【正文】 a 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(chǎn)套管下深取決于油氣層位置和完井方法。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(chǎn)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(shù)Ｓ ｂ ： ~ g/cm3 激動壓力系數(shù)Ｓ ｇ ： ~ g/cm3 壓裂安全系數(shù)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(shù) ： 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(shù)據(jù) 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?shù)貙訅毫_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(xiàn)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。 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(chǎn)損失。1 鉆開儲集層（生產(chǎn)層）； 下套管、注水泥固井，射孔、生產(chǎn)管柱、完井測試、防砂排液； 確定完井井底結構，使井眼與產(chǎn)層連通； 安裝井底和井口裝置，投產(chǎn)措施等； 完井工程內容 : 完井是使井眼與油氣儲集層（產(chǎn)層、生產(chǎn)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(chǎn)套管、注水泥固井、射孔、下生產(chǎn)管柱、排液，直至投產(chǎn)的系統(tǒng)工程。 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(xiàn)象十分嚴重。 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(shù)據(jù) 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(jù)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(chǎn)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(chǎn)層，提供 油氣生產(chǎn)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(chǎn)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。 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。 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。 ? 若 ，會卡，中間套管應小于初選點深度， 需采用尾管解決 。 pper?pper?3122p p e r f b f kDS S SD?? ? ? ? ? ?2312 / DDSSS kfbp p e rf ????? ??第二章 井身結構設計與固井 ρpmax 31 D31 是否被卡 校核方法同 2， △ P N 換成△ P A D1 根據(jù) D2 處地層壓力 ， 計算若鉆進到 D2 發(fā)生井涌關井， 表層套管鞋處承受壓力當量密度： 2p?試算：試取 D1， 計算 ≤查得 ,確定 D1 否則重試。 ΔPA = 18 MPa 。 33400 = 1 . 5 7 g / c m p?3m i n m i n1 . 0 7 / , 3 0 5 0p g c m D m? ??3m i n3m i n12 1 . 0 7 0 . 0 3 6 1 . 4 3 5 /9 . 8 1 1 0 0 . 0 0 9 8 1 3 0 5 0Np p e r p bP S g c mD?? ??? ? ? ? ? ? ???m a x m in m in( ) 0. 00 98 1p b pP S D??? ? ? ? ? ?( 1. 57 0. 03 6 1. 07 ) 30 50 0. 00 98 1 16 .0 37P M P a? ? ? ? ? ? ?pper?第二章 井身結構設計與固井 36 （ 3）確定尾管下深的初選點 D31 由 ρf曲線查得： 由： 試取 D31 =3900m，得 由 ρp曲線， 故確定初選點 D31 = 3900 m. 3122312. 15 0. 03 6 0. 03 0. 063200pp e r f b f kDS S SDD?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?33200 2 . 1 5 /f g c m? ?32 . 0 1 /p p e r g c m? ?33900 1 . 9 4 2 . 0 1 /p p p e r g c m??? ? ?第二章 井身結構設計與固井 37 （ 4）校核是否會卡尾管 計算壓差： 因為 ， 故確定尾管下深為 D3 = D31 = 3900m 。 目前，根據(jù)套管層次不同，已基本形成了較穩(wěn)定的系列。 如： N80套管，最小屈服強度 =80 kpsi= ? 套管的壁厚 : 套管本體處管體的厚度，壁厚： ~ mm 關系套管的線重，指套管單位長度的質量 第二節(jié) 套管柱設計 49 API套管規(guī)范及強度 (5寸套管 )《 甲方鉆井手冊 》 P192 第二節(jié) 套管柱設計 50 一、套管和套管柱 ? 套管柱： 由同一外徑、不同鋼級、不同壁厚的套管用接箍聯(lián)接組成的管柱， 特殊情況下也使用無接箍套管柱 ? 聯(lián)接是由螺紋來實現(xiàn)的，是套管質量和強度檢驗的重點。 其它載荷如套管彎曲載荷、振動載荷等都考慮至安全系數(shù)中 52 ?自重引起的拉力 Fm， 在井口最大 qmi — 第 I 種套管在鉆井液中單位長度的重力， N/m 。 ?套管的抗拉強度 ? 套管所受軸向拉力一般在井口最大 ? 拉應力破壞形式： 脫扣、本體拉斷 ? 通常用套管抗滑扣力表示套管抗拉強度 h — 管內水泥漿高 ， m； ρm— 水泥漿密度， g/cm3； ρd— 鉆井液密度， g/cm3； dci — 套管內徑， cm。 — 徑厚比大時，失穩(wěn)破壞 (失圓、擠扁 ) — 徑厚比小時，強度破壞 第二節(jié) 套管柱設計 失穩(wěn)后的套管被擠扁（輕者）或破裂，使鉆頭或其它井下工作不能通過，地層封隔遭到破壞，將被迫停鉆或停產(chǎn)，套管損壞嚴重者油氣井報廢?？紤]三種最危險情況： ? 套管內完全充滿天然氣并關井時的內壓力； ? 以井口裝置承壓能力作為套管在井口所受的內壓力； ? 以套管鞋處的地層破裂壓力值確定井口內壓力。 第二節(jié) 套管柱設計 66 第二節(jié) 套管柱設計 67 三、套管柱強度設計 目的： 確定合理套管 鋼級 、 壁厚 以及每種套管 井深區(qū)間 。 第二節(jié) 套管柱設計 69 各層套管柱的設計特點 特點：下入的深度淺；在其頂部安裝有套管頭，要承受以下各層套管的部分或全部重量；安裝有防噴器、采油樹等。 側重點： 抗拉（下入深），抗外擠（下入深），抗內壓（后期生產(chǎn)） 油套 第二節(jié)