【正文】 層測試數(shù)據(jù)；鉆進(jìn)中井眼情況，尤其是井漏、井塌、縮徑、卡鉆等；鉆井總結(jié)報告；地層巖石物性(滲透率、孔隙度、膠結(jié)情況)；產(chǎn)層開發(fā)情況等。b) 地層三項(xiàng)壓力剖面地層孔隙壓力剖面、地層破裂壓力剖面和地層坍塌壓力剖面是確定套管層次及下深的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。（2） 鉆井工藝類數(shù)據(jù)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與鉆井工藝水平有著密切的關(guān)系。工藝水平高有可能減少套管的層次和套管下深，還有可能減小套管與井眼的間隙，從而縮短建井周期、降低鉆井成本。與鉆井工程有關(guān)的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)主要有：a) 抽汲壓力系數(shù)和激動壓力系數(shù)鉆井過程中，起下鉆或下套管作業(yè)時將在井眼內(nèi)產(chǎn)生波動壓力，即下放管柱產(chǎn)生激動壓力，上提管柱產(chǎn)生抽汲壓力。由于井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以井眼與地層間的壓力平衡為基礎(chǔ)，因此，這種由起下鉆或下套管引起的井眼液柱壓力波動勢必要引入到井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中去。 石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中規(guī)定抽汲壓力系數(shù)和激動壓力系數(shù) 一般取。b) 地層破裂壓力安全系數(shù)是考慮地層破裂壓力預(yù)測可能產(chǎn)生誤差而設(shè)立的安全系數(shù)，它與破裂壓力預(yù)測的精度有關(guān)。直井中美國取=，我國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中規(guī)定地層破裂壓力安全系數(shù) 一般取。c) 井涌余量鉆井施工中由于對地層壓力預(yù)測不夠準(zhǔn)確，所用鉆井液密度可能小于異常高壓地層的孔隙壓力當(dāng)量鉆井液密度值，從而可能發(fā)生井涌。表示井涌的風(fēng)險程度，根據(jù)預(yù)計(jì)的最大井涌地層的壓力與鉆井液密度的差別來確定，該值也取決于現(xiàn)場控制井涌的能力，設(shè)備技術(shù)條件較好時可取低值。而且風(fēng)險較大的是高壓氣層和淺層氣，高壓水層控制起來較容易。美國取 ；我國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中規(guī)定井涌余量一般取。d) 壓差卡鉆臨界值 (和)裸眼中鉆井液液柱壓力與地層孔隙壓力的差值過大時，除使機(jī)械鉆速降低外還會造成壓差卡鉆。若下套管過程中出現(xiàn)卡套管事故，會導(dǎo)致已鉆成的井眼無法進(jìn)行完井作業(yè)。特別是在高滲透地層、鉆井液失水較大并且鉆具在井下長期靜止時容易發(fā)生壓差卡鉆。在傾斜井眼中，由于鉆具傾向于與井壁接觸，壓差卡鉆事故更易發(fā)生。石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SY/54311996）井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中規(guī)定正常壓力地層壓差卡鉆臨界值一般取12MPa~15 MPa；異常壓力地層壓差卡鉆臨界值一般取12MPa~15 MPa。（3） 必封點(diǎn) 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除以地層三項(xiàng)壓力剖面為依據(jù)外，還需考慮影響井眼穩(wěn)定的其它若干因素，我們把這些因素以必封點(diǎn)的形式引入井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要的必封點(diǎn)有:a) 易坍塌頁巖層、塑性泥巖層、鹽膏層等。