【正文】 1 鉆開儲集層（生產層）； 下套管、注水泥固井，射孔、生產管柱、完井測試、防砂排液； 確定完井井底結構，使井眼與產層連通； 安裝井底和井口裝置，投產措施等； 完井工程內容 : 完井是使井眼與油氣儲集層（產層、生產層）連通的工序，是銜接鉆井工程和采油工程而又相對獨立的工程，包括從鉆開油氣層開始，到下生產套管、注水泥固井、射孔、下生產管柱、排液，直至投產的系統(tǒng)工程。 完井概念： 課程回顧 2 主要碎屑巖和碳酸巖 少量巖漿巖和變質巖，甚至頁巖 孔隙度、滲透率、孔隙結構、潤濕性 油、氣、水；稠油粘度大于 50mps 孔隙、裂縫、裂縫孔隙、孔隙裂縫、洞隙 塊狀、層狀、斷塊、透鏡體油藏 常規(guī)油、稠油、高凝油藏 二、儲層巖性特征： 三、儲層物性： 四、儲層流體： 五、油氣藏分類： 六、地應力概念與確定： 巖層內部產生反抗變形、并作用 在地殼單位面積上的力 一、巖石分類： 形成原因：沉積巖、變質巖、巖漿巖 課程回顧 3 oil zone 中間套管 (技術套管 ) 表層套管 生產套管 (油層套管 ) 主要內容 : — 井身結構設計 — 套管柱設計 — 注水泥技術 — 套管損壞與防護 一開 二開 三開 第二章 井身結構設計與固井 4 井身結構 — 油井基礎，全井骨架 固井工程 — 套管柱設計和注水泥 不僅關系全井能否順利鉆進完井， 而且關系能否順利生產和壽命。 2022年 3月 25日，重慶開縣羅家 2井， 套管破損，地下井漏， H2S噴出， 12022人緊急疏散， 2口井報廢 。 第二章 井身結構設計與固井 5 70年代以來，我國油氣田套管損壞現象十分嚴重。 1998年底大慶、吉林、中原、勝利、遼河等 10多油田套損井達 14000多口，若按每口井較低成本 150萬元計，僅套損直接損失 210億 元，還不計油井損壞停產損失。 2022年，套損嚴重油田累計套損井數和占投產井數比例： 大慶： 8976口，占 16%以上； 吉林： 2861口，占 30%以上； 勝利： 3000多口，占 10%以上 ； 中原： 占 投產井數 %； 并且各油田套損井數有上升趨勢。 第二章 井身結構設計與固井 6 第一節(jié) 井身結構設計 內容： 套管層次； 每層套管下深； 套管和井眼尺寸配合。 一、套管的分類及作用 二、井身結構設計原則 三、井身結構設計基礎數據 四、裸眼井段應滿足力學平衡 五、井身結構設計方法（舉例） 六、套管尺寸和井眼尺寸選擇 第二章 井身結構設計與固井 7 表層套管 — Surface casing ? 封隔 地表淺水層及淺部疏松和復雜層 ? 安裝 井口、懸掛及支撐后續(xù)各層套管 ? 下深：根據目的層深度和地表狀況而定，一般為上百米甚至上千米 生產套管 — Production casing ? 鉆達目的層后下入的 最后一層套管 ? 用以保護生產層，提供 油氣生產通道 ? 下深：由目的層位置及完井方式而定 一、套管的分類及作用 第二章 井身結構設計與固井 8 中間套管 — Technical Casing ? 表層和生產套管間因技術要求而下，可以是一層、兩層或更多層 ? 主要用來封隔不同地層壓力層系或易漏、噴、塌、卡等復雜地層 尾管（襯管） — Liner 在已下入一層技術套管后采用，只對裸眼井段下套管 (注水泥 )，而套管柱不延伸至井口。減輕下套管時鉆機的負荷和固井后套管頭的負荷；節(jié)省套管和水泥；一般深井和超深井 一、套管的分類及作用 第二章 井身結構設計與固井 9 例：克拉 2氣田井身結構實施方案 第二章 井身結構設計與固井 28″ 導管 26″x300m 185/8″x300m 16″x2600m 133/8″x2600m 121/4″x 封白云巖 103/4″x100m+9 7/8″x 封白云巖 81/2″* 目的層 7″ 尾管 *目的層 10 第二章 井身結構設計與固井 11 二、井身結構設計原則 1. 