钻井工程-19-井身结构讲解

2.18 2.30
泥线90m 30" 20"
16"
13-3/8" 10-3/4" 9-5/8"
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13
2、验证中间套管下到 深度D21是否被卡 （1）首先求裸眼可能存在的最大静压差：
P ( pmax Sb pmin ) Dmin 0.00981
ρ pmax ：钻进至D21遇到的 最大地层压力当量泥浆密度。
Dmin ：最小地层孔隙压力所处的井深，m
• 若 P PN ，不卡，D21为中间套管下入深度D2。 • 若 P PN ，会卡，中间套管应小于初选点深度，
Dpmin ——最小地层孔隙压力所处的井深，m
f min ——裸眼段最小地层破裂压力的当量泥浆密度， g / cm3
fc1 ——套管鞋处地层破裂压力的当量泥浆密度， g / cm3
Dc1 ——套管下入深度，m
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五、井身结构设计方法
1、求中间套管下入深度初选点 D21 （1）不考虑发生井涌
钻井工程
井身结构
中国石油大学（北京）
1
oil zone
一开 表层套管
二开 中间套管
(技术套管)
三开 生产套管
(油层套管)
2
井身结构—油井基础，全井骨架 固井工程—套管柱设计和注水泥 不仅关系全井能否顺利钻进完井， 而且关系能否顺利生产和寿命。
3
井身结构设计 内容：套管层次； 每层套管下深； 套管和井眼尺寸配合。
（1）中间套管下入深度初选点 D21 由 f pmax Sb S f Sk Dpmax / D21
试取 D21 =3400 m，代入上式得：
f 2.04 0.036 0.03 0.06 4250 / 3400
2.181g / cm3
由破裂压力曲线查得

p min

Sb

12 0.00981 3050
1.07 0.036
1.435g
/ cm3
查得 pper =1.435 对应 D2 = 3200 m。
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（3）确定尾管下深的初选点 D31
由ρf曲线查得： f 3200 2.15g / cm3
由： pper

f2
Sb
由 P ( pmax Sb pmin ) Dmin 0.00981
P (1.57 0.036 1.07)3050 0.00981 16.037MPa
Hale Waihona Puke Baidu
因ΔP ＞ ΔPN = 12 MPa, 故中间套管下深应浅于初选点。
pper

PN 9.81103 Dmin
5、计算表层套管下入深度 D1
根据 D2 处地层压力 p2 ，
计算若钻进到 D2 发生井涌关井，
表层套管鞋处承受压力当量密度：
fE
p2
Sb
Sf

D2 D1
Sk
试算：试取 D1，
计算 fE ≤查得ρ fE,确定 D1
否则重试。
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设计举例
某井设计井深为 4400 m；
地层孔隙压力梯度和破裂
Sf

D31 D2

Sk
2.15 0.036 0.03 D31 0.06 3200
试取 D31 =3900m，得 pper 2.01g / cm3
由ρp曲线，p3900 1.94 pper 2.01g / cm3
故确定初选点 D31 = 3900 m.
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（4）校核是否会卡尾管 计算压差：
故确定 D1 = 850 m。
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六、套管尺寸和井眼尺寸选择
目前我国使用最多的套管/钻头系列是：
(26")20"(17
1 2
")13
3 8
"(12
1 4 " )9
5 8
"(8
1 2
")7"(5
7
8
")4
1 2
"
套管和井眼尺寸确定一般是由内到外进行
根据采油要求
油层套管尺寸
匹配钻头
……
套管与井眼间间隙与井身质量、固井水泥环强度要求、下套 管时井内波动压力、套管尺寸等因素有关，9.5mm ～ 19mm。
f 3400 2.19g / cm3, f f 3400
且接近，故确定 D21 = 3400 m 。
19
（2）校核中间套管是否会被卡 由ρ P曲线，钻进到深度 D21 =3400 m时，
遇到最大地层压力 p3400 = 1.57 g/cm3
因 pmin 1.07g / cm3, Dmin 3050m
需根据压差卡钻条件确定中间套管的下深。
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（2）求压差 PN 条件下允许
的最大地层压力 pper
pper

