钻探工程设计

A. 钻井工程 工程设计 水平井

一般油田钻井井深是有转盘面算起的！所谓不信海拔就是实际海拔+地面到转盘面的海拔（40钻机一般为5.1），假如以长庆的40钻机为例，也是就是中靶坐标的海拔应该是-2060.0-5.1=-2044.9

B. 做一口定向井的钻井工程设计,需要付多少费用

价钱要视具体情况而定：如果该区域从来没钻过定向井且邻井资料很少，要做出第一口定向井的设计，那费用会很高。如果对区域情况非常熟悉，做一口定向井设计有个万八千就够了。

C. 石油钻井施工设计和石油钻井工程设计有区别吗

石油工程专业培养具备工程基础理论和石油工程专业知识，能在石油工程领域从事油气钻井工程、采油工程、油藏工程、储层评价等方面的工程设计、工程施工与管理、应用研究与科技开发等方面工作，获得石油工程师基本训练的高级专门技术人才。
石油工程专业是十九世纪九十年代在加利福尼亚建立的。当地聘用了一些地质学家来探查每口油井中产油区与水区之间的联系，目的是防止外部水进入产油区。从这时开始，人们认识到了在油田开发中应用技术的潜力。“美国采矿与冶金工程师学会”(AIME)于1914年成立了石油技术委员会。1957年，AIME改名为“美国采矿、冶金和石油工程师学会”。

D. 钻井工程优化设计技术

随着我国石油勘探开发的深入，钻井工程越来越多地面临井深、高温高压等地质条件复杂的情况，使钻井工程风险更加突出。针对这些问题，石油钻井技术的研究与应用也在不断深化。针对复杂地质条件下深井超深井技术发展，国内外都开展了钻井地质环境因素描述技术研究，并在此基础上进行钻井工程的优化设计与施工。钻井地质环境因素是钻井工程的基础数据，主要包括岩石力学参数、地应力参数、地层压力参数及岩石可钻性参数等。准确掌握这些基础数据对钻井工程设计及施工具有重要意义。

对于岩石力学参数的求取，通常采用实验室对岩心试验，以及利用地球物理测井资料解释岩石力学特性参数。地层压力检测与预测研究主要是针对碎屑岩层系，对于海相碳酸盐岩地层压力预测，尚未取得成熟有效的方法，碳酸盐岩剖面中地层压力的准确预测难度较大。

3.3.2.1 钻井地质环境因素描述技术

钻井地质环境因素是钻井工程所面对的需要尽力去认识与掌握的客观影响力，主要包括地质构造因素、地层力学特征、地层可钻性以及钻井工具与地层相互作用耦合规律等。对钻井地质环境因素的研究与准确描述，可以提高钻井效率，降低钻井风险，对进行科学化钻井具有重要意义。

（1）岩石力学参数求取

岩石力学参数是反映岩石综合性质的基础数据，包括弹性参数和力学强度参数。岩石的弹性参数分为静态弹性参数和动态弹性参数。静态弹性参数一般通过室内对岩心进行直接加载测试换算求取，动态弹性参数则是通过测定声波在岩样中波速转换得到。岩石静态弹性参数可在室内应用三轴应力测试装置实测应力、应变曲线，并应用下列公式计算得出：

中国海相油气勘探理论技术与实践

式中：μ_s为静态泊松比，无因次；Δε_θ为径向应变，mm；ΔL为轴向应变，mm；E_s为动态杨氏模量，MPa；Δσ为应力，N/mm；Δε为应变，mm。

根据岩石弹性参数之间的关系，可导出计算岩石动态弹性参数的公式：

中国海相油气勘探理论技术与实践

静态弹性参数和动态弹性参数之间存在明显的差别。一般情况下，动态弹性参数大于静态弹性参数（E_d＞E_s，μ_d＞μ_s）。为了从测井资料中获得静态弹性参数，需要把动态弹性参数转换成静态弹性参数，国内外在动静弹性参数转换方面提出了多个的转换模式。

