1、完井工程完井工程2011开课必做开课必做v课程介绍：名称课程介绍：名称/性质性质/学时学时/周学时周学时/结课时间结课时间.v成绩评定方法：平时成绩评定方法：平时20%,结课考试结课考试80%.平时平时成绩评定方法：成绩评定方法：1考勤和课堂纪律；考勤和课堂纪律；2课堂课堂提问；提问；3作业作业.v结课考试：时间结课考试：时间/题型题型/题量题量/分值分值/考后要求考后要求.v答疑：时间和地点答疑：时间和地点.v绪论绪论v完井工程定义：指从钻开油气层完井工程定义：指从钻开油气层到完钻交井的工艺和技术到完钻交井的工艺和技术.是联系是联系钻井与采油生产的一个关键环节钻井与采油生产的一个关键环节.v
2、完井工程的基本工艺过程：确定完井工程的基本工艺过程：确定完井的井底结构完井方法、确完井的井底结构完井方法、确定井身结构、钻开生产层、保护定井身结构、钻开生产层、保护油气层、完井电测、固井、使井油气层、完井电测、固井、使井眼与产层连通、试油、安装井底眼与产层连通、试油、安装井底和井口和井口.v完井工程的主要内容：完井工程的主要内容：11以油气层以油气层的地质结构、岩石力学性质和物性的地质结构、岩石力学性质和物性为基础为基础,研究储集层与井眼的最佳连研究储集层与井眼的最佳连通方式通方式,为油气井的稳产、高产创造为油气井的稳产、高产创造最优的条件；最优的条件；22保护油气层保护油气层.v课程内容：介
3、绍井身结构设计方法、课程内容：介绍井身结构设计方法、固井和完井等的工艺技术固井和完井等的工艺技术.第一章第一章 井身结构设计井身结构设计v大作业一：一口井井身结构设计大作业一：一口井井身结构设计v1基本数据基本数据v1井号井号:广斜广斜-1井；井；2井别井别:开发井开发井;v3井型井型:定向井；定向井；4设计井设计井深深:3525米米;v5完井方法完井方法:射孔完井射孔完井;v6完钻原则完钻原则:钻穿潜钻穿潜43油组留足口袋油组留足口袋完钻完钻.v2设计地层剖面设计地层剖面 地层时代地层时代设计地层设计地层/m/m岩性简述岩性简述界界系系组组段段层层深度深度厚度厚度新新生生界界第四系平原组第四
4、系平原组90909090黄色粘土黄色粘土 砾石砾石 流砂层流砂层上第三系广华寺组上第三系广华寺组930930840840杂色粘土岩杂色粘土岩 砾状砂岩砾状砂岩 砂砾岩砂砾岩下下第第三三系系荆河镇组荆河镇组17601760830830灰、绿灰色泥岩底部夹油页岩灰、绿灰色泥岩底部夹油页岩潜潜江江组组潜一段潜一段21702170410410膏岩韵律层段及砂泥岩互层段膏岩韵律层段及砂泥岩互层段潜二段潜二段25702570400400盐岩、油浸泥岩、石膏质泥岩、泥岩组成的韵律层盐岩、油浸泥岩、石膏质泥岩、泥岩组成的韵律层潜三段潜三段30703070500500灰色泥岩夹粉砂岩灰色泥岩夹粉砂岩 盐岩盐岩
5、油浸泥岩油浸泥岩 泥岩泥岩潜潜四四上上4 41 1312031205050灰色泥岩夹粉砂岩灰色泥岩夹粉砂岩4 41 1下下316031604040盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段4 40 0318031802020盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段4 40 0中中33303330150150盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段4 40 0下下338033805050盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段4 42 2341034103030灰色泥岩夹粉砂岩灰色泥岩夹
6、粉砂岩4 42 2下下345034504040盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段4 43 3350035005050灰色泥岩夹粉砂岩灰色泥岩夹粉砂岩潜潜4 4下下35253525(25)(25)盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段注注:1:1井深为垂深井深为垂深,井深、厚度单位为米井深、厚度单位为米;2 2平原组、广华寺组、荆河镇组防垮、平原组、广华寺组、荆河镇组防垮、防缩径防缩径,潜江组防垮、防卡潜江组防垮、防卡.3 3井身结构设计说明井身结构设计说明11该区块无高压地层该区块无高压地层,无地层压裂问题；无地层压裂问题；22表
