井身結(jié)構(gòu)與套管柱設(shè)計ppt課件

1、下篇固井完井工藝原理下篇固井完井工藝原理前前 言言 現(xiàn)代完井工程簡介現(xiàn)代完井工程簡介 第七章第七章 井身構(gòu)造與套管柱設(shè)計井身構(gòu)造與套管柱設(shè)計 第八章第八章 固井工藝與質(zhì)量檢測固井工藝與質(zhì)量檢測 第九章第九章 完井方式與選擇完井方式與選擇 我國石油工業(yè)的情勢與石油工程界的我國石油工業(yè)的情勢與石油工程界的責任終了語責任終了語 前前 言言完井工程與現(xiàn)代完井工程的概完井工程與現(xiàn)代完井工程的概念念現(xiàn)代完井工程的實際根底現(xiàn)代完井工程的實際根底現(xiàn)代完井工程的內(nèi)容現(xiàn)代完井工程的內(nèi)容現(xiàn)代完井工程的幾個難點和熱現(xiàn)代完井工程的幾個難點和熱點問題點問題 A.完井工程與現(xiàn)代完井工程的概念完井工程與現(xiàn)代完井工程的概念 完

2、井工程原指油氣井鉆井工程的最后一道完井工程原指油氣井鉆井工程的最后一道工序，即鉆至目的層后下套管注水泥固井完井工序，即鉆至目的層后下套管注水泥固井完井。 現(xiàn)代完井工程是銜接鉆井工程和采油工程而現(xiàn)代完井工程是銜接鉆井工程和采油工程而又相對獨立的一項系統(tǒng)工程，含鉆開油層期、又相對獨立的一項系統(tǒng)工程，含鉆開油層期、固井完井期、試采投產(chǎn)期，涉及油層鉆井、儲固井完井期、試采投產(chǎn)期，涉及油層鉆井、儲層維護、固井完井、投產(chǎn)試采、井筒改造等實層維護、固井完井、投產(chǎn)試采、井筒改造等實際、工藝、技術(shù)和方法，既涉及效力公司，也際、工藝、技術(shù)和方法，既涉及效力公司，也涉及油田公司。涉及油田公司。 現(xiàn)代完井工程的終極目

3、的就是在消費層與現(xiàn)代完井工程的終極目的就是在消費層與井筒之間建立一個良好的通道，并使油氣井能井筒之間建立一個良好的通道，并使油氣井能長期高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。長期高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。 B.現(xiàn)代完井工程的實際根底現(xiàn)代完井工程的實際根底 經(jīng)過對油氣儲層及其潛在損害要素的研討經(jīng)過對油氣儲層及其潛在損害要素的研討和評價，要求從鉆開油層到投產(chǎn)全程實施儲層和評價，要求從鉆開油層到投產(chǎn)全程實施儲層維護，構(gòu)成油氣層與井筒之間的良好的連通。維護，構(gòu)成油氣層與井筒之間的良好的連通。 根據(jù)油藏工程特征和所采取的各種作業(yè)措根據(jù)油藏工程特征和所采取的各種作業(yè)措施，選擇完井方式方法和套管直徑，有效封隔施，選擇完井方式方法和套管直徑，有效封隔環(huán)

4、空，為科學地開發(fā)油氣田提供必要的條件。環(huán)空，為科學地開發(fā)油氣田提供必要的條件。 C.現(xiàn)代完井工程的內(nèi)容現(xiàn)代完井工程的內(nèi)容 1巖心分析及敏感性分析巖心分析及敏感性分析 根據(jù)勘探預(yù)探井或評價井所取的巖心，根據(jù)勘探預(yù)探井或評價井所取的巖心，進展系統(tǒng)的巖心分析和敏感性分析，并據(jù)此實進展系統(tǒng)的巖心分析和敏感性分析，并據(jù)此實驗分析的結(jié)果，提出對鉆開油氣層的鉆井液、驗分析的結(jié)果，提出對鉆開油氣層的鉆井液、固井液，射孔液，壓裂液、酸化液，以及井下固井液，射孔液，壓裂液、酸化液，以及井下作業(yè)的壓井液等的根本技術(shù)要求。巖心分析和作業(yè)的壓井液等的根本技術(shù)要求。巖心分析和敏感性分析工程如下：敏感性分析工程如下：1巖心

5、分析：常規(guī)分析、薄片分析及巖心分析：常規(guī)分析、薄片分析及 X 射線射線衍射衍射XRD 、電鏡掃描、電鏡掃描SEM、電子探、電子探針等分析。針等分析。2敏感性分析：水敏、速敏、酸敏、堿敏、敏感性分析：水敏、速敏、酸敏、堿敏、鹽敏。鹽敏。2鉆開油層的鉆井液鉆開油層的鉆井液 鉆井液的選擇，主要是思索鉆井液的選擇，主要是思索如何防止鉆井液的濾液侵入油層如何防止鉆井液的濾液侵入油層而呵斥油層損害，同時又思索到而呵斥油層損害，同時又思索到平安鉆進的問題，諸如鉆遇高壓平安鉆進的問題，諸如鉆遇高壓層、低壓層、漏失層、巖鹽層、層、低壓層、漏失層、巖鹽層、石膏層和裂痕層時的鉆井液，根石膏層和裂痕層時的鉆井液，根據(jù)

6、測井資料、巖心分析、敏感性據(jù)測井資料、巖心分析、敏感性分析數(shù)據(jù)和實際閱歷去選擇鉆井分析數(shù)據(jù)和實際閱歷去選擇鉆井液類型、配方和處置劑。液類型、配方和處置劑。 3完井方式及方法完井方式及方法 根據(jù)油田地質(zhì)特點、油田開根據(jù)油田地質(zhì)特點、油田開發(fā)方式和井別，按砂巖、碳酸鹽發(fā)方式和井別，按砂巖、碳酸鹽巖、火成巖和蛻變巖等巖性去選巖、火成巖和蛻變巖等巖性去選擇完井方式，完井方式根本分為擇完井方式，完井方式根本分為兩大類，即裸眼完井和套管射孔兩大類，即裸眼完井和套管射孔完井。裸眼完井又有不同的方法，完井。裸眼完井又有不同的方法，如裸眼、割縫襯管、繞絲篩管礫如裸眼、割縫襯管、繞絲篩管礫石充填；射孔完井也有不同

