井身结构设计
井身结构设计的内容
井身结构设计的内容
《井身结构设计的内容》
嘿，咱今天来聊聊井身结构设计。
你知道吗，井身结构设计就像是给一口井打造一个完美的“家”。
这可不是一件简单的事儿呢！就拿我之前看到过的一口井来说吧。
那是在一个大工地里，我好奇地凑过去看他们在干嘛。
原来他们正在设计那口井的结构。
他们先得考虑井的深度啊，这可不能随便乱来。
得根据实际需求，要够深才能达到想要的资源，但又不能太深了，不然成本太高啦，这中间的分寸得把握好。
就好像你做饭放盐一样，少了没味道，多了咸得慌。
然后呢，还要设计井筒的直径，这也有讲究的呀。
得让井里面能有足够的空间来运作，但又不能太大了，不然多浪费材料和成本呀。
我看着他们在那仔细地测量、计算，就像在给井量身定制一套衣服一样，要合适，要舒服。
还有啊，井壁的强度也很重要呢。
要是不结实，那可不行，说不定哪天就塌了。
那可就像盖房子，墙要是不牢固，那可危险啦。
他们得选用合适的材料，让井壁坚固无比，能够承受各种压力和考验。
最后还有一些细节呢，比如井口的设计，要方便使用，还要保证安全。
就像我们家里的门一样，得开关方便，还不能有隐患。
总之，井身结构设计这事儿真不简单，每一个环节都得精心考虑，从深度到直径，从强度到细节。
只有这样，才能打造出一口完美的井，让它好好地为我们服务。
我看着那口正在设计中的井，仿佛看到了它未来发挥大作用的样子，真的很神奇啊！这就是井身结构设计的内容，看似普通却蕴含着大大的智慧呢！。
第二章井身结构设计
第二章 井身结构设计井身结构设计就是钻井工程得基础设计。
它得主要任务就是确定套管得下入层次、下入深度、水泥浆返深、水泥环厚度、生产套管尺寸及钻头尺寸。
基础设计得质量就是关系到油气井能否安全、优质、高速与经济钻达目得层及保护储层防止损害得重要措施。
由于地区及钻探目得层得不同,钻井工艺技术水平得高低,国内外各油田井身结构设计变化较大。
选择井身结构得客观依据就是地层岩性特征、地层压力、地层破裂压力。
主观条件就是钻头、钻井工艺技术水平等。
井身结构设计应满足以下主要原则:1.能有效地保护储集层;2.避免产生井漏、井塌、卡钻等井下复杂情况与事故。
为安全、优质、高速与经济钻井创造条件;3.当实际地层压力超过预测值发生溢流时,在一定范围内,具有处理溢流得能力。
本章着重阐明地下各种压力概念及评价方法,井身结构设计原理、方法、步骤及应用。
第一节 地层压力理论及预测方法地层压力理论与评价技术对天然气及石油勘探开发有着重要意义。
钻井工程设计、施工中,地层压力、破裂压力、井眼坍塌压力就是合理钻井密度设计;井身结构设计;平衡压力钻井;欠平衡压力钻井及油气井压力控制得基础。
一、几个基本概念1.静液柱压力静液柱压力就是由液柱自身重量产生得压力,其大小等于液体得密度乘以重力加速度与液柱垂直深度得乘积,即0.00981hP H (2-1)式中:P h ——静液柱压力,MPa;r ——液柱密度,g/cm 3; H ——液柱垂直高度,m 。
静液柱压力得大小取决于液柱垂直高度H 与液体密度r ,钻井工程中,井愈深,静液柱压力越大。
2.压力梯度指用单位高度(或深度)得液柱压力来表示液柱压力随高度(或深度)得变化。
ρ00981.0==HP G hh (2-2) 式中:G h ——液柱压力梯度,MPa/m; P h ——液柱压力,MPa; H ——液柱垂直高度,m 。
石油工程中压力梯度也常采用当量密度来表示,即HP h00981.0=ρ (2-3)式中:r ——当量密度梯度,g/cm 3; 3.有效密度钻井流体在流动或被激励过程中有效地作用在井内得总压力为有效液柱压力,其等效(或当量)密度定义为有效密度。
《井身结构设计》课件
井身材料
常用井身材料包括钢筋混凝 土、混凝土、钢和玻璃钢等。
井身结构设计的目的
提高井身稳定性
井身结构设计的目的是为了提高 井身的稳定性，确保石油井的平 稳生产。
降低事故风险
合理的井身结构设计可以减少石 油井事故的概率，保障工人的生 命安全。
提高生产效率
通过优化井身结构设计，可以提 高石油井的生产效率，降低维护 成本。
1
基础工程
进行基础开挖、标出基坑轮廓线、安置钢筋骨架等。
2
混凝土浇筑
进行钢筋模板组装、浇筑混凝土等。
3
砼强度与养护
根据测量计算、检验、养护高强度混凝土的质量。
预应力混凝土结构井的施工
预应力钢筋制作
预应力混凝土井筒需要应用预应 力钢筋，进行钢筋的制作和预应 力张拉。
施工工艺
构件之间的连接
进行预制整体与预制分段两种工 艺，将预制件安装到已完成地基 的基础上，进行钢束拉紧与固定。
井身结构设计实例分享
பைடு நூலகம்
1
长江三峡水电站井身设计
针对高水压和高岸坡等复杂工况，设计了多层钢筋混凝土结构的井身，确保水电 站的正常运行。
2
渤海海洋油田厂房井身设计
针对海洋环境的复杂性，设计高强度钢结构井身，提高了设施稳定性和运行效率。
