井身结构设计szl

1、开课必做开课必做 v课程介绍：课程介绍：名称/性质/学时/周学时/结课时间。 v成绩评定方法成绩评定方法：平时20%，结课考试80%。 平时成绩评定方法：平时成绩评定方法：1)考勤和课堂纪律；2) 课堂提问；3)作业。 v结课考试：结课考试：时间/题型/题量/分值/考后要求。 v答疑：答疑：时间和地点。 v绪论绪论 v完井工程定义：完井工程定义：指从钻开油气层到 完钻交井的工艺和技术。是联系钻 井与采油生产的一个关键环节。 v完井工程的基本工艺过程：完井工程的基本工艺过程：确定完 井的井底结构完井方法、确定井 身结构、钻开生产层、保护油气层、 完井电测、固井、使井眼与产层连 通、试油、安装井底

2、和井口。 v完井工程的主要内容：完井工程的主要内容：1)以油气层 的地质结构、岩石力学性质和物性 为基础，研究储集层与井眼的最佳 连通方式，为油气井的稳产、高产 创造最优的条件；2)保护油气层。 v课程内容：课程内容：介绍井身结构设计方法、 固井和完井等的工艺技术。 第一章第一章 井身结构设计井身结构设计 v大作业一：一口井井身结构设计大作业一：一口井井身结构设计 v1 1基本数据基本数据 1)井号:广斜-1井； 2)井别:开发井; 3)井型:定向井； 4)设计井深:3525米; 5)完井方法:射孔完井; 6)完钻原则:钻穿潜43油组留足口袋完钻. v2 2设计地层剖面设计地层剖面 地层时代地

3、层时代设计地层设计地层/m/m岩性简述岩性简述 界界系系组组段段层层深度深度厚度厚度 新新 生生 界界 第四系平原组第四系平原组90909090黄色粘土黄色粘土 砾石砾石 流砂层流砂层 上第三系广华寺组上第三系广华寺组930930840840杂色粘土岩杂色粘土岩 砾状砂岩砾状砂岩 砂砾岩砂砾岩 下下 第第 三三 系系 荆河镇组荆河镇组17601760830830灰、绿灰色泥岩底部夹油页岩灰、绿灰色泥岩底部夹油页岩 潜潜 江江 组组 潜一段潜一段21702170410410膏岩韵律层段及砂泥岩互层段膏岩韵律层段及砂泥岩互层段 潜二段潜二段25702570400400盐岩、油浸泥岩、石膏质泥岩、泥

4、岩组成的韵律层盐岩、油浸泥岩、石膏质泥岩、泥岩组成的韵律层 潜三段潜三段30703070500500灰色泥岩夹粉砂岩灰色泥岩夹粉砂岩 盐岩盐岩 油浸泥岩油浸泥岩 泥岩泥岩 潜潜 四四 上上 4 41 1312031205050灰色泥岩夹粉砂岩灰色泥岩夹粉砂岩 4 41 1下 下 316031604040盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段 4 40 0318031802020盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段 4 40 0中 中 33303330150150盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段 4

5、 40 0下 下 338033805050盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段 4 42 2341034103030灰色泥岩夹粉砂岩灰色泥岩夹粉砂岩 4 42 2下 下 345034504040盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段 4 43 3350035005050灰色泥岩夹粉砂岩灰色泥岩夹粉砂岩 潜潜4 4下 下 35253525(25)(25)盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段 注注: :1)井深为垂深，井深、厚度单位为米; 2)平原组、广华寺组、荆河镇组防垮、 防缩径，潜江组防垮、防卡。

6、v3 3井身结构设计说明井身结构设计说明 1)该区块无高压地层，无地层压裂问题； 2)表层套管应封过疏松且含地下水的第四 系平原组； 3)上第三系广华寺组易缩径，根据经验， 可采用扩眼方法处理，扩眼段钻头直径 应至少比二开钻头直径大12级； 4)油层套管甲方要求外径139.7mm，下深 3574m； 5)造斜点井深2900m； 6)要求详细阐述设计过程，并给出如下设 计结果图： 一开： 井眼外径： 钻达井深：m 套管外径： 套管下深：m 水泥返深： 地面 二开： 井眼外径： 钻达井深：m 套管外径： 套管下深：m 水泥返深： m 扩眼段:mmm 广斜广斜1井井身结构示意图井井身结构示意图 v作

7、业要求：作业要求： 1)用小4号宋体字写，A4纸输出； 2)讲完本章时完成，先课上交流，再 上交。 第一章第一章 井身结构设计井身结构设计 第一节第一节 绪论绪论 v1 1井身结构实例井身结构实例 一开 井眼外径：444.5 钻达井深：151m 套管外径：339.7 套管下深：150m 水泥返深： 地面 二开 井眼外径：215.9 钻达井深：3320m 套管外径：139.7 套管下深：3215m 水泥返深： 2500m 244.5800m 王西王西7斜井井身结构示意图斜井井身结构示意图 v2 2井身结构概念井身结构概念 v全井井筒的总体结构和框架结构。 v3 3井身结构设计目的井身结构设计目的

