井身结构设计与固井优秀课件
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钻进工程理论与技术固井和完井教学课件PPT
②套管弯曲引起的附加拉力
经验公式： Fbd 0.073 dcoAc kN
在为定向井、水平井以及狗腿度严重的直井中设计套管柱时，应考 虑弯曲引起的附加拉力。
③注水泥引起的附加拉力
Fc
h d ( m d )
4000
cin
kN
④其它附加拉力
•上提或下放套管时的动载、井壁摩擦力等。 •一般在安全系数中考虑。
1、轴向拉力及套管的抗拉强度 （1）套管的轴向拉力
自重产生的拉力、弯曲产生的附加拉力、注水泥时产生的附加力、 动载、摩阻等。
①自重引起的拉力
n
n
Fm
qi Li (1
d s
) 10 3
qmi Li 10 3 kN
i 1
i 1
qmi—— 第I种套管在钻井液中的单位长度重力，N； L i---- 第I种套管的长度，m； n —— 组成套管柱的套管种类（钢级、壁厚）。
（3）双向应力下的套管强度
从套管内部取一微小单元（如图），
分析可知，在外载作用下产生三个方向
的应力σt 、σr 、σz ，对于薄壁管， σt >>σr , σr 可以忽略。变为双向应 力问题。
由第四强度理论：
σz2 +σt2 -σzσt =σs2
σr
变换为椭圆方程：
1 z 2 s
t 2 s
pper
f 2 Sb S f
S D31
D2
k
用试算法求D31。试取一个D31，计算出ρpper ，与D31处的实际地层 压力当量密度比较，若计算值与实际值接近，且略大于实际值，则 确定为尾管下深初选点；否则，另取D31进行试算 。
4、校核尾管下入到D31是否有被卡的危险
第一章 井身结构设计(3)-PPT文档资料25页
第五节 生产套管尺寸设计
[ 例 1 ] ： 某 油 井 按 开 发 设 计 的 原 油 配 产 量 为 2 5 m3 /d。 原 油 井 下 粘 度 14.5mPa.s，油井不出砂，该油田采用注水开发，试选定生产套管尺寸。
第四节 井身结构设计
（3）计算中间尾管最大下入深度H3 校核尾管下入4146m井深压差卡钻可能性(条件改变）。
f
P 0 .00 (m 9 8 P m)1 H in N
地层压 p 力梯度
1450m
3826 m
=0.00981(1.776-1.543)3826 =8.745MPa
第四节 井身结构设计
当量密度 g/cm^3
设计
破裂
地 层 压
地压层力 破梯裂度
力
压力
梯
梯度
度
H0
444.5 m mH 0
137. 9Hms
m
215.9 mmH
表层套管＋油层套管
第一章 井身结构设计
两个奇异点 封堵漏失层 下入中间套管
至F层一定深度。
第四节 井身结构设计
当量密度 g/cm^3
据预测的泵的理论排量，选择泵的公称直径， 再查相应的泵参数表，得出联接油管尺寸和泵的 最大外径。再考虑油井是采用砾石充填防砂还是 不防砂来确定与各泵径相匹配的生产套管尺寸。 管式（整体）抽油泵井的油管、生产套管的选定 （表2－5） 潜油电泵(电潜泵)井生产套管尺寸的选定（表2 －6）
第一章 井身结构设计
=16.635MPa 其中：m即4878m井深之前最大地层压力梯度与Sw之和
m ＝2.113+0.036=2.149g/cm3 HN=4146m（4146～ 4878m井段最小地层压力对应井深）
《现代固井技术专题》PPT课件
水泥浆体系与井下条件相适应
4. 井下有大套盐岩层使用聚合物外加剂水泥浆体系固井， 既解决盐层大溶性问题又能阻止地层的塑性运动。
5.