3
南海油田纯海上井身设计
针对纯海上井身不稳定等特点，设计了预制单元式混凝土井身结构，解决了海上 施工难度大的问题。
井身结构的安全性检查
1 验收检查
在施工完成后，进行对井身结构的检查，确认是否符合设计要求。
2 日常检查
对井身结构进行日常管护与维修，确保井身结构的稳定性和安全性。
3 保护检查
第2讲_井身结构设计
测技术得到发展，特别是近平衡钻井的推广和井控技术的掌
握，使井身结构中套管层次和下入深度的设计，逐步总结出 一套较为科学的设计方法。
在“六五”期间，我国开始应用这套方法．首先在中原
油田取得很大效益。如在3500到4700m深井中，使平均事故 时间大幅度下降、建井周期缩短、钻井成本下降。
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
5.1、中间套管设计
2.2、发生溢流（井涌）时
f 2
剖面图中最大地层压力梯度点对应的深度（m）
p m ax
Sb S
f
D p m ax D 21
Sk
井涌条件允许值
地层设计破裂压当量密度
激动压力系数
剖面图中最大地层压力对应的当量密度值 破裂压力安全增值 中间套管下入深度的初始假定点深度（m）
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
3、井身结构设计中所需要的基础数据
地层破裂安全增值Sf由地区统计资料得到，一般取 0.031 g/cm3； 井涌条件允许值Sk由地区统计资料得到，一般取 0.051-0.10 g/cm3； 最大回压pwh由工艺条件决定，一般取2.0-4.0MPa；
. 钻压差允许值 卡
7、水泥返深设计
对于油层，生产套管的管外水泥返深至少应该在油 层顶部200m以上。对于气层，生产套管的管外水泥 返深至少应该在油层顶部300m以上；
中间套管的管外水泥返深至少应该在复杂或大断层
100m以上； 尾管的管外水泥返深至少在尾管的悬挂器以上；
表层套管的管外水泥返到地面。
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
5.1、中间套管设计
（2）中间套管下入深度 的初始假定点D21 在压力剖面图的横坐标 上，找出前面已经确定的
井身结构设计课件16页PPT文档
– Sg:激动压力梯度当量密度； g/cm3； – Sg=0.024-0.048 g/cm3
井身结构设计
井身结构设计关键参数
最大井内压力梯度（续）
发生液流时：为了制止液流，如压井时井内压力 增高值为Sk,则最大井内压力梯度为：
mE maxSK
– Sk=0.060 g/cm3
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。
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 。间隙值一般最小在9.5~12.7mm(3/8~1/2in)范围，最 好为19mm（3/4in）。
四、套管尺寸与井眼尺寸选择及配合
3．套管及井眼尺寸标准组合
81/2
、卡钻等井下复杂情况,为全井 安全、优质、快速和经济地钻 进创造条件； 当实际地层压力超过预测值使 井出现液流时，在一定范围内 ，具有压井处理溢流的能力。
井身结构设计
套管类型
导管
钻表层井眼时，将钻井液从地表引导 到钻台平面上来。
表层套管
防止浅层水受污染，封闭浅层流砂、 砾石层及浅层气，支撑井口设备装置 ，悬挂依次下入的各层套管的载荷。
mEf Sf
ρf:上一层套管下入深 度处裸露地层的破裂 压力梯度； g/cm3
Sf：为避免将上一层套管 下入深度处裸露地层压裂 的安全值， Sf =0.0240.048 g/cm3
Gf Gp
当量泥浆密度
井身结构设计
最大允许压差
为了在下套管过程中，不致于发生压差粘卡 套管的事故，应该限制井内钻井液液柱压力 与地层压力的压力差值，即规定最大允许压 差。
井身结构设计
【钻井工程】井身结构设计
井
深 ，
表 套
m
破裂压力
技 套
设计 井深
地层压力
1.0 1.3 1.6
油套
1.8 当量密度，g/cm3
1. 自下而上的设计法
2）设计特点
（1）每层套管下入的深度最浅，套管费用最低。适合已探明 地区开发井的井身结构设计；
（2）上部套管下入深度的合理性取决于对下部地层特性了解 的准确程度和充分程度；
（3）应用于已探明地区的开发井的井身结构设计比较合理； （4）在保证钻井施工顺利的前提下，自下而上的设计方法可 使井身结构的套管层次最少，每层套管下入的深度最浅，从而达 到成本最优的目的。
（3） 0.00981 (dmax pmin ) Dpmin P
（4）
d max S f
Sk
Dpmax Dc1
fc1
防井涌 防井漏 防压差卡钻 防关井井漏
第三节 井身结构设计依据与原理
五、地层必封点