7、的方石充填；射孔完井也有不同的方法，如套管射孔、尾管射孔、套法，如套管射孔、尾管射孔、套管內(nèi)繞絲篩管礫石充填等方法。管內(nèi)繞絲篩管礫石充填等方法。 4油管及消費套管尺寸的選定油管及消費套管尺寸的選定 根據(jù)節(jié)點分析根據(jù)節(jié)點分析Nodal Analysis ， 即壓力系統(tǒng)分析，進展油層即壓力系統(tǒng)分析，進展油層-井筒井筒-地面管線敏地面管線敏感性分析。油管敏感性分析那么是根據(jù)油層壓感性分析。油管敏感性分析那么是根據(jù)油層壓力、產(chǎn)量、產(chǎn)液量、流體粘度、增產(chǎn)措施和開力、產(chǎn)量、產(chǎn)液量、流體粘度、增產(chǎn)措施和開采方式等方面的綜合分析去選定油管直徑，然采方式等方面的綜合分析去選定油管直徑，然后根據(jù)油管尺寸去選定消費

8、套管尺寸。過去傳后根據(jù)油管尺寸去選定消費套管尺寸。過去傳統(tǒng)的作法是先選定消費套管尺寸，然后再確定統(tǒng)的作法是先選定消費套管尺寸，然后再確定油管尺寸?，F(xiàn)代完井工程沒有沿用過去傳統(tǒng)概油管尺寸?，F(xiàn)代完井工程沒有沿用過去傳統(tǒng)概念和作法，而是建立了用油管尺寸去確定消費念和作法，而是建立了用油管尺寸去確定消費套管尺寸的新思緒和新方法。套管設(shè)計本應(yīng)包套管尺寸的新思緒和新方法。套管設(shè)計本應(yīng)包括表層套管、技術(shù)套管與消費套管，但此僅論括表層套管、技術(shù)套管與消費套管，但此僅論述了消費套管設(shè)計，而表層套管和技術(shù)套管那述了消費套管設(shè)計，而表層套管和技術(shù)套管那么應(yīng)按鉆井工程要求進展設(shè)計。么應(yīng)按鉆井工程要求進展設(shè)計。 5消費

9、套管設(shè)計消費套管設(shè)計 以下述井別、油氣層物理性質(zhì)、流體性質(zhì)、地應(yīng)力和工程以下述井別、油氣層物理性質(zhì)、流體性質(zhì)、地應(yīng)力和工程措施等方面的資料，作為套管設(shè)計根底根據(jù)：措施等方面的資料，作為套管設(shè)計根底根據(jù)： l井別：油井、氣井或注蒸汽采油井、注水井、注氣井別：油井、氣井或注蒸汽采油井、注水井、注氣/汽汽井。井。 2油層壓力、油層溫度，注蒸汽時的壓力、溫度。油層壓力、油層溫度，注蒸汽時的壓力、溫度。 3地下水性質(zhì)、地下水性質(zhì)、pH值、礦化度及其對套管的腐蝕程度。值、礦化度及其對套管的腐蝕程度。 4天然氣中能否含天然氣中能否含H2S或或C02等腐蝕性氣體。等腐蝕性氣體。 5油層破裂壓力梯度，壓裂、酸化

10、增產(chǎn)措施的最高壓力。油層破裂壓力梯度，壓裂、酸化增產(chǎn)措施的最高壓力。 6地應(yīng)力走向、方位和大小，鹽巖層的蠕動。地應(yīng)力走向、方位和大小，鹽巖層的蠕動。 7注水開發(fā)后的壓力變化及油層間竄通情況，油層出砂注水開發(fā)后的壓力變化及油層間竄通情況，油層出砂情況。情況。 根據(jù)選定的完井方式，再根據(jù)上述要素，選擇套管的鋼根據(jù)選定的完井方式，再根據(jù)上述要素，選擇套管的鋼級、強度、壁厚以及銜接螺紋類型和螺紋密封脂的類型、上扣級、強度、壁厚以及銜接螺紋類型和螺紋密封脂的類型、上扣的扭矩等。假設(shè)用襯管完成，那么要設(shè)計懸掛深度及方式。對的扭矩等。假設(shè)用襯管完成，那么要設(shè)計懸掛深度及方式。對于注蒸汽井，那么要思索到套管受

11、熱時套管螺紋接受的拉力和于注蒸汽井，那么要思索到套管受熱時套管螺紋接受的拉力和螺紋的密封性，以及預(yù)應(yīng)力完成。對于定向井、程度井，同樣螺紋的密封性，以及預(yù)應(yīng)力完成。對于定向井、程度井，同樣應(yīng)思索套管彎曲、套管螺紋接受的拉力和螺紋的密封問題。應(yīng)思索套管彎曲、套管螺紋接受的拉力和螺紋的密封問題。 6注水泥設(shè)計注水泥設(shè)計 根據(jù)不同類別的井，如油井、氣井、注根據(jù)不同類別的井，如油井、氣井、注水井、注氣井和注蒸汽井等對水泥性能和返高水井、注氣井和注蒸汽井等對水泥性能和返高的要求，油氣層壓力情況如高壓區(qū)、低壓區(qū)、的要求，油氣層壓力情況如高壓區(qū)、低壓區(qū)、漏失帶及裂痕情況，以及注水開發(fā)調(diào)整井的油漏失帶及裂痕情況

12、，以及注水開發(fā)調(diào)整井的油層壓力變化和油層流體處于的流動情況，注蒸層壓力變化和油層流體處于的流動情況，注蒸汽熱采井對水泥耐溫要求，腐蝕氣體如汽熱采井對水泥耐溫要求，腐蝕氣體如H2S,CO2及高礦化度的地下水對水泥腐蝕的及高礦化度的地下水對水泥腐蝕的問題，氣井、注氣井、注蒸汽井注水泥時要求問題，氣井、注氣井、注蒸汽井注水泥時要求水泥返至地面長井段固井問題，來選擇一次注水泥返至地面長井段固井問題，來選擇一次注水泥、分段注水泥或套管外封隔器注水泥等方水泥、分段注水泥或套管外封隔器注水泥等方式及選擇水泥漿配方。式及選擇水泥漿配方。 7固井質(zhì)量評價固井質(zhì)量評價 這里所指的是對固井注水泥這里所指的是對固井注

