完井工程课程设计

目 录

1 基础数据.......................................................... 2

1.1设计基础数据................................................. 2 1.2 地层分层数据及预计煤层位置 .................................. 2

1.2.1 预计煤层位置........................................... 2 1.2.2 地层分层数据........................................... 3

2 施工.............................................................. 4

2.1 施工目的 .................................................... 4 2.2固井......................................................... 4 2.3 射孔 ........................................................ 4 2.4 压裂 ........................................................ 5

2.4.1 压裂液配方及各种原料、添加剂用量....................... 6 2.4.2 施工准备............................................... 7 2.4.3 作业设备............................................... 7 2.4.4 支撑剂................................................. 8 2.5 施工步骤 .................................................... 8

2.5.1 压前井下作业准备....................................... 8 2.5.2 压裂液的配制.......................................... 10 2.5.3 压裂施工.............................................. 10 2.5.4 排液.................................................. 10 2.5.5 换井口装置............................................ 11 2.5.6 下完井管柱............................................ 11

3 质量保证要求..................................................... 11 4 HSE要求 ......................................................... 12

4.1 健康要求 ................................................... 12 4.2 安全要求 ................................................... 12 4.3 环保要求 ................................................... 13 5 完井资料的整理与提交............................................. 13 6 附图............................................................. 14 7 压裂曲线判读..................................................... 15

7.1压裂施工曲线................................................ 15 7.2 施工过程 ................................................... 16

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1 基础数据

1.1设计基础数据

表1-1 钻井基础数据表

地理位置 构造位置 开钻日期 井别 完钻井深山西省沁水煤田晋城矿区 位于樊庄普查区，东与泽州县王坡煤矿相邻，东南与晋城集团陈庄煤矿相接。 2011年5月1日 煤层气参数+实验井 煤层温度（℃） 完井日完钻层2012年8月15日 二叠系下统山西组最大井斜/方位 /井深 最大井斜1.3°；方位280°；492.16 23 所在井深450.62m；井底位移5.10m。 套管程序 规格 下入 钢级 壁厚 （mm） 7.72 水泥 返深 187.50 固井 质量 合格 （mm） 深度 生产套管 139.7490.49 N80 联入(m) 1.6 人工井底（m） 487.00 短套管位置(m) 484.16 1.2 地层分层数据及预计煤层位置

1.2.1 预计煤层位置

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表1-2-2 预计煤层位置

层位 山西组 层号 3号 井段 (m) 443.85-450.厚度 (m) 6.6 含气量 3(m/t) 9.82 结论 煤层 1.2.2 地层分层数据

表1-2-2 地层分层数据及地层剖面描述

地层 第四系 色粉质粘土 石千峰组 岩性描述 底界深度8m，零星分布于山梁各部位，岩性为浅棕底界深度92.44m，以一套中粗粒砂岩夹砂质泥岩、粉砂岩连续下伏上石盒子组之上。 底界深度328m，上段180.50m，岩性为紫红、灰紫色砂纸泥岩夹黄绿、灰绿色砂岩、粉砂岩，顶部含燧石上石盒子组 结核；底砂岩以中粒为主。中断98.43m，岩性为灰紫、紫红色砂纸泥岩、泥岩夹灰绿色砂岩，底部砂岩为灰白色中细粒砂岩。下段为49.07m，岩性为灰绿色、浅黄色、浅紫色、浅紫红色砂纸泥岩。 底界深度为48.52m，岩性为浅灰色白色砂岩、灰-下石盒灰黑色泥质岩为主，中下部泥岩中富含植物碎片。为一子组 相沉积的陆源碎屑物的岩性组合。 底界深度48.52m，岩性为灰白色中细粒砂岩、泥岩山西组 夹煤层，含煤2-3层。3号煤层为井田及区域内稳定可采煤层，其余煤层为不稳定不可采。

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太原组 底界深度53.67m，由灰黑色泥岩、浅灰色砂岩组成。 2 施工

