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钻井设计

/well design/
条目作者查永进

查永进

最后更新 2024-12-03
浏览 159
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钻井施工前,依据井位任务书、井位设计及相关的法律法规、标准等做出的从开始钻井到完井交付试油与采油环节的作业设计与施工计划。

英文名称
well design
所属学科
石油与天然气工程

除必要的备案与存档外,钻井设计要分发到参加井施工的钻井、录井、测井、测试、监督等相关单位的相关人员。

随着工业革命后近代钻井技术的发展,钻井涉及多个单位与服务业务的相互配合,这时钻井设计就成为相互协调与配合的基础。随着钻井设计的精细化、科学化不断提升,各大公司分别推出了钻井设计的相关软件。在计划经济时代,钻井设计基本由钻井处(公司)下属技术部门承担,随着钻完井市场机制的建立,在各石油管理局出现了独立于钻井生产单位的设计部门,一般隶属于下属的研究院(所)。中国石油天然气股份有限公司成立后,各油田相继成立了属于业主单位的钻井设计部门。此时施工设计仍由钻井生产部门承担。

包括:①钻井地质设计。依据井位设计书与地质任务书要求,介绍设计井区自然情况、设计井基本数据、区域地质情况,提出设计依据及钻探目的与工程设计要求,给出预测地层剖面及预计油气水层位置,提出录井和测井资料录取、中途测试以及特殊要求,为钻井设计提供必要的地质图件。②钻井工程设计。依据钻井地质设计及相关的法规、规定做出,体现业主单位对钻井工程施工的要求。钻井工程设计包括设计依据,技术指标及质量要求,井下复杂情况提示,地层可钻性分级及地层压力预测,井身结构设计,钻机选型及钻井主要设备选择,推荐钻具组合,钻井液设计,推荐钻头及钻井参数设计,油气井压力控制设计,特殊工艺设计,取心设计,地层孔隙压力监测与地层漏失试验要求,中途测试安全措施,油气层保护设计,固井设计,各次开钻或分井段施工重点要求,完井设计,弃井要求,钻井进度计划,健康、安全与环境管理要求,生产信息及完井提交资料,邻井资料及其分析等内容。

包括:①钻井工程施工设计。由施工单位依据钻井设计并结合自身的技术特色与技术特点做出的具体施工措施设计。包括钻井难点分析,钻头、钻井参数,以及提高钻井速度措施、复杂事故的预防处理预案、钻井液技术措施、固井技术措施等。③HSE[健康(Health)、安全(Safety)和环境(Environment)]策划。结合设计井的特点,将本企业的HSE体系具体落实到设计井中,保证设计井安全钻成,同时减少HSE的风险。④固井施工设计。依据钻井设计,结合实钻井的具体情况做出固井施工设计。具体包括套管强度的校核、套管柱结构设计、采用现场水样与水泥样模拟井下条件的固井水泥浆性能优化、配方试验、套管扶正器安放设计、浆柱结构设计、固井流变学设计、施工具体措施等内容。

满足地质设计对工程的要求,遵循法律法规,客观、公正,安全与环保优先,责任与权利、义务相统一,风险与经济性相统一,强制性与推荐性措施相区分,设计内容科学合理、详尽、完备,采用技术成熟、先进、适用,充分研究地层、地质条件,充分分析并提供邻井资料。

钻井设计是钻井施工的依据,这决定了钻井设计人员不可避免地需要承担相应的责任。设计人员的责任包括:①设计必须满足油气勘探与开发的要求,实现油气勘探与开发的地质目的,并运用适当的技术,实现勘探与开发效益的最大化。②设计必须依据标准、规定、法规进行,凡涉及安全与质量问题必须严格按规范进行。③设计必须采用成熟技术,新技术试验必须分析试验可能存在的风险,提出规避与减少风险的措施。④设计人员必须树立对环境、人身与财产安全负责任的意识,力求通过周密完善的设计避免对环境产生危害,避免人身与财产安全事故的发生。⑤设计者对重大安全事故、环境事件负有法律责任,对于可能存在的安全和质量隐患必须明确指出,并采用一定的技术对策措施加以避免。

钻井设计是团队集体智慧的结晶,钻井设计人员的知识要求是对团队的总体要求,但钻井设计的技术负责人(首席专家)应具备较全面的知识,或通过正确的程序发挥团队总体智慧来满足要求。钻井设计人员要求具备的知识包括钻井地质知识、钻井工艺知识、与钻井设计有关的知识、钻井新技术知识、监督知识、井控与安全知识。

钻井设计的科学性、先进性和可操作性对钻井工程作业的成败和油气勘探与生产效益起着十分关键的作用,减少差错、提高设计的科学合理性是钻井设计的生命。因此,对钻井设计中所提及的技术和措施必须在设计前做充分的调查研究与分析,钻井设计必须通过一定的程序、措施与制度来保证设计的质量。钻井设计的前期工作及控制设计质量的措施包括:①钻井设计人员深入了解地质情况;②钻井设计的资料收集与分析;③充分的设计方案论证。

