等)，以及提出地質上要求的資料。探井的施工設計編制要求技術部在開鉆前1 個月提供井位意見書和勘探部在開鉆前3 周提供地質設計書，在此基礎上鉆井部在開鉆前1 周完成探井鉆完井施工設計編制和審批。開發(fā)井的鉆井施工設計編制需要在鉆完井基本設計的批準后進行，同時要求技術部在開鉆前4 個月提供井位意見書和勘探部在開鉆前3 個月提供地質設計書，在此基礎上鉆井部在開鉆前2 周完成鉆完井施工設計的編制和審批。 2.井場調查資料和鄰井的鉆井資料，也是進行鉆井設計的主要依據。技術部至少在開鉆前1 個月提供井位意見書，鉆井部應在鉆井船拖航前2周做完井場調查，獲得的各有關資料(包括井位自然環(huán)境、土壤情況、淺層氣等)地質部門至少應在鉆井作業(yè)開始前45天做完井場調查，并將獲得的各有關資料(包括井位自然環(huán)境、土壤情況、淺層氣等)盡快交給鉆井部門；同時，還應收集全鄰井的鉆井資料(包括復雜情況的處理、鉆井液密度的使用情況等)。 鉆井部門應根據地質部門提供的資料和鄰井資料，認真分析，作好鉆井設計。如存在由于目前技術水平、設備的限制，保證不了鉆井作業(yè)在安全情況下進行，或鉆井作業(yè)結果達不到地質設計的要求，應盡早明確提出，以便地質部門修改地質要求或調整井位位置。 四. 鉆井設計應體現安全第一的原則。大到井身結構，小到每一項作業(yè)程序，都要重視安全，既要重視井下安全，也要重視地面安全，把安全第一的原則貫穿到整個設計中。對于重大的作業(yè)和風險大的作業(yè)，還應制定相應的安全應急程序。五. 設計鉆井液密度的原則鉆井液密度必須大于地層孔隙壓力當量密度，小于地層破裂壓力當量密度。鉆井液密度對地層孔隙壓力的安全附加值， 用壓力表示，油井為1.53.5兆帕(217507磅/英寸2)，氣井為3.05.0兆帕(435725磅/英寸2)。用密度表示為，油井為0.050.10克/厘米3，氣井為0.070.15克/厘米3。 六. 井身結構的設計，是鉆井設計的關鍵內容，必須遵循下述幾點: 1保證井眼系統(tǒng)壓力平衡，不出現噴漏同在一裸眼中，即鉆下部高壓地層時用的較高密度的鉆井液產生的液柱壓力，不會壓漏上部裸露的地層。 2井內鉆井液液柱壓力和地層壓力之間的壓差不宜過大，以免發(fā)生壓差卡鉆。 3為保證安全鉆進，必須用套管封住復雜地層井段，如易漏、易垮塌、易縮徑和易卡鉆等井段。 4探井，特別是地層壓力還沒有被掌握的井，應設計一層套管作為備用，以保證井眼能夠鉆到設計的深度。 5對鉆探多套壓力系統(tǒng)的井，應采用多層套管程序，以保護油氣層不受鉆井液污染和損害。 6對高壓油氣井，套管應下至高壓油氣層頂部；對古潛山油氣井，套管應下至風化殼層頂部。 7如果海底調查資料證實有淺層氣，就應設計套管坐于淺氣層的頂部，安裝好井口控制系統(tǒng)之后才鉆開。 七. 對于預測有淺層氣的井，原則上應要求地質部門更改井位，避開淺層氣;否則應具備井眼控制能力才鉆開。浮式鉆井平臺在水深超過100米的海區(qū)作業(yè)，在無法避開淺層氣和建立井眼控制系統(tǒng)情況下，建議用小鉆頭敞開(不下隔水管)鉆進，并根據情況，采取繼續(xù)鉆進、或動態(tài)壓井、或移開平臺的方法處理淺層氣。 八. 探井必須進行地層壓力預測和監(jiān)測。設計前，根據物探資料和鄰井資料進行地層壓力預測，以確定鉆井液密度和井身結構；鉆進階段，利用已獲得的上井段電測資料對未鉆開的地層進行壓力預測，以調整套管程序；鉆進中進行壓力監(jiān)測，力求及時發(fā)現異常壓力地層，防止井噴，保證安全鉆進；每層套管鞋處一般情況下，從339.73毫米(13-3/8英寸)套管鞋處開始一般情況下，從508毫米(20英寸)套管鞋處開始都要進行地層泄漏/破裂壓力試驗，并在條件允許時壓破地層。如果試驗結果比預計的低，要分析原因，采取措施，以便安全鉆進。 九. 評價井、開發(fā)井和調整井的設計要根據最新的資料，在對地層壓力進行重新評價的基礎上，確定出更合理的鉆井液密度和井身結構，以提高鉆井速度，保證作業(yè)安全。 十. 鉆井平臺的選擇，應遵循: 1鉆機的鉆井能力:選定的平臺的鉆機最大額定負荷，必須大于作業(yè)中出現的最大負荷的2.0%。 2平臺的井控能力:選定的平臺的井控系統(tǒng)最大額定工作壓力，必須大于預測到的最大井口壓力的20%。最大井口壓力是指井眼內鉆井液被全部噴空而充滿地層流體時的關井壓力。井口頭和套管的設計，也按此原則進行。3平臺的作業(yè)水深:選定的平臺的設計作業(yè)水深，應能滿足所鉆井井位處的水深。4.平臺的插樁能力：如果選用自升式平臺，其最大插樁能力，應滿足所鉆井位調查后計算的插樁深度。 十一. 海洋環(huán)境保護，是鉆井設計必須遵循的原則之一，主要體現為兩點: 1鉆井液的排放，必須符合國家環(huán)保局規(guī)定。如果使用油基鉆井液，必須考慮實施零排放措施。就要制定相應的處理辦法。 2棄井設計。