（1）钻进过程中钻遇易坍塌页岩层、塑性泥岩层、盐岩层、岩膏 层、煤层等，易造成井壁坍塌和缩径。 （2）裂缝溶洞型、破裂带地层、不整合交界面地层。 （3）含H2S等有毒气体的油气层。 （4）低压油气层的防污染问题。 （5）井眼轨迹控制等施工方面的特殊要求。SY/T 6396－2009 中第4.6条的规定：“井身结构除按SY/T5431的规定执行外，丛 式井组各井的表层下深宜交替错开10m以上。” （6）在采用欠平衡压力钻井时，为了维持上部井眼的稳定性，通 常将技术套管下至产层顶部。 （7）表层套管的下入深度应满足环境保护的要求。
油气井工程设计与应用
第一部分 井身结构设计
第一部分 井身结构设计
第一节 地层—井眼压力系统 第二节 井身结构设计的内容及套管层次 第三节 井身结构设计依据与原理 第四节 井身结构设计方法 第五节 套管与井眼尺寸的选择 第六节 设计举例
井深结构设计
数
出。中原油田将Sk值定为0.06～0.14。
据
裸眼中，泥浆液柱压力与地层孔隙压力的差值过大， 除使机械钻速降低外，而且也是造成压差卡钻的直接
原因，这会使下套管过程中，发生卡套管事故，使已
压差允值（△PN与△Pa）
钻成的井眼无法进行固井和完井工作。压差允值的确 定，各油田可以从卡钻资料中（卡点深度，当时泥浆
当△Prn＞△P时，则可能发生压差卡钻，这时，该层套管下 深Hn应浅于初选点Hni。Hn的计算如下：
令△Prn=△P，则允许的最大地层孔隙压力ρpper为：
pper
P 9.8103
Hmm
p min
Sb
由地层孔隙压力梯度曲面图上查ρ 所在井深即该层套管下入 pper
深度Hn。
3）、当中间套管下入深度浅于初选点Hn＜Hni时，则需要下尾管
第一节 井身结构设计
一、套管柱类型及作用
图3-8-1-1 套管类型 （a）正常压力井；（b）异常压力井
二、井眼中的压力体系
在裸眼井段中存在着地层孔隙压力、泥浆液柱压力、地层破裂压
力。
三个压力体系必须同时满足于以下情况：
Pf≥Pm≥Pp
（1）
式中 Pf——地层的破裂压力，MPa；
Pm——钻井液的液柱压力，MPa；
作用下， 上部裸露地层不被压裂所应有的地层破
裂压力梯度，g/cm3； ρpmax——第n层套管以下井段预计最大地层孔隙压力等效
密度，g/cm3。
发生井涌情况时，由（4）、（7）（8）式，有：
fnk
pm ax
Sb
Sg
H pmax H ni
Sk
(10)
式中 ρfnk——第n层套管以下井段发生井涌时，在井内最大压力 梯度作用下，上部地层不被压裂所应有的地层破裂
井身结构设计
•2．工程数据
（2）激动压力系数Sg，以当量钻井液密度表示，单位g/cm3。 Sg由计算的激动压力用（2-58）进行计算，美国墨西湾地 区取Sg=0.06，我国中原油田Sg=0.015~0.049。
（3）地层压裂安全增值Sf，以当量钻井液密度表示，单位 g/cm3。
Sf是考虑地层破裂压力检测误差而附加的，此值与地层 破裂压力检测精度有关，可由地区统计资料确定。美国 油田Sf取值0.024，我国中原油田取值为0.02~0.03。
•地层压力和地层破裂压力的数据一般是离散的，是由若干个压 力梯度和深度数据的离散点构成。为了求得连续的地层压力和 地层破裂压力梯度剖面，拟合曲线是不适用的，但可依靠线性 插值的方法。在线性插值中，认为离散的两邻点间压力梯度变 化规律为一直线。
•对任意深度H求线性插值的步骤：
•设自上而下顺序为i的点具有深度为Hi，地层压力梯度为GPi， 地层破裂压力梯度为Gfi，而其上部相邻点的序号为i-1，相邻 的地层压力梯度为GPi-1，地层破裂压力梯度为Gfi-1，则在深度 区间Hi~Hi-1内任意深度H有：
m P Sw
钻至某一井深Hx时，发生一个大小为Sk的溢流，停泵关闭防
喷器，立管压力读数为Psd
Psd 0.00981 Sk H
关井后井内有效液柱压力平衡方程为PmE=Pm+Psd
0.00981 mE H 0.00981 H ( P Sw ) 0.00981 Sk H x
mE
P
Sw
Hx H
井身结构设计原理—液体压力体系的当
量梯度分布
Pm Pm 0.0981 mH m
Gm Gm 0.0981 m
•非密封液柱体系 的压力分布和当
量梯度分布
井深结构设计
井身结构包括套管层次和下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配合。
井身结构设计是钻井工程设计的基础。
一、套管柱类型（1） 表层套管；（2） 中间套管（技术套管）（3） 生产套管（油层套管）（4） 尾管。
二、井眼中压力体系在裸眼井段中存在着地层孔隙压力、泥浆液柱压力、地层破裂压力。
三个压力体系必须同时满足于以下情况：p m f p p p ≥≥ （1－1） 式中 f p －地层的破裂压力，MPa ；m p －钻井液的液柱压力，MPa ；p p －地层孔隙压力，MPa 。
