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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泥技術簡介,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、依據兩條壓力曲線進行設計 四、依據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、現場井身結構設計方法 參考文獻：SY/T5431-1996 井身結構設計,三、依據兩條壓力曲線進行設計,（一）井身結構設計內容 套管層次和下入深度； 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,三、依據兩條壓力曲線進行設計,（二）井身結構設計的步驟 繪制待鉆井的壓力梯度曲線圖(兩條關鍵曲線）； 確定待鉆井的井身結構各設計系數； 確定生產套管的下入深度； 確定中間套管或尾管的下入深度； 確定表層套管的下入深度； 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、由內向外進行逐層設計,四、依據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,四、依據兩條壓力曲線進行井身結構設計的具體方法,（一）設計基本原理 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上層套管鞋處的裸露地層。,地層,四、依據兩條壓力曲線進行井身結構設計的具體方法,（一）設計基本原理,套管鞋處地層最容易壓破，為什么？,四、依據兩條壓力曲線進行井身結構設計的具體方法,（一）設計基本原理,鉆下部井段的過程中，所預計的最大井內壓力不至于壓裂本層套管鞋處的裸露地層。,假設三開井身結構，技套下深為D2，則： 1）當鉆達D2之前，從表套套管鞋到鉆頭所在位置都是裸眼，薄弱地層是表套套管鞋。 這里的設計重點應該是進行二開鉆進時不要壓破表套套管鞋處地層。 決定表套是否被壓破取決于鉆進D1 D2井段時井內最大壓力（或最大當量泥漿密度）; D2 D3井段對表套套管鞋薄弱地層有沒有影響？或者說對表套的下入深度有沒有影響？,地層,井身結構,D3,D2,D1,對于表套下入深度,四、依據兩條壓力曲線進行井身結構設計的具體方法,（一）設計基本原理,鉆下部井段的過程中，所預計的最大井內壓力不至于壓裂本層套管鞋處的裸露地層。,假設三開井身結構，技套下深為D2，則： 2）當鉆達D2之后，再進行鉆進，實際上是進行三開鉆進，D2之上地層都已經用套管封隔，薄弱地層是技套套管鞋。 這里的設計重點應該是進行三開鉆進時不要壓破技套套管鞋處地層。 所以對技套下入深度有影響的井段為D2 D3; 此時還考慮表層套管套管鞋出的薄弱地層嗎？,地層,井身結構,D3,D2,D1,對于技套下入深度,（二）中間套管設計,1、求初始下入深度的假定點 利用地層壓力剖面圖中最大地層壓力梯度，計算：鉆進中不至于壓裂上部地層的當量密度 ff （ff 稱為地層設計破裂壓力當量密度）。,根據上式確定套管的最大下深。 分兩種情況計算ff ： （1）正常作業(yè)（不會發(fā)生井涌）時 （2）發(fā)生溢流（井涌）時,（二）中間套管設計,抽汲壓力系數,激動壓力系數,破裂壓力安全增值,圖中（裸眼段）最大地層壓力對應的當量密度值,地層設計破裂壓力當量密度,（1）正常作業(yè)時（不會發(fā)生井涌時）：,* 只有在確認不會發(fā)生溢流的情況下才會使用公式。,（二）中間套管設計,（a）在壓力剖面圖的橫坐標上找出地層設計破裂壓力當量密度ff ;,（b）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。,（二）中間套管設計,（2）發(fā)生溢流（井涌）時 假設當鉆至最大地層壓力點對應深度（ Dpmax ）處時，發(fā)生一個大小為 的溢流，此時需要停泵并關閉防噴器。若假設套管下深為D2x，同時考慮到地層破裂壓力評價誤差，容易導出此時地層設計破裂壓力當量密度ff :,由于（2）式中包含有未知數 D2x，所以解這個方程使用迭代（試算）法求解；,Dpmax裸眼段最大地層壓力點對應的深度（m）； D2x中間套管下入深度的初始假定點深度（m）； Sk井涌條件允許值（g/cm3）。