為保護地下資源和海洋環(huán)境，對油氣水層要進行水泥封堵，并試壓合格;裸眼要封堵；永久棄井的井口，最少應該從泥線以下4米處切割。 十二. 鉆井設計要體現低成本的原則。為此，設計前應注意三點:一要充分了解各種資料，在安全的前提下，簡化井身結構；二要選用先進的工具、設備和技術；三要在滿足要求前提下，優(yōu)先使用國產材料。其目的在于提高鉆井速度，降低鉆井成本。十三. 鉆井設計的基本內容應包括：探井基本設計內容應包括：基本數據、地質設計、套管程序、井身結構示意圖、棄井示意圖、鉆頭計劃、鉆具組合設計、泥漿設計、固井設計、取心計劃、井身質量、測井項目、DST測試計劃及棄井計劃、井口及套管試壓標準/地漏試驗要求、鉆井作業(yè)程序、 “質量、健康、安全、環(huán)?！币?、工程進度計劃、歷次井口裝置示意圖?；镜刭|數據、工程設一計、施工進度計劃、材料計劃和費用預算。由承包商根據作業(yè)者要求制定的平臺就位設計、鉆井液設計、固井設計和定向井設計，也屬干鉆井設計的主要內容。生產井應包括基本數據、地質設計、定向井設計、套管程序、井身結構示意圖、鉆頭計劃、鉆具組合設計、泥漿設計、固井設計、資料錄取及測井計劃、井口裝置及套管試壓、鉆井作業(yè)程序、鉆井工程風險分析、“質量、健康、安全、環(huán)?！币?、工程進度計劃、歷次井口裝置示意圖。第二節(jié) 鉆井設計的制定程序 一. 收集資料：在設計之前，負責鉆井設計的技術人員，應廣泛地收集如下主要資料: 1地質資料:井深、目的層深度、完鉆原則、完井方法、地質評價計劃及取資料要求、油層套管尺寸、人工井底深度、井位坐標及地理位置、靶點坐標、水深、地層孔隙壓力梯度和破裂壓力梯度、地溫梯度、地質構造情況、地層分層及巖性、地層特點及復雜情況預測、目的層流體物性等。 2井場調查資料水深測量圖、海底地貌測量圖、土壤物理和力學性質、淺氣層深度及厚度、水文和氣象資料、海底建筑及障礙物等。 3鄰井資料:井身結構、鉆井液類型及密度、地層孔隙壓力及破裂壓力梯度、井下復雜情況及其發(fā)生原因和處理情況、鉆頭使用情況、鉆具組合及井眼軌跡、作業(yè)總結及建議等。 二. 分析資料：設計經理應主持召開有項目經理、設計工程師、鉆井監(jiān)督、固井監(jiān)督、鉆井液監(jiān)督等技術人員參加的專門會議，鉆井總工程師應主持召開有主任工程師、鉆井監(jiān)督、固井監(jiān)督、鉆井液監(jiān)督等技術人員參加的專門會議，聽取負責鉆井設計的技術人員匯報，分析獲得的資料.找出關鍵的問題，研究解決的方法，確定井身結構和鉆井液類型等。 三. 制定設計：下述人員根據設計的基本原則、方法和要求(將在后續(xù)章節(jié)內介紹)，分別進行下述設計： 1鉆井工程設計：由鉆井設計工程師或監(jiān)督以上人員完成。由作業(yè)者高級技術人員完成。 2平臺就位設計：作業(yè)者將井場調查資料和鉆井有關資料轉給鉆井承包商，由其做出平臺就位時的錨泊、插樁、壓載設計。;同時，鉆井承包商還需用這些資料取得保險公司的保險。 3固井設計：作業(yè)者設計人員與固井承包商討論原則設計，由固井承包商按做出詳細施工設計，由作業(yè)者進行審核。作業(yè)者固井監(jiān)督作原則設計，固井承包商按其做出詳細施工設計。 4鉆井液設計：作業(yè)者設計人員作原則設計，鉆井液承包商按其做出詳細的鉆井液配制與性能維護設計，由作業(yè)者進行審核。作業(yè)者鉆井液監(jiān)督作原則設計，鉆井液承包商按其做出詳細的鉆井液配制與性能維護設計。 5定向井設計:定向井承包公司按作業(yè)者的要求，做出定向井作業(yè)設計。 6費用預算:見本章第六節(jié)。 四. 設計人員的資格要求：鉆井工程設計人員，應是具有較全面的鉆井理論知識、豐富的鉆井實踐經驗、熟悉本地區(qū)鉆井作業(yè)和地質情況的高級鉆井技術人員；由專業(yè)承包公司根據要求制定的專業(yè)設計，也應交由有相應資格的設計人員完成，以保證設計的先進性、合理性和可行性。 五. 審批程序：設計完成后，負責鉆井設計的技術人員，將各設計整理并匯集成為鉆井設計書，簽名后交由鉆井部設計經理審核（由承包公司制定的專業(yè)設計，如平臺就位、鉆井液、固井和定向井等設計，成文后先由本公司技術領導審核，然后由鉆井部設計經理審核批準），再交鉆井部部門經理復審，最后交由分公司主管副總經理批準執(zhí)行。鉆井主任工程師審核（由承包公司制定的專業(yè)設計，如平臺就位、鉆井液、固井和定向井等設計，成文后，先由本公司技術領導審核，再交作業(yè)者有關技術人員，如鉆井液監(jiān)督、固井監(jiān)督和作業(yè)者指定的技術人員審核），最后交由鉆井總工程師批準執(zhí)行。六. 設計更改：鉆井設計被批準后，在執(zhí)行過程中，如果發(fā)現某些方面因不符合實際情況或因地質油藏部門變更作業(yè)計劃而需要修改，必須編寫并上報變更申請書，經主管副總經理書面批準，方可更改設計。而需要修改，必須經鉆井總工程師書面批準，方可更改設計。第三節(jié) 鉆井設計的主要內容 一. 