即泥浆液柱压力应稍大于孔隙压力以防止井涌，但必须小于破裂压力以防止压裂地层发生井漏。
由于在非密闭的洗井液压力体系中（即不关封井器憋回压时），压力随井深是呈线性变化的，所以使用压力梯度概念是较方便的。
式（1－1）可写成：p m t G G G ≥≥ （1－2）式中 t G －破裂压力梯度，MPa/m ；m G －液柱压力梯度，MPa/m ；p G －孔隙压力梯度，MPa/m 。
一、井身结设计所需基础资料（一） 地质资料（1） 岩性剖面及事故提示（2） 地层压力数据（3） 地层破裂压力数据（二） 工程资料（1） 抽吸压力与激动压允许值（g b S S 与）各油田应根据各自的情况来确定。
（2） 地层压裂安全增值（f S ）。
该值是为了避免将上层套管鞋处地层压裂的安全增值，它与预测破裂压力值的精度有关，可以根据该地区的统计数据来确定。
以等效密度表示g/cm 3。
美国现场将f S 取值为0.024，中原油田取值为0.03。
（3） 井涌条件允许值（k S ）。
此值是衡量井涌的大小，用泥浆等效密度差表示（用于压井计算，另一种计量方法是以进入井眼的流体的总体积来表示，多用于报警）。
美国现场取值为0.06。
该值可由各油田根据出现井涌的数据统计和分析后得出。
中源油田将k S 值定为0.06~0.14。
（4） 压差允值（a N P P ∆∆与）。
裸眼中，泥浆液柱压力与地层孔隙压力的差值过大，除使机械钻速降低外，而且也是造成压差钻的直接原因，这会使下套管过程中，发生卡套管事故，使已钻成的井眼无法进行地固井和完井工作。
井身结构设计与固井
执行情况回顾
定期对安全保障措施的执行情况进行回顾和总结，分析存在的问题和不足，提出改进措 施和建议。
持续改进方向和目标设定
持续改进方向
根据风险评估和安全保障措施执行情况 ，明确井身结构设计与固井过程中需要 持续改进的方向和重点。
压力监测
实时监测注浆过程中的压力变 化，确保注浆过程平稳、安全 。
异常情况处理
对注浆过程中出现的异常情况 ，如漏失、气窜等，及时采取
有效措施进行处理。
顶替效率提升措施实施
优化顶替流态
通过调整顶替液的性能、流量等参数，优化 顶替流态，提高顶替效率。
增加顶替排量
在保证安全的前提下，适当增加顶替排量， 提高顶替速度和效率。
VS
目标设定
设定明确、可量化的改进目标，包括降低 风险等级、提高安全保障措施的有效性等 ，为持续改进提供明确的方向和动力。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
材料准备
根据设计要求，准备好所需的 水泥、添加剂等材料，并对其
进行质量检验。
施工方案制定
根据井身结构、地质条件等因 素，制定详细的施工方案和应
急预案。
注水泥浆过程监控
水泥浆性能监控
实时监测水泥浆的密度、流动 性、失水量等性能指标，确保
其符合设计要求。
注浆速度控制
根据井深、井径等因素，合理 控制注浆速度，避免出现注浆 不均、堵管等问题。
井身结构的重要性
井身结构设计的合理与否直接影 响到钻井施工安全、速度和成本 ，以及后续油气开采的效率和效 益。
设计原则与规范要求
设计原则
第二章第四节 井身结构设计1
井底压力随作业不同而变化： (1)静止状态，井底压力＝环形空间静液压力； (2)正常循环时，井底压力＝环形空间静液压力+环形空间压力损失； (3)用旋转防喷器循环钻井液时，井底压力＝环形空间静液压力+环形空间压力损
失+旋转防喷器的回压，
(4)循环出气涌时，井底压力＝环形空间静液压力十环形空间压力损失+节流器压 力； (5)起钻时，井底压力＝环空静液压力+抽吸压力； (6)下钻时，井底压力＝环空静液压力+激动压力； (7)空井时，井底压力＝环空静液压力； (8)关井时，井底压力＝环空静液压力+井口回压+气侵附加压力
mE max
H p max Hn
SK
溢流关井
Pd Pa Pd pd Pa pa
Pd+Php=Pp Pa+Pha=Pp
Pp
php
pha
pp
钻遇井涌时压力分析
正常钻井时
m p Sw
钻至Hx遇到井涌关井，套管压力pa，设井涌系数 Sk
pa 0.00981 Sk H x pa Sk 0.00981 Hx
Δ PN(Δ Pa)
Gf Gp
当量泥浆密度
井身结构设计
1、正常作业时（起下钻、钻进）： 起钻： 最大钻井液密度：某一层套管的钻进井段中所用的最大钻井液密 度应不小于和该井段中的最大地层压力梯度当量密度与最大抽吸 压力梯度当量密度之和。
max P max Sw
ρmax:某层套管的钻进井段中所使用的最大钻井液密度，g/cm3； ρpmax该井段的最大地层压力梯度， g/cm3； Sw:考虑到上提钻柱时抽吸作用使井底压力降低，为了平衡地层压力 所加的附加钻井液密度， g/cm3。Sw=0.024-0.048 g/cm3 .
