钻井工程设计

5.5钻井工程设计

5.5.1钻井

5.5.1.1地表及浅层地质安全风险评估

该地区位于位于M市B区C村东北约10公里，沙漠地带附近，井场周围便道较多，多为村级道路，路面松软，不能行驶大型车辆，交通较为不便，施工前应考虑到地面设施的修建；通讯也不便利，提前配置好通讯设施以便灾害发生时及时和上级及外界联系；工程地区春季多风、多发沙尘暴，做好防沙保护措施防止风沙对施工带来的不良影响；夏季多温热，注意防暑及设备的维护工作；秋季多阴雨，施工应注意井场和住地防洪抗灾，避免人身、财产的损失；冬季多干旱且漫长，注意提前安排好施工时间,做好设备的防冻措施及操作人员的冬季劳保用品安排。

平均气压898.1kPa

年平均气温 6.4℃

极端最高气温40.3℃

极端最低气温-24.3℃

平均年降雨量250.0 mm

累年平均最多风向NW

地面平均温度11.1℃

地面极端最高温度57.5℃

地面极端最低温度-32.3℃

无霜期122天左右

5.5.1.2对丛式井组需确定合理的气井井口距离

井口距离部署

该地区位于沙漠地带附近，井场周围便道较多，多为村级道路，路面松软，不能行驶大型车辆，交通较为不便，通讯也不便利

根据消防人员的经验,井喷失控后可能发生的

喷射燃烧(喷射火)的影响范围基本在50 m范围

内,较大的喷射燃烧其伤害范围也在70m范围内

根据试采的最大无阻流量

8.8478（10^4m^3/d）=4.4239（10^4m^3/15min)

无阻流量等级 w W1 W2 W3 W4

>5. 21 3. 13~5. 21 1. 04~3. 13 <1. 04

无阻流量(×

10^4m^3/15min)

根据试采的最大无阻流量

8.8478（10^4m^3/d）=0.09216（10^4m^3/15min)

确定井口安全距离应尽量保守,在进行井喷

事故伤害范围的计算时,均取各级无阻流量范围的上

限来计算。所以Vw取值1.04×10^4m^3

ln(Ps/P0)=-0.912 6-1.505 8ln(R /L0)+

0.675ln2(R /L0)-0.032 0ln3(R /L0)

(0.3≤R /L0≤12) (1)

式中,Ps———冲击波正相最大超压,Pa;

P0———大气压力,取1.01×105Pa;

R———目标到蒸气云中心的距离,m;

L0———爆炸长度,m,可按下式(2)计算,

L0=(E0/Pa)1/3(2)

其中,E0为爆源总能量,J,Pa同上。

运用TNT当量法来估计爆源总能量,如式(3)所示:

E0=αWcQc(3)

式中,α———参与蒸气云爆炸的有实际贡献的燃料

占泄漏燃料的百分比,平均值为4%;

Wc———蒸气云对爆炸冲击波有实际贡献的燃料质量,kg;

Qc———燃料的燃烧热,J/kg。

为了估计爆炸可能造成的人员伤亡情况,较为合理的预测方法是:根据人员伤亡概率的不同将伤害区域分为死亡区、重伤区、轻伤区和

安全区。其中,轻伤区内的人员如果缺少保护,绝大多数

人员将遭受轻微伤害,少数人将受重伤或平安无事,

死亡的可能性极小。该区内径为Re0.5,H2S安全距离记为Re,外径记为Re0.01,表示外边界处耳膜因冲击波作用而破裂的概

率为1%,它要求的冲击波峰值超压为17 000 Pa,可

用式(4)计算出轻伤区外径Re0.01。

ln(Ps)=ln17 000

=9.741

=10.613 5-1.505 8lnRe0.01(E0/P0)1/3+

0.167 5ln2Re0.01(E0/P0)1/3-0.032 0ln3Re0.01

(E0/P0)1/3 (4)

Ps———冲击波正相最大超压,Pa;

E0为爆源总能量,J；

P0———大气压力,取1.01×105Pa;

计算井喷后由于蒸气云爆炸的爆炸波导致轻伤的轻伤区外径Re0.01的步骤: 1)将各级天然气井15min喷出的天然气体积

Vw和天然气的密度ρ的值代入式Wc=Vwρ中求出

蒸气云对爆炸冲击波有实际贡献的燃料质量。

2)将Wc、Qc=55.164×106J/kg代入式(3)求出爆源总能量E0。

E0=2.2948×10^10(J)

3)将E0代入式(4)经迭代法可得出轻伤半径:Re0.01

Re0.01=61.02(m)

该区块地理位置位于M市B区C村东北约10公里,累年平均最多风NW。

硫化氢气体扩散导致中毒的伤害范围要大于70m

根据区块最大试采H2S含量数据1288mg/m³(日产气2.7383×10^4m³)

H2S体积含量为0.09016％

很容易看出H2S的含量等级为V5

Q5=V5ρ(H2S);

H2S气体的质量流量Qj;

H2S气体的释放速度Vj;

将平均风速为u,地面有效粗糙度

Z0,大气稳定度系数D及H2S的轻伤临界浓

度CQ分别输入程序,求出1个下风向

距离x的值作为H2S有效伤害距离Re。

5.5.1.3对井身结构及套管程序设计

结合本区块所钻探井的地层压力、含油面积及相关计算资料

1 井身结构设计

1.1 井身结构设计的基本要求

（1 ）能有效的保护油气层，使不同压力梯度的油气层不受泥浆污染损害。

（2 ）应避免漏、喷、塌、卡等复杂情况发生，为全井顺利钻进创造条件，达到钻井施工周期最短。

（3 ）钻下部高压地层时所用的较高密度泥浆产生的液柱压力，不致压裂上一层套管鞋处薄弱的裸露地层。

（4 ）下套管过程中，井内泥浆液柱压力之间的压差，不致产生压差卡套管事故。

1.2 确定套管下入深度和层次原则

（1）不发生压差卡套管。

（2 ）井内压力最大时（下钻产生机动压力时，井涌关井时），不得把裸露的地层

压裂（套管鞋处最薄弱）。

（3 ）接近平衡地层压力钻井方式确定泥浆密度，对于高塑性地层、松软地层、漏

失层、浅层含腐蚀性流体、破坏性地层及断层等复杂地层，应考虑下套管封隔

正常地层压力与地层破裂压力预测表

井深/m Gp当量钻井液密度g/cm³Gf当量钻井液密度g/cm³0 0.950 1.280

500 0.950 1.420

1000 0.950 1.530

1500 0.950 1.600

2000 0.950 1.680

2500 0.950 1.750

3000 0.950 1.830

3200 0.910 1.860