井身结构设计模板ppt课件.ppt

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1、第1章 井身结构设计,2,钻开储集层（生产层）；下套管、注水泥固井，射孔、生产管柱、完井测试、防砂排液；确定完井井底结构，使井眼与产层连通；安装井底和井口装置，投产措施等；,完井工程内容:,使井眼与油气储集层（产层、生产层）连通的工序（Well Completion），联系钻井和采油生产的一个关键环节。,完井概念：,前次课内容回顾,3,井眼地层压力系统套管柱类型及井身结构概念井身结构设计的原则井身结构设计中所需要的基础数据井身结构设计方法及步骤井身结构实例套管尺寸选择及配合,第二章 井身结构设计,4,井身结构油井基础，全井骨架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。,第二章

2、井身结构设计,1、井眼地层压力系统,5,在井眼中，各种压力体系的关系：,正文：p表示压力；当量密度；t表示时间。下标：f 表示破裂；m表示泥浆(钻井液)；p表示孔隙； s表示坍塌。,2、套管柱类型及井身结构概念,1. 为什么下套管?2. 套管柱的不同类型3. 井身结构定义,套管是什么?为什么下套管?,套管,1. 防止井壁坍塌，形成“大肚子”2. 在陆地上 防止污染淡水砂层3. 钻井期间控制压力4. 增加钻至目的井深的可靠性5. 防止地层水运移到产层6. 把产出流体限定在井眼中7. 生产阶段为井下设备提供可靠的环境,2、套管柱类型及井身结构概念,水泥环,套管柱类型,1. 导管；2. 表层套管；3

3、. 技术套管（或称中间套管）；4. 生产套管（或称油层套管）；5. 尾管。,2、套管柱类型及井身结构概念,海油钻井：井眼和管柱尺寸,2、套管柱类型及井身结构概念,海油钻井套管柱的类型,外径16-60406.4-1524mm16 -48406.4-1219.2mm8 5/8 -20219.1-508mm,实例30762mm20508mm13 3/8339.7mm,1. 桩入或结构管 只用于海上和滩海 45m - 90m泥线以下(BML)2. 导管柱30m 500m(BML)3. 表层套管600m 1200m(BML),2、套管柱类型及井身结构概念,外径,实例,7 5/8”-13 3/8”193.

4、7-339.7mm4 1/2”-9 5/8”114.3-244.5mm,9 5/8”244.5mm7”177.8mm,套管柱的类型,4. 中间套管柱5. 生产套管柱6. 尾管柱7. 油管柱,2、套管柱类型及井身结构概念,井身结构的定义,确定四类参数：套管层次、下入深度、钻头直径、套管外径。,2、套管柱类型及井身结构概念,井身结构是一口井下入套管的层次、尺寸、下入深度以及相应的钻头尺寸和所钻井深的配合关系.,13,说明:1 套管层次：一口井需要下几层套管2 套管尺寸：每层套管的外径3 下入深度：每层套管下入的井深4 钻头尺寸：与每层套管尺寸相配合的钻头尺寸5 井身结构用右图所示方法来表示，图中红

5、色线条表示井眼，蓝色线条表示套管，标注的尺寸为“直径(in)井深(m)”。,2、套管柱类型及井身结构概念,14,3、生产套管（油层套管） 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。,2、中间套管（技术套管） 在表层套管和生产套管之间由于技术要求下入的套管，可以是一层、两层或更多层。主要用来封隔井下复杂地层。,oil zone,中间套管(技术套管),表层套管,生产套管(油层套管),一开,二开,三开,一、套管的分类及作用,1、表层套管 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。,4、尾管（衬管）作用同中间套管。常在已下入一层中间套管后采用，即只

