钻井工程 19 井身结构讲解

1、1 井身结构井身结构 中国石油大学（北京） 钻井工程 2 oil zone 中间套管 (技术套管) 表层套管 生产套管 (油层套管) 一开 二开 三开 3 井身结构油井基础，全井骨架 固井工程套管柱设计和注水泥 不仅关系全井能否顺利钻进完井， 而且关系能否顺利生产和寿命。 4 井身结构设计 内容：套管层次； 每层套管下深； 套管和井眼尺寸配合。 一、套管的分类及作用 二、井身结构设计原则 三、井身结构设计基础数据 四、裸眼井段应满足力学平衡 五、井身结构设计方法（举例） 六、套管尺寸和井眼尺寸选择 5 1、表层套管Surface casing 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂层 安装井口、悬挂及

2、支撑后续各层套管 2、中间套管Intermediate casing 表层和生产套管间因技术要求下套管 可以是一层、两层或更多层 主要用来分隔井下复杂地层 3、生产套管Production casing 钻达目的层后下入的最后一层套管 用以保护生产层，提供油气生产通道 4、尾管（衬管） Liner 一、套管的分类及作用一、套管的分类及作用 6 例：克拉2气田井身结构实施方案 28导管 26x300m 18-5/8x300m 16x2600m 13-3/8x2600m 12-1/4x 封白云岩 10-3/4x100m+9-7/8x封白云岩 8-1/2*目的层 7尾管*目的层 7 8 二、井身结构

3、设计原则 1、有效保护油气层 2、有效避免漏、喷、塌、卡等井 下复杂事故，安全、快速钻井 3、井涌时，有压井处理溢流能力 4、下套管顺利，不压差卡套管 9 抽吸压力系数：0.0240.048 g/cm3 激动压力系数：0.0240.048 g/cm3 压裂安全系数：0.030.06 g/cm3 井涌允量 ：0.050.08 g/cm 3 压差允值 P： PN = 1518 MPa P A = 2123 MPa ? 6 个设计系数： 孔隙压力剖面 破裂压力剖面 坍塌压力剖面 漏失压力剖面 ? 4个剖面： 三、井身结构设计基础数据三、井身结构设计基础数据 10 四、裸眼井段应满足的力学平衡四、裸眼

4、井段应满足的力学平衡 （1）防井涌 （2）防压差卡套管 （3）防井漏 （4）防关井井漏 maxdpb S? maxminmin ()0.00981 dpp DP? ? maxmindgff SS? maxmax11 / dfkpcfc SSDD? 11 其中： 钻井液密度， 裸眼段内使用的最大钻井液密度， 裸眼段钻遇最大地层压力的当量泥浆密度， 最大地层孔隙压力所处的井深，m 裸眼段钻遇最小地层压力的当量泥浆密度， 最小地层孔隙压力所处的井深，m 裸眼段最小地层破裂压力的当量泥浆密度， 套管鞋处地层破裂压力的当量泥浆密度， 套管下入深度，m 3 /cmg 3 /cmg 3 /cmg 3 /cm

5、g 3 /cmg 3 /cmg 1 1 min min min max max max c fc f p p p p d d D D D ? ? ? ? ? ? 12 五、井身结构设计方法 1、求中间套管下入深度初选点 D21 （1）不考虑发生井涌 由 计算出 f ，在破裂压力曲线 查出f 所在的井深 D21 ， 即为中间套管下入井深初选点。 fgbpf SSS? max ? 13 （2）考虑可能发生井涌 由 试算法求f 先试取一个D21 ，计算f ， 将计算f 与查图f 比较， f f ，D21为中间套管初选点 否则，重新试算。 一般情况下，在新探区，取以上 两种条件下较大值。 maxmax

6、21 / fpbfkp SSSDD? 14 2、验证中间套管下到 深度D21是否被卡 （1）首先求裸眼可能存在的最大静压差： pmax ：钻进至D21遇到的 最大地层压力当量泥浆密度。 Dmin ：最小地层孔隙压力所处的井深，m ? 若 ，不卡，D21为中间套管下入深度D2。 ? 若 ，会卡，中间套管应小于初选点深度， 需根据压差卡钻条件确定中间套管的下深。 maxminmin ()0.00981 pbp PSD? N N PP PP ? ? 15 （2）求压差 条件下允许 的最大地层压力的最大地层压力 在地层压力曲线上找出 深度即为中间套管的下深 D2 。 N P? bp N pper S

