第3章1 井身结构设计

1、颜婉荪颜婉荪. 钻井地质基础钻井地质基础. 北京北京: 石油工业出版社石油工业出版社, 1981: 136fmpppppmfGGG tGtGsm正文：正文：p表示压力；G表示压力梯度；t表示时间。下标：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。问题：压力和压力梯度的关系？1. 为什么下套管为什么下套管?2. 套管柱的不同类型套管柱的不同类型3. 井身结构示例井身结构示例4. 井身结构定义井身结构定义套管是什么套管是什么?套管套管水泥环水泥环为什么下套管为什么下套管? ?1. 1. 防止井壁坍塌，形成防止井壁坍塌，形成“大肚子大肚子”2. 2. 在陆地上在陆地上 防止污染

2、淡水砂层防止污染淡水砂层3. 3. 钻井期间控制压力钻井期间控制压力为什么下套管为什么下套管? ?4. 4. 增加钻至目的井深的可靠性增加钻至目的井深的可靠性5. 5. 防止地层水运移到产层防止地层水运移到产层6. 6. 把产出流体限定在井眼中把产出流体限定在井眼中7. 7. 生产阶段为井下设备提供可靠的环境生产阶段为井下设备提供可靠的环境1. 表层套管；表层套管；2. 技术套管（或称中间套管）；技术套管（或称中间套管）；3. 生产套管（或称油层套管）；生产套管（或称油层套管）；4. 尾管尾管。20(508mm)36(914.4mm)17 1/2 ( 444.5mm)12 1/4 (311.2

3、mm)8 3/4( 222.3mm)30(762mm)7(177.8mm)13 3/8(339.7mm)9 5/8(244.5mm)26 (660.4mm)泥线泥线海油钻井套管柱的类型海油钻井套管柱的类型 外径外径 实例实例 16-60 30406.4-1524mm 762mm 16 -48 20406.4-1219.2mm 508mm8 5/8 -20 13 3/8219.1-508mm 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)7 5/8”-13 3/8” 9 5

4、/8”193.7-339.7mm 244.5mm外径外径 实例实例4 1/2”-9 5/8” 7”114.3-244.5mm 177.8mm套管柱的类型套管柱的类型4. 中间套管柱5. 生产套管柱6. 尾管柱7. 油管柱定义：井身结构包括套管层次和定义：井身结构包括套管层次和下入深度下入深度，以及井眼尺寸（即钻，以及井眼尺寸（即钻头尺寸）与套管尺寸的配合。头尺寸）与套管尺寸的配合。确定四类参数：套管层次、下入深度、确定四类参数：套管层次、下入深度、钻头直径、套管外径。钻头直径、套管外径。（1）能有效地保护油气层，使不同压力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。梯度的油气层

5、不受泥浆污染损害。（2）应避免漏、喷、塌、卡等复杂情况）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，使钻井产生，为全井顺利钻进创造条件，使钻井周期最短。周期最短。（3）钻下部高压地层时所用的较高密度泥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。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）下套管过程中，井内泥浆液柱压力和地层压力之间的压差，不致产生压差卡套地层压力之间的压差，不致产生压差卡套管事故。管事故。1、地质方面的数据、地质方面的数据2、工程类数据、工程类数据（1）岩性剖面及其故

6、障提示；）岩性剖面及其故障提示；（2）地层孔隙压力剖面；）地层孔隙压力剖面；（3）地层破裂压力剖面。）地层破裂压力剖面。（1）抽汲压力允许值（）抽汲压力允许值（Sb）与激动压力允许值（）与激动压力允许值（Sg）（2）地层压裂安全增值（）地层压裂安全增值（Sf）（3）井涌条件（）井涌条件（Kick size）允许值（）允许值（Sk）（4）压差允许值（）压差允许值（pN与与p）（1）Sb=0.050.08 Sg=0.070.10 （2）Sf=0.03 （3）Sk=0.060.14 （4）pN=11.76 MPapA=14.719.6 MPa注：仅供参考，对具体区块应通过具体研究确定。注：仅供参考，

7、对具体区块应通过具体研究确定。 （1）各层套管（油层套管除外）下入深度初选点）各层套管（油层套管除外）下入深度初选点Hn的的确定确定（2）校核各层套管下到初选点深度）校核各层套管下到初选点深度Hni时是否发生压时是否发生压差卡钻差卡钻（3）当中间套管下入深度浅于初选点（）当中间套管下入深度浅于初选点（HnHni）时，）时，则需要下尾管并要确定尾管下入深度则需要下尾管并要确定尾管下入深度Hn+1（4）必封点的确定）必封点的确定正常作业下钻正常作业下钻gfbpfnrSSSmax发生井涌情况发生井涌情况knipfbpfnkSHHSSmaxmax最大地层压力梯度地层破裂压力梯度初选下入深度最大钻井液密

8、度最大钻井液密度mmaxmaxmaxmpbSpbmS解释解释由起钻时的压力平衡条件确定钻井液密度地层孔隙压力梯度意义：起钻时，井内压力要大于地层压力。取临界状态取临界状态最大钻井液密度正常作业情况（下钻）正常作业情况（下钻）maxBrmgS发生井涌情况（关封井器并加回压）发生井涌情况（关封井器并加回压）maxBkmkSmaxmaxpBkmknHSH解释解释由破裂压力梯度确定的最大井内压力梯度解释解释kpkksbkSHSHpmax井口压力井涌点垂深kensbkSHpkpkenSHSHmaxknpkeSHHSmax解释解释ffBrS或或ffBkS解释解释地层破裂压力梯度解释解释maxmaxmpbS

9、maxBrmgSffBrS代入gSffSbpSmaxgfbpfSSSmax解释解释maxmaxmpbS代入maxpknHSHffSmaxpbSmaxmaxpBkmknHSHffBkSmaxmaxpfpbfknHSSSH3minmaxmin9.81 10rnppbppHS当当prnp时，则可能发生压差卡钻。时，则可能发生压差卡钻。p为压差允许值，正常为压差允许值，正常压力地层用压力地层用pN，异常压力地层用，异常压力地层用pA 压力单位为MPa；密度单位为g/cm3。地层孔隙压力pmin所对应的井深钻井液密度bppperSHpminmin3108 . 9minmaxmin31081. 9pbpr

10、nSHp由前式得：令prn=p， pmax=pperkninfbfnpperSHHSS1knipfbpfnkSHHSSmaxmax令fnk=fn， pmax=pper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。1、设计中考虑的因素、设计中考虑的因素2、套管和井眼尺寸的选择和确定方法、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、套管及井眼尺寸标准组合1 1、设计中考虑的因素、设计中考虑的因素2 2、套管和井眼尺寸的选择和确定方法、套管和井眼尺寸的选择和确定方法3 3、套管及井眼尺寸标准组合、套管及井眼尺寸标准组合例题解答 孔隙压力为：孔隙压力为：1.5 9.81 150022072.5kPa 钻井液柱压力为钻井液柱压力为 = 钻井液密度钻井液密度 9.81 1500 = 孔隙孔隙压力压力 = 1.5 9.81 1500 需要的钻井液密度为需要的