1-1 井深结构

1、采 油 工 程 Petroleum Engineering 适用专业：采油测试 任课教师：芮 阁 芮 阁 学 士： 东北石油大学 石油工程 Calculation of Displacement Velocity under the Effect of Interfacial Behavior between Polymer Solution and Oil 硕 士： 中国石油大学（北京） 流体力学 水平井筒油气水三相流动流型研究 组织教学：查学生人数、填教学日志。【约2分钟】 教学重点：井身结构及其设计。 教学难点：井身结构技术要求。 教学方法：讲授。 教学工具：借助多媒体。 课前提问：【约

2、3分钟】 1.我国石油工业现状及主产区？ 2.大庆油田在国家石油行业中的地位？ 新课导入：【约2分钟】 大庆油田原油产量由早年的5000万吨下降至当前的油气当量 4000万吨，你会感到担心么？我们是否有可能改变当前的状态呢？ 世界油气田分布 天然气田： 26000个； 探明储量142万m3； NO.1：俄罗斯的乌 连戈依气田，储量为 8.1m3； NO.2：亚姆堡，储 量4.76万亿m3； 分布：西西伯利亚 盆地。 油田： 41000个； 探明储量1368.7亿 吨； NO.1：沙特阿拉伯 的加瓦尔油田，储量 为114.8亿吨； NO.2：科威特的布 尔甘油田，储量1.5 亿吨； 分布：波斯湾

3、。 大庆 吉林 辽河 冀东 大港 华北 胜利 江苏 江汉 克拉玛依 塔里木 吐哈 青海 玉门 长庆 四川 滇黔桂 渤海油田渤海油田 东海油田东海油田 黄海油田黄海油田 采油工程简介 定义1： 油田开采过程中根据开发目标通过生产井和注入井所采取 的工程技术措施的总称。 定义2： 为采出地下原油，采用的各项工程技术措施的总称。 定义3： 利用采油物理原理和各种设备把原油从井内采到地面并进 行油气水分离、净化、计量、集输等全部工艺技术和工作的总 称。 采油工程简介 我国发展： （1）5060年代初的探索、试验阶段 （2）6070年代分层开采工艺配套技术发展阶段 （3）7080年代多种油藏类型采油工艺

4、技术发展阶段 （4）8090年代采油工程新技术重点突破发展阶段 （5）90年代中期以来采油系统工程形成和发展阶段 技术难题： 高含水油田开采 低渗透油田开发 西部沙漠超深油田开采 海洋和滩海油田开发建设 稠油和超稠油油田开采 采油工程简介 两项基本目标 目标1：经济有效举升 保证生产系统运行效率和油气资源开发经济效益； 实现入井油气等流体向地面的流动。 目标2：油气高效入井 技术措施：通过各种物理、化学作用处理油气层。 酸处理技术 压裂技术 波场处理技术 微生物技术 热力技术 采油工程简介 油井生产基本流动过程 地层渗流【地层井筒】 井筒多相管流【井筒底部井筒顶部】 地面近似水平管流【油嘴出口

5、集油站】 地面嘴流【针对自喷井】 采油工程系统组成 油藏：具有一定储存和流动特性的孔隙或裂缝介质系统， 人工建造系统：井底、井筒、井口装置、采油设备、 注水设备以及地面集输、分离和储存设备等 采油工程简介 采油工程基本特点 涉及的技术面广、综合性强而又复杂 涉及油田开发的重要决策和经济效益 工作对象是条件随油藏动态不断变化的采、注井 与油藏工程、地面工程和钻井工程等紧密联系 课程性质及内容 性质：必修专业基础课 时间：1年(两个学期) 考核：闭卷考试 补充：采油工程新进展；常用软件；采油工程部门职责 教学内容节数讲授学时总学时 第一章 油井完成与试油42020 第二章 有杆泵采油86060 第

6、三章 无杆泵采油31818 第四章 油田注水工艺63030 总计21128128 课程任务和要求 1.掌握完井、试油、自喷采油、有杆泵采油、无杆泵采油、油田注 水工艺、特殊井管理等工艺技术； 2.熟悉油水井、站的生产管理工作，掌握油水井、站的生产管理技 能； 3.能根据专业知识进行油水井、站及所需设备、工具事故与故障的 分析、判断和处理，掌握油水井、站安全生产基础知识； 4.会解释和应用油水井测试资料； 5.同时了解油井生产新工艺新技术及其发展动态，为今后从事实际 工作打下坚实的理论基础； 6.能独立上岗操作。 课程建议 1. 切实做到理论联系实际，理论中复杂结构部分必须由实际操作来 辅助学习