2.1 施工目的

利用水力加砂压裂工艺技术改善煤层的原始渗流条件，提高煤层气井的产能。通过生产井的排采取得全套生产参数，用以指导该地区的煤层气勘探开发。

2.2固井

固井的主要材料为钢级为J55的表层套管和钢级为J55的生产套管，G级水泥和水。

对水泥浆的要求：严格控制水泥浆的失水量，一般不得超过200mL，水泥是的高压强度要达到14MPa以上，水泥至少要返至煤层顶部200m以上才为固井质量合格。

该井的套管及水泥浆的使用情况如下表：

表2-2-2套管及水泥浆

名称 规格 mm 表层套管 生产套管 139.7 J55 7.72 124.26 -0.28 490.21 36.0 187.50 1.85 钢级 壁厚mm 内径mm 下入井段/m 起 0 止 40.23 抗内压 MPa 36.0 水泥 水泥浆密返高m 度g/cm3 0 1.85 244.5 J55 7.72 226.62 3号煤顶板至水泥返高的距离为252052m，在完井试压测试中，在15MPa的压力下，经过30min的检查，压降为0.固井质量合

格。测井曲线解释为煤系地层固井优良率为100%，非煤系地层固井

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合格率为100%。

2.3 射孔

前期准备：下至人工井底通井，底带球座和标准通井规；通

至人工井底上提，用清水连续洗井；洗净结束后，随即用清水对全井进行试压，30min内压力不超过0.5MPa为合格；起出全部通井管和通井规。

（1）常规电缆射孔方式射孔，采用Φ102射孔、YD102射孔弹； （2）射孔密度为16孔/米，相位角90°，采用螺旋布孔； （3）压井液为清水，液面至井口；

（4）所选弹型能够穿透固井水泥环，保证煤层与井眼连通； （5）最大限度的降低孔眼摩阻，使射孔孔眼流量控制在150L/min。

表2-2-2射孔参数

射孔次序 1 层号 射开井段/m 3 476.96- 492.16 射孔弹 孔密（孔射孔层/m） 102 127弹 16 厚/m 6.30 孔数 101 2.4 压裂

水力加沙压裂作为一种增产措施，已经广泛应用预国内外煤层气勘探开发中，煤层压裂就是通过高压管汇将压裂液注入煤层，并在煤储层中产生裂缝，在压裂液注入的同时将支撑及送入裂缝，以改善煤储层与井筒间的连通性，达到提高气井产能的目的。

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煤层压裂改造的主要作用是：（1）降低近井地带钻井等作业引起的储层污染；（2）通过压裂缝实现煤层天然裂缝和井筒的沟通；（3）扩大排水降压范围，加速排水降压速度，加快煤层气的解析，提高气井产气速度和产气量。

表2-4-1 压裂层段

射孔压裂层射孔井段 射孔厚度 孔数 （10-3μ（孔/（孔） 型 位 （m） （m） 米） m2） 煤层段 476.96-492.16 5.0 0.1 16 80 102弹 渗透率 孔密 表2-4-2 施工参数

破裂压力 8.7 动态缝宽 mm 15.0 支撑剂用量 m3 36.0 MPa 闭合应力 7.5 支撑缝宽 mm 11.0 施工排量 m3/min 7.0 MPa 7..动态缝长 m 100.0 支撑缝高 m 7 压裂液用量 支撑缝长 m 75.0 m3 2.4.1 压裂液配方及各种原料、添加剂用量

（1）压裂液配方

平均砂液比 % 施工最高水马力 566.1 hp 21.0 4150

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水基压裂液压，液体准备数量及配方：活性水650m2，钻井液用HT-01润滑防塌剂325.0kg，钻井液HT-02（腐殖甲酸）防塌剂325.0kg，配方为：清水+0.05%HT-01+0.05%HT-2。

（2）配液顺序及说明：

①配液PH为4.2—7，机械杂质小于0.1%。

②技术要求：配液用水必须清洁，配完的压裂液要进行充分的搅拌，混合均匀；按照《中联煤层气有限责任公司煤层气行业标准－煤层气井压裂技术规程》执行。 2.4.2 施工准备

