井身结构设计模板课件

第1章井身结构设计第1章井身结构设计2钻开储集层（生产层）；

下套管、注水泥固井，射孔、生产管柱、完井测试、防砂排液；

确定完井井底结构，使井眼与产层连通；安装井底和井口装置，投产措施等；完井工程内容:使井眼与油气储集层（产层、生产层）连通的工序（WellCompletion），

联系钻井和采油生产的一个关键环节。完井概念：

前次课内容回顾2钻开储集层（生产层）；

下套管、注水泥固井，射孔、生产管柱3井眼－地层压力系统套管柱类型及井身结构概念井身结构设计的原则井身结构设计中所需要的基础数据井身结构设计方法及步骤井身结构实例套管尺寸选择及配合第二章井身结构设计3井眼－地层压力系统第二章井身结构设计4井身结构—油井基础，全井骨架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。

第二章井身结构设计4井身结构—油井基础，全井骨架 第二章井身结构设计1、井眼－地层压力系统5在井眼中，各种压力体系的关系：正文：p表示压力；ρ当量密度；t表示时间。下标：f表示破裂；m表示泥浆(钻井液)；p表示孔隙；s表示坍塌。1、井眼－地层压力系统5在井眼中，各种压力体系的关系：正文：2、套管柱类型及井身结构概念1.为什么下套管?2.套管柱的不同类型3.井身结构定义2、套管柱类型及井身结构概念1.为什么下套管?套管是什么?为什么下套管?套管1.防止井壁坍塌，形成“大肚子”2.在陆地上–

防止污染淡水砂层3.钻井期间控制压力4.增加钻至目的井深的可靠性5.防止地层水运移到产层6.把产出流体限定在井眼中7.生产阶段为井下设备提供可靠的环境2、套管柱类型及井身结构概念水泥环套管是什么?为什么下套管?套管1.防止井壁坍塌，形成“大肚套管柱类型1.导管；2.表层套管；3.技术套管（或称中间套管）；4.生产套管（或称油层套管）；5.尾管。2、套管柱类型及井身结构概念套管柱类型1.导管；2、套管柱类型及井身结构概念海油钻井：井眼和管柱尺寸2、套管柱类型及井身结构概念海油钻井：井眼和管柱尺寸2、套管柱类型及井身结构概念海油钻井套管柱的类型

外径

16″-60″406.4-1524mm

16″-48″406.4-1219.2mm85/8″-20″219.1-508mm

实例

30″

762mm

20″

508mm133/8″

339.7mm1.桩入或结构管

只用于海上和滩海45m-90m泥线以下(BML)2.导管柱

30m–500m(BML)3.表层套管

600m–1200m(BML)2、套管柱类型及井身结构概念海油钻井套管柱的类型 外径 实例1.桩入或结构管2、套管外径实例75/8”-133/8”193.7-339.7mm

41/2”-95/8”

114.3-244.5mm

95/8”244.5mm

7”

177.8mm套管柱的类型4.中间套管柱5.生产套管柱6.尾管柱7.油管柱2、套管柱类型及井身结构概念外径实例75/8”-133/8” 95/8”套管柱的井身结构的定义确定四类参数：套管层次、下入深度、钻头直径、套管外径。2、套管柱类型及井身结构概念井身结构是一口井下入套管的层次、尺寸、下入深度以及相应的钻头尺寸和所钻井深的配合关系.井身结构的定义确定四类参数：套管层次、下入深度、钻头直径、套13套管133/8’’×798m95/8’’×3000m7’’×3800m121/4’’×3002m81/2’’×3802m井眼171/2’’×800m说明:1套管层次：一口井需要下几层套管2套管尺寸：每层套管的外径3下入深度：每层套管下入的井深4钻头尺寸：与每层套管尺寸相配合的钻头尺寸5井身结构用右图所示方法来表示，图中红色线条表示井眼，蓝色线条表示套管，标注的尺寸为“直径(in)×井深(m)”。2、套管柱类型及井身结构概念13套管133/8’’×798m95/8’’×30014

3、生产套管（油层套管）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。

2、中间套管（技术套管）在表层套管和生产套管之间由于技术要求下入的套管，可以是一层、两层或更多层。主要用来封隔井下复杂地层。oilzone中间套管(技术套管)表层套管生产套管(油层套管)一开二开三开一、套管的分类及作用

