第5章井眼轨迹与井身结构设计

主要内容:

第一节基本概念

第二节井眼轨道设计的原则与方法

第三节井身结构设计第五章井眼轨道设计与轨迹控制1井眼轨道：是指在一口井钻进之前人们预想的该井井眼轴线形状。井眼轨迹：是指一口已钻成的井的实际井眼轴线形状。19世纪末打直井20世纪20年代末直井防斜技术20世纪30年代初打定向井定向井：是使井眼沿某一轨迹钻达预定目标的过程。井斜控制：是使井眼按规定的限制条件钻进的过程，而这些限制条件与井斜角＼偏离垂直方向的水平距离或二者有关第五章井眼轨道与井身轨迹设计2定向井的应用(1)地面环境条件的限制：地面上的高山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重要的建筑物等；(2)地下地质条件的要求：增加油层穿越面积，提高产量和采收率（水平井）；适应井下地质条件，节省钻井时间。对于断层遮挡油藏，薄油层，侧钻井，多底井，分支井，大位移井，侧钻水平井，径向水平井是定向井的新种类；(3)处理井下事故的特殊手段（救援井、侧钻井）。(4)减小地面井场占用面积，节省投资（丛式井、多底井）。第五章井眼轨道与井身轨迹设计3第五章井眼轨道与井身轨迹设计4第五章井眼轨道与井身轨迹设计5第五章井眼轨道与井身轨迹设计6第五章井眼轨道与井身轨迹设计7第五章井眼轨道与井身轨迹设计8第五章井眼轨道与井身轨迹设计9第五章井眼轨道与井身轨迹设计10第一节基本概念第五章井眼轨道与井身轨迹设计11所谓井眼轨迹，实指井眼轴线。轨迹测量就是“测斜”。目前常用的测斜方法并不是连续测斜，而是每隔一定长度的井段测一个点。这些井段被称为“测段”，这些点被称为“测点”。一、轨迹的基本参数第一节基本概念Ａ点垂直井深AＡ点测量井深：D＝ＯＡＡ点井斜角ＯHA12井眼曲线的表示方法：垂直平面（井斜平面）与水平平面一、轨迹的基本参数第一节基本概念NOO13垂直平面上：每一点的井深与空间井眼的井深一样,每一点的井斜角与与空间井眼对应的井斜角一致。（不是直接投影）一、轨迹的基本参数第一节基本概念OαBαAΔα14水平面上：为空间井眼的水平投影一、轨迹的基本参数第一节基本概念ANEBABSO15(1)井深（Dm），又称斜深：井深指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度，也有人称之为斜深，国外称为测量井深(MeasureDepth)，井深常以字母Dm表示，单位为米(m)。井深的增量称为井段，以ΔDm表示。二测点之间的井段称为测段。一个测段的两个测点中，井深小的称为上测点，井深大的称为下测点。井深的增量总是下测点井深减去上测点井深。一、轨迹的基本参数第一节基本概念Ａ点垂直井深AＡ点测量井深：D＝ＯＡＡ点井斜角ＯHA测深：井口至测点处的井眼实长，米。16(2)井斜角（Inclination,Inc.）

井斜角（α），单位为度：过井眼轴线上某测点作井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线。井眼方向线与重力线之间的夹角就是井斜角。显然，井眼方向线与重力线都是有向线段。井斜角表示了井眼轨迹在该测点处倾斜的大小。井斜角的增量：以Δα表示。AB井段井斜角增量为Δα＝αB-