7、层套管应封过疏松且含地下水的第四表层套管应封过疏松且含地下水的第四系平原组；系平原组；3上第三系广华寺组易缩径,根据经验,可采用扩眼方法处理,扩眼段钻头直径应至少比二开钻头直径大12级；4油层套管甲方要求外径139.7mm,下深3574m；5造斜点井深2900m；6要求详细阐述设计过程,并给出如下设计结果图：一开：井眼外径：钻达井深：m套管外径：套管下深：m水泥返深：地面二开：井眼外径：钻达井深：m套管外径：套管下深：m水泥返深：m扩眼段:mmm广斜广斜1井井身结构示意图井井身结构示意图v作业要求：作业要求：v1用小用小4号宋体字写号宋体字写,A4纸输出；纸输出；v2讲完本章时完成讲完本章时完
8、成,先课上交流先课上交流,再上再上交交.第一章第一章 井身结构设计井身结构设计第一节第一节 绪论绪论v1 1井身结构实例井身结构实例一开井眼外径：444.5钻达井深：151m套管外径：339.7套管下深：150m水泥返深：地面二开井眼外径：215.9钻达井深：3320m套管外径：139.7套管下深：3215m水泥返深：2500m244.5800m王西王西7斜井井身结构示意图斜井井身结构示意图v2 2井身结构概念井身结构概念v全井井筒的总体结构和框架结构全井井筒的总体结构和框架结构.v3 3井身结构设计目的井身结构设计目的v满足钻井工程、完井工程和采油工满足钻井工程、完井工程和采油工程的要求程的
9、要求.v3.13.1满足钻井工程的要求满足钻井工程的要求v应避免较严重的漏、喷、塌、卡、应避免较严重的漏、喷、塌、卡、裂等井下复杂情况的发生裂等井下复杂情况的发生,为安全、为安全、优质、快速和低成本钻井创造条件优质、快速和低成本钻井创造条件.v已量化的两种情况：已量化的两种情况：v11溢流关井和钻下部地层采用较高溢流关井和钻下部地层采用较高密度的钻井液正常钻进时产生的井密度的钻井液正常钻进时产生的井内压力不致压裂上层套管鞋处及以内压力不致压裂上层套管鞋处及以下最薄弱的裸露地层；下最薄弱的裸露地层；v22钻井起下钻和下套管过程中钻井起下钻和下套管过程中,井井内钻井液柱的压力和地层压力之间内钻井液
10、柱的压力和地层压力之间的压力差的压力差,不致产生压差卡钻杆和不致产生压差卡钻杆和套管的现象等套管的现象等.v3.23.2满足完井工程的要求满足完井工程的要求v有利于保护油气层有利于保护油气层.v3.33.3满足采油工程的要求满足采油工程的要求v有利于长期安全、有效、顺利地生有利于长期安全、有效、顺利地生产产.v4 4 井身结构设计意义井身结构设计意义v是整个钻井设计的基础是整个钻井设计的基础,关系到钻井关系到钻井工程的整体效益工程的整体效益,直接影响油井的质直接影响油井的质量和寿命量和寿命.v5 5 井身结构设计原则井身结构设计原则v在满足设计目的的前提条件下在满足设计目的的前提条件下,井身井
11、身结构越简单越好结构越简单越好,总体尺寸越小越好总体尺寸越小越好,全井的建井成本越低越好全井的建井成本越低越好.v小结：合理的井身结构应能保证一小结：合理的井身结构应能保证一口井顺利钻达预定的井深口井顺利钻达预定的井深,保证钻进保证钻进过程的安全；有利于防止钻进中的过程的安全；有利于防止钻进中的产层污染；有利于采油工程长期安产层污染；有利于采油工程长期安全、顺利地生产全、顺利地生产.并能花费最少的费并能花费最少的费用用.v6 6井身结构设计应考虑的因素井身结构设计应考虑的因素v11油气藏特性；油气藏特性；v22采油工艺技术水平及要求；采油工艺技术水平及要求；v 上述上述2 2方面决定了油气层与
12、井眼方面决定了油气层与井眼连通方式完井方法连通方式完井方法.v3钻井地层特性：指喷、裂、漏、缩径、塌、卡等复杂地层特性；v4钻井液工艺技术水平及要求；v5钻井工艺技术水平及要求；v6固井工艺技术水平及要求.v 上述4方面决定了钻井处理复杂地层的方法非目的层段的井身结构形式.v7 7现代井身结构设计内容现代井身结构设计内容v v11油气层与井眼连通方式选择目油气层与井眼连通方式选择目的层段井身结构形式；的层段井身结构形式；v22钻井必封段确定和封固钻井必封段确定和封固/处理方法处理方法优选非目的层段井身结构形式；优选非目的层段井身结构形式；v33整个井筒的总体结构尺寸选配整个井筒的总体结构尺寸选