（聚合物外加剂在盐层固井专题中有详细介绍）
b. 水泥浆失水量应与地层相适应
最能影响地层稳定的水泥浆性能应该 是水泥浆的失水量，高离子滤液会引起水 敏性地层疏松脱落，可以降低产层的渗透 率，特别是流经易漏失层，形成厚的泥饼 造成桥堵，压破地层是对地层最大的危害。
3率.漏必失须前达地到层10渗m透d，裂定缝的必宽须度达才到能一容
沙砾层渗透率很 纳泥浆
少达到3.5md,泥
浆不会漏入油气
砂层。
1.漏失通常突然 出现，当泥浆密 度超过 1.25gcm3会促 使诱发裂缝的形 成
1.通常为石灰岩 地层
2.上返泥浆突然 全部漏失
漏失前钻头回下 落几英寸或几英 尺，并出现跳钻
一、 固井的目的和意义 二、 地下水对水泥和套管的破坏 三、 水泥浆滤液对水泥和油层的腐蚀 四、 注水泥技术与地层岩性相互适应 五、 消除产层CO2和H2S对固井的影响
一. 固井的目的意义
1. 固井的目的就是要实现水泥对油、气、水 层及其层与层之间的有效封隔；
2. 固井作业是一口井整个施工中最重要的 组成部分，没有任何因素比固井质量对 油井产能的影响更大；
对漏失地层的认识
漏失层分类 1. 疏松或高渗透地层 2. 自然裂缝地层 3. 诱发的垂直或水平裂缝地层 4. 多孔和洞穴地层
漏失层的特征
疏松沙砾层
自然裂缝
诱发裂缝
孔穴地层
1.泥浆池液面逐渐 1.自然裂缝出现
下降
于各种岩层。
2.如继续钻进，可 2.漏失是泥浆池
能回转变为完全 液面逐渐下降。
井身结构图绘制-PPT课件
二、井身结构的组成及作用
4、油层套管 油井内最后下入的一层套管，称为油层套管，又叫完井 套管，简称套管。 作用：加固油层井壁，封隔油、气、水层，建立一条封 固严密的永久通道，保证油井能够进行长时期的生产。
下入深度应超过油层底界30m 以上，足够长的沉砂口袋， 直径尺寸一般168mm、140mm等。
6、射孔的箭头应朝外。
7、射孔与油层分层的名称和数据不对称。 8、水泥返高是距离地面的高度，不是距离 井底的高度。 9、地面基线、完钻井身底线的绘制。
三、有关名词解释
3、方补心：旋转钻井时，带动井下工具旋 转的转盘中间用来卡住方钻杆的部件。 4、油补距（补心高差）：在旋转钻井时， 指转盘方补心上平面到套管四通上部平面 间的距离。
5、套补距：指转盘方补心上平面到套管法 兰上部平面之间的距离。
三、有关名词解释
6、完钻井深（钻井井深）：完钻井裸眼井 底至转盘方补心顶面的高度。 7、套管深度：是指转盘方补心上平面到油 层套管鞋位置的高度。
1、油
管：油气从井底流到井口通道，控制油流，便于
井下作业。
2、水力锚：利用水力锚咬合力克服顶力，从而固定油管。 3、封隔器：保护套管，分层开采。
4、节流器及单流凡尔：调节层间矛盾，达到各层合理压
差下生产，有举油作用。
5、筛 6、堵
管：油流通过筛管孔眼进入油管。 头：堵塞人工井底脏物进入油管或堵塞一定部位。
射孔数据 人工井底
2518.0-2545.5m 2570.2-2590.0m 2614.7m
四、绘制井身结构图注意事项
(医学课件)固井技术ppt演示课件
.