αA。一、轨迹的基本参数第一节基本概念ＯAＢ井斜角：测点处井眼方向线（切线，指前）与重力线间的夹角，度。17井斜变化率：井斜角对井深的变化率，即钻过单位井深井斜角的变化。度/30米(buildrate,droprate)第一节基本概念一、轨迹的基本参数ＯAＢ18(3)井斜方位角（Φ）：某测点处的井眼方向线投影到水平面上，称为井眼方位线，或井斜方位线。以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线上所转过的角度，即井眼方位角。注意，正北方位线是指地理子午线沿正北方向延伸的线段。所以正北方位线和井眼方位线也都是有向线段，都可以用矢量表示。井斜方位角的增量是下测点的井斜方位角减去上测点的井斜方位角：ΔΦ＝ΦB-ΦA一、轨迹的基本参数第一节基本概念ＯＡＢＮＥfAfB方位角：测点处正北方向至井眼方向线在水平面投影线间夹角，度。19方位变化率：方位角对井深的变化率，即钻进单位井段，方位角的变化，度/30米walkrate第一节基本概念一、轨迹的基本参数ＯＡＢＮＥfAfB20注意“方向”与“方位”的区别。

方位线是水平面上的矢量，而方向线则是空间的矢量。只要讲到方位、方位线、方位角，都是在某个水平面上；而方向和方向线则是在三维空间内（当然也可能在水平面上）。井眼方向线是指井眼轴线上某一点处井眼前进的方向线。该点的井眼方位线则是该点井眼方向线在水平面上的投影。一、轨迹的基本参数第一节基本概念21需要注意的是，目前广泛使用的磁性测斜仪是以地球磁北方位为基准的。磁北方位与正北方位并不重合而是有个夹角，称为磁偏角。磁偏角又分为东磁偏角和西磁偏角。东磁偏角指磁北方位线在正北方位线的东面，西磁偏角指磁北方位线在正北方位线的西面。用磁性测斜仪测得的井斜方位角称为磁方位角。一、轨迹的基本参数第一节基本概念22一、轨迹的基本参数第一节基本概念井斜方位角还可用“象限角”表示。“象限角”指井斜方位线与正北方位线或正南方位线之间的夹角。象限角在0～90度之间变化。N67.5ºW读作由北向西偏了67.5º。232425第一节基本概念一、轨迹的基本参数26基本参数：测斜仪器在每个测点上测得参数（井深、井斜角和井斜方位角）。计算参数：根据基本参数计算出来的参数。(1)垂直深度，简称垂深；(2)水平投影长度，简称水平长度或平长；(3)水平位移，简称平移；(4)平移方位角；(5)N坐标和E坐标；(6)视平移，亦称投影位移；(7)井眼曲率，狗腿严重度、全角变化率。二、轨迹的计算参数第一节基本概念27(1)垂直深度D

垂直深度：简称垂深，是指轨迹上某点至井口所在水平面的距离，垂深常以字母D表示；Trueverticaldepth(TVD)垂深的增量称为垂增，垂增以ΔD表示。垂增ΔD＝DB—DA第一节基本概念二、轨迹的计算参数垂深：测点的垂直深度，米。28（2）水平投影长度Lp：

水平投影长度简称水平长度或平长，是指井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。水平长度的增量：称为平增。平长以字母上Lp表示，平增以ΔLp表示。平长和平增在图5—4中是指曲线的长度。第一节基本概念二、轨迹的计算参数水平投影长度：测点与井口之间的井眼长度在水平面的投影长度，米。29(3)水平位移S

水平位移：简称平移，指轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离，或指轨迹上某点至井口的距离在水平面上的投影。此投影线称为平移方位线。水平位移常以字母S表示。如图5—5所示。第一节基本概念二、轨迹的计算参数水平位移：测点至井口所在的铅垂线的距离，米。30

在国外将水平位移称作闭合距。而我国油田现场常特指完钻时的水平位移为闭合距。

闭合距：井底的水平位移，米。closure

第一节基本概念二、轨迹的计算参数ＯＡＮＡ点水平位移：ＳA＝OAE(完井井底)闭合距：SE＝OE闭合方位角fE31(4)平移方位角θ

平移方位角：指平移方位线所在的方位角，即以正北方位为始边顺时针转至平移线上所转过的角度，常以字母θ表示。如图5—5所示。

第一节基本概念二、轨迹的计算参数32闭合方位角：在水平投影图上测点处正北方向与闭合方位线间的夹角，度(closureazimuth)在国外将平移方位角称作闭合方位角。而我国油田现场常特指完钻时的平移方位角为闭合方位角。第一节基本概念二、轨迹的计算参数ＯＡＮＡ点水平位移：ＳA＝OAE(完井井底)闭合距：SE＝OE闭合方位角fE33(5)N坐标和E坐标

