第2講 [第二章 套管柱及注水泥設計]——井身結構設計--基本概念

1、緒 論 第一章 完井工程的基礎 第二章 套管柱及注水泥設計 第三章 完井液和完井方式 第四章 射孔 第五章 投產措施 第六章 完井管柱及井口裝置 課程總結,完井工程,課程內容及課時分布,,參考文獻,1、丁保剛等，《固井技術基礎》，石油工業(yè)出版社；2、張發(fā)展，《復雜鉆井工藝技術》，石油工業(yè)出版社；3、 SYT 5431-2008 ，井身結構設計方法，中華人民共和國石油

2、天然氣行業(yè)標準；4、SY/T5322-2000，套管柱強度設計方法，中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準；5、SY/T5480-92，注水泥流變性設計，中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準；6、SY5334-88，套管扶正器安裝間距計算推薦方法，中華人民共和國石油工業(yè)部部標準；,第二章 套管柱及注水泥設計,第一節(jié) 井身結構設計 第二節(jié) 生產套管尺寸的確定 第三節(jié) 套管柱設計 第四節(jié) 注水泥技術 第五節(jié) 復雜類型井套管柱設計和注水

3、泥技術簡介,,第一節(jié) 井身結構設計,井身結構設計的重要性??！舉例說明，井身結構設計的基本概念、方法及其應用等。,第一節(jié) 井身結構設計,正常壓力（厚度1000m）,易坍塌地層（厚度800m）,高壓地層（厚度800m）,油氣層（厚100m）,其它地層,,,,,,正常壓力（厚400m）,1000m,2100m,2900m,3300m,3400m,3500m,,正常壓力（厚300m）,,1800m,,,,,,,,,,表層套管,,這樣一層套管直

4、接鉆達油氣層顯然不合適,第一節(jié) 井身結構設計,正常壓力（厚度1000m）,易坍塌地層（厚度800m）,高壓地層（厚度800m）,油氣層（厚100m）,其它地層,,,,,,正常壓力（厚400m）,1000m,2100m,2900m,3300m,3400m,3500m,,正常壓力（厚300m）,,1800m,,,,,,,,,,,,表層套管,技術套管,第一節(jié) 井身結構設計,正常壓力（厚度1000m）,易坍塌地層（厚度800m）,高壓地層（厚度

5、800m）,油氣層（厚100m）,其它地層,,,,,,正常壓力（厚400m）,1000m,2100m,2900m,3300m,3400m,3500m,,正常壓力（厚300m）,,1800m,,,,,,,,,,,,,表層套管,技術套管,這樣一層套管直接鉆達油氣層顯然不合適,第一節(jié) 井身結構設計,正常壓力（厚度1000m）,易坍塌地層（厚度800m）,高壓地層（厚度800m）,油氣層（厚100m）,其它地層,,,,,,正常壓力（厚400m）

6、,1000m,2100m,2900m,3300m,3400m,3500m,,正常壓力（厚300m）,,1800m,,,,,,,,,,,,,,,表層套管,技術套管,技術套管,第一節(jié) 井身結構設計,正常壓力（厚度1000m）,易坍塌地層（厚度800m）,高壓地層（厚度800m）,油氣層（厚100m）,其它地層,,,,,,正常壓力（厚400m）,1000m,2100m,2900m,3300m,3400m,3500m,,正常壓力（厚300m）,

7、,1800m,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,表層套管,技術套管,技術套管,油層尾管,第一節(jié) 井身結構設計,一、套管的類型（套管的層次）二、井身結構設計的原則三、依據(jù)兩條壓力曲線進行設計四、依據(jù)兩條壓力曲線進行井身結構設計的具體方法五、套管尺寸和井眼尺寸的選擇六、水泥返深設計七、現(xiàn)場井身結構設計方法參考文獻：SY/T5431-1996 井身結構設計,,本節(jié)介紹內容,第一節(jié) 井身結構設計,井身結構包括：◆ 套

8、管層次和下入深度；◆ 井眼尺寸(鉆頭尺寸)與套管尺寸的配合。井身結構設計是“鉆井工程設計”的基礎。它不僅關系到鉆井技術經濟指標和鉆井工作的成效，也關系到生產層的保護和產能的維持。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,技術套管,油層尾管,,,第一節(jié) 井身結構設計,◆ 在經驗鉆井階段，由于對地層孔隙壓力和破裂壓力不能準確掌握。因此，井身結構設計只能憑經驗來確定?！?到了60年代中期，地層孔隙壓力、破裂壓力的預測和檢測技術得到發(fā)展，

9、特別是近平衡鉆井的推廣和井控技術的掌握，使用井身結構中套管層次和下入深度的設計，逐步總結出一套較為科學的設計方法?！?從“六·五”開始，我國開始應用這套方法。首先在中原油田取得很大效益。如在3500到4700m深井中，使平均事故時間大幅度下降、建井周期縮短、鉆井成本下降。,第一節(jié) 井身結構設計,井身結構設計的主要內容： 套管的層次； 各層套管的下入深度； 套管和井眼尺寸的配合；,,地層,一、套管的類型（套管的層次）,雖

