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元陆17井固井技术张庆华张相乾（中原油田西南钻井公司）摘要：元坝地区是中石化天然气增储上产的重点区域。
该地区地质条件复杂，断层多，存在多套压力系统，尤其陆相气层异常活跃。
在勘探过程中经常钻遇高压气层，必须使用超高钻井液密度压稳后才能继续钻进，从而给完钻下套管、固井施工带来了更大的困难。
元陆17井使用￠215.9mm钻头在三开钻井施工中钻遇高压气层，经过节流压井后，钻井液密度提高到2.42g/cm3（设计最高密度2.03g/cm3）才保证安全钻进。
为满足下步施工安全提前下入￠193.7mm无接箍套管封隔高压气层。
针对在超高钻井液密度下，￠215.9mm 井眼下入￠193.7mm无接箍套管和固井施工中存在着较多困难；单边间隙小（套管与井眼单边间隙只有11.1mm）；气层段长达647.5米，气层较多压稳困难；下套管、固井时易发生井漏，尾管钻具输送过程中易井漏；水泥浆密度高，替浆排量小固井质量难以保证。
通过下套管前优化地层承压方案；优选水泥浆体系，领尾浆均采用2.55 g/cm3高密度加重胶粒防窜双凝单密度水泥浆体系；制定安全、合理的下套管技术措施和固井施工技术方案。
使得套管安全下入，并顺利完成固井施工，达到质量评价良好。
关键词：元陆17 溢流超高钻井液密度固井高密度质量良好作者简介：张庆华，1993年毕业于中原石油学校钻井工程专业，工程师1 概述元陆17井是南方勘探分公司在四川盆地川东北元坝东部断褶带圈闭群构造上所布的一口重点预探井。
设计井深4730米。
圈闭为构造-岩性复合圈闭。
由于新区钻探不可预见的因素多，存在易漏、易塌、易斜、易涌等复杂情况，地层压力系数远远高于设计的压力系数（本井设计最高密度 2.03g/cm3）。
该井三开￠215.9mm井眼在自流井组马鞍山段钻井施工时发生溢流，钻井液密度由设计最高2.03g/cm3提置2.42 g/cm3才压稳满足继续钻井施工。
下部将钻开地质预测的自流井组珍珠冲段、须家河组和雷口坡3套气层，不管下部是钻遇高压还是低压，均可能出现喷漏同存情况，井控风险极高。
第四节钻井常用计算公式、井架基础的计算公式（一）基础面上的压力nQ O+QP基=4式中：P基——基础面上的压力，MPa ；n ----- 动负荷系数（一般取1.25~1.40）；Q O天车台的负荷=天车最大负荷+天车重量，t ；Q B――井架重量，t ；（二）土地面上的压力P地=卩基+W式中：P地——土地面上的压力，MPa;P基-—基础面上的压力，MPa;W—-一基础重量，t （常略不计）。
（三）基础尺寸1、顶面积P基F1= B1式中：F1 -基础顶面积，cm2 ；B1——混凝土抗压强度（通常为28.1kg/cm2=0.281MPa）2、底面积P地2B2式中：F2 -基础底面积，cm2；B2—-一土地抗压强度，MPa ；P 地,――土地面上的压力，MPa。
3、基础高度匹—FJXP城I 1 ■—III x/l;s x式中：H ——基础高度，m;F2、F1分别为基础的底面积和顶面积，cm2；P基——基础面上的压力，MPa ；B3——混凝土抗剪切强度（通常为 3.51kg/cm2=0.351MPa）。
（二）混凝土体积配合比用料计算1、计算公式配合比为1 : m : n=水泥：砂子：卵石。
根据经验公式求每1m3混凝土所需的各种材料如下:].55门录m + n m u2、混凝土常用体积配合比及用料量，见表1-69。
混凝土用途体积配合比每立方米混凝土每立方米砂子每立方米石子每1000公斤水尼水泥kg砂子3 m石子3 m水泥kg石子3 m混凝土m3水泥kg砂子3 m混凝土m3砂子3 m石子3 m混凝土m3 1•坚硬土壤上的井架脚，小基墩井架脚，基墩的上部分。
1 :2 :4335 0.45 0.90 744 2 2.22 372 0.5 1.11 1.35 2.70 2.992•厚而大的突出基墩。
1 : 2.5 :5276 0.46 0.91 608 2 2.20 304 0.5 1.10 1.57 3.10 3.633•支承台、浇灌坑穴及其他。
FORMULAS AND CALCULATION 公式和计算1. Hydrostatic Pressure(HP) 静液柱压力Hydrostatic pressure using ppg and feet as the units of measureHP （psi ）=mud weight,ppg ⨯0.052⨯true vertical depth(TVD),ft举例：Example: mud weight =13.5ppg （泥浆密度）True vertical depth =12,000ft （垂深）HP=13.5ppg ⨯0.052⨯12,000ft =8424psi （静液柱压力）2．Annular Velocity(AV) 环空返速 AV,ft/min=2224.5Q Dh Dp ⨯- Where Q =circulation rate , gpm 排量Dh=inside diameter of casing or hole size ,in. 