井身结构设计ppt课件.ppt

1、井身结构设计的任务和原则，主要任务：确定下套管水平、下入深度、水泥浆返出深度、水泥环厚度、生产套管尺寸和钻头尺寸。主要原则：1 .能有效保护储层；2避免井漏、井塌、卡钻等井下复杂情况和事故。为安全、优质、高速、经济钻井创造条件；3.当实际地层压力超过预测值，发生溢流时，有能力在一定范围内处理溢流。套管、井壁、水泥环和井身结构设计内容：确定套管下入深度、水泥浆返出深度、水泥环厚度、钻头尺寸，1裸眼井段存在地层压力、地层破裂压力和钻井液有效液柱压力三者之间的相关性。地层压力系统必须满足以下条件：裸眼井钻井液有效液柱压力必须大于或等于地层压力，以防止井喷；但必须小于或等于地层破裂压力，以防止裂缝性地

2、层井漏。考虑到井壁的稳定性，应增加一个与时间有关的不等式：对于满足上述两个不等式的同一井段，该井段各段之间无需进行套管封隔。否则，需要用套管密封。其中：Pf地层破裂压力；PmE钻井液的有效液柱压力；聚丙烯地层压力。Gt(t)该段岩层的坍塌压力梯度。Gm(t)该段钻井液有效压力梯度。液体压力系统的等效梯度分布，未密封液柱系统的压力分布和等效梯度分布，密封液柱系统的压力分布和等效梯度分布，地层压力和地层破裂压力剖面的线性插值，地层压力和地层破裂压力的数据一般是离散的，由压力梯度和深度数据的几个离散点组成。为了获得连续的地层压力和破裂压力梯度剖面，拟合曲线是不适用的，但可以依靠线性插值法。在线性插值

3、中，认为两个离散相邻点之间压力梯度的变化规律是一条直线。任意深度h的线性插值步骤：让自上而下顺序为I的点有深度Hi，地层压力梯度GPi，地层破裂压力梯度Gfi，其上部邻点的序号为i-1，相邻地层压力梯度为GPi-1，地层破裂压力梯度为Gfi-1，则深度区间HiHi-1中任意深度h有以下几点：(1)井身结构的设计原则必须确定密封点的深度。可行暴露段长度是由工程地质条件决定的井深区间，其顶界是上套管的强制密封点，其底界是该层套管的强制密封点深度。1、井身结构设计原则中密封点深度的确定。工程约束下密封点深度的确定，1。正常操作条件下(起下钻和钻井)密封点深度的确定。溢出约束下密封点深度的确定。压差卡

4、钻约束下密封点深度的确定，2。目的层是暴露段的底部边界，油层套管的深度取决于不同的完井方式。3地质复杂层(如坍塌层、盐膏层、漏失层等)。)、水层、非目的油气层以及其他目前钻井技术难以解决的层段，只要这种封闭点出现在裸露段，这些层段就是应该考虑的封闭层段的顶部边界。(1)在正常作业条件下(起下钻和钻井)，在近平衡压力钻井条件下，钻某层套管段所用的最大钻井液密度m应大于或等于该层段最大地层压力梯度当量密度Pmax与该深层段钻井过程中可能出现的最大抽汲压力梯度当量密度Sw之和，以防止起下钻过程中抽汲造成的水淹。也就是说，当在起下钻过程中使用这种钻井液密度时，会在井中产生一定的激励压力Sg那么在该层中

5、套管的可行暴露段的底部边界(或套管的深度必须密封)、和深度的确定必须在工程约束下密封。(2)确定必须在溢出约束下密封的深度。正常钻井过程中，当根据近平衡压力的设计钻井液密度钻至一定井深Hx时，出现Sk溢流，停泵关闭防喷器。隔水管压力读数是Psd关井后井内有效的液柱压力平衡。Hx溢流深度m和暴露井深区间的地层破裂强度(地层破裂压力)应能承受此时井内液柱的有效液柱压力。考虑到地层破裂安全系数Sf、以及工程约束下密封点深度的确定，(3)压差卡钻约束下密封点深度的确定，钻井液密度为(P Sw)，当套管柱进入低压段时，会有压差卡钻到套管上。正常压力层段的极限压差为PN，异常压力层段的极限压差为Pa。即井

