第3讲-[第二章-套管柱及注水泥设计]-井身结构设计-具课件.ppt

1、绪绪 论论 第一章第一章 完井工程的基础完井工程的基础 第二章第二章 套管柱及注水泥设计套管柱及注水泥设计 第三章第三章 完井液和完井方式完井液和完井方式 第四章第四章 射孔射孔 第五章第五章 投产措施投产措施 第六章第六章 完井管柱及井口装置完井管柱及井口装置 课程总结课程总结 完井工程完井工程第二章第二章 套管柱及注水泥设计套管柱及注水泥设计第一节第一节 井身结构设计井身结构设计 第二节第二节 生产套管尺寸的确定生产套管尺寸的确定 第三节第三节 套管柱设计套管柱设计 第四节第四节 注水泥技术注水泥技术 第五节第五节 复杂类型井套管柱设计和注水泥技术简介复杂类型井套管柱设计和注水泥技术简介第

2、一节第一节 井身结构设计井身结构设计一、套管的类型（套管的层次）一、套管的类型（套管的层次）二、井身结构设计的原则二、井身结构设计的原则三、依据两条压力曲线进行设计三、依据两条压力曲线进行设计四、依据两条压力曲线进行井身结构设计的具体方法四、依据两条压力曲线进行井身结构设计的具体方法五、套管尺寸和井眼尺寸的选择五、套管尺寸和井眼尺寸的选择六、水泥返深设计六、水泥返深设计七、现场井身结构设计方法七、现场井身结构设计方法参考文献：参考文献：SY/T5431-1996 井身结构设计井身结构设计三、依据两条压力曲线进行设计三、依据两条压力曲线进行设计 套管层次和下入深度；套管层次和下入深度；井眼尺寸井

3、眼尺寸(钻头尺寸钻头尺寸)与套与套管尺寸的配合。管尺寸的配合。技术套管技术套管油层尾管油层尾管三、依据两条压力曲线进行设计三、依据两条压力曲线进行设计四、依据两条压力曲线进行井身结构设计的具体方法四、依据两条压力曲线进行井身结构设计的具体方法地层地层井身结构井身结构四、依据两条压力曲线进行井身结构设计的具体方法四、依据两条压力曲线进行井身结构设计的具体方法（一）设计基本原理（一）设计基本原理确定套管下入深度的依据，是在钻下部井段的过确定套管下入深度的依据，是在钻下部井段的过程中所预计的最大井内压力不至于压裂上层套管鞋程中所预计的最大井内压力不至于压裂上层套管鞋处的裸露地层。处的裸露地层。地层地

4、层井身结构井身结构四、依据两条压力曲线进行井身结构设计的具体方法四、依据两条压力曲线进行井身结构设计的具体方法（一）设计基本原理（一）设计基本原理套管鞋处套管鞋处地层最容易压地层最容易压破，为什么？破，为什么？四、依据两条压力曲线进行井身结构设计的具体方法四、依据两条压力曲线进行井身结构设计的具体方法（一）设计基本原理（一）设计基本原理钻下部井段的过程中，所预计的最大井内压力不至钻下部井段的过程中，所预计的最大井内压力不至于压裂本层套管鞋处的裸露地层。于压裂本层套管鞋处的裸露地层。假设三开井身结构，技套下深为假设三开井身结构，技套下深为D D2 2，则：，则：1 1）当钻达）当钻达D D2 2

5、之前，从表套套管鞋到钻头所在位置之前，从表套套管鞋到钻头所在位置都是裸眼，薄弱地层是表套套管鞋。都是裸眼，薄弱地层是表套套管鞋。这里的设计重点应该是进行二开钻进时不要压破表这里的设计重点应该是进行二开钻进时不要压破表套套管鞋处地层。套套管鞋处地层。决定表套是否被压破取决于钻进决定表套是否被压破取决于钻进D D1 1 D D2 2井段时井井段时井内最大压力（或最大当量泥浆密度）内最大压力（或最大当量泥浆密度）;D D2 2 D D3 3井段对表套套管鞋薄弱地层有没有影响？井段对表套套管鞋薄弱地层有没有影响？或者说对表套的下入深度有没有影响？或者说对表套的下入深度有没有影响？地层地层井身结构井身结

