井身结构设计标准

1、井身结构设计标准1设计依据1.1钻井地质设计1.1.1地层孔隙压力、地层破裂压力及坍塌压力剖面1.1.2地层岩性剖面1.1.3完井方式和油层套管尺寸要求1.2相邻区块参考井、同区块邻井实钻资料1.3钻井装备及工艺技术水平1.4井位附近河流河床底部深度、饮用水水源的地下水底部深度、附近水源分 布情况、地下矿产采掘开采层深度、开发调整井的注水层位深度。1.5钻井技术规范2设计参数及取值范围2.1根据当地统计数据分析确定2.2取值范围2.2.1抽汲压力当量密度Sb和激动压力Sg 一般取（0.015 L 0.040）g / cm32.2.2地层破裂压力当量密度安全允许值 Sf 一般取0.03g /cm

2、32.2.3溢流允许值Sk根据井控技术水平确定，一般取（0.05L 0.10）g/cm32.2.4正常压力地层压差卡钻临界值 3n，一般取（12LI 15）MPa，异常压力地层压差卡钻临界值（15Ll20）MPa3设计约束条件3.1钻井液密度钻井液密度即最小液柱压力当量密度大于或等于裸眼井段的最大地层孔隙 压力当量密度，见公式（1）。诂- pm （ 1）式中：3m 钻井液密度，g/Cm ；3PmaX 裸眼井段最大的地层孔隙压力当量密度，9 /Cm ；:钻井液密度附加值，g /cm 。考虑地层坍塌压力对井壁稳定的影响， 确定裸眼井段的最大钻井液密度，见式（2）。(2)mmax = max -:，

3、 pmax cmax ；式中:?mmax/3裸眼井段最大钻井液密度，g / Cm ；pmaxI 3裸眼井段最大的地层孔隙压力当量密度，g/cm ；: 钻井液密度附加值，g /cm；Umax裸眼井段最大地层坍塌压力当量密度,g / cm3。3.2最大井内压力当量密度321正常作业时最大井内压力当量密度见式（3)。(3)Pbn max正常作业时最大井内压力当量密度,g / cm3 ；mrnax/3裸眼井段最大钻井液密度，g / Cm ；bn max 二：mmax Sg式中:Sg 激动压力当量密度，g/cm3。(4)3.2.2发生溢流关井时的最大井内压力当量密度见式（4）。bamaxmmaxSDx式

4、中:x发生溢流关井时的最大井内压力当量密度，g / cm3 ；3mmax裸眼井段最大钻井液密度，g /。山；Dm 裸眼井段最大地层孔隙压力当量密度对应的顶部井深，m ；Dx 裸眼井段最浅井深，m ；Sk 溢流允许值，g / cm3。3.3安全地层破裂压力当量密度安全地层破裂压力当量密度见式（5）。: ff = ： f - Sf（5）式中：订安全地层破裂压力当量密度，g / cm3;0地层破裂压力当量密度，g / cm3 ；Sf地层破裂压力当量密度安全允许值，g / cm3。3.4约束条件3.4.1压力平衡约束条件裸眼井段内某一深度处的压力当量密度?b应小于或等于裸眼井段的最小安全地层破裂压力当

5、量密度订5山，见式（6）。b ：ffmin（ 6）式中：九一一裸眼井段内某一深度处的压力当量密度，g/cm3 ；ff min 裸眼井段最小安全地层破裂压力当量密度，g/cm3。3.4.2压差卡钻约束条件钻井作业过程中，钻井液液柱压力与地层孔隙压力最大压差不大于 pn或 :Pa，见式（7）。.卩=0.00981 （mmax pmin） 6 “心（仏）（7）式中：p 钻井液液柱压力与地层孔隙压力最大压差，MPa ；m max裸眼井段最大钻井液密度，g / Cm；min 裸眼井段正常或最小地层孔隙压力当量密度，g/cm3 ；Dn 最深正常地层孔隙压力当量密度或最深最小地层孔隙压力当量密度对应井深，m