13、配.v实例王西实例王西7斜井：斜井：v1选用射孔法完井；选用射孔法完井；v2用扩眼法和下套管注水泥的方法处理用扩眼法和下套管注水泥的方法处理和加固钻井的复杂地层；和加固钻井的复杂地层；v3总体结构尺寸选配：其中纵向结构尺总体结构尺寸选配：其中纵向结构尺寸包括套管层数、每层套管的下入深度、寸包括套管层数、每层套管的下入深度、扩眼井段的井深扩眼井段的井深,横向结构尺寸包括每层横向结构尺寸包括每层套管与相应钻头直径、每层套管环空水套管与相应钻头直径、每层套管环空水泥返高、扩眼段钻头直径等泥返高、扩眼段钻头直径等.一开井眼外径：444.5钻达井深：151m套管外径：339.7套管下深：150m水泥返深
14、：地面二开井眼外径：215.9钻达井深：3320m套管外径：139.7套管下深：3215m水泥返深：2500m244.5800m王西王西7斜井井身结构示意图斜井井身结构示意图v8 8井身结构设计特点井身结构设计特点v11影响因素多影响因素多,且难以完全量化且难以完全量化,设设计方法在较大程度上还需要现场经计方法在较大程度上还需要现场经验；验；v22一口井在开钻之前一口井在开钻之前,必须在现有工必须在现有工艺技术水平条件下完成井身结构设艺技术水平条件下完成井身结构设计计.v3对一个油田或区块而言,井身结构设计常常不能一次完成.随着对地层情况的更多了解,钻井、钻井液和固井工艺技术水平的提高,井身结
15、构应逐步简化和优化.v9 9 井身结构设计的发展井身结构设计的发展v9.19.1经验积累阶段经验积累阶段19001960v特点：井不深特点：井不深3000m,地层地层情况还不太复杂情况还不太复杂,井身结构设计井身结构设计靠实践中积累的经验来做靠实践中积累的经验来做.v任务：为适应工业化大生产的需任务：为适应工业化大生产的需要要,有关井身结构设计的研究工有关井身结构设计的研究工作主要面临规范化、标准化问题作主要面临规范化、标准化问题.v取得的主要成果有：取得的主要成果有：v1提出了以满足工程必封点为主要条件的井身结构设计思想；v2确定了三段式的井身结构基本形式；v3确定了由API制定的尺寸配合规
16、范,统一了管材、工具配套标准；v意义：使得井身结构设计从无序到有序、从杂乱到标淮,开创了一个基本良性循环的局面.v9.2 9.2 理论发展阶段理论发展阶段196O v特点：技术快速进步特点：技术快速进步.由于地层孔隙由于地层孔隙压力和地层破裂压力预测技术的发压力和地层破裂压力预测技术的发展展,对一口井的压力系统变化规律可对一口井的压力系统变化规律可以做出比较可靠的预测；又由于钻以做出比较可靠的预测；又由于钻柱和套管柱粘附卡钻机理的研究成柱和套管柱粘附卡钻机理的研究成果果,使我们能够确定在一定条件下避使我们能够确定在一定条件下避免发生粘附卡钻的合理压差免发生粘附卡钻的合理压差 范围范围.从而为从
17、而为井身结构设计方法向经验方法数井身结构设计方法向经验方法数量化方法提供了可能量化方法提供了可能.v取得的成果：取得的成果：v11提出了以满足防止套管鞋处地层提出了以满足防止套管鞋处地层压裂和避免压差卡钻为量化依据压裂和避免压差卡钻为量化依据,满满足必封点约束条件的设计思想；足必封点约束条件的设计思想；v22确定了以两条压力剖面为根据确定了以两条压力剖面为根据,从从下而上下而上 用图解或解析的数量化方用图解或解析的数量化方法确定下人深度法确定下人深度,再由必封点约束条再由必封点约束条件进行调节的设计方法件进行调节的设计方法.v意义：这一阶段发展的数量化设计意义：这一阶段发展的数量化设计方法方法
18、,不但使井身结构设计与相关领不但使井身结构设计与相关领域的研究成果紧密联系域的研究成果紧密联系,同时也为今同时也为今后钻井工程设计的程序化、智能化后钻井工程设计的程序化、智能化提供了一个良好的开端提供了一个良好的开端.v9.39.3系统工程阶段系统工程阶段198O v问题的提出：问题的提出：19801980年以来年以来,随着世界随着世界围内常规油气藏探明储量的锐减围内常规油气藏探明储量的锐减,非非常规油气藏常规油气藏 的勘的勘探开发开始探开发开始.这给钻井工程出了不少这给钻井工程出了不少难题难题,特别是对于复杂地质情况特别是对于复杂地质情况,由由井身结构诱发的钻井事故屡见不鲜井身结构诱发的钻井
19、事故屡见不鲜,这就要求其设计要有新的发展这就要求其设计要有新的发展.v发展方向：发展方向：v11对于复杂地质情况对于复杂地质情况,井身结构设计要井身结构设计要考虑的因素考虑的因素,除了防止套管鞋处地层压除了防止套管鞋处地层压裂裂,避免管柱压差卡钻外避免管柱压差卡钻外,还有非连续性还有非连续性地层压力系统地层压力系统 、盐岩的粘塑性流动等因、盐岩的粘塑性流动等因素素.面对多因素的影响面对多因素的影响,目前国内外井身目前国内外井身结构设计方法正向系统工程的方向发展结构设计方法正向系统工程的方向发展.v2不断提高钻井、钻井液、固井的工艺技术水平,大力发展随钻扩眼、膨胀管固井等先进技术.使目前很难满足