8、 v满足钻井工程、完井工程和采油工程的 要求。 v3.13.1满足钻井工程的要求满足钻井工程的要求 v应避免较严重的漏、喷、塌、卡、裂等 井下复杂情况的发生，为安全、优质、 快速和低成本钻井创造条件。 v已量化的两种情况：已量化的两种情况： v1)溢流关井和钻下部地层采用较高密度 的钻井液正常钻进时产生的井内压力不 致压裂上层套管鞋处及以下最薄弱的裸 露地层； v2)钻井起下钻和下套管过程中，井内钻 井液柱的压力和地层压力之间的压力差， 不致产生压差卡钻杆和套管的现象等。 v3.23.2满足完井工程的要求满足完井工程的要求 v有利于保护油气层。 v3.33.3满足采油工程的要求满足采油工程的要

9、求 v有利于长期安全、有效、顺利地生产。 v4 4 井身结构设计意义井身结构设计意义 v是整个钻井设计的基础，关系到钻井工 程的整体效益，直接影响油井的质量和 寿命。 v5 5 井身结构设计原则井身结构设计原则 v在满足设计目的的前提条件下，井 身结构越简单越好，总体尺寸越小 越好，全井的建井成本越低越好。 v小结：小结：合理的井身结构应能保证一 口井顺利钻达预定的井深，保证钻 进过程的安全；有利于防止钻进中 的产层污染；有利于采油工程长期 安全、顺利地生产。并能花费最少 的费用。 v6 6井身结构设计应考虑的因素井身结构设计应考虑的因素 v1)油气藏特性； v2)采油工艺技术水平及要求； 上

10、述2方面决定了油气层与井眼连 通方式完井方法。 v3)钻井地层特性：指喷、裂、漏、 缩径、塌、卡等复杂地层特性； v4)钻井液工艺技术水平及要求； v5)钻井工艺技术水平及要求； v6)固井工艺技术水平及要求。 上述4方面决定了钻井处理复杂 地层的方法非目的层段的井身结 构形式。 v7 7现代井身结构设计内容现代井身结构设计内容 (注：与传统的不同) v1)油气层与井眼连通方式选择目 的层段井身结构形式； v2)钻井必封段确定和封固/处理方法 优选非目的层段井身结构形式； v3)整个井筒的总体结构尺寸选配。 v实例实例王西7斜井： v1)选用射孔法完井； v2)用扩眼法和下套管注水泥的方法处理

11、 和加固钻井的复杂地层； v3)总体结构尺寸选配：其中纵向结构尺 寸包括套管层数、每层套管的下入深度、 扩眼井段的井深，横向结构尺寸包括每 层套管与相应钻头直径、每层套管环空 水泥返高、扩眼段钻头直径等。 一开 井眼外径：444.5 钻达井深：151m 套管外径：339.7 套管下深：150m 水泥返深： 地面 二开 井眼外径：215.9 钻达井深：3320m 套管外径：139.7 套管下深：3215m 水泥返深： 2500m 244.5800m 王西王西7斜井井身结构示意图斜井井身结构示意图 v8 8井身结构设计特点井身结构设计特点 v1)影响因素多，且难以完全量化， 设计方法在较大程度上还

12、需要现场 经验； v2)一口井在开钻之前，必须在现有 工艺技术水平条件下完成井身结构 设计。 v3)对一个油田或区块而言，井身结 构设计常常不能一次完成。随着对 地层情况的更多了解，钻井、钻井 液和固井工艺技术水平的提高，井 身结构应逐步简化和优化。 v9 9 井身结构设计的发展井身结构设计的发展 v9.19.1经验积累阶段经验积累阶段(1900(19001960)1960) v特点：特点：井不深(3000m左右)，地层情况还 不太复杂，井身结构设计靠实践中积累 的经验来做。 v任务：任务：为适应工业化大生产的需要，有 关井身结构设计的研究工作主要面临规 范化、标准化问题。 v取得的主要成果有

13、：取得的主要成果有： v1)提出了以满足工程必封点为主要条件 的井身结构设计思想； v2)确定了三段式(表层套管技术套管生 产套管)的井身结构基本形式； v3)确定了由API制定的尺寸(钻头尺寸、 套管尺寸、油管尺寸)配合规范，统一了 管材、工具配套标准； v意义：意义：使得井身结构设计从无序到有序、 从杂乱到标淮，开创了一个基本良性循 环的局面。 v9.2 9.2 理论发展阶段理论发展阶段(196O(196O) ) v特点：特点：技术快速进步。由于地层孔隙压 力和地层破裂压力预测技术的发展，对 一口井的压力系统变化规律可以做出比 较可靠的预测；又由于钻柱和套管柱粘 附卡钻机理的研究成果，使我