井身结构设计
确定套管的层数 确定各层套管的下深 确定套管尺寸与井眼尺寸的配合
影响因素
地层压力（地层压力、破裂压力、地层坍塌压力） 工程参数 地层必封点
地层压力理论及预测方法
静液柱压力（Hydrostatic pressure） Ph
定义
静液压力是由液柱重力引起的 压力。
计算
Ph 0.00981 H (MPa )
地层压力理论及预测方法
声波时差法预测地层压力
预测步骤
在标准声波时差测井资料上选择泥质含量大于 80%的泥页岩层段，以5m为间隔点读出井深相 应的声波时差值，并在半对数坐标上描点；
建立正常压实趋势线及正常压实趋势线方程； 将测井曲线上的声波时差值代入趋势线方程，
求出等效深度HE； 用等效深度法计算地层压力PP。
岩石强度参数的确定
内聚力 内摩擦角 抗拉伸强度
静态弹性参数的确定
泊松比 弹性模量
地层有效应力系数α的确定
利用声波时差测井参数
井身结构设计
定义
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。
目的
保证安全、优质、快速和经济地钻达 目的层
内容
下入套管层数 各层套管的下入深度 选择合适的套管尺寸与钻头尺寸组合
第二章：井身结构设计
第一节：地层压力理论及预测方法
Dc指数 声波时差 地震层速度法
第二节：地层破裂压力预测
理论计算 地破试验
第三节：地层坍塌压力预测 第四节：井身结构设计 第五节：生产套管尺寸设计（自学）
井身结构
定义
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。
地层压力理论及预测方法
Dc指数法预测的原理
井深结构设计
井身结构包括套管层次和下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配合。
井身结构设计是钻井工程设计的基础。
一、套管柱类型（1） 表层套管；（2） 中间套管（技术套管）（3） 生产套管（油层套管）（4） 尾管。
二、井眼中压力体系在裸眼井段中存在着地层孔隙压力、泥浆液柱压力、地层破裂压力。
三个压力体系必须同时满足于以下情况：p m f p p p ≥≥ （1－1） 式中 f p －地层的破裂压力，MPa ；m p －钻井液的液柱压力，MPa ；p p －地层孔隙压力，MPa 。
即泥浆液柱压力应稍大于孔隙压力以防止井涌，但必须小于破裂压力以防止压裂地层发生井漏。
由于在非密闭的洗井液压力体系中（即不关封井器憋回压时），压力随井深是呈线性变化的，所以使用压力梯度概念是较方便的。
式（1－1）可写成：p m t G G G ≥≥ （1－2）式中 t G －破裂压力梯度，MPa/m ；m G －液柱压力梯度，MPa/m ；p G －孔隙压力梯度，MPa/m 。
一、井身结设计所需基础资料（一） 地质资料（1） 岩性剖面及事故提示（2） 地层压力数据（3） 地层破裂压力数据（二） 工程资料（1） 抽吸压力与激动压允许值（g b S S 与）各油田应根据各自的情况来确定。
（2） 地层压裂安全增值（f S ）。
该值是为了避免将上层套管鞋处地层压裂的安全增值，它与预测破裂压力值的精度有关，可以根据该地区的统计数据来确定。
以等效密度表示g/cm 3。
美国现场将f S 取值为0.024，中原油田取值为0.03。
（3） 井涌条件允许值（k S ）。
此值是衡量井涌的大小，用泥浆等效密度差表示（用于压井计算，另一种计量方法是以进入井眼的流体的总体积来表示，多用于报警）。
美国现场取值为0.06。
该值可由各油田根据出现井涌的数据统计和分析后得出。
中源油田将k S 值定为0.06~0.14。
（4） 压差允值（a N P P ∆∆与）。
裸眼中，泥浆液柱压力与地层孔隙压力的差值过大，除使机械钻速降低外，而且也是造成压差钻的直接原因，这会使下套管过程中，发生卡套管事故，使已钻成的井眼无法进行地固井和完井工作。
《钻井与完井工程》课件-2井身结构设计
井身结构设计是钻井与完井工程中的重要环节，涉及到井筒的稳定性和安全 性。本课件将介绍井身结构设计的重要性、目标、原则以及主要方法。
井身结构的重要性
井身结构设计的合理性直接影响到井筒的稳定性和钻井、完井操作的安全性。 良好的井身结构设计可以减少井筒塌陷、井漏等问题，降低事故发生的风险。
井身结构设计的目标
井身结构设计的目标是保证井筒的稳定性和安全性，确保钻井、完井操作的 顺利进行。通过合理的设计，可以避免井筒失稳、井漏等问题，减少工作量 和成本。
井身结构设计的原则
井身结构设计应遵循以下原则：