在鉆井施工中它們是以坍塌、縮徑等形式出現(xiàn)，多數(shù)情況下控制這些層位的合理鉆井液密度是按坍塌壓力設(shè)計(jì)的，但是若控制不同層位坍塌所需鉆井液密度相差很大，應(yīng)以必封點(diǎn)的形式考慮。b) 一般情況下，地層破裂壓力剖面沒有包括裂縫溶洞型、破裂帶地層、不整合面型漏失，當(dāng)鉆至這些層位時，鉆井液液柱壓力稍大于地層破裂壓力即發(fā)生井漏，另外淺部疏松地層的地層破裂壓力預(yù)測方法還不完善，也應(yīng)以必封點(diǎn)的形式考慮。c) 低壓油氣層的防污染問題對于一些低壓油氣層，其頂部往往存在泥頁巖易塌層。泥頁巖層防塌需要的鉆井液密度較高，這與保護(hù)產(chǎn)層需要較低鉆井液密度產(chǎn)生了矛盾，按壓力剖面進(jìn)行設(shè)計(jì)的結(jié)果可能沒有充分考慮到低壓油氣層防污染的需要或不能有效地解決鉆井液密度選擇的矛盾。d) 井眼軌跡控制等施工方面的特殊要求。e) 表層套管的下入深度要滿足政府有關(guān)的法律法規(guī)，重視環(huán)境保護(hù)工作。一般需要封隔淺部疏松層、淡水層，有時還受到淺層氣的影響。f) 在采用欠平衡鉆井時，為了維持上部井眼的穩(wěn)定性，通常將技術(shù)套管下至產(chǎn)層頂部。3） 套管層次及下深設(shè)計(jì)原理（1） 最大鉆井液密度某一層套管段在鉆進(jìn)中所用的最大鉆井液密度取決于兩方面：一是該井段中的最大孔隙壓力，應(yīng)能保證在起鉆時不致產(chǎn)生井涌；二是該段地層的坍塌壓力，保證絕大多數(shù)井段不發(fā)生井塌?？紤]地層孔隙壓力，最大鉆井液密度為： 式中: 某層套管段在鉆進(jìn)中所用最大鉆井液密度 ，； 該井段中的最大孔隙壓力當(dāng)量鉆井液密度 ，；
該井段最大孔隙壓力處的測深 ，； 該井段最大孔隙壓力處的垂深，； 同地區(qū)直井所選用的抽汲壓力當(dāng)量鉆井液密度?？紤]坍塌壓力，最大鉆井液密度為： 式中：該井段中的最大坍塌壓力當(dāng)量鉆井液密度 。實(shí)際最大鉆井液密度取以上兩式的最大值。（2） 井內(nèi)最大壓力當(dāng)量鉆井液密度 為了避免將井段內(nèi)的地層壓裂，應(yīng)求得最大井內(nèi)壓力當(dāng)量鉆井液密度，在正常作業(yè)和井涌壓井時，井內(nèi)壓力梯度有所不同。a) 正常作業(yè)情況最大井內(nèi)壓力梯度發(fā)生在下放鉆柱時，由于產(chǎn)生激動壓力而使井內(nèi)壓力升高: 式中： 下鉆時井內(nèi)最大壓力當(dāng)量鉆井液密度，； 同地區(qū)直井所選用的激動壓力當(dāng)量鉆井液密度，；待確定套管的套管鞋處的測深和垂深。b) 發(fā)生井涌關(guān)井時為了平衡地層壓力制止井涌而壓井時，也將產(chǎn)生最大井內(nèi)壓力梯度。壓井時井內(nèi)壓力增高值以當(dāng)量密度表示為，則發(fā)生井涌關(guān)井時最大井內(nèi)壓力當(dāng)量密度為: 上式只適用于發(fā)生井涌時最大地層孔隙壓力所在垂深的井底處，而對任意井深為處則: （3）套管預(yù)選下深正常鉆進(jìn)時避免套管鞋漏失，求出套管預(yù)選下深 ： （4）套管預(yù)選下深井涌壓井不壓漏地層，求出套管預(yù)選下深 (主要對有井涌風(fēng)險的淺層套管)： 式中：， 、深度處破裂壓力當(dāng)量鉆井液密度，； 最大孔隙壓力當(dāng)量鉆井液密度處的垂深()。（5） 套管預(yù)選下深 避免壓差卡鉆，求出套管預(yù)選下深 。該井段鉆進(jìn)和下套管時的最大靜壓差為: 式中：裸眼段井內(nèi)實(shí)際的最大靜壓差，； 該井段內(nèi)砂巖層最小地層壓力當(dāng)量密度，； 所在地層的垂深。   （6）各層套管下深的確定各層套管的下深由下面四項(xiàng)數(shù)值最大者確定：a) 正常鉆進(jìn)時避免套管鞋漏失，求出套管預(yù)選下深；b) 井涌壓井不壓漏地層，求出套管預(yù)選下深 (主要對淺層套管)；c) 避免壓差卡鉆，求出套管預(yù)選下深；d) 必封點(diǎn)深度。4） 套管層次及下深設(shè)計(jì)方法和步驟設(shè)計(jì)的方法和步驟如下:a) 利用壓力剖面上最大孔隙壓力梯度或最大坍塌壓力梯度求中間套管下入深度假設(shè)點(diǎn)。b) 驗(yàn)證中間套管下入深度是否有卡鉆危險。 式中： 鉆井液液柱壓力與地層孔隙壓力之間的壓差，； 套管下入深度假設(shè)點(diǎn)的鉆井液密度，； 假設(shè)點(diǎn)以上最小孔隙壓力當(dāng)量密度，； 最小孔隙壓力點(diǎn)深度。若（或），則假設(shè)中間套管下入深度即為實(shí)際中間套管下入深度。若（或），則中間套管下入假設(shè)點(diǎn)有卡鉆危險。采取如下辦法解決：由下式重新計(jì)算中間套管下深： 是在深度、允許壓差（或）時采用的鉆井液密度，（rmSb）為最大允許地層壓力，由此確定中間套管的新下深。c) 計(jì)算尾管的最大下深若出現(xiàn)壓差卡鉆，按上式重新計(jì)算中間套管下深后，還需要解決到的鉆井安全問題。往往需要多下一層套管或尾管。一般情況下，尾管下至即可，也可根據(jù)處的破裂壓力下推尾管的最大下深，公式如下： _h2深度處地層破裂壓力當(dāng)量鉆井液密度，；rp與地層壓力線交點(diǎn)對應(yīng)的井深即為尾管的最大下深。 d) 表層套管下深 根據(jù)中間套管鞋處地層壓力梯度，在給定的溢流條件下，用試算法計(jì)算表層套管的下入深度。_表層套管鞋處的允許破裂壓力當(dāng)量密度。試算中，若，即符合設(shè)計(jì)要求。e) 進(jìn)一步校核尾管校核尾管下入最大深度是否有卡套管危險，同步驟b)。校核在給定溢流條件下壓井時，套管鞋處是否有壓裂的危險，同步驟d)。f) 油層套管校核應(yīng)進(jìn)行壓差卡鉆和溢流條件校核。 應(yīng)用實(shí)例首先利用鄰井測井資料預(yù)測待鉆井的地層三項(xiàng)壓力剖面，然后根據(jù)地層壓力剖面進(jìn)行鉆井液密度設(shè)計(jì)和井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；完井后根據(jù)井徑曲線和RFT（SFT）、MFE測試壓力、交互式多極子陣列聲波（XMAC）、破裂壓力測試數(shù)據(jù)檢驗(yàn)壓力剖面的精度。 大11664井大11664井是在新站地區(qū)大415區(qū)塊鉆探的一口開發(fā)井，完鉆井深1600，完鉆層位是qn2+3段。于2004年2月7日開鉆，2月12日完鉆。該井的地質(zhì)分層情況見表16。在開鉆前，利用鄰井大1186大415井的測井、鉆井資料對大11664井的地層三項(xiàng)壓力剖面進(jìn)行了預(yù)測。圖114和圖115是大11664井的地層三項(xiàng)壓力剖面預(yù)測圖。從圖中可以看出，黑帝廟油層:，；葡萄花油層:。地層三項(xiàng)壓力剖面確定后，根據(jù)井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件對大11664井進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，相關(guān)參數(shù)按照經(jīng)驗(yàn)確定。表16 大11664井地質(zhì)分層及巖性描述地層井深孔隙壓力當(dāng)量密度破裂壓力當(dāng)量密度坍塌壓力當(dāng)量密度巖 性 描 述故障提示嫩五段772紫紅、灰綠色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，綠灰、灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖呈不等厚互層。