钻井与完井工程课件2井身结构设计

1、第二章：井身结构设计第二章：井身结构设计第二章：井身结构设计第二章：井身结构设计l第一节：地层压力理论及预测方法第一节：地层压力理论及预测方法dc指数指数声波时差声波时差地震层速度法地震层速度法井身结构井身结构l定义定义套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配合。）与套管尺寸的配合。 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法定义定义l静液压力是由液柱重力引起的静液压力是由液柱重力引起的压力。压力。计算计算l：液体密度：液体密度, ,（g/cmg/cm3 3）lh:h:液柱垂直高度，液柱垂直高度，m mph地层压力理论及预测方法

2、地层压力理论及预测方法l压力梯度压力梯度(pressure gradient)地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法定义：定义：计算计算p0p0：上覆岩层压力；：上覆岩层压力；mpampa；：无量纲的小数：无量纲的小数rm:rm:岩石基质密度，岩石基质密度，g/cm3g/cm3；:地层空隙中流体密度，地层空隙中流体密度，g/cm3g/cm3；h h：井深，：井深，m.m.地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法popp 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l地层坍塌压力地层坍塌压力(caving pressure)(caving pressure)10/21/2021井底环空

3、压力井底环空压力地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l异常地层压力异常地层压力hp地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l异常低压产生原因异常低压产生原因10/21/2021 pdp po海面/地面地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法10/21/2021l流体运移流体运移地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法10/21/2021地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l地层压力预测（监测）方法地层压力预测（监测）方法dh地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法ldc指数法预测的原理指数法预测的原理-1.5-1-0.

4、500.511.5024681012log(x)y00.511.522.533.5051015202530-log(0.0547v/n)d地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法ldc指数法预测的原理指数法预测的原理地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法d指数指数dc指数指数地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法ldc指数监测地层压力的方法指数监测地层压力的方法按一定深度取点，一般按一定深度取点，一般1.53m取一点，如果钻速取一点，如果钻速高可以高可以510m一个点，重点井段一个点，重点井段1m一点，同时记一点，同时记录每个记录点的钻头尺寸、钻速、钻压、转速、地录每个记录点的

5、钻头尺寸、钻速、钻压、转速、地层水和钻井液密度。层水和钻井液密度。计算计算dc指数指数通过统计分析的方法建立正常压力趋势线通过统计分析的方法建立正常压力趋势线计算地层压力计算地层压力地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l地层压力计算地层压力计算dc地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l地层压力计算地层压力计算mpa/m10/21/2021dch地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l等效深度计算等效深度计算在等效深度处，地层骨在等效深度处，地层骨架应力相等架应力相等heh地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l地层压力预测（监测）方法地层压力预测（监测）方法10/2

6、1/2021h声波时差地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l声波时差（用页岩的声波时差）声波时差（用页岩的声波时差）l要求：足够数量的测井数据要求：足够数量的测井数据h：井深，：井深，m t:井深井深h处的泥岩声波时差，处的泥岩声波时差，s/ft t0:表层泥岩声波时差表层泥岩声波时差, s/ftc：正常趋势线斜率：正常趋势线斜率a:正常趋势线截距正常趋势线截距地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l声波时差法预测地层压力声波时差法预测地层压力地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l地层压力预测（监测）方法地层压力预测（监测）方法地层破裂压力确定方法地层破裂压力确定方法l理

7、论计算理论计算地层破裂压力确定方法地层破裂压力确定方法l地层破裂压力计算地层破裂压力计算地层的破裂是由井壁上的应力状态决定的。地层破地层的破裂是由井壁上的应力状态决定的。地层破裂是由于井壁上的有效切向应力达到或超过岩石的裂是由于井壁上的有效切向应力达到或超过岩石的拉伸强度（抗张强度）拉伸强度（抗张强度）10/21/2021测试方法测试方法ppf=pstand_pipe+pm地层破裂压力确定方法地层破裂压力确定方法10/21/2021液压试验（泄漏试验）液压试验（泄漏试验）p泵入量：泵入量：v立立管管压压力力pa地层破裂压力确定方法地层破裂压力确定方法地层破裂压力确定方法地层破裂压力确定方法l地

8、层破裂压力的现场测试地层破裂压力的现场测试地层破裂压力确定方法地层破裂压力确定方法l地层破裂压力的现场测试地层破裂压力的现场测试地层坍塌压力确定方法地层坍塌压力确定方法l造成井壁坍塌的原因主要是由于井内液柱压力太低，使得井壁造成井壁坍塌的原因主要是由于井内液柱压力太低，使得井壁周围岩石所受应力超过岩石本身的强度而产生剪切破坏所造成周围岩石所受应力超过岩石本身的强度而产生剪切破坏所造成的，此时，对于脆性地层会产生坍塌掉块，井径扩大，对塑性的，此时，对于脆性地层会产生坍塌掉块，井径扩大，对塑性地层，则向井眼内产生塑性变形，造成缩径。地层，则向井眼内产生塑性变形，造成缩径。c:岩石的粘聚力岩石的粘聚

9、力：岩石的内摩擦角；：岩石的内摩擦角；n:岩石剪切面上的法向正应力岩石剪切面上的法向正应力.地层坍塌压力确定方法地层坍塌压力确定方法l地层坍塌压力计算地层坍塌压力计算地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l泥页岩强度和力学参数的确定泥页岩强度和力学参数的确定 井身结构设计井身结构设计l定义定义套管层次、套管下入深度以及井眼套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配合。合。 保证安全、优质、快速和经济地钻达保证安全、优质、快速和经济地钻达目的层目的层l内容内容10/21/2021井身结构设计井身结构设计10/21/2021井身结构设计井身结构