PN 0.00981 Dmin

p min

Sb
在地层压力曲线上找出 pper
深度即为中间套管的下深 D2 。
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3、求钻井尾管下入深度初选点 D31
根据 D2 处地层破裂压力 f 2 ，
• 6 个设计系数：
抽吸压力系数Ｓｂ：0.024~0.048 g/cm3
激动压力系数Ｓｇ：0.024~0.048 g/cm3
压裂安全系数Ｓｆ：0.03~0.06 g/cm3
井涌允量 Ｓｋ：0.05~0.08 g/cm3
压差允值 △P： △PN = 15~18 MPa
△P A = 21~23 MPa
9
8-1/2″*目的层
7″尾管*目的层
6
7
二、井身结构设计原则 1、有效保护油气层 2、有效避免漏、喷、塌、卡等井 下复杂事故，安全、快速钻井 3、井涌时，有压井处理溢流能力 4、下套管顺利，不压差卡套管
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三、井身结构设计基础数据
• 4个剖面：
孔隙压力剖面 破裂压力剖面 坍塌压力剖面 漏失压力剖面
求出继续向下钻进时
裸眼段允许最大地层压力 pper
pper
f2
Sb
Sf

D31 D2

Sk
试算法：
先试取一个 D31，计算 pper ， 若计算 pper与实际值接近且略大，
则 D31 为尾管初选点，否则重试。
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4、校核尾管下到 D31 是否被卡 校核方法同 2，△P N 换成△P A
由： fE
p2
Sb
Sf

D2 D1
Sk
1.435 0.036 0.03 3200 0.06 D1
试取 D1 = 850 m , 代入上式计算得 fE 1.737g / cm3
由ρf曲线查得 f 850 1.74g / cm3, fE f 850 ,
P ( pmax Sb pmin ) Dmin 0.00981
(1.94 0.036 1.435)3200 0.00981 16.98MPa
因为
P PA 18MPa ，
故确定尾管下深为 D3 = D31 = 3900m 。
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（5）确定表层套管下深 D1
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其中：
d d max p max
——钻井液密度， g / cm3
——裸眼段内使用的最大钻井液密度， g / cm3 ——裸眼段钻遇最大地层压力的当量泥浆密度，g / cm3
Dpmax ——最大地层孔隙压力所处的井深，m
pmin ——裸眼段钻遇最小地层压力的当量泥浆密度，g / cm3
四、裸眼井段应满足的力学平衡
（1）防井涌
d p max Sb
（2）防压差卡套管
(d max pmin ) Dpmin 0.00981 P
（3）防井漏
d max Sg S f f min
（4）防关井井漏
d max S f Sk Dpmax / Dc1 fc1
3、生产套管—Production casing 钻达目的层后下入的最后一层套管 用以保护生产层，提供油气生产通道
4、尾管（衬管） —Liner 5
例：克拉2气田井身结构实施方案
28″导管 26″x300m
18-5/8″x300m
16″x2600m 13-3/8″x2600m
12-1/4″x 封白云岩 10-3/4″x100m+9-7/8″x封白云岩
目前，根据套管层次不同，已基本形成了较稳定的系列。
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克拉2气田典型井身结构
28″导管 26″x300m
18-5/8″x300m
16″x2600m 13-3/8″x2600m
12-1/4″x 封白云岩
10-3/4″x100m+9-7/8″x封白云 岩
8-1/2″*目的层
7″尾管*目的层
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2.16
压力梯度 剖面如图 。
试进行该井井身结构设计。
给定设计系数： Sb = 0.036 ；
Sg = 0.04 ；
Sk = 0.06 ；
Sf = 0.03 ；
ΔPN = 12 Mpa ;
ΔPA = 18 MPa ;
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解： 由图上查得 pmax 2.04g / cm3, Dpmax 4250m
一、套管的分类及作用 二、井身结构设计原则 三、井身结构设计基础数据 四、裸眼井段应满足力学平衡 五、井身结构设计方法（举例） 六、套管尺寸和井眼尺寸选择
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一、套管的分类及作用
1、表层套管—Surface casing 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂层 安装井口、悬挂及支撑后续各层套管
2、中间套管—Intermediate casing 表层和生产套管间因技术要求下套管 可以是一层、两层或更多层 主要用来分隔井下复杂地层
由 f pmax Sb Sg S f
计算出ρ f ，在破裂压力曲线
查出ρf 所在的井深 D21 ， 即为中间套管下入井深初选点。
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（2）考虑可能发生井涌
由 f pmax Sb S f Sk Dpmax / D21
试算法求ρf 先试取一个D21 ，计算ρf ， 将计算ρf 与查图ρf’ 比较， ρf ≤ ρf’ ，D21为中间套管初选点 否则，重新试算。 一般情况下，在新探区，取以上 两种条件下较大值。