6、身结构设计中的Pm-PPmin PN(或Pa)，从上面设计出该层套管密封点的深度后，一般用上面的公式来检查是否能安全下降到密封点。井身结构设计的基本参数包括地质数据和工程数据。地质资料(1)岩性剖面和断层提示；(2)地层压力梯度剖面；(3)地层裂缝压力梯度剖面。2工程数据(1)抽汲压力系数Sw，表示为等效钻井液密度；单位：克/立方厘米：美国墨西哥湾采用Sw=0.06。中国中原油田Sw=0.0150.049。(2)激励压力系数Sg，以当量钻井液密度表示，单位为克/立方厘米。Sg由(2-58)计算的激发压力计算得出，美国墨西哥湾的Sg=0.06，中国中原油田的Sg=0.0150.049。(3)地层

7、压裂的安全增量Sf，表示为当量钻井液密度，单位为g/cm3。考虑到地层破裂压力的检测误差，加入Sf，与地层破裂压力的检测精度有关，可由区域统计数据确定。美国油田Sf值为0.024，中国中原油田为0.020.03。(4)溢流条件Sk表示为当量钻井液密度，单位为g/cm3。由于地层压力检测的误差，溢流压井时地层压力Sk的增加值受到限制。该值由区域压力检测精度和统计数据决定。美国油田一般取Sk=0.06。中原油田在中国的价值为0.050.10。(5)压差允许值为PN(Pa)的裸眼井钻井液柱压与地层孔隙压力相差过大，不仅降低了钻速，而且是压差卡钻的直接原因，在下套管时会造成卡钻事故，使已钻的井眼无法进

8、行固井和完井工作。压差允许值与工艺技术密切相关。为确定压差允许值，各油田可根据卡钻数据(卡钻深度、当时钻井液密度、卡钻点地层孔隙压力等)计算出当时的压差。)。然后，对大量的压差值进行统计分析，以获得该区域内合适的压差允许值。2井身结构设计的工程数据、方法和步骤、1套管水平和套管柱类型国内油田的下套管水平有：导管、表层套管、中间套管(或技术套管)和储层套管。表层套管、中间套管和储层套管一般按照(339.7244.5177.8139.7毫米(13 3/8 9 5/8 7 5英寸)系列设计。导管、表层套管、技术套管、储层套管和井身结构的设计方法和步骤如下：(1)根据区域地质条件，确定正常作业条件或溢

9、流条件；(2)利用压力剖面中的最大地层压力梯度，找到中间套管下入深度的假设点。从横坐标找到设计的地层破裂压力梯度fD，向下的垂直线与地层破裂相交钻井深度H3为m时所用钻井液密度，单位为Pm-PPmin PN公式，g/cm3；PH3以下裸眼井段最小或正常地层压力梯度的当量密度，g/cm3；HN最深正常地层压力或最小地层压力深度，m。在PPN(或帕)的情况下，假设深度H3是中间套管的下入深度。在PPN(或帕)的情况下，中间套管可能在下入H3时被卡住。在这种情况下，可以采用以下解决方案：(1)井身结构设计的方法和步骤；(2)当中间套管下入深度(或pa)在HN深度和允许压差(或Pa)时，用以下公式重新

10、计算钻井液密度。(m-Sw)=最大允许地层压力。压力剖面上有(m-Sw)值，垂直导线与地层压力梯度线相交，交点为新计算的中间套管下入深度，记录为H2。当应用方法a时，通常需要下一个额外的套管或衬管。为了避免这种情况，钻井工程师可以根据所在地区的钻井技术水平、钻井液体系和性能，从技术和防卡钻液方面解决中间套管下入H3的卡钻危险。井身结构设计的方法和步骤(4)计算钻(或中间)衬管的最大下入深度在前一步中，如果压差卡钻的风险按照方法A解决，则需要下一段中间衬管，以满足H3和H2使用(Pmax Sw)钻井液密度钻井时的安全钻井问题。在正常情况下，中间排气管可以降低到H3。当然，根据中套管鞋(H2)处的