1 强度与稳定性
井身结构要具备足够的强 度和稳定性，以承受地质 力学和工程力学的作用。
2 材料选择
3 施工过程控制
完井过程中，要 控制好施工参数和工况， 保证井身结构的完整性和 稳定性。
主要的井身结构设计方法
经验法
根据以往的经验和类似工程的 数据，进行井身结构设计。
计算法
依据地质力学和工程力学原理， 对井身结构进行计算和分析。
1 油藏工况
考虑油藏工况和井筒温度 等因素，选择合适的材料 和工艺。
2 套管设计
设计套管参数和套管布置 方案，保证油井的产能和 安全。
3 完井液体设计
确定完井液体的性质和配 方，满足井身结构和油藏 要求。
结论和总结
井身结构设计是钻井与完井工程中的关键环节。合理的结构设计可以提高井筒的稳定性和钻井、完井操作的安 全性，降低事故风险，提高工作效率。
仿真法
运用计算机仿真技术，对井身 结构进行模拟和优化设计。
钻井井身设计要点
地层评价
对钻井地层进行评价，了解地层的性质和特点。
井身结构设计
一、井身结构设计
一、井身结构 设计的任务
套管下入层次 每层套管的下入深度 各层套管相应的井眼尺寸（钻头尺寸） 各层套管外的水泥返深
➢ 确定井身结构的主要依据 钻井地质设计（地层压力、地层
破裂压力、地层坍塌压力、完井方 式）、复杂地层深度、地表水源情 况、钻井技术水平和采、试油、气 的技术要求等。。
✓ 井身结构设计的原则 （1）有效地保护油气层； （2）有效地避免漏、喷、塌、卡等井下复杂事故，保证安全、 快速钻井； （3）当发生井涌时，具有压井处理溢流的能力； （4）钻下部高压地层时，井内液柱压力不会压漏上层套管鞋处 的裸露地层。 （5）下套管过程中，不产生压差卡套管现象。 （6）对于压力不清楚或复杂深探井，套管设计应留有余量。 （7）同一裸眼井段，尽量不存在两个压力体系。 （8）地质预告有浅气层的井，应用套管封住。
➢ 裸眼井段应满足的力学平衡条件
在裸眼井段中存在着地层孔隙压力、钻井液液柱压力、地层破裂压力。
（1）防井涌
ρdmax≥ρpmax+ Sb （抽汲压力系数）
（2）防压差卡钻 0.00981 Dpmin (ρdmax-ρpmin) ≤ △P（△PN、△PA）
（3）防井漏 ρdmax+ Sg（激动压力系数）+ Sf（压裂安全系数）≤ρfmin
Dpmin — 最小地层孔隙压力所处的井深，m；
ρfmin — 裸眼井段最小地层破裂压力的当量钻液密度，g/cm3
Dc1 — 套管下入深度，m；
ρfc1 — 套管鞋处地层破裂压力的当量钻井液密度， g/cm3；
四、井身结构设计方法及步骤
下→上，内→外 五、设计举例
某井设计井深为4400m，地层压力梯度和地
第10章_井身结构设计
正文： p 表示压力； G 表示压 力梯度；t表示时间。
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。
二、套管柱类型及井身结构概念
1. 套管作用 2. 套管柱的不同类型 3. 井身结构示例 4. 井身结构定义
二、套管柱类型及井身结构概念
四、井身结构设计中所需要的基础数据
地质方面的数据 工程类数据
四、井身结构设计中所需要的基础数据
4.1 地质方面的数据
（1）岩性剖面及其故障提示； （2）地层孔隙压力剖面； （3）地层破裂压力剖面。
四、井身结构设计中所需要的基础数据
4.2 工程类数据
（1）抽汲压力允许值（Sb）与激动压力允许值（Sg） （2）地层压裂安全增值（Sf） （3）井涌条件（Kick size）允许值（Sk） （4）压差允许值 正常压力地层ΔpN 异常压力地层ΔpＡ
（1）各层套管（油层套管除外）下入深度初选点Hn
的确定； （ 2 ）校核各层套管下到初选点深度 Hni 时是否发生 压差卡套管； （3）当中间套管下入深度浅于初选点（Hn<Hni）时，
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。
五、井身结构设计方法及步骤
5.1 确定各层套管（油层套管除外）下入深度初选点Hn
五、井身结构设计方法及步骤
5.1 确定各层套管（油层套管除外）下入深度初选点 Hn （2）最大钻井液密度ρmmax 由起钻时的压力平衡条件确定 最大钻井液密度
m Sb p
取临界状态
m max p max Sb
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。
syt5431-2008井身结构设计方法_概述说明
