第二章 井身结构设计与固井

课程回顾完井概念：完井是使井眼与油气储集层(产层、生产层)连通的工序，是衔接钻井工程和采油工程而又相对独立的工程，包括从钻开油气层开始，到下生产套管、注水泥固井、射孔、下生产管柱、排液，直至投产的系统工程。

完井工程内容:钻开储集层(生产层);下套管、注水泥固井，射孔、生产管柱、完井测试、防砂排液；确定完井井底结构，使井眼与产层连通；安装井底和井口装置，投产措施等；1

课程回顾一、岩石分类：形成原因：沉积岩、变质岩、岩浆岩少量岩浆岩和变质岩，甚至页岩

二、储层岩性特征：主要碎屑岩和碳酸岩三、储层物性：孔隙度、渗透率、孔隙结构、润湿性油、气、水；稠油粘度大于50mps块状、层状、断块、透镜体油藏常规油、稠油、高凝油藏

四、储层流体：

五、油气藏分类：孔隙、裂缝、裂缝孔隙、孔隙裂缝、洞隙

六、地应力概念与确定：岩层内部产生反抗变形、并作用在地壳单位面积上的力2

第二章主要内容:

井身结构设计与固井一开表层套管二开

—井身结构设计—套管柱设计—注水泥技术—套管损坏与防护三开 oil zone生产套管(油层套管 ) 3

中间套管(技术套管)

第二章

井身结构设计与固井

井身结构—油井基础，全井骨架固井工程—套管柱设计和注水泥不仅关系全井能否顺利钻进完井，而且关系能否顺利生产和寿命。

2006年3月25日，重庆开县罗家2井，套管破损，地下井漏， H2S喷出，

12000人紧急疏散，2口井报废。4

第二章

井身结构设计与固井

70年代以来，我国油气田套管损坏现象十分严重。

1998年底大庆、吉林、中原、胜利、辽河等10多油田套损井达14000多口，若按每口井较低成本150万元计，仅套损直接损失210亿元，还不计油井损坏停产损失。2005年，套损严重油田累计套损井数和占投产井数比例：大庆：8976口，占16%以上；吉林：2861口，占30%以上；胜利：3000多口，占10%以上；中原：占投产井数23.3%;并且各油田套损井数有上升趋势。5

第二章第一节

井身结构设计与固井

井身结构设计

内容：套管层次；每层套管下深；套管和井眼尺寸配合。一、套管的分类及作用二、井身结构设计原则三、井身结构设计基础数据四、裸眼井段应满足力学平衡

五、井身结构设计方法(举例)六、套管尺寸和井眼尺寸选择6

第二章

井身结构设计与固井

一、套管的分类及作用1、表层套管—Surface casing 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂层 安装井口、悬挂及支撑后续各层套管 下深：根据目的层深度和地表状况而定，一般为上百米甚至

上千米 2、生产套管—Production casing 钻达目的层后下入的最后一层套管 用以保护生产层，提供油气生产通道 下深：由目的层位置及完井方式而定7

第二章

井身结构设计与固井

一、套管的分类及作用3、中间套管—Technical Casing 表层和生产套管间因技术要求而下，可以是一层、两层或更多层 主要用来封隔不同地层压力层系或易漏、喷、塌、卡等复杂地层

4、尾管(衬管)—Liner在已下入一层技术套管后采用，只对裸眼井段下套管(注水泥),而套管柱不延伸至井口。减轻下套管时钻机的负荷和固井后套管头的负荷；节省套管和水泥；一般深井和超深井

第二章

井身结构设计与固井28″导管 26″x300m

例：克拉2气田井身结构实施方案

18-5/8″x300m

16″x2600m

13-3/8″x2600m

12-1/4″x封白云岩

10-3/4″x100m+9-7/8″x封白云岩

8-1/2″*目的层 7″尾管*目的层

第二章

井身结构设计与固井

第二章

井身结构设计与固井

二、井身结构设计原则1.有效保护油气层，避免储层污染伤害 2.避免漏、喷、塌、卡等井下事故，安全、快速钻井 3.钻下部地层采用重钻井液时产生的井内压力，不至于压裂上层套管鞋处的薄弱地层 4.当实际地层压力超过预测值而发生井涌时，在一定压力范围内，具有压井处理溢流能力 5.下套管顺利，井内钻井液液柱压力和地层压力间的压差不至于压差卡套管11

第二章 4个剖面：

井身结构设计与固井

三、井身结构设计基础数据孔隙压力剖面破裂压力剖面坍塌压力剖面漏失压力剖面

6个设计系数：抽吸压力系数Sb:0.024~0.048 g/cm3激动压力系数Sg:0.024~0.048 g/cm3压裂安全系数Sf:0.03~0.06井涌允量压差允值 Sk:0.05~0.08 g/cm3 g/cm312

△P:△PN= 15~18 MPa△P A= 21~23 MPa

1.基本压力概念 钻井液静液柱压力Ph 0.00981ρH

Ph( MPa )

d:钻井液密度,(g/cm3);H:液柱垂直高度，m

压力梯度/当量密度 e–单位高度(或深度)增加的压力值 Ph Gh 0.00981 MPa/ m H–有时直接用当量密度

e表示

Ph

1.基本压力概念 地层压力(Formation Pressure) Pp–作用在岩石孔隙流体(油气水)上的压力，当量钻井液密度地层破裂压力地层孔隙压力

也叫地层孔隙压力–当量钻井液密度： p Pp 0.00981 H p

地层破裂压力(Fracture Pressure)Pf

Pf

–当地层压力达到某一值时会使地层破裂

井深

–当量钻井液密度： f

0.00981 H p

1.基本压力概念 地层坍塌压力(Collapse Pressure)–当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍塌

–物理化学耦合作用？疏松地层井塌

水化

1.基本压力概念

地层漏失压力(Leakage Pressure)–当钻井液柱压力高于某一临界值时地层发生漏失，

可分为自然漏失和压裂漏失。–与钻井液性能、地层孔隙类型等有关。

井筒溶洞

pp基岩

1.基本压力概念 钻井液静液柱压力(Hydrostatic Pressure)

压力梯度(Pressure Gradient) 当量密度(Equivalent Circulating Density) 地层孔隙压力( Formation Pressure)

地层破裂压力(Fracture Pressure) 地层坍塌压力(Collapse Pressure) 地层漏失压力(Leakage Pressure)

4个剖面

2.关键设计参数(1)抽吸压力系数 Sb上提钻柱时，由于抽吸作用使井内液柱压力的降低值，当量密度 3用当量密度表示；Sb=0.024~0.048 g/cm

防止裸眼井段井涌的钻井液密度裸眼段内使用的最大钻井液密度

d Sb p井深

d p Sb

d max p max Sb18

2.关键设计参数(2)激动压力系数 Sg

下放钻柱时，由于产生压力激动使井内压力的增加值，当量密度 Sg=0.024~0.048 g/cm3下钻时井筒压力梯度

e d S g e max d max S g

最大井内压力梯度

e max p max Sb S g e max井筒内最大压力梯度，当量密度