40
四、固井施工与过程控制
1、准备工作 2、施工工序 3、注水泥设备和混浆方式
. 41
1、准 备 工 作
完井协作会、固井
设计、工具准备、水泥
浆体系选择、水泥干混、
设备准备、施工前的准
备与检查、施工工艺的
联接。
. 42
2、施工工序
注前置液---隔离液---前导水泥浆---正常水 泥浆---压胶塞---替泥浆---碰压。这是一般的 注水泥程序。 特殊工艺井的施工工序还要复杂些，分级 注水泥、尾管注水泥等一些特殊的作业。
. 11
3、筛管顶部注水泥技术
为保护裸露的纯油层或开采裂缝性、 孔隙性、古潜山、低压漏失油层，在目的 层采用筛管完井。上部用水泥封固。完井 管串采用特殊的工具附件，保证注水泥成 功，实现对油层的有效开采。 其管串结构：引鞋+筛管串（或中间加 光管）+盲管+管外封隔器+分级箍+套管串 +联顶节。多用于水平井完井。
固井技术
.
1
目
录
一、基本概念 二、固井工艺技术 三、水泥浆体系 四、固井施工与过程控制 五、影响固井质量的因素
.
2
一、基本概念
在已经钻成的井眼内下入一定尺寸的套管串，
1、固井
并在套管串与井壁之间环形空间注入水泥浆进行封 固的作业。
2、固
井 特 点
①是一次性工程
②是隐蔽性工程 ③是一项复杂的工程 ④是成本消耗大、花钱多的工程 ⑤是整个采油工程中的一道关键工序
. 29
1、普通水泥浆体系
不同水灰比、不掺 入任何外加剂、外掺料 的油井水泥浆体系。一 般应用导管、表层和浅 井。也可以应用到一般
井身结构设计课件16页PPT文档
mEma x Sg
– 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
– 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
井身结构设计与固井
针对辨识出的危险源和风险等级，制定相应的安全保障措施，包括技术措施、管理措施 和应急措施等。
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
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
固井原理及过程ppt课件
.
26
一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 （3）有效外压力
对于表层套管、油层套管这种可能全掏空的情况，需要按全掏 空考虑的技术套管，有效外压力为
Poe0.009mH 8
对于技术套管非全掏空的情况，有效外压力为
Poe0.009mH 8
（0≤H≤HL）
P o e0 .0[ 0 n H 9 L (8 n m )H ]（HL＜H≤HB）
套管柱一般是由几段套管组成。在计算套管自重所产生的轴向
拉力时，通常需要计算的是各段套管顶、底端的轴向拉力。显
然，某段套管顶端的拉力即是其上面一段套管底端的拉力，其
底端的拉力即是其下面一端套管顶端的拉力。
.
37
一、套管外载分析与计算
轴向拉力： 自重 浮力
W
.
38
一、套管外载分析与计算
3.轴向拉力
.
16
一、套管外载分析与计算
1、静载
特点：长期作用、联合作用在套管上。
类型：
轴向拉力 径向外挤压力 径向内压力 弯曲附加拉力 温差应力
.
17
一、套管外载分析与计算
2、动载
特点：瞬时地、单一地作用在套管上。
产生原因：
起下钻时速度变化产生的动载
阻、卡套管时提拉动载
摩擦动载
碰压动载
密度差产生的附加拉力
(3)影响后续工程的进行;
(4)是一项花钱多的工程; (5)施工时间短,工序内容多,作业量大,是技术强的工程.
.
12
第一节 套管及套管柱强度设计
.
13
序言
套管柱的主要功能 对套管的要求
抗挤 抗拉 抗内压 密封
圆度 壁厚均匀性 抗腐蚀 最小的流动阻力 良好的上扣性能及重复互 换性能
石油钻探固井技术PPT课件
其平衡方程有：
z
t
2
t
r
2
r
z
2
2
2 s
38
在这三个应力中，r << t,故在上面方程中忽略其影响后可 得出方程：
2
2
z s
z s
t s
t s
1
式中，z/s和t/s分别表示轴向应力和周向应力在屈服应力中占的比例。
39
b. 方程意义 反映z 、t与s之关系，表示套管所受多向载荷 时，套管内轴向应力与周向应力的关系。
管生产的尺寸、钢级、壁厚、连接方式等。
目前一般使用的美国API套管规范。其规定的有关性能主要有
。
13
1、尺寸系列（又叫名义外径或公称直径） 41/2，5，51/2，65/8，7，75/8， 85/8，95/8，103/4，113/4，16, 285/8，20，30....