1、表层套管封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。4、尾管（衬管）作用同中间套管。常在已下入一层中间套管后采用，即只在裸眼井段下套管注水泥，套管柱不延伸至井口。

2、套管柱类型及井身结构概念5、导管建立井口/支撑井口和防喷器组重量,下入深度根据地层破裂强度和地层的承载能力确定,一般入泥35-100m。143、生产套管（油层套管）2、中间套管（技术套管）o152、套管柱类型及井身结构概念152、套管柱类型及井身结构概念2、套管柱类型及井身结构概念16例：元坝1井井身结构图2、套管柱类型及井身结构概念16例：元坝1井井身结构图17（1）能有效地保护油气层，使不同压力梯度的油气层不受泥浆污染损害。（2）应避免漏、喷、塌、卡等复杂情况产生，为全井顺利钻进创造条件，使钻井周期最短。（3）钻下部高压地层时所用的较高密度泥浆产生的液柱压力，不致压裂上一层套管鞋处薄弱的裸露地层。（4）下套管过程中，井内泥浆液柱压力和地层压力之间的压差，不致产生压差卡套管事故。3、井身结构设计的原则17（1）能有效地保护油气层，使不同压力梯度的油气层不受泥浆4、井身结构设计中所需要的基础数据1）地质方面的数据2）工程类数据4、井身结构设计中所需要的基础数据1）地质方面的数据4、井身结构设计中所需要的基础数据19孔隙压力剖面(坍塌压力剖面)

破裂压力剖面(漏失压力剖面)地层岩性剖面及其故障提示•三个剖面：1）地质方面的数据4、井身结构设计中所需要的基础数据19孔隙压力剖面(坍塌压力4、井身结构设计中所需要的基础数据20六个设计系数：抽吸压力系数Ｓｂ：上提钻柱时，由于抽吸作用使井内液体压力降低的值，用当量密度表示，（0.024~0.048g/cm3）激动压力系数Ｓｇ：下放钻柱时，由于钻柱向下运动产生的激动压力使井内液柱压力的增加值，用当量密度表示，

（0.024~0.048g/cm3）从地区大量的抽吸和激动压力数据统计而来：

--由该地区所有井每趟起下钻所产生的抽吸和激动压力，折合成当量密度，然后进行统计分析来确定取值范围；建立抽吸和激动压力计算模型。

2）工程类数据4、井身结构设计中所需要的基础数据20六个设计系数：抽吸压力4、井身结构设计中所需要的基础数据21压裂安全系数Ｓｆ：为避免上部套管鞋处裸露地层被压裂的地层破裂压力安全增值，用当量密度表示；（0.03~0.06g/cm3）a、收集所研究地区不同层位的破裂压力实测值和破裂压力预测值；b、根据实测值与预测值的对比分析，找出统计误差作为破裂压力安全系数。4、井身结构设计中所需要的基础数据21压裂安全系数Ｓｆ：为避4、井身结构设计中所需要的基础数据22井涌允量Ｓｋ：由于地层压力预测的误差所产生的井涌量的允值，用当量密度表示，（0.05~0.08g/cm3）。4、井身结构设计中所需要的基础数据22井涌允量Ｓｋ：由于地层4、井身结构设计中所需要的基础数据23压差允值△P：不产生压差卡钻所允许的最大压力差值，与钻井工艺技术和钻井液性能及裸眼井段的地层孔隙压力有关。（△PN=11~18MPa；△PA

=

14~23MPa）。a．通过卡钻事故统计资料，确定易压差卡钻层位及井深；b．记录卡钻层位的地层孔隙压力；c．统计卡钻事故发生前井内曾用过的最大泥浆密度，以及卡钻发生时的泥浆密度；d．根据卡钻井深、卡点地层压力、井内最大安全泥浆密度计算单点压差卡钻允值；e．统计分析各单点压差卡钻允值，确定适合于所研究地区的压差卡钻允值。4、井身结构设计中所需要的基础数据23压差允值△P：不产生压4、井身结构设计中所需要的基础数据24井身结构设计六个参数参考表

