石油工程设计大赛--技术创新类

全国石油工程设计大赛技术创新类作品团队编号：14146001团队名称：燕大创新7队团队成员：宋广明指导教师：李子丰教授2014.4.291作品说明作品简介：根据本届大赛题目提供的沁端区块地质数据资料以及我国煤层气储层的构造特点，在对所收集文献资料的整理的基础之上，利用经验类比法对煤层气井井型、井身结构进行设计和优化，提出一种新井型——井底排水分支井组。然后针对该区块煤层气储层特点，选择井口位置，进行钻完井设计。作品名称：井底排水分支井组设计2目录第1章绪论第2章设计概况第3章钻井工程设计第4章完井工程设计第5章进度计划及成本预算3第1章绪论1.1背景我国煤层气资源十分丰富，是世界上第三大煤层气储藏国。受多热源叠加变质和多期构造改造的影响。我国的煤储层大多表现为“低孔”、“低渗”和“低压”，这种“三低”的储层条件使得垂直井压裂排采技术在我国无法获得预期成效。其主要原因在于储层的“三低”一方面限制了压降传递速度和距离，另一方面制约了“导流改善”的良性循环。因而煤层气井表现为“低产”。而且“不稳定”，这也决定了常规直井开采技术永远无法摆脱“点”的局限性，通常以有限的井筒影响范围来设计钻井和完井方案以及储层改造措施。4第1章绪论1.2国内外研究发展概况1.2.1直井现今国内外煤层气开采多用直井、水平分支井和水平连通井等技术。直井钻井技术最成熟，应用也最普遍。但是，该技术仍没有完全克服储集层低渗、低压带来的不利影响。截至2007年底，我国煤层气累计钻井2446口，其中，水平井(主要为多分支水平井)29口，直井2417口。澳大利亚采用增产措施的直井5第1章绪论1.2.2水平分支井美国CDX国际公司先后为美国钢铁公司在西弗吉尼亚州的煤层气开发项目钻了近69口定向羽状分支水平井，这些井在低渗透煤层气开发中取得显著成效。我国在借鉴国外研究成果的基础上，通过攻关已基本掌握了分支井钻井技术，并先后在辽河油田和胜利油田完成了4口分支井，取得了较好的效益。我国第一口煤层气羽状分支水平井是中国石油天然气股份有限公司引进CDX国际公司的钻井专利技术在樊庄高煤阶区取得的试验成功。煤层气羽状分支水平井示意图6第1章绪论煤层气水平对接井示意图1.2.3水平对接井水平对接井（又称U型连通井）技术在油田增产、食盐开发等方面已经得到了广泛应用，取得了比较明显的经济效益和社会效益。在国外，澳大利亚钻井公司使用美国的地面定向钻进设备和导向钻进系统在澳大利亚成功施工的300多口煤层气开发井均已取得显著成效。我国首先在山西的保德地区进行勘探试验，施工了4对U型水平对接井组。2010年10月至12月，山西晋城潘庄区块进行的U型水平对接井技术的现场工业性试验取得成功，气井最高日产气量达2×104m3。7第1章绪论1.2.4V型井V型井指由两组之间呈一定夹角并共用一口排采直井的U型井组成，地层流体通过两个水平井眼分排流向同一排采直井井筒内，增加了泄流面积，实现两水平井共同排采降压采气，能够获得更大的气产量，煤层气V型井组钻井工艺集成了随钻地质导向、煤层造穴三井对接、多井眼完井等多项先进的钻井技术。2012年4月8日，中石化华东分公司在延川南煤层气工区完钻了第一个V型井组。煤层气V型井组井身结构示意图8第1章绪论超短半径水平井分布图超短半径钻井方案示意图1.2.5超短半径径向水平井澳大利亚已成功应用高压水射流在煤层中钻水平孔长度达到428m，破岩钻进速度达到了30m/min。2008年，国内天津波特耐尔石油工程有限公司利用该技术在东北地区完成了8个分支的煤层径向水力喷射钻井施工，每个分支均可达150~200m。9第1章绪论1.3基本思路10第1章绪论1.4创新点本设计结合煤层气单翼多分支井水平井和水平连通井的技术，在其现有基础上针对煤层气储层特点提出井底排水水平多分支井组。该井型综合了多分支井水平井和水平连通井的优点，水平段沿煤层倾角，能有效防止打穿煤层，提高了单井产量和采收率,适宜煤矿待采区的煤层气开采。