第二章井身结构设计.pptx
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1、第二章:井身结构设计第二章:井身结构设计l l第一节:地层压力理论及预测方法第一节:地层压力理论及预测方法DcDc指数指数指数指数声波时差声波时差声波时差声波时差地震层速度法地震层速度法地震层速度法地震层速度法l l第二节:地层破裂压力预测第二节:地层破裂压力预测理论计算理论计算理论计算理论计算地破试验地破试验地破试验地破试验l l第三节:地层坍塌压力预测第三节:地层坍塌压力预测l l第四节:井身结构设计第四节:井身结构设计l l第五节:生产套管尺寸设计(自学)第五节:生产套管尺寸设计(自学)井身结构井身结构l l定义定义定义定义套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸(钻头尺寸)套管层次、套管下入
2、深度以及井眼尺寸(钻头尺寸)套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸(钻头尺寸)套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸(钻头尺寸)与套管尺寸的配合。与套管尺寸的配合。与套管尺寸的配合。与套管尺寸的配合。l l主要内容主要内容主要内容主要内容确定套管的层数确定套管的层数确定套管的层数确定套管的层数确定各层套管的下深确定各层套管的下深确定各层套管的下深确定各层套管的下深确定套管尺寸与井眼尺寸的配合确定套管尺寸与井眼尺寸的配合确定套管尺寸与井眼尺寸的配合确定套管尺寸与井眼尺寸的配合 l l影响因素影响因素影响因素影响因素地层压力(地层压力、破裂压力、地层坍塌压力)地层压力(地层压力、破裂压力、地层坍塌压力)地
3、层压力(地层压力、破裂压力、地层坍塌压力)地层压力(地层压力、破裂压力、地层坍塌压力)工程参数工程参数工程参数工程参数 地层必封点地层必封点地层必封点地层必封点地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l静液柱压力(静液柱压力(Hydrostatic Hydrostatic pressurepressure)P Ph h定义定义l静液压力是由液柱重力引起的静液压力是由液柱重力引起的压力。压力。计算计算l:液体密度:液体密度,(g/cmg/cm3 3)lH:H:液柱垂直高度,液柱垂直高度,m mPh地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l压力梯度压力梯度(Pressure gra
4、dient)单位高度(或深度)增加的压力值单位高度(或深度)增加的压力值单位高度(或深度)增加的压力值单位高度(或深度)增加的压力值在油田,为方便起见,有时压力梯度单位直在油田,为方便起见,有时压力梯度单位直在油田,为方便起见,有时压力梯度单位直在油田,为方便起见,有时压力梯度单位直接用密度单位。或直接用压力系数的概念。接用密度单位。或直接用压力系数的概念。接用密度单位。或直接用压力系数的概念。接用密度单位。或直接用压力系数的概念。l l有效密度(当量密度)有效密度(当量密度)钻井液在流动过程或被激励中有效地作用在钻井液在流动过程或被激励中有效地作用在钻井液在流动过程或被激励中有效地作用在钻井
5、液在流动过程或被激励中有效地作用在井内的压力为有效液柱压力井内的压力为有效液柱压力井内的压力为有效液柱压力井内的压力为有效液柱压力通过有效压力换算得到的液体密度称为等效通过有效压力换算得到的液体密度称为等效通过有效压力换算得到的液体密度称为等效通过有效压力换算得到的液体密度称为等效密度。密度。密度。密度。地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l上覆岩层压力上覆岩层压力 POPO定义:定义:l l某处地层的上覆岩层压力是指覆某处地层的上覆岩层压力是指覆某处地层的上覆岩层压力是指覆某处地层的上覆岩层压力是指覆盖在该地层以上的地层基质(岩盖在该地层以上的地层基质(岩盖在该地层以上的地层基质
6、(岩盖在该地层以上的地层基质(岩石)和孔隙中流体(油气水)的石)和孔隙中流体(油气水)的石)和孔隙中流体(油气水)的石)和孔隙中流体(油气水)的总重力造成的压力总重力造成的压力总重力造成的压力总重力造成的压力。计算计算P0P0:上覆岩层压力;:上覆岩层压力;MPaMPa;:无量纲的小数:无量纲的小数rm:rm:岩石骨架密度,岩石骨架密度,g/cm3g/cm3;:地层空隙中流体密度,地层空隙中流体密度,g/cm3g/cm3;H H:井深,:井深,m.m.P Po o地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层压力地层压力(Formation(Formation Pressure)PPr