7、。 2. 多动脑筋。深入了解各个流程工艺、工具的结构及原理，能说出 其优缺点，以及是否有改造的空间。 3. 注意学科的横向扩展，其他学科对本专业的辅助作用。 4. 勤动手。实践课中必须认清各个结构、零部件。 5. 按时完成作业。 第一章 油井完成与试油 Well Completion System and Testing 1-1 油井完成及井深结构 1-2 试油 1-3 油井自喷原理 1-4 计量间 第一节 井深结构 1-1 Well Depth Construction 一、井 1.井 well： 石油和天然气埋藏在地下几十米至几千米 的油气层中，要把它开采出来，需要在地面 和地下油气层之间

8、建立一条油气通道，这条 通道叫井。 2.井的分类： 2.1 按钻井目的分 （1）区域普查井 （2）探 井 （3）开发井 基准井 剖面井 参数井 构造井 预探井 详探井 生产井（油井、气井） 注入井（注水井、注气井） （4）特殊用途井 检查井 观察井 调整井 救援井 （1）区域普查井： 基准井： 在区域普查阶段，为了了解地层的沉积特征和含油气情况、验证 物探成果而钻的井。 剖面井： 为了研究地层岩性、岩相变化、为寻找含油气构造而钻的井。 参数井： 为了解区域构造，提供岩石物性参数而钻的井。 构造井： 为了解地质构造特征、验证物探成果，并编制地下某一标准层的 构造图而钻的井。 （2）探井： 预探井

9、： 为了确定油气藏是否存在及其埋藏位置而钻的井。 详探井： 为了对油气藏进行工业评价及取得油气开发所需的地质资料而钻 的井。 （3）开发井： 生产井： 在进行油田开发时，为开采石油和天然气而钻的井。 注入井： 开发后期为了提高采收率及开发速度，而对油田进行注水注气以 补充和合理利用地层能量所钻的井。 （4）特殊用途井： 检查井： 油田开发到某一含水阶段，为了搞清各油层的压力和油气水分布 状况，剩余饱和度的分度和变化情况而钻的井。 观察井： 油田开发过程中专门用来了解地下动态的井。 调整井： 油田开发中后期，为进一步提高开发效果和最终采收率，而调整 原有开发井网所钻的井。 救援井： 为了救援而钻

10、的井。（特殊的定向井） 救援井示意图 2.2 按几何形状分 （1）直井： 井口与井底在同一条铅垂线上。 （2）定向井： 沿着预先设计的井眼轨迹钻达目的层，井口 与井底不在同一条铅垂线上。 井斜角：井眼轴线上某点的切线与铅垂线的夹角。 （2）定向井： 普通定向井： 最大井斜角小于60的定向井。 大斜度井： 最大井斜角在60-80范围内的定向井。 水平井： 最大井斜角大于或等于86，并保持这种井斜角钻完一定长度段 的井。 大位移井： 水平位移垂深2的定向井或水平井。 丛式井： 在一个井场（海洋平台）上又计划地钻出两口或两口以上的定向 井组，其中可含一口直井。 多底井（分支井）： 一个井口下面有两个

11、或两个以上井底的定向井。 丛式井丛式井 分支井形式分支井形式 二、井深结构 well depth construction 1.定义： 油井钻完后，所下入套管的层次、直径、下入深度及相应的钻头 直径和各套管外的水泥浆的上返高度和人工井底等。 （或由直径、深度和作用各不相同，且均注水泥封固环形空间而形 成的轴心线重合的一组套管与水泥环的组合。） 开钻（一开） 钻达一开设计井深 下表层套管、固井 ； 二次开钻 钻达二开设计井深 下技术套管套管、固井； （井身结构复杂的井，继续进行三开、四开 1-方补心 2-套管头 3-导管 4-表层套管 5-表层套管水泥环 6-技术套管 7-技术套管水泥环 8-油

12、层套管 9-油层套管水泥环 10-油层顶界 11-油层底界 12-人工井底 13-胶木塞 14-承托环 15-套管鞋 16-完钻井底 井身结构示意图井身结构示意图 1.1 导管 conduit (1)定义：井身结构中靠近裸眼井 壁的第一层套管。 (2)作用：保护井口附近的地表层 不被冲垮，建立起泥浆循环，引导 钻具的钻进，保证井眼钻凿的垂直 等。 (3)技术要求： 下入深度一般取决于地表层 的深度，通常导管下入的深度为2- 40m。导管直径一般450mm和375mm。 管外用水泥封固牢。 导管结构示意图导管结构示意图 1.2 表层套管 surface casing （1）定义：又叫地面套管或隔