N坐标和E坐标：是指轨迹上某点在以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。此水平面坐标系有两个坐标轴，一是南北坐标轴，以正北方向为正方向；一是东西坐标轴，以正东方向为正方向。如图5—4所示，A、B二点的水平坐标分别为NA、EA和NB、EB。水平坐标可以有增量，以ΔN、ΔE表示。第一节基本概念二、轨迹的计算参数34(6)视平移V

视平移：亦称投影位移，是水平位移在设计方位线上的投影长度。视平移以字母V表示。如图5—5所示，A、B二点的视平移分别为VA、VB。当实钻轨迹与设计轨迹偏差很大时甚至背道而驰时，视平移可能成为负值。第一节基本概念二、轨迹的计算参数视平移：测点水平位移在设计方位线上的投影，米。verticalsection35弧段OA：水平投影长度线段OA：水平位移θ：平移方位角V：视平移N坐标E坐标第一节基本概念二、轨迹的计算参数θ36井眼曲率

井眼曲率：指井眼轨迹曲线的曲率。有人称作“狗腿严重度”，“全角变化率”。由于实钻井眼轨迹是任意的空间曲线，其曲率是不断变化的，所以在工程上常常计算井段的平均曲率。

“狗腿角”：对一个测段(或井段)来说，上、下二测点处的井眼方向线是不同的，两条方向线之间的夹角(注意是在空间的夹角)称为“狗腿角”，也有人称为“全角变化”。即上下二测点的两条方向线之间的夹角（空间夹角）。

井眼平均曲率：狗腿角被测段(或井段)除即可得到该段的井眼平均曲率。显然，所取测(井)段越短，平均曲率就越接近实际曲率。第一节基本概念三、挠曲参数37NO井眼的曲率K：（holecurvature)井眼切线的方向相对于井深的变化率K表示曲线偏离直线的程度。第一节基本概念三、挠曲参数r1r2L38井眼曲率计算方法：先计算狗腿角，再计算平均井眼曲率。Lubinski公式：我国钻井行业标准规定狗腿角的计算公式：式中：α—井斜角；φ—方位角；αc—平均井斜角第一节基本概念三、挠曲参数39全角变化率K：井眼的空间曲率。井眼轨迹曲线的曲率。第一节基本概念三、挠曲参数KAB40第一节基本概念三、挠曲参数411、水平投影图相当于机械制图中的俯视图，也相当于将井眼轨迹这条空间曲线投影到井口所在的水平面上。图中的坐标为N坐标和E坐标，以井口为坐标原点。所以只要知道一口井轨迹上所有各点的N、E坐标值就可以很容易画出该井轨迹的水平投影图。第一节基本概念四、井身剖面水平投影图：空间井眼轨迹的俯视图。422、垂直投影图相当于机械制图中的侧视图，即将井眼轨迹这条空间曲线投影到铅垂平面上。图中的坐标为垂深D和视平移V，也是以井口为坐标原点。但是经过井口的铅垂平面有无数个，应该选择那个呢?我国钻井行业标准规定，选择设计方位线所在的那个铅垂平面。这样的垂直投影图与设计的垂直投影图进行比较，可以看出实钻井眼轨迹与设计井眼轨迹的差别，便于指导施工中轨迹控制。显然，只要计算出一口井轨迹上所有各点的垂深和视平移就可以很容易画出该井轨迹的垂直投影图。第一节基本概念四、井身剖面垂直投影图：将轨迹数据投影到指定的垂直平面内（通常为设计平面）433、垂直剖面图