14
2、钢级系列
API钢级有10种：H,J,K,N,C,L,P,Q,X.
在空气中
பைடு நூலகம்26
1.2 弯曲附加拉力 如果井眼存在较大的井斜变化
或狗腿度时，由于套管弯曲效应 的影响将增大套管的拉力负荷， 特别是在靠近丝扣啮合处，易形 成裂缝损坏，由于API套管的连接 强度没有考虑弯曲应力，所以设 计时应从套管的连接强度中扣除 弯曲效应的影响，其计算公式见 有关资料。
27
1.3 其它附加拉力 在一般的套管设计中，没有具体考虑附加拉力，
次的余地。 要考虑到工艺技术水平以及管材、钻头等的库存情况。 地质复杂情况、取岩心尺寸要求、井眼曲率等。
12
第二节 套管柱设计
一、套管规范简介 套管受到各种类型外力作用，须具有一定强度。 外载大小、类型不同，所需的强度要求也不同，须有一系列
z
t
2
t
r
2
r
z
2
2
2 s
38
在这三个应力中，r << t,故在上面方程中忽略其影响后可 得出方程：
2
2
z s
z s
t s
t s
1
式中，z/s和t/s分别表示轴向应力和周向应力在屈服应力中占的比例。
39
b. 方程意义 反映z 、t与s之关系，表示套管所受多向载荷 时，套管内轴向应力与周向应力的关系。
管生产的尺寸、钢级、壁厚、连接方式等。
目前一般使用的美国API套管规范。其规定的有关性能主要有
。
13
1、尺寸系列（又叫名义外径或公称直径） 41/2，5，51/2，65/8，7，75/8， 85/8，95/8，103/4，113/4，16, 285/8，20，30....
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2、钢级系列
API钢级有10种：H,J,K,N,C,L,P,Q,X.
在空气中
பைடு நூலகம்26
1.2 弯曲附加拉力 如果井眼存在较大的井斜变化
或狗腿度时，由于套管弯曲效应 的影响将增大套管的拉力负荷， 特别是在靠近丝扣啮合处，易形 成裂缝损坏，由于API套管的连接 强度没有考虑弯曲应力，所以设 计时应从套管的连接强度中扣除 弯曲效应的影响，其计算公式见 有关资料。
27
1.3 其它附加拉力 在一般的套管设计中，没有具体考虑附加拉力，
次的余地。 要考虑到工艺技术水平以及管材、钻头等的库存情况。 地质复杂情况、取岩心尺寸要求、井眼曲率等。
12
第二节 套管柱设计
一、套管规范简介 套管受到各种类型外力作用，须具有一定强度。 外载大小、类型不同，所需的强度要求也不同，须有一系列
第4章固井、完井与试油 ppt课件
PPT课件
19
1.枪身；2.导爆索；3.射孔弹；4.弹架；5.固弹卡；6.安装架；7.旋塞
(a)多次使用型有枪身射孔器；(b)一次销毁型有枪身射孔器
PPT课件
20
无枪身射孔器：
由无枪身聚能射孔弹、弹架(或非密封的钢管)、起爆 传爆部件(或装置)等构成的射孔总成。
无枪身射孔器按照射孔弹结构和固弹方式:
套管下到油气层底部，固井后射孔打开油气层。 世界各主要产油国广泛使用的完井方法，70％～90％。 射孔(perforating)：射孔枪在油层某一层段套管、水泥环
和地层之间打开孔道，使地层中流体能流出。 炮弹射孔的孔眼也称为炮眼。 在射孔完井的油气井中，射孔孔眼是沟通产层和井筒的唯
PPT课件
2
PPT课件
3
二.井身结构
定义： 一口井中下入套管的层次
、下入深度、井眼尺寸与套管 尺寸的配合，以及各层套管外 水泥返高等。
水泥返高：指固井时套管与井 壁之间水泥环上升的高度。
PPT课件
4
各层套管的作用
导 管：封隔地表疏松地层，防止钻井液渗入地基影响井 架稳定以及在钻表层井眼时将钻井液从地表引导到钻井装置 平面上来形成有控循环。
PPT课件
5
三、注水泥
下完套管之后，把水泥浆泵入套管内，再用钻井液把水泥浆 顶替到管外环形空间设计位置的作业称之为注水泥。
注水泥质量的基本要求： 1、依照地质及工程设计要求，套管下入深度、水泥浆返 高和管内水泥塞高度符合规定 2、注水泥井段环空内的钻井液全部被水泥浆替走 3、水泥环与套管和井壁岩石之间的连接良好 4、水泥石能抵抗油、气、水完井方法
尾管射孔完井
PPT课件
13
优点 可选择性地射开油层，避免 层间干扰；有利于进行分层试油、 分层开采、分层酸化压裂、分层注 水等作业。
第2章 井身结构设计与固井精品PPT课件
与固井
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。
2006年3月25日，重庆开县罗家2井， 套管破损，地下井漏， H2S喷出， 12000人紧急疏散，2口井报废。