13、水 层套管，井身结构中的第二层套管。 （2）作用：封固上部易垮塌的松 软地层以利于后续钻进、防止后续 钻进中井壁垮塌和钻井液对上 部淡水层的污染、安装防止井喷用 的设备、支撑技术套管和生产套管 的重量。 （3）技术要求： 表层套管的下入深度一般取 决于上部疏松岩层的位置，下入深 度一般为30150m（或300-400m）。 直径尺寸400mm和324mm。 管外用水泥浆封固牢，水泥 上返至地面。 表层套管结构示意图表层套管结构示意图 1.3 技术套管 intermediate casing （1）定义：又叫中间套管，在表 层套管里面下入的一层套管。 （2）作用：保护和封隔油层上部 难以控制的复

14、杂地层（处理钻进 过程中遇到的复杂情况）。 （3）技术要求：下入技术套管的 层次、深度以及水泥上返高度， 以能够封住复杂地层为基本原则。 （4）局限性：增大了完井成本， 实践中很少采用。 技术套管结构示意图技术套管结构示意图 1.4 油层套管 production casing （1）定义：又叫生产套管，油井内最 后下入的一层套管。 （2）作用：保护和加固井壁，隔绝油、 气、水层，建立一条封固严密的永久性 通道，保证井能够长时期生产和增产措 施的需要。 （3）技术要求： 油层套管下入深度是依据目的层 （生产层）的位置和不同完井方法决定， 必须满足封固住所有油、气、水层，下 入深度一般应超过油层

15、底界30m以上，并 在最下一个油层底部要有一个足够的沉 砂口袋。 管外用水泥浆封固牢，水泥返高 必须超过油、气层顶部50100m（或 100150m） 油层套管结构示意图油层套管结构示意图 1.5 尾管 liner （1）定义：尾管是一种不延伸到井口的套管柱，分为钻井尾管 和采油尾管。 （2）作用：保护和加固井壁，隔绝油、气、水层，建立一条封 固严密的永久性通道，保证井能够长时期生产和增产措施的需要。 （3）特点 优点：下入长度短、费用低。 缺点：固井施工困难。 （4）技术要求 尾管的顶部通常要进行抗内压试验，以保证密封性。 尾管与上层套管重叠段长度一般取50100m。 2.井深结构相关概念：

16、 2.1 固井 well cementation： 在套管和井壁的环形空间内注入水泥浆进行封固，这套施工工 艺称为固井。 作用：加固井壁，保护套管，封隔井内各个油、气、水层使之 互不串通，便于以后的分层采油。 2.2 固井水泥环： 当下完各类套管并经过固井后，便在套管与井壁的环形空间形 成了坚固的水泥环状柱体。 作用：封固地层，加固井壁和保护套管。 2.3 方补心 master bushin： 旋转钻井时，带动井下钻具旋转的转盘中间用来卡住方钻杆的 部件。 2.4 联顶节方入（联入）： 转盘上平面到最上面一根套管接箍上平面之间的距离。 2.5 油补距（补心高差）： 在旋转钻井时，转盘上平面到套

17、管四 通上部平面间的距离。 2.6 套补距： 转盘上平面到套管法兰上平面之间的 距离。 2.7 完钻井深（钻井井深）： 从转盘上平面到钻井完成时钻头所钻 进的最后位置之间的距离（或完钻井 裸眼井底至方补心顶面的高度） 油补距与套补距示意图油补距与套补距示意图 井身结构示意图井身结构示意图 2.8 套管深度：转盘上平 面到油层套管鞋位置的深 度。 2.9 人工井底：油井固井 完成留在套管内最下部一 段水泥凝固后的顶面。 人工井底深度：从转盘上 平面到人工井底之间距离 的深度。 2.10 水泥返高：固井时油 层套管和井壁之间的环形 空间的水泥上返高度。 水泥返高的深度：转盘方 补心到环形空间水泥面

18、之 间的距离。 2.11 水泥塞：固井后,从 完钻井底至人工井底这段 水泥柱。 三、井深结构的设计 1.设计原则： （1）有效的保护油气层，使不同地层压力的油气层免受钻井液的损 害。 （2）应避免漏、喷、塌、卡等井下复杂情况的发生，为全井顺利钻 进创造条件，以获得最短建井周期。 （3）钻下部地层采用重钻井液时产生的井内压力不致压裂上层套管 处最薄弱的裸露地层。 （4）下套管过程中，井内钻井液柱的压力和地层压力之间的压差， 不致产生压差卡套现象。 2.设计步骤： （1）根据区域地质情况，确定必封点深度。 必封点：裸露井眼中存在一定长度的可行裸露段，其长度是由工程和 地质条件决定的井深区间，其顶界是上一层套管的必封点，底界为该层套管 的必封点