钻井工程设计

设计编号:202205-180

钻井工程设计

单位：孤东采油厂

井号：孤东9-平9013

井别：热采生产井

井型：水平井

中石化胜利油田分公司

2022年5月27日

孤东9-平9013井钻井工程设计

设计单位：胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院

工程设计：黄赳平

钻井液设计：卡物超售^一

固井设计：例年叫

定额设计：幅的苣-

目录

1设计依据......................................................1

2质量要求......................................................1

3井身结构......................................................1

4轨道设计......................................................3

5钻井设备......................................................5

6钻具组合与强度校核............................................6

7钻头选型与钻井参数............................................10

8钻井液设计....................................................11

9油气层保护要求...............................................15

10油气井压力控制（井控专篇）....................................15

11固井设计.....................................................28

12钻井施工重点技术要求.........................................28

13完井井口装置.................................................41

14职业健康、生产安全、公共安全、环保（HSE）要求...............41

15钻井资料要求.................................................53

中国石化孤东9一平9013井钻井工程设计

1设计依据

1.1钻井工程设计依据

(1)钻井地质设计；

(2)邻区邻井实钻资料；

(3)有关技术规范及技术法规；

(4)设计依据：胜利油田分公司《新井井位审批纪要2022-098》。

1.2井位数据

初测井口坐标:纵(X)4193435.54横(Y)20676788.22

方位修正角(°)：-8.82磁倾角(°)：56.40磁场强度(uT)：53.29

2质量要求

2.1直井段井身质量要求

表2-1井身质量要求

井深井斜角全角变化率水平位移

(m)V)V/30m)(Wm)

0-50011.2515

500〜98021.2515

直井段采用电子多点监测井身轨迹，起钻测多点计算井身轨迹数据。

2.2中靶要求

定向段采用MWD及地质导向随钻测控井身轨迹，根据实际情况采用滑动钻进和复合

钻进两种方式，随时调整井斜和方位。

靶点A靶半高(m):0.75靶半宽(m):5.00

靶点B靶半高(m):0.75靶半宽(m):5.00

3井身结构

3.1井身结构设计系数

抽吸压力当量密度(Sb)：0.036g/cm:i激动压力当量密度(Sg)：0.036g/cm3

井涌条件当量密度(Sk)：0.05g/cm3安全附加当量密度(Sf)：0.07g/cm3

正常压差允值：12〜15MPa异常压差允值：15〜20MPa

3.2井身结构设计数据表

中国石化孤东9一平9013井钻井工程设计

表3-1井身结构设计

开数井眼尺寸（mm）x井深（m）套管尺寸（mm）x下深（m）水泥返高（m）

一开①346.1x3510)273.1x350地面

①177.8x1804

二开中241.3x1807.42地面

（其中1544~1804为精密滤砂管）

注：具体下套管数据测井后由孤东采油厂地质所确定。

3.3井身结构K意图

垂深

（m）

CT

500-

1000-

1312.12

2

中国石化孤东9一平9013井钻井工程设计

4轨道设计

4.1轨道设计

表4-1轨道设计表

井号：孤东9-平9013轨道类型：直-增-稳-增-平

井底垂深(m)井底闭合距(m)井底闭合方位(°)造斜点(m)最大井斜角(°)

1312.12651.2799.23980.0089.56

磁倾角(°)磁场强度(PT)磁偏角(°)收敛角(°)方位修正角(°)

56.4053.29-7.581.24-8.82

初测井口：X=4193435.54Y=20676788.22

靶点:AX=4I9335IY=20677169.l垂深:1310.1m闭合距:390.15m闭合方位:102.51°靶半高:0.75m靶半宽:5m

靶点:BX=4193332.2Y=20677416.l垂深:1312m闭合距:636.33m闭合方位:99.35°靶半高:0.75m靶半宽:5m

表4-2轨道参数

井深井斜方位垂深水平位移南北东西狗腿度工具面

靶点

(ID)(°)(0)(m)(m)(m)(m)(°/3Q11)(°)

0.000.0000.000.000.000.000.000.00

980.000.00105.57980.000.000.000.000.000.00

1280.6860.14105.571228.44143.83-38.62138.556.000.00

1336.0160.14105.571255.99191.81-51.50184.770.000.00

1544.7089.5694.351310.10390.15-84.54380.884.50341.05A

1792.4289.5694.351312.00636.33-103.34627.880.000.00B

1807.4289.5694.351312.12651.27-104.48642.840.000.00

表4-3轨道各点数据

井深井斜方位闭合方位垂深闭合距南北东西阍蟀方腋蟀狗瞰工具面

(m)(°)(°)(°)(m)(m)(m)(m)(°/3Qn)(0/30m)(0/3Qn)(°)