14、们能够确 定在一定条件下避免发生粘附卡钻的合 理压差(钻井液压力与地层压力的差)范 围。从而为井身结构设计方法向经验方 法数量化方法提供了可能。 v取得的成果：取得的成果： v1)提出了以满足防止套管鞋处地层压裂 和避免压差卡钻为量化依据，满足必封 点约束条件的设计思想； v2)确定了以两条压力剖面为根据，从下 而上(先生产套管，后技术套管，再表层 套管)用图解或解析的数量化方法确定下 人深度，再由必封点约束条件进行调节 的设计方法。 v意义：意义：这一阶段发展的数量化设计 方法，不但使井身结构设计与相关 领域的研究成果紧密联系，同时也 为今后钻井工程设计的程序化、智 能化提供了一个良好的开端

15、。 v9.39.3系统工程阶段系统工程阶段(198O(198O) ) v问题的提出：问题的提出：1980年以来，随着世界围 内常规油气藏探明储量的锐减，非常规 油气藏(恶劣地面环境，复杂地质情况， 低压、低渗、稠油等)的勘探开发开始。 这给钻井工程出了不少难题，特别是对 于复杂地质情况，由井身结构诱发的钻 井事故屡见不鲜，这就要求其设计要有 新的发展。 v发展方向：发展方向： v1)对于复杂地质情况，井身结构设计要 考虑的因素，除了防止套管鞋处地层压 裂，避免管柱压差卡钻外，还有非连续 性地层压力系统(如地层压力上大下小、 大小间隔等)、盐岩的粘塑性流动等因素。 面对多因素的影响，目前国内外井

16、身结 构设计方法正向系统工程的方向发展。 v2)不断提高钻井、钻井液、固井的工艺 技术水平，大力发展随钻扩眼、膨胀管 固井等先进技术。使目前很难满足深井、 超深井成本控制要求的、高成本的、 “肥胖”的、多层次和多阶梯的“倒塔 式”井身结构向低成本的、“精瘦”的 “直筒式”井身结构发展，使井身结构 向优化、简单和易操作的方向发展(画图 说明)。 v基本思想：基本思想：将井身结构设计涉及的方方 面面构成一个系统，再根据系统工程的 原理及方法，由压力平衡关系(钻井液压 力、地层孔隙压力、地层破裂压力和盐 岩蠕变压力)、工程约束条件(垮塌井段、 漏失井段和套管挤毁井段)、事故发生概 率等相关因素，采用

17、风险决策技术和优 化技术，进行合理井身结构设计。 v对比：对比：常规井身结构设计是一种系统局 部优化方法，而解决复杂地质情况的井 身结构设计方法则是系统全面优化方法。 v现状：现状：由于复杂地质情况在不同的构造、 井别将有不同的表现，针对实际情况影 响因素将有不同的取舍，因此，很难找 到一种统一的、适应面极广的井身结构 设计方法，这也是国内外同类研究工作 至今未能成果的主要原因。 第二节第二节 钻井处理复杂地层和钻井处理复杂地层和 优化井身结构的方法优化井身结构的方法 v1 1 提高钻井液工艺技术水平法提高钻井液工艺技术水平法 v1.1 1.1 概述概述 v1.2 1.2 措施措施 v1)优选

18、钻井液体系； v2)改善钻井液性能，提高钻井液的携岩 和悬岩能力，提高其护壁能力以形成薄 而致密的滤饼等； v3)加强钻井液的固控和管理等。 v1.3 1.3 方法特点方法特点 ( (注：与下套管注水泥固井法相比) v1)工艺简单； v2)不减小井径，有利于构建直筒式井身 结构； v3)经济性好，有长期效益； v4)可靠性需要实践检验； v5)为首先考虑的处理复杂地层和优化井 身结构的方法。 v2 2 提高钻井工艺技术水平法提高钻井工艺技术水平法 v2.1 2.1 概述概述 v2.2 2.2 措施措施 v1)提高人员素质，严格、规范管理； v2)建立钻井时间观念，在保证安全和质 量的前提下，加

19、快钻速； v3)采用合适的钻井方法, 如改转盘钻为 井下动力钻或顶驱钻、复合钻，改钻杆 钻为套管钻等(举例展开)。 v2.32.3方法特点方法特点 ( (注：与下套管注水泥固井法相比) v1)不减小井径，有利于构建直筒式 井身结构； v2)经济性好，有长期效益； v3)与提高钻井液工艺技术水平法一 起，为首先考虑的处理复杂地层和 优化井身结构的方法。 v3 3 下套管并注水泥固井法下套管并注水泥固井法 v3.13.1发展概况和工艺简介发展概况和工艺简介 是钻井最早使用且用得最多的加固 复杂地层的方法。 v3.23.2套管的类型和作用套管的类型和作用 v根据套管的功用可将其分为导管；表层 套管；

