钻井工程-19-井身结构讲解课件.ppt

1、1钻井工程钻井工程2oil zone 中间套管中间套管(技术套管技术套管)表层套管表层套管生产套管生产套管(油层套管油层套管)一开一开二开二开三开三开3井身结构井身结构油井基础，全井骨架油井基础，全井骨架固井工程固井工程套管柱设计和注水泥套管柱设计和注水泥不仅关系全井能否顺利钻进完井，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。而且关系能否顺利生产和寿命。4井身结构设计井身结构设计 内容：内容：套管层次；套管层次；每层套管下深；每层套管下深；套管和井眼尺寸配合。套管和井眼尺寸配合。一、套管的分类及作用一、套管的分类及作用二、井身结构设计原则二、井身结构设计原则三、井身结构设计基础

2、数据三、井身结构设计基础数据四、裸眼井段应满足力学平衡四、裸眼井段应满足力学平衡五、井身结构设计方法（举例）五、井身结构设计方法（举例）六、套管尺寸和井眼尺寸选择六、套管尺寸和井眼尺寸选择 5 1、表层套管、表层套管Surface casing 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂层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安装井口、悬挂及支撑后续各层套管 2、中间套管、中间套管Intermediate casing 表层和生产套管间因技术要求下套管表层和生产套管间因技术要求下套管 可以是一层、两层或更多层可以是一层、两层或更多层 主要用来分隔井下复杂地层主要用来分隔井下复杂

3、地层 3、生产套管、生产套管Production casing 钻达目的层后下入的最后一层套管钻达目的层后下入的最后一层套管 用以保护生产层，提供油气生产通道用以保护生产层，提供油气生产通道 4、尾管（衬管）、尾管（衬管）Liner一、套管的分类及作用一、套管的分类及作用6例：克拉例：克拉2 2气田井身结构实施方案气田井身结构实施方案2828导管导管26x300m 26x300m 18-5/8x300m18-5/8x300m16x2600m 16x2600m 13-3/813-3/8x2600mx2600m12-1/4x 12-1/4x 封白云岩封白云岩10-3/4x100m+9-7/8x10

4、-3/4x100m+9-7/8x封白云岩封白云岩8-1/28-1/2*目的层目的层77尾管尾管*目的层目的层78二、井身结构设计原则二、井身结构设计原则 1、有效保护油气层、有效保护油气层 2、有效避免漏、喷、塌、卡等井、有效避免漏、喷、塌、卡等井 下复杂事故，安全、快速钻井下复杂事故，安全、快速钻井 3、井涌时，有压井处理溢流能力、井涌时，有压井处理溢流能力 4、下套管顺利，不压差卡套管、下套管顺利，不压差卡套管9抽吸压力系数抽吸压力系数：0.0240.048 g/cm3激动压力系数激动压力系数：0.0240.048 g/cm3压裂安全系数压裂安全系数：0.030.06 g/cm3井涌允量井

5、涌允量：0.050.08 g/cm3压差允值压差允值P P：PN=1518 MPa P A=2123 MPa 6 个设计系数个设计系数：孔隙压力剖面孔隙压力剖面 破裂压力剖面破裂压力剖面 坍塌压力剖面坍塌压力剖面 漏失压力剖面漏失压力剖面 4个剖面：个剖面：三、井身结构设计基础数据三、井身结构设计基础数据10四、裸眼井段应满足的力学平衡四、裸眼井段应满足的力学平衡（1）防井涌）防井涌（2）防压差卡套管）防压差卡套管（3）防井漏）防井漏（4）防关井井漏）防关井井漏maxdpbSmaxminmin()0.00981dppDPmaxmindgffSSmaxmax11/dfkpcfcSSDD11其中：