岩石力学强度参数包括：岩石硬度H_d、单轴抗压强度S_c、初始剪切强度C和内摩擦角Φ、抗拉强度S_t和三轴抗压强度S_p，均可在实验室通过实际岩心测试求出，也可以利用测井资料进行计算，岩石强度的方法和有关模式：

中国海相油气勘探理论技术与实践

内聚力和内摩擦角是表征岩石是否破坏的两个主要参数，也是井壁稳定计算中的重要参数。

岩石剪切破坏与否主要受岩石所受到的最大、最小主应力控制，σ₃与σ₁的差值越大，井壁越易坍塌，从井壁岩石受力状态分析中，可以发现岩石的最大、最小主应力分别为周向应力和径向应力，这说明导致井壁失稳的关键是井壁岩石所受的周向应力σ_θ和径向应力σ_r的差值，即σ_θ-σ_r的大小。差值越大，井壁越易坍塌。通常水平地应力是非均匀的，即σ_H≠σ_h，所以井壁上的周向应力是随井周角而变化的（井周角为井壁上点的矢径与最大地应力方向的夹角）。井周角在θ=90°和θ=270°处，σ_θ值最大。因此，该两处的差应力值达到最大（因为r在井壁各处为常数，与θ无关），是井壁发生失稳坍塌的位置。

采用库仑-摩尔强度准则进行分析，可求得保持井壁稳定所需的钻井液密度计算公式为：

中国海相油气勘探理论技术与实践

式中：H为井深，m；ρ_m为当量钻井液密度，g/cm³；C为岩石的黏聚力，MPa；η为应力非线性修正系数；σ_H，σ_h分别为最大、最小水平地应力，MPa。

E. 钻探工程技术

由于中国石化海相层系勘探目的层深，许多地区为高陡构造，地层可钻性较差，同时中古生界海相层系被中、新生界覆盖，主要目的层位深度较大，因此对测试仪器及技术提出较高的要求，针对高温、高压、高含硫环境的测试仪器需进一步的改进与攻关，要求钻探工程能够克服上述难题。钻探还需继续对以下方面加强攻关力度。地层压力和地应力预测的精度低，合理井身结构的优化难度大；缺乏有效的高陡构造高效防斜打快技术，复杂深井、超深井上部大眼井段和深部小眼井段钻井速度比较慢；没有自主研发的高温高压环境下的井眼轨迹测量控制仪器及井下工具；井身结构复杂，长裸眼、小间隙、高密度条件下的固井技术亟待完善；地层裂缝发育，同裸眼井段存在多套地层压力系统，有效处理同时发生“喷漏”事故的技术手段缺乏；气层压力高，富含硫化氢等有毒及腐蚀性气体，对井控技术、钻井液体系和装备、工具的要求高针对海相碳酸盐岩层系深度较大、高温、高压、高含硫环境的地质条件进行钻井、测试技术系列的攻关，形成海相超深井提高机械钻速技术、深井固井技术、不同压力系统下的油气层保护技术攻关、超深井地层压力预测检测技术、防斜打直优快钻井技术等技术系列。

1）超深井钻井工艺技术：钻井设备配套选择；钻井液体系、配方及性能参数确定；现场施工控制技术，重点在欠平衡压力的控制和各种井下条件下钻井液循环（井控）方案确定；钻井工艺设计和工艺方法，重点包括井身结构与钻具结构设计等。

2）碳酸盐岩储层保护技术：根据碳酸盐岩储层特征，钻井设备配套选择，钻井液体系、配方及性能参数确定；现场施工控制技术，重点在欠平衡压力的控制和各种井下条件下钻井液循环（井控）方案确定；钻井工艺设计和工艺方法，重点包括井身结构与钻具结构设计等。

3）碳酸盐岩储层改造技术：前置压裂酸化、交替注入技术；前期清除技术、前置酸压技术、交替注入技术、快速助排技术，反应分析、排返分析、施工设计、高排量施工、压前压后油井管理及压裂酸化效果评估技术。