20、中间套管(尾管)，亦称技术套管； 生产套管(尾管)，亦称油层套管(图7-1)。 1)1)导管及其作用：导管及其作用：是最早下入井内的 一层临时性管子。导管的作用是在 钻表层井眼时将钻井液从地表引导 到钻井装置平面上来，这一层管柱 其长度变化较大，在坚硬的岩层中 仅用1020m，而在沼泽地区则可能 上百米。 v2)2)表层套管及其作用：表层套管及其作用：是开始下入 井内的第一层套管(导管除外)。主 要有两方面作用：一是封隔地下浅 水层和易缩径、塌、漏、破裂等浅 井段的复杂地层，使淡水层不受钻 井液污染，使后续钻井不受浅部疏 松的复杂地层影响；二是在其顶部 安装套管头和井口装置，并通过套 管头悬挂

21、和支承后续各层套管。 v3)3)中间套管及其作用：中间套管及其作用：介于表层套 管和生产套管之间的套管都称中间 套管。其作用是封隔不同孔隙压力 的地层，封固易缩径、塌、漏、破 裂等复杂地层，它也为井控设备的 安装及悬挂尾管提供了条件，对油 层套管还具有保护作用。根据需要， 中间套管可以是一层、两层，甚至 多层。 v4)4)生产套管及其作用：生产套管及其作用：是钻达目的 层后下入的最后一层套管。其作用 是封固井壁，保护生产层，封隔不 同压力的生产层，封隔生产层与非 生产层，并给油气从产层流至地面 提供稳定的通道。 v5)5)尾管及其作用：尾管及其作用：有技术尾管和生产尾 管，主要在裸眼井段下套管

22、注水泥，套 管柱不延伸至井口，故可减轻下套管时 钻机的负荷和固井后套管头的负荷，又 可节省大量套管和水泥，降低固井成本。 在深井钻井中，尾管另一个突出的优点 是，在继续钻井时可以使用异径钻具。 在顶部的大直径钻具比同一直径的钻具 具有更高的抗拉伸强度，在尾管内的小 直径钻具具有更高的抗内压力的能力。 尾管的缺点是固井施工较困难。尾管与 上层套管重叠段长度一般取50100m。 v说明：说明：在几种套管中，表层套管和 生产套管(尾管)一般是必下的，中 间套管(尾管)则不一定。 v3.33.3下套管并注水泥固井法特点下套管并注水泥固井法特点 v1)工艺技术成熟、可靠性好； v2)每下一层套管，下面的

23、井眼尺寸 就减小一级，组成的井身结构为倒 塔式。有钻不到预定井深的风险； v3)要消耗大量的钢材及水泥，成本 高。据统计，生产井的套管固井成 本要占全井成本的10%25%甚至更多。 v4 4 扩眼法扩眼法 v4.14.1概念和发展概况概念和发展概况 v用扩眼的方法来处理易缩径卡钻的 复杂地层，优化井身结构，提高注 水泥质量，这就是扩眼法。 v4.24.2实例实例( (两方面两方面) ) 一开 井眼外径：444.5 钻达井深：151m 套管外径：339.7 套管下深：150m 水泥返深： 地面 二开 井眼外径：215.9 钻达井深：3320m 套管外径：139.7 套管下深：3215m 水泥返深

24、： 2500m 扩眼244.5800m 王西王西7斜井井身结构示意图斜井井身结构示意图 v4.34.3扩眼法的作用扩眼法的作用 v1)减少不必要的套管层次；打破了以往与套 管尺寸匹配的钻头尺寸的限制，使整个井身 结构的尺寸得到减小、简化和优化；有利于 变倒塔式井身结构为直筒式井身结构。 v2)给一些易缩径的地层一定的缩径量，避免 造成缩径卡钻，引发严重的钻井事故，影 响钻井安全。 v3)增大环隙，防止下套管遇阻，提高注水 泥质量并保护套管，以便顺利固井、完井 和采油。 v4.44.4扩眼法特点扩眼法特点 v1)用扩眼法来优化井身结构适合于 各种地层和各种井，是钻井和完井 技术发展的重要方向；

25、v2)用扩眼法处理复杂地层来避免卡 钻的方法主要适用于易吸水膨胀和 易塑性流动的地层； v3)用扩眼法处理复杂地层以避免地 层卡钻的可靠性要靠实践来检验； v4)与下套管并注水泥固井法对比是 否更经济，要作具体分析； v5)用扩眼法处理复杂地层避免易 缩径地层卡钻的工艺简单易行，也 节省了固井和候凝时间，节省了钢 材、水泥和固井工程费用，这是可 以降低成本的方面。 v6)扩眼法可形成3阶梯井身结构，而 下套管注水泥固井法形成的是2阶梯 井身结构，相比之下，前者环空间 隙更不均，扩眼后的钻进，为兼顾 宽间隙处有效携岩，可能得适当提 高钻井液排量，这样沿程水功率消 耗增大，钻头获得的水功率减小，