0.000.00105.570.000.000.000.000.000.000.000.000.00

980.000.00105.570.00980.000.000.000.000.000.000.000.00

1020.008.00105.57105.571019.872.79-0.752.696.000.006.000.00

1060.0016.00105.57105.571058.9611.10-2.9810.696.000.006.000.00

1100.0024.00105.57105.571096.5224.77-6.6523.866.000.006.000.00

1140.0032.00105.57105.571131.8143.53-11.6941.936.000.006.000.00

1180.0040.00105.57105.571164.1567.02-18.0064.566.000.006.000.00

1187.7441.55105.57105.571170.0072.08-19.3569.436.000.006.000.00

1220.0048.00105.57105.571192.9094.79-25.4591.316.000.006.000.00

1260.0056.00105.57105.571217.50126.28-33.91121.656.000.006.000.00

1280.6860.14105.57105.571228.44143.83-38.62138.556.000.006.000.00

1323.9860.14105.57105.571250.00181.38-48.70174.720.000.000.000.00

1336.0160.14105.57105.571255.99191.81-51.501S1.770.000.000.000.00

1376.0165.72103.11105.381274.19227.40-60.30219.264.20-1.774.50339.13

1416.0171.34100.86104.901288.82264.55-68.01255.664.23-1.644.50339.95

1456.0176.9998.75104.251299.73302.88-74.55293.564.24-1.544.50340.53

1496.0182.6596.74103.501306.80342.01-79.85332.564.25-1.494.50340.88

1536.0188.3394.78102.701309.94381.54-83.85372.224.26-1.464.50341.04

1544.7089.5694.35102.511310.10390.15-84.54380.884.26-1.464.50341.05

1644.7089.5694.35100.851310.87489.34-92.13480.590.000.000.000.00

1744.7089.5694.3599.751311.63588.80-99.72580.300.000.000.000.00

1792.4289.5694.3599.351312.00636.33-103.34627.880.000.000.000.00

1807.4289.5694.3599.231312.12651.27-104.48642.840.000.000.000.00

注：①设计垂深和靶点垂深均不含补心高，施工时注意修正；

②钻至B靶点后按留15nl口袋设计，具体完钻深度根据实钻情况由甲方确定。

3

中国石化孤东9一平9013井钻井工程设计

4.2井眼轨道垂直投影图

投影位移(m)

图4-1井眼轨道垂直投影图

4.3井眼轨道水平投影图

八南北G)