13、水泥后的質(zhì)量評價，檢查套管外水泥后的質(zhì)量評價，檢查套管外水泥能否封固好，有無竄槽和混漿段能否封固好，有無竄槽和混漿段及返高情況。常用的方法為聲幅及返高情況。常用的方法為聲幅測井，而用聲波變密度測井測固測井，而用聲波變密度測井測固井二界面膠結(jié)質(zhì)量的方法，目前井二界面膠結(jié)質(zhì)量的方法，目前也已得到了較為普遍運用。也已得到了較為普遍運用。 8射孔及完井液選擇射孔及完井液選擇 根據(jù)射孔敏感性分析確定射根據(jù)射孔敏感性分析確定射孔孔密、孔徑、相位，然后根據(jù)孔孔密、孔徑、相位，然后根據(jù)油層浸透率及原油物性選擇射孔油層浸透率及原油物性選擇射孔槍及射孔彈類型，再根據(jù)油層壓槍及射孔彈類型，再根據(jù)油層壓力高低、浸透率

14、高低和油氣物性力高低、浸透率高低和油氣物性選擇射孔方式，如電纜射孔、油選擇射孔方式，如電纜射孔、油管傳輸射孔和負壓射孔。與此同管傳輸射孔和負壓射孔。與此同時，還要選擇與油層粘土礦物和時，還要選擇與油層粘土礦物和油藏流體匹配的射孔液。油藏流體匹配的射孔液。 9完井的試井評價完井的試井評價 完井投產(chǎn)后，經(jīng)過試井測試表皮系數(shù)，完井投產(chǎn)后，經(jīng)過試井測試表皮系數(shù)，這是當前檢查油層損害的主要方法。經(jīng)過對這是當前檢查油層損害的主要方法。經(jīng)過對表皮系數(shù)的分析研討，找出油層損害的真正表皮系數(shù)的分析研討，找出油層損害的真正緣由，以便解除或減少對油層的損害。緣由，以便解除或減少對油層的損害。 10完井消費管柱完井消

15、費管柱 l永久型管柱。投產(chǎn)前在油層上部下入永久型封隔器，永久型管柱。投產(chǎn)前在油層上部下入永久型封隔器，而從封隔器下面的任務(wù)筒中插入各種功能功具，如分注、分采、而從封隔器下面的任務(wù)筒中插入各種功能功具，如分注、分采、分層測試等工具，該管柱可以進展沖砂、注水泥塞、小型酸化分層測試等工具，該管柱可以進展沖砂、注水泥塞、小型酸化等作業(yè)。等作業(yè)。 2氣舉管柱。假設(shè)估計該井自噴消費轉(zhuǎn)人工舉升的方法氣舉管柱。假設(shè)估計該井自噴消費轉(zhuǎn)人工舉升的方法為氣舉，那么投產(chǎn)時即按氣舉管柱及配套井下工具單管或雙為氣舉，那么投產(chǎn)時即按氣舉管柱及配套井下工具單管或雙管一次下入井內(nèi)，油井消費不正常，即能轉(zhuǎn)氣舉采油。管一次下入井內(nèi)

16、，油井消費不正常，即能轉(zhuǎn)氣舉采油。 3防腐、防蠟、防垢、防結(jié)鹽等管柱。當油層氣中或天防腐、防蠟、防垢、防結(jié)鹽等管柱。當油層氣中或天然氣中含然氣中含H2S或或 C02，以及油層水或邊底水的礦化度很高時，以及油層水或邊底水的礦化度很高時，普通都在油層頂部下入封隔器，將油、套管隔開，在環(huán)空間充普通都在油層頂部下入封隔器，將油、套管隔開，在環(huán)空間充填維護液，或向套管環(huán)形空間定期注入防腐液，以維護套管不填維護液，或向套管環(huán)形空間定期注入防腐液，以維護套管不受腐蝕。防蠟、防垢、防結(jié)鹽等管柱與防腐管柱根本一樣，只受腐蝕。防蠟、防垢、防結(jié)鹽等管柱與防腐管柱根本一樣，只是注入防蠟、防垢或防結(jié)鹽一等化學劑，上述各

17、項管柱都要在是注入防蠟、防垢或防結(jié)鹽一等化學劑，上述各項管柱都要在環(huán)形空間與油管建立循環(huán)通道。環(huán)形空間與油管建立循環(huán)通道。 此外，海上油井、深井或超深井、天然氣井、高產(chǎn)井，要此外，海上油井、深井或超深井、天然氣井、高產(chǎn)井，要求在距井口下面求在距井口下面1OOm左右裝有井下平安閥，以防井噴事故。左右裝有井下平安閥，以防井噴事故。 11投產(chǎn)措施投產(chǎn)措施 根據(jù)油層損害程度及油氣根據(jù)油層損害程度及油氣層類型，采用不同的投產(chǎn)措施。層類型，采用不同的投產(chǎn)措施。投產(chǎn)措施往往用抽汲、投產(chǎn)措施往往用抽汲、N2氣氣舉、氣化水或泡沫來助排，必舉、氣化水或泡沫來助排，必要時用鹽酸或土酸酸浸解堵，要時用鹽酸或土酸酸浸解

18、堵，有的井那么必需采取酸化壓裂有的井那么必需采取酸化壓裂措施后才干投產(chǎn)。措施后才干投產(chǎn)。 完井工程定義、實際根底、內(nèi)容和操作程序等，構(gòu)成了完井完井工程定義、實際根底、內(nèi)容和操作程序等，構(gòu)成了完井工程系統(tǒng)。但此工程或稱工程系統(tǒng)并非任務(wù)系統(tǒng)，而是從油工程系統(tǒng)。但此工程或稱工程系統(tǒng)并非任務(wù)系統(tǒng)，而是從油田開發(fā)的宏觀出發(fā)，立足于油藏工程，近、遠期結(jié)合，按完井工田開發(fā)的宏觀出發(fā)，立足于油藏工程，近、遠期結(jié)合，按完井工程系統(tǒng)的要求，將鉆井、完井、采油工程有機地聯(lián)絡(luò)起來，而不程系統(tǒng)的要求，將鉆井、完井、采油工程有機地聯(lián)絡(luò)起來，而不是用完井工程去替代鉆井和采油工程，還需求鉆井、完井、采油是用完井工程去替代鉆井