2020年10月5日
• 重点：套管柱组成及规范、套管柱的受力及强度分析、 注水泥工艺过程。
• 难点：套管柱的受力及强度分析。
2020年10月5日
3
第二章 井身结构设计与固井
主要内容: — 井身结构设计 — 套管柱设计 — 注水泥技术 — 套管损坏与防护
2020年10月5日
oil zone
一开 表层套管
二开 中间套管
(技术套管)
五、地应力概念与确定： 岩层内部产生反抗变形、并作用
2020年10月5日
在地壳单位面积上的力 2
第二章 井身结构设计与固井
• 教学内容：井身结构设计、套管柱组成及规范、套管柱 的受力及强度分析、套管柱设计原则与方法、油井水泥 和注水泥、生产套管损坏与防护。
• 基本要求：了解井身结构设计方法，掌握套管柱组成及 规范、理解套管柱的受力及强度分析，了解套管柱设计 原则与方法，了解油井水泥组成和水泥浆性能，掌握注 水泥工艺过程，了解生产套管损坏与防护措施。
六、套管尺寸和井眼尺寸选择
2020年10月5日
7
第二章 井身结构设计与固井
一、套管的分类及作用
1、表层套管
主要用途： 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层； 安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。 下深位置： 根据钻井的目的层深度和地表状况而定， 一般为上百米甚至上千米
2020年10月5日
8
第二章 井身结构设计与固井
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。
2006年3月25日，重庆开县罗家2井， 套管破损，地下井漏， H2S喷出， 12000人紧急疏散，2口井报废。
2020年10月5日
• 重点：套管柱组成及规范、套管柱的受力及强度分析、 注水泥工艺过程。
• 难点：套管柱的受力及强度分析。
2020年10月5日
3
第二章 井身结构设计与固井
主要内容: — 井身结构设计 — 套管柱设计 — 注水泥技术 — 套管损坏与防护
2020年10月5日
oil zone
一开 表层套管
二开 中间套管
(技术套管)
五、地应力概念与确定： 岩层内部产生反抗变形、并作用
2020年10月5日
在地壳单位面积上的力 2
第二章 井身结构设计与固井
• 教学内容：井身结构设计、套管柱组成及规范、套管柱 的受力及强度分析、套管柱设计原则与方法、油井水泥 和注水泥、生产套管损坏与防护。
• 基本要求：了解井身结构设计方法，掌握套管柱组成及 规范、理解套管柱的受力及强度分析，了解套管柱设计 原则与方法，了解油井水泥组成和水泥浆性能，掌握注 水泥工艺过程，了解生产套管损坏与防护措施。
六、套管尺寸和井眼尺寸选择
2020年10月5日
7
第二章 井身结构设计与固井
一、套管的分类及作用
1、表层套管
主要用途： 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层； 安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。 下深位置： 根据钻井的目的层深度和地表状况而定， 一般为上百米甚至上千米
2020年10月5日
8
第二章 井身结构设计与固井
井身结构设计与固井_OK
• 地层破裂压力(Fracture Pressure) Pf
– 当地层压力达到某一值时会使地层破裂
– 当量钻井液密度：
f
Pf
0.00981 H p
当量钻井液密度 地层破 裂压力
地层孔 隙压力
井 深
14
1.基本压力概念
• 地层坍塌压力(Collapse Pressure)
–当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍塌 –物理化学耦合作用？
1
课程回顾
一、岩石分类：
形成原因：沉积岩、变质岩、岩浆岩
二、储层岩性特征： 主要碎屑岩和碳酸岩
少量岩浆岩和变质岩，甚至页岩
三、储层物性：
孔隙度、渗透率、孔隙结构、润湿性
四、储层流体：
油、气、水；稠油粘度大于50mps
五、油气藏分类： 孔隙、裂缝、裂缝孔隙、孔隙裂缝、洞隙
块状、层状、断块、透镜体油藏
• 地层漏失压力(Leakage Pressure)
17
2.关键设计参数
（1）抽吸压力系数 Sb
上提钻柱时，由于抽吸作用使井内液柱压力的降低值，
用当量密度表示；Sb =0.024~0.048 g/cm3
当量密度
防止裸眼井段井 d Sb p
井
涌的钻井液密度
深
d p Sb
裸眼段内使用的