7、essure)PP P地层压力是指岩石孔隙中流地层压力是指岩石孔隙中流地层压力是指岩石孔隙中流地层压力是指岩石孔隙中流体(油气水)的压力,也叫体(油气水)的压力,也叫体(油气水)的压力,也叫体(油气水)的压力,也叫地层孔隙压力。地层孔隙压力。地层孔隙压力。地层孔隙压力。l l骨架应力骨架应力(matrix pressure)(matrix pressure)由岩石颗粒之间来支撑的那由岩石颗粒之间来支撑的那由岩石颗粒之间来支撑的那由岩石颗粒之间来支撑的那部分上覆岩层压力。部分上覆岩层压力。部分上覆岩层压力。部分上覆岩层压力。PoPp 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层破裂压力
8、地层破裂压力(fracture pressure)(fracture pressure)在井中,当井内液体压力达到某一值时会使地在井中,当井内液体压力达到某一值时会使地在井中,当井内液体压力达到某一值时会使地在井中,当井内液体压力达到某一值时会使地层破裂,这个压力称为地层破裂压力。层破裂,这个压力称为地层破裂压力。层破裂,这个压力称为地层破裂压力。层破裂,这个压力称为地层破裂压力。l地层坍塌压力地层坍塌压力(Caving pressure)(Caving pressure)当井内液柱压力低于某一值时,地层出现坍塌当井内液柱压力低于某一值时,地层出现坍塌当井内液柱压力低于某一值时,地层出现坍塌当
9、井内液柱压力低于某一值时,地层出现坍塌或缩径,我们称这个压力为地层坍塌压力。或缩径,我们称这个压力为地层坍塌压力。或缩径,我们称这个压力为地层坍塌压力。或缩径,我们称这个压力为地层坍塌压力。现象:当井内液柱压力低于地层坍塌压力时,现象:当井内液柱压力低于地层坍塌压力时,现象:当井内液柱压力低于地层坍塌压力时,现象:当井内液柱压力低于地层坍塌压力时,对于脆性地层出现坍塌,对于塑性地层出现缩对于脆性地层出现坍塌,对于塑性地层出现缩对于脆性地层出现坍塌,对于塑性地层出现缩对于脆性地层出现坍塌,对于塑性地层出现缩径。径。径。径。2024/8/12 周一井底环空压力井底环空压力1 1 1 1、不循环时:
10、不循环时:不循环时:不循环时:2 2 2 2、钻进时:钻进时:钻进时:钻进时:3 3 3 3、起下钻时:起下钻时:起下钻时:起下钻时:PgPgPgPg为起下钻波动压力为起下钻波动压力为起下钻波动压力为起下钻波动压力地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l异常地层压力异常地层压力正常地层压力一般为盐正常地层压力一般为盐正常地层压力一般为盐正常地层压力一般为盐水液柱压力水液柱压力水液柱压力水液柱压力P P P PW W W W。不在正。不在正。不在正。不在正常地层压力范围内的压常地层压力范围内的压常地层压力范围内的压常地层压力范围内的压力称为力
11、称为力称为力称为异常地层压力异常地层压力异常地层压力异常地层压力。异常低压异常低压异常低压异常低压l lP P P PP P P PPwPwPwPwPwPwPwHPP Pw wP Po o上覆岩层压力上覆岩层压力孔隙压力孔隙压力高骨架应力高骨架应力正正常常地地层层压压力力异异常常低低压压异异常常高高压压孔隙压力孔隙压力地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l异常低压产生原因异常低压产生原因异常低压产生原因异常低压产生原因生产层长期开采衰竭生产层长期开采衰竭生产层长期开采衰竭生产层长期开采衰竭地下水位很低地下水位很低地下水位很低地下水位很低l l异常高压产生原因异常高压产生原因异常高压
12、产生原因异常高压产生原因特点特点特点特点l l异常高压地层与正常地层之间有一个封闭层异常高压地层与正常地层之间有一个封闭层异常高压地层与正常地层之间有一个封闭层异常高压地层与正常地层之间有一个封闭层原因原因原因原因l l沉积物的快速沉积,压实不均匀沉积物的快速沉积,压实不均匀沉积物的快速沉积,压实不均匀沉积物的快速沉积,压实不均匀l l渗透作用渗透作用渗透作用渗透作用l l构造作用构造作用构造作用构造作用l l水增热作用水增热作用水增热作用水增热作用l l油田注水油田注水油田注水油田注水2024/8/12 周一压实效应压实效应 PDP PO海面/地面异常高压形成的原因异常高压形成的原因地层保持