垂直剖面图的形式原理：参看图5—7，设想经过井眼轨迹上每一个点作一条铅垂线，所有这些铅垂线就构成了一个曲面。这种曲面在数学上称作柱面。此曲面有一个显著的特点，就是可以展平到一个平面上。当此柱面展平时就形成了垂直剖面图。实际的垂直剖面图并不是按照先作柱面然后展平的办法得到。垂直剖面图的两个坐标是垂深D和水平长度上Lp。实际上，只要计算出一口井轨迹上所有各点的垂深和水平长度就可以很容易画出该井轨迹的垂直剖面图。第一节基本概念四、井身剖面垂直剖面图（柱面展开）：沿水平投影面展开空间曲线，其优点是井眼上任一点的井深、井斜角与实际一致。441、水平投影图

投影面：水平面坐标系：以井口为原点，N坐标轴、E坐标轴表达的参数：N坐标值、E坐标值、水平位移S

水平长度Lp、闭合距、井斜方位角平移方位角θ、闭合方位角。四、井身剖面第一节基本概念452、垂直投影图

投影面：过设计方位线的铅垂面，即井口和目标点所在的铅锤面。坐标系：原点（井口）、横坐标（视平移）、纵坐标（垂深）表达的参数：垂深D，视平移V，井斜的增减趋势四、井身剖面第一节基本概念463、垂直剖面图垂直剖面：过井眼轴线上各点垂线组成柱面展开图。坐标系：原点（井口）、横坐标（水平长

度）、纵坐标（垂深）表达的参数：垂深D,水平长度Lp,井深,井斜角a.四、井身剖面第一节基本概念47第一节基本概念四、井身剖面48第一节基本概念四、井身剖面49第一节基本概念四、井身剖面50第一节基本概念四、井身剖面51第二节井眼轨道设计的原则与方法第五章井眼轨道与井身结构设计52常规定向井：大斜度井：水平井：上翘井：大位移井：水平位移与垂深之比大于2.0—最大稳斜角第二节井眼轨道设计的原则与方法53二维定向井：指设计的轨道都在一个铅垂平面上变化，即设计轨道只有井斜角的变化而无井斜方位角的变化。

一、定向井轨道分类第二节井眼轨道设计的原则与方法54二维定向井：常规二维定向井-井段形状由直线和圆弧线组成。

非常规二维定向井：除直线和圆弧曲线外，还有

特殊曲线，如：悬链线、二

次抛物线等。

一、定向井轨道分类OABABCDO第二节井眼轨道设计的原则与方法55三维定向井：指设计的轨道都在三维空间上变化，既有井斜角的变化又有井斜方位角的变化。

常用于在地面井口位置与设计目标点之间的铅垂平面内，存在井眼难以通过的障碍物（如：已钻的井眼、盐丘等），设计井需要绕过障碍钻达目标点。三维定向井：纠偏三维定向井

绕障三维定向井。一、定向井轨道分类O第二节井眼轨道设计的原则与方法561、定向井井身剖面设计的原则（1）保证实现钻定向井的目的根据不同的定向井钻井目的对定向井井身剖面进行合理设计例如：裂缝性油藏：横穿裂缝薄油层：大斜度或水平井低渗块状油层：多底井二、常规二维定向井轨道设计第二节井眼轨道设计的原则与方法57救援：目标层位、靶区半径、简单（快速、经济）二、常规二维定向井轨道设计第二节井眼轨道设计的原则与方法58落鱼侧钻：避开落鱼、一定水平位移整块油藏：按开发井网布置要求

二、常规二维定向井轨道设计第二节井眼轨道设计的原则与方法59地面限制

油田所处地面不利于或不充许设置井场钻井或搬家安装受到极大障碍。如：1）英国的北海油田 2）中国的塔里木油田。二、常规二维定向井轨道设计第二节井眼轨道设计的原则与方法60地下地质条件要求：增产

由于地质构造特点，定向井能更有利于发现油藏、增加开发速度。二、常规二维定向井轨道设计第二节井眼轨道设计的原则与方法61海上生产集输需要二、常规二维定向井轨道设计第二节井眼轨道设计的原则与方法62（2）有利于安全、优质、快速钻井