11第2章设计概况2.1基本数据井名：Z4井底排水分支井组，其中Z4-H为直井，Z4-S为水平多分支井；井型：直井、水平井；井别：直井为生产井，水平井为工程井；地理位置：沁端区块,位于沁水盆地南部，隶属于山西省沁水县；构造位置：如图；Z4-HZ4-S12第2章设计概况2.1基本数据井位坐标：直井：纵坐标（X）：19649400，横坐标（Y）：3966267.8，H：1000m；水平井：纵坐标（X）：19648454.5，横坐标（Y）：3965053.5，H：1000m；目的煤层：3#煤层；设计井深：直井：804.2m（垂深），测深见工程设计；水平井：743.84m（垂深），测深见工程设计；完钻层位：石炭系上统太原组（C3t）；完钻原则：原则上钻3#层留足测井口袋（60m）完钻；完井方法：直井洞穴完井，多分支水平井裸眼完井。13第2章设计概况2.2设计依据2.2.1执行标准及规范所执行的主要标准及规范，但不限于以下标准及规范；（1）《钻井工程设计格式》（SY/T5333-1012）；（2）《煤层气钻井钻井作业规程》（Q/CUCBM0301-2002）；（3）《井场布置原则和技术要求》（SY/T5958）；（4）《钻井作业安全规程》（SY5974-94）；（5）《井身结构设计方法》SY/T5431；（6）《钻井井控技术规程》SY/T6426；（7）《油气探井工程录井规范》（SY/T6243-1996）；（8）《油气探井气测录井规范》（SY/T5788.2-2008）；（9）《油气探井录井资料质量控制规范》（SY/T6438-2000）；14第2章设计概况（10）《油气井钻井地质设计规范》（Q/SH0075-2007）；（11）《石油天然气勘探开发地质录井规范》（Q/SH0076-2007）；（12）《油气井地质录井规范》（SY/T5788.3-2008）；（13）《录井分析样品现场采样规范》（SY/T6294-2008）；（14）《探井化验项目取样及成果要求》（SY/T6028-94）；（15）《录井资料质量评定规范》（Q/SH1093-2008）；（16）《油气井录井资料录取项目及归档要求》（Q/SH1094-2008）；（17）《裸眼井、套管井测井作业技术规程》（SY/T5600-2002）。2.2.2资料依据（1）W1-W6六口参数井和W7-W16十口生产试验井实钻及测试资料；（2）本地区地质静态资料、实验室资料、生产动态资料及相关研究成果。15第2章设计概况2.3钻遇主要煤层（设计）与临井钻遇主要煤层对比井号井型井别X坐标Y坐标3#煤层顶板埋深m地面海拔m补心高mW7直井生产试验井196488203964877609.809161.20W9直井生产试验井196489103964621600.819051.35W11直井生产试验井196491903964725667.829441.05W10直井生产试验井196490933964376585.828881.20Z4井底排水分支井组工程井19648454.53965053.5735.14（水平段终点）10001.0516第2章设计概况2.4钻遇主要地层及故障提示地层代号故障提示系统组第四系Q防漏、防斜、防塌二叠系上统上石盒子组P2s防斜、防漏下统下石盒子组P1x山西组P1s石炭系上统太原组C3t中统本溪组C2b奥陶系中统峰峰组O2f防漏、防涌17第2章设计概况2.5靶点设计参数坐标A靶点B靶点C靶点D靶点E靶点F靶点G靶点横坐标（X）196494001964940019649400.196494001964940019649400.19649400纵坐标（Y）3966267.83966267.83966267.83966267.83966267.83966267.83966267.8地面高程（m）1000100010001000100010001000距井口方位(゜)0000000海拔（m）945700600500353263195.8