19、和采油工程，還需求鉆井、完井、采油工程搞好各自的任務(wù)。在高科技時代的今天，各項工程都是相互工程搞好各自的任務(wù)。在高科技時代的今天，各項工程都是相互浸透而又共同開展的。強調(diào)提出完井工程概念和構(gòu)成完井工程系浸透而又共同開展的。強調(diào)提出完井工程概念和構(gòu)成完井工程系統(tǒng)的目的是：統(tǒng)的目的是：1盡量減少對油氣層的損害，使其自然產(chǎn)能能更好地發(fā)揚。盡量減少對油氣層的損害，使其自然產(chǎn)能能更好地發(fā)揚。2提供必要條件來調(diào)理消費壓差，以提高單井產(chǎn)量。提供必要條件來調(diào)理消費壓差，以提高單井產(chǎn)量。3有利于提高儲量的動用程度。有利于提高儲量的動用程度。4為采用不同的采油工藝技術(shù)措施提供必要的條件。為采用不同的采油工藝技術(shù)措

20、施提供必要的條件。5利于維護套、油管，減少井下作業(yè)量，延伸油氣井壽命。利于維護套、油管，減少井下作業(yè)量，延伸油氣井壽命。6近期與遠期相結(jié)合，近期與遠期相結(jié)合， 盡能夠做到最低的投資和最少的操作盡能夠做到最低的投資和最少的操作費用，有利于提高綜合經(jīng)濟效益。費用，有利于提高綜合經(jīng)濟效益。 D.現(xiàn)代完井工程的幾個難點和熱點問題現(xiàn)代完井工程的幾個難點和熱點問題1. 復雜油氣藏的儲層維護和完井方式問題復雜油氣藏的儲層維護和完井方式問題2. 油氣井環(huán)空尤其是固井二界面封隔才油氣井環(huán)空尤其是固井二界面封隔才干問題干問題3. 特殊工藝井的固井完井問題特殊工藝井的固井完井問題4. 提高低浸透油層采收率的固井完井

21、技術(shù)根提高低浸透油層采收率的固井完井技術(shù)根底問題底問題5. 射孔對環(huán)空水泥環(huán)及套管柱的損壞機理問射孔對環(huán)空水泥環(huán)及套管柱的損壞機理問題題6. 復雜條件下套管損壞的機理和防治技術(shù)問復雜條件下套管損壞的機理和防治技術(shù)問題題第一節(jié)第一節(jié) 井身構(gòu)造設(shè)計井身構(gòu)造設(shè)計第二節(jié)第二節(jié) 套管柱設(shè)計套管柱設(shè)計 第一節(jié)第一節(jié) 井身構(gòu)造設(shè)計井身構(gòu)造設(shè)計 井身構(gòu)造包括套管層次和下入深度以及井身構(gòu)造包括套管層次和下入深度以及井眼尺寸與套管尺寸的配合。根據(jù)是地層壓力井眼尺寸與套管尺寸的配合。根據(jù)是地層壓力和地層破裂壓力剖面。和地層破裂壓力剖面。 一、井身構(gòu)造設(shè)計確定的原那么一、井身構(gòu)造設(shè)計確定的原那么 1能有效地維護油氣層

22、，使不同壓力能有效地維護油氣層，使不同壓力梯度的油氣層不受鉆井液損害。梯度的油氣層不受鉆井液損害。 2應(yīng)防止漏、噴、塌、卡等復雜情況應(yīng)防止漏、噴、塌、卡等復雜情況產(chǎn)生，為全井順利鉆進發(fā)明條件，使鉆井周期產(chǎn)生，為全井順利鉆進發(fā)明條件，使鉆井周期最短。最短。 3鉆下部高壓地層時所用的較高密度鉆下部高壓地層時所用的較高密度鉆井液產(chǎn)生的液柱壓力，不致壓裂上一層套管鉆井液產(chǎn)生的液柱壓力，不致壓裂上一層套管鞋處薄弱的裸露地層。鞋處薄弱的裸露地層。 4下套管過程中，井內(nèi)鉆井液柱壓力下套管過程中，井內(nèi)鉆井液柱壓力和地層壓力之間的壓差，不致產(chǎn)生壓差卡阻套和地層壓力之間的壓差，不致產(chǎn)生壓差卡阻套管事故。管事故。套

23、管的根本類型套管的根本類型a正常壓力系統(tǒng)的井正常壓力系統(tǒng)的井 b異常壓力系統(tǒng)的井異常壓力系統(tǒng)的井二、套管柱類型二、套管柱類型1.導管導管2.表層套管表層套管3.技術(shù)套管技術(shù)套管4.消費套管消費套管5.尾管尾管 6.組合質(zhì)量套管組合質(zhì)量套管柱柱7.異徑套管柱異徑套管柱三、設(shè)計所需根底數(shù)據(jù)三、設(shè)計所需根底數(shù)據(jù)1.地質(zhì)方面數(shù)據(jù)地質(zhì)方面數(shù)據(jù)1巖性剖面及其缺點提示；巖性剖面及其缺點提示；2地層孔隙壓力剖面；地層孔隙壓力剖面；3地層破裂壓力剖地層破裂壓力剖面。面。2.工程方面數(shù)據(jù)工程方面數(shù)據(jù)1抽吸壓力系數(shù)抽吸壓力系數(shù)Sb。上提鉆柱時，由于抽吸。上提鉆柱時，由于抽吸作用使井內(nèi)液柱壓力降低值，用當量密度表示。