6、 ；=Pn正常压力地层压差卡钻临界值，MPa ;. =pa 异常压力地层压差卡钻临界值，MPa。4必封点应考虑的因素4.1易坍塌页岩层、塑性泥岩层、盐岩层、岩膏层、煤层等。4.2裂缝溶洞型、破裂带、不整合交界面型漏失地层。4.3含H?S等有毒气体的油气层。4.4井眼轨迹控制等施工方面的特殊要求，丛式井组的表层套管和技术套管 设计深度按规定执行。4.5欠平衡压力钻井等特殊工艺井的技术要求。5设计方法、步骤5.1设计方法的选择5.1.1对于已探明区块的开发井或地质环境清楚的井，采用自下而上设计方 法。5.1.2对于新探区的探井或下部地层地质环境不清楚的井，采用自上而下和 自下而上相结合的方法。6套

7、管与井眼间隙的选择6.1选择原则6.1.1开发井应满足油气开发的要求，生产套管尺寸根据生产层的产能、油 管尺寸增产措施以及后期开发作业的要求确定。6.1.2探井应满足顺利钻达设计目的层的要求。6.2套管与井眼间隙的选择6.2.1开发井由下而上、由里而外确定各层套管与井眼间隙。6.2.2新探区的探井由上而下、由外而里确定各层套管与井眼间隙。6.2.3套管与井眼间隙设计应保证套管安全下入并满足固井质量要求。附录A自下而上设计方法的设计步骤A.1用式（5）计算安全地层破裂压力当量密度值。A.2绘制地层孔隙压力当量密度曲线、地层破裂当量密度曲线、安全地层破裂压力当量密度值曲线。示例见图A.1 o050

8、010001500200025003000350040004500当量密度，g/cm311.21.41.61.82.02.22.45000图A.1 压力当量密度曲线图示例A.3确定井身结构设计参数。A.4技术套管设计。自下而上技术套管（无尾管）设计步骤示例见图 A.2。自下 而上技术套管（有尾管）设计步骤见示例图A.3 o当量密度，g/cm3图A.2自下而上技术套管（无尾管）设计步骤示例A.4.1根据压力当量密度曲线图中最大地层孔隙压力的当量密度，选择钻井液密度的确定方法并计算最大钻井液密度：?m max oA.4.2选择正常作业工况，用式（3）确定最大压力的当量密度UnmaxOA.4.3用式

9、（6）计算裸眼井段所允许的最小安全地层破裂压力当量密度ff min , 初选技术套管下入深度D3。A.4.4自横坐标上找到最小安全地层破裂压力当量密度，上引垂线与安全地层破裂压力曲线相交，交点井深即为初选中间套管的下入深度D3。A.4.5验证初选技术套管下入深度有无压差卡钻的危险，用式（7）计算钻井液液柱压力与地层孔隙压力最大压差值.中。A.4.6根据以下原则确定技术套管下入复选深度D21和技术套管下入深度 D2 ；a）若厶P空APnCPa），则初选深度D3即为技术套管下入复选深度D21，需要进行 溢流条件校核。b）若巾 厶Pn（Pa），则技术套管下入深度应小于初选深度 D3，此时需用式（7）

10、计算在Dn深度处压力差为PniPa）时允许的最大钻井液密度m2max，用式（1） 计算地层孔隙压力当量密度P2max，并在横坐标上找到对应点引垂线与地层孔隙 压力当量密度线相交，交点井深即技术套管下入深度D2，需要进一步设计尾管。A.4.7按溢流压井条件校核技术套管下入复选深度D21处是否有压漏危险，即根据全井最大地层孔隙压力当量密度Pmax对应的井深Dm，用式（4）计算处最大井内压力的当量密度，ba21max。当ba21max小于且接近D21处地层安全破裂压力当 量密度订21时，满足设计要求，D2二D21，否则应增加技术套管下入深度再进行 试算，并按A.4.5-A.4.6步骤校核是否发生压差

11、卡钻，最终确定技术套管下入深 度D2。A.4.8重复A.4.1-A.4.7步骤逐次设计其他各层技术套管，直至表层套管。当量密度，g/cm3图A.3自下而上技术套管（有尾管）设计步骤示例0500100015002000250030003500400045005000A.5表层套管设计A.5.1根据最浅一层技术套管下入深度D2处以上最大地层孔隙压力当量密度，按A.4.1-A.4.3步骤初选表层套管下入深度 Dii，用式（4）计算溢流关井时表层套 管鞋处承受的压力当量密度ballmax。若计算结果值小于且接近安全地层破裂当 量密度 订11，则满足设计要求，即表层套管下入深度Di二Dii。示例见图A.