20、深井、超深井成本控制要求的、高成本的、肥胖的、多层次和多阶梯的倒塔式井身结构向低成本的、精瘦的直筒式井身结构发展,使井身结构向优化、简单和易操作的方向发展.v基本思想：将井身结构设计涉及的方方基本思想：将井身结构设计涉及的方方面面构成一个系统面面构成一个系统,再根据系统工程的再根据系统工程的原理及方法原理及方法,由压力平衡关系由压力平衡关系 、工程约束条件、工程约束条件 、事故发生、事故发生概率等相关因素概率等相关因素,采用风险决策技术和采用风险决策技术和优化技术优化技术,进行合理井身结构设计进行合理井身结构设计.v对比：常规井身结构设计是一种系统局对比：常规井身结构设计是一种系统局部优化方法
21、部优化方法,而解决复杂地质情况的井身而解决复杂地质情况的井身结构设计方法则是系统全面优化方法结构设计方法则是系统全面优化方法.v现状：由于复杂地质情况在不同的构造、现状：由于复杂地质情况在不同的构造、井别将有不同的表现井别将有不同的表现,针对实际情况影响针对实际情况影响因素将有不同的取舍因素将有不同的取舍,因此因此,很难找到一很难找到一种统一的、适应面极广的井身结构设计种统一的、适应面极广的井身结构设计方法方法,这也是国内外同类研究工作至今未这也是国内外同类研究工作至今未能成果的主要原因能成果的主要原因.第二节第二节 钻井处理复杂地层和钻井处理复杂地层和 优化井身结构的方法优化井身结构的方法
22、1 1 提高钻井液工艺技术水平法提高钻井液工艺技术水平法1.1 1.1 概述概述 1.2 1.2 措施措施11优选钻井液体系；优选钻井液体系；22改善钻井液性能改善钻井液性能,提高钻井液的携提高钻井液的携岩和悬岩能力岩和悬岩能力,提高其护壁能力以形提高其护壁能力以形成薄而致密的滤饼等；成薄而致密的滤饼等；33加强钻井液的固控和管理等加强钻井液的固控和管理等.v1.3 1.3 方法特点方法特点v v11工艺简单；工艺简单；v22不减小井径不减小井径,有利于构建直筒式井身有利于构建直筒式井身结构；结构；v33经济性好经济性好,有长期效益；有长期效益；v44可靠性需要实践检验；可靠性需要实践检验；v
23、55为首先考虑的处理复杂地层和优化井为首先考虑的处理复杂地层和优化井身结构的方法身结构的方法.v2 2 提高钻井工艺技术水平法提高钻井工艺技术水平法v2.1 2.1 概述概述 v2.2 2.2 措施措施v11提高人员素质提高人员素质,严格、规范管理；严格、规范管理；v22建立钻井时间观念建立钻井时间观念,在保证安全和在保证安全和质量的前提下质量的前提下,加快钻速；加快钻速；v33采用合适的钻井方法采用合适的钻井方法,如改转盘如改转盘钻为井下动力钻或顶驱钻、复合钻钻为井下动力钻或顶驱钻、复合钻,改钻杆钻为套管钻等改钻杆钻为套管钻等.v2.32.3方法特点方法特点v v11不减小井径不减小井径,有
24、利于构建直筒式井有利于构建直筒式井身结构；身结构；v22经济性好经济性好,有长期效益；有长期效益；v33与提高钻井液工艺技术水平法一与提高钻井液工艺技术水平法一起起,为首先考虑的处理复杂地层和优为首先考虑的处理复杂地层和优化井身结构的方法化井身结构的方法.v3 3 下套管并注水泥固井法下套管并注水泥固井法v3.13.1发展概况和工艺简介发展概况和工艺简介v 是钻井最早使用且用得最多的是钻井最早使用且用得最多的加固复杂地层的方法加固复杂地层的方法.v3.23.2套管的类型和作用套管的类型和作用v根据套管的功用可将其分为导管；根据套管的功用可将其分为导管；表层套管；中间套管表层套管；中间套管,亦称
25、技亦称技术套管；生产套管术套管；生产套管,亦称油层亦称油层套管套管.7-1.11导管及其作用：是最早下入井内的导管及其作用：是最早下入井内的一层临时性管子一层临时性管子.导管的作用是在钻导管的作用是在钻表层井眼时将钻井液从地表引导到表层井眼时将钻井液从地表引导到钻井装置平面上来钻井装置平面上来,这一层管柱其长这一层管柱其长度变化较大度变化较大,在坚硬的岩层中仅用在坚硬的岩层中仅用101020m,20m,而在沼泽地区则可能上百而在沼泽地区则可能上百米米.v22表层套管及其作用：是开始下入表层套管及其作用：是开始下入井内的第一层套管井内的第一层套管.主要主要有两方面作用：一是封隔地下浅水有两方面作