1000r

800；

600；

4005•

2001

0：

-1000-800-600700-20002004006008001000

设计

图4-2井眼轨道水平投影图

4

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5钻井设备

5.1设备选择要求

本井设计钻深1807.42m,依据钻机负荷的选择原则，确定选择的钻机设备负荷能力

及配置能够满足1807.42m及以上钻井的需要。

(1)正常钻井施工过程中最大工作钩载不能超过钻机实际最大钩载的80%。

(2)钻具的最大净重不能超过钻杆盒承载能力。本井钻具最大净重729.1IkN。

(3)钻机净空高应满足设计井口装置安装的需要。

(4)要求设备工况良好，设备防护与安全设施齐全，动力与传动系统效率高，循环

与钻井液净化、维护处理系统能够满足不同井段对排量、钻井液性能维护与钻井液储备的

要求。

5.2主要设备简介

表5-120型钻机主要设备配备要求

一

序单数备

设备名称主要技术参数位

号最注

1天车最大静负荷1580kN台1

2游车大钩最大钩载1580kN台1

3水龙头最大静负荷1600kN,最高工作压力35MPa,中心内径75mm台1

4转盘最大静负荷1500kN,开口直径444.5mm台1

5井架最大静钩载1600kN套1

6绞车额定输入功率450kW,最大快绳拉力210kN台1

选

7井架底座钻台面高度4m或5m,转盘梁最大静载荷1600kN套1

8动力系统单台功率不小于810kW台2

]〜

9钻井泵组单台功率不小于597kW(800HP)台

2

钻井液

10含搅拌机，单罐有效容积不小于30n?个3

循环罐

11振动筛套1

12除砂器ZA1

]〜

13离心机处理量240m3/h台

2

14钻井参数仪套1

注：本表仅列2000m钻机的主要设备要求，其他设备配备执行Q/SH0168.1-2008。

5

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6钻具组合与强度校核

6.1钻具组合

6.1.1一开直井段

井段：。〜351m

地层：平原组〜明化镇组

钻具组合：

①346.1mm钻头+①177.8mm无磁钻铤xl根+①177.8mm钻铤x8根+①127mm斜坡钻杆

主要措施：

（1）清水开钻；

（2）口袋长度W1m。

6.1.2二开直井段

井段：351〜980m

地层：明化镇组

钻具组合：

①241.3mm钻头+止回阀+①177.8mm无磁钻铤xl根+①177.8mm钻铤x8根+①127mm

斜坡钻杆

主要措施：

（1）优选参数，提高机械钻速；

（2）起钻充分循环好钻井液；

（3）直井段钻完测电子单、多点。

6.1.3二开造斜段

井段：980~1544.7m

地层：明化镇组〜馆陶组

井斜角：0-89.56。

钻具组合（MWD）：

①241.3mm钻头+①196.7mm1.50。单弯动力钻具xl根+止回阀+<D127mm无磁承压钻杆

xl根+MWD悬挂短节+（D127mm无磁承压钻杆xl根+①127mm加重钻杆X15根+①127mm

斜坡钻杆

6

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钻具组合(LWD)：

①241.3mm钻头+①196.7mm1.50。单弯动力钻具xl根+止回阀+FEWD/LWD+①127mm

无磁承压钻杆xl根+MWD悬挂短节+①127mm无磁承压钻杆xl根+①127mm斜坡钻杆x39

根+①127mm加重钻杆x9根+①158.8mm随钻震击器xl套+①127mm加重钻杆x21根

+①127mm斜坡钻杆

主要措施：

(1)要求自垂深1250m(不含补心高)开始，采用FEWD/LWD地质导向钻井技术，

随钻测量自然伽马、电阻率曲线跟踪油层，跟踪调整井眼轨迹；根据实际情况采用滑动钻

进和复合钻进两种方式施工，随时调整井斜方位；

(2)下钻前认真检测单弯螺杆度数，地面测试动力钻具，检查MWD或LWD/FEWD

仪器的组装；

(3)下钻前钻井液性能稳定，达到设计要求，净化设备运转正常；

(4)动力钻具钻进完，短起下钻5个立柱；

6.1.4二开水平段

井段：1544.7—1807.42m

地层：馆陶组

井斜角:89.56°

钻具组合：

(D241.3mm钻头+①196.7mm1。单弯动力钻具xl根+止回阀+FEWD/LWD+①127mm无

磁承压钻杆xl根+MWD悬挂短节+S27mm无磁承压钻杆xl根+①127mm斜坡钻杆x69

根+①127mm加重钻杆x9根+①158.8mm随钻震击器xl套+①127mm加重钻杆x21根

+①127mm斜坡钻杆

主要措施：

(1)采用FEWD/LWD随钻随测监控井眼轨迹；根据实际情况采用滑动钻进和复合

钻进两种方式施工，随时调整井斜方位；

(2)下钻前认真检测弯套度数，地面测试动力钻具，检查MRC仪器的组装；

(3)下钻前钻井液性能稳定，达到设计要求，净化设备运转正常；

(4)动力钻具钻进完，短起下钻5个立柱；

7

中国石化孤东9一平9013井钻井工程设计

(5)采用柔性钻具组合通井。

6.1.5通井

井段:0〜1807.42m

地层：平原组〜馆陶组

井斜角：0°~89.56°

①241.3mm牙轮钻头+止回阀+①127mm加重钻杆x2根+①235mm扶正器+①127mm钻

杆+①235mm扶正器(位于A靶点附近)+①127mm斜坡钻杆

注：钻具组合设计供参考，施工单位在实钻中可根据实际情况依据地层特性在确保井

下安全、确保下套管顺利和井身质量、提高钻井速度的原则调整钻具组合。

6.2钻柱强度校核

表6-1钻柱强度校核

中和点深度(m):1097.53中和点位置:外径127mm内径76.2mm加重钻杆

钻具明细

屈服强

序钻柱外径内径重量长度抗拉抗扭MISES

钢级度

号名称(mm)(mm)(kg/m)(m)系数系数系数

(MPa)

无磁

1127.076.273.8518.068.5815.58

承压

2钻杆127.0108.6G-10529.1621.0724.011.665.41

加重

3127.076.273.85270.0100.011.626.01

钻杆

4钻杆127.0108.6G-10529.1898.42724.012.1610.135.48

度擦力(kN)

8

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扭矩(kN・m)

弯曲应力妙a)

50

400-4

800-

1200-

1600-

2000-

轴向力(kN)

9

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综合应力(MPa)