形成适应海相层系高温、高压、高含硫环境的钻井、测试技术系列，为加速中国石化海相碳酸盐岩层系油气勘探提供支撑技术，为发现新的塔河油田和普光气田规模的特大型油气田打下坚实技术基础。

F. 钻井设计

在尽可能多地获得地层和储层参数并加以分析后，就可以进行钻井的设计工作。钻井设计很大程度上决定了所用钻井、完井、生产工艺类型以及所需的设备。

钻井设计应包括钻井地质设计、钻井工程设计、钻井施工进度设计和钻井成本预算设计4个部分。设计的基本原则是：

1）钻井地质设计要明确提出设计依据、钻探目的、设计井深、目的层、完钻层位及原则、完井方法、取资料要求、井深质量、产层套管尺寸及强度要求、阻流环位置及固井水泥上返高度等。

2）钻井地质设计要为钻井工程设计提供邻区、邻井资料，设计地层水、气及岩石物性，设计地层剖面、地层倾角及故障提示等资料。

3）钻井工程设计必须以钻井地质设计为依据，有利于取全、取准各项地质工程资料；保护煤层，降低对煤层的损害；保证井身质量；为后期作业提供良好的井筒条件。

4）钻井工程设计应根据钻井地质设计的钻井深度和施工中的最大负荷，合理选择钻机，所选钻机不得超过其最大负荷能力的80％。

5）钻井工程设计要根据钻井地质设计提供的邻井、邻区试气压力资料，设计钻井液密度、水泥浆密度和套管程序。

6）钻井工程设计必须提出安全措施和环境保护要求。

G. 矿区（项目）钻探施工技术与组织设计

矿区(项目)钻探工程具有开动钻机多,钻孔类型、孔内岩层各异的特点,要求施工技术与组织设计具有全面性。主要包括以下内容:

(一)前言

钻探工程项目名称、钻探工程性质、目的任务及项目概况。

(二)钻探工程施工条件

1)施工项目的地理和交通位置、地形、地貌、当地气候和生活条件;

2)可供参考的历史资料,如工程量、孔数、孔位、时效、钻效、孔斜、冲洗液类型、主要钻进工艺、堵漏、取心方法及其效果;

3)钻孔所遇岩石的主要物理力学特性。阐明影响钻探施工的主要地质因素,岩石的主要矿物成分及结构、岩层倾角、软硬程度、可钻性、研磨性、节理裂隙发育程度、破碎程度及含水及透水性、涌水及漏水情况等。

(三)钻探工作量及钻孔类型

1)按勘探线及矿段,说明钻孔布置情况及施工顺序;

2)按钻孔性质(勘探孔、普查孔、水文孔……)、钻孔深度、设计开孔角度分类列表说明各类钻孔数及工作量,见表13-1;

表13-1 钻孔类型及孔深分类表

3)按岩石可钻性等级,将矿区岩石分类并注明其工作量,见表13-2;

表13-2 钻孔钻进各类岩石统计表

4)水文钻孔的抽水、止水层数及地质要求;

5)按钻进方法及钻孔口径分类列出其工作量。

(四)钻探工程质量要求

1)钻孔六项质量指标的具体要求;

2)钻孔终孔口径、取心直径要求;

3)特殊钻孔质量要求,定向孔中靶精度及靶区要求;

4)工程合同约定的其他要求等。

(五)钻探工程技术

1.钻探设备

根据地层条件、钻孔深度、终孔直径、钻进方法,确定钻探设备(钻机、水泵、动力机、钻塔及拧管机、搅拌机、照明发电机等)的规格及数量。

2.钻孔结构

阐明选择钻孔结构的依据。按不同施工条件、地质设计绘制典型钻孔结构图。

3.钻进方法

根据勘探区岩石的物理力学特性确定钻进方法、钻头类型及技术参数。阐明钻进不同岩层的钻进方法及具体技术措施。

4.钻孔护壁与堵漏

1)根据地层情况合理选择钻孔冲洗介质与护孔材料;