平臺就位設計 根據海底調查資料、水深、天氣和海況，設計出:浮式鉆井裝置的艏向、最短出鏈長度、錨方位、錨張力試驗要求及預張力值；自升式平臺的艏向、插樁深度、壓載量及氣隙要求。 二. 井身結構確定設計 根據預測的地層壓力、復雜地層以及地質上要求必須封固的地層的深度和海洋鉆井常用的井身結構，確定出該井的井身結構。 三. 井口裝置設計 根據預測的井口最大壓力以及是否有防腐要求，確定水下井口頭、泥線懸掛器、井口套管頭的類型和結構，以及試壓要求，并指明這類裝置的生產廠家、額定工作壓力。 四. 套管柱設計 分析套管在井下的各種受力情況，根據強度和密封性能要求，選擇套管的鋼級、壁厚和螺紋類型，對套管的抗拉、抗內壓和抗擠強度進行設計或校核，然后選定使用的套管。 五. 固井設計 確定注水泥的方法(如內管柱、水下釋放塞、雙塞或單塞、單級或雙級、單凝或雙凝水泥漿等)、水泥漿密度(應大于鉆井液密度)、水泥返高、裸眼水泥附加量和水泥漿24小時后的強度；根據井溫和施工時間因素，確定水泥型號、水泥漿泵送時間和稠化時間、水泥漿配方，沖洗液和隔離液的類型及數量的多少；設計出使用的套管扶正器類型、數量及安放深度，套管附件的要求與說明;提出施工中應注意的問題；固井質量的檢測方法試壓、CBL或SBT(CET)等。 六.鉆井液設計 根據地層巖性、井底溫度和壓力來確定鉆井液體系（必要時分井段），以達到防噴、防塌、防漏、防水化膨脹、防卡、保護油氣層等要求，還要注意環(huán)境保護和成本問題;對鉆井液處理設備的運行提出要求;對鉆井液的關鍵性能提出控制指標及處理原則。 七.鉆頭設計 根據地層的軟硬程度、巖性和鄰井使用鉆頭情況，確定各井段的鉆頭計劃。除底礫巖及潛山地層外，其他地層應使用PDC鉆頭。應優(yōu)先使用PDC鉆頭，并提出使用的牙輪鉆頭噴嘴類型（長或短噴嘴、斜噴嘴、脈沖噴嘴、組合噴嘴等）。 八.水力參數設計 根據環(huán)空返速、鉆頭水力功率、沖擊力、噴嘴噴射速度要求及機泥漿泵情況、鉆具條件和井眼類型，確定泵排量、噴嘴尺寸、類型及數量。 九.鉆具組合設計 在滿足鉆井作業(yè)要求的條件下，以盡量簡化鉆具結構為原則，依據井眼直徑、井斜控制要求、地層因素及鉆壓使用范圍，選擇鉆挺直徑和長度、穩(wěn)定扶正器位置和數量，并指出各套鉆具的用途（如造斜、穩(wěn)斜、降斜、通井、鉆水泥塞和取心等）；根據井深、鉆井難度、井徑和井身剖面類型，提出使用的鉆桿尺寸和鋼級。 十.井眼軌道定向井軌跡設計與控制要求 根據地質提出的井位與鉆進靶點位置的要求、地層特性，選擇合適的井身剖面類型，設計出井眼軌道軌跡（各個深度的井斜角和方位角大小及控制標準），監(jiān)測方法及要求。該部分設計應與井下鉆具組合和鉆進參數結合起來設計。 十一.地層評價計劃 根據地質設計要求，做出取心（井段、地層及工具類型等）、電測測井、測試等計劃。 十二.防噴器系統(tǒng) 根據井口壓力大小，確定防噴器結構和防噴器系統(tǒng)的試壓標準及周期確定是否簡化防噴器結構（各鉆井裝置的防噴器結構都是標準的，要簡化其結構，必須證實地層壓力為異常低壓的油井或沒有油氣層的上部井段）和防噴器系統(tǒng)的試壓標準及周期，并指明防噴器系統(tǒng)的額定工作壓力。 十三. 鉆井程序 常規(guī)的作業(yè)步驟和注意事項，一般性的質量要求，對作業(yè)的準備與進行是重要的，可避免或減少組織停工造成的損失。為減少設計書的篇幅，常規(guī)的鉆井程序，不必在每口井的鉆井設計中寫出來，只提示鉆井監(jiān)督參考本手冊的標準鉆井程序即可。 十四. 特殊作業(yè)程序 對采用新的或易發(fā)生問題的或現場鉆井監(jiān)督和操作人員不熟悉的鉆井工藝、工具和設備，應制定作業(yè)程序或操作步驟，包括安全措施和質量要求，避免出現事故或達不到設計要求。 十五. 潛在的風險問題及處理措施 對于可能存在的異常高壓、淺層氣、井漏、井塌、縮徑等井下復雜情況，應明確提出，提示鉆井監(jiān)督按有關規(guī)定，做好監(jiān)測與預防工作，必要時制定出專門措施，以保證安全順利鉆進。 十六. 工程進度計劃 根據地質要求、作業(yè)難度、現場經驗、鄰井作業(yè)情況和套管程序等，測算出各井段的施工時間，做出全井進度計劃，并畫出進度計劃曲線。 十七. 材料計劃 根據以上作業(yè)需要及要求，制定出全井材料計劃，注明規(guī)格、數量、生產廠家及單價等有關資料。專業(yè)承包公司作的設計，也應包括材料計劃。 十八. 成本預算根據已做出的作業(yè)時間、各種設備租金和人員服務費、使用材料的數量和價格，以及其他費用，做出全井成本預算;然后做出日固定作業(yè)費，加上每日將要消耗的材料費用，對應作業(yè)時間畫出一條成本預算控制曲線，便于現場鉆井監(jiān)督進行成本預算控制。鉆井設計及合同價格第四節(jié) 鉆井平臺的就位設計要求海上鉆井平臺的錨泊就位，對后繼鉆井作業(yè)能否在惡劣海洋環(huán)境中安全地按計劃進行是十分重要的，作業(yè)者應對此加以重視，并在設計中提出明確的要求，便于鉆井監(jiān)督及時監(jiān)督作業(yè)。 