26、用：一是封隔地下浅水层和易缩径、塌、漏、破裂等浅井层和易缩径、塌、漏、破裂等浅井段的复杂地层段的复杂地层,使淡水层不受钻井液使淡水层不受钻井液污染污染,使后续钻井不受浅部疏松的复使后续钻井不受浅部疏松的复杂地层影响；二是在其顶部安装套杂地层影响；二是在其顶部安装套管头和井口装置管头和井口装置,并通过套管头悬挂并通过套管头悬挂和支承后续各层套管和支承后续各层套管.v33中间套管及其作用：介于表层套中间套管及其作用：介于表层套管和生产套管之间的套管都称中间管和生产套管之间的套管都称中间套管套管.其作用是封隔不同孔隙压力的其作用是封隔不同孔隙压力的地层地层,封固易缩径、塌、漏、破裂等封固易缩径、塌、
27、漏、破裂等复杂地层复杂地层,它也为井控设备的安装及它也为井控设备的安装及悬挂尾管提供了条件悬挂尾管提供了条件,对油层套管还对油层套管还具有保护作用具有保护作用.根据需要根据需要,中间套管中间套管可以是一层、两层可以是一层、两层,甚至多层甚至多层.v44生产套管及其作用：是钻达目的生产套管及其作用：是钻达目的层后下入的最后一层套管层后下入的最后一层套管.其作用是其作用是封固井壁封固井壁,保护生产层保护生产层,封隔不同压封隔不同压力的生产层力的生产层,封隔生产层与非生产层封隔生产层与非生产层,并给油气从产层流至地面提供稳定并给油气从产层流至地面提供稳定的通道的通道.v55尾管及其作用：有技术尾管和
28、生产尾尾管及其作用：有技术尾管和生产尾管管,主要在裸眼井段下套管注水泥主要在裸眼井段下套管注水泥,套管套管柱不延伸至井口柱不延伸至井口,故可减轻下套管时钻故可减轻下套管时钻机的负荷和固井后套管头的负荷机的负荷和固井后套管头的负荷,又可又可节省大量套管和水泥节省大量套管和水泥,降低固井成本降低固井成本.在在深井钻井中深井钻井中,尾管另一个突出的优点是尾管另一个突出的优点是,在继续钻井时可以使用异径钻具在继续钻井时可以使用异径钻具.在顶在顶部的大直径钻具比同一直径的钻具具有部的大直径钻具比同一直径的钻具具有更高的抗拉伸强度更高的抗拉伸强度,在尾管内的小直径在尾管内的小直径钻具具有更高的抗内压力的能
29、力钻具具有更高的抗内压力的能力.尾管尾管的缺点是固井施工较困难的缺点是固井施工较困难.尾管与上层尾管与上层套管重叠段长度一般取套管重叠段长度一般取5050100m.100m.v说明：在几种套管中说明：在几种套管中,表层套管和生表层套管和生产套管产套管 一般是必下的一般是必下的,中间套中间套管管 则不一定则不一定.v3.33.3下套管并注水泥固井法特点下套管并注水泥固井法特点v11工艺技术成熟、可靠性好；工艺技术成熟、可靠性好；v22每下一层套管每下一层套管,下面的井眼尺寸就下面的井眼尺寸就减小一级减小一级,组成的井身结构为倒塔式组成的井身结构为倒塔式.有钻不到预定井深的风险；有钻不到预定井深的
30、风险；v33要消耗大量的钢材及水泥要消耗大量的钢材及水泥,成本高成本高.据统计据统计,生产井的套管固井成本要占生产井的套管固井成本要占全井成本的全井成本的10%25%10%25%甚至更多甚至更多.v4 4 扩眼法扩眼法v4.14.1概念和发展概况概念和发展概况v用扩眼的方法来处理易缩径卡钻的用扩眼的方法来处理易缩径卡钻的复杂地层复杂地层,优化井身结构优化井身结构,提高注水提高注水泥质量泥质量,这就是扩眼法这就是扩眼法.v4.24.2实例实例 一开井眼外径：444.5钻达井深：151m套管外径：339.7套管下深：150m水泥返深：地面二开井眼外径：215.9钻达井深：3320m套管外径：139
31、.7套管下深：3215m水泥返深：2500m扩眼244.5800m王西王西7斜井井身结构示意图斜井井身结构示意图v4.34.3扩眼法的作用扩眼法的作用v11减少不必要的套管层次；打破了以往减少不必要的套管层次；打破了以往与套管尺寸匹配的钻头尺寸的限制与套管尺寸匹配的钻头尺寸的限制,使使整个井身结构的尺寸得到减小、简化和整个井身结构的尺寸得到减小、简化和优化；有利于变倒塔式井身结构为直筒优化；有利于变倒塔式井身结构为直筒式井身结构式井身结构.v22给一些易缩径的地层一定的缩径量给一些易缩径的地层一定的缩径量,避免造成缩径卡钻避免造成缩径卡钻,引发严重的钻井事引发严重的钻井事故故,影响钻井安全影响