2)确定冲洗液介质配方和性能调整方法,处理剂及润滑剂种类及钻孔堵漏材料和堵漏工艺;

3)冲洗液净化设备和循环系统的配备与布置;

4)钻孔护孔方法:套管的质量与规格、数量、程序等;水泥护孔时水泥质量要求、类型、性能及灌注方法等。

5.保证钻探工程质量的技术措施

1)采用的取心方法,取心工具的配备、使用及操作;

2)使用的测斜仪类型,易斜地层的防斜、纠斜措施;

3)定向钻孔的轨迹设计及控制方法;

4)保证达到六项质量指标或工程特殊要求的具体技术措施,薄弱环节技术攻关方案和措施。

6.新技术、新工艺、新方法的推广及应用

在钻探施工中应用推广哪些新技术、新工艺、新方法,解决哪些实际问题,意义及预期效果。如有科研项目,应作出专门计划安排和专项经费。

(六)安全生产措施

针对性地提出钻探施工项目中特殊环节的安全生产要点及防范措施预案。

(七)钻探前期工程

1)钻探施工场地的交通道路,钻机作业场地面积、供水、供电路线及方式,绘制钻探施工现场布置平面图;

2)确定钻探施工场地的交通道路、场地平整、供水、供电、通讯、临时设施(职工生活场所、办公、仓库)等的建筑工作量及实施措施、计划及时间安排;

3)确定矿区(项目)钻探工程所需设备仪器的类型、数量和备用量。按材料消耗定额确定主要材料及工具需求量。

(八)钻探施工组织

1)确定钻探工程项目组织机构形式;

2)按钻探工程项目规模确定项目管理人员、施工作业人员及施工队伍的组织形式(外包工程和内包工程);

3)按工程项目组织形式进行人员岗位分工,并列出各岗人员分工明细表。

(九)施工管理制度及岗位职责

1.工程施工管理制度

必须健全技术经济责任制、工程质量管理制、安全生产责任制、项目例会制、开孔、终孔验收制、材料设备管理制、劳动人事管理制、项目资金管理等制度。

2.施工与管理人员岗位职责

施工与管理人员岗位职责应包括:项目经理、副经理职责,项目总工程师(技术负责)职责,施工钻机机长、班长、材料员、安全员、质量管理员、机械维修管理员及动力、水泵、记录、泥浆等岗位职责。

(十)HSE(健康、安全、环保)管理

根据所承担的钻探工程施工项目特点、地域、施工条件,以国家法律、法规为前提,设计HSE管理具体措施。

(十一)施工进度计划安排

1)根据施工项目地质设计或工程项目任务书(合同),安排钻孔施工顺序,提出总体施工进度计划,绘制施工进度计划图并分解月、季、年施工进度计划;

2)提出保证施工进度计划的具体措施。

(十二)矿区(项目)钻探工程施工技术与组织设计附图、表材料

1.矿区(项目)钻探工程施工技术与组织设计中应附的主要图件

1)施工矿区(项目)交通位置图;

2)工程布置平面图(在地质地形图上标注每个钻孔位置坐标,钻孔编号等);

3)矿区(项目)地层理想综合柱状图;

4)有代表性的钻孔结构设计图;

5)施工进度计划横道图。

2.矿区(项目)钻探施工技术与组织设计中应附的主要表格

1)钻探施工进度计划安排明细表;

2)主要设备、仪器配备汇总表;

3)主要器材、工具配备汇总表;

4)钻探技术经济指标目标计划表;