地面条件是确定定向井井位和丛式井平台位置的重要依据，还需考虑交通、采油、油气集输等方面的需要。

①轨道形状简单，尽量保证较长的直井段，容易实现钻进

②尽量减小最大井斜角，以便减小钻井难度，小倾角定向井；

，中倾角定向井；

大于，大倾角定向井；

最大井斜角不得小于15度，否则井斜方位不易稳定。二、常规二维定向井轨道设计第二节井眼轨道设计的原则与方法63③选择合适的造斜点位置。地层：硬度适中，无坍塌、缩径、高压、易漏。深度：根据垂深、水平位移、剖面类型等确定。垂深大、位移小、造斜点应深一些，避免长稳斜段；垂深小、位移大、造斜点应浅一些，减小定向施工工作量。④在选择井眼曲率值时，要权衡造斜工具的造斜能力、减小起下钻和下套管的难度和缩短造斜井段的长度。二、常规二维定向井轨道设计第二节井眼轨道设计的原则与方法64(3)有利于采油工艺的要求：

尽量减小井眼曲率，以改善油管和抽油杆的工作条件。尽量以较小井斜角的直井段（斜直或垂直）进入油气层，以利于安装电潜泵，坐封封隔器及其他井下作业。(4)尽量利用地层自然造斜规律（方位漂移），减少人工造斜工作量；(5)在满足钻井目的的前提下，使剖面尽量简单，斜井段最短；(6)斜井段全角变化率要保持均匀，避免急弯。二、常规二维定向井轨道设计第二节井眼轨道设计的原则与方法65设计步骤1、收集原始资料：地表限制、地下条件要求、自然造斜规律2、选择井身剖面类型：3、选择造斜点位置（1）地层应稳定，不应是破碎带、漏失、易塌地层；（2）地层可钻性均匀，不应有硬夹层；（3）满足采油工艺的要求；（4）垂深大，水平位移小的井，造斜点应深；（5）垂深小，水平位移大的井，造斜点应浅；（6）定造斜点时应使斜井段避开方位漂移大的地层或利用方位漂移。二、常规二维定向井轨道设计第二节井眼轨道设计的原则与方法66设计步骤4、确定造斜率和降斜率大小造斜率：井下动力钻具，取5～16/100m转盘钻造斜，取4～8/100m降斜率：用钟摆钻具或光钻铤降斜，取6～2/100m最大井斜角：15～45井眼曲率：控制在5～12/100m，最大不超过16/100m水平井：大曲率半径水平井，造斜率5～16/100m中曲率半径水平井，造斜率6～25/10m小曲率半径水平井，造斜率4～10/m二、常规二维定向井轨道设计第二节井眼轨道设计的原则与方法67设计步骤5、计算剖面上各井段的、、L、H6、绘出设计的井眼轴线7、核算井眼曲率8、给出误差范围（控制圆柱Controlcylinder）二、常规二维定向井轨道设计第二节井眼轨道设计的原则与方法68

