第二章套管柱及注水泥設計第一節井身結構設計第二節生產套管尺寸確實定第三節套管柱設計第四節注水泥技術第五節復雜類型井套管柱設計和注水泥技術簡介第二節井身結構設計1、套管的類型〔套管的層次〕2、井身結構設計的原那么3、井身結構設計中所需要的根底數據4、井身結構設計的步驟5、井身結構的設計方法〔由下向上進行逐層設計〕5.1、中間套管設計5.2、計算表層套管的下入深度D1：〔課本P253-254〕5.3、舉例計算：〔課本P254〕6、套管尺寸和井眼尺寸的選擇7、水泥返深設計參考文獻：SY/T5431-1996井身結構設計第二節井身結構設計井身結構包括套管層次和下入深度以及井眼尺寸(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根底。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。所以，合理的設計井身結構是鉆井工程設計的重要內容。第二節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開展，特別是近平衡鉆井的推廣和井控技術的掌握，使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。在“六五〞期間，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、鉆井本錢下降。第二節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；1、套管的類型〔套管的層次〕雖然類型很多，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，如石灰巖地層，以免在發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)1、套管的類型〔套管的層次〕2〕中間套管〔技術套管〕P250〔水泥一般都不返到地表〕3〕生產套管〔油層套管〕P250〔區分其與油管的概念〕〔同上〕4〕尾管〔鉆井襯管〕①節約費用；②在連續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〕。2、井身結構設計的原那么進行井身結構設計所要遵循的原那么：有利于發現、認識和保護油氣層；有效地控制異常地層壓力，保證井控作業順利進行；防止漏、噴、塌、卡等復雜情況的產生，縮短建井周期，實現平安快速完井，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。3、井身結構設計中所需要的根底數據井身結構設計的主要依據就是地層的孔隙壓力梯度曲線和地層破裂壓力梯度曲線〔兩關鍵條曲線〕；在井身結構設計中，除了要計算作用在井內液柱的壓力外，還應確定一下設計系數的取值范圍：抽汲壓力系數Sb和沖動壓力系數Sg由井下實測法求得，也可以用數學模式計算，一般的這兩個數據取值為0.0153-0.041g/cm3；3、井身結構設計中所需要的根底數據地層破裂平安增值Sf由地區統計資料得到，一般取0.031g/cm3；井涌條件允許值Sk由地區統計資料得到，一般取0.051-0.10g/cm3；最大回壓pwh由工藝條件決定，一般??；.〔數據由地區的統計數據得到〕3、井身結構設計中所需要的根底數據為了保護油氣層，實現近平衡壓力鉆井，應盡可能使用低密度鉆井液：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；3、井身結構設計中所需要的根底數據對含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；應根據井身結構設計的各層套管的最大載荷選擇鉆機的類型；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。4、井身結構設計的步驟Step1:繪制待鉆井的壓力梯度曲線圖(兩條關鍵曲線〕；Step2:確定待鉆井的井身結構各設計系數；Step3:確定生產套管的下入深度；Step4:確定中間套管或尾管的下入深度；Step5:確定表層套管的下入深度；Step6: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。5、井身結構的設計方法設計順序：由下向上進行逐層設計5.1、中間套管設計1、設計根本原理：確定套管下入深度的依據，是在鉆下部井段的過程中所預計的最大井內壓力不至于壓裂該層套管鞋處的裸露地層。