4、井身结构设计中所需要的基础数据24井身结构设计六个参数参4、井身结构设计中所需要的基础数据25裸眼井段应满足的力学平衡:

（1）防井涌（2）防压差卡钻（3）防井漏（4）防关井井漏4、井身结构设计中所需要的基础数据25裸眼井段应满足的力学平4、井身结构设计中所需要的基础数据26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，m4、井身结构设计中所需要的基础数据26其中：5、井身结构设计方法及步骤27经验法：

在掌握一个油田的地层结构和特性后，根据以往的经验来设计。

遵循其设计基本原则，一般有“经验法”和“图解法”两种方法。133/8’’×798m95/8’’×3000m7’’×3800m121/4’’×井深81/2’’×井深171/2’’×井深5、井身结构设计方法及步骤27经验法：在掌5、井身结构设计方法及步骤28图解法：

依据两个压力剖面，以保证钻进时井内最大压力不压裂最薄弱的裸露地层为原则，从全井最大地层压力梯度开始，由下向上确定套管的层次和各层套管的下深，同时考虑地质必封点。5、井身结构设计方法及步骤28图解法：依据两个压力剖5、井身结构设计方法及步骤29图解法：各层套管（油层套管除外）下入深度初选点Dn的确定校核各层套管下到初选点深度Dni时是否发生压差卡钻当中间套管下入深度浅于初选点（Dn<Dni）时，则需要下尾管并要确定尾管下入深度Dn+1必封点的确定5、井身结构设计方法及步骤29图解法：各层套管（油层套管除外5、井身结构设计方法及步骤301、求中间套管下入深度初选点D21

最大钻井液密度ρmmax→由起钻时的压力平衡条件确定依据：起钻时，井内压力要大于地层压力。取临界状态5、井身结构设计方法及步骤301、求中间套管下入深度初选点D5、井身结构设计方法及步骤31由计算出ρf

，在破裂压力曲线

查出ρf所在的井深D21

，

即为中间套管下入井深初选点。

1、求中间套管下入深度初选点D21

（1）不考虑发生井涌5、井身结构设计方法及步骤31由1、求中间套5、井身结构设计方法及步骤32（2）考虑可能发生井涌

（关封井器并加回压）正常钻井时，按近平衡压力钻井设计钻井液密度为：钻至某一井深Dpmax时，发生大小为Sk的溢流，停泵关闭防喷器，立管压力读数为Pa：关井后井内有效液柱压力平衡方程为：5、井身结构设计方法及步骤32（2）考虑可能发生井涌（关封5、井身结构设计方法及步骤33（2）考虑可能发生井涌

裸露井深区间内地层破裂强度（地层破裂压力）均应承受这时井内液柱的有效液柱压力，考虑地层破裂安全系数Sf，即：由于溢流可能出现在任何具有一定地层压力的井深处，故其一般表达式为：5、井身结构设计方法及步骤33（2）考虑可能发生井涌5、井身结构设计方法及步骤34

由试算法求ρf

先试取一个D21

，计算ρf

，将计算ρf

与查图ρf’

比较，

ρf≤ρf’

，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。（2）考虑可能发生井涌

5、井身结构设计方法及步骤34由（2）考虑可能发生5、井身结构设计方法及步骤352、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：

ρpmax

：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。

5、井身结构设计方法及步骤352、验证中间套管下到深度D215、井身结构设计方法及步骤36（2）求压差条件下允许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

。2、验证中间套管下到深度D21是否被卡5、井身结构设计方法及步骤36（2）求压差5、井身结构设计方法及步骤373、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。5、井身结构设计方法及步骤373、求钻井尾管下入深度初选点5、井身结构设计方法及步骤384、校核尾管下到D31是否被卡

校核方法同2，5、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

发生井涌关井，表层套管鞋处承受压力当量密度：

试算：试取D1，计算≤查得ρfE,确定

D1否则重试。6、考虑必封点。5、井身结构设计方法及步骤384、校核尾管下到D31是否5、井身结构设计方法及步骤396、考虑必封点。必封点：除根据压力平衡原理（如上所述）确定的封隔井段外，为了避免井下复杂情况，而应及时封隔的某些地层。根据已钻过井的经验来确定必封点。按工程约束条件设计的必封点深度必须满足复杂地质情况的要求必封点位置。若地质复杂必封点在工程约束必封点深度区段外，则该层套管下延至地质复杂必封深度。5、井身结构设计方法及步骤396、考虑必封点。必封点：除根据5、井身结构设计方法及步骤40例：川科1井地层压力预测及故障提示