10、设计井身结构设计井身结构设计10/21/2021井深井深当量泥浆密度当量泥浆密度gpgf井身结构设计井身结构设计井身结构设计井身结构设计l井身结构设计关键参数井身结构设计关键参数wpsmaxmax井身结构设计井身结构设计l井身结构设计关键参数井身结构设计关键参数gmesmax井身结构设计井身结构设计l井身结构设计关键参数井身结构设计关键参数kmesmaxknpmeshhmaxmax井身结构设计井身结构设计l井身结构设计关键参数井身结构设计关键参数ffmes当量泥浆密度当量泥浆密度gpgf井身结构设计井身结构设计l最大允许压差最大允许压差井身结构设计井身结构设计l设计步骤和方法设计步骤和方法fg

11、wpfnrsssmax井身结构设计井身结构设计l设计步骤和方法设计步骤和方法knipfwpfnkshhssmaxmax井身结构设计井身结构设计l设计步骤和方法设计步骤和方法当量泥浆密度当量泥浆密度gpgf正常工况（起钻、下钻）正常工况（起钻、下钻）发生液流时发生液流时当量泥浆密度当量泥浆密度gpgf井身结构设计井身结构设计l设计步骤和方法设计步骤和方法mmwphsp)(00981. 0minmax井身结构设计井身结构设计l设计步骤和方法设计步骤和方法），则中间套管下至），则中间套管下至wmmnppershpmin0098. 0wmmappershpmin0098. 0井身结构设计井身结构设计l

12、设计步骤和方法设计步骤和方法kninfwfnppershhss, 1采用迭代法，试取一个采用迭代法，试取一个hn+1值求值求pper，如果如果pper大于该深度的实大于该深度的实际地层压力梯度，且二者接近，际地层压力梯度，且二者接近，则则hn+1就是尾管下入深度。就是尾管下入深度。gpgfhnhn+1wmmnppershpmin0098. 01)中间套管下深中间套管下深hn的确定的确定与与pper相对应的井深即为中相对应的井深即为中间套管下深间套管下深hn。2)尾管下深尾管下深hn+1的确定的确定kninfwfnppershhss, 110/21/2021步骤步骤1 1、定中间套管最大下入、定

13、中间套管最大下入深度假定点。深度假定点。井身结构设计井身结构设计当量泥浆密度当量泥浆密度gpgf10/21/2021井身结构设计井身结构设计当量泥浆密度当量泥浆密度gpgf10/21/2021井身结构设计井身结构设计当量泥浆密度当量泥浆密度gpgf井身结构设计井身结构设计l油层套管从井底到井油层套管从井底到井口（对于射孔完井）口（对于射孔完井）当量泥浆密度当量泥浆密度gpgfl生产套管尺寸应满足采油方面要求。根据生产层的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产能、油管大小、增产措施及井下作业等要求来确定。定。l对于探井，要考虑原设计井深是否要加

14、深，地质上对于探井，要考虑原设计井深是否要加深，地质上的变化会使原来的预告难于准确，是否要求井眼尺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，以及对岩心尺寸寸上留有余量以便增下中间套管，以及对岩心尺寸要求等。要求等。l要考虑到工艺水平，如井眼情况、曲率大小、井斜要考虑到工艺水平，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、角以及地质复杂情况带来的问题。并应考虑管材、钻头库存规格等的限制。钻头库存规格等的限制。套管尺寸与井眼尺寸选择及配合套管尺寸与井眼尺寸选择及配合l确定井身结构尺寸一般确定井身结构尺寸一般依次进行，首先确定生依次进行，首先

15、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，然后确定中层套管尺寸等，依此类推，直到表层套管的井眼尺定中层套管尺寸等，依此类推，直到表层套管的井眼尺寸，最后确定导管尺寸。寸，最后确定导管尺寸。l生产套管根据采油方面要求来定。勘探井则按照勘探方生产套管根据采油方面要求来定。勘探井则按照勘探方要求来定。要求来定。l套管与井眼之间有一定间隙，间隙过大则不经济，过小套管与井眼之间有一定间隙，间隙过大则不经济，过小会导致下套管困难及注水泥后水泥过早脱水形成水泥桥会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。间隙值一般最小在9.512

16、.7mm(3/81/2in)范围，最范围，最好为好为19mm（3/4in）。）。套管尺寸与井眼尺寸选择及配合套管尺寸与井眼尺寸选择及配合四、套管尺寸与井眼尺寸选择及配合四、套管尺寸与井眼尺寸选择及配合81/2破裂压力梯度f1h2h1450m3826m3h4146mp地层压力梯度=0.036g/cm=0.036g/cm3 3=0.036g/cm=0.036g/cm3 3=0.024g/cm=0.024g/cm3 3=2.209g/cm=2.209g/cm3 3破裂压力梯度f1h2h1450m3826m3h4146mp地层压力梯度 fdfdfgwpfnrsssmax破裂压力梯度f1h2h1450m3826m3h4146mp地层压力梯度破裂压力梯度f1h2h1450m3826m3h4146mp地层压力梯度套管层次套管层次下入深度下入深度m表层套管表层套管中间套管中间套管中间尾管中间尾管油层套管油层套管1450382641464878破裂压力梯度f1h2h1450m3826m3h4146mp地层压力梯度1.1.井身结构设计的任务、依据。井身结构设计的任务、依据。2.2.有关的基本概念（地层压力、地层破裂压力、地层坍塌有关的基本概念（地层压力、地层破裂压力、地层坍塌压力）压力）3.3.简述简述dcdc指数法、声波时差法预测地层压力的原理和使用指数法