24、作用使井內(nèi)液柱壓力降低值，用當量密度表示。2激動壓力系數(shù)激動壓力系數(shù)Sg。下放鉆柱時，由于鉆柱。下放鉆柱時，由于鉆柱向下運動產(chǎn)生的激動壓力使井內(nèi)液柱壓力添加值，向下運動產(chǎn)生的激動壓力使井內(nèi)液柱壓力添加值，用當量密度表示。用當量密度表示。3地層壓裂平安系數(shù)地層壓裂平安系數(shù)Sf。為防止上層套管鞋處。為防止上層套管鞋處裸露地層被壓裂的地層破裂壓力平安系數(shù)，用當量裸露地層被壓裂的地層破裂壓力平安系數(shù)，用當量密度表示。密度表示。4井涌允量井涌允量Sk。由于地層壓力預(yù)測的誤差所。由于地層壓力預(yù)測的誤差所產(chǎn)生的井涌量的允值，用當量密度表示。產(chǎn)生的井涌量的允值，用當量密度表示。5壓差允值壓差允值pN。不產(chǎn)生壓

25、差卡阻套管所允。不產(chǎn)生壓差卡阻套管所允許的最大壓差，與鉆工藝藝技術(shù)、鉆井液性能和地許的最大壓差，與鉆工藝藝技術(shù)、鉆井液性能和地層孔隙壓力有關(guān)。層孔隙壓力有關(guān)。四、井身構(gòu)造設(shè)計方法及步驟四、井身構(gòu)造設(shè)計方法及步驟井身構(gòu)造設(shè)計就是套管層次和下入深度設(shè)計，其本井身構(gòu)造設(shè)計就是套管層次和下入深度設(shè)計，其本質(zhì)是確定兩相鄰套管下入深度之差，它取決于裸眼井質(zhì)是確定兩相鄰套管下入深度之差，它取決于裸眼井段的長度。在裸眼井段中，應(yīng)使鉆進過程中以及井涌段的長度。在裸眼井段中，應(yīng)使鉆進過程中以及井涌壓井時不會壓裂地層而發(fā)生井漏，并在鉆進和下套管壓井時不會壓裂地層而發(fā)生井漏，并在鉆進和下套管時不時不發(fā)生壓差卡鉆事故。

26、進展井發(fā)生壓差卡鉆事故。進展井身構(gòu)造設(shè)計時，首先必需建身構(gòu)造設(shè)計時，首先必需建立設(shè)計井所在地域的地層壓立設(shè)計井所在地域的地層壓力剖面和破裂壓力剖面圖，力剖面和破裂壓力剖面圖，如下圖。油層套管的下人如下圖。油層套管的下人深度主要取決于完井方法和深度主要取決于完井方法和油氣層的位置，因此設(shè)計步油氣層的位置，因此設(shè)計步驟是由中間套管開場。驟是由中間套管開場。fgbpfSSSmax 1.中間套管下入深度假定點確實定。中間套管下入深度假定點確實定。 確定套管下入深度的根據(jù)是在下部井段鉆進過程中估計的確定套管下入深度的根據(jù)是在下部井段鉆進過程中估計的最大井內(nèi)壓力梯度不致使套管鞋處裸露地層被壓裂。利用壓力最

27、大井內(nèi)壓力梯度不致使套管鞋處裸露地層被壓裂。利用壓力剖面圖中最大地層壓力梯度可求得上部地層不致被壓裂所應(yīng)有剖面圖中最大地層壓力梯度可求得上部地層不致被壓裂所應(yīng)有的地層破裂壓力梯度的當量密度的地層破裂壓力梯度的當量密度 ， 確實定有兩種方法：確實定有兩種方法：l鉆進下部井段一定不會發(fā)生井涌時，鉆進下部井段一定不會發(fā)生井涌時， 可用下式計算：可用下式計算： fff在橫坐標上找出地層的設(shè)計破裂壓力梯在橫坐標上找出地層的設(shè)計破裂壓力梯度度f ，從該點向上作垂直線與破裂壓力，從該點向上作垂直線與破裂壓力線相交，交點所在的深度即為中間套管線相交，交點所在的深度即為中間套管下入深度假定點下入深度假定點D21

28、。kpfbpfSDDSS21maxmax2當鉆進下部井段估計發(fā)生當鉆進下部井段估計發(fā)生井涌時，可用下式計算：井涌時，可用下式計算： 式中的式中的D21可用試算法求得，試取可用試算法求得，試取D21值代入式中求值代入式中求f ，然后在設(shè)計井的地層破裂壓力梯度曲線上求得然后在設(shè)計井的地層破裂壓力梯度曲線上求得D21所對應(yīng)的所對應(yīng)的地層破裂壓力梯度。如計算值地層破裂壓力梯度。如計算值f與實踐值相差不多且略小于與實踐值相差不多且略小于實踐值時，那么實踐值時，那么D21即為中間套管下入深度的假定點。否那即為中間套管下入深度的假定點。否那么另取一么另取一D21值計算，直到滿足要求為止。值計算，直到滿足要求

29、為止。 minmin2100981. 0ppbpDDSp）（ 2.校核中間套管下到深度校核中間套管下到深度D21時能否會發(fā)生壓差卡套管時能否會發(fā)生壓差卡套管 先求出該井段中最大鉆井液密度與最小地層壓力之間的最先求出該井段中最大鉆井液密度與最小地層壓力之間的最大靜止壓差：大靜止壓差： bppNpperSDpminmin)00981. 0/( 當當 時，不易發(fā)生壓差卡套管，那么假定點深度即時，不易發(fā)生壓差卡套管，那么假定點深度即為中間套管下入深度；當為中間套管下入深度；當 時，那么能夠發(fā)生壓差卡套時，那么能夠發(fā)生壓差卡套管，這時中間套管下入深度應(yīng)小于假定點深度。在第二種情管，這時中間套管下入深度應(yīng)

30、小于假定點深度。在第二種情況下的中間套管的下入深度按下面方法求得。況下的中間套管的下入深度按下面方法求得。 在壓差在壓差 下所允許的最大地層壓力下所允許的最大地層壓力的當量密度的當量密度 為：為：Npp Npp NppperD2 假設(shè)假設(shè)D2D21，那么進展，那么進展下一步下一步kfbfppersDDSS2312 3.鉆井尾管下入深度假定點確實定鉆井尾管下入深度假定點確實定 當中間套管下入深度小于假定點深度時，那么必需下當中間套管下入深度小于假定點深度時，那么必需下尾管，并要確定尾管下入深度。尾管，并要確定尾管下入深度。 根據(jù)中間套管下入深度根據(jù)中間套管下入深度D2處的地層破裂壓力梯度處的地層