5、井身结构设计方法及步骤40例：川科1井地层压力预测及故障6、井身结构设计实例41实例1:在垂深500m处的地层破裂压力梯度为1.3， 如果垂深为1500m处的地层孔隙压力梯度为1.5，如果采用平衡钻井技术，当钻至1500m时，为了控制地层压力，钻井液密度至少需要多大？如果此时500m处井眼为裸眼，会发生什么事件？怎么处理？6、井身结构设计实例41实例1:在垂深500m处的地6、井身结构设计实例42实例1:例题解答•孔隙压力为：1.5×9.81×1500＝22072.5kPa•钻井液柱压力为=钻井液密度×9.81×1500=孔隙压力=1.5×9.81×1500•需要的钻井液密度为1.5•破裂压力为：1.3×9.81×500＝6376.5kPa•钻井液柱压力为：1.5×9.81×500＝7357.5kPa•地层破裂压力<钻井液柱压力，在500m处裸眼井壁会发生破裂，需要下套管封隔．6、井身结构设计实例42实例1:例题解答•孔隙压力为：16、井身结构设计实例43实例2:某井设计井深为4400m；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；

ΔPN

=12Mpa;

ΔPA

=18MPa;6、井身结构设计实例43实例2:6、井身结构设计实例44解：由图上查得

（1）中间套管下入深度初选点

由试取D21=3400m，代入上式得：由破裂压力曲线查得且接近，故确定D21=3400m。6、井身结构设计实例44解：由图上查得6、井身结构设计实例45（2）校核中间套管是否会被卡

由ρP曲线，钻进到深度D21=3400m时，

遇到最大地层压力

因由因ΔP＞ΔPN=12MPa,故中间套管下深应浅于初选点。查得=1.435对应D2=3200m。6、井身结构设计实例45（2）校核中间套管是否会被卡6、井身结构设计实例46

（3）确定尾管下深的初选点D31

由ρf曲线查得：由：

试取D31=3900m，得由ρp曲线，故确定初选点D31=3900m.6、井身结构设计实例46（3）确定尾管下深的初选点6、井身结构设计实例47（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

。6、井身结构设计实例47（4）校核是否会卡尾管6、井身结构设计实例48（5）确定表层套管下深D1

由：试取D1=850m,代入上式计算得由ρf曲线查得故确定D1=850m。6、井身结构设计实例48（5）确定表层套管下深D1试取D7、套管尺寸和井眼尺寸选择1、设计中考虑的因素2、套管和井眼尺寸的选择和确定方法3、套管及井眼尺寸标准组合7、套管尺寸和井眼尺寸选择1、设计中考虑的因素2、套管和井眼7、套管尺寸和井眼尺寸选择1、设计中考虑的因素（1）生产套管尺寸应满足采油方面的要求。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。（2）对于探井，要考虑原设计井深是否要加深，地质上的变化会使原来预告难于准确，是否要本井眼尺寸上留有余量以便增下中间套管，以及对岩心尺寸的要求等。（3）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。7、套管尺寸和井眼尺寸选择1、设计中考虑的因素（1）生产套管7、套管尺寸和井眼尺寸选择2、套管和井眼尺寸的选择和确定方法（1）确定井身结构尺寸一般由内向外依次进行，首先确定生产套管尺寸，再确定下入生产套管的井眼尺寸，然后确定中层套管的尺寸等，依次类推，直到表层套管的井眼尺寸，最后确定导管的尺寸。（2）生产套管根据采油方面要求来定。勘探井则按照勘探方面要求来定。（3）套管和井眼之间有一定的间隙，间隙过大则不经济，过小则导致下套管困难及注水泥后水泥过早脱水形成水泥桥。间隙值一般最小在9.5mm至12.7mm范围，最好为19mm。7、套管尺寸和井眼尺寸选择2、套管和井眼尺寸的选择和确定方法7、套管尺寸和井眼尺寸选择3、套管及井眼尺寸标准组合目前国内外所生产的套管尺寸及钻头尺寸已标准化、系列化。套管与其相应井眼的尺寸配合基本确定或在较小的范围内变化。7、套管尺寸和井眼尺寸选择3、套管及井眼尺寸标准组合目前国内7、套管尺寸和井眼尺寸选择53目前我国使用最多的套管/钻头系列是：