26、钻速也可能降低；这是可能增加成 本的方面(举例)。 v5 5 挤水泥固井法挤水泥固井法 v5.15.1发展概况和工艺简介发展概况和工艺简介 v5.25.2挤水泥的用途挤水泥的用途 v油套补注水泥和加固井壁。 v5.35.3挤水泥加固井壁适应的地层挤水泥加固井壁适应的地层 v1)胶结差、不稳定、中低压的中高 渗透性地层； v2)易漏失的裂缝地层。 v5.4 5.4 挤水泥固井法特点挤水泥固井法特点 (注：与下套管并注水泥固井法对比) v1)井径不减小，有利于构建直筒式井身 结构； v2) 工艺简单； v3)不用下套管，更经济； v4)可靠性要靠实践来检验； v5)适应的地层范围较窄； v6)一次

27、封固的井段不能过长。 v5.55.5应用情况和前景应用情况和前景 v6 6 下膨胀管注水泥固井法下膨胀管注水泥固井法/ /扩眼扩眼+ +下下 膨胀管注水泥固井法膨胀管注水泥固井法 v6.16.1发展概况和工艺简介发展概况和工艺简介 v6.26.2用途用途 v1)加固井壁和优化井身结构； v2)修井。 v6.36.3方法特点方法特点 (注:与下套管注水泥固井法对比) 1)用扩眼+下膨胀管固井法来优化井身结 构是钻井和完井技术发展的重要方向； 2)井径可以不减小或稍有减小，有利于构 建直筒式井身结构，故总体上更经济； 3)可靠性好； 4)加固井壁主要用作尾管； 5)工艺技术要求高。 v6.46.4

28、应用情况和前景应用情况和前景 v7 7小结分类和选用的顺序：小结分类和选用的顺序： v1)提高钻井液工艺技术水平法； v2)提高钻井工艺技术水平法； v3)挤水泥固井法； v4)简单扩眼法； v5)扩眼+下膨胀管注水泥固井法 v6)下膨胀管注水泥固井法； v7)扩眼+下套管并注水泥固井法 v8)下套管并注水泥固井法。 第三节第三节 井身结构设计方法井身结构设计方法 v油气层段：油气层段：根据油藏特性和采油工 程的技术水平及要求设计油气层段 的井身结构(完井方法)和相关尺寸。 v非油气层段：非油气层段： v1 1 根据地层压力和地层破裂压力剖根据地层压力和地层破裂压力剖 面初定全井的必封段面初定

29、全井的必封段 v1.11.1概述概述 v1)1)方法适用的井况：方法适用的井况：如果设计井上 部井段有相对薄弱的易破裂地层和 正常压力的地层，下部井段有异常 高压地层，且两者之间不能用同一 个密度的钻井液来平衡(画图说明)， 这种情况下，就需要井身结构设计 来合理和及时处理封固上部井段薄 弱的易破裂地层和易压差卡钻的正 常压力地层，避免这种矛盾。 v2)2)设计条件：设计条件：需要首先建立设计井 所在地区的地层压力和地层破裂压 力剖面，如图7-2所示。图中纵坐标 表示井深，横坐标表示地层压力和 地层破裂压力的当量密度。 v3)3)设计步骤：设计步骤：由于油层套管的下深 取决于油气层的位置和完井

30、方法， 所以设计步骤从中间套管开始。可 依图按由下向上，由内向外的顺序 逐层设计(以图7-2为例详细说明)。 图7-2 井身结构 设计图 v1.2 1.2 设计原理设计原理 v1)1)正常作业工况的必封点深度正常作业工况的必封点深度 (注：正常作业工况指起下钻、钻进) v在满足近平衡压力钻井条件下，某一层 套管井段钻进中所用最大钻井液密度m 应大于或等于该井段最大地层压力梯度 当量密度pmax与该井段钻进中可能产生 的最大抽汲压力梯度当量密度Sb之和， 以防止起钻中抽汲造成溢流。即： b maxpm S gb maxpmE SS minf fgb maxp SSS v2)2)出现溢流约束条件下

31、的必封点深度出现溢流约束条件下的必封点深度 v正常钻井时，按近平衡压力钻井设计钻 井液密度为： v钻至某一井深Dx时，发生一个大小为Sk 的溢流，停泵关闭防喷器，立管压力读 数为psd ： xk sd DS.p009810= b maxpm S v关井后井内有效液柱压力方程为： pmE= pm+ psd v3)3)压差卡钻约束条件下的必封点深度压差卡钻约束条件下的必封点深度 v下套管中，钻井液密度为(pmax+Sg)，当 套管柱进入低地层压力井段会有压差粘 附卡套管的可能，故应限制压差值。限 制压差值在正常压力井段为pN，异常压 力地层为pA。就是说，钻开高压层所用 钻井液产生的液柱压力比低压