12、4o当量密度，g/cm3图A.4表层套管设计步骤示例1A.5.2若计算结果 几allmax值大于安全地层破裂压力当量密度ff11，应加深表层套管下入深度至D12再进行试算；若值小于且接近安全地层破裂当量密度，满足设 计要求，Di=Di2。示例见图A.5当量密度，g/cm3图A.5表层套管设计步骤示例2A.5.3设计表层套管下入深度时一般不进行压差卡钻校核。A.6尾管设计A.6.1当技术套管下入深度小于初选深度时，需要下入尾管并确定尾管下入深度。A.6.2根据技术套管下入深度的安全地层破裂压力当量密度值?ff2，按式（6）确定尾管最大下入深度D5处的最大压力当量密度Un5max，用式（3）计算尾

13、管最大 下入深度处的允许最大钻井液密度：?m 5maxA.6.3用式（1）计算尾管最大下入深度D5处的允许最大地层压力当量密度，p5maxA.6.4在横坐标上找到，p5max值，引垂线与地层孔隙压力当量密度线相交，最深 交点井深即为尾管最大下入深度D5。A.6.5给定溢流允许值Sk压井时，用式（4）计算技术套管鞋D2处的压力当量密 度ba2max，当其小于该深度地层安全破裂压力当量密度值时，则尾管最大下入深度D5满足设计要求。否则应减少尾管下入深度，重新试算。示例见图A.6。当量密度，g/cm3图A.6自下而上尾管设计步骤示例A.6.6校核尾管在下入深度处是否有卡钻危险，方法同A.4.5-A.

14、4.6。若D5 Da，则D4二D5，不卡钻；否则再设计一层尾管。A. 7生产套管设计生产套管下入深度根据油层位置、完井方式确定。应进行压差卡钻校核，具体方法同 A.4.5-A.4.6附录B自上而下设计方法的设计步骤B. 1用式（5）计算安全地层破裂压力当量密度值B.2绘制地层孔隙压力当量密度曲线、地层破裂当量密度曲线、安全地层破裂压 力当量密度值曲线。B.3确定井身结构设计参数。B.4表层套管设计。自上而下表层套管设计步骤示例见图B.1.050010001500200025003000350040004500当量密度， g/cm311.21.41.61.82.02.22.4图B.1自上而下表层

15、套管设计步骤示例5000根据地质基本参数，按设计原则确定表层套管下入深度D1。B.5技术套管设计。B.5.1根据Di处的安全地层破裂压力当量密度 bfi，用式（6）确定下部裸眼井段 允许最大压力当量密度 二bn3max，选择正常的钻进作业工况，用式（3）计算下部 裸眼井段允许最大钻井液密度订3max oB.5.2用式（1）计算下部裸眼井段允许最大地层孔隙压力当量密度p3max oB.5.3在压力当量密度曲线横坐标上找到 p3max值，引垂线与地层孔隙压力当量密 度线相交，最浅交点井深即为初步确定的技术套管下入深度D3。示例图见B.2.当量密度， g/cm3图B.2自上而下技术套管（无尾管）设计

16、步骤示例B.5.4验证初选技术套管下入深度D3有无压差卡钻的危险，用式（7）计算钻井 液液柱压力与地层孔隙压力最大的压力差值.中。B.5.5根据以下原则确定技术套管下入的复选深度D21:a） 若p -厶PnCPa），则初选深度D3即为技术套管下入复选深度 D21。b）若-P=PnC Pa），则技术套管下入深度应小于初选深度D3，此时需用式（7）计算在Dn深度处压力差为：Pni Pa）时允许的最大钻井液密度m2max，用式（1） 计算地层孔隙压力当量密度?P2max，并在横坐标上找到对应点引垂线与地层孔隙 压力当量密度线相交，交点井深即技术套管下入深度。示例见图B.3。B.5.6按溢流压井条件校核技术套管下入复选深度D21处是否有压漏危险，即根据该处以上裸眼井段最大地层压力对应的井深Dm ,用式（4）计算Di处最大井内压力的当量密度baimax。当小于且接近6处地层安全破裂压力当量密度 ffi时， 满足设计要求，D2二D21，否则应