6、在裸眼井段下套管注水泥，套管柱不延伸至井口。,2、套管柱类型及井身结构概念,5、导管建立井口/支撑井口和防喷器组重量,下入深度根据地层破裂强度和地层的承载能力确定,一般入泥35-100m。,15,2、套管柱类型及井身结构概念,2、套管柱类型及井身结构概念,16,例：元坝1井井身结构图,17,（1）能有效地保护油气层，使不同压力梯度的油气层不受泥浆污染损害。（2）应避免漏、喷、塌、卡等复杂情况产生，为全井顺利钻进创造条件，使钻井周期最短。（3）钻下部高压地层时所用的较高密度泥浆产生的液柱压力，不致压裂上一层套管鞋处薄弱的裸露地层。（4）下套管过程中，井内泥浆液柱压力和地层压力之间的压差，不致产生

7、压差卡套管事故。,3、井身结构设计的原则,4、井身结构设计中所需要的基础数据,1）地质方面的数据2）工程类数据,4、井身结构设计中所需要的基础数据,19,孔隙压力剖面(坍塌压力剖面)破裂压力剖面(漏失压力剖面) 地层岩性剖面及其故障提示,三个剖面：,1）地质方面的数据,4、井身结构设计中所需要的基础数据,20,六个设计系数：,抽吸压力系数：上提钻柱时，由于抽吸作用使井内液体 压力降低的值，用当量密度表示， （0.0240.048 g/cm3）激动压力系数：下放钻柱时，由于钻柱向下运动产生的激动压力使井内液柱压力的增加值，用当量密度表示， （0.0240.048g/cm3）,从地区大量的抽吸和激

8、动压力数据统计而来： -由该地区所有井每趟起下钻所产生的抽吸和激动压力，折合成当量密度，然后进行统计分析来确定取值范围；建立抽吸和激动压力计算模型。,2）工程类数据,4、井身结构设计中所需要的基础数据,21,压裂安全系数：为避免上部套管鞋处裸露地层被压裂的地层破裂压力安全增值，用当量密度表示； （0.030.06 g/cm3）,a、收集所研究地区不同层位的破裂压力实测值和破裂压力预测值；b、根据实测值与预测值的对比分析，找出统计误差作为破裂压力安全系数。,4、井身结构设计中所需要的基础数据,22,井涌允量：由于地层压力预测的误差所产生的井涌量的允值，用当量密度表示，（0.050.08g/cm3

9、）。,4、井身结构设计中所需要的基础数据,23,压差允值P：不产生压差卡钻所允许的最大压力差值，与钻井工艺技术和钻井液性能及裸眼井段的地层孔隙压力有关。（ PN = 1118 MPa ；PA = 1423 MPa ）。,a通过卡钻事故统计资料，确定易压差卡钻层位及井深；b记录卡钻层位的地层孔隙压力；c统计卡钻事故发生前井内曾用过的最大泥浆密度，以及卡钻发生时的泥浆密度；d根据卡钻井深、卡点地层压力、井内最大安全泥浆密度计算单点压差卡钻允值；e统计分析各单点压差卡钻允值，确定适合于所研究地区的压差卡钻允值。,4、井身结构设计中所需要的基础数据,24,井身结构设计六个参数参考表,4、井身结构设计中

10、所需要的基础数据,25,裸眼井段应满足的力学平衡:,（1）防井涌 （2）防压差卡钻 （3）防井漏（4）防关井井漏,4、井身结构设计中所需要的基础数据,26,其中： 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， 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， 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， 套管鞋处地层破裂压力的当量泥浆密度， 套管下入深度，m,5、井身结构设计方法及步骤,27,遵循其设计基本原则，一般有“经验法”和“图解法”两种方法。,5、井身结构设计方法及步骤,28,图解法：,依据两个压力

11、剖面，以保证钻进时井内最大压力不压裂最薄弱的裸露地层为原则，从全井最大地层压力梯度开始，由下向上确定套管的层次和各层套管的下深，同时考虑地质必封点。,5、井身结构设计方法及步骤,29,图解法：,各层套管（油层套管除外）下入深度初选点Dn的确定校核各层套管下到初选点深度Dni时是否发生压差卡钻当中间套管下入深度浅于初选点（DnDni）时， 则需要下尾管并要确定尾管下入深度Dn+1必封点的确定,5、井身结构设计方法及步骤,30,1、求中间套管下入深度初选点D21,最大钻井液密度mmax由起钻时的压力平衡条件确定,依据：起钻时，井内压力要大于地层压力。,取临界状态,5、井身结构设计方法及步骤,31,