syt5431-2008井身结构设计方法概述说明1. 引言1.1 概述本文将对sy55431-2008井身结构设计方法进行详细介绍和说明。
井身结构设计是石油钻探工程中非常重要的一环，它直接关系到钻探工作的安全性、效率和可靠性。
因此，研究和应用高效可靠的井身结构设计方法对于提高钻井技术水平具有重要意义。
1.2 文章结构本文分为三个主要部分：引言，正文和结论。
引言部分将首先介绍本文的背景和目的，并概述文章的整体结构。
正文部分将详细介绍sy55431-2008井身结构设计方法的研究背景、方法介绍和实验设计。
最后，结论部分将总结文章的要点，并对未来研究方向进行展望。
1.3 目的本文旨在系统地介绍sy55431-2008井身结构设计方法，包括其背景、原理和应用。
通过深入了解这一方法，读者将能够更好地理解井身结构设计领域的相关知识，并为实际工程提供参考依据。
此外，本文也旨在激发更多的研究兴趣，推动井身结构设计方法的持续改进和发展。
通过本文的阅读，读者将能够全面了解sy55431-2008井身结构设计方法及其在钻探工程中的应用前景。
2. 正文:2.1 研究背景:在井身结构设计领域，Syt5431-2008是一种广泛使用的方法。
它通过对井身结构特性进行研究和深入分析，为工程师们提供了一种可靠的设计指南。
该方法具有较高的实用性和科学性，并在不同类型的井身结构项目中得到了有效应用。
过去几十年来，随着石油勘探和开采技术的不断发展，井身结构设计变得越来越重要。
井身结构在保证钻探安全和顺利进行的同时，还需要满足各种工程要求和环境条件。
因此，为了提高钻探效率、减少钻探事故风险以及降低项目成本，精确而可靠地设计井身结构尤为关键。
2.2 方法介绍:Syt5431-2008作为一种有效的井身结构设计方法，系统地介绍了井身材料、几何形状、荷载特性等方面的基本原理与规定。
该方法主要包括以下几个步骤：- 识别和分析工程需求：根据具体工程项目的要求和特殊要求，确定井身结构设计的目标和限制条件。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
井身结构设计
摘要：井深结构设计是钻井工程的基础设计。
它的主要任务是确定导管的下入层次，下入深度，水泥浆返深，水泥环厚度及钻头尺寸。
基础设计的质量是关系到油气井能否安全、优质、高速和经济钻达目的层及保护储层防止损害的重要措施。
由于地区及钻井目的层的不同，钻井工艺技术水平的高低，不同地区井身结构设计变化较大。
选择井身结构的客观依据是底层岩性特征、底层压力、地层破裂压力。
正确的井身结构设计决定整个油田的开采。
本文基于课本所学的基本内容，对井身结构做一个大致的程序设计。
井身结构设计的内容：
1、确定套管的下入层次
2、下入深度
3、水泥浆返深
4、水泥环厚度
5、钻头尺寸
井身结构设计的基础参数包括地质方面的数据和工程等数据
1．地质方面数据
（1）岩性剖面及故障提示；
（2）地层压力梯度剖面；
（3）地层破裂压力梯度剖面。
2．工程数据
，以当量钻井液密度表示；单位g/cm3：如美国墨西（1）抽汲压力系数S
w
=0.06。
我国中原油田Sw=0.015~0.049。
湾地区采用S
w
，以当量钻井液密度表示，单位g/cm3。
（2）激动压力系数S
g
由计算的激动压力用（2-58）进行计算，美国墨西湾地区取Sg=0.06， S
g
我国中原油田Sg=0.015~0.049。
（3）地层压裂安全增值S
，以当量钻井液密度表示，单位g/cm3。
f
S
f
是考虑地层破裂压力检测误差而附加的，此值与地层破裂压力检测精度
有关，可由地区统计资料确定。
美国油田S
f
取值0.024，我国中原油田取值为0.02~0.03。
4）溢流条件S
k
以当量钻井液密度表示，单位g/cm3。
由于地层压力检测误差，溢流压井时，限定地层压力增加值S
k。
此值由地
区压力检测精度和统计数据确定。
美国油田一般取S
k
=0.06。
我国中原油田取值为0.05~0.10。
（5）压差允值P
N （P
a
）
裸眼中，钻井液柱压力与地层孔隙压力的差值过大，除使机械钻速降低外，而且也是造成压差卡钻的直接原因，这会使下套管过程中，发生卡套管事故，使已钻成的井眼无法进行固井和完井工作。
压差允值和工艺技术有很大关系。
压差允值的确定，各油田可以从卡钻资料中（卡点深度，当时钻井液密度、卡点地层孔隙压力等）反算出当时的压差值。
再由大量的压差值进行统计分析得出该地区适合的压差允值。
井身结构设计的方法及步骤
1．套管层次和套管柱类型
国内油田套管下入层次为：导管，表层套管，中间套管（或技术套管），油层套管。