31、破裂壓力梯度 ，由下式可求得允許的最大地層壓力梯度：由下式可求得允許的最大地層壓力梯度：2f4.校核尾管下到假定點深度校核尾管下到假定點深度D31處能否會發(fā)生壓差卡套管處能否會發(fā)生壓差卡套管校核方法同校核方法同2，壓差允值用，壓差允值用 。ApkfbpfESDDSS122 5.表層套管下入深度表層套管下入深度D1確實定確實定 根據(jù)中間套管鞋處根據(jù)中間套管鞋處D2的地層壓力梯度，給定井涌條的地層壓力梯度，給定井涌條件件Sk，用試算法確定表層套管下入深度。每次給定，用試算法確定表層套管下入深度。每次給定D1，并代入下式計算：并代入下式計算： fE 試算結(jié)果：當試算結(jié)果：當 接近或小于接近或小于D2

32、處的地層破裂壓力梯度處的地層破裂壓力梯度0.0240.048 g/cm3時符合要求，該深時符合要求，該深度即為表層套管的下入深度。度即為表層套管的下入深度。 6.必封點確實定必封點確實定 鑒于：第一，壓力剖面不能反映有鑒于：第一，壓力剖面不能反映有些地下復雜情況諸如吸水膨脹易塌些地下復雜情況諸如吸水膨脹易塌泥頁巖、高含蒙脫石的泥頁巖、鹽膏層及巖鹽層蠕泥頁巖、高含蒙脫石的泥頁巖、鹽膏層及巖鹽層蠕變、膠結(jié)不良的砂巖等；第二，某些復雜情況的變、膠結(jié)不良的砂巖等；第二，某些復雜情況的產(chǎn)生與時間要素有關(guān)諸如鉆進速度快或慢、地層產(chǎn)生與時間要素有關(guān)諸如鉆進速度快或慢、地層浸泡時間長或短等，因此就需求根據(jù)已鉆

33、井的閱浸泡時間長或短等，因此就需求根據(jù)已鉆井的閱歷來確定某些應(yīng)及時封隔的地層，即必封點。如有歷來確定某些應(yīng)及時封隔的地層，即必封點。如有地層坍塌壓力梯度曲線，有些必封點確實定就不用地層坍塌壓力梯度曲線，有些必封點確實定就不用僅憑閱歷了。僅憑閱歷了。 五、套管尺寸與井眼尺寸選擇及配合套管尺寸及井眼五、套管尺寸與井眼尺寸選擇及配合套管尺寸及井眼鉆頭尺寸的選擇和配合涉及到采油、勘探以及鉆井工程鉆頭尺寸的選擇和配合涉及到采油、勘探以及鉆井工程的順利進展和本錢。的順利進展和本錢。 1.設(shè)計中思索的要素設(shè)計中思索的要素 1消費套管尺寸應(yīng)滿足采油方面的要求。根據(jù)消費層消費套管尺寸應(yīng)滿足采油方面的要求。根據(jù)消

34、費層的產(chǎn)能、油管大小、增產(chǎn)措施及井下作業(yè)等要求來確定。的產(chǎn)能、油管大小、增產(chǎn)措施及井下作業(yè)等要求來確定。 2對于探井，要思索原設(shè)計井深能否要加深，地質(zhì)上對于探井，要思索原設(shè)計井深能否要加深，地質(zhì)上的變化會使原來預(yù)測值難于準確，能否要本井眼尺寸上留有的變化會使原來預(yù)測值難于準確，能否要本井眼尺寸上留有余量以便增下中間套管，以及對巖心尺寸要求等。余量以便增下中間套管，以及對巖心尺寸要求等。 3要思索到工藝程度，如井眼情況、曲率大小、井斜要思索到工藝程度，如井眼情況、曲率大小、井斜角以及地質(zhì)復雜情況帶來的問題。并應(yīng)思索管材、鉆頭等庫角以及地質(zhì)復雜情況帶來的問題。并應(yīng)思索管材、鉆頭等庫存規(guī)格的限制。存

35、規(guī)格的限制。 2.套管和井眼尺寸的選擇和確定方法套管和井眼尺寸的選擇和確定方法 1確定井身構(gòu)造尺寸普通由內(nèi)向外依次進展，確定井身構(gòu)造尺寸普通由內(nèi)向外依次進展，先確定消費套管尺寸，再確定下入消費套管的井眼先確定消費套管尺寸，再確定下入消費套管的井眼尺寸，確定中層套管尺寸等，依此類推，直到表層尺寸，確定中層套管尺寸等，依此類推，直到表層套管的井眼尺寸，最后確定導管尺寸。套管的井眼尺寸，最后確定導管尺寸。 2據(jù)采油方面要求來定消費套管?？碧骄敲磽?jù)采油方面要求來定消費套管?？碧骄敲窗凑湛碧椒矫嬉髞矶?。按照勘探方面要求來定。 3套管與井眼之間有一定間隙，間隙過大那么套管與井眼之間有一定間隙，間隙過

36、大那么不經(jīng)濟，過小會導致下套管困難及注水泥后水泥過不經(jīng)濟，過小會導致下套管困難及注水泥后水泥過早脫水構(gòu)成水泥橋。間隙值普通最小在早脫水構(gòu)成水泥橋。間隙值普通最小在9.512.7mm范圍內(nèi)，最好為范圍內(nèi)，最好為19.0mm。套管與井眼尺寸配合表套管與井眼尺寸配合表660.426508mm508mm表層套管表層套管(650m/660m)(650m/660m)444.5mm技術(shù)套管技術(shù)套管(2700m/2705m)244.5mm技術(shù)套管技術(shù)套管(4700m/4642m).7mm消費套管消費套管(5500m/5500m)喇叭口喇叭口/回接插座回接插座常規(guī)水泥常規(guī)水泥泡沫水泥泡沫水泥平衡液平衡液油氣水套