2、轨道类型三段式多靶三段式五段式双增式二、常规二维定向井轨道设计t第二节井眼轨道设计的原则与方法69

二、常规二维定向井轨道设计K造斜点b增斜结束点t目标点αb稳斜段井斜角第二节井眼轨道设计的原则与方法703、设计依据的条件

由地质、采油部门提供的要求：•目标点位置：•目标段位置：

由钻井工程要求和设计原则确定的数据：

造斜点深度井眼曲率二、常规二维定向井轨道设计第二节井眼轨道设计的原则与方法71

4、关键参数的计算

（1）三段式轨道给定二、常规二维定向井轨道设计第二节井眼轨道设计的原则与方法727374755．井段计算及设计结果表述井段计算是根据设计依据的条件和计算出的关键参数，算出每个井段的段长、垂增、平增三个参数。下面分别列出各段的计算公式。761.基本参数：井深、井斜角、井斜方位角2.计算参数(1)垂直深度，简称垂深；垂增；(2)水平投影长度，简称水平长度或平长；(3)水平位移，简称平移；平增；(4)平移方位角；(5)N坐标和E坐标；(6)视平移，亦称投影位移；(7)井眼曲率，狗腿严重度、全角变化率。777879802.Planadirectionalwelltrajectoryusingabuild-and-holdtypeofprofile.Knowndataarelistedasfollowing:ProposedazimuthΦT:60°Thekickoffpoint:300mTVD(TrueVerticalDepth)oftargeHT:1000mHorizontaldepartureoftargetST:500mBuild-uprate:3°/30mRequirements:（1）Calculatemaximuminclinationαm（2）Calculateincrementofdepth,inclination,azimuth,trueverticaldepth(TVD),horizontaldisplacement,Northing,Eastingforeachsection.（3）Calculatedepth,inclination,azimuth,trueverticaldepth(TVD),horizontaldisplacement,Northing,Eastingattheendofeachsection.Note:1radian＝57.3°or3.14/1808182Solution：（1）calculatemaximuminclination： R0=1719/3=573mA0=500H0=HT-Hz=1000-300=700m83（2）atverticalsection:depth：L1=300minclination：0azimuth：N/Anorthing：0easting：084（3）atbuild-upsection1)incrementincrementofdepth：ΔL2=48.55/57.3*573=485.48mincrementofTVD：ΔH2=R*sin48.55°=429.44mincrementofhorizontaldep.：ΔS2=R(1-cos48.55°)=573*(1-cos48.55°)=193.67mincrementofNorthing：ΔN2=ΔS2*cos60°=208.5*cos60°=96.83mincrementofeasting：ΔE2=ΔS2*sin60°=208.5*sin60°=167.72m2)parametersattheendofcurvedepth：L2=L1+ΔL2=785.48mTVD：H2=H1+ΔH2=300+429.44=729.44mHorizontaldeparture：S2=S1+ΔS2=193.67mnorthing：N2=N1+ΔN2=96.83measting：E2=E1+ΔE1=167.72minclination：48.55°azimuth：60°

85（3）atholdsection1)incrementincrementofdepth：：ΔL3=408.71mincrementofTVD：ΔH2=ΔL3*cos(48.55°)=270.56mincrementofhorizontaldep.：ΔS3=ΔL3*sin(48.55°)=306.33mincrementofNorthing：ΔN3=ΔS3*cos60°=306.33*cos60°=153.17mincrementofeasting：ΔE3=ΔS3*sin60°=306.33*sin60°=265.29mTD：L3=L2+ΔL3=785.48m+408.71m=1194.19mTotalTVD：H3=H2+ΔH3=729.44m+270.56m=1000mTotalhorizontaldeparture：S3=S2+ΔS2=193.67m＋306.33m=500mTotalnorthing：N3=N2+ΔN3=250mTotaleasting：E3=E2+ΔE3=433minclination：48.55°azimuth：60°

8687第三节井身结构设计第五章井眼轨道与井身结构设计88定义套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配合。目的：保证安全、优质、快速和经济地钻达目的层

内容下入套管层数各层套管的下入深度选择合适的套管尺寸与钻头尺寸组合影响因素地层压力（地层压力、破裂压力、坍塌压力）工程参数地层必封点第三节井身结构设计89井身结构设计是钻井工程的基础设计，它不但关系到钻井工程的整体效益，而且还直接影响油井的质量和寿命，因而在进行钻井工程设计时首先要科学地进行井身结构设计。井身结构设计的主要依据是地层压力和地层破裂压力剖面。第三节井身结构设计90一、套管的类型第三节井身结构设计导管钻表层井眼时，将钻井液从地表引导到钻台平面上来。