套管内径或井眼尺寸Dp=outside diameter of pipe,tubing or collars,in. 钻具或油管的外径举例：Example: pump output=530gpmHole size=12-1/4 in.Pipe OD=4-1/2 in AV=12.985129.8125=100ft/min3．Pump output,gpm,required for a desired annular velocity,ft/min给定所需环空返速后如何确定泥浆排量 Pump output,gpm=22,/min()24.5AV ft Dh DP - Where AV =desired annular velocity,ft/min 所需要的环空返速Dh =inside diameter of casing or hole size ,in 套管内径或井眼尺寸Dp=outside diameter of pipe ,tubing or collars,in. 钻具或油管的外径举例：Example:desired annular velocity=120ft/minHole size =12-1/4 inPipe OD =4-1/2 in PO=22120(12.25 4.5)24.5-4．Buoyancy Factor(BF) 浮力系数Buoyancy factor using mud weight,ppgBF=65.5,65.5mud weight ppg-举例：Example:Determine the buoyancy factor for a 15.0ppg fluid : 确定泥浆密度为15.0ppg的浮力系数BF =65.515.065.5-BF=0.770995．Pump Pressure/Pump Stroke Relationship 泵压和泵冲的简单换算关系(Also Called the Roughneck’s Formula) Basic formulaNew circulating Pressure,psi= present circulating Pressure ⨯2,, newpumprate spm oldpumprate spm ⎛⎫ ⎪⎝⎭举例：Example : Determine the new circulating pressure,psi using the following data:确定新的循环泵压Present circulating pressure =1800psi 现在的循环泵压Old pump rate =60spm 现在的排量New pump rate =30spm 新的排量New circulating Pressure,psi = present circulating⨯23060spmspm⎛⎫⎪⎝⎭=450psi 新的循环泵压6．Temperature Conversion Formulas 摄氏和华氏温度的转化公式Convert temperature,︒Fahrenheit(F)to︒Centigrade or Celsius(C)︒C=()325320.5556 9FOR C F︒-︒=︒-⨯举例：example: Convert 95︒F to ︒C: 将95︒F转换成︒C:︒C=()9532595320.55569OR C-︒=-⨯=35 ︒C:7．Slug Calculations 压钻杆重泥浆的计算1）Barrels of slug required for a desired length of dry pipe 设定期望的不倒返泥浆的钻具高度后，如何计算重泥浆的体积量Step 1Hydrostatic pressure repuired to give desired drop inside drill pipe: Hp,psi=mud wt,ppg⨯0.052⨯ft of dry pipeStep 2Difference in pressure gradient between slug weight and mud weight: Psi/ft=(slug wt,ppg-mud wt,ppg) ⨯0.052Step 3Length of slugin drill pipe:Slug length,ft=pressure,psi÷difference in pressure gradient,psi/ftStep 4Volume of slug,barrels:Slug vol,bbl=slug lenth,ft⨯drill pipe capacity,bbl/ft举例：Example:determine the barrels of slug required for the following:确定所需要的重泥浆体积量Desired length of dry pipe(2 stands)=184 ft 期望的不倒返泥浆的钻具高度（两柱）Mud weight =12.2 ppg 在用泥浆密度Slug weight =13.2 ppg 重泥浆密度Drill pipe capacity =0.01422bbl/ft 钻具的内容积4-1/2 in.