表2-4-2-1 压裂设备及主要参数

设备名称 2000型泵车 100BPM混砂车 管汇车 仪表车 砂罐车 压裂液大罐 2.4.3 作业设备

单位 辆 辆 辆 辆 辆 具 数量 6 1 1 1 3 6 备注 10m3/辆 50m3/具 （1）40吨修井机1套； （2）Ф118mm通井规1根； （3）KY35/65井口1套； （4）SFZ18-35A型防喷器1套； （5）发电机（50KW）1台；

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（6）Ф73mm500m； 2.4.4 支撑剂

加沙强度按：8-10m3/L。

前置砂：Φ0.13-0.3mm，1.2-1.3m3/m； 主砂：Φ0.45-0.9mm，5.2-6.7m3/m； 尾砂：Φ0.9-1.2mm，1.6-2.0m3/m。

技术要求：圆度不低于0.8，球度不低于0.8，径粒复合率不低于90%，清洁、干净、无杂质。

2.5 施工步骤

2.5.1 压前井下作业准备

（1）设备搬迁、安装。

（2）安装KY25/65井口，录取套补距、油补距。

（3）通井：用Φ118mm×0.5m通井规按规定限速通井至人工井底，起出通井管柱并检查通井规有无印痕，判断套管完好状况。通井时必须装指重表，遇阻悬重不得超过20-30KN，出现异常情况经现场研究决定采取措施后方可继续施工。

（4）洗井:用清水正洗井替出井内全部泥浆，排量25-30m3/h，循环洗井2-3周至进出口相对密度一致，出口液体干净无杂质污染物为合格。

（5）井筒试压，采用清水试压20MPa，试压时间30min，压降小于0.5MPa为合格；试压不合格必须查出原因，否则不准进行下步工序。

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（6）按标准安装防喷器，并对SFZ18-35A型防喷器试压：高压：30MPa，稳压30min,压降小于0.5MPa；低压：2MPa，30min不渗不漏无压降为合格。

（7）射孔前用0.5%KCl盐水替出井内液体，至进出口液性一致。 （8）射孔：采用102102弹、90°螺旋相位布孔，射孔密度16孔/ 米，射孔井段476.96-492.16m。严禁误射、漏射，发射率要求不低于90％，若低于90％应重新补射。

（9）压裂施工：煤层气正式压裂施工以前，进行变排量测试。阶梯排量压裂测试用与该井加砂压裂相同的压裂液，光套管注入，注入排量由小到大。正式的压裂施工必须根据阶梯排量测试结果及时完善和修改实际的压裂施工设计。

