井身结构设计ppt课件

井身结构设计原理—必封点深度的确定
1 工程约束条件下必封点深度的确定
（1）正常作业工况（起下钻、钻进） （2）出现溢流约束条件下必封点深度的确定 （3）压差卡钻约束条件下必封点深度的确定
2 目的层是裸露段的底界，油层套管的下深根据完井方法不同而定。 3 对于地质复杂层（如坍塌层，盐膏层，漏失层等），水层，非目的油气
（2）出现溢流约束条件下必封点深度的确定 正常钻井时，按近平衡压力钻井设计钻井液密度m 为P S
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
井身结构设计的基础参数
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 （1）抽汲压力系数Sw，以当量钻井液密度表示；单位g/cm3 ：
如 美 国 墨 西 湾 地 区 采 用 Sw=0.06。 我 国 中 原 油 田 Sw=0.015~0.049。
Sk
f min
工程约束条件下必封点深度的确定
（3）压差卡钻约束条件下必封点深度的确定 下套管中，钻井液密度为（P+Sw），当套管柱进入低压力 井段会有压差粘附卡套管的可能，故应限制压差值。限制 压差值在正常压力井段为PN，异常压力地层为Pa。即 Pm-PPmin PN（或 Pa） 在井身结构设计中，由前述设计出该层套管必封点深度后， 一般用上式来校核是否能安全下到必封点位置。
裸眼井内钻井液有效液柱压力必须大于或等于地层压力，防止井喷，但 又必须小于等于地层破裂压力，防止压裂地层发生井漏。
考虑到井壁的稳定，还应补充一个与时间有关的不等式： Gm (t) Gt (t) 能满足以上二不等式的同一井段，则该井段截面间不需要套管封隔。反之，
则需要用套管封隔。
式中：Pf——地层破裂压力； PmE——钻井液有效液柱压力；PP——地层 压力。Gt（t）——该截面岩层的坍塌压力梯度； Gm（t）——该截面 钻井液有效压力梯度。
层，以及目前钻井工艺技术难于解决的其它层段，只要裸露段中出现 了这一类必封点，则这些井段是应考虑的必封井段的顶界。
工程约束条件下必封点深度的确定
（1）正常作业工况（起下钻、钻进）
在满足近平衡压力钻井条件下，某一层套管井段钻进中所用最大钻井液密度 m应大或等于该井段最大地层压力梯度当量密度Pmax与该井深区间钻进 中可能产生的最大抽汲压力梯度当量密度Sw之和，以防止起钻中抽汲造 成溢流。即：
地层压力和地层破裂压力的数据一般是离Байду номын сангаас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：
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
Po
Pm
Pm Po 0.0981 mH
Pm
Gm
Gm
Po H
0.0981Pm
密封液柱体系的压力 分布和当量梯度分布
井身结构设计原理—地层压力和地层破裂压力 剖面的线性插值
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。
m Pmax Sw
mE P max Sw Sg
下钻中使用这一钻井液密度， 在井内将产生一定的激动压力Sg
P max S w S g S f f min
考虑地层破裂压力检测误差，给予一
个安全系数Sf。则该层套管可行裸露 段底界（或该层套管必封点深度）
工程约束条件下必封点深度的确定
mE
P
Sw
Hx H
Sk
Psd—— 立 管 压 力 ， Mpa； Hx——出 现 溢 流 的 井 深 ， m
裸露井深区间内地层破裂强度（地层破裂压力）均应承受这 时井内液柱的有效液柱压力，考虑地层破裂安全系数Sf，
f min
P
Sw S f
Hx H
SK
Pmax Sw S f
Hx H
井身结构设计的任务和原则
主要任务：
确定套管的下入层次、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。
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 井下复杂情况和事故。为安全、 优质、高速和经济钻井创造条 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 有处理溢流的能力。
GP
H Hi
H i1 H i1
(GPi
GPi1)
GPi1
Gf
H H i1 H i H i1
(G fi
G fi1 ) G fi1
井身结构设计原理—必封点深度的确定
必封点深度把裸露井眼中满足压力不等式：
Pf PmE PP
条件的极限长度井段定义为可行裸露段。可行裸露段的 长度是由工程和地质条件决定的井深区间，其顶界是 上一层套管的必封点，底界为该层套管的必封点深度。
套管 井壁 水泥环
井身结构设计的内容：
确定套管的下入层次 下入深度 水泥浆返深 水泥环厚度 钻头尺寸
井身结构设计原理
1．三个压力的相互关系：
地层—井内压力体系在裸眼井段中存在着地层压力、地层破裂压力和 井内钻井液有效液柱压力这三个相关的压力、地层—井内压力系统必须
满足以下条件： Pf PmE PP