6、其中：钻井液密度，钻井液密度，裸眼段内使用的最大钻井液密度，裸眼段内使用的最大钻井液密度，裸眼段钻遇最大地层压力的当量泥浆密度，裸眼段钻遇最大地层压力的当量泥浆密度，最大地层孔隙压力所处的井深，最大地层孔隙压力所处的井深，m 裸眼段钻遇最小地层压力的当量泥浆密度，裸眼段钻遇最小地层压力的当量泥浆密度，最小地层孔隙压力所处的井深，最小地层孔隙压力所处的井深，m 裸眼段最小地层破裂压力的当量泥浆密度，裸眼段最小地层破裂压力的当量泥浆密度，套管鞋处地层破裂压力的当量泥浆密度，套管鞋处地层破裂压力的当量泥浆密度，套管下入深度，套管下入深度，m3/cmg3/cmg3/cmg3/cmg3/cmg3/cmg

7、11minminminmaxmaxmaxcfcfppppddDDD12五、井身结构设计方法五、井身结构设计方法 1、求中间套管下入深度初选点、求中间套管下入深度初选点 D21 （1）不考虑发生井涌）不考虑发生井涌 由由 计算出计算出f f ，在破裂压力曲线，在破裂压力曲线 查出查出f 所在的井深所在的井深 D21，即为中间套管下入井深初选点。即为中间套管下入井深初选点。fgbpfSSSmax13（2）考虑可能发生井涌）考虑可能发生井涌 由由 试算法求试算法求f 先试取一个先试取一个D21，计算，计算f，将计算将计算f 与查图与查图f 比较，比较，f f，D21为中间套管初选点为中间套管初选点

8、否则，重新试算。否则，重新试算。一般情况下，在新探区，取以上一般情况下，在新探区，取以上 两种条件下较大值。两种条件下较大值。maxmax21/fpbfkpSSSDD142、验证中间套管下到、验证中间套管下到 深度深度D21是否被卡是否被卡（1）首先求裸眼可能存在的最大静压差：）首先求裸眼可能存在的最大静压差：pmaxpmax：钻进至：钻进至D21遇到的遇到的 最大地层压力当量泥浆密度。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，：最小地层孔隙压力所处的井深，m 若若 ，不卡，不卡，D21为中间套管下入深度为中间套管下入深度D2。若若 ，会卡，中间套管应小于初选点深度，会

9、卡，中间套管应小于初选点深度，需根据压差卡钻条件确定中间套管的下深。需根据压差卡钻条件确定中间套管的下深。maxminmin()0.00981pbpPSDNNPPPP15（2）求压差）求压差 条件下允许条件下允许 的最大地层压力的最大地层压力 在地层压力曲线上找出在地层压力曲线上找出 深度即为中间套管的下深深度即为中间套管的下深 D2。NPbpNpperSDPminmin00981.0pperpper163122pperfbfkDSSSD3、求钻井尾管下入深度初选点、求钻井尾管下入深度初选点 D31 根据根据 D2 处地层破裂压力处地层破裂压力 ，求出继续向下钻进时求出继续向下钻进时 裸眼段允

10、许最大地层压力裸眼段允许最大地层压力 试算法：试算法：先试取一个先试取一个 D31，计算，计算 ，若计算若计算 与实际值接近且略大，与实际值接近且略大，则则 D31 为尾管初选点，否则重试。为尾管初选点，否则重试。2fpperpperpper174 4、校核尾管下到、校核尾管下到 D D31 31 是否被卡是否被卡 校核方法同校核方法同 2 2，P N 换成换成P A5、计算表层套管下入深度、计算表层套管下入深度 D1 根据根据 D2 处地层压力处地层压力 ，计算若钻进到计算若钻进到 D2 发生井涌关井，发生井涌关井，表层套管鞋处承受压力当量密度：表层套管鞋处承受压力当量密度：2p221fEp