32、层所允许 的压力高。即 pm-ppmin pN(或pA) v在井身结构设计中，由前述两条件 之一设计出该层套管必封点深度后， 一般用上式来校核是否能安全下到 必封点位置。 v1.3 1.3 设计的基础参数设计的基础参数 v地质参数：地质参数： v1)岩性剖面及故障提示； v2)地层压力和梯度剖面； v3)地层破裂压力梯度剖面。 v工程参数：工程参数： v1)1)抽汲压力系数抽汲压力系数S Sb b：以当量钻井液密度 表示，单位g/cm3。美国墨西湾地区Sb取 值0.06，我国中原油田Sb=0.0150.049。 v2)2)激动压力系数激动压力系数S Sg g：以当量钻井液密度 表示，单位g/c

33、m3。Sg可用计算激动压力 的公式计算，美国墨西湾地区Sg取值 0.06，我国中原油田Sg=0.0150.049。 v3)3)地层压裂安全增值地层压裂安全增值S Sf f：以当量钻 井液密度表示，单位g/cm3。Sf是考 虑地层破裂压力检测有误差而附加 的，此值与地层破裂压力检测精度 有关，可由地区统计资料确定。美 国油田Sf取值0.024，我国中原油田 取值为0.020.03。 v4)4)井涌允量井涌允量S Sk k：以当量钻井液密度 表示，单位g/cm3。由于地层压力检 测有误差，溢流压井时，限定地层 压力当量密度增加值为Sk。此值由 地区压力检测精度和统计数据确定。 美国油田一般取Sk=

34、0.06，我国中原 油田取Sk=0.050.10。 v5)5)压差允值压差允值 p pN N( ( p pA A) )： 裸眼中，钻井液柱压力与地层 孔隙压力的差值过大，除使机械钻 速降低外，也是造成压差卡钻的直 接原因，这会使下套管过程中发生 卡套管事故，使已钻成的井眼无法 进行固井和完井工作。 压差允值和工艺技术有很大关系。 压差允值的确定，各油田可以从卡 钻资料中(卡点深度，当时钻井液密 度、卡点地层孔隙压力等)反算出当 时的压差值。再由大量的压差值进 行统计分析得出该地区适合的压差 允值。 v1.4 1.4 设计方法和步骤设计方法和步骤 v1)1)求中间套管下入深度的假定点求中间套管下

35、入深度的假定点 v确定套管下入深度的依据，是在钻下部 井段的过程中所预计的最大井内压力不 致压裂套管鞋处的裸露地层。利用压力 剖面图中最大地层压力梯度pmax求上部 地层不致被压裂所应具有的地层破裂压 力梯度的当量密度fmin 。 vfmin的确定有两种方法，当钻下部井段时如 肯定不会发生井涌，可用式(7-1)计算： (7-1) v在横坐标上找出地层的设计破裂压力梯度， 从该点向上引垂直线与破裂压力线相交，交 点所在的深度即为中间套管下入深度假定点 (D21)。 fgbmaxpminf SSS+= 图7-2 井身结构 设计图 v用Dpmax表示剖面图中最大地层压力梯度 点所对应的深度。若预计要

36、发生井涌， 可用式7-2计算： (7-2) v上式中的D21用试算法求，试取D21的值代 入上式求fmin；再在图7-2上求D21所对 应的实际fmin。若计算值略小于实际值， 则D21即为中间套管下入深度的假定点。 否则另取D21值计算，直到满足要求。 k maxp fbmaxpminf S D D SS+= 21 图7-2 井身结构 设计图 v2)2)验证中间套管下到验证中间套管下到D D21 21是否有被卡的危险 是否有被卡的危险 v先求该井段最小地层压力处的最大静止压差： (7-3) v式中： p压力差，MPa； m钻进深度D21时用的钻井液密度，g/cm3； pmin该井段内最小地层

37、压力当量密度,g/cm3； Dmin最小地层压力点所对应的井深，m。 minminpm D)(.p009810 v若pp N，则假定点深度为中间套 管下入深度。若pp N ，则有可能 产生压差卡套管，这时中间套管下入深 度应小于假定点深度，可按下式计算。 v在压差下所允许的最大地层压力当量密 度为： (7-4) v在压力剖面图上找出pper值，该值所对 应的深度即为中间下入深度D2。 bp N pper S D p min min 00981. 0 图7-2 井身结构 设计图 v3)3)求钻井尾管下入深度的假定点求钻井尾管下入深度的假定点 v当中间套管下入深度小于假定点时，则 需要下尾管，并确