垂深(m)55300400500647737804.2距砂体上部高度（m）897761011距砂体下部高度（m）3233.52.523靶区描述圆形靶区圆形靶区圆形靶区圆形靶区圆形靶区圆形靶区圆形靶区18第2章设计概况坐标K1靶点主井眼A靶区主井眼B靶区M1侧钻靶点M2侧钻靶点M3侧钻靶点M4侧钻靶点M5侧钻靶点M6侧钻靶点M7侧钻靶点M8侧钻靶点C靶点(洞穴靶点）纵坐标（X）19648454.519648454.519648502319648772419648865.519648984.519649110.519649287.519649301.519649320.619649388.719649400横坐标（Y）3965053.53965053.53965153.53965235.53965289.53965347.83965383.53965484.53965650.43965784.53965985.53966267.8地面高程（m）100010009709509579669729819879909931000距井口方位（°）353535353535353535353535距井口距离（m）553608221024.161124.161274.161374.161524.161624.161774.161874.162043.24海拔945640353.74312.61299.77302.5298.05291.18286.93274.76266.82256.16垂深（m）55360616.26637.39657.23663.5673.95689.62700.07715.74726.18743.84距砂体上部（m）8977661010881112.5距砂体下部（m）3322223.53.52.52.54.54靶区描述圆形靶区圆形靶区圆形靶区圆形靶区圆形靶区圆形靶区圆形靶区矩形靶区矩形靶区矩形靶区矩形靶区矩形靶区19第3章钻井工程设计3.1井身结构3.1.1井身结构优化研究（1）井身结构优化的原则：a、要满足直井井身结构设计的基本原则，既要满足地质勘探开发的要求、有效保护储层，又要满足钻井工程的各种条件、保障井下安全，为安全、优质和经济钻井创造条件；b、要满足水平井的特殊要求，应有利于井眼轨迹控制、精确中靶，满足完井、储层保护、井眼清洁的需要，并且保证套管柱能顺利地下至设计井深。（2）井身结构优化的关键问题：水平井井身结构优化设计的关键在于确定套管的下入层次和各层次套管的下入深度（特别是技术套管的下深）及钻头尺寸。套管层次的确定主要受所钻井工区的地层岩性、地层孔隙压力、地层破裂压力、井深、造斜点位置、钻井成本和钻井周期等多种因素影响。一般情况下水平井井身结构设计为三层套管，即表层套管、技术套管和生产套管。其中，技术套管的下深是水平井井身结构优化设计的关键。技术套管的下深有四种方案：直井段、小井斜角井段、较大井斜角井段和接近靶窗。20第3章钻井工程设计3.1.2井身结构设计图21第3章钻井工程设计3.1.3井身结构设计数据开钻次序测深(m)钻头尺寸(mm)套管尺寸(mm)套管下深(m)完井方式备注155311.1244.555水泥固井水泥浆反至地面2804.2215.9139.7804水泥固井煤层段下入玻璃钢套管进行造穴Z4-H井身结构设计数据表22第3章钻井工程设计Z4-S井身结构设计数据表开钻次序测深(m)钻头尺寸(mm)套管尺寸(mm)套管下深(m)完井方式备注155311.1244.555水泥固井水泥反至地面2822215.9177.8821水泥固井水泥反至地面32043.24155.6裸眼完井各分支井眼M11024.16-1724.16155.6裸眼完井1024.16侧钻M21124.16-1724.161124.16侧钻M31274.16-1774.161274.16侧钻M41374.16-1774.161374.16侧钻M51524.16-1924.161524.16侧钻