【钻井工程】井身结构设计

二、钻井过程中井筒内存在的压力
1. 地层孔隙压力
Pp 9.81 103 p D
2. 地层破裂压力
pf
pp
(
2 1
K ss )( po
p p ) Srt
0.00981 f D
3. 钻井液静液柱压力
ph 9.81 103 d D
4. 环空循环压降
pla 0.57503
0.8 d
设计的内容：
（1）套管层次的确定 （2）各层套管的下入深度的确定 （3）各层套管外水泥返高的确定 （4）套管和井眼尺寸的配合
第二节 井身结构设计的内容及套管层次
二、套管柱的类型
Pbmax Ph Pla Pr Psg Pf Ph Pf Psg Pf ..........................(6 2a)
d f sg s f .............................(6 2b)
s f 0.024 ~ 0.048g / cm3
第一节 地层—井眼压力系统
三、井眼内的压力体系
1. 基本关系式
Pbmin Ph Pr Psb Pp Ph PP P.................................(6 1a)
d p .................................(6 1b) 油井：P 1.5 ~ 3.5MPa， 0.05 ~ 0.10g / cm3 气井：P 3.5 ~ 5.0MPa， 0.07 ~ 0.15g / cm3 2. 约束条件
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
第一节 地层—井眼压力系统
一、地层条件下的各种压力 二、钻井过程中井筒内存在的压力 三、井眼内的压力体系
一、地层条件下的各种压力
6.P0、 σ、Pp的关系
上覆岩层压力由岩石骨架 和孔隙中的流体共同承担，因 此上覆岩层压力、地层压力和 基岩应力之间存在以下关系：
po pp
当po一定时，σ减小，pp增 大， σ→0，pp → po。所以，地 层的孔隙压力增大，基岩应力 必然减小。
第一节 地层—井眼压力系统
一、地层条件下的各种压力
3.地层压力（formation pressue） 地层压力——指岩石孔隙中的流体所具有的压力，也称地层孔隙
压力（formation pore pressue），用pp 表示。
正常地层压力—— 等于静液压力，pp=ph。 异常地层压力—— 地层压力大于或小于正常地层压力。。
超过正常地层压力的地层压力(pp>ph)称为异常高压。
第二节 井身结构设计的内容及套管层次
一、井身结构设计内容 二、套管的层次和管柱的类型
第二节 井身结构设计的内容及套管层次
一、井身结构设计内容
定义：一口井开钻之前根据钻井的井深设计 要求，依据地层因素、工程因素及地层必 封点的限制，对需要钻进的井进行套管下 入层次、下入深度以及井眼尺寸与套管尺 寸的合理配合进行的综合设计。
6. 岩屑重力引起的附加压力
Pr 9.81103 r D
7. 井底有效压力 正常钻进时：
Pb Ph Pa Pr
起钻时： Pb Ph Pr Psb
下钻时： Pb Ph Pr Psg 最大井底压力： Pbmax Ph Pla Pr Psg
最小井底压力： Pb min Ph Pr Psb
0.2 1.8
Lp
Q pv
(d h d p )3 (d h d p )1.8
Lc (d h dc )3 (d h dc )1.8
9.81 103 la D
第一节 地层—井眼压力系统
一、井眼内的各种压力
5. 波动压力
抽吸压力： Psb 9.81103 sb D，sb 0.036 ~ 0.08g / cm 3 激动压力： Ps g 9.81103 sg D，sg 0.024 ~ 0.1g / cm3
2
( 1
) 1
pp
3
( 1
wk.baidu.com
) 1
第一节 地层—井眼压力系统
一、地层条件下的各种压力 5.地层破裂压力（fracture pressure）
使某深度处地层破裂时的井
眼内液体压力称为该地层的破
D
裂压力。
pf 9.81103 f D
地层开裂条件 Ph>pp+ σ3 σ3<σ2<σ1
第一节 地层—井眼压力系统
低于正常地层静液压力的地层压力(pp <ph)称为异常低压。
第一节 地层—井眼压力系统
一、地层条件下的各种压力
4.地应力（ground or earth stress）
➢ （有效）垂直地应力（基岩应力，骨架应力）：
由上覆岩层压力产生。
1 po pp
➢ （有效）水平地应力：
上覆岩层压力的侧压效应+地质构造应力。
第一节 地层—井眼压力系统
一、地层条件下的各种压力
1. 静液压力（hydrostatic pressure）
ph 0.00981 hl
Gh 0.00981
p h —— 静液压力，MPa;
—— 液体密度，淡水：1.0g/cm3； 盐水：1.05g/cm3；
h l —— 液柱的垂直高度，m。
Gh —— 静液压力梯度 ，MPa/m；
上覆压力梯度： Go po / D
第一节 地层—井眼压力系统
一、地层条件下的各种压力
注意
（1）上覆岩层压力梯度一般随深度增加而增大。 （2）沉积岩的平均密度大约为2.5克/厘3，平均上覆岩层压力
梯度一般为0.0227兆帕/米。 （3）在石油钻井中，以钻台作为各种压力的计算基准面。
第一节 地层—井眼压力系统
淡水：0.00981MPa/m；盐水：0.0105MPa/m。
第一节 地层—井眼压力系统
一、地层条件下的各种压力
2.上覆岩层压力（Overburden pressure）
p o
基岩重力 流体重力 面积
p 0.00981D[(1 )
]
o
ma
po 0.00981 oiDi
po 0D 0.00981o (D)dD 如冀东高尚堡构造： o (D) 2.0e0.575104 D