38、定尾管的下入深度。 v根据中间套管下入深度D2处的地层破裂 压力梯度，由下式可求得允许的最大地 层压力梯度： (7-5) 式中：D31钻井尾管下入深度的假定点。 v式(7-5)的计算方法同式(7-2)。 kfbfpper S D D SS 2 31 2 图7-2 井身结构 设计图 v4)4)校核钻井尾管下到假定深度校核钻井尾管下到假定深度 D D31 31处是否会产生压差卡套管 处是否会产生压差卡套管 v校核方法同步骤2)，压差允值用pA。 v5)5)计算表层套管下入深度计算表层套管下入深度D D1 1 v根据中间套管鞋处(D2)的地层压力梯度， 给定井涌条件Sk，用试算方法计算表层 套管下入

39、深度。每次给定D1，并代入下 式计算： (7-6) kfbpfE S D D )SS(+= 1 2 2 v式中： vfE井涌压井时表层套管鞋处承受的 压力的当量密度，g/cm3； vp2中间套管D2处的地层压力当量密度， g/cm3。 v试算结果，当fE接近或小于D2处的破裂 压力梯度0.0240.048g/cm3时符合要求， 该深度即为表层套管下入深度。 v说明：说明：以上必封段和套管下入深度 的设计方法仅仅是以两个压力剖面 为依据，但是地下的许多复杂情况 是反映不到压力剖面上的，如易漏、 易塌、易缩径地层、盐岩层等，这 些复杂地层需要时也应及时地进行 处理封固。 v2 2 根据现场经验或统

40、计数据根据现场经验或统计数据 确定全井的其他必封段确定全井的其他必封段 v2.12.1确定原则确定原则 v对于易缩径、易塌、易卡和易漏等复杂 地层，如果以现有钻井液工艺技术水平 和钻井工艺技术水平仍然不能避免出现 复杂情况，以致影响安全、经济和有效 钻进，明显增大钻井的风险，那么，这 些复杂地层也应及时进行处理或封固。 v2.22.2确定方法确定方法 v如何处理和封固这些复杂地层，要 根据具体地区和井的情况，依据现 有技术水平、现场经验和统计资料， 由有经验的钻井工程师来决定，目 前尚无定量的设计方法。 v3 3 综合确定全井的必封段综合确定全井的必封段 v4 4 优选处理优选处理/ /封固复

41、杂地层的方法封固复杂地层的方法 v常规下套管(尾管)注水泥/扩眼后下 套管(尾管)注水泥/扩眼/挤水泥/下 膨胀管/扩眼后下膨胀管。 v5 5 全井筒全井筒总体结构尺寸确定和选配总体结构尺寸确定和选配 v5.15.1全井筒纵向尺寸的确定全井筒纵向尺寸的确定 v1)1)表层套管和中间套管表层套管和中间套管/ /膨胀管的下膨胀管的下 深：深：必须封住待封的复杂地层，还 要考虑地层预报数据有误差，下深 要有一定的安全系数。 v2)2)扩眼扩眼 挤水泥的深度：挤水泥的深度：同上。 v3)3)生产套管的下深：生产套管的下深：由油气层底界 深度、完井方法和采油工程的要求 来决定(以射孔完井为例画图说明)。

42、 v5.25.2全井筒横向尺寸的确定全井筒横向尺寸的确定 v1)1)步骤步骤 v由内向外、有小到大逐层确定。 v2)2)内容内容 v各层套管(尾管)直径和相应钻头(扩眼钻 头)直径单扩眼段钻头直径膨胀管直径、 膨胀直径和相应钻头(扩眼钻头)直径。 v3)3)各层套管各层套管( (尾管尾管) )直径和相应钻头直径和相应钻头( (扩扩 眼钻头眼钻头) )直径选配直径选配 v应考虑的因素：应考虑的因素：涉及到采油、勘探以及 钻井工程的顺利进行和成本。 v采油：采油：生产套管尺寸应满足采油方面要 求。根据生产层的产能、油管大小、增 产措施及井下作业等要求来确定。 v勘探：勘探：对于探井，要考虑原设计井

43、深是 否要加深，地质上的变化会使原来的预 告难于准确，是否要求井眼尺寸上留有 余量以便增下中间套管，以及对岩心尺 寸要求等。 v钻井：钻井：要考虑到工艺水平，如井眼情况、 曲率大小、井斜角以及地质复杂情况带 来的问题。并应考虑管材、钻头等库存 规格的限制。 v套管、钻头直径确定的顺序：套管、钻头直径确定的顺序：首先确定 生产套管的直径，再确定相应的钻头直 径，然后确定中间套管的直径等，依次 类推，直到表层套管或导管的钻头直径。 v合理间隙：合理间隙：套管/膨胀管和钻头井眼 之间要有一定的间隙，间隙过大则 不经济，过小不能保证套管/膨胀管 的顺利下入和固井质量。间隙值最 小一般在9.512.7m