37、管磨穿處約套管磨穿處約750m能夠套管磨穿或變形處能夠套管磨穿或變形處0m3157m鄯科鄯科 1井總投資井總投資:1.2 億元億元其中鉆井和原鉆其中鉆井和原鉆機試油費用：機試油費用：8800萬元萬元固井費用約：固井費用約：3200萬元萬元 Deep or Ultra deep wellsThe deep wells, 45006000m.The ultra deep wells,6000m第二節(jié)第二節(jié) 套管柱設(shè)計套管柱設(shè)計 一、套管和套管柱一、套管和套管柱 油井套管是優(yōu)質(zhì)鋼材制成的無油井套管是優(yōu)質(zhì)鋼材制成的無縫管或焊接納，兩端均加工有錐形螺縫管或焊接納，兩端均加工有錐形螺紋。大多數(shù)的套管是用套

38、管接箍銜接紋。大多數(shù)的套管是用套管接箍銜接組成套管柱。套管柱用于封固井壁的組成套管柱。套管柱用于封固井壁的裸露巖石。裸露巖石。 油井套管有其特殊的規(guī)范，每油井套管有其特殊的規(guī)范，每種套管都應(yīng)符合規(guī)范。我國現(xiàn)用套管種套管都應(yīng)符合規(guī)范。我國現(xiàn)用套管規(guī)范與美國規(guī)范與美國API美國石油學會規(guī)美國石油學會規(guī)范類似。范類似。API規(guī)范把套管分為八種規(guī)范把套管分為八種10級級 H-40 J-55 K-55 C-75 L-80 N-80 C-90 C-95 P-110 Q-125API規(guī)范要求套管的外徑要符合一定的尺寸，常用規(guī)范要求套管的外徑要符合一定的尺寸，常用的規(guī)范套管外徑從的規(guī)范套管外徑從114.3mm

39、到到508.00mm，共有，共有14種種: 114.3mm41/2in 244.47mm95/8in 127.00mm5in 273.05mm103/4in .70mm51/2in 298.44mm113/4in 168.27mm65/8in 339.71mm133/8in 177.80mm7in 406.40mm16in 193.67mm75/8in 473.08mm185/8in 219.07mm85/8in 508.00mm20in APIAPI規(guī)范規(guī)定的各種套管壁厚范圍在規(guī)范規(guī)定的各種套管壁厚范圍在5.215.2116.13mm16.13mm。通常。通常是小直徑的套管壁厚小一些，大直徑

40、套管的壁厚大一些。是小直徑的套管壁厚小一些，大直徑套管的壁厚大一些。除規(guī)范的鋼級和壁厚之外，尚有非規(guī)范的鋼級和壁厚存在，除規(guī)范的鋼級和壁厚之外，尚有非規(guī)范的鋼級和壁厚存在，這也是這也是APIAPI規(guī)范所允許的。規(guī)范所允許的。套管的銜接螺紋都是錐形螺紋。套管的銜接螺紋都是錐形螺紋。APIAPI規(guī)范套管的銜接螺紋規(guī)范套管的銜接螺紋有四種：短圓螺紋有四種：短圓螺紋(STC)(STC)、長圓螺紋、長圓螺紋(LTC(LTC、梯形螺紋、梯形螺紋BTCBTC、直連型螺紋、直連型螺紋XLXL。除此之外尚有非規(guī)范螺紋。除此之外尚有非規(guī)范螺紋。圓螺紋的錐度為圓螺紋的錐度為1:161:16，螺距為，螺距為3.175

41、mm 3.175mm 8 8扣扣/in/in。梯形。梯形螺紋的錐度為螺紋的錐度為1:161:16外徑外徑16in16in和和1:121:12外徑外徑16in16in，螺距為螺距為5.08mm5.08mm5 5扣扣/in/in。套管柱套管串通常是由同一外徑、一樣或不同鋼級及套管柱套管串通常是由同一外徑、一樣或不同鋼級及不同壁厚的套管用接箍銜接組成，應(yīng)符合強度及消費的要求不同壁厚的套管用接箍銜接組成，應(yīng)符合強度及消費的要求. . 套管柱附件套管柱附件引鞋引鞋/浮鞋：圓錐形浮鞋：圓錐形 引領(lǐng)套管柱入井引領(lǐng)套管柱入井 生鐵生鐵 木質(zhì)木質(zhì) 鋁質(zhì)鋁質(zhì) 水泥質(zhì)水泥質(zhì)浮鞋：單向閥阻流環(huán)浮鞋：單向閥阻流環(huán)扶正器

42、：彈性扶正器扶正器：彈性扶正器 剛性扶正器剛性扶正器聯(lián)頂節(jié)：結(jié)合套管頭和水泥頭聯(lián)頂節(jié)：結(jié)合套管頭和水泥頭水泥頭：結(jié)合聯(lián)頂節(jié)和注水泥管匯水泥頭：結(jié)合聯(lián)頂節(jié)和注水泥管匯回壓凡爾回壓凡爾 二、套管柱的受力分析及套管強度二、套管柱的受力分析及套管強度 套管柱下入井中之后要遭到各種力的作套管柱下入井中之后要遭到各種力的作用。不同類型的井中或一口井的不同消費用。不同類型的井中或一口井的不同消費時期，套管柱的受力是不同的。套管柱所時期，套管柱的受力是不同的。套管柱所受的根本載荷可分為軸向拉力、外擠壓力受的根本載荷可分為軸向拉力、外擠壓力及內(nèi)壓力。套管柱的受力分析是套管柱強及內(nèi)壓力。套管柱的受力分析是套管柱強

43、度設(shè)計的根底，在設(shè)計套管柱時該當根據(jù)度設(shè)計的根底，在設(shè)計套管柱時該當根據(jù)套管的最危險情況來思索套管的根本載荷。套管的最危險情況來思索套管的根本載荷。 1套管的軸向拉力套管的軸向拉力 套管的軸向拉力是由套管的自重所產(chǎn)生的，在一些條件下套管的軸向拉力是由套管的自重所產(chǎn)生的，在一些條件下還應(yīng)思索附加的拉力。還應(yīng)思索附加的拉力。 1套管自重產(chǎn)生的軸向拉力，在套管柱上是自下而上逐套管自重產(chǎn)生的軸向拉力，在套管柱上是自下而上逐漸增大，在井口處套管所接受的軸向拉力最大，其拉力漸增大，在井口處套管所接受的軸向拉力最大，其拉力F0 ：3010qLF331010LqqLKFmBm 現(xiàn)場套管設(shè)計時，普通不思索在鉆井