一. 鉆井平臺的海上定位 1就位誤差要求 隨著定位技術的提高，地質部門對鉆井平臺在設計井位上的就位誤差也提高了要求。目前允許的平臺就位誤差是:以設計井位為中心，半徑30米的圓內。 2定位方法 目前定位常用的是“GPS”全球定位系統(tǒng)。這是一種具有全球覆蓋能力的高精度定位系統(tǒng)，它通過太空中的衛(wèi)星和地球上的標準臺站，隨時提供平臺每時每刻的精確位置，并能以數據和圖示的形式顯示在熒屏上:拖航時輸入設計的航線，就可隨時知道平臺的實際航線位置與確定的航線的偏差，及位置、速度和航向；就位作業(yè)時，輸入井位坐標和平臺艏向，就可隨時顯示出平臺的實際位置與設計位置的誤差；當拋錨工作船上安裝有尾標跟蹤設備，并輸入各個錨的方位和拋錨距離，即可顯示出拋錨的精度，以指導平臺精確地就位與拋錨作業(yè)。如果沒有安裝尾標跟蹤設備，拋錨工作船只能根據船上的雷達設備來確定拋錨方位，和根據平臺的出鏈長度或參考雷達的測距來確定拋錨的距離是否達到設計要求。 二. 鉆井平臺艏向 選擇平臺的艏向，首先應考慮的是平臺的抗環(huán)境力（主要指風力，次要指涌、浪、流等)，同時也要考慮供應船的?？?、直升機的起降和燃燒臂的放噴燃燒，以及平臺防爆區(qū)劃分和人員在可燃氣體警報時的逃生路徑。一般情況下，選擇作業(yè)季節(jié)的主導風向和流向（頂風頂流）為艏向。 三. 浮式平臺的錨泊要求1最短出鏈長度要求:該長度應該大于錨鏈承受極限張力(1 / 2錨鏈破斷張力)時的懸鏈長度，以保證錨前面始終有一段錨鏈水平躺在海床上，使錨總是承受水平拉力，如圖1-1示。出鏈長度一般為水深的811倍，淺水作業(yè)時其倍數可取大值。當水深淺于100米（328英尺)時，根據南海海域作業(yè)的經驗，應控制的最短出鏈長度不小于823米(2700英尺)。一般情況下，出鏈越長，系泊力就越好。初始出鏈長度還應該比要求的最短出鏈長度長30.4845.72米(100150英尺)（取決于海床土壤性質）。這是因為錨抓力試驗時，錨鏈還會拉 圖1-1半潛式鉆井平臺錨鏈工作示意圖回一段。如果錨鏈被拉回太多，最終出鏈長度達不到要求的最短出鏈長度，必須重拋此錨或加串聯錨，再進行試驗。 2錨鏈張力(錨抓力)試驗:即預計的最大錨鏈張力試驗，一般不超過錨鏈破斷張力的1/3。如張力試驗達不到要求，要調大錨爪角，或增加串聯錨等。 3錨鏈預張力：根據當平臺位移達到5水深時，錨鏈張力達到其1/3破斷張力來確定。 四自升式平臺的就位要求 1.插樁:首先根據海底調查資料，確認是否能正常插樁，如不能正常插樁，則應采取相應措施;預計插樁的深度。 2.壓載方案制定:其原則是分階段逐步均勻地加載平臺到其升降機構最大靜態(tài)支持力，平臺平穩(wěn)不斜為止。壓載總量由下式計算: Q=G-T-W .（1-1）式中:Q壓載總量，千牛。 G升降機構最大靜態(tài)支持力，千牛。 T平臺自重，千牛。 W壓載前平臺上的可變載荷，千牛。 3升平臺的高度，即氣隙:按平臺操作手冊給定的參考高度和下式的計算值比較，取大者的整數: . (1-2)式中:H升平臺高度，米。 h1最大波浪高度，米。 h2最大潮位，米。 4.如預測海流對樁腳沖刷較大，及其它影響平臺安全作業(yè)的問題，要提出解決的措施。 五錨泊模式 1浮式平臺錨泊模式 我公司現有浮式平臺均為半潛式平臺，每個平臺均為8個錨，其錨泊模式如圖1-2；錨之間的夾角，因平臺結構不同而不同，設計時參照平臺各自的操作手冊。 2自升式平臺的錨泊模式 大部分自升式平臺，只有三個錨，主要是在平臺定位時用于調整平臺位置，其錨泊夾角一般為120o。第五節(jié) 井身結構設計 井身結構設計是鉆井設計的關鍵。其設計的基本步驟是:先遵循鉆井設計的基本原則，依據已制定出的各種基礎數據和已取得的各種資料，設計套管的下人深度和層次，再根據海洋鉆井的特點和慣例，確定出井身結構。 一 基礎數據 1地質提供的數據:巖性剖面及復雜井況提示，地層孔隙壓力和破裂壓力剖面，油氣層深度及厚度，鄰井有關資料。 2設計數據 這些數據的確定，與鉆井工藝技術水平有密切的關系。主要為: （1）抽汲壓力與激動壓力允許值(Sb與S8);以當量密度表示，單位為克/厘米3，一般取: SB=0.040.06 Sg=0.040.06 （2）地層壓裂安全增值(Sf)：為防止預測的地層破裂壓力偏低而定的安全余量，用當量密度表示，取Sf=0.03，單位為克/厘米3。 （3）井涌條件允許值(Sk)：此值是衡量井涌的大小，用當量密度表示，取Sk =0.060.10,單位為克/厘米3。 （4）壓差允許值(Pn與Pa)：鉆井液液柱壓力與地層孔隙壓力的最大壓差允許值，分為正常壓力井段和異常壓力井段。壓差過大，則容易造成壓差卡鉆，特別是卡套管，使作業(yè)無法正常進行。取Pn =11.716.5兆帕(17002400磅/英寸2)，Pa =14.521. 