井身结构设计与固井.pptx
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1、1主要碎屑岩和碳酸岩主要碎屑岩和碳酸岩 少量岩浆岩和变质岩,甚至页岩少量岩浆岩和变质岩,甚至页岩孔隙度、渗透率、孔隙结构、润湿性孔隙度、渗透率、孔隙结构、润湿性油、气、水;稠油粘度大于油、气、水;稠油粘度大于50mps孔隙、裂缝、裂缝孔隙、孔隙裂缝、洞隙孔隙、裂缝、裂缝孔隙、孔隙裂缝、洞隙块状、层状、断块、透镜体油藏块状、层状、断块、透镜体油藏常规油、稠油、高凝油藏常规油、稠油、高凝油藏二、储层岩性特征:二、储层岩性特征:三、储层物性:三、储层物性:四、储层流体:四、储层流体:五、油气藏分类:五、油气藏分类:六、地应力概念与确定:六、地应力概念与确定:岩层内部产生反抗变形、并作用岩层内部产生反
2、抗变形、并作用在地壳单位面积上的力在地壳单位面积上的力一、岩石分类:一、岩石分类:形成原因:沉积岩、变质岩、岩浆岩形成原因:沉积岩、变质岩、岩浆岩课程回顾课程回顾2oil zone 中间套管中间套管(技术套管技术套管)表层套管表层套管生产套管生产套管(油层套管油层套管)主要内容主要内容:井身结构设计井身结构设计 套管柱设计套管柱设计 注水泥技术注水泥技术 套管损坏与防护套管损坏与防护一开一开二开二开三开三开第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井3井身结构井身结构油井基础,全井骨架油井基础,全井骨架固井工程固井工程套管柱设计和注水泥套管柱设计和注水泥不仅关系全井能否顺利钻进完井,不仅
3、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。而且关系能否顺利生产和寿命。2006年年3月月25日,重庆开县罗家日,重庆开县罗家2井,井,套管破损,地下井漏,套管破损,地下井漏,H2S喷出,喷出,12000人紧急疏散,人紧急疏散,2口井报废口井报废。第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井470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;
4、吉林:2861口,占30%以上;胜利:3000多口,占多口,占10%以上以上;中原:占投产井数投产井数23.3%;并且各油田套损井数有上升趋势。第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井5 第一节第一节 井身结构设计井身结构设计 内容:内容:套管层次;套管层次;每层套管下深;每层套管下深;套管和井眼尺寸配合。套管和井眼尺寸配合。一、套管的分类及作用一、套管的分类及作用二、井身结构设计原则二、井身结构设计原则三、井身结构设计基础数据三、井身结构设计基础数据四、裸眼井段应满足力学平衡四、裸眼井段应满足力学平衡五、井身结构设计方法(举例)五、井身结构设计方法(举例)六、套管尺寸和井眼尺寸选择
5、六、套管尺寸和井眼尺寸选择 第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井6 1、表层套管、表层套管Surface casing封隔封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂层地表浅水层及浅部疏松和复杂层安装安装井口、悬挂及支撑后续各层套管井口、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定,一般为上百米甚至上千米 2、生产套管、生产套管Production casing钻达目的层后下入的钻达目的层后下入的最后一层套管最后一层套管用以保护生产层,提供用以保护生产层,提供油气生产通道油气生产通道下深:由目的层位置及完井方式而定下深:由目
6、的层位置及完井方式而定一、套管的分类及作用一、套管的分类及作用第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井73 3、中间套管、中间套管Technical Casing表层和生产套管间因技术要求而下,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、卡等复杂地层漏、喷、塌、卡等复杂地层4 4、尾管(衬管)、尾管(衬管)Liner 在已下入一层技术套管后采用,只对裸在已下入一层技术套管后采用,只对裸眼井段下套管眼井段下套管(注水泥注水泥),而套管柱不延伸,而套管柱不延伸至井口。减轻下套管
7、时钻机的负荷和固井至井口。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;一般后套管头的负荷;节省套管和水泥;一般深井和超深井深井和超深井一、套管的分类及作用一、套管的分类及作用第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井8例:克拉例:克拉2 2气田井身结构实施方案气田井身结构实施方案第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井2828导管导管26x300m 26x300m 18-5/8x300m18-5/8x300m16x2600m 16x2600m 13-3/813-3/8x2600mx2600m12-1/4x 12-1/4x 封白云岩封白云岩10-3/4x100m
8、+9-7/8x10-3/4x100m+9-7/8x封白云岩封白云岩8-1/2*8-1/2*目的层目的层77尾管尾管*目的层目的层9第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井10二、井身结构设计原则二、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第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井11抽吸压力系数抽
9、吸压力系数:0.0240.048 g/cm3激动压力系数激动压力系数:0.0240.048 g/cm3压裂安全系数压裂安全系数:0.030.06 g/cm3井涌允量井涌允量:0.050.08 g/cm3压差允值压差允值P P:PN=1518 MPa P A=2123 MPa 6 个设计系数个设计系数:孔隙压力剖面孔隙压力剖面 破裂压力剖面破裂压力剖面 坍塌压力剖面坍塌压力剖面 漏失压力剖面漏失压力剖面 4个剖面:个剖面:三、井身结构设计基础数据三、井身结构设计基础数据第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井钻井液静液柱压力钻井液静液柱压力 :钻井液密钻井液密度度,(g/cmg/cm3
10、 3);H H