最大钻井液密度
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。 2006年3月25日，重庆开县罗家2井， 套管破损，地下井漏， H2S喷出， 12000人紧急疏散，2口井报废。
4
第二章 井身结构设计与固井
70年代以来，我国油气田套管损坏现象十分严重。 1998年底大庆、吉林、中原、胜利、辽河等10多油田套损 井达14000多口，若按每口井较低成本150万元计，仅套损直接 损失210亿元，还不计油井损坏停产损失。 2005年，套损严重油田累计套损井数和占投产井数比例： 大庆：8976口，占16%以上； 吉林：2861口Байду номын сангаас占30%以上； 胜利：3000多口，占10%以上； 中原：占投产井数23.3%； 并且各油田套损井数有上升趋势。
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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 •下深：根据目的层深度和地表状况而定， 一般为上百米甚至上千米
2、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 •下深：由目的层位置及完井方式而定
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第二章 井身结构设计与固井
10
第二章 井身结构设计与固井
二、井身结构设计原则
1.有效保护油气层，避免储层污染伤害 2.避免漏、喷、塌、卡等井下事故，安全、快速钻井 3.钻下部地层采用重钻井液时产生的井内压力，不至于 压裂上层套管鞋处的薄弱地层 4.当实际地层压力超过预测值而发生井涌时，在一定压 力范围内，具有压井处理溢流能力 5.下套管顺利，井内钻井液液柱压力和地层压力间的压 差不至于压差卡套管
–当钻井液柱压力高于某一临界值时地层发生漏失， 可分为自然漏失和压裂漏失。
–与钻井液性能、地层孔隙类型等有关。
井 筒
溶洞
pp
基岩
1.基本压力概念
• 钻井液静液柱压力(Hydrostatic Pressure)
• 压力梯度(Pressure Gradient)
• 当量密度（Equivalent Circulating Density）
11
第二章 井身结构设计与固井
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
• 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
12
基本压力概念
• 钻井液静液柱压力 Ph
P h0.00ρ 9H 8(M 1a)P
d :钻井液密度,（g/cm3）；H:液柱垂直高度
，m
• 压力梯度/当量密度 e
– 单位高度（或深度）增加的压力值
G hP H h0.00 98 M 1 a/P m
井身结构设计与固井
课程回顾
一、岩石分类：
形成原因：沉积岩、变质岩、岩浆岩
二、储层岩性特征： 主要碎屑岩和碳酸岩
少量岩浆岩和变质岩，甚至页岩
三、储层物性：
孔隙度、渗透率、孔隙结构、润湿性
四、储层流体：
油、气、水；稠油粘度大于50mps
五、油气藏分类： 孔隙、裂缝、裂缝孔隙、孔隙裂缝、洞隙
块状、层状、断块、透镜体油藏
常规油、稠油、高凝油藏
六、地应力概念与确定： 岩层内部产生反抗变形、并作用
在地壳单位面积上的力 2
第二章 井身结构设计与固井
主要内容: — 井身结构设计 — 套管柱设计 — 注水泥技术 — 套管损坏与防护
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) 3
第二章 井身结构设计与固井
7
第二章 井身结构设计与固井
一、套管的分类及作用
3、中间套管—Technical Casing •表层和生产套管间因技术要求而下，可 以是一层、两层或更多层
•主要用来封隔不同地层压力层系或易漏、 喷、塌、卡等复杂地层
4、尾管（衬管）—Liner
在已下入一层技术套管后采用，只对
裸眼井段下套管(注水泥)，而套管柱不
–
当量钻井液密度：
f
Pf
0.00981Hp
当量钻井液密度 地层破 裂压力
地层孔 隙压力
井 深
1.基本压力概念
• 地层坍塌压力(Collapse Pressure)
–当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍塌 –物理化学耦合作用？
疏松
地层
水化