11、bfkDSSSD试算：试取试算：试取 D1，计算计算 查得查得fEfE,确定确定 D1否则重试。否则重试。fE18设计举例设计举例某井设计井深为某井设计井深为 4400 m；地层孔隙压力梯度和破裂地层孔隙压力梯度和破裂压力梯度压力梯度 剖面如图剖面如图。试进行该井井身结构设计。试进行该井井身结构设计。给定设计系数：给定设计系数：Sb=0.036；Sg=0.04；Sk=0.06 ；Sf=0.03；PN=12 Mpa;PA=18 MPa;19解：解：由图上查得由图上查得 （1）中间套管下入深度初选点）中间套管下入深度初选点 由由 试取试取 D21=3400 m，代入上式得：，代入上式得：由破裂压力

12、曲线查得由破裂压力曲线查得 且接近，故确定且接近，故确定 D21=3400 m。mDcmgpp4250,/04.2max3max21Dmaxmax21/fpbfkpSSSDD32.04 0.036 0.03 0.06 4250/34002.181/fg cm340033400,/19.2fffcmg20（2）校核中间套管是否会被卡）校核中间套管是否会被卡 由由P P曲线，钻进到深度曲线，钻进到深度 D21=3400 m时，时，遇到最大地层压力遇到最大地层压力 因因 由由 因因P PN=12 MPa,故中间套管下深应浅于初选点。故中间套管下深应浅于初选点。查得查得 =1.435 对应对应 D2=

13、3200 m。33400=1.57 g/cm p3minmin1.07/,3050pg cmDm3min3min121.07 0.036 1.435/9.81 100.00981 3050NpperpbPSg cmDmaxminmin()0.00981pbpPSD(1.570.0361.07)30500.0098116.037PMPapper21 （3）确定尾管下深的初选点）确定尾管下深的初选点 D31 由由f曲线查得：曲线查得：由：由：试取试取 D D31 31=3900m=3900m，得，得 由由p曲线，曲线，故确定初选点故确定初选点 D31=3900 m.3122312.15 0.036

14、 0.030.063200pperfbfkDSSSDD332002.15/fg cm32.01/pperg cm339001.942.01/ppperg cm22（4）校核是否会卡尾管）校核是否会卡尾管 计算压差：计算压差：因为因为 ，故确定尾管下深为故确定尾管下深为 D3=D31=3900m。maxminmin()0.00981(1.940.036 1.435)3200 0.0098116.98pbpPSDMPa18APPMPa 23（5）确定表层套管下深）确定表层套管下深 D1 由：由：221132001.4350.0360.030.06fEpbfkDSSSDD试取试取 D1=850 m,

15、代入上式计算得代入上式计算得由由f曲线查得曲线查得故确定故确定 D1=850 m。3/737.1cmgfE38508501.74/,ffEfg cm24六、套管尺寸和井眼尺寸选择六、套管尺寸和井眼尺寸选择 目前我国使用最多的套管目前我国使用最多的套管/钻头系列是：钻头系列是：214)875(7)218(859)4112(8313)2117(20)26(套管和井眼尺寸确定一般是由内到外进行套管和井眼尺寸确定一般是由内到外进行 根据采油要求根据采油要求 油层套管尺寸油层套管尺寸 匹配钻头匹配钻头 套管与井眼间间隙与井身质量、固井水泥环强度要求、下套套管与井眼间间隙与井身质量、固井水泥环强度要求、下

16、套管时井内波动压力、套管尺寸等因素有关，管时井内波动压力、套管尺寸等因素有关，9.5mm 9.5mm 19mm19mm。目前，根据套管层次不同，已基本形成了较稳定的系列。目前，根据套管层次不同，已基本形成了较稳定的系列。25262828导管导管26x300m 26x300m 18-5/8x300m18-5/8x300m16x2600m 16x2600m 13-3/813-3/8x2600mx2600m12-1/4x 12-1/4x 封白云岩封白云岩10-3/4x100m+9-7/8x10-3/4x100m+9-7/8x封白云封白云岩岩8-1/28-1/2*目的层目的层77尾管尾管*目的层目的层克拉克拉2 2气田典型井身结构气田典型井身结构2730201610-3/413-3/89-5/82.162.182.30泥线泥线90m