钻井工程 19 井身结构讲解
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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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一、套管的分类及作用
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
2、中间套管—Intermediate casing 表层和生产套管间因技术要求下套管 可以是一层、两层或更多层 主要用来分隔井下复杂地层
求出继续向下钻进时
裸眼段允许最大地层压力 ? pper
? pper
?
?f2
?
Sb
?
Sf
?
D31 D2
?
Sk
试算法：
先试取一个 D31，计算 ? pper， 若计算 ? pper与实际值接近且略大，
则 D31 为尾管初选点，否则重试。
16
4、校核尾管下到 D31 是否被卡 校核方法同 2，△P N 换成△P A
13
2、验证中间套管下到 深度D21是否被卡 （1）首先求裸眼可能存在的最大静压差：
? P ? (? pmax ? Sb ? ? pmin ) ? Dmin ? 0.00981
ρ pmax ：钻进至D21遇到的 最大地层压力当量泥浆密度。
Dmin ：最小地层孔隙压力所处的井深，m
? 若 ? P ? ? PN ，不卡，D21为中间套管下入深度D2。 ? 若 ? P ? ? PN ，会卡，中间套管应小于初选点深度，
钻井工程
井身结构
中国石油大学（北京）
1
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)
2
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。
3
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。
8-1/2″*目的层
7″尾管*目的层
6
7
二、井身结构设计原则 1、有效保护油气层 2、有效避免漏、喷、塌、卡等井 下复杂事故，安全、快速钻井 3、井涌时，有压井处理溢流能力 4、下套管顺利，不压差卡套管
8
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
压力梯度 剖面如图 。
试进行该井井身结构设计。
给定设计系数： Sb = 0.036 ；
Sg = 0.04 ；
Sk = 0.06 ；
Sf = 0.03 ；
ΔPN = 12 Mpa ;
ΔPA = 18 MPa ;
18
解： 由图上查得 ? pmax ? 2.04g / cm3, Dpmax ? 4250m
? 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
9
3、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
4、尾管（衬管） —Liner 5
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
（1）中间套管下入深度初选点 D21 由 ? f ? ?pmax? Sb ? Sf ? Sk ? Dpmax/ D21
试取 D21 =3400 m，代入上式得：
? f ? 2.04? 0.036? 0.03? 0.06? 4250/3400
? 2.181g / cm3
四、裸眼井段应满足的力学平衡
（1）防井涌
? d ? ? p max ? Sb
（2）防压差卡套管
(?d max ? ? pmin)? Dpmin ? 0.00981? ? P
（3）防井漏
? d max ? Sg ? S f ? ? f min
（4）防关井井漏
?d max ? S f ? Sk ? Dpmax / Dc1 ? ? fc1
Dp min ——最小地层孔隙压力所处的井深，m
? f min ——裸眼段最小地层破裂压力的当量泥浆密度， g/cm3
? fc1 ——套管鞋处地层破裂压力的当量泥浆密度， g/cm3
Dc1 ——套管下入深度，m
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五、井身结构设计方法
1、求中间套管下入深度初选点 D21 （1）不考虑发生井涌
由 ? f ? ? pmax ? Sb ? Sg ? S f
5、计算表层套管下入深度 D1
? 根据 D2 处地层压力 p2，
计算若钻进到 D2 发生井涌关井，
表层套管鞋处承受压力当量密度：
? fE
?
? p2 ?
Sb
?
Sf
?
D2 D1
?
Sk
试算：试取 D1，
? 计算 fE ≤查得ρ fE,确定 D1
否则重试。
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设计举例
某井设计井深为 4400 m；
地层孔隙压力梯度和破裂
计算出ρ f ，在破裂压力曲线
查出ρf 所在的井深 D21 ， 即为中间套管下入井深初选点。
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（2）考虑可能发生井涌
由 ? f ? ? ? pmax Sb ? Sf ? Sk ? Dpmax/ D21
试算法求ρf 先试取一个D21 ，计算ρf ， 将计算ρf 与查图ρf' 比较， ρf ≤ ρf' ，D21为中间套管初选点 否则，重新试算。 一般情况下，在新探区，取以上 两种条件下较大值。
需根据压差卡钻条件确定中间套管的下深。
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（2）求压差 ?PN 条件下允许
? 的最大地层压力 pper
? pper
?
? PN 0.00981 Dmin
?
? p min
?
Sb
在地层压力曲线上找出 ? pper
深度即为中间套管的下深 D2 。
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3、求钻井尾管下入深度初选点 D31
根据 D2 处地层破裂压力 ?f 2 ，
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其中：
?d ? d max ? p max
——钻井液密度， g /cm3
——裸眼段内使用的最大钻井液密度， g / cm3 ——裸眼段钻遇最大地层压力的当量泥浆密度，g / cm3
Dp max ——最大地层孔隙压力所处的井深，m
? p min ——裸眼段钻遇最小地层压力的当量泥浆密度，g/cm3
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一、套管的分类及作用
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
2、中间套管—Intermediate casing 表层和生产套管间因技术要求下套管 可以是一层、两层或更多层 主要用来分隔井下复杂地层
求出继续向下钻进时
裸眼段允许最大地层压力 ? pper
? pper
?