4兆帕(21003100磅/英寸2)。 二套管層數與下人深度的設計方法及步驟 設計方法為:先按井內壓力系統(tǒng)平衡設計出各層套管的下入深度，然后再針對影響鉆進的復雜地層作適當調整;設計由下往上進行，第一層套管的下入深度，取決于地質要求或井深。設計步驟從第一二層套管開始，具體如下: 1以井內壓力系統(tǒng)平衡為基礎，以壓力剖面為依據進行設計 已知第一層套管的下入深度，確定以上各層套管的下入深度，實質就是在兩相鄰套管鞋之間的裸眼內，一要保持壓力系統(tǒng)平衡，即在起下鉆過程中及井涌壓井時不會壓裂上部地層而發(fā)生井漏；二是在鉆進和下套管時不會發(fā)生壓差卡鉆、卡套管、等復雜情況。 （1）設計步驟 首先根據預測的將鉆地層的孔隙壓力和破裂壓力數據，建立起以井深為縱坐標、以壓力當量密度值為橫坐標的壓力曲線圖（如圖1-4所示）； 確定設計數據； 根據地質設計和油氣層位置確定生產套管，即第一層套管的下入深度H1； 利用壓力曲線圖中最大地層孔隙壓力和所應有的破裂壓力，初選中間套管下入深度，經自下而上的壓差卡鉆校核后，確定中間套管下人深度H2； 利用壓力曲線圖中中間套管鞋處地層破裂壓力求最大允許的地層孔隙壓力，初選下層套管下入深度，經自下而上的壓差卡鉆校核與破裂壓力校核后，確定下層套管的下入深度H2； 根據中間套管鞋處地層孔隙壓力確定上層套管的下入深度H4； 根據海洋鉆井的特點，確定表層套管和導管的下入深度，即H5和H6； 確定各層套管外水泥返高； 根據海洋鉆井中常用的井身結構和計算得到的套管層數及下入深度，確定該井的井身結構。 （2）設計方法 中間套管下入深度H。的設計: A根據壓力曲線圖中最大地層孔隙壓力，由下式計算所應有的地層破裂壓力來初選中間套管下入深度: . (1-3)式中:Wf3ik中間套管以下裸眼發(fā)生井涌時，在井內最大壓裂梯度作用下，上部裸眼不被壓 裂所應有的地層破裂壓力當量密度，克/厘米3。 Wpmax中間套管以下裸眼預計最大地層孔隙壓力當量密度，克/厘米3。 Sb抽汲壓力當量密度，克/厘米3 SF一地層破裂壓力安全增值，克/厘米3 。 HPmas發(fā)生井涌時最大地層孔隙壓力所在井深，米。 Hsi中間套管下入初選深度，米。 SK井涌條件允許值，克/厘米3。 用試算法試取Hsi值代入上式中求Wf3ik，然后在曲線圖中查得Hsi深度處的實際地層破裂壓力當量密度。如果Wf3ik略小于實際值時，Hsi就為中間套管下入初選點。否則另選一Hsi值計算，直到滿足為止。 B校核中間套管下入到初選點深度有無壓差卡鉆的危險。 先求出該井段中最大鉆井液液柱壓力與最小地層孔隙壓力之間的最大靜止壓差P3i為: .(1-4)式中:P3i中間套管鉆進井段內實際的井內最大靜止壓差，兆帕。 Hmm中間套管鉆進井段內最小地層孔隙壓力所在的最大深度。米。 W3i一中間套管下入初選深度處的地層孔隙壓力當量密度，克/厘米3 Wmin中間套管鉆進井段內最小地層孔隙壓力當量密度，克/厘米3 用正常壓力地層的壓差允許值:當P3i <Pn時，則不易發(fā)生壓差卡鉆，Hsi就是中間套管下入深度H3；當P3i >Pn時，在中間套管下入中，則可能發(fā)生壓差卡鉆。這時，該層套管下人的深度應淺于初選深度H3i。用下式計算在井深Hmm處壓力差為Pn時，允許的最大地層孔隙壓力當量密度值Wppcr: . (1-5) 在壓力曲線圖上查孔隙壓力當量密度Wppcr所在井深即為中間套管下入深度H3。 當中間套管下入深度因壓差大而淺于初選深度(H3<H3i)時，在油氣層套管與中間套管之間還要下一層套管，即H2: A.確定中間套管下面一層套管的下人初選深度H2i 由中間套管鞋處的地層破裂壓力當量密度Wf3，可求得允許的最大地層孔隙壓力當量密度Wppcr . (1-6>式中: Wf3中間套管鞋處地層破裂壓力當量密度，克/厘米“。 Wppcr中間套管鞋處地層破裂壓力當量密度為wf。時，其下井段所允許的最大地層孔隙壓力當量密度，克/厘米3。 H3中間套管下人深度，米。 H2i一一該層套管下入深度初選點，米。 其它符號代表意義同前。 當選定深度H2i代入上式求得的Wppcr，大于且接近H2i深度處查得的孔隙壓力當量密度時，H2i就是初選深度。 B.校核該層套管下到初選深度H2i時，是否會發(fā)生卡鉆。 校核方法如前，可用公式(1-4)，但需改變式中符號的下標數據。 確定中間套管上面一層的套管下入深度，即H4: 其確定方法如前，可用公式(1-3)，但需改變式中符號的下標數據。此時，把中間套管下深H3當作井底看待即可。 以上各層套管依照同樣的方法確定，但要考慮海洋的特點。 2.以影響鉆進的復雜地層為依據，對上述確定的套管下入深度進行調整 因地層因素，如易垮塌、縮徑、卡鉆、井漏等復雜地層，影響了鉆井速度和安全。因此，要根據鉆井工藝技術水平和鉆井液技術現狀，確定是否用套管封住這類地層，以便安全鉆進下部地層。需要注意的是，調整后的套管下深，應不影響井眼壓力系統(tǒng)的平衡。 3管外水泥漿返高規(guī)定 （1）導管管外水泥漿必須返高到海床面。 （2）表層套管外水泥漿返高，一般到海床面(必須返到導管內)。遼東灣生產井表層套管外水泥漿返高，為滿足冬季防凍要求，一般到井口甲板。 （3）技術套管外水泥漿返高，根據井的具體情況確定，但必須保證封固好套管鞋。（4）油氣層套管外水泥漿返高，一般應超過油層頂部150200米，或氣層頂部250300米。 三海洋鉆井中常用的井身結構 由于海洋環(huán)境的因素，鉆井中使用的套管柱，不僅要保證井眼安全順利鉆達設計井深，還要保證在海床面上，安全穩(wěn)定地支撐住重981千牛(100噸)以上的水下防噴器系統(tǒng)，或在水面以上20米左右，支撐住約重294千牛( 30噸)的地面全套井口系統(tǒng)和防噴器組，并抵抗海流和海浪對系統(tǒng)沖擊造成的彎曲力矩。因此，井身結構、井口系統(tǒng)和防噴器組的主要結構，經過實踐都已形成適應海洋自然環(huán)境的成熟的標準結構。并且，隨著對地層情況的不斷了解，鉆井技術的提高，井身結構在沒有根本性改變的情況下，一方面得到加強，另一方面也得到簡化，滿足了目前鉆各類井和提高鉆井速度的需要。 1. 標準套管柱及作用 如圖1-3所示，在一般情況下為五層套管:導管、表層套管、兩層中間套管、油氣層尾管。 (1)導管 也稱為表層導管，主要用作建立井口、支撐井口和防噴器組。其下入海床以下的深度，根據地層破裂強度確定，只要能建立起循環(huán)而不壓裂地層即可，一般為3060米。經驗證明，浮式鉆井裝置使用外徑762毫米(30英寸)、內徑711.2毫米(28英寸)、鋼級為X52或B級的套管作表層導管，是保證水下防噴器組安全穩(wěn)定的關鍵。固定式鉆井裝置作業(yè)時，把導管稱為隔水導管，一般情況下，必須使用762毫米(30英寸) 或609.6毫米(24英寸)套管作隔水導管，只有在井口防噴組較簡單、重量輕、上下扶正支撐又比較好、以及水淺的情況下，可考慮用508毫米(20英寸)套管作隔水導管。 (2)表層套管主要用于封住表層的疏松地層，建立起井口控制系統(tǒng)。常用339.73毫米(13-3/8英寸)套管作表層套管，下入深度一般在500米左右，有時也用508毫米（20英寸)套管作表層套管。常用508毫米(20英寸)套管作表層套管，下入深度一般在500米左右，有時也用339. 73毫米（13-3/8英寸)套管作表層套管。 (3)中間套管 也稱技術套管，主要用于封住復雜地層，保證井眼安全順利鉆達設計深度，常用339.73毫米和244.48毫米(9-5/8英寸)套管作中間套管。 (4)油氣層套管或尾管。油氣層套管常用244.48毫米和177.8毫米(7英寸)套管，油氣層尾管常用177.8毫米和114.3毫米(4-1/2英寸)套管。 2井身結構類型下述的井身結構，已成功地使用。設計新井時，根據井深、地層情況和鉆井難度等選用。（1） 標準類型（表1-1）表1-1標準井身結構類型井眼尺寸毫米914.4660.4444.5311.5215.9152.4英寸362617-1/212-1/28-1/26套管尺寸毫米762.0508.0339.73244.48177.8114.3英寸302013-3/89-5/874-1/2套管名稱表層套管表層套管中間套管尾管注: 215. 9毫米井眼與117.8毫米尾管、152.4毫米井眼與114. 3毫米尾管，是根據地層情況和井深確定是否使用。該類型可用于一般的深井和超深井，也可用于復雜的高壓氣井。（2）強化類型(表1-2):表1-2井身結構的強化類型井眼尺寸毫米914.4660.4444.5355.6311.5215.9152.4英寸362617-1/21412-1/28-1/26套管尺寸毫米762.0508.0339.73298.45244.48177.8114.3英寸302013-3/811-3/49-5/874-1/2套管名稱表層套管表層套管中間套管中間尾管中間套管尾管注: 355. 6毫米井眼與298.45毫米尾管段:用222. 25 X 311. 15 X 355. 6毫米偏心鉆頭鉆進，然后下入298.45毫米無接箍套管。311.15毫米井眼與244.48毫米套管段:用200. 03 X 269. 88 X 311. 15毫米偏心鉆頭鉆進，下入的244.48毫米套管柱要求:進入298.95毫米尾管及以下井眼的套管，為無接箍套管，上部的為普通接箍的套管。 該類型一般用于復雜的高溫高壓深井。(3)簡化類型I(表1-3)表1-3 井身結構的簡化類型井眼尺寸（毫米）762444.5444.5215.9套管尺寸（毫米）609.6339.73339.73177.8套 管 名 稱表層導管表層套管中間套管尾管（原表）井眼尺寸（毫米）914.4444.5444.5215.9套管尺寸（毫米）762.0339.73339.73177.8套 管 名 稱表層導管表層套管中間套管尾管注: 該類型省去508毫米表層套管，用339.73毫米套管代替。 浮式鉆井裝置使用上述結構時，476.25毫米標準水下井口頭與339. 