井塌
1.基本压力概念
• 地层漏失压力(Leakage Pressure)
• 地层孔隙压力( Formation Pressure)
• 地层破裂压力(Fracture Pressure) • 地层坍塌压力(Collapse Pressure)
4个剖面
• 地层漏失压力(Leakage Pressure)
2.关键设计参数
（1）抽吸压力系数 Sb
上提钻柱时，由于抽吸作用使井内液柱压力的降低值，
延伸至井口。减轻下套管时钻机的负荷
和固井后套管头的负荷；节省套管和水
泥；一般深井和超深井
8
第二章 井身结构设计与固井
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 8-1/2″*目的层 7″尾管*目的层
5
第二章 井身结构设计与固井
第一节 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。
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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第二章 井身结构设计与固井
一、套管的分类及作用
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。 2006年3月25日，重庆开县罗家2井， 套管破损，地下井漏， H2S喷出， 12000人紧急疏散，2口井报废。
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第二章 井身结构设计与固井
70年代以来，我国油气田套管损坏现象十分严重。 1998年底大庆、吉林、中原、胜利、辽河等10多油田套损 井达14000多口，若按每口井较低成本150万元计，仅套损直 接损失210亿元，还不计油井损坏停产损失。 2005年，套损严重油田累计套损井数和占投产井数比例： 大庆：8976口，占16%以上； 吉林：2861口，占30%以上； 胜利：3000多口，占10%以上； 中原：占投产井数23.3%； 并且各油田套损井数有上升趋势。
– 有时直接用当量密度 e 表示
Ph
1.基本压力概念
• 地层压力(Formation Pressure) P p
–作用在岩石孔隙流体(油气水)上的压力，
也叫地层孔隙压力
–当量钻井液密度：
p
Pp 0.00981Hp
• 地层破裂压力(Fracture Pressure) P f
– 当地层压力达到某一值时会使地层破裂
2、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 •下深：由目的层位置及完井方式而定
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第二章 井身结构设计与固井
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第二章 井身结构设计与固井
二、井身结构设计原则
1.有效保护油气层，避免储层污染伤害 2.避免漏、喷、塌、卡等井下事故，安全、快速钻井 3.钻下部地层采用重钻井液时产生的井内压力，不至于 压裂上层套管鞋处的薄弱地层 4.当实际地层压力超过预测值而发生井涌时，在一定压 力范围内，具有压井处理溢流能力 5.下套管顺利，井内钻井液液柱压力和地层压力间的压 差不至于压差卡套管
–当钻井液柱压力高于某一临界值时地层发生漏失， 可分为自然漏失和压裂漏失。
–与钻井液性能、地层孔隙类型等有关。
井 筒
溶洞
pp
基岩
1.基本压力概念
• 钻井液静液柱压力(Hydrostatic Pressure)
• 压力梯度(Pressure Gradient)
• 当量密度（Equivalent Circulating Density）
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第二章 井身结构设计与固井
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
• 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
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基本压力概念
• 钻井液静液柱压力 Ph
P h0.00ρ 9H 8(M 1a)P
d :钻井液密度,（g/cm3）；H:液柱垂直高度