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，根据套管层次不同，已基本形成了较稳定的系列。7、套管尺寸和井眼尺寸选择53目前我国使用最多的套管/钻头系7、套管尺寸和井眼尺寸选择547、套管尺寸和井眼尺寸选择54井眼和管柱尺寸井眼尺寸管柱尺寸121/4"(311.2mm)83/4"(222.3mm)30"(762mm)20"(508mm)133/8"(339.7mm)95/8"(244.5mm)7"(177.8mm)36"(914.4mm)26"(660.4mm)中间套管柱生产尾管柱171/2"(444.5mm)表层套管柱结构套管导管柱7、套管尺寸和井眼尺寸选择井眼和管柱尺寸井眼尺寸管柱尺寸121/4"(311.2m7、套管尺寸和井眼尺寸选择适用于浅井井身结构简化类型－Ⅰ7、套管尺寸和井眼尺寸选择适用于浅井井身结构简化类型－Ⅰ7、套管尺寸和井眼尺寸选择适用于浅井井身结构简化类型－Ⅱ7、套管尺寸和井眼尺寸选择适用于浅井井身结构简化类型－Ⅱ7、套管尺寸和井眼尺寸选择适用于一般的深井和超深井，或复杂的高压气井标准井身结构类型7、套管尺寸和井眼尺寸选择适用于一般的深井和超深井，或复杂的7、套管尺寸和井眼尺寸选择适用复杂的高温高压深井井身结构强化类型7、套管尺寸和井眼尺寸选择适用复杂的高温高压深井井身结构强化本章小结60井身结构设计套管的分类及作用井身结构设计原则井身结构设计基础数据井身结构设计方法套管尺寸和井眼尺寸的选择本章小结60井身结构设计第1章井身结构设计第1章井身结构设计62钻开储集层（生产层）；

下套管、注水泥固井，射孔、生产管柱、完井测试、防砂排液；

确定完井井底结构，使井眼与产层连通；安装井底和井口装置，投产措施等；完井工程内容:使井眼与油气储集层（产层、生产层）连通的工序（WellCompletion），

联系钻井和采油生产的一个关键环节。完井概念：

前次课内容回顾2钻开储集层（生产层）；

下套管、注水泥固井，射孔、生产管柱63井眼－地层压力系统套管柱类型及井身结构概念井身结构设计的原则井身结构设计中所需要的基础数据井身结构设计方法及步骤井身结构实例套管尺寸选择及配合第二章井身结构设计3井眼－地层压力系统第二章井身结构设计64井身结构—油井基础，全井骨架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。

第二章井身结构设计4井身结构—油井基础，全井骨架 第二章井身结构设计1、井眼－地层压力系统65在井眼中，各种压力体系的关系：正文：p表示压力；ρ当量密度；t表示时间。下标：f表示破裂；m表示泥浆(钻井液)；p表示孔隙；s表示坍塌。1、井眼－地层压力系统5在井眼中，各种压力体系的关系：正文：2、套管柱类型及井身结构概念1.为什么下套管?2.套管柱的不同类型3.井身结构定义2、套管柱类型及井身结构概念1.为什么下套管?套管是什么?为什么下套管?套管1.防止井壁坍塌，形成“大肚子”2.在陆地上–

防止污染淡水砂层3.钻井期间控制压力4.增加钻至目的井深的可靠性5.防止地层水运移到产层6.把产出流体限定在井眼中7.生产阶段为井下设备提供可靠的环境2、套管柱类型及井身结构概念水泥环套管是什么?为什么下套管?套管1.防止井壁坍塌，形成“大肚套管柱类型1.导管；2.表层套管；3.技术套管（或称中间套管）；4.生产套管（或称油层套管）；5.尾管。2、套管柱类型及井身结构概念套管柱类型1.导管；2、套管柱类型及井身结构概念海油钻井：井眼和管柱尺寸2、套管柱类型及井身结构概念海油钻井：井眼和管柱尺寸2、套管柱类型及井身结构概念海油钻井套管柱的类型