44、液中的浮力減輕作用，現(xiàn)場套管設(shè)計時，普通不思索在鉆井液中的浮力減輕作用，通常是用套管在空氣中的重力來思索軸向拉力，以為浮力被通常是用套管在空氣中的重力來思索軸向拉力，以為浮力被套管柱與井壁的摩擦力所抵消。但在思索套管雙向應(yīng)力下的套管柱與井壁的摩擦力所抵消。但在思索套管雙向應(yīng)力下的抗擠壓強度時采用浮力減輕下的套管重力?？箶D壓強度時采用浮力減輕下的套管重力。 2套管彎曲引起的附加應(yīng)力：當套管隨井眼彎曲時，由套管彎曲引起的附加應(yīng)力：當套管隨井眼彎曲時，由于套管的彎曲變形增大了套管的拉力載荷，當彎曲的角度及彎于套管的彎曲變形增大了套管的拉力載荷，當彎曲的角度及彎曲變化率不太大時，可用簡化閱歷公式計算彎

45、曲引起的附加力曲變化率不太大時，可用簡化閱歷公式計算彎曲引起的附加力:Fbd0.0733dcocA 3套管內(nèi)注人水泥引起的套管柱附加應(yīng)力：在注入水泥漿套管內(nèi)注人水泥引起的套管柱附加應(yīng)力：在注入水泥漿時，當水泥漿量較大，水泥漿與管外液體密度相差較大，水時，當水泥漿量較大，水泥漿與管外液體密度相差較大，水泥漿未返出套管底部時，管內(nèi)液體較重，將使套管產(chǎn)生一個泥漿未返出套管底部時，管內(nèi)液體較重，將使套管產(chǎn)生一個拉應(yīng)力，可近似按下式計算：拉應(yīng)力，可近似按下式計算：10004dmcinchdF在下套管過程中的動載、注水泥時泵壓的變化、套管在消費中會遭到溫度在下套管過程中的動載、注水泥時泵壓的變化、套管在消

46、費中會遭到溫度作用等，皆可產(chǎn)生一定的附加應(yīng)力。這些力是難以計算的，通常是思索用作用等，皆可產(chǎn)生一定的附加應(yīng)力。這些力是難以計算的，通常是思索用浮力減輕來抵消或加大平安系數(shù)。浮力減輕來抵消或加大平安系數(shù)。 2軸向拉力作用下的套管強度軸向拉力作用下的套管強度 套管的軸向拉力井口最大。套管的軸向拉力井口最大。 受拉引起的套管破壞方式有兩種：受拉引起的套管破壞方式有兩種： 一是套管本體被拉斷一是套管本體被拉斷 二是螺紋處滑脫脫扣二是螺紋處滑脫脫扣 通常，后者比前者要多，圓螺紋更是如此。通常，后者比前者要多，圓螺紋更是如此。 用螺紋滑脫時的總拉力用螺紋滑脫時的總拉力kN來表示。來表示。 2.外擠壓力及套

47、管的杭擠強度外擠壓力及套管的杭擠強度 l外擠壓力主要來自管外液柱的壓力、地層中流體的外擠壓力主要來自管外液柱的壓力、地層中流體的壓力、高塑性巖石的側(cè)向擠壓力及其它作業(yè)時產(chǎn)生的壓力。壓力、高塑性巖石的側(cè)向擠壓力及其它作業(yè)時產(chǎn)生的壓力。 在具有高塑性的巖層如鹽巖層段、泥巖層段，在一定的在具有高塑性的巖層如鹽巖層段、泥巖層段，在一定的條件下垂直方向上的巖石重力產(chǎn)生的側(cè)向壓力會全部加給套條件下垂直方向上的巖石重力產(chǎn)生的側(cè)向壓力會全部加給套管，給套管以最大的側(cè)向擠壓力，會使套管產(chǎn)生損壞。此時，管，給套管以最大的側(cè)向擠壓力，會使套管產(chǎn)生損壞。此時，套管所受的側(cè)向擠壓力應(yīng)按上覆巖層壓力計算，其壓力梯度套管所

48、受的側(cè)向擠壓力應(yīng)按上覆巖層壓力計算，其壓力梯度可按照可按照2327kPa/m計算。計算。 普通情況下，在常規(guī)套管的設(shè)計中，外擠壓力按最危險普通情況下，在常規(guī)套管的設(shè)計中，外擠壓力按最危險的情況來思索，即按套管全部掏空套管內(nèi)無液體，套管的情況來思索，即按套管全部掏空套管內(nèi)無液體，套管接受鉆井液液柱壓力計算，其最大外擠壓力為：接受鉆井液液柱壓力計算，其最大外擠壓力為： Dpdoc81.9 2套管的抗擠強度套管的抗擠強度 套管受外擠作用時，其破壞方式主要是套管受外擠作用時，其破壞方式主要是喪失穩(wěn)定性而不是強度破壞，喪失穩(wěn)定性喪失穩(wěn)定性而不是強度破壞，喪失穩(wěn)定性的方式主要是在壓力作用下失圓、的方式主要

49、是在壓力作用下失圓、 擠扁，見圖擠扁，見圖 7-4。在。在 實踐運用中，套管手實踐運用中，套管手 冊給出了各種套管的冊給出了各種套管的 允許最大抗外擠壓力允許最大抗外擠壓力 數(shù)值，可直接運用。數(shù)值，可直接運用。 a擠毀的開場擠毀的開場b后期壓曲特性后期壓曲特性圖圖7-4 套管截面抗外擠失效套管截面抗外擠失效1原始截面原始截面 2交替平衡位置交替平衡位置 3繼續(xù)繼續(xù)變形后期壓曲特性變形后期壓曲特性 4繼續(xù)變形繼續(xù)變形 5較較弱一側(cè)壓凹弱一側(cè)壓凹 6擠毀截面的最后變形擠毀截面的最后變形 3有軸向載荷時的抗擠強度有軸向載荷時的抗擠強度 在實踐運用中，套管是處于雙向應(yīng)力的作用，即在在實踐運用中，套管是處于雙向應(yīng)力的作用，即在軸