73毫米套管的連接，采用508 X 339. 73毫米大小頭過渡連接；244.48毫米套管懸掛器下方用476. 25 X 339. 73毫米的專用升高短節(jié)支撐，保證了水下井口系統(tǒng)的完整性(不需要專用井口系統(tǒng))。 固定式鉆井裝置使用上述類型時，在泥線懸掛處，采用加大339. 73毫米套管泥線懸掛器外的懸掛環(huán)，并掛在762毫米套管內的泥線支撐環(huán)上；其它套管懸掛器，仍為標準懸掛；套管頭不發(fā)生變化，仍為標準套管頭。(4)簡化類型一(表1-4) 表1-4井身結構的簡化類型-井眼尺寸（毫米）444.5311.15215.9套管尺寸（毫米）339.73244.48177.8套 管 名 稱表層套管中間套管尾管（原表）井眼尺寸（毫米）914.4444.5444.5套管尺寸（毫米）762.0339.73339.73套 管 名 稱表層導管表層套管油層套管注: 該類型僅三層套管，339. 73毫米套管作表層套管，也作中間套管，這種類型用于淺井。 該類型使用標準井口，泥線懸掛或井口頭與套管柱之間的過渡，參照上述簡化類型一I 中的方法進行。（5）其它類型 在固定式生產平臺上鉆叢式井，有的用762毫米套管作隔水導管，或用609.6毫米(24英寸)套管，也有的用508毫米套管作隔水導管，并采用打樁的方法施工。四井身結構設計舉例例：某井由地質提供的下部地層孔隙壓力和破裂壓力的當量密度曲線見圖1-4。根據下面提供的數據，設計該井的井身結構。已知：抽汲壓力當量密度值Sb=0. 05克/厘米3，井涌條件允許值Sk=0.07克/厘米3 地層破裂壓力安全增值Sr=0. 03克/厘米3，壓差允許值Pa=21. 4兆帕 Pn15.7兆帕，設計井深TD3400米，水深WD=98米資料證實沒有淺層氣，要求177. 8毫米（7英寸)套管完井，轉盤面海拔高度=25米。解:以井內壓力系統(tǒng)平衡設計。首先確定套管下入深度與層次，再確定井身結構。 1設計套管的下入深度與層次 （1）第一層套管下到井底，即H1=3400米 （2）確定中間套管的下入深度H3圖1-4例題壓力剖面圖確定下人初選深度H3i根據壓力剖面圖，初選深度H3i=2650米，從圖中查到，下部裸眼中最大孔隙壓力當量密度Wpmax=1.7，井深Hpmax=3400米，由公式(1-3)得:克/厘米3由圖上查得2650米處Wf2650=1.88克/厘米3。因W3fik<Wf2650且相近，所以H3i=2650米為中間套管的下入初選深度校核中間套管下入到初選深度2650米過程中是否會發(fā)生壓差卡鉆。由圖上查得:Wp3i=1.36克/厘米3,Hmm=1600米，Wmin = 1.07克/厘米3，由公式<1-4)得兆帕因P3i <Pn15.7兆帕，所以中間套管下入深度H3=H3i2650米（3）確定中間套管下面一層套管的下入深度H2因H3=H3i，所以在中間套管以下井段，不必再下入另一層套管，即不必確定H2。(4)確定中間套管上面一層套管的下入深度H4。由公式<1-3)式可變得:. (1-7)此時的Wpmax=Wp3=1.36，Hpmax=H3=2650,帶入上式得：如選定H4i1600米為初選下入深度，計算得Wf4ik=1.556克/厘米3由圖上查得H4i=1600米處的破裂壓力當量密度Wf1600 = 1.56克/厘米3。因為Wf4ik< Wf1600，且相近，所以，這層套管的下入深度H4=H4i=1600米。(5)導管和表層套管下入深度確定表層套管下入深度H5:根據巖性情況，確定H5=500米。 導管下入深度H6:根據井口需要和表層巖性情況，導管入泥45米。則導管下入深度H6:H6=入泥長度+水深+平臺轉盤面海拔高.(1-8) =95+98+25=168米2. 確定井身結構上述設計，共需六層套管。根據海洋鉆井使用的井口裝置和完井要求，確定選用標準類型的井身結構，其結果如下表:表1-5例題計算結果井眼尺寸（毫米）套管尺寸（毫米）套管名稱下入深度（米）備注914.4762.0表層導管168660.4508.0表層套管500444.5339.73中間套管1600311.15244.48中間套管2650215.9177.8尾管3400152.4114.3尾管備用第六 節(jié)鉆井費用預算 一預算的制定鉆井費用的預算，應依據鉆井設計、各承包商服務合同費率、工具租用費率、以及鉆井所需的材料數量和價格等制定。制定鉆井費用預算的人員，可以是負責鉆井設計的高級鉆井技術人員，也可以是專門進行鉆井預算的專業(yè)人員，但都必須掌握制定預算的資料，保證預算的準確性。預算的制定，應該在主管鉆井的技術領導和行政領導的指導下進行。 預算制定成文后，交上級計劃部門審核批準，即可執(zhí)行。預算制定的整個過程，應在作業(yè)前完成。 二. 鉆井預算的主要內容 1鉆前費用:海底調查、動復員、拖航定位等作業(yè)發(fā)生的費用等。 2鉆井工程費用:鉆井期間各承包公司的人員服務和設備租用費，也包含基地費用等。