—16.6 1b/ftStep 1 第一步计算Hydrostatic pressure required: 需要的液柱压力降Hp,psi=12.2 ppg⨯0.052⨯184 ft =117 psiStep 2 第二步计算Difference in pressure gradient,psi/ft: 压力的不同Psi/ft=(13.2ppg-12.2ppg) ⨯0.052 =0.052 Psi/ftStep 3 第三步计算Length of slug in drill pipe,ft: 重泥浆在钻具内的长度Slug length,ft=117psi÷0.052 =2250 ftStep 4 第四步计算Volume of slug,bbl:Slug vol,bbl=2250ft⨯0.01422 bbt/ft=32.0bbl 需要的重泥浆的体积量2）Weight of slug required for a desired length of dry pipe with a set volume of slug 设定期望的不倒返泥浆的钻具高度和重泥浆的体积量后，如何计算重泥浆密度Step 1Length of slug in drill pipe,ft:Slug length,ft=slug vol,bbl÷drill pipe capacity,bbl/ftStep 2Hydrostatic pressure required to give desired drop inside drill pipe:Hp,psi=mud wt,ppg⨯0.052⨯ft of dry pipeStep 3Weight of slug,ppg:Slug wt,ppg=HP,psi÷0.052÷slug length,ft+mud wt,ppg举例：Example:determine the weight of slug required for the following: 确定重泥浆密度Desired length of dry pipe(2 stands)=184 ft 期望的不倒返泥浆的钻具高度（两柱）Mud weight =12.2 ppg 泥浆密度Slug volume =25 bbl 重泥浆体积Drill pipe capacity =0.01422bbl/ft 钻具的内容积4-1/2 in.—16.6 1b/ftStep 1 第一步计算Length of slug in drill pipe,ft: 重泥浆在钻具内的长度Slug length,ft=25 bbl÷0.01422 bbl/ft=1758 ftStep 2 第二步计算Hydrostatic pressure required: 需要的液柱压力HP,psi=12.2 ppg⨯0.052⨯184 ft=117psiStep 3 第三步计算Weight of slug,ppg: 重泥浆密度Slug wt,ppg=117 psi÷0.052÷1758 ft+12.2 ppg=13.5 ppg3）Volume,height,and pressure gained because of slug:因为重泥浆造成的泥浆体积、高度和压力的变化a)Volume gained in mud pits after slug is pumped,due to U-tubing:Vol,bbl =ft of dry pipe⨯drill pipe capacity,bbl/ftb)Height,ft,that the slug would occupy in annulus:Height,ft=annulus vol,ft/bbl⨯slug vol,bblc)hydrostatic pressure gained in annulus because of slug:HP,psi=height of slug in annulus,ft⨯difference in gradient,psi/ft between slug wt and mud wt举例：Example:Feet of dry pipe(2 stands) =184 ft 干钻杆的长度（不倒返泥浆）Slug volume =32.4 bbl 加重泥浆的体积量Slug weight =13.2 ppg 加重泥浆的密度Mud weight =12.2 ppg 在用泥浆的密度Drill pipe capacity =0.01422bbl/ft 钻具的内容积4-1/2 in.—16.6 1b/ftAnnulus volume(8-1/2 in.by 4-1/2 in.)=19.8 ft/bbl环空容积（例如：8-1/2 in.