32、钻井安全.v33增大环隙增大环隙,防止下套管遇阻防止下套管遇阻,提高注水提高注水泥质量并保护套管泥质量并保护套管,以便顺利固井、完以便顺利固井、完井和采油井和采油.v4.44.4扩眼法特点扩眼法特点v11用扩眼法来优化井身结构适合于用扩眼法来优化井身结构适合于各种地层和各种井各种地层和各种井,是钻井和完井技是钻井和完井技术发展的重要方向；术发展的重要方向；v22用扩眼法处理复杂地层来避免卡用扩眼法处理复杂地层来避免卡钻的方法主要适用于易吸水膨胀和钻的方法主要适用于易吸水膨胀和易塑性流动的地层；易塑性流动的地层；v33用扩眼法处理复杂地层以避免地用扩眼法处理复杂地层以避免地层卡钻的可靠性要靠实践
33、来检验；层卡钻的可靠性要靠实践来检验；v4与下套管并注水泥固井法对比是否更经济,要作具体分析；v5用扩眼法处理复杂地层避免易缩径地层卡钻的工艺简单易行,也节省了固井和候凝时间,节省了钢材、水泥和固井工程费用,这是可以降低成本的方面.v6扩眼法可形成3阶梯井身结构,而下套管注水泥固井法形成的是2阶梯井身结构,相比之下,前者环空间隙更不均,扩眼后的钻进,为兼顾宽间隙处有效携岩,可能得适当提高钻井液排量,这样沿程水功率消耗增大,钻头获得的水功率减小,钻速也可能降低；这是可能增加成本的方面.v5 5 挤水泥固井法挤水泥固井法v5.15.1发展概况和工艺简介发展概况和工艺简介v5.25.2挤水泥的用途挤
34、水泥的用途v油套补注水泥和加固井壁油套补注水泥和加固井壁.v5.35.3挤水泥加固井壁适应的地层挤水泥加固井壁适应的地层v11胶结差、不稳定、中低压的中高胶结差、不稳定、中低压的中高渗透性地层；渗透性地层；v22易漏失的裂缝地层易漏失的裂缝地层.v5.4 5.4 挤水泥固井法特点挤水泥固井法特点v v11井径不减小井径不减小,有利于构建直筒式井身有利于构建直筒式井身结构；结构；v2 2 工艺简单；工艺简单；v33不用下套管不用下套管,更经济；更经济；v44可靠性要靠实践来检验；可靠性要靠实践来检验；v55适应的地层范围较窄；适应的地层范围较窄；v66一次封固的井段不能过长一次封固的井段不能过长
35、.v5.55.5应用情况和前景应用情况和前景v6 6 下膨胀管注水泥固井法下膨胀管注水泥固井法/扩眼扩眼+下下膨胀管注水泥固井法膨胀管注水泥固井法v6.16.1发展概况和工艺简介发展概况和工艺简介v6.26.2用途用途v11加固井壁和优化井身结构；加固井壁和优化井身结构；v22修井修井.v6.36.3方法特点方法特点v 1用扩眼+下膨胀管固井法来优化井身结构是钻井和完井技术发展的重要方向；2井径可以不减小或稍有减小,有利于构建直筒式井身结构,故总体上更经济；3可靠性好；4加固井壁主要用作尾管；5工艺技术要求高.6.4应用情况和前景v7 7小结分类和选用的顺序：小结分类和选用的顺序：v11提高钻
36、井液工艺技术水平法；提高钻井液工艺技术水平法；v22提高钻井工艺技术水平法；提高钻井工艺技术水平法；v33挤水泥固井法；挤水泥固井法；v44简单扩眼法；简单扩眼法；v55扩眼扩眼+下膨胀管注水泥固井法下膨胀管注水泥固井法v66下膨胀管注水泥固井法；下膨胀管注水泥固井法；v77扩眼扩眼+下套管并注水泥固井法下套管并注水泥固井法v88下套管并注水泥固井法下套管并注水泥固井法.第三节第三节 井身结构设计方法井身结构设计方法油气层段：根据油藏特性和采油油气层段：根据油藏特性和采油工程的技术水平及要求设计油气工程的技术水平及要求设计油气层段的井身结构层段的井身结构 和相和相关尺寸关尺寸.非油气层段：非油
37、气层段：1 1 根据地层压力和地层破裂压力根据地层压力和地层破裂压力剖面初定全井的必封段剖面初定全井的必封段1.11.1概述概述v11方法适用的井况：如果设计井上方法适用的井况：如果设计井上部井段有相对薄弱的易破裂地层和部井段有相对薄弱的易破裂地层和正常压力的地层正常压力的地层,下部井段有异常高下部井段有异常高压地层压地层,且两者之间不能用同一个密且两者之间不能用同一个密度的钻井液来平衡度的钻井液来平衡,这种这种情况下情况下,就需要井身结构设计来合理就需要井身结构设计来合理和及时处理和及时处理 封固上部井段薄弱的易封固上部井段薄弱的易破裂地层和易压差卡钻的正常压力破裂地层和易压差卡钻的正常压力