12、由 计算出f ，在破裂压力曲线 查出f 所在的井深 D21 ， 即为中间套管下入井深初选点。,1、求中间套管下入深度初选点D21,（1）不考虑发生井涌,5、井身结构设计方法及步骤,32,（2）考虑可能发生井涌 （关封井器并加回压）,正常钻井时，按近平衡压力钻井设计钻井液密度为：,钻至某一井深Dpmax时，发生大小为Sk的溢流，停泵关闭防喷器，立管压力读数为Pa：,关井后井内有效液柱压力平衡方程为：,5、井身结构设计方法及步骤,33,（2）考虑可能发生井涌,裸露井深区间内地层破裂强度（地层破裂压力）均应承受这时井内液柱的有效液柱压力，考虑地层破裂安全系数Sf，即：,由于溢流可能出现在任何具有一定

13、地层压力的井深处，故其一般表达式为：,5、井身结构设计方法及步骤,34,由 试算法求f 先试取一个D21 ，计算f ， 将计算f 与查图f 比较， f f ，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。,（2）考虑可能发生井涌,5、井身结构设计方法及步骤,35,2、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： 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 ，不卡，D21为中间套管下入深度D2。 若 ，会卡，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

14、的下深。,5、井身结构设计方法及步骤,36,（2）求压差 条件下允许的最大地层压力,在地层压力曲线上找出 深度即为中间套管的下深 D2 。,2、验证中间套管下到 深度D21是否被卡,5、井身结构设计方法及步骤,37,3、求钻井尾管下入深度初选点 D31 根据 D2 处地层破裂压力 ， 求出继续向下钻进时 裸眼段允许最大地层压力 试算法： 先试取一个 D31，计算 ，若计算 与实际值接近且略大，则 D31 为尾管初选点，否则重试。,5、井身结构设计方法及步骤,38,4、校核尾管下到 D31 是否被卡 校核方法同 2，5、计算表层套管下入深度 D1 根据 D2 处地层压力 ， 计算若钻进到 D2

15、发生井涌关井， 表层套管鞋处承受压力当量密度：,试算：试取 D1，计算 查得fE,确定 D1否则重试。,6、考虑必封点。,5、井身结构设计方法及步骤,39,6、考虑必封点。,必封点：除根据压力平衡原理（如上所述）确定的封隔井段外，为了避免井下复杂情况，而应及时封隔的某些地层。根据已钻过井的经验来确定必封点。按工程约束条件设计的必封点深度必须满足复杂地质情况的要求必封点位置。若地质复杂必封点在工程约束必封点深度区段外，则该层套管下延至地质复杂必封深度。,5、井身结构设计方法及步骤,40,例：川科1井地层压力预测及故障提示,6、井身结构设计实例,41,实例1:,在垂深500m处的地层破裂压力梯度为

16、1.3，如果垂深为1500m处的地层孔隙压力梯度为1.5， 如果采用平 衡钻井技术，当钻至1500m时，为了控制地层压力，钻井液密度至少需要多大？如果此时500m处井眼为裸眼，会发生什么事件？怎么处理？,6、井身结构设计实例,42,实例1:,例题解答, 孔隙压力为：1.59.81150022072.5kPa, 钻井液柱压力为 = 钻井液密度9.811500 = 孔隙,压力 = 1.59.811500, 需要的钻井液密度为1.5, 破裂压力为：1.39.815006376.5kPa, 钻井液柱压力为：1.59.815007357.5kPa, 地层破裂压力钻井液柱压力，在500m处裸眼井,壁会发生