外径

16″-60″406.4-1524mm

16″-48″406.4-1219.2mm85/8″-20″219.1-508mm

实例

30″

762mm

20″

508mm133/8″

339.7mm1.桩入或结构管

只用于海上和滩海45m-90m泥线以下(BML)2.导管柱

30m–500m(BML)3.表层套管

600m–1200m(BML)2、套管柱类型及井身结构概念海油钻井套管柱的类型 外径 实例1.桩入或结构管2、套管外径实例75/8”-133/8”193.7-339.7mm

41/2”-95/8”

114.3-244.5mm

95/8”244.5mm

7”

177.8mm套管柱的类型4.中间套管柱5.生产套管柱6.尾管柱7.油管柱2、套管柱类型及井身结构概念外径实例75/8”-133/8” 95/8”套管柱的井身结构的定义确定四类参数：套管层次、下入深度、钻头直径、套管外径。2、套管柱类型及井身结构概念井身结构是一口井下入套管的层次、尺寸、下入深度以及相应的钻头尺寸和所钻井深的配合关系.井身结构的定义确定四类参数：套管层次、下入深度、钻头直径、套73套管133/8’’×798m95/8’’×3000m7’’×3800m121/4’’×3002m81/2’’×3802m井眼171/2’’×800m说明:1套管层次：一口井需要下几层套管2套管尺寸：每层套管的外径3下入深度：每层套管下入的井深4钻头尺寸：与每层套管尺寸相配合的钻头尺寸5井身结构用右图所示方法来表示，图中红色线条表示井眼，蓝色线条表示套管，标注的尺寸为“直径(in)×井深(m)”。2、套管柱类型及井身结构概念13套管133/8’’×798m95/8’’×30074

3、生产套管（油层套管）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。

2、中间套管（技术套管）在表层套管和生产套管之间由于技术要求下入的套管，可以是一层、两层或更多层。主要用来封隔井下复杂地层。oilzone中间套管(技术套管)表层套管生产套管(油层套管)一开二开三开一、套管的分类及作用

1、表层套管封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。4、尾管（衬管）作用同中间套管。常在已下入一层中间套管后采用，即只在裸眼井段下套管注水泥，套管柱不延伸至井口。

2、套管柱类型及井身结构概念5、导管建立井口/支撑井口和防喷器组重量,下入深度根据地层破裂强度和地层的承载能力确定,一般入泥35-100m。143、生产套管（油层套管）2、中间套管（技术套管）o752、套管柱类型及井身结构概念152、套管柱类型及井身结构概念2、套管柱类型及井身结构概念76例：元坝1井井身结构图2、套管柱类型及井身结构概念16例：元坝1井井身结构图77（1）能有效地保护油气层，使不同压力梯度的油气层不受泥浆污染损害。（2）应避免漏、喷、塌、卡等复杂情况产生，为全井顺利钻进创造条件，使钻井周期最短。（3）钻下部高压地层时所用的较高密度泥浆产生的液柱压力，不致压裂上一层套管鞋处薄弱的裸露地层。（4）下套管过程中，井内泥浆液柱压力和地层压力之间的压差，不致产生压差卡套管事故。3、井身结构设计的原则17（1）能有效地保护油气层，使不同压力梯度的油气层不受泥浆4、井身结构设计中所需要的基础数据1）地质方面的数据2）工程类数据4、井身结构设计中所需要的基础数据1）地质方面的数据4、井身结构设计中所需要的基础数据79孔隙压力剖面(坍塌压力剖面)

破裂压力剖面(漏失压力剖面)地层岩性剖面及其故障提示•三个剖面：1）地质方面的数据4、井身结构设计中所需要的基础数据19孔隙压力剖面(坍塌压力4、井身结构设计中所需要的基础数据80六个设计系数：抽吸压力系数Ｓｂ：上提钻柱时，由于抽吸作用使井内液体压力降低的值，用当量密度表示，（0.024~0.048g/cm3）激动压力系数Ｓｇ：下放钻柱时，由于钻柱向下运动产生的激动压力使井内液柱压力的增加值，用当量密度表示，