38、地层地层,避免这种矛盾避免这种矛盾.v22设计条件：需要首先建立设计井设计条件：需要首先建立设计井所在地区的地层压力和地层破裂压所在地区的地层压力和地层破裂压力剖面力剖面,如图如图7-27-2所示所示.图中纵坐标表图中纵坐标表示井深示井深,横坐标表示地层压力和地层横坐标表示地层压力和地层破裂压力的当量密度破裂压力的当量密度.v33设计步骤：由于油层套管的下深设计步骤：由于油层套管的下深取决于油气层的位置和完井方法取决于油气层的位置和完井方法,所所以设计步骤从中间套管开始以设计步骤从中间套管开始.可依图可依图按由下向上按由下向上,由内向外的顺序逐层设由内向外的顺序逐层设计计.图7-2 井身结构设
39、计图v1.2 1.2 设计原理设计原理v11正常作业工况的必封点深度正常作业工况的必封点深度v v在满足近平衡压力钻井条件下在满足近平衡压力钻井条件下,某一某一层套管井段钻进中所用最大钻井液层套管井段钻进中所用最大钻井液密度密度m m应大于或等于该井段最大地应大于或等于该井段最大地层压力梯度当量密度层压力梯度当量密度pmaxpmax与该井与该井段钻进中可能产生的最大抽汲压力段钻进中可能产生的最大抽汲压力梯度当量密度梯度当量密度SbSb之和之和,以防止起钻中以防止起钻中抽汲造成溢流抽汲造成溢流.即：即：bmaxpmSgbmaxpmESS minffgbmaxpSSSv22出现溢流约束条件下的必封
40、点深度出现溢流约束条件下的必封点深度v正常钻井时正常钻井时,按近平衡压力钻井设计钻按近平衡压力钻井设计钻井液密度为：井液密度为：v v钻至某一井深钻至某一井深DxDx时时,发生一个大小为发生一个大小为SkSk的溢流的溢流,停泵关闭防喷器停泵关闭防喷器,立管压力读数立管压力读数为为psd psd：v xksdDS.p009810=bmaxpmSv关井后井内有效液柱压力方程为：pmE=pm+psdxkbmaxpmEDS.)S(D.D.009810009810009810minfkxfbmaxpSDDSSv33压差卡钻约束条件下的必封点深度压差卡钻约束条件下的必封点深度v下套管中下套管中,钻井液密度
41、为钻井液密度为,pmax+Sg,当套管柱进入低地层压力井段会有压差当套管柱进入低地层压力井段会有压差粘附卡套管的可能粘附卡套管的可能,故应限制压差值故应限制压差值.限限制压差值在正常压力井段为制压差值在正常压力井段为pN,pN,异常异常压力地层为压力地层为pA.pA.就是说就是说,钻开高压层所钻开高压层所用钻井液产生的液柱压力比低压层所允用钻井液产生的液柱压力比低压层所允许的压力高许的压力高.即即v pm-ppminpm-ppmin pNpN pA v在井身结构设计中,由前述两条件之一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.v1.3 1.3 设计的基础参数设计的基
42、础参数 v地质参数：地质参数：v11岩性剖面及故障提示；岩性剖面及故障提示；v22地层压力和梯度剖面；地层压力和梯度剖面；v33地层破裂压力梯度剖面地层破裂压力梯度剖面.v工程参数：工程参数：v11抽汲压力系数抽汲压力系数SbSb：以当量钻井液密度：以当量钻井液密度表示表示,单位单位g/cm3.g/cm3.美国墨西湾地区美国墨西湾地区SbSb取取值值0.06,0.06,我国中原油田我国中原油田Sb=0.015Sb=0.0150.049.0.049.v22激动压力系数激动压力系数SgSg：以当量钻井液密度：以当量钻井液密度表示表示,单位单位g/cm3.Sgg/cm3.Sg可用计算激动压力可用计算
43、激动压力的公式计算的公式计算,美国墨西湾地区美国墨西湾地区SgSg取值取值0.06,0.06,我国中原油田我国中原油田Sg=0.015Sg=0.0150.049.0.049.v33地层压裂安全增值地层压裂安全增值SfSf：以当量钻：以当量钻井液密度表示井液密度表示,单位单位g/cm3.Sfg/cm3.Sf是考虑是考虑地层破裂压力检测有误差而附加的地层破裂压力检测有误差而附加的,此值与地层破裂压力检测精度有关此值与地层破裂压力检测精度有关,可由地区统计资料确定可由地区统计资料确定.美国油田美国油田SfSf取值取值0.024,0.024,我国中原油田取值为我国中原油田取值为0.020.020.03
44、.0.03.v44井涌允量井涌允量SkSk：以当量钻井液密度：以当量钻井液密度表示表示,单位单位g/cm3.g/cm3.由于地层压力检测由于地层压力检测有误差有误差,溢流压井时溢流压井时,限定地层压力限定地层压力当量密度增加值为当量密度增加值为Sk.Sk.此值由地区压此值由地区压力检测精度和统计数据确定力检测精度和统计数据确定.美国油美国油田一般取田一般取Sk=0.06,Sk=0.06,我国中原油田取我国中原油田取Sk=0.05Sk=0.050.10.0.10.v55压差允值压差允值pNpNpA：v 裸眼中裸眼中,钻井液柱压力与地层钻井液柱压力与地层孔隙压力的差值过大孔隙压力的差值过大,除使机