表层套管防止浅层水受污染，封闭浅层流砂、砾石层及浅层气，支撑井口设备装置，悬挂依次下入的各层套管的载荷。

技术套管（中间套管）封隔坍塌地层及高压水层封隔不同的压力体系继续钻井的需要91油层套管（生产套管）为油气生产提供流通通道保护产层、分层测试、分层采油、分层改造尾管技术尾管生产尾管尾管回接一、套管的类型第三节井身结构设计92能有效保护油气层；能避免产生井漏、井喷、井塌、卡钻等井下复杂情况,为全井安全、优质、快速和经济地钻进创造条件；当实际地层压力超过预测值使井出现溢流时，在一定范围内，具有压井处理溢流的能力。二、井身结构设计的原则第三节井身结构设计93抽吸压力系数Sb上提钻柱时，由于抽吸作用使井内液柱压力降低的值，用当量密度表示。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。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。安全系数的大小与地层破裂压力的预测精度有关。三、设计系数第三节井身结构设计94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，它与地层压力预测的精度有关。压差允值Δp不产生压差卡套管所允许的最大压力差值，它的大小与钻井工艺技术和钻井液性能有关，也与裸眼井段的地层孔隙压力有关。若正常地层压力和异常高压同处一个裸眼井段，卡钻易发生在正常压力井段，所以压差允值又有正常压力井段和异常压力井段之分，分别用Δpn和Δpa表示。三、设计系数第三节井身结构设计95已知条件：1.设计系数:根据本地的统计资料确定;2.所在地区的地层压力和地层破裂压力剖面考虑的因素地层压力地层破裂压力工程参数正常作业：Sb、Sg、Sf

出现溢流：Sb

、Sf、SK

最大允许压差四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计井深当量泥浆密度GpGf964、设计举例例题：某井设计井深为4400m,，地层孔隙压力梯度和地层破裂压力梯度剖面如图所示。给定设计系数：试进行该井的井身结构设计。四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计当量泥浆密度971、井身结构设计关键参数

最大钻井液密度：

某一层套管的钻进井段中所用的最大钻井液密度，和该井段中的最大地层压力有关：Ρmax：某层套管的钻进井段中所使用的最大钻井液密度，g/cm3；Gpmax：该井段的最大地层压力梯度，g/cm3；Sw：考虑到上提钻柱时抽吸作用使井底压力降低，为了平衡地层压力所加的附加钻井液密度，g/cm3。Sb=0.024-0.048g/cm3

。四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计当量泥浆密度981、井身结构设计关键参数

最大井内压力梯度正常作业（起下钻、钻进）：正常钻井条件下，井内最大压力梯度是发生在下放钻柱时，由于产生压力激动使得井内压力增高，设由于压力激动使井内的压力增加值为Sg，则最大井内压力梯度为：

Sg：激动压力梯度当量密度；g/cm3；Sg=0.024-0.048g/cm3四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计991、井身结构设计关键参数最大井内压力梯度发生溢流时：为了制止溢流，如压井时井内压力增高值为Sk,则最大井内压力梯度为：

Sk=0.060g/cm3

上式只适用于最大地层压力所对应的井深Hpmax处，而对于井深为H的任意井深处的井内压力梯度为：四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计100关井井底最大压力对于任意井深H处：四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计PsdHpmaxH1011、井身结构设计关键参数最大井内压力梯度发生溢流时：为了制止溢流，如压井时井内压力增高值为Sk,则最大井内压力梯度为：

Sk=0.060g/cm3

上式只适用于最大地层压力所对应的井深Hpmax处，而对于井深为H的任意井深处的井内压力梯度为：四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计1021、井身结构设计关键参数套管下深的临界条件为了确保上一层套管鞋处的裸露地层不被压裂，应该保证，某一井段的最大地层压力满足：ρf:上一层套管下入深度处裸露地层的破裂压力梯度；g/cm3Sf：为避免将上一层套管下入深度处裸露地层压裂的安全值，

Sf=0.024-0.048g/cm3四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计当量泥浆密度1031、井身结构设计关键参数最大允许压差为了在下套管过程中，不致于发生压差粘卡套管的事故，应该限制井内钻井液液柱压力与地层压力的压力差值，即规定最大允许压差。最大允许压差的取值在正常压力地层：ΔPN=11-17MPa在异常压力井段：