?f2
?
Sb
?
Sf
?
D31 D2
?
Sk
试算法：
先试取一个 D31，计算 ? pper， 若计算 ? pper与实际值接近且略大，
则 D31 为尾管初选点，否则重试。
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4、校核尾管下到 D31 是否被卡 校核方法同 2，△P N 换成△P A
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2、验证中间套管下到 深度D21是否被卡 （1）首先求裸眼可能存在的最大静压差：
? P ? (? pmax ? Sb ? ? pmin ) ? Dmin ? 0.00981
ρ pmax ：钻进至D21遇到的 最大地层压力当量泥浆密度。
Dmin ：最小地层孔隙压力所处的井深，m
? 若 ? P ? ? PN ，不卡，D21为中间套管下入深度D2。 ? 若 ? P ? ? PN ，会卡，中间套管应小于初选点深度，
钻井工程
井身结构
中国石油大学（北京）
1
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)
2
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。
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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。
8-1/2″*目的层
7″尾管*目的层
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二、井身结构设计原则 1、有效保护油气层 2、有效避免漏、喷、塌、卡等井 下复杂事故，安全、快速钻井 3、井涌时，有压井处理溢流能力 4、下套管顺利，不压差卡套管
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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
压力梯度 剖面如图 。
试进行该井井身结构设计。
给定设计系数： Sb = 0.036 ；
Sg = 0.04 ；
Sk = 0.06 ；
Sf = 0.03 ；
ΔPN = 12 Mpa ;
ΔPA = 18 MPa ;
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解： 由图上查得 ? pmax ? 2.04g / cm3, Dpmax ? 4250m
? 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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3、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
4、尾管（衬管） —Liner 5
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
（1）中间套管下入深度初选点 D21 由 ? f ? ?pmax? Sb ? Sf ? Sk ? Dpmax/ D21
试取 D21 =3400 m，代入上式得：
? f ? 2.04? 0.036? 0.03? 0.06? 4250/3400
? 2.181g / cm3
四、裸眼井段应满足的力学平衡
（1）防井涌
? d ? ? p max ? Sb
（2）防压差卡套管
(?d max ? ? pmin)? Dpmin ? 0.00981? ? P
（3）防井漏
? d max ? Sg ? S f ? ? f min
（4）防关井井漏
?d max ? S f ? Sk ? Dpmax / Dc1 ? ? fc1
Dp min ——最小地层孔隙压力所处的井深，m
? f min ——裸眼段最小地层破裂压力的当量泥浆密度， g/cm3
? fc1 ——套管鞋处地层破裂压力的当量泥浆密度， g/cm3
Dc1 ——套管下入深度，m
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五、井身结构设计方法
1、求中间套管下入深度初选点 D21 （1）不考虑发生井涌
由 ? f ? ? pmax ? Sb ? Sg ? S f
5、计算表层套管下入深度 D1
? 根据 D2 处地层压力 p2，
计算若钻进到 D2 发生井涌关井，
表层套管鞋处承受压力当量密度：
? fE
?
? p2 ?
Sb
?
Sf
?
D2 D1
?
Sk
试算：试取 D1，
? 计算 fE ≤查得ρ fE,确定 D1
否则重试。
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设计举例
某井设计井深为 4400 m；
地层孔隙压力梯度和破裂
计算出ρ f ，在破裂压力曲线
查出ρf 所在的井深 D21 ， 即为中间套管下入井深初选点。
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（2）考虑可能发生井涌
由 ? f ? ? ? pmax Sb ? Sf ? Sk ? Dpmax/ D21
试算法求ρf 先试取一个D21 ，计算ρf ， 将计算ρf 与查图ρf' 比较， ρf ≤ ρf' ，D21为中间套管初选点 否则，重新试算。 一般情况下，在新探区，取以上 两种条件下较大值。
需根据压差卡钻条件确定中间套管的下深。
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（2）求压差 ?PN 条件下允许
? 的最大地层压力 pper
? pper
?
? PN 0.00981 Dmin
?
? p min
?
Sb
在地层压力曲线上找出 ? pper
深度即为中间套管的下深 D2 。
15
3、求钻井尾管下入深度初选点 D31
根据 D2 处地层破裂压力 ?f 2 ，
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其中：
?d ? d max ? p max
——钻井液密度， g /cm3
——裸眼段内使用的最大钻井液密度， g / cm3 ——裸眼段钻遇最大地层压力的当量泥浆密度，g / cm3
Dp max ——最大地层孔隙压力所处的井深，m
? p min ——裸眼段钻遇最小地层压力的当量泥浆密度，g/cm3