13、正常的压地层保持正常的压实平衡,取决于:实平衡,取决于:(1)沉积速率)沉积速率(2)孔隙空间减)孔隙空间减少速率少速率(3)地层渗透率)地层渗透率(4)排出孔隙流)排出孔隙流体的能力体的能力异常高压形成的原因异常高压形成的原因l l水热作用:岩层孔隙中的流体受热膨胀,一水热作用:岩层孔隙中的流体受热膨胀,一旦出现隔绝的环境,地层孔隙中流体的压力旦出现隔绝的环境,地层孔隙中流体的压力就会急剧增加。就会急剧增加。l l渗透作用:水或者溶液被适当的薄膜(泥岩渗透作用:水或者溶液被适当的薄膜(泥岩层)隔开时,水从淡溶液到浓溶液的自然流层)隔开时,水从淡溶液到浓溶液的自然流动,导致高浓度溶液一侧水增多
14、,如果排水动,导致高浓度溶液一侧水增多,如果排水作用受到阻碍,形成高压。作用受到阻碍,形成高压。低浓度高浓度2024/8/12 周一l l流体运移流体运移异常高压形成的原因异常高压形成的原因2024/8/12 周一地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层压力预测(监测)方法地层压力预测(监测)方法地层压力预测(监测)方法地层压力预测(监测)方法DcDc指数法指数法指数法指数法l l原理:原理:原理:原理:机械钻速随压差的减少机械钻速随压差的减少机械钻速随压差的减少机械钻速随压差的减少而增加。正常情况下,钻速随而增加。正常情况下,钻速随而增加。正常情况下,钻速随而增加。正常情况下,
15、钻速随井深的增加而减小,井深的增加而减小,井深的增加而减小,井深的增加而减小,DcDcDcDc增加,增加,增加,增加,在异常高压地层,钻速增加而在异常高压地层,钻速增加而在异常高压地层,钻速增加而在异常高压地层,钻速增加而dcdcdcdc减小。减小。减小。减小。l l适用范围:适用范围:适用范围:适用范围:岩性为泥岩、页岩;岩性为泥岩、页岩;岩性为泥岩、页岩;岩性为泥岩、页岩;钻进过程中的地层压力监测和钻进过程中的地层压力监测和钻进过程中的地层压力监测和钻进过程中的地层压力监测和完钻后区块地层压力统计分析。完钻后区块地层压力统计分析。完钻后区块地层压力统计分析。完钻后区块地层压力统计分析。dH
16、地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l lDcDc指数法预测的原理指数法预测的原理指数法预测的原理指数法预测的原理D D指数指数指数指数l l钻速方程:钻速方程:钻速方程:钻速方程:l lD D指数指数指数指数l lV:V:钻速钻速钻速钻速,m/h;N:,m/h;N:转速:转速:转速:转速:r/minr/minl lP:P:钻压钻压钻压钻压,kN;Db:,kN;Db:钻头尺寸钻头尺寸钻头尺寸钻头尺寸,mm,mm地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l ldc指数法预测的原理指数法预测的原理dcdc指数指数指数指数l l对钻井液密度变化进行修正对钻井液密度变化进行修正对钻井液密度变
17、化进行修正对钻井液密度变化进行修正l ldcdc指数指数指数指数l l mNmN:正常地层压力梯度,正常地层压力梯度,正常地层压力梯度,正常地层压力梯度,g/cmg/cm3 3;l l mm:实际钻井液密度,实际钻井液密度,实际钻井液密度,实际钻井液密度,g/cmg/cm3 3;地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法d指数指数dc指数指数地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l ldcdc指数监测地层压力的方法指数监测地层压力的方法指数监测地层压力的方法指数监测地层压力的方法按一定深度取点,一般按一定深度取点,一般按一定深度取点,一般按一定深度取点,一般1.51.53m3m取一点,
18、如果钻速取一点,如果钻速取一点,如果钻速取一点,如果钻速高可以高可以高可以高可以5 510m10m一个点,重点井段一个点,重点井段一个点,重点井段一个点,重点井段1m1m一点,同时记一点,同时记一点,同时记一点,同时记录每个记录点的钻头尺寸、钻速、钻压、转速、地录每个记录点的钻头尺寸、钻速、钻压、转速、地录每个记录点的钻头尺寸、钻速、钻压、转速、地录每个记录点的钻头尺寸、钻速、钻压、转速、地层水和钻井液密度。层水和钻井液密度。层水和钻井液密度。层水和钻井液密度。计算计算计算计算dcdc指数指数指数指数通过统计分析的方法建立正常压力趋势线通过统计分析的方法建立正常压力趋势线通过统计分析的方法建立
19、正常压力趋势线通过统计分析的方法建立正常压力趋势线计算地层压力计算地层压力计算地层压力计算地层压力l l提示提示提示提示如有必要,必须对钻头尺寸进行校正;如有必要,必须对钻头尺寸进行校正;如有必要,必须对钻头尺寸进行校正;如有必要,必须对钻头尺寸进行校正;一个构造上的正常压力可以通过多个井得到,以提一个构造上的正常压力可以通过多个井得到,以提一个构造上的正常压力可以通过多个井得到,以提一个构造上的正常压力可以通过多个井得到,以提高预测的准确程度;高预测的准确程度;高预测的准确程度;高预测的准确程度;DcDc指数预测地层压力所得到的结果可能与其它方法指数预测地层压力所得到的结果可能与其它方法指数