11、地层破裂压力梯度，可以下推尾管的最大坐封深度：中套管鞋处的fH2地层破裂压力梯度，g/cm3；中间衬管最大下入深度处的地层压力梯度，g/cm3。压力梯度剖面的横坐标为P，从P画出的垂直线与地层压力梯度线相交，交点为中间衬层的最大下入深度H3。(5)计算表层套管下入深度，根据套管鞋中部地层压力梯度PH2，在Sk溢流条件下，用试算法计算表层套管下入深度。公式中，fD用于设计地层破裂压力梯度，其工程意义是溢流压井时表层套管鞋承受的有效液柱压力梯度的当量密度。在试算中，fH1-fD(00.024)满足设计要求。井身结构设计的方法和步骤，(6)进一步检查中间衬管。当中间衬管下降到最大深度时，检查是否有卡

12、壳的危险。检查方法与步骤3相同。在给定的Sk溢流条件下压井时，检查中间套管鞋是否有破裂的危险。用步骤5检查方法。(7)当油套管下入目的层时，应检查压差卡钻和溢流情况。套管尺寸和井眼尺寸的选择和匹配。设计中应考虑的因素(1)生产套管的尺寸应满足采油要求。根据生产层的生产能力、油管尺寸、增产措施和井下作业。(2)对于探井，需要考虑原设计井深是否需要加深，地质变化是否会使原预测难以准确，是否需要留有增加中间套管的井眼尺寸余量，以及岩心尺寸要求。(3)应考虑技术水平，如钻孔条件、曲率、倾角和复杂地质条件引起的问题。应考虑管材和钻头等库存规格的限制。套管尺寸和井筒尺寸的选择和匹配；2 .套管和井身尺寸的

13、选择和确定方法(1)确定井身结构尺寸一般由内向外进行，首先确定生产套管尺寸，然后确定下入生产套管的井身尺寸，然后确定中间套管尺寸，依此类推，直到地面套管的井身尺寸，最后确定导管尺寸。(2)生产套管应根据采油要求确定。探井根据以下要求确定套管与其对应钻孔的尺寸匹配基本上是在小范围内确定或改变的。例1中，井的设计深度为4873米，地层压力梯度和地层破裂压力梯度剖面如图2-11所示。这口井没有地质复杂层。以下数值作为设计系数：SW=0.036g/cm3 SG=0.036g/Cm3 SF=0.024g/Cm3 SK=0.060g/Cm3 PN=16.56 MPa=21.36 MPa、1450m、382

14、6m、4146m，实施例1，(1)钻井期间最大地层压力梯度=2.113g/cm3，抽汲压力SW=0.036g/Cm3，最小钻井液密度mmi=2.149g/cm3在压力曲线的横坐标上，从2.209处画出一条垂直线。垂直线与地层破裂压力梯度曲线一致。H3交会对应井深为4146米，假设为中间套管下入深度，该深度地层压力梯度为1.74克/立方厘米。(2)验证下入中间套管至4146米深度时是否存在卡壳风险，其中m=PH2 Sw(PH2为4146米深度处的地层压力梯度)，PH2=1.74(g/cm3)1.740.036=1.776g/cm3。HN=3，384米(在压力剖面中检查正常地层压力的最大井深)，代

15、入上述公式=23.08兆帕。由于为23.0816.56米，中间套管下入深度为4146米，因此存在卡套的危险，应减小中间套管下入深度。1450米，3826米，4146米，HN=3384米。例如计算分析例1，在允许压差为16.56MPa的条件下，中间套管H2 HN下入深度=3，384m-SW=中间套管下入深度处的地层压力梯度1.579-0.036=1.543g/cm3。1450米，3826米，4146米。示例计算和分析示例1。(3)计算中间衬管H3 4146m-3826m=320m的最大下入深度，检查衬管下入4146m井深时压差卡钻的可能性。在4146米下钻尾管时使用的钻井液密度=4146米下钻时

16、的地层压力梯度=1.740.036=1.776克/立方厘米P=0.00981(1.776-1.543)3826=8.745兆帕因为它是8.74521.36，下中间尾管时尾管不会被卡住。1450米、3826米、4146米、4146米、4146米、4146米、4146米、4146米、4146米、4146米、4146米、4146米、4146米、4146米、4146米、4146米、4146米、4146米、4146米、4中间衬层井4146m深度处的地层压力梯度为=1.74g/cm3=1.865g/cm3，3826m深度处的地层强度(地层破裂压力梯度)为=2.172g/cm3。由于1.8652.172，当钻至4146米井深时，如果发生溢流，关井不会使中间套管鞋处地层破裂，造成井下井喷危险。1450米，3826米，4146米，实例计算分析实例1，(4)表层套管下入深度H1根据中层套管下入深度3826