（10）测压力降落曲线：压裂施工停泵后测压力降落曲线，并严格记录。

（11）压裂液返排：压裂后应尽快控制压裂液返排，并完成全部的测试工作。压裂液的返排一定要控制速度，避免压力降落过快而导致煤储层吐砂。

（12）探砂面、冲砂：采用探砂面时，反复探两次，其标准是指重表悬重下降范围在5-10KN，两次探深误差不超过0.5m。

（13）冲砂至预定深度，并且返出液中含砂量低于0.2%时，应再循环洗井一周，停泵2h，再反复探砂面2次，砂面上升不超过2m为合格。

（14）拆下KY25/65井口，换上KY35/65井口。重新录取套补距

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和油补距。

（15）座井口：固定采油树，采油树要用绷绳四个方向对角绷紧，并用地锚固定,井口采油树试压30MPa，10min不渗不漏为合格。 2.5.2 压裂液的配制

（1）转罐：所有储水大罐保证清洁，检查合格后方可使用。 （2）备液：要求备足压裂所需清水。

（3）配液：充分循环配制合格的压裂液600m3。 2.5.3 压裂施工

（1）摆放压裂施工所需的设备。 （2）泵注方式：光套管注入。 （3）连接高低压管汇。

（4）走泵、排空、关井口闸门，高压部分试压40MPa不渗不漏为合格。

（5）按泵注程序进行压裂施工。

（6）压后测瞬时停泵压力，并测压降曲线68分钟。 2.5.4 排液

（1）压裂结束后12小时，用3mm油嘴或针形阀控制放喷,观察排出液体性能。记录排液时间、压力、排量、累计液量、Cl-、pH值等。

（2）排液时，有气体产出时，要在出口处每班点火一次，进行产气情况描述；

（3）施工排液及求产过程中，井场配备H2S气体监测及防护装

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置，若监测到H2S气体，则严格按照有关H2S气体操作规范操作执行。

2-5-4-1 煤层气排采地面设备及工艺流程示意图

2.5.5 换井口装置

拆下KY35/65井口，换上KY25/65井口装置。 2.5.6 下完井管柱

按下泵设计要求完成生产管柱。 2.5.8 环保治理、交井

试采合格后，配齐全采油树，保证不渗不漏，拆迁修井设备，治理环境污染，恢复井场原貌，按标准交井。

3 质量保证要求

（1）所用添加剂质检合格后方可使用，保证压裂液的数量和质量。 （2）配置压裂液所用清水应清洁无杂质，所有压裂液罐及拉水罐必须清洗干净。

（3）对配制好的液体在施工前应现场取样检查，如发现不合格，必须清罐后重新配制。

（4）必须保证支撑剂的数量和质量，入井料应达到厂家送样标准。

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（5）取全取准施工压力、排量、液量等参数，准确计量各阶段压裂液、支撑剂储罐内的泵入体积和泵注时间，以便与仪表计量结果进行对比校正。

（6）严格按有关技术要求和安全操作规程完成各道工序。 （7）压裂前检修压裂设备，确保设备完好。 （8）严格按设计要求进行地面压裂管汇试压压力，

（9）各作业工序要求有齐全准确的原始记录，压裂队提交连续记录的泵压、液量、排量和砂液比曲线和数据等施工资料。

4 HSE要求

4.1 健康要求

（1）施工人员应穿戴劳保护具上岗。

（2）施工前按设计要求试压，非施工作业人员严禁进入高压作业区。

（3）施工现场要配备医务急救药品及相关器材、人员。

4.2 安全要求

（1）施工前开安全大会，各工作岗位分工明确，听从统一指挥。 （2）施工现场排空、放喷管线用30MPa试压合格的硬管线。 （3）施工现场要设立明显的标志，避免无关人员进入作业区，作业区域严禁烟火。

（4）井场消防设施、井控设备齐全完好，现场备消防车两辆，救护车一辆。

（5）压裂液罐必须距井口20m以外。

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（6）安装试压合格压裂井口，井口用地锚固定,施工时井口限压35MPa。

（7）作业、施工过程中，加强井控岗位责任制，牢固树立井喷失控就是灾难事故的思想。

（8）严格按照正确的操作规程安装作业设备、循环系统、井控设备、消防设备，污水或残液回收罐等做到正确安装使用与维护。

（9）排液施工过程中，井场配备H2S气体监测及防护装置，若监测到H2S气体，则严格按照有关H2S气体操作规范操作执行。

4.3 环保要求

（1）严格遵守当地环境部门的有关规定，严格执行HSE要求。 （2）压裂液罐前挖一条排污沟至排污池，并做好防渗防漏等工作，作业液严禁乱排乱放，实施无污染、无落地作业。

（3）施工作业结束后对井场进行全面清理，以免造成井场及周边环境的污染。

5 完井资料的整理与提交

（1）压裂作业施工设计书（一式六份，压前审批） （2）分析实验报告（一份原件，一份复印件，压前提交）

①水分析报告

②压裂液主要添加剂检验报告 ③支撑剂室内评价报告

（3）压裂资料（一式两份，压后现场立即提交一份）

①压裂施工记录（人工记录数据）

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②压裂施工原始记录数据及曲线（电子版） （4）作业资料（一式两份，现场提交）