44、m,如果地层较 稳定，不易缩径、垮塌，可采用较 小间隙；否则，应适当加大间隙。 v套管、钻头直径配合的系列化：套管、钻头直径配合的系列化：套 管尺寸和钻头尺寸的配合目前已经 系列化。图7-3给出了系列化的套 管和井眼尺寸的选择表。表的流程 表明下该层套管所需要的钻头尺寸， 实线表明套管和钻头的常用配合， 虚线表明不常用配合。该表仅供参 考！ v4)4)确定需要下套管注水泥段的环空水泥确定需要下套管注水泥段的环空水泥 返高返高 v表层套管：表层套管：返到地面。 v中间套管：中间套管：返到待封的复杂地层頂界以 上或上层套管内。 v生产套管：生产套管：常压油层常返到油层頂界 200m以上，中、高压油

45、层常返到油层頂 界500m以上，定向井有时返到造斜点以 上，高压气层返到地面，环空全封固， 以防止气窜。 v5)5)单扩眼段钻头直径的确定单扩眼段钻头直径的确定 v可以在下了表层套管后的所有裸眼井段 扩眼，也可以在裸眼中段扩眼。扩眼段 的钻头直径应根据现场经验并考虑钻头 与套管尺寸的系列化配合关系来确定。 v6)6)确定膨胀管直径、膨胀直径和相应钻确定膨胀管直径、膨胀直径和相应钻 头头( (扩眼钻头扩眼钻头) )直径直径 v7)7)确定需要下膨胀管注水泥段的环空水确定需要下膨胀管注水泥段的环空水 泥返高泥返高全封全封 v说明：说明：如果设计井没有(4.1)所对应 的情况(举例)，则设计直接从(

46、4.2) 开始，也无需(4.3)。现在大部分井 是这种情况，特别是井深3000m左右 的井。 第四节第四节 生产套管尺寸设计生产套管尺寸设计 v1 1 生产套管尺寸设计影响因素生产套管尺寸设计影响因素 生产套管尺寸的选定是井身结构设 计的重要环节之一。影响生产套管尺寸 设计的因素主要是： v1)1)采油方式采油方式 不论油井是否能自喷，今后总要转入 人工举升开采。采用不同的举升方式(有 杆泵抽油、电潜泵采油、水力活塞泵采 油和气举采油)，与之相配套的油管尺寸 和生产套管尺寸肯定不一样。所以，油 管、生产套管尺寸的优化必须以开发设 计的采油方式为基础。 v2)2)开发设计的油井配产量开发设计的油

47、井配产量 如果油井产能较高，也就是开发 设计的油井配产量较高，在设计的 人工举升方式下， 其油管、生产套 管尺寸肯定需要选得大一些；反之 亦然。 v3)3)稳产要求稳产要求 我国大多数油田采用注水开发，在油 井进入高含水阶段后，为了原油稳产的 需要，往往要采用大泵高排液量生产。 在设计的人工举升方式下，为了能在若 干年后(也就是高含水率下)实现稳产(能 提供采用大泵高排液量生产的条件)，就 必须要根据今后日产液量的大小选定泵 径、然后确定与之相配套的油管尺寸和 生产套管尺寸。 v4)4)增产措施增产措施 对于某些深井、超深井，油层破裂 压力很高的井，如果油井需要压裂投产 或今后采用压裂来解堵、

48、增产，那么， 所设计的生产套管尺寸必须能够满足今 后水力压裂的要求。也就是说，必须设 计足够大的生产套管尺寸，以便能下入 较大尺寸的油管以保证能把地层压开。 v2 2 生产套管尺寸设计生产套管尺寸设计 v2.1 2.1 根据人工举升方式确定油管和生产根据人工举升方式确定油管和生产 套管尺寸套管尺寸 v油管和生产套管尺寸选择的步骤为： v1)1)预测油井高含水期的日产液量预测油井高含水期的日产液量 油井高含水期日产液量QL(m3/d)主要根 据开发设计的单井原油配产量Qpo(m3/d) 来预测。高含水期日产液量与配产量的 关系为： 上式中fw为含水率，小数。 v2)2)选择泵的理论排量选择泵的理

49、论排量 泵的理论排量QTL(m3/d)与日产液量QL(m3/d) 的关系为： 上式中为实际可达到的泵效，小数。 v3)3)按泵的理论排量大小，选择泵的公称直按泵的理论排量大小，选择泵的公称直 径，并确定生产套管尺寸径，并确定生产套管尺寸 w po L f Q Q 1 = p L TL Q Q 据预测的泵的理论排量，选择泵的公 称直径，再查相应的泵参数表，得出联 接油管尺寸和泵的最大外径。再考虑油 井是采用砾石充填防砂还是不防砂来确 定与各泵径相匹配的生产套管尺寸。 v管式抽油泵井的油管、生产套管的选定 v潜油电泵(电潜泵)井生产套管尺寸的选 定 v2.2 2.2 从增产措施校核生产套管尺寸从增产措施校核生产套管尺寸 v从满足增产措施需要出发的生产套管 尺寸，是指对某些高破裂压力井(深井、 超深井，或高破裂压力梯度井)在今后 实施水力压裂作业时进行油管尺寸的 校核。水力压裂施工时