是钻井设计的基础。钻井设计的技术措施与技术参数除应遵守相关的标准与规范外,应在充分分析邻井资料的基础上形成。已钻井取得的井史资料与工程技术总结是钻井投资的重要组成部分,详尽分析邻井资料可以使设计更具针对性。由于钻井施工人员对设计理解可能不会百分之百的全面,因此全面的邻井资料分析可以帮助施工人员加快学习进程,充分吸取邻井的经验与教训,最大限度地避免邻井已发生事故和复杂情况的出现。因此,设计书中全面深入地分析邻井资料,对于提高钻井技术水平具有极其重要的意义。

在同一个区块已有较多邻井的情况下,邻井资料分析应尽可能详尽地分析同区块邻井的地质资料及钻井资料,分析邻井地质特征及钻井技术指标、已发生的复杂与事故情况、技术参数分析及钻井工艺等。同一个区块如果没有足够的邻井,则应选择相似构造已钻的井进行分析。在这种情况下,应指出设计书中提到的邻井与设计井的关系,如邻井的距离、构造地层与本井差异、钻井难度的差异等。

如果同一个构造中已钻邻井年代久远,技术水平与当时技术差异较大,则应明确指出来,以避免施工人员机械照用古老过时的技术。如果同一个构造的邻井钻达层位与设计井存在明显差异,也应进行深度分析。对于邻井没有钻达的地层,应选择相邻构造的井进行分析。

通过分析邻井资料,最终要对邻井所处区块在地质和工程上有一个全面的认识,全面掌握该区块的地质特征、难点及潜在地质风险,了解邻井整体钻井工作状况及提升钻井工作效率的空间,认识到该区块在工艺技术上还存在哪些不足,以及存在的主要复杂事故类型及原因。

邻井资料分析包括邻井指标分析、邻井地质情况分析与邻井钻井工艺分析三类。

一般意义上的钻井设计是甲方设计,是体现业主单位的要求,并为业主单位管理钻井生产服务。甲方设计人员可能不是钻井方面的高水平专家,设计虽然也考虑了先进性、科学性,但却只能考虑施工单位具有普遍性的一般情况。施工单位据此进行设计不能达到自己的最高效益。因此,施工单位还需要充分发挥自己在钻井施工方面的特长,在认真分析地层、地质情况的基础上,形成具有自己特色的施工设计。

固井部分虽然也包含在钻井设计中,但钻达具体固井井深时,可能井深、井底温度压力与设计时有差别,具体的水泥与现场水样也需要进行试验,套管扶正器安放、水泥量计算需与具体井身质量结合等等,这些都要求固井前必须有详细的施工设计。

钻井施工设计由钻井施工单位完成,施工单位进行审批,报业主单位备案。固井施工设计在固井前、电测结束时由固井施工单位形成,报经固井施工单位主管领导与油田公司主管固井的领导审批后执行。

钻井工程施工设计主要包括设计基本情况,地层与地质情况分析,钻井难点,分层段钻井技术措施,钻井液难点与技术措施,设备、工具与材料准备,重点井段复杂事故的预防与处理措施,施工的组织保障等内容。

固井施工设计内容包括井身结构设计情况、井眼状况(包括钻井液密度、三压力剖面、地层温度等)、钻井施工简况、套管强度校核、固井水泥浆体系配方化验结果、套管扶正器安放设计、下套管措施、固井施工措施、施工设备、组织保障等。

HSE策划主要内容包括:①钻井设计简况,如施工地区地理、地质、地面环境、气象资料,可能的地质灾害,可供信托的交通保障体系;②HSE组织机构及其各自的职责划分;③人力资源与设备资源配备;④管理制度与体系控制;⑤钻井施工过程的安全控制;⑥风险管理措施;⑦测量与监测仪器;⑧各种情况下的应急工作;⑨资料要求;⑩监督与监理管理;⑪变更与不符合项整改要求。

钻井设计执行过程中,设计人员应经常走访现场井队、各级生产支持与管理单位并进行现场监督,充分与现场技术人员就设计中存在有哪些不足,有哪些地方需要改进,还有哪些经验与好的技术措施等进行交流,通过不断地设计回访,提高自己的设计水平。

在具备生产动态信息的情况下,设计人员应经常关注自己设计井的钻井状态,及时发现有无偏离设计的情况出现。如果发现现场有偏离设计的情况,应及时研究解决的措施,避免现场出现更大的损失。

当现场出现偏离设计的意外情况,使设计难以执行时,或虽然设计可以执行,但设计不能作为费用结算依据时,应及时进行设计的变更。设计变更应按原设计审批的流程进行审批后执行。

钻井设计是钻井作业必须遵循的准则,是组织钻井生产和技术协作的基础,是成本预算与结算的依据,也是钻井监督与质量验收的依据。钻井设计的科学性、先进性、合理性关系到一口井的成败、质量与效益,对油气勘探与生产的效益起着十分关键的作用。

LW-61-石油与天然气工程-钻井设计——典型连续管钻井用井下钻具组合.png

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