7、D P ? ? ? min min 00981. 0 ? pper ? pper ? 16 31 2 2 pperfbfk D SSS D ? 3、求钻井尾管下入深度初选点、求钻井尾管下入深度初选点 D31 根据 D2 处地层破裂压力 ， 求出继续向下钻进时 裸眼段允许最大地层压力 试算法： 先试取一个 D31，计算 ， 若计算 与实际值接近且略大， 则 D31 为尾管初选点，否则重试。 2f ? pper ? pper ? pper ? 17 4、校核尾管下到 D31 是否被卡 校核方法同 2，P N 换成P A 5、计算表层套管下入深度 D1 根据 D2 处地层压力 ， 计算若钻进到 D2

8、 发生井涌关井， 表层套管鞋处承受压力当量密度： 2p ? 2 2 1 fEpbfk D SSS D ? 试算：试取 D1， 计算 查得 fE,确定 D1 否则重试。 fE ? 18 设计举例 某井设计井深为 4400 m； 地层孔隙压力梯度和破裂 压力梯度 剖面如图 。 试进行该井井身结构设计。 给定设计系数： Sb = 0.036 ； Sg = 0.04 ； Sk = 0.06 ； Sf = 0.03 ； PN = 12 Mpa ; PA = 18 MPa ; 19 解： 由图上查得 （1）中间套管下入深度初选点 由 试取 D21 =3400 m，代入上式得： 由破裂压力曲线查得 且接近，

9、故确定 D21 = 3400 m 。 mDcmg pp 4250,/04. 2 max 3 max ? 21 D maxmax21 / fpbfkp SSSDD? 3 2.04 0.036 0.03 0.06 4250/3400 2.181 / f g cm ? ? 3400 3 3400 ,/19. 2 fff cmg? 20 （2）校核中间套管是否会被卡 由 P曲线，钻进到深度 D21 =3400 m时， 遇到最大地层压力 因 由 因P PN = 12 MPa, 故中间套管下深应浅于初选点。 查得 =1.435 对应 D2 = 3200 m。 3 3400 = 1.57 g/cm p ?

10、3 minmin 1.07/,3050 p g cmDm? 3 min 3 min 12 1.07 0.036 1.435 / 9.81 100.00981 3050 N pperpb P Sg cm D ? ? ? ? ? maxminmin ()0.00981 pbp PSD? (1.570.0361.07)30500.0098116.037PMPa? pper ? 21 （3）确定尾管下深的初选点 D31 由f曲线查得： 由： 试取 D31 =3900m，得 由p曲线， 故确定初选点 D31 = 3900 m. 31 2 2 31 2.15 0.036 0.030.06 3200 ppe

11、rfbfk D SSS D D ? ? 3 3200 2.15/ f g cm? 3 2.01 / pper g cm? 3 3900 1.942.01/ ppper g cm? 22 （4）校核是否会卡尾管 计算压差： 因为 ， 故确定尾管下深为 D3 = D31 = 3900m 。 maxminmin ()0.00981 (1.940.0361.435) 32000.0098116.98 pbp PSD MPa ? ? 18 A PPMPa? ? 23 （5）确定表层套管下深 D1 由： 2 2 1 1 3200 1.4350.0360.030.06 fEpbfk D SSS D D ?

12、? 试取 D1 = 850 m , 代入上式计算得 由f曲线查得 故确定 D1 = 850 m。 3 /737. 1cmg fE ? 3 850850 1.74 /, ffEf g cm? 24 六、套管尺寸和井眼尺寸选择六、套管尺寸和井眼尺寸选择 目前我国使用最多的套管/钻头系列是： 2 1 4) 8 7 5(7) 2 1 8( 8 5 9) 4 1 12( 8 3 13) 2 1 17(20)26(? 套管和井眼尺寸确定一般是由内到外进行 根据采油要求 油层套管尺寸 匹配钻头 套管与井眼间间隙与井身质量、固井水泥环强度要求、下套 管时井内波动压力、套管尺寸等因素有关，9.5mm 19mm。 目前，根据套管层次不