钻头和4-1/2 in钻杆）a) Volume gained in mud pits after slug is pumped,due to U-tubing:因为U型管效应，加重泥浆泵入井内后，泥浆罐增加的泥浆体积量：Vol,bbl =184 ft⨯0.01422 bbl/ft =2.62bblb)Height,ft,that the slug would occupy in the annulus: 加重泥浆在环空所占的高度：Height,ft=19.8 ft/bbl⨯32.4 bbl =641.5 ftc)hydrostatic pressure gained in annulus because of slug:加重泥浆造成的液柱压力的增加值：HP,psi=641.5 ft(13.2-12.2)⨯0.052 =33.4psi8．Stuck Pipe Calculations 卡钻的计算Determine the feet of free pipe and the free point constantThe depth at which the pipe is stuck and the number of feet of free pipe can be estimated by the drill pipe stretch table below and the following formula.卡点的深度和自由段钻具的长度可由钻具的伸长表和以下公式计算：Table 2Drill Pipe Stretch TableStretchNominal Wall Constant FreeID, Weight, ID, Area, in/1000lb PointIn . lb/ft in. sq in. /1000 ft constant2-3/8 4.85 1.995 1.304 0.30675 3260.06.65 1.815 1.843 0.21704 4607.72-7/8 6.85 2.241 1.812 0.22075 4530.010.40 2.151 2.858 0.13996 7145.03-1/2 9.50 2.992 2.590 0.15444 6475.013.30 2.764 3.621 0.11047 9052.515.50 2.602 4.304 0.09294 10760.04.0 11.85 3.476 3.077 0.13000 7692.514.00 3.340 3.805 0.10512 9512.54-1/2 13.75 3.958 3.600 0.11111 9000.016.60 3.826 4.407 0.09076 11017.518.10 3.754 4.836 0.08271 12090.020.00 3.640 5.498 0.07275 13745.05.0 16.25 4.408 4.374 0.09145 10935.019.50 4.276 5.275 0.07583 13187.55-1/2 21.90 4.778 5.828 0.06863 14570.024.70 4.670 6.630 0.06033 16575.06-5/8 25.20 5.965 6.526 0.06129 16315.0,int tan Feet of stretch in free po cons t free pipe pull force in thousands of pounds⨯ = 自由段钻具=伸长*卡点常量/上拉力举例： Example: 3-1/2 in.13.30lb/ft drill pipe20 in. of stretch with 35,000 lb of pull forceFrom drill pipe stretch table:Free point constant =9052.5 for 3-1/2 in.drill pipe13.30 lb/ftfeet offree pipe =20.9052.535in ⨯=5173ftdetermine free point constant (FPC) 确定卡点常量The free point constant can be determined for any type of steel drill pipe if the outside diameter,in.,and inside diameter, in.,are known:FPC=As ⨯2500Where As =pipe wall cross sectional area ,sq in. 钻具的本体横截面积举例：Example 1:From the drill pipe sretch table :4-1/2 in.drill pipe 16.6 lb/ft – ID=3.826 in.FPC=()224.5 3.8260.78542500-⨯⨯=11,017.59．Mixing Fluids of Different Densities 配制不同密度的泥浆的计算Formula:()1122()F F V D V D V D +=Where 1V =volume of fluid 1(bbl,gal,etc.) 流体1的容积1D =density of fluid 1(ppg,lb/ft 3,etc) 流体1的比重2V = volume of fluid 2(bbl,gal,etc.) 