有效保護油氣層，避免儲層污染傷害 2. 避免漏、噴、塌、卡等井下事故，安全、快速鉆井 3. 鉆下部地層采用重鉆井液時產生的井內壓力，不至于壓裂上層套管鞋處的薄弱地層 4. 當實際地層壓力超過預測值而發(fā)生井涌時，在一定壓力范圍內，具有壓井處理溢流能力 5. 下套管順利，井內鉆井液液柱壓力和地層壓力間的壓差不至于壓差卡套管 第二章 井身結構設計與固井 12 抽吸壓力系數Ｓ ｂ ： ~ g/cm3 激動壓力系數Ｓ ｇ ： ~ g/cm3 壓裂安全系數Ｓ ｆ ： ~ g/cm3 井涌允量 Ｓ ｋ ： ~ g/cm3 壓差允值 △ P： △ PN = 15~18 MPa △ P A = 21~23 MPa ? 6 個設計系數 ： 孔隙壓力剖面 破裂壓力剖面 坍塌壓力剖面 漏失壓力剖面 ? 4個剖面： 三、井身結構設計基礎數據 第二章 井身結構設計與固井 ? 鉆井液靜液柱壓力 :鉆井液密 度 ,（ g/cm3） ； H:液柱垂直高度， m Ph )MP( ah 009810? hPd?? 壓力梯度 /當量密度 – 單位高度（或深度）增加的壓力值 – 有時直接用當量密度 表示 mMPHPG ahh / ???e?e?? 地層壓力 (Formation Pressure) – 作用在巖石孔隙流體 (油氣水 )上的壓力，也叫地層孔隙壓力 – 當量鉆井液密度： pPppp HP?? ?? 地層破裂壓力 (Fracture Pressure) – 當地層壓力達到某一值時會使地層破裂 – 當量鉆井液密度： fPpff HP?? ?當量鉆井液密度 井 深 地層孔隙壓力 地層破裂壓力 ? 地層坍塌壓力 (Collapse Pressure) – 當井內液柱壓力低于某一值時，地層出現坍塌 – 物理化學耦合作用？ 水化 疏松地層井塌 ? 地層漏失壓力 (Leakage Pressure) – 當鉆井液柱壓力高于某一臨界值時地層發(fā)生漏失，可分為自然漏失和壓裂漏失。 – 與鉆井液性能、地層孔隙類型等有關。 基巖井筒溶洞pp ? 鉆井液靜液柱壓力 (Hydrostatic Pressure) ? 壓力梯度 (Pressure Gradient) ? 當量密度（ Equivalent Circulating Density） ? 地層孔隙壓力 ( Formation Pressure) ? 地層破裂壓力 (Fracture Pressure) ? 地層坍塌壓力 (Collapse Pressure) ? 地層漏失壓力 (Leakage Pressure) 4個剖面 當量密度 井 深 18 （ 1） 抽吸壓力系數 Sb 上提鉆柱時，由于抽吸作用使井內液柱壓力的 降低值 ，用當量密度表示； Sb =~ g/cm3 pbd S ?? ??bpd S?? ??bpd S?? m a xm a x ??裸眼段內使用的最大鉆井液密度 防止裸眼井段井涌的鉆井液密度 （ 2） 激動壓力系數 Sg 下放鉆柱時，由于產生壓力激動使井內壓力的 增加值 ，當量密度 Sg =~ g/cm3 最大井內壓力梯度 gde S?? ??maxe? 井筒內最大壓力梯度，當量密度 gde S?? m a xm a x ?? 下鉆時井筒壓力梯度 gbpe SS ??? m a xm a x ??20 （ 3） 井涌允量 Sk 由于地層壓力預測的誤差，在鉆遇的最大地層壓力處發(fā)生溢流，一定量的地層流體涌入井筒，在該井深處井筒壓力增加的允許值 Sk，用當量密度表示； Sk =~ g/cm3 kde S?? m a xm a x ??