ΔPa=14-22MPa四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计PPPm1042、设计方法（1）各层套管（不含油层套管）下入深度初选点Hni的确定正常钻进时：Ρfnr：在设计套管层所在的裸眼井段内，在最大井内液柱压力梯度作用下，上部裸露地层不致破裂所应有的地层破裂压力梯度，g/cm3；（裸眼井段井内最大液柱压力梯度）Ρpmax：裸露井段预计的最大地层压力梯度，g/cm3;四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计105（1）各层套管（不含油层套管）下入深度初选点Hni的确定（续1）发生溢流时：

Ρfnk：在设计套管层所在的裸眼井段发生溢流时，在最大井内压力梯度作用下，上部裸露地层不致破裂所应有的地层破裂压力梯度，g/cm3;

Hni：设计层套管的初始下入深度，m；Hpmax：最大地层压力所对应的井深；m。四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计106（1）各层套管（不含油层套管）下入深度初选点Hni的确定（续2）比较正常钻井情况下和发生液流情况下的最小地层破裂压力，一般地,因此通常按ρfnk计算，只有在肯定不会发生液流的情况下，才按ρfnr计算。对于技术套管，首先计算出ρfnk，然后通过作图或数字计算的方法找到地层破裂压力为ρfnk的井深，该井深即为技术套管下入的初选点。对于技术套管，需要校核是否会卡套管，对于表层套管，则一般不必进行压差粘卡套管的校核四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计1072、设计方法（2）校核套管下入初选点Hni是否会发生压差粘卡套管所用最大钻井液密度与最小地层压力之间实际的最大静止压差：

ΔP：套管所受到的最大静止压差，MPa；ρpmin：该井段内最小地层压力，g/cm3；Dpmin：最小地层压力所对应的井深，m。四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计GpGfHmm108（2）校核套管下入初选点Hni是否会发生压差粘卡套管（续1）比较ΔP与ΔPN(ΔPa)若PPN（或PA），则假定深度Hni为中间套管下入深度。若P>PN（或PA），则中间套管下至Hni过程中有被卡危险。在这种情况下,必须采取下尾管的方法解决。确定技术套管的下入深度：先计算不卡套管的最大地层压力梯度，g/cm3；与ρpper对应的井深即为经过校核的井深四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计1092、设计方法（3）在技术套套下入深度浅于初选点的情况下，确定尾管的下入深度Hn+1确定尾管下入深度的初选点Hn+1,I由技术套管鞋处的地层破裂压力梯度ρfn可求得允许的最大地层压力梯度ρpper:通过数字计算或作图法找到与ρpper相等的地层压力梯度所对应的井深，该井深即为尾管下入深度的初选点。四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计1101)中间套管下深Hn的确定与ρpper相对应的井深即为中间套管下深Hn。2)尾管下深Hn+1的确定采用迭代法，试取一个Hn+1值求ρpper，如果ρpper大于该深度的实际地层压力梯度，且二者接近，则Hn+1就是尾管下入深度。四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计GpGfHnHn+11112、设计方法（4）校核尾管的下入深度初选点是否会发生卡套管同上。（5）计算表层套管下入深度D1当接近可小于D2处的破裂压力梯度0.024~0.048g/cm3时，符合要求，该深度即为表层套管下入深度。四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计1123、设计步骤①定中间套管最大下入深度假定点。根据可能钻遇的最大地层压力求设计破裂压力梯度。四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计当量泥浆密度1134、设计举例例题：某井设计井深为4400m,，地层孔隙压力梯度和地层破裂压力梯度剖面如图所示。给定设计系数：试进行该井的井身结构设计。四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计当量泥浆密度1144、设计举例解：由图上查得最大地层孔隙压力梯度为2.04g/cm3，位于4250m处。1、确定中间套管下入深度初选点试取，将3400代入上式，得四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计当量泥浆密度115试取，将3400代入上式，得由图查得3400m处，因为且相近，所以确定中间套管下入深度初选点四、井身结构设计的方法第三节井身结构设计当量泥浆密度1163、设计步骤②验证中间套管是否有卡套管的危险。如有，则应减小下深③加下一层尾