流体2的容积2D = density of fluid 2(ppg,lb/ft 3,etc) 流体2的比重 F V =volume of final fluid mix 混合后流体的容积F D =density of final fluid mix 混合后流体的比重举例：Example 1: A limit is placed on the desired volume:Determine the volume of 11.0 ppg mud and 14.0 ppg mud required to build 300 bbl of 11.5 ppg mud: 确定配制300 bbl 比重为11.5 ppg 的泥浆所需要11.0 和14.0 ppg 的泥浆各多少 Given : 400 bbl of 11.0ppg mud on hand ,and 400 bbl of 14.0ppg mud on hand给定条件：11.0 和14.0 ppg 的泥浆各400 bbl 。
附录1
气分离器
台井控设
备
注：
1．现场考核以100分为基础分，按照检查表检查点项扣除相应分值后，为最终考核打分结果。
2．违章问题按照检查表对应分值扣分，同时按照《井控奖惩管理办法进行违章处罚》进行处罚。
3．相关服务单位出现违章问题按照《井控奖惩管理办法进行违章处罚》进行处罚，同时按照单位累计相应扣分分值。
4．如检查表中要求与施工井所在油气田企业的井控细则有冲突，执行细则要求。
5．检查中发现表中未含有的井控隐患，可依据相关标准、制度等要求，参照类似问题扣分或认定违章。
并上报工程技术处，对检查表进行修订。
6．该检查表由工程技术处负责解释。
三春集油田优快钻井技术摘要：三春集油田位于东濮凹陷南端，是黄河南地区重要油气聚集区之一。
本区属于华北平原南部，原始地层压力系数为 1.0～1.05，三春集油田以双靶二开定向井为主，施工中存在轨迹防碰、地质结构复杂、断层多、裸眼段长、定向托压、易垮塌、井漏及井控风险等施工难题。
通过前期详细调研临井，制定施工方案、优选钻头、优化钻具组合和钻井参数，做好井漏、井塌预防及井身质量控制，春17-9井、春9-53井和春16-1井二开使用PDC+LG双驱钻井技术，春17-9井和春9-51井对比，平均机械钻速提高了5.59m/h，钻井周期缩短11.67d,完井周期缩短8.87d。
在三春集油田形成了一套优快钻井技术，为加快三春集产能的勘探开发，优质提速提供新的方向和思路。
关键词：技术难点；技术对策；钻井；三春集油田1 概述三春集油田位于东濮凹陷南端，构造带主体南北长约20km，东西宽约6km，本区属于华北平原南部，地势平坦，海拔在 50.00m 左右。
三春集油田平均井深在3000m左右，钻遇地层明化镇、馆陶组，岩性主要为砂泥岩，可钻性好、地层易吸水膨胀造成缩径，易造浆，易发生固相侵等情况,馆陶组及上部易漏、易坍塌，馆陶地层含砾石，易造成钻头提前损坏，馆陶组易斜，易漏，易发生卡钻；钻遇地层沙二、三、四段，岩性主要为泥岩、砂岩互层。
地层压力低，易造浆，易垮塌、掉块。
通过分析区块钻井技术难点，制定相应提速技术措施、优化钻具组合、优选钻头，做好故障复杂预防，现场春17-9井、春9-53井两口井取得良好效果。
2 地质分层及井身结构2.1 地质分层三春集油田施工井地层由上到下为平原组、明化镇、馆陶组、沙二段、沙三段和沙四段，以春17-9井为例地质分层见表1。
2.2 井身结构以春17-9井为例，三春集油田井身结构与套管程序见表2。
3 技术难点（1）平原组地表疏松开眼易井斜，大尺寸井眼净化困难，易沉砂堵钻头水眼和发生沉砂卡钻，下套管易出现遇阻和下不到位、开泵困难情况。
井下作业井控基本计算公式一、井控压力计算公式井控压力是指通过液体或气体对井底压力进行控制，以防止井底及井壁破裂或产生不适当的井底压力。
井控压力计算公式如下：Pc=Pm+Po+Ph+Pl+Ps其中，Pc为井控压力，Pm为钻井液静压，Po为井底气体静压，Ph为井底动压，Pl为井底液柱压力，Ps为井底流体动力压力。
二、泥浆性能计算公式泥浆性能是指控制井下作业流体的粘度、密度、过滤损失等参数，以满足井下作业的需要。
泥浆性能计算公式如下：a)泥浆密度计算公式：ρm=ρw+Δρs其中，ρm为泥浆密度，ρw为水密度，Δρs为钻井液添加剂的密度差。
b)泥浆粘度计算公式：μm=μb+Δμs其中，μm为泥浆粘度，μb为基础泥浆的粘度，Δμs为钻井液添加剂的粘度变化。
c)泥浆过滤损失计算公式：Lf=Kw*√(PV*ΔP*t)其中，Lf为泥浆过滤损失，Kw为岩心的渗透系数，PV为岩心孔隙体积的比例，ΔP为岩心孔隙压力差，t为时间。
三、井身尺寸计算公式井身尺寸是指井筒的内径和外径，井身尺寸的选择要满足井下作业的需求，并考虑到井下作业的安全因素。
井身尺寸计算公式如下：a)井筒内径计算公式：IDc=ODc-2×Ts其中，IDc为井筒的内径，ODc为井筒的外径，Ts为井筒壁的厚度。
b)井筒外径计算公式：ODc=ODp+2×Ts其中，ODp为井壁的外径。
以上是井下作业井控的基本计算公式，涵盖了井控压力计算、泥浆性能计算和井身尺寸计算等方面。
这些计算公式在实际的井下作业过程中，可以帮助工程师和技术人员合理地设计和控制井下作业，确保井下作业的安全和高效进行。