，m
• 压力梯度/当量密度 e
– 单位高度（或深度）增加的压力值
G hP H h0.00 98 M 1 a/P m
井身结构设计与固井
课程回顾
一、岩石分类：
形成原因：沉积岩、变质岩、岩浆岩
二、储层岩性特征： 主要碎屑岩和碳酸岩
少量岩浆岩和变质岩，甚至页岩
三、储层物性：
孔隙度、渗透率、孔隙结构、润湿性
四、储层流体：
油、气、水；稠油粘度大于50mps
五、油气藏分类： 孔隙、裂缝、裂缝孔隙、孔隙裂缝、洞隙
块状、层状、断块、透镜体油藏
常规油、稠油、高凝油藏
六、地应力概念与确定： 岩层内部产生反抗变形、并作用
在地壳单位面积上的力 2
第二章 井身结构设计与固井
主要内容: — 井身结构设计 — 套管柱设计 — 注水泥技术 — 套管损坏与防护
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) 3
第二章 井身结构设计与固井
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第二章 井身结构设计与固井
一、套管的分类及作用
3、中间套管—Technical Casing •表层和生产套管间因技术要求而下，可 以是一层、两层或更多层
•主要用来封隔不同地层压力层系或易漏、 喷、塌、卡等复杂地层
4、尾管（衬管）—Liner
在已下入一层技术套管后采用，只对
裸眼井段下套管(注水泥)，而套管柱不
–
当量钻井液密度：
f
Pf
0.00981Hp
当量钻井液密度 地层破 裂压力
地层孔 隙压力
井 深
1.基本压力概念
• 地层坍塌压力(Collapse Pressure)
–当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍塌 –物理化学耦合作用？
疏松
地层
水化
井塌
1.基本压力概念
• 地层漏失压力(Leakage Pressure)
• 地层孔隙压力( Formation Pressure)
• 地层破裂压力(Fracture Pressure) • 地层坍塌压力(Collapse Pressure)
4个剖面
• 地层漏失压力(Leakage Pressure)
2.关键设计参数
（1）抽吸压力系数 Sb
上提钻柱时，由于抽吸作用使井内液柱压力的降低值，
延伸至井口。减轻下套管时钻机的负荷
和固井后套管头的负荷；节省套管和水
泥；一般深井和超深井
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第二章 井身结构设计与固井
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 8-1/2″*目的层 7″尾管*目的层
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第二章 井身结构设计与固井
第一节 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。
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
6
第二章 井身结构设计与固井
一、套管的分类及作用
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。 2006年3月25日，重庆开县罗家2井， 套管破损，地下井漏， H2S喷出， 12000人紧急疏散，2口井报废。
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第二章 井身结构设计与固井
70年代以来，我国油气田套管损坏现象十分严重。 1998年底大庆、吉林、中原、胜利、辽河等10多油田套损 井达14000多口，若按每口井较低成本150万元计，仅套损直 接损失210亿元，还不计油井损坏停产损失。 2005年，套损严重油田累计套损井数和占投产井数比例： 大庆：8976口，占16%以上； 吉林：2861口，占30%以上； 胜利：3000多口，占10%以上； 中原：占投产井数23.3%； 并且各油田套损井数有上升趋势。
– 有时直接用当量密度 e 表示
Ph
1.基本压力概念
• 地层压力(Formation Pressure) P p
–作用在岩石孔隙流体(油气水)上的压力，
也叫地层孔隙压力
–当量钻井液密度：
p
Pp 0.00981Hp
• 地层破裂压力(Fracture Pressure) P f
– 当地层压力达到某一值时会使地层破裂