主要包括鉆井平臺、供應船、直升飛機、電測、固井、鉆井液、潛水、錄井、下套管、定向井、通訊、庫房場地及碼頭租用、取心，貨物裝卸、氣象、醫(yī)療服務、鉆井液及巖屑回收、數據傳輸等服務費。工作船、直升飛機、電測設備、固井設備、潛水設備、錄井設備、下套管設備、定向井設備、通訊設備、基地碼頭、井口送入工具、取心工具和井下工具等的租金，以及氣象、鉆井液、水泥化驗、井口安裝服務、取心服務、基地貨物裝卸服務等服務費。 3鉆井材料費:鉆井作業(yè)期間所用材料費用，主要包括鉆井液外加劑、固井水泥及外加劑、各種尺寸的套管及附件、各種鉆頭及附件、井口頭及附件、井下工具、柴油、水和其它材料的費用。 4管理費:主要包括監(jiān)督費、設計費、保險費、科研費、伙食費、倒班費、港雜費、漁業(yè)補償費、上交稅金及上級部門管理費等。5不可預見費:這是指處理難以預測到的井下復雜情況發(fā)生的費用，以及因天氣影響損失作業(yè)時間而發(fā)生的費用。其大小通常是用統(tǒng)計確定的一個百分數乘以上述14項費用之和。這個百分數的大小，與作業(yè)環(huán)境、季節(jié)、鉆井難度及工藝技術水平有關。一般情況下，難以準確做出某一口井的不可預見費用。因此，鉆前不預算此項費用，到井鉆完后，才根據發(fā)生的不可預見的作業(yè)的損失，作出迫加預算。需要討論 三成本控制 費用跟蹤人員根據鉆井日報對各項目費用進行實時跟蹤，并每周與預算對比，發(fā)現費用進度超作業(yè)進度時及時向項目經理預警，項目經理應采取積極有效的措施進一步控制費用，將最終費用控制在預算之內。為便于作業(yè)中進行成本控制，使成本不超出預算，應根據預算計算出每日固定費用，再根據計劃井深和材料消耗等情況，制定出鉆井成本控制曲線，即井深與預算費用曲線，供鉆井監(jiān)、督使用。監(jiān)督應根據進度把每日實際費用與鉆井成本控制曲線中的費用進行對比分析，控制好作業(yè)成本，不突破預算。為便于計算，可不計鉆前井場調查費用。圖1-5是鉆井成本控制曲線的一個示范例子:井深3000米，下四層套管，不包括鉆前井場調查費用和試油費用，共需預算3000萬元。 四預算的修改 鉆井作業(yè)結束后，要根據作業(yè)的實際工作量的變化(或增或減)，對預算進行修改。 需增加的預算費: 遇到地質設計上沒預測到的井下復雜情況(如高溫高壓、井漏等)而需增加的處理費用。但因管理或措施不當造成的停工和事故而發(fā)生的費用，不屬增加之列； 人力不可抗拒的自然力量(如臺風、冰災等)造成的作業(yè)損失費用；因地質方面臨時提出增加的取心、電測、中途測試、加深井眼等，而發(fā)生的費用；因上級政策或市場變化等原因導致價格上漲；其它需增加的費用。需減去的預算費: 由于干井，沒進行設計所要求的鉆井完井作業(yè)而沒發(fā)生的費用； 地質部門臨時提出減少的取心、電測工作量所含的費用；地質部門要求提前完鉆而沒鉆進尺的那部分井段所含費用，等等。預算修改批準后，作為全井鉆井成本結算的依據。圖1-5鉆井成本控制曲線示意圖附件 鉆井設計的成文格式、生產井一 封面X X X油田鉆井工程設計編寫 審核復審批準X X X 公司鉆井部年 月 日二 目錄三 基本數據平臺名稱 井別 平臺中心坐標:(大地坐標X, Y，及經度、緯度) 井型平臺井數槽口分布井口間距平臺總井深平均井深目的層位深度零點轉盤高度平均水深鉆井方式四 地質設計應包括地理位置及區(qū)域位置、構造特征、儲層特征、油藏特征、儲量分布、開發(fā)方案概述、井位優(yōu)化、潛力與風險、鄰井地漏試驗數據、鄰井CO2分壓結果等。五 定向井設計1 水平井數據2 水平分支井數據3 井口間距和槽口排列4 槽口分布圖5 井位水平分布投影圖6 立體投影圖7 鉆井順序六 套管程序井眼尺寸(in)井深 (m)套管尺寸(in)套管下深(m)鋼級公稱重量(lbs /ft)扣型七 井身結構示意圖八 鉆頭計劃鉆頭尺寸鉆 頭 類 型鉆頭型號數 量用途九 鉆具組合設計井眼尺寸鉆 具 組 合功能十 鉆井液設計井 眼 尺 寸井 段(m)泥 漿 類 型密 度(g/cm3)粘 度(s)PV (MPa.s)YP (Pa)FL (cc/30min)十一 固井設計1 固井方法套管尺寸毫米（英寸）508（20"）339.73（13-3/8"）244.48（9-5/8"）177.8（7"）水泥漿返高水泥類型水泥漿密度附加量添加劑固井方法十二 資料錄取及測井計劃資料錄取按海上油氣田開發(fā)井快速鉆井資料錄取要求（試行）執(zhí)行十三 井口裝置及套管試壓1套管和套管頭試壓內 容試壓標準持續(xù)時間壓降標準套管頭10MPa10Min< 0.2MPa套管10MPa10Min< 0.2MPa2防噴器組和管匯試壓內 容試壓標準持續(xù)時間壓降標準萬能防噴器閘板防噴器剪切閘板防噴器鉆井四通側閘閥立管管匯阻流管匯壓井管匯70MPa35MPa十四 鉆井作業(yè)程序1 施工準備工作2 鉆井作業(yè)十五 鉆井工程風險分析序號類別內容風險分析解決方案