（0.024~0.048g/cm3）从地区大量的抽吸和激动压力数据统计而来：

--由该地区所有井每趟起下钻所产生的抽吸和激动压力，折合成当量密度，然后进行统计分析来确定取值范围；建立抽吸和激动压力计算模型。

2）工程类数据4、井身结构设计中所需要的基础数据20六个设计系数：抽吸压力4、井身结构设计中所需要的基础数据81压裂安全系数Ｓｆ：为避免上部套管鞋处裸露地层被压裂的地层破裂压力安全增值，用当量密度表示；（0.03~0.06g/cm3）a、收集所研究地区不同层位的破裂压力实测值和破裂压力预测值；b、根据实测值与预测值的对比分析，找出统计误差作为破裂压力安全系数。4、井身结构设计中所需要的基础数据21压裂安全系数Ｓｆ：为避4、井身结构设计中所需要的基础数据82井涌允量Ｓｋ：由于地层压力预测的误差所产生的井涌量的允值，用当量密度表示，（0.05~0.08g/cm3）。4、井身结构设计中所需要的基础数据22井涌允量Ｓｋ：由于地层4、井身结构设计中所需要的基础数据83压差允值△P：不产生压差卡钻所允许的最大压力差值，与钻井工艺技术和钻井液性能及裸眼井段的地层孔隙压力有关。（△PN=11~18MPa；△PA

=

14~23MPa）。a．通过卡钻事故统计资料，确定易压差卡钻层位及井深；b．记录卡钻层位的地层孔隙压力；c．统计卡钻事故发生前井内曾用过的最大泥浆密度，以及卡钻发生时的泥浆密度；d．根据卡钻井深、卡点地层压力、井内最大安全泥浆密度计算单点压差卡钻允值；e．统计分析各单点压差卡钻允值，确定适合于所研究地区的压差卡钻允值。4、井身结构设计中所需要的基础数据23压差允值△P：不产生压4、井身结构设计中所需要的基础数据84井身结构设计六个参数参考表

4、井身结构设计中所需要的基础数据24井身结构设计六个参数参4、井身结构设计中所需要的基础数据85裸眼井段应满足的力学平衡:

（1）防井涌（2）防压差卡钻（3）防井漏（4）防关井井漏4、井身结构设计中所需要的基础数据25裸眼井段应满足的力学平4、井身结构设计中所需要的基础数据86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，m4、井身结构设计中所需要的基础数据26其中：5、井身结构设计方法及步骤87经验法：

在掌握一个油田的地层结构和特性后，根据以往的经验来设计。

遵循其设计基本原则，一般有“经验法”和“图解法”两种方法。133/8’’×798m95/8’’×3000m7’’×3800m121/4’’×井深81/2’’×井深171/2’’×井深5、井身结构设计方法及步骤27经验法：在掌5、井身结构设计方法及步骤88图解法：

依据两个压力剖面，以保证钻进时井内最大压力不压裂最薄弱的裸露地层为原则，从全井最大地层压力梯度开始，由下向上确定套管的层次和各层套管的下深，同时考虑地质必封点。5、井身结构设计方法及步骤28图解法：依据两个压力剖5、井身结构设计方法及步骤89图解法：各层套管（油层套管除外）下入深度初选点Dn的确定校核各层套管下到初选点深度Dni时是否发生压差卡钻当中间套管下入深度浅于初选点（Dn<Dni）时，则需要下尾管并要确定尾管下入深度Dn+1必封点的确定5、井身结构设计方法及步骤29图解法：各层套管（油层套管除外5、井身结构设计方法及步骤901、求中间套管下入深度初选点D21

最大钻井液密度ρmmax→由起钻时的压力平衡条件确定依据：起钻时，井内压力要大于地层压力。取临界状态5、井身结构设计方法及步骤301、求中间套管下入深度初选点D5、井身结构设计方法及步骤91由计算出ρf

