井身结构设计ppt课件
相关主题
- 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。
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。
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。
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
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ຫໍສະໝຸດ Baidu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
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。
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。
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：
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。
（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
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：
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
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
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
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。
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。
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。
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
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ຫໍສະໝຸດ Baidu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
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。
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。
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：
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。
（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
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：
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
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
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