6.3井下专用工具及仪器

表6-2井下专用工具及仪器

序号名称规格数量备注

11.5。单弯动力钻具①196.71根

21。单弯动力钻具①196.71根

3钻杆(G1O5斜台肩)①127200根

4加重钻杆①12730根

5钻铤中177.88根

6无磁钻铤0)177.81根

7无磁承压钻杆①1272根

8随钻震击器①158.81套

7钻头选型与钻井参数

7.1钻头选型设计

表7-1钻头选型设计表

尺寸钻进井段进尺纯钻时间机械钻速数量钻头型号推荐

序号

(mm)(m)(m)(h)(m/h)(只)12

1346.10-3513511035.11P2

2241.3351〜9806292031.45

PDC

3241.3980〜1544.7564.73018.821

4241.31544.7〜1807.42262.721221.89

7.2钻井参数设计

10

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表7-2钻井参数设计表

钻钻进参数水力参数

喷嘴

头井段立管钻头循环冲喷射钻头水比水上返功率

层位组合钻压转速排量

序(m)压力压降压耗击力速度功率功率速度利用率

(mm)(kN)(r/min)(L/s)

号(MPa)(MPa)(MPa)(kN)(m/s)(kW)^7mm'(m/s)(%)

明化镇

10-351

组

明化镇9,9,9,

2351-98020〜4090~1603313.410.752.654.93129.92354.647.76180.19

组9

10,10,

3馆陶组98。〜1544.730〜60螺杆3313.447.036.413.99105.1232.065.07152.32

10,10

1544.7〜10,10,

4馆陶组40〜8070+螺杆3316.367.958.414.51105.1>62,335.74148.6

1807.4210,10

注：松软地层定向及测斜时应控制好排量，防止“大肚子”等井下复杂情况发生。

8钻井液设计

8.1基本数据

表8-1钻井液设计基本数据

井身结构

地面循环量井眼容积补充量总需要量

钻头尺寸X钻深套管尺寸X下深

(m3)(m3)(m3)(m3)

(mmXm)(mmXm)

346.1x351273.1x350604060160

177.8x1804

241.3x1807.426098121279

(其中1544〜1804m为筛管)

1.钻遇注汽和含油气井段，防涌喷；

2.起钻井筒连续灌满钻井液，浅气层防抽汲引发井喷；

重点情况提示

3.钻至不整合面附近及疏松砂岩层，防漏；

4.邻井生产过程中检测出硫化氢，本井在钻井过程中加强硫化氢监测。

注：裸眼段容积按井径扩大10%计算。

8.2钻井液体系

表8-2钻井液体系

井段(m)钻井液体系

0-351土浆

351〜1200钙处理聚合物(润滑)钻井液

1200〜1807.42聚合物润滑防塌钻井液

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8.3钻井液性能

表8-3钻井液性能

性能指标

项目

0~351m351〜1200m1200〜1544.7m1544.7〜1807.42m

密度(gfctrf)1.05-1.101.05〜1.151.15〜1.251.20-1.30

马氏漏斗黏度(s)35〜4528〜3838〜5042〜55

API为K(ml)\5W5

API泥饼(mm)\0.5<0.5

静切力R)1〜2/2〜61〜2/3〜8

pH值8〜98〜9

含砂量(的<0.5<0.5

总固含(％)<14<18

摩阻系数\0.08<0.08

动切力(Pa)5〜88〜10

塑性黏度(mfti-s)10〜2020〜25

注：根据井下实际情况调整钻进液密度，确保井下安全；井下无异常钻井液密度WlZOg/cm)

8.4钻井液基本配方

表8-4钻井液基本配方

序加量(kg/m3)