2、下入深度計算：利用地層壓力剖面圖中最大地層壓力梯度，求上部地層不至于被壓裂所應具有的地層破裂壓力梯度的當量密度ρf〔此處稱為地層設計破裂壓力當量密度〕，分兩種情況：5.1、中間套管設計2.1、正常作業時〔不會發生井涌時〕〔1〕計算地層設計破裂壓當量密度抽汲壓力系數激動壓力系數破裂壓力安全增值剖面圖中最大地層壓力對應的當量密度值地層設計破裂壓當量密度注意：只有在確認不會發生溢流的情況下才會使用該式。5.1、中間套管設計〔2〕中間套管下入深度的初始假定點D21在壓力剖面圖的橫坐標上，找出前面已經確定的地層設計破裂壓力當量密度ρf，從該點向上引垂線與破裂壓力線相交，交點所在的深度及為中間套管下入深度的初始假定點D21。5.1、中間套管設計2.2、發生溢流〔井涌〕時注意：由于上式中包含有的D21，所以解這個方程使用迭代（試算）法求解；破裂壓力安全增值激動壓力系數剖面圖中最大地層壓力對應的當量密度值地層設計破裂壓當量密度中間套管下入深度的初始假定點深度（m）井涌條件允許值剖面圖中最大地層壓力梯度點對應的深度（m）5.1、中間套管設計3、驗證設計井深點是否卡鉆：計算正?？紫秹毫Φ貙幼畲笊疃菵min處的鉆井液柱壓力與地層孔隙壓力的差值：〔3〕此處為什么使用此處的當量密度？5.1、中間套管設計當有可能發生壓差卡鉆時，采用下式計算中間套管的下入深度：在壓力曲線圖上找出ρpper對應的深度，即為中間套管下入深度。抽汲壓力系數深度為Dmin處對應的地層壓力當量密度在壓差允許值下最大地層壓力當量密度5.1、中間套管設計4、計算并驗證尾管的下入深度D31(課本P253當中間套管下入深度小于初始假定點時，需要下入尾管,并確定尾管的下入深度.根據中間套管下入深度D2處的的地層破裂壓力梯度ρf,由下式可求得允許的最大地層壓力梯度當量密度：式中:D31—鉆井尾管下入深度的假定點,注：上式采用迭代方法進行計算。對尾管的下入深度D31的校核方法和前面一樣，根據壓差允值進行。5.2、計算表層套管的下入深度D1：〔課本P253-254〕考慮井涌壓井條件或探井設計時，用下述方法確定表層套管下入深度。1〕根據中間套管下入深度D2處的底層孔隙壓力梯度，在給定井涌壓井條件Sk下初選一個表層套管下入深度D1，用下式計算井涌關井時表層套管鞋處承受的壓力梯度G1：此處以壓力梯度表示抽吸壓力系數和井涌允許值5.2、計算表層套管的下入深度D1假設計算結果G1值與破裂壓力平安增值Sf之和小于D1對應處的地層破裂壓力梯度，那么滿足設計要求，該深度即為表層套管下入的深度，否那么，應該加深表層套管深度再進行試算。2〕設計表層套管下入深度時候，一般不需要進行壓差卡鉆校核。5.3、舉例計算：〔課本P254〕此例子中，需要注意對尾管的校核計算步驟6、套管尺寸和井眼尺寸的選擇在套管的層次和各層的下入深度確定之后，那么相應的套管的尺寸和井眼直徑也就同時確定了。確定套客尺寸的原那么：一般的是由內向外、由下向上：生產套管→井眼尺寸→中間套管尺寸→井眼尺寸→…→表層套管尺寸→表套井眼尺寸→…→導管尺寸。6、套管尺寸和井眼尺寸的選擇生產套管那么要根據采油方面的要求來定。套管與井眼之間有一定的間隙Δ，Δ太大不經濟；Δ太小導致下套困難及注水泥后水泥過早脫水形成水泥橋。最好的套管及井眼尺寸標準組合。參考教材P256圖7—37、水泥返深設計對于油層，生產套管的管外水泥返深至少應該在油層頂部200m以上。對于氣層，生產套管的管外水泥返深至少應該在油層頂部300m以上；中間套管的管外水泥返深至少應該在復雜或大斷層100m以上；尾管的管外水泥返深至少在尾管的懸掛器以上；表層套管的管外水泥返到地面。樂東LD22-1-7高溫高壓井特點?預測井底壓力系數2.24左右，井底溫度約203OC；?中深層預測控制天然氣資源量約3145×108M3；?淺層氣該井已經避開，但是567米有氣層；?破裂壓力與地層壓力間隙比較小，容易發生井漏；?1923米以上有實鉆資料，但是只有1口井,1923米以下未鉆過，可變因數很大。返回附:實例分析----樂東LD22-1-7井井身結構設計附:實例分析----樂東LD22-1-7井井身結構設計

返回附:實例分析----達深2井井身結構示意圖表層鉆頭ф444.5mm×525.00m套管ф339.7mm×524.60m技套二級水泥返深241.00m技套分級箍下深1599.49m尾管掛深2899.90m阻流環下深4011.44m(水泥塞3975.91m)技套鉆頭ф311.2mm×3064.50m套管ф244.5mm×