10、然類型很多，但常用的無外有以下幾種：1、表層套管（30～1500m） 一般的表層套管是最淺的也是最外層的一層套管。其套管鞋必須下在具有足夠強度的地層上，如石灰?guī)r地層，以免在發(fā)生井涌時關井把地層壓漏，產生地下井噴。其作用有二：① 在其頂部安裝有套管頭、防噴器、采油樹；② 隔離地層表淺水層和淺部的復雜地層，使淡水不受鉆井液的污染 (水泥返到地表) 。,,地層,,,一、套管的類型（套管的層次）,2、中間套管（技術套管）P25

11、0（水泥一般都不返到地表）3、生產套管（油層套管）P250（區(qū)分其與油管的概念）（同上）4、尾管（鉆井襯管） ① 節(jié)約費用；② 在連續(xù)鉆井時可以使用異徑鉆具，即在頂部的大直徑鉆具具有更高的抗內壓能力。其缺點是固井施工困難，頂部的密封性需進行實驗。有時一般的還有導管和地表導管（用樁擊入地）。,,地層,二、井身結構設計的原則,進行井身結構設計所要遵循的原則：● 有利于發(fā)現(xiàn)、認識和保護油氣層；● 有效地控制異常地層壓力，保證

12、井控作業(yè)順利進行；● 避免漏、噴、塌、卡等復雜情況的產生，縮短建井周期，實現(xiàn)安全快速完井，使全井鉆井費用最低；● 對于探井設計要考慮加深和增加下中間套管的需要。,,地層,三、依據(jù)兩條壓力曲線進行設計,（一）井身結構設計的基礎（主要依據(jù)）1、兩關鍵條曲線,◆ 地層的孔隙壓力（梯度）曲線◆ 地層破裂壓力（梯度）曲線,三、依據(jù)兩條壓力曲線進行設計,2、設計系數(shù)取值在井身結構設計中，除了要計算作用在井內液柱的壓力外，還應確定一下設

13、計系數(shù)的取值范圍：◆ 抽汲壓力系數(shù)Sb和激動壓力系數(shù)Sg：由井下實測法求得，也可以用數(shù)學模式計算，一般的這兩個數(shù)據(jù)取值為 0.015-0.040 g/cm3；◆ 地層破裂安全增值Sf：由地區(qū)統(tǒng)計資料得到，一般取0.030 g/cm3；◆ 井涌（溢流）允許值Sk根據(jù)井控技術水平，一般取0.05-0.10 g/cm3；◆ 固井最大回壓pwh：由工藝條件決定，一般取2.0-4.0MPa；◆ （數(shù)據(jù)由地區(qū)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)得到）

14、,三、依據(jù)兩條壓力曲線進行設計,3、使用低密度鉆井液為了保護油氣層，實現(xiàn)近平衡壓力鉆井，應盡可能使用低密度鉆井液：,,4、應用套管封隔器在同一井段，有兩個以上壓力梯度不同的地層時，在鉆井工藝難以保證順利鉆進的條件下，應用套管封隔器；,5、必封點對含H2S地層、嚴重坍塌地層、塑性鹽膏層和暫時不能建立壓力梯度曲線的裂縫性地層，均應確定各層套管的必封點深度；,三、依據(jù)兩條壓力曲線進行設計,6、選擇鉆機應根據(jù)井身結構設計的各層套管的最大

15、載荷選擇鉆機的類型；7、回接尾管當套管的抗拉強度不夠時，需設計下入尾管，尾管是否回接，由完井設計確定。,三、依據(jù)兩條壓力曲線進行設計,（二）井身結構設計的步驟① 繪制待鉆井的壓力梯度曲線圖(兩條關鍵曲線）；② 確定待鉆井的井身結構各設計系數(shù)；③ 確定生產套管的下入深度；④ 確定中間套管或尾管的下入深度；⑤ 確定表層套管的下入深度；⑥ 確定各層套管的尺寸和套管外水泥的返深及相應的鉆頭尺寸。,設計順序： 由下向上、由內向外進

16、行逐層設計,,四、依據(jù)兩條壓力曲線進行井身結構設計的具體方法,◆ 設計關鍵：中間套管設計,◆ 設計順序： 由下向上、由內向外。生產套管→技術套管→表層套管,,地層,小結,一、套管的類型（套管的層次）二、井身結構設計的原則三、依據(jù)兩條壓力曲線進行設計四、依據(jù)兩條壓力曲線進行井身結構設計的具體方法以上內容全部都是重點，要求大家必須掌握,思考題,1、簡述套管的類型及其功用；2、進行井身結構設計所要遵循的原則有哪些？3、計算題