①施工日报表（单井装订） ②、抽油杆记录 ③排采管柱示意图 （5）射孔资料（现场提交）

射孔记录（一式两份）

（6）总结报告（一式十份，压后15日送交一份送审稿）

压裂作业施工总结

（7）计算机光盘（作业完后送交）

①压裂施工及测压降数据。（ASCII、二进制格式，一份） ②总结报告光盘。（一份）

6 附图

表2-2-1 套管柱设计数据

套管程序 井段 (m) 井深 套管外径 套管下深 水泥返深 (m) (mm) (m) 40.23 490.49 (m) 地面 187.50 一 开 1.35-41.06 41.06 244.50 二 开 41.06-492.16 492.16 139.70

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图7-1 压裂结构示意图

7 压裂曲线判读

7.1压裂施工曲线

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图8-1 压裂施工曲线

7.2 施工过程

13时17分58秒至14时24分34秒进行压裂施工。共注入压裂液566.1m3,其中前置液242.1m3，携砂液184.5m3，顶替液8m3。加入粒径Φ0.45-0.90mm石英砂支撑剂36m3,平均施工携砂比17.4%。施工排量6.9～7.2m3/min，破裂泵压8.7MPa，施工泵压3.0-5.0-9.0MPa，停泵压力8MPa。

13时24分10秒开始注入前置液，破裂压力8.7MPa。在13时30分34秒、13时39分58秒、13时50分10秒分别注入较低的携砂比（3.4％、5%、10%）的压裂液，加入的石英砂支撑剂粒径Φ0.15-0.30mm，到13时58分10秒共注入前置液242.1m3，低携砂比加入石英砂支撑剂粒径Φ0.15-0.30mm，加入量为8.6m3。施工排量7.0～7.1m3/min，施工泵压7.0～8.3MPa。

13时58分10秒开始以11％的携砂比加入粒径为0.45~0.90mm的石英砂支撑剂。随着施工的进行，压裂液携砂比呈增大趋势，在13时59分16秒、14时01分40秒、14时05分52秒、14时10分04秒、14时15分28秒时的携砂比分别为12%、17.3%、21%、18%，至14时06分16秒共加入粒径为0.45~0.90mm的石英砂支撑剂18.3m3。

14时21分16秒开始注入携有粒径为0.9~1.20mm的石英砂支撑剂的压裂液，在14时21分16秒、14时25分04秒、14时29分34秒、14时32分28秒是携砂比分别为23.2%、25%、29%、33%。施工排量7.0～7.1m3/min，施工泵压7.0～8.3MPa，至14时30分46秒

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共注入粒径为0.9~1.20mm的石英砂支撑剂量为14.5m3。共计注入携砂液184.5m3。

14时34分46秒开始注入前置液，施工排量7.1～7.2m3/min，泵压为7.5MPa

14时35分52秒停止施工。开始测压降。

由图8-1可知，当油压曲线在1min左右达到最大时，为煤储层的破裂压力，因此可得其破裂压力为8.7MPa。地层破裂后前置液及加砂阶段压力相对平稳，说明裂缝扩展压力低，排量、加砂速度平稳。压裂曲线稍微的波动性，说明为裂缝延伸所致。通过相关软件和测压降曲线可以得出储层的闭合压力、储层压力和地应力及其表皮系数等参数。利用关井压降曲线形态可大致判断煤岩层的渗透性的高低，压降曲线下降快说明储层渗透性好，压降曲线下降慢说明储层渗透性不好。因此由图8-1可知该储层的渗透性比较差。

通过图8-1可以看出该压裂过程比较顺利，压裂过程中没有出现 砂堵的情况。

表8-1 压裂设计参数和施工数据对比表

压裂液 施工排量 （m3/min） 7.0 6.9～7.2 （m3） 前置液 携砂液 替置液 总量 242.1 243 566.1 605.6 8 8.2 434.6 436.2 细沙 10 10 石英砂 （m3） 中砂 26 26 总量 36 36 平均砂比 （％） 17.4 17.6 设计 施工

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