5)各钻孔设计参数表(设计孔深、终孔口径、开孔顶角和方位角、岩心直径等)。

H. 钻探施工单孔技术与组织设计

单孔技术与组织设计的编写提纲与矿区(项目)钻探设计基本相似,只是针对具体钻孔的条件而论。主要内容如下。

(一)前言

钻孔编号及位置、钻探工程性质、目的与任务、孔深、孔径等。

(二)施工条件

简述钻孔施工交通、气候、风力、水源、电源、地层情况(附地层理想柱状剖面图)。

(三)钻孔技术质量要求

由地质设计及合同提出的具体钻探工程六大质量指标和特殊要求。

(四)钻孔施工主要设备和器具选择

根据孔深、终孔口径、地层复杂程度选择钻机、水泵、钻塔、附属设备、钻杆、钻具和必备仪器、工具的类型规格,并列出配置清单。

(五)机场布置及钻前工程

绘制钻孔施工现场布置平面图,钻孔施工“三通一平”及临时设施搭建设计。

(六)钻孔结构

确定钻孔纵剖面形状(包括开孔、终孔直径,套管层数及各段的长度和直径)。

(七)钻进工艺技术

1.钻进方法

根据钻孔地层柱状图分层设计钻进方法。如合金、复合片、金刚石钻进,冲击回转钻进,提钻取心钻进或绳索取心钻进等。

2.冲洗液与护壁堵漏方法

根据所钻地层设计冲洗液类型、配方,配制方法及性能调整方法;选择护壁堵漏方法与材料;若采用套管护壁阐述套管规格、数量、下入方法及固管要求。

3.岩矿心采取心方法

分层阐述取心方法和取心工具。在取心困难的地层中应附特种取心工具的结构示意图,并说明操作注意事项。

4.钻头的选择

分层阐述取心钻头、扩孔钻头类型、规格、性能参数要求等,并列汇总表。对于需要的特殊钻头应附钻头结构图。

5.保证钻孔质量的措施

根据岩心钻探六大质量指标及钻孔地质设计(或合同)要求,阐述保证钻孔质量的具体措施。对于薄弱环节应有针对性地作重点阐述。

6.事故预防与处理

根据钻孔所钻地层及孔深、孔径情况和钻孔轨迹特点,阐述钻孔可能出现的事故类型、预防措施及处理预案。

7.定向钻孔技术设计参数及内容

如果施工定向钻孔,设计应增加以下内容:

1)孔身剖面类型;

2)钻孔遇层角;

3)造斜点、分支点位置;

4)各孔段的曲率或曲率半径;

5)目标点孔深,靶区半径;

6)垂直孔段或直线孔段长度;

7)各孔段端点的顶角、方位角、长度和垂深及空间坐标值;

8)定向钻孔总长度(即孔深),开孔顶角、方位角及孔位坐标;

9)校核孔身曲率是否满足粗径钻具通过、钻杆柱安全等限制条件。

(八)钻孔施工组织

1.确定钻孔施工组织与承包模式

一般情况下,单孔施工以机台为单位施工,对于施工难度大而深的特殊钻孔由上级单位指派1～2名专业管理人员指导施工。钻孔施工承包有两种模式,一是总承包(包施工费用,包工资、材料、工期、安全与质量),二是部分承包(包工期、安全与质量,其他以定额核定费用)。

2.编制施工计划及措施

1)钻孔施工程序、进度计划和具体措施,绘制施工进度横道图;

2)编制设备易损件、施工材料、新添器具和工具购置计划;

3.建立组织管理制度

确定人员编制、劳动工资待遇标准,制定机台及管理人员岗位责任制、经济承包责任制、质量管理制、安全生产管理责任制等。已有规范性制度的可以参照执行,没有的特殊要求需针对性制定。

(九)HSE(健康、安全、环保)管理

根据钻孔施工条件、环境和要求进行针对性设计,阐述保证实施措施及预案。

(十)编制“钻孔施工技术设计指示书”

编制简明扼要的“钻孔施工技术设计指示书”,概述地质情况及施工技术要求。“钻孔施工技术设计指示书”格式参见表13-3。

表13-3 钻孔施工设计指示书