17、破裂，需要下套管封隔,6、井身结构设计实例,43,实例2:某井设计井深为 4400 m；地层孔隙压力梯度和破裂压力梯度 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 ； PN = 12 Mpa ; PA = 18 MPa ;,6、井身结构设计实例,44,解： 由图上查得 （1）中间套管下入深度初选点 由 试取 D21 =3400 m，代入上式得： 由破裂压力曲线查得 且接近，故确定 D21 = 3400 m 。,6、井身结构设计实例,45,（2）校核中间套管是否会被卡 由P曲线，钻进到深度 D2

18、1 =3400 m时， 遇到最大地层压力 因 由 因P PN = 12 MPa, 故中间套管下深应浅于初选点。 查得 =1.435 对应 D2 = 3200 m。,6、井身结构设计实例,46,（3）确定尾管下深的初选点 D31 由f曲线查得： 由： 试取 D31 =3900m，得 由p曲线，故确定初选点 D31 = 3900 m.,6、井身结构设计实例,47,（4）校核是否会卡尾管 计算压差： 因为 ， 故确定尾管下深为 D3 = D31 = 3900m 。,6、井身结构设计实例,48,（5）确定表层套管下深 D1 由：,试取 D1 = 850 m , 代入上式计算得由f曲线查得故确定 D1

19、= 850 m。,7、套管尺寸和井眼尺寸选择,1、设计中考虑的因素,2、套管和井眼尺寸的选择和确定方法,3、套管及井眼尺寸标准组合,7、套管尺寸和井眼尺寸选择,1、设计中考虑的因素,（1）生产套管尺寸应满足采油方面的要求。根据生产层的产能、油管大小、增产措施及井下作业等要求来确定。（2 ）对于探井，要考虑原设计井深是否要加深，地质上的变化会使原来预告难于准确，是否要本井眼尺寸上留有余量以便增下中间套管，以及对岩心尺寸的要求等。（3 ）要考虑到工艺水平，如井眼情况，曲率大小、井斜角以及地质复杂情况带来的问题，并应考虑管材、钻头等库存规格的限制。,7、套管尺寸和井眼尺寸选择,2、套管和井眼尺寸的选

20、择和确定方法,（1）确定井身结构尺寸一般由内向外依次进行，首先确定生产套管尺寸，再确定下入生产套管的井眼尺寸，然后确定中层套管的尺寸等，依次类推，直到表层套管的井眼尺寸，最后确定导管的尺寸。（2）生产套管根据采油方面要求来定。勘探井则按照勘探方面要求来定。（3）套管和井眼之间有一定的间隙，间隙过大则不经济，过小则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9.5mm至12.7mm范围，最好为19mm。,7、套管尺寸和井眼尺寸选择,3、套管及井眼尺寸标准组合,目前国内外所生产的套管尺寸及钻头尺寸已标准化、系列化。套管与其相应井眼的尺寸配合基本确定或在较小的范围内变化。,7、套

21、管尺寸和井眼尺寸选择,53,目前我国使用最多的套管/钻头系列是：,7、套管尺寸和井眼尺寸选择,54,井眼和管柱尺寸,井眼尺寸,管柱尺寸,12 1/4 (311.2mm)8 3/4( 222.3mm),30(762mm)20(508mm),13 3/8(339.7mm),9 5/8(244.5mm)7(177.8mm),36(914.4mm)26 (660.4mm),中间套管柱生产尾管柱,17 1/2 ( 444.5mm) 表层套管柱,结构套管导管柱,7、套管尺寸和井眼尺寸选择,7、套管尺寸和井眼尺寸选择,适用于浅井,井身结构简化类型,7、套管尺寸和井眼尺寸选择,适用于浅井,井身结构简化类型 ,7、套管尺寸和井眼尺寸选择,适用于一般的深井和超深井，或复杂的高压气井,标准井身结构类型,7、套管尺寸和井眼尺寸选择,适用复杂的高温高压深井,井身结构强化类型,本章小结,60,井身结构设计套管的分类及作用 井身结构设计原则井身结构设计基础数据井身结构设计方法套管尺寸和井眼尺寸的选择,