表层套管，中间套管，油层套管，一般按（339.7244.5177.8139.7mm(13 3/8 9 5/8 7 5 ½ in)系列进行设计。
（1）根据区域地质情况，确定按正常作业工况或溢流工况选择
（2）利用压力剖面图中最大地层压力梯度求中间套管下入深度假定点。
自横坐标上找到设计的地层破裂压力梯度
fD
，向下引垂直线与地层破裂压
力梯度线相交，交点即为中间套管下入深度假定点，记点H
3。
（3）验证中间套管下入深度H3是否有卡套管危险。
采用 P m-P Pmin P N
式中
m ——钻井深度H
3
时采用的钻井液密度，g/cm3；
P ——H
3
以下裸眼井段最小或正常地层压力梯度当量密度，g/cm3；
H
N
——最深正常地层压力或最小地层压力深度，m。
若P P
N （或P
a
），则假定深度H
3
为中间套管下入深度。
若P>P
N （或P
a
），则中间套管下至H
3
过程中有被卡危险。
在这种情况
下可采取以下方法解决：
a.应用以下公式重新计算中间套管下入深度
（或Pa）
m 是在深度H
N
，允许压差值P
N
（或P
a
）时采用的钻井液密度。
（
m
-S
w
）
=最大允许地层压力。
在压力剖面图上找到（
m -S
w
）值，引垂线与地层压力梯度
线相交，交点即为新计算的中间套管下入深度，记为H
2。
b.应用方法a，往往需多下一层套管或尾管，为了避免这种情况，钻井工程师可根据所在区域钻井工艺技术水平，钻井液体系和性能，从工艺、防卡液上解决中间套管下入到H3的卡钻危险。
（4）计算钻井（或中间）尾管的最大下入深度
在上步中，若按方法a解决压差卡钻危险，则还需下一段中间尾管以
满足采用（
Pmax +S
w
）钻井液密度钻井时，H
3
与H
2
的安全钻井问题。
一般情况下，
中间尾管下至H
3即可。
当然也可根据中间套管鞋处（H
2
）的地层破裂压力梯度，
下推尾管的最大可下深度：
N
N
P
m
P
H∆
=
-)
(
00981
.
0ρ
ρ
P
f
g
W
fH
S
S
Sρ
ρ=
+
+
-)
(
2
fH2
—中间套管鞋处的地层破裂压力梯度，g/cm 3；
P
—中间尾管最大可下深度处地层压力梯,g/cm 3。
在压力梯度剖面图横坐标上找到P
，从
P
引垂线与地层压力梯度线
相交，交点即为中间尾管的最大下入深度H 3。
（5）计算表层套管下入深度H1 根据中间套管鞋处地层压力梯度PH2
，在给事实上S k 的溢流条件，用试算法
计算表层套管的下入深度。
即
式中
fD
——设计地层破裂压力梯度，其工程意义为溢流压井时，表层套管
鞋处承受的有效液柱压力梯度的当量密度。
试算中，当
fH1
-
fD
(0~0.024)，即符合设计要求。
（6）进一步校核中间尾管
a.校核中间尾管下入最大深度时，是否有卡套管危险。
校核方法与步骤3相同。
b.校核在给定S k 溢流条件下压井时，中间套管鞋处是否有被压裂的危险。
校核方法同步骤5。
（7）油层套管下入目的层中，应进行压差卡钻和溢流条件校核。
套管尺寸与井眼尺寸选择及配合
1．设计中考虑的因素
（1）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定。
（2）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，是否要求井眼尺寸上留有余量以便增下中间套管，以及对岩心尺寸要求等。
(3)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、钻头等库存规格的限制。
2．套管和井眼尺寸的选择和确定方法
k
f w PH fD S H H
S S 122+++=ρρ
（1）确定井身结构尺寸一般由内向外依次进行，首先确定生产套管尺寸，再确定下入生产套管的井眼尺寸，然后确定中间套管尺寸等，依此类推，直到表层套管的井眼尺寸，最后确定导管尺寸。
（2）生产套管根据采油方面要求来定。
勘探井则按照勘探方面要求来定。
（3）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。
间隙值一般最小在9.5~12.7mm(3/8~1/2in)范围，最好为19mm（3/4in）。
3．套管及井眼尺寸标准组合
目前国内外所生产的套管尺寸及钻头及尺寸已标准系列化。
套管与其相应井眼的尺寸配合基本确定或在较小范围内变化。
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。