20、预测地层压力所得到的结果可能与其它方法指数预测地层压力所得到的结果可能与其它方法所得到的结果不尽一致。所得到的结果不尽一致。所得到的结果不尽一致。所得到的结果不尽一致。地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层压力计算地层压力计算地层压力计算地层压力计算反算法反算法反算法反算法l l P P所求井深地层压所求井深地层压所求井深地层压所求井深地层压力当量密度,力当量密度,力当量密度,力当量密度,g/cmg/cm3 3;l l n n所求井深正常地所求井深正常地所求井深正常地所求井深正常地层压力当量密度,层压力当量密度,层压力当量密度,层压力当量密度,g/cmg/cm3 3l l d
21、dCNCN所求井深处正常所求井深处正常所求井深处正常所求井深处正常趋势线上的趋势线上的趋势线上的趋势线上的dcdc指数值;指数值;指数值;指数值;l l d dcRcR所求井深实际所求井深实际所求井深实际所求井深实际dcdc指数。指数。指数。指数。dcHdcndcR地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层压力计算地层压力计算等效深度法:若地层具有相同的等效深度法:若地层具有相同的等效深度法:若地层具有相同的等效深度法:若地层具有相同的dcdc指数,则认为其骨架应力相等指数,则认为其骨架应力相等指数,则认为其骨架应力相等指数,则认为其骨架应力相等,即:即:即:即:l l P PP
22、P所求深度的地层压力,所求深度的地层压力,所求深度的地层压力,所求深度的地层压力,MPaMPal l HH所求地层压力点的深度,所求地层压力点的深度,所求地层压力点的深度,所求地层压力点的深度,mm;l l GG0 0上覆地层压力梯度,上覆地层压力梯度,上覆地层压力梯度,上覆地层压力梯度,MPa/mMPa/ml l G Gn n等效深度处的正常地层压力梯度,等效深度处的正常地层压力梯度,等效深度处的正常地层压力梯度,等效深度处的正常地层压力梯度,MPa/mMPa/ml l H HE E等效深度,等效深度,等效深度,等效深度,mm。dcHHEH2024/8/12 周一dcH地层压力理论及预测方法
23、地层压力理论及预测方法l l等效深度计算等效深度计算l l地层压力计算步骤地层压力计算步骤钻井参数录入钻井参数录入钻井参数录入钻井参数录入l l钻速、钻压、转速、钻速、钻压、转速、钻速、钻压、转速、钻速、钻压、转速、地层水密度、钻井液地层水密度、钻井液地层水密度、钻井液地层水密度、钻井液密度密度密度密度计算计算计算计算dcdc指数指数指数指数回归正常趋势线回归正常趋势线回归正常趋势线回归正常趋势线计算地层压力计算地层压力计算地层压力计算地层压力HEH地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层压力预测(监测)方法地层压力预测(监测)方法地层压力预测(监测)方法地层压力预测(监测)方法
24、声波时差法声波时差法声波时差法声波时差法l l原理:声波在地层中的传播速度与岩石的密度、结构、原理:声波在地层中的传播速度与岩石的密度、结构、原理:声波在地层中的传播速度与岩石的密度、结构、原理:声波在地层中的传播速度与岩石的密度、结构、孔隙度及埋藏深度有关。孔隙度及埋藏深度有关。孔隙度及埋藏深度有关。孔隙度及埋藏深度有关。当岩性一定时,声波的速度当岩性一定时,声波的速度当岩性一定时,声波的速度当岩性一定时,声波的速度随岩石孔隙度的增大而减小,对于沉积压实作用形成随岩石孔隙度的增大而减小,对于沉积压实作用形成随岩石孔隙度的增大而减小,对于沉积压实作用形成随岩石孔隙度的增大而减小,对于沉积压实作
25、用形成的泥岩、页岩,在正常地层压力井段,随着井深增加,的泥岩、页岩,在正常地层压力井段,随着井深增加,的泥岩、页岩,在正常地层压力井段,随着井深增加,的泥岩、页岩,在正常地层压力井段,随着井深增加,岩石孔隙度减少,声波速度增加,声波时差减小;在岩石孔隙度减少,声波速度增加,声波时差减小;在岩石孔隙度减少,声波速度增加,声波时差减小;在岩石孔隙度减少,声波速度增加,声波时差减小;在异常压力井段,岩石空隙度增加,声波速度减少,声异常压力井段,岩石空隙度增加,声波速度减少,声异常压力井段,岩石空隙度增加,声波速度减少,声异常压力井段,岩石空隙度增加,声波速度减少,声波时差增大。因此,可以通过声波时差
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