6、构D3D2D1对于表套下入深度对于表套下入深度四、依据两条压力曲线进行井身结构设计的具体方法四、依据两条压力曲线进行井身结构设计的具体方法（一）设计基本原理（一）设计基本原理钻下部井段的过程中，所预计的最大井内压力不至钻下部井段的过程中，所预计的最大井内压力不至于压裂本层套管鞋处的裸露地层。于压裂本层套管鞋处的裸露地层。假设三开井身结构，技套下深为假设三开井身结构，技套下深为D2，则：，则：2）当钻达）当钻达D2之后，再进行钻进，实际上是进行三之后，再进行钻进，实际上是进行三开钻进，开钻进，D2之上地层都已经用套管封隔，薄弱地层是之上地层都已经用套管封隔，薄弱地层是技套套管鞋。技套套管鞋。这里

7、的设计重点应该是进行三开钻进时不要压破技这里的设计重点应该是进行三开钻进时不要压破技套套管鞋处地层。套套管鞋处地层。所以对技套下入深度有影响的井段为所以对技套下入深度有影响的井段为D2 D3;此时还考虑表层套管套管鞋出的薄弱地层吗？此时还考虑表层套管套管鞋出的薄弱地层吗？地层地层井身结构井身结构D3D2D1对于技套下入深度对于技套下入深度（二）中间套管设计（二）中间套管设计1、求初始下入深度的假定点、求初始下入深度的假定点 分两种情况计算分两种情况计算ff：fff （二）中间套管设计（二）中间套管设计抽汲压力系数抽汲压力系数激动压力系数激动压力系数破裂压力安全增值破裂压力安全增值图中（裸眼段）

8、最大地层压力对应的当量密度值图中（裸眼段）最大地层压力对应的当量密度值地层设计破裂压力当量密度地层设计破裂压力当量密度fgbpffSSS max （二）中间套管设计（二）中间套管设计fff fgbpffSSS max （二）中间套管设计（二）中间套管设计由于（由于（2 2）式中包含有未知数）式中包含有未知数 D D2x2x，所以解这，所以解这个方程使用迭代（试算）法求解；个方程使用迭代（试算）法求解；kxpmaxfbpffSDDSS2max kSfff （2）（二）中间套管设计（二）中间套管设计2、验证初始设计下入深度是否会发生卡钻、验证初始设计下入深度是否会发生卡钻min0.00981()m

9、fwpD bfwminNpperSDp 00981.0（二）中间套管设计（二）中间套管设计抽汲压力系数抽汲压力系数深度为深度为Dmin处对应的地层压力当量密度处对应的地层压力当量密度在压差允许值下最大地层压力当量密度在压差允许值下最大地层压力当量密度（二）中间套管设计（二）中间套管设计当中间套管下入深度小于初始假定点时，需当中间套管下入深度小于初始假定点时，需要下入尾管，并确定尾管的下入深度。要下入尾管，并确定尾管的下入深度。根据中间套管下入深度根据中间套管下入深度D2处（即：套管鞋处）处（即：套管鞋处）的地层破裂压力当量密度的地层破裂压力当量密度 fD2，由下式可求得允，由下式可求得允许的最

10、大地层压力当量密度：许的最大地层压力当量密度：（4）式中式中:D31钻井尾管下入深度的假定点钻井尾管下入深度的假定点,3、计算并验证尾管的下入深度、计算并验证尾管的下入深度D31(课本课本P253）kfbfDpperSDDSS2312 注：式（注：式（4）的计算方法同式（）的计算方法同式（2），采用迭代方法进行计算。），采用迭代方法进行计算。（三）计算表层套管下入深度（三）计算表层套管下入深度D1（课本（课本P253-254）考虑井涌压井条件或探井设计时，用下述方法确定表层套管下深。考虑井涌压井条件或探井设计时，用下述方法确定表层套管下深。1）根据中间套管下入深度）根据中间套管下入深度D2处（

11、套管鞋处）的地层孔隙压力当量密度，处（套管鞋处）的地层孔隙压力当量密度，在给定井涌压井条件在给定井涌压井条件Sk下初选一个表层套管下入深度下初选一个表层套管下入深度D1，用下式计算井涌关，用下式计算井涌关井时表层套管鞋井时表层套管鞋处能承受处能承受的的压力（或：压力（或：地层地层设计破裂压力当量密度设计破裂压力当量密度），以），以当量当量密度密度表示：表示：ff1：ff1井涌关井时表层套管鞋处承受的压力（以当量密度表示），井涌关井时表层套管鞋处承受的压力（以当量密度表示），g/cm3；pD2中间套管鞋处地层孔隙压力（以当量密度表示），中间套管鞋处地层孔隙压力（以当量密度表示），g/cm3；D2

