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 1 0.040)g / cmpmax裸眼井段最大的地层孔隙压力当量密度，g/cm

2、；2.2.2 地层破裂压力当量密度安全允许值 Sf一股取0.03g /cm32.2.3 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 Apn, 一般取(12口 15)MPa ,异常压力地层压差卡钻临界值(15|_|20)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)。Pm APpmax+AP(1)式中：3m钻井液密度，g/cm ;、，3"P钻井液密度附加值，g/cm 0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，

3、见mmax 二 max " pmax ,二， cmax :(2)式中:31 mmax 裸眼井段最大钻井液密度，g/cm ;：pmax/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/cm3；Pcmax 裸眼井段最大地层坍塌压力当量密度,/ 3g/cm o3.2最大井内压力当量密度3.2.1 正常作业时最大井内压力当量密度见式（3)。二 =' Sbn max mmax g(3)pbn max正常作业时最大井内压力当量密度,式中:(4)P -bam a x3.3 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）。Pff=Pf-Sf（

4、5）式中：Pff安全地层破裂压力当量密度，g / cm3;Pf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%应小于或等于裸眼井段的最小安全地层破裂压力当量密度 Pff min ,见式（6）。"b < Pff min（ 6）式中：% 裸眼井段内某一深度处的压力当量密度，g / cm3;Pff min 裸眼井段最小安全地层破裂压力当量密度，g / cm3 03.4.2 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Apn或Pa ,

5、见式（7）。P =0.00981 （：mmax- ：pmin）R "Pn（ ：Pa）（7）式中： p 钻井液液柱压力与地层孔隙压力最大压差,MPa ;Pm max 一一裸眼井段最大钻井液密度，g/cm3；Ppmin 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 ； 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H2s等有毒气

6、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.

7、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。050010001500200025003000350040004500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

8、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。0500100015002000250030003500400045005000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Pm max。A.4.2选择正常作业工况，用式（3）确定最大压力的当量密度Pbnmax 0A.4.3用式（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Pff min , 初选技术套管下入深度D30A.4.4自横坐标上找到最小安全地层破裂压力当

9、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 Ap。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Ap <Apn（Apa）,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）若即>Apn（Apa）,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Apn（pa）时允许的最大钻井液密度Pm2max ,用式（1） 计算地层孔隙压力当量密度Pp2m

10、ax ,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Ppmax对应的井深Dm ,用式（4）计算D21处最大井内压力的当量密度 Ha21max。当a21max小于且接近D21处地层安全破裂压力当 量密度Pff21时，满足设计要求，D2 = 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

11、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 Dr,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Pffii,则满足设计要求，即表层套管下入深度Di = Dii。示例见图A.40500i000i500200025003000350040004500当量密度，g

12、/cm35000图A.4表层套管设计步骤示例1A.5.2若计算结果Pballmax值大于安全地层破裂压力当量密度Pff11,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 = D12。示例见图A.5。0500100015002000250030003500400045005000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Pff2,按式（6）确定尾管最大下入

13、深度D5处的最大压力当量密度%5max,用式（3）计算尾管最大下入深度处的允许最大钻井液密度：m5max。D3当量密度，g/cm311.21.41.61.82.02.22.4DmmaxA.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Pp5maxA.6.4在横坐标上找到Pp5max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Pba2max ,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

14、例见图 A.61.21.42.02.22.450010001500200025003000350040004500图A.6自下而上尾管设计步骤示例当量密度，g/cm31.61.85000A.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.4.6。若D5 > D3 ,则D4=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8.1 用式（5）计算安全地层破裂压力当量密度值8.2 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

15、压 力当量密度值曲线。8.3 确定井身结构设计参数。8.4 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/cm311.21.41.61.82.02.22.45000图B.1自上而下表层套管设计步骤示例根据地质基本参数，按设计原则确定表层套管下入深度D1O8.5 技术套管设计。8.5.1 根据Di处的安全地层破裂压力当量密度Pffi,用式（6）确定下部裸眼井段允许最大压力当量密度Pbn3max ,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以3max。8.5.2 用式（1）计算下

16、部裸眼井段允许最大地层孔隙压力当量密度Pp3max。8.5.3 在压力当量密度曲线横坐标上找到Pp3max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D30示例图见B.2.5000050010001500200025003000350040004500当量密度，g/cm3图B.2臼上而下技术套管（无尾管）设计步骤示例8.5.4 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Ap。8.5.5 根据以下原则确定技术套管下入的复选深度D21:a）若32见）,则初选深度D3即为技术套管下入复选深度 D21

17、。b）若Pp ”Pn（APa）,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APn（APa）时允许的最大钻井液密度Pm2max ,用式（1）计算地层孔隙压力当量密度Pp2max ,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。8.5.6 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D1处最大井内压力的当量密度Pba1max。当小于且接近5处地层安全破裂压力当量密度 PfM时，满足设计要求，D2 = D21 ,否则应增加技术套管下入深度再进行试算。8.5.7 自上层套管鞋开始，按B.5.5-B.5.6的步骤逐次设计其他各层技术套管，直 至生产套管。8.6 生产套管设计8.6.1 生产套管下入深度根据油层位置、完井方式确定。8.6.2 按溢流压井条件校核最深一层技术套管鞋处是否有压漏的危险，具体方法同 B.5.6。8.6.3 验证生产套管有无压差卡钻的危险，具体方法同B.5.4-B.5.5。当量