，在破裂压力曲线

查出ρf所在的井深D21

，

即为中间套管下入井深初选点。

1、求中间套管下入深度初选点D21

（1）不考虑发生井涌5、井身结构设计方法及步骤31由1、求中间套5、井身结构设计方法及步骤92（2）考虑可能发生井涌

（关封井器并加回压）正常钻井时，按近平衡压力钻井设计钻井液密度为：钻至某一井深Dpmax时，发生大小为Sk的溢流，停泵关闭防喷器，立管压力读数为Pa：关井后井内有效液柱压力平衡方程为：5、井身结构设计方法及步骤32（2）考虑可能发生井涌（关封5、井身结构设计方法及步骤93（2）考虑可能发生井涌

裸露井深区间内地层破裂强度（地层破裂压力）均应承受这时井内液柱的有效液柱压力，考虑地层破裂安全系数Sf，即：由于溢流可能出现在任何具有一定地层压力的井深处，故其一般表达式为：5、井身结构设计方法及步骤33（2）考虑可能发生井涌5、井身结构设计方法及步骤94

由试算法求ρf

先试取一个D21

，计算ρf

，将计算ρf

与查图ρf’

比较，

ρf≤ρf’

，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。（2）考虑可能发生井涌

5、井身结构设计方法及步骤34由（2）考虑可能发生5、井身结构设计方法及步骤952、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：

ρpmax

：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。

5、井身结构设计方法及步骤352、验证中间套管下到深度D215、井身结构设计方法及步骤96（2）求压差条件下允许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

。2、验证中间套管下到深度D21是否被卡5、井身结构设计方法及步骤36（2）求压差5、井身结构设计方法及步骤973、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。5、井身结构设计方法及步骤373、求钻井尾管下入深度初选点5、井身结构设计方法及步骤984、校核尾管下到D31是否被卡

校核方法同2，5、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

发生井涌关井，表层套管鞋处承受压力当量密度：

试算：试取D1，计算≤查得ρfE,确定

D1否则重试。6、考虑必封点。5、井身结构设计方法及步骤384、校核尾管下到D31是否5、井身结构设计方法及步骤996、考虑必封点。必封点：除根据压力平衡原理（如上所述）确定的封隔井段外，为了避免井下复杂情况，而应及时封隔的某些地层。根据已钻过井的经验来确定必封点。按工程约束条件设计的必封点深度必须满足复杂地质情况的要求必封点位置。若地质复杂必封点在工程约束必封点深度区段外，则该层套管下延至地质复杂必封深度。5、井身结构设计方法及步骤396、考虑必封点。必封点：除根据5、井身结构设计方法及步骤100例：川科1井地层压力预测及故障提示

5、井身结构设计方法及步骤40例：川科1井地层压力预测及故障6、井身结构设计实例101实例1:在垂深500m处的地层破裂压力梯度为1.3， 如果垂深为1500m处的地层孔隙压力梯度为1.5，如果采用平衡钻井技术，当钻至1500m时，为了控制地层压力，钻井液密度至少需要多大？如果此时500m处井眼为裸眼，会发生什么事件？怎么处理？6、井身结构设计实例41实例1:在垂深500m处的地6、井身结构设计实例102实例1:例题解答•孔隙压力为：1.5×9.81×1500＝22072.5kPa•钻井液柱压力为=钻井液密度×9.81×1500=孔隙压力=1.5×9.81×1500•需要的钻井液密度为1.5•破裂压力为：1.3×9.81×500＝6376.5kPa•钻井液柱压力为：1.5×9.81×500＝7357.5kPa•地层破裂压力<钻井液柱压力，在500m处裸眼井壁会发生破裂，需要下套管封隔．6、井身结构设计实例42实例1:例题解答•孔隙压力为：16、井身结构设计实例103实例2:某井设计井深为4400m；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；

ΔPN

=12Mpa;

ΔPA

=18MPa;6、井身结构设计实例43实例2:6、井身结构设计实例104解：由图上查得

（1）中间套管下入深度初选点

由试取D21=3400m，代入上式得：由破裂压力曲线查得且接近，故确定D21=3400m。6、井身结构设计实例44解：由图上查得6、井身结构设计实例105（2）校核中间套管是否会被卡

由ρP曲线，钻进到深度D21=3400m时，

遇到最大地层压力

因由因ΔP＞ΔPN=12MPa,故中间套管下深应浅于初选点。查得=1.435对应D2=3200m。6、井身结构设计实例45（2）校核中间套管是否会被卡6