12、中间套管下深，中间套管下深，m；D1x；显然：式中包含有未知数显然：式中包含有未知数 D D1x1x，使用试算法求解。，使用试算法求解。fff kxfbpDffSDDSS1212 （三）计算表层套管下入深度（三）计算表层套管下入深度D1（课本（课本P253-254）fff kxfbpDffSDDSS1212 实例分析实例分析例例1某井井深某井井深H=4400m，地层孔隙压力梯度及破裂压力梯度剖，地层孔隙压力梯度及破裂压力梯度剖面见图面见图3-8-1-5。设计给定：设计给定：Sb=0.036g/cm3；Sg=0.04g/cm3；Sk=0.06g/cm3；Sf=0.03g/cm3；PN=12MPa

13、；Pa=18MPa。油层套管采用油层套管采用139.7mm（51/2in）套管。）套管。实例分析实例分析pmaxfpmaxbgk21DSSSD 解：由图上查得最大地层孔隙压力梯度解：由图上查得最大地层孔隙压力梯度为为2.04g/cm3，位于，位于4250m。1、确定中间套管下入深度。、确定中间套管下入深度。1）确定下入深度初选点）确定下入深度初选点D21。若预计要发生井涌，由（若预计要发生井涌，由（7-2）式）式f2142502.0400.0360.030.06D 3400实例分析实例分析1、确定中间套管下入深度。、确定中间套管下入深度。1）确定下入深度初选点）确定下入深度初选点D21。试取试

14、取D21=3400m，将，将3400m代入上式得：代入上式得：f342502.0400.0360.030.063400=2.181 g/cm 由图上查得由图上查得3400m处处f3400=2.19g/cm3；因为因为ff3400且相近，所以确定中间套管且相近，所以确定中间套管下入深度初选点为下入深度初选点为21=3400m。3400计算结果与地层破裂压力当量密度曲线比较计算结果与地层破裂压力当量密度曲线比较实例分析实例分析1、确定中间套管下入深度。、确定中间套管下入深度。2）校核中间套管下入到初选点）校核中间套管下入到初选点3400m过程中是否会发生差卡套管。过程中是否会发生差卡套管。由图上查

15、得：由图上查得：3400m处，处，f3400=1.57g/cm3；Dpmin=3050m，min=1.07g/cm3则由（则由（7-3）式得：）式得：P=0.009813050（1.57+0.036-1.07）=16.037MPa因为因为PPN，所以中间套管下深应浅于初选点。，所以中间套管下深应浅于初选点。3400实例分析实例分析1、确定中间套管下入深度。确定中间套管下入深度。2）校核中间套管下入到初选点）校核中间套管下入到初选点3400m过程中是否会发生差卡套管。过程中是否会发生差卡套管。在在PN=12MPa下所允许的最大地层下所允许的最大地层压力梯度可由（压力梯度可由（7-4）式求得。则有

16、：）式求得。则有：pper33121.070.0369.81 1030501.435 g/cm 由图中地层孔隙压力梯度曲线上查出与由图中地层孔隙压力梯度曲线上查出与pper=1.435g/cm3对应的井深为对应的井深为3200m，则中间套管下入深度，则中间套管下入深度D2=3200m。由于由于D2D21，所以还必须下入尾套管。，所以还必须下入尾套管。3200计算结果与地层压力当量密度曲线比较计算结果与地层压力当量密度曲线比较实例分析实例分析2、确定尾管的下入深度。、确定尾管的下入深度。1）确定尾管下入深度初选点为）确定尾管下入深度初选点为D313900计算结果与地层压力当量密度曲线比较计算结果

17、与地层压力当量密度曲线比较实例分析实例分析2、确定尾管的下入深度。、确定尾管的下入深度。2）校核尾管下入到初选点校核尾管下入到初选点3900m过程中能否发生压差卡套管过程中能否发生压差卡套管。实例分析实例分析3、确定表管的下入深度、确定表管的下入深度D1。计算结果与地层破裂压力当量密度曲线比较计算结果与地层破裂压力当量密度曲线比较一、套管的类型（套管的层次）一、套管的类型（套管的层次）二、井身结构设计的原则二、井身结构设计的原则三、依据两条压力曲线进行设计三、依据两条压力曲线进行设计四、依据两条压力曲线进行井身结构设计的具体方法四、依据两条压力曲线进行井身结构设计的具体方法以上内容全部都是重点，要求大家必须掌握以上内容全部都是重点，要求大家必须掌握思考题思考题