任意井深處的 最大井內壓力梯度（ 發(fā)生溢流關井后）： 1m a xm a xm a x cpkde DDS ??? ??最大井內壓力梯度 （ 最大地層壓力所在井深 處 ）： maxpD 21 （ 4） 壓裂安全系數 Sf 由于地層破裂壓力預測誤差而引入的安全系數，與預測精度有關， Sf = ~ g/cm3 套管下深的臨界條件 不壓裂裸眼地層而發(fā)生井漏 裸眼井段內最大井筒壓力梯度應滿足 m i nm a x ffe S ?? ??正常工況防井漏 m i nm a x ffgbp SSS ?? ????防溢流關井時井漏 m i n1m a xm a x ffcpkbp SDDSS ?? ????? 22 （ 5） 壓差允值 △ P 為了在下套管過程中，不發(fā)生壓差粘卡套管的事故，應該限制井內鉆井液液柱壓力與地層壓力的壓力差值。 即裸眼井段 所用最大鉆井液密度與最小地層孔隙壓力之間實際的 最大靜止壓差 應小于一個允許值 △ P。 在正常壓力地層： Δ PN=1518MPa 在異常壓力井段： Δ Pa=2123MPa PD ppd ????? )( m i nm i nm a x ?? 23 bpd S?? m a xm a x ??裸眼段內最大鉆井液密度 最大井筒壓力梯度 gde S?? m a xm a x ??1m a xm a xm a x cpkde DDS ??? ??m inm a x ffe S ?? ??PD ppd ????? )( m i nm i nm a x ??四、裸眼井段應滿足的力學平衡 第二章 井身結構設計與固井 防壓裂裸露地層 井漏 防壓差卡套管 正常鉆進 溢流關井 24 其中： —— 鉆井液密度， —— 裸眼段內使用的最大鉆井液密度， —— 裸眼段鉆遇最大地層壓力的當量泥漿密度， —— 最大地層孔隙壓力所處的井深， m —— 裸眼段鉆遇最小地層壓力的當量泥漿密度， —— 最小地層孔隙壓力所處的井深， m —— 裸眼段最小地層破裂壓力的當量泥漿密度， —— 套管鞋處地層破裂壓力的當量泥漿密度， —— 套管下入深度， m 3/cmg3/cmg3/cmg3/cmg3/cmg3/cmg11minminminmaxmaxmaxcfcfppppddDDD??????第二章 井身結構設計與固井 25 五、井身結構設計方法 生產套管下深取決于油氣層位置和完井方法。 D21 依據（防井漏）：鉆下部地層時，井筒內最大液柱壓力不會壓裂裸眼井段地層的最薄弱處，即井內液柱最大壓力不超過中間套管鞋處地層破裂壓力。 第二章 井身結構設計與固井 m i nm a x ffe S ?? ??ρpmax ρpmin 26 （ 1）正常鉆進，不考慮發(fā)生井涌 第二章 井身結構設計與固井 計算出 ρ f2 ，在破裂壓力曲線 查出 ρf 2所在的井深 D21 ， 即為中間套管下入井深初選點。 gbpgde SSS ????? m a xm a xm a x ???m i nm a x ffgbp SSS ?? ????m inm a x ffe S ?? ??fgbpf SSS ???? m a x2 ??ρpmax 27 （ 2）異常情況，發(fā)生井涌 試算法求 ρf 試取一個 D21 ，計算 ρf 與查圖 ρf’ 比較； 若 ρf ≤ ρf’ ， D21為中間套管初選點，否則，重新試算。 一般情況下，在新探區(qū)，取以上兩種條件下較大值。 第二章 井身結構設計與固井 1m a xm a xm a x cpkde DDS ??? ??