,（2）,（二）中間套管設計,2、驗證初始設計下入深度是否會發(fā)生卡鉆 計算正常孔隙壓力地層最大深度Dmin處的鉆井液柱壓力與地層孔隙壓力的差值： （3）,（二）中間套管設計,當有可能發(fā)生壓差卡鉆時，用下式重新計算中間套管下入深度：,在壓力曲線圖上找出pper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,（二）中間套管設計,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（即：套管鞋處）的地層破裂壓力當量密度 fD2 ，由下式可求得允許的最大地層壓力當量密度： （4） 式中:D31鉆井尾管下入深度的假定點,3、計算并驗證尾管的下入深度D31 (課本P253）,注：式（4）的計算方法同式（2），采用迭代方法進行計算。,（三）計算表層套管下入深度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深。,1）根據中間套管下入深度D2處（套管鞋處）的地層孔隙壓力當量密度，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能承受的壓力（或：地層設計破裂壓力當量密度），以當量密度表示：ff1：,ff1井涌關井時表層套管鞋處承受的壓力（以當量密度表示），g/cm3； pD2中間套管鞋處地層孔隙壓力（以當量密度表示），g/cm3； D2中間套管下深，m； D1x入深度的初始假定點深度，m；,顯然：式中包含有未知數 D1x，使用試算法求解。,若計算結果ff1值小于D2處的地層破裂壓力當量密度0.0240.048 g/cm3時，符合要求，該深度即為表層套管下入深度。 否則，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。,（三）計算表層套管下入深度D1（課本P253-254）,實例分析,例1某井井深H=4400m，地層孔隙壓力梯度及破裂壓力梯度剖面見圖3-8-1-5。 設計給定： Sb=0.036g/cm3；Sg=0.04g/cm3； Sk=0.06g/cm3；Sf=0.03g/cm3； PN=12MPa；Pa=18MPa。 油層套管采用139.7mm（51/2in）套管。,實例分析,解：由圖上查得最大地層孔隙壓力梯度為2.04g/cm3，位于4250m。 1、確定中間套管下入深度。 1）確定下入深度初選點D21。 若預計要發(fā)生井涌，由（7-2）式,3400,實例分析,1、確定中間套管下入深度。 1）確定下入深度初選點D21。 試取D21=3400m，將3400m代入上式得：,由圖上查得3400m處f3400=2.19g/cm3； 因為ff3400且相近，所以確定中間套管下入深度初選點為21=3400m。,3400,計算結果與地層破裂壓力當量密度曲線比較,實例分析,1、確定中間套管下入深度。 2）校核中間套管下入到初選點3400m過程中是否會發(fā)生差卡套管。 由圖上查得：3400m處， f3400=1.57g/cm3；Dpmin=3050m， min=1.07g/cm3 則由（7-3）式得： P=0.009813050（1.57+0.036-1.07）=16.037MPa,因為PPN，所以中間套管下深應淺于初選點。,3400,實例分析,1、 確定中間套管下入深度。 2）校核中間套管下入到初選點3400m過程中是否會發(fā)生差卡套管。 在PN=12MPa下所允許的最大地層壓力梯度可由（7-4）式求得。則有：,由圖中地層孔隙壓力梯度曲線上查出與pper=1.435g/cm3對應的井深為3200m，則中間套管下入深度D2=3200m。 由于D2D21，所以還必須下入尾套管。,計算結果與地層壓力當量密度曲線比較,實例分析,2、確定尾管的下入深度。 1）確定尾管下入深度初選點為D31 由剖面圖查得中間套管下入深度3200m處地層破裂壓力梯度f3200=2.15g/cm3 ，由（7-5）式，并代入各值則有：,3900,計算結果與地層壓力當量密度曲線比較,實例分析,2、確定尾管的下入深度。 2）校核尾管下入到初選點3900m過程中能否發(fā)生壓差卡套管。,實例分析