防塌嫩四段黑帝廟油層1042上部為紫紅、灰綠、綠灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與綠灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖呈不等厚互層，中、下部為深灰、灰綠色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖呈不等厚互層。防塌防侵嫩三段1135深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖，棕灰色含油粉砂巖組成三個反旋回。嫩二段1287大段深灰、黑灰、灰黑色泥巖、含介形蟲泥巖，底部為黑褐色油頁巖。防塌嫩一段1374主要為灰黑色泥巖、含介形蟲泥巖夾鈣質(zhì)介形蟲層、黑褐色油頁巖。姚二三段1511上紫紅、灰、深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。姚一段葡萄花油層1570上部為灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，中下部為深灰、灰、灰綠、紫紅、紫紅雜灰綠、綠灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與灰、綠灰色泥質(zhì)粉砂巖、褐黑、灰綠色油跡粉砂質(zhì)泥巖，綠灰、灰、棕灰、棕、灰棕色油跡、油斑、油浸、富含油泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖呈不等厚互層。防侵青二三段未穿頂部為綠灰色泥巖，其下為大段黑灰、灰黑色泥巖、含介形蟲泥巖、含介形蟲粉砂質(zhì)泥巖。防塌；；；圖114 大11664井的地層三項(xiàng)壓力剖面預(yù)測圖 （黑帝廟） 圖115 大11664井的地層三項(xiàng)壓力剖面預(yù)測圖（葡萄花） ；正常壓力地層壓差卡鉆臨界值12；異常壓力地層壓差卡鉆臨界值16。表層套管下深主要考慮地表坍塌、總承重、保護(hù)水層、壓井施工等因素，本井按下深為170m計(jì)算。套管層次設(shè)計(jì)結(jié)果如下圖所示（圖116），從圖中可以看出本井不需要下技術(shù)套管，由于本井完井周期很短（5天左右），淺部地層在較短時間內(nèi)不易坍塌，且油層中不含氣，因此可以不下表層套管。 圖116 大11664井身結(jié)構(gòu)圖在鉆井過程中本井采用兩性復(fù)合離子鉆井液體系，全井鉆井液性能參數(shù)如表17所示。在鉆井過程中嚴(yán)格控制鉆井液性能，按照設(shè)計(jì)要求及時添加各種處理劑，保證了井眼安全，未出現(xiàn)井下復(fù)雜。大11664井未出現(xiàn)井塌、泥包、縮徑復(fù)雜，通過鉆井液密度優(yōu)化工作，保證了本井施工安全，取得了較好的穩(wěn)定井壁效果。施工結(jié)束后，對該井的井徑曲線進(jìn)行了分析，為了便于對比，黑帝廟油層以10m為一基本段，葡萄花油層以5m為一基本段，繪制了設(shè)計(jì)鉆井液密度與井徑對比圖，表17 大11664井鉆井液性能體 系井深密度粘度API失水兩性復(fù)合離子鉆井液體系43兩性復(fù)合離子鉆井液體系46兩性復(fù)合離子鉆井液體系52兩性復(fù)合離子鉆井液體系55兩性復(fù)合離子鉆井液體系58兩性復(fù)合離子鉆井液體系60如圖117和圖118所示，其中破裂壓力為分段最小破裂壓力。從圖中可以看出，根據(jù)設(shè)計(jì)鉆井液密度進(jìn)行施工，井徑較為規(guī)則，（）。圖117 設(shè)計(jì)鉆井液密度與井徑對比圖（黑帝廟）圖118 設(shè)計(jì)鉆井液密度與井徑對比圖（葡萄花） 本井于2月15日進(jìn)行了選擇地層測試（SFT）和交互式多極子陣列聲波（XMAC）測井，得到了地層孔隙壓力和地層破裂壓力實(shí)測值，并對壓力預(yù)測值進(jìn)行了分析，見表18。表18 壓力預(yù)測與實(shí)測數(shù)據(jù)對照表井深層位壓力類別壓力實(shí)測值壓力預(yù)測值誤差HⅠHⅠHⅠHⅠHⅠHⅠHⅠHⅠHⅡ2HⅡ2HⅡ3HⅡ5HⅠ