45、械钻速除使机械钻速降低外降低外,也是造成压差卡钻的直接原也是造成压差卡钻的直接原因因,这会使下套管过程中发生卡套管这会使下套管过程中发生卡套管事故事故,使已钻成的井眼无法进行固井使已钻成的井眼无法进行固井和完井工作和完井工作.压差允值和工艺技术有很大关系.压差允值的确定,各油田可以从卡钻资料中反算出当时的压差值.再由大量的压差值进行统计分析得出该地区适合的压差允值.v1.4 1.4 设计方法和步骤设计方法和步骤v11求中间套管下入深度的假定点求中间套管下入深度的假定点v确定套管下入深度的依据确定套管下入深度的依据,是在钻下是在钻下部井段的过程中所预计的最大井内部井段的过程中所预计的最大井内压力
46、不致压裂套管鞋处的裸露地层压力不致压裂套管鞋处的裸露地层.利用压力剖面图中最大地层压力梯利用压力剖面图中最大地层压力梯度度pmaxpmax求上部地层不致被压裂所求上部地层不致被压裂所应具有的地层破裂压力梯度的当量应具有的地层破裂压力梯度的当量密度密度fmin.fmin.vfmin的确定有两种方法,当钻下部井段时如肯定不会发生井涌,可用式计算：v v在横坐标上找出地层的设计破裂压力梯度,从该点向上引垂直线与破裂压力线相交,交点所在的深度即为中间套管下入深度假定点.fgbmaxpminfSSS+=图7-2 井身结构设计图v用Dpmax表示剖面图中最大地层压力梯度点所对应的深度.若预计要发生井涌,可
47、用式7-2计算：v v上式中的D21用试算法求,试取D21的值代入上式求fmin；再在图7-2上求D21所对应的实际fmin.若计算值略小于实际值,则D21即为中间套管下入深度的假定点.否则另取D21值计算,直到满足要求.kmaxpfbmaxpminfSDDSS+=21 图7-2 井身结构设计图v22验证中间套管下到验证中间套管下到D21D21是否有被卡的危险是否有被卡的危险v先求该井段最小地层压力处的最大静止压差：先求该井段最小地层压力处的最大静止压差：v v式中：式中：vpp压力差压力差,MPa,MPa；vmm钻进深度钻进深度D21D21时用的钻井液密度时用的钻井液密度,g/cm3,g/c
48、m3；vpminpmin该井段内最小地层压力当量密该井段内最小地层压力当量密度度,g/cm3,g/cm3；vDminDmin最小地层压力点所对应的井深最小地层压力点所对应的井深,m.,m.minminpmD)(.p009810v若pp N,则假定点深度为中间套管下入深度.若pp N,则有可能产生压差卡套管,这时中间套管下入深度应小于假定点深度,可按下式计算.v在压差下所允许的最大地层压力当量密度为：v v在压力剖面图上找出pper值,该值所对应的深度即为中间下入深度D2.bpNpperSDpminmin00981.0 图7-2 井身结构设计图v33求钻井尾管下入深度的假定点求钻井尾管下入深度的
49、假定点v当中间套管下入深度小于假定点时当中间套管下入深度小于假定点时,则则需要下尾管需要下尾管,并确定尾管的下入深度并确定尾管的下入深度.v根据中间套管下入深度根据中间套管下入深度D2D2处的地层破裂处的地层破裂压力梯度压力梯度,由下式可求得允许的最大地由下式可求得允许的最大地层压力梯度：层压力梯度：v 7-5v式中：式中：D31D31钻井尾管下入深度的假定钻井尾管下入深度的假定点点.v式式的计算方法同式的计算方法同式.kfbfpperSDDSS2312 图7-2 井身结构设计图v44校核钻井尾管下到假定深度校核钻井尾管下到假定深度v D31D31处是否会产生压差卡套管处是否会产生压差卡套管v
50、校核方法同步骤校核方法同步骤2,2,压差允值用压差允值用pA.pA.v55计算表层套管下入深度计算表层套管下入深度D1D1v根据中间套管鞋处根据中间套管鞋处的地层压力梯度的地层压力梯度,给定井涌条件给定井涌条件Sk,Sk,用试算方法计算表层用试算方法计算表层套管下入深度套管下入深度.每次给定每次给定D1,D1,并代入下式并代入下式计算：计算：v kfbpfESDD)SS(+=122v式中：vfE井涌压井时表层套管鞋处承受的压力的当量密度,g/cm3；vp2中间套管D2处的地层压力当量密度,g/cm3.v试算结果,当fE接近或小于D2处的破裂压力梯度0.0240.048g/cm3时符合要求,该深