材料名称及代号备注

号0〜351m351-1807.42m

1工业用氢氧化钠3〜5

2钻井液用膨润土50〜60

3碳酸钠5〜6

4氯化钙10〜20

5钻井液用聚丙烯酰胺干粉3〜5

6钻井液用改性镀盐5-10

7钻井液用防塌降黏降滤失剂20〜25

8钻井液用天然高分子降滤失剂10〜15

9钻井液用润滑剂(液体类)20〜30

10钻井液用固体润滑剂

11钻井液用加重剂

12钻井液用胺基聚醇5-10

13钻井液用超微细碳酸钙25〜30

14钻井液用硅氟类降黏剂5-10

12

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8.5钻井液维护处理要点

8.5.1—开：0〜351m

（1）清水开钻，自然造浆。钻进后期，根据钻井液黏切情况进行处理。若黏切过高,

可使用固控设备清除劣质固相，必要时加入少量降剂，保证井壁干净。

（2）钻完设计井深后要进行充分的循环和通井，在确认井眼干净、无沉砂和无井壁

坍塌后方能起钻，以确保下套管和固井的顺利施工。

8.5.2二开：351—1807.42m

钻井液主要以抑制地层造浆、携带岩屑、防止上部泥岩缩径、提高钻速、确保钻进安

全为目的。储层段防水力冲蚀扩径，提高井眼质量并保护好油层。

（1）钙处理钻井液黏切较低，应避免停停打打、定点循环，停泵期间要加强活动钻

具，中途起钻可考虑使用封井措施。钻过易造浆地层后，逐渐减少CaC12用量，自然消耗

Ca2+,钻进中及时补充聚丙烯酰胺胶液，增强钻井液的絮凝包被能力，提高抑制性。利用

改性镀盐调节钻井液流变性，使钻井液维持低密度较低黏切，以利于快速钻进并保持适当

的冲刷能力，防止泥岩缩径并适当控制井径扩大率。

（2）良好的固控设备和高的运转率是保证钻井液质量的前提，因此，必须使振动筛、

除砂器与钻井泵同步运转，严格控制钻井液中的劣质固相含量和低密度固相，根据需要合

理使用离心机。

（3）定向钻进及水平段钻进过程中，根据摩阻扭矩变化情况，适当添加润滑剂，降

摩减扭，防止黏卡。钻进过程中根据本井段钻井液配方适时补充各种处理剂，维持处理剂

的有效含量，严格控制钻井液各项性能达到设计要求。正常维护及处理钻井液的处理剂尽

可能按比例配成胶液加入，切勿将处理剂干粉直接加入循环钻井液中，以防在处理剂完全

生效前就被固控设备除去。

（4）储层段钻进，调整好各性能参数，防止水力冲蚀扩径。钻进中适当提高黏切，

适当降低排量，排量能满足正常携带钻屑即可，减小对井壁的冲刷。正常钻进时，应避免

定点循环；定点测斜时，应降低排量循环，防止井眼局部冲蚀形成大肚子井眼。排量降低

后适当加强短起下，防止缩径导致起下钻阻卡。

（5）钻进过程中，要注意观察井口返浆情况以及振动筛上的岩屑返出量、岩屑形状

的变化，及时调整钻井液密度、黏度等性能指标达到设计要求，提高钻井液的悬浮、携带

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中国石化孤东9一平9013井钻井工程设计

岩屑能力，防塌防油气侵，确保正常钻进。

（6）进入目的层井段后为确保施工安全，每次起钻前要确定井下油气层的压力情况,

搞好短程起下钻，测量循环周，确定油气的上窜速度在安全范围内，方可起钻。

（7）施工过程中注意控制起下钻速度，避免因压力激动过高引起井漏，起钻控制好

起钻速度，按井控标准灌好钻井液，防止拔活塞造成拔塌井壁或抽吸井喷等复杂情况发生。

8.5.3完井阶段钻井液维护

（1）钻完设计井深后，应充分循环钻井液（1〜2）周，搞短起下（15〜20）柱，确

认井下正常后起钻。起钻前在井浆基础上加入润滑剂配制段塞封井，保证电测顺利。

（2）电测完（下套管前）要认真通井，对起下钻遇阻卡的井段，采取技术划眼或倒

划眼措施消除或减少阻力，并充分循环、调整好钻井液性能。井下的复杂情况如井漏、溢

流等必须在通井过程中解决好。在井浆基础上加入润滑剂配制段塞封井，保证下套管顺利。

（3）固井前（下完套管后）小排量开泵，逐步提高排量至正常循环排量。开泵正常

后开始调整钻井液性能，固井前将钻井液黏度调整到（38〜42）s,大排量洗井，冲除井

壁虚泥饼，提高水泥浆顶替效率，提高固井质量。

8.6钻井液用量及材料储备

表8-5钻井液及加重材料的储备

重浆重晶石粉

开钻序号

P(g/cm3)数量（n?）数量（t）

二开1.504055

8.7钻井液材料消耗

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中国石化孤东9一平9013井钻井工程设计

表8-6钻井液材料消耗

序数量（t）合计

材料名称及代号

号0~351m351〜1807.42m（t）

1工业用氢氧化钠1.51.5

2钻井液用膨润土55

3碳酸钠0.50.5

4氯化钙33

5钻井液用聚丙烯酰胺干粉1.51.5

6钻井液用改性核盐22

7钻井液用天然高分子降滤失剂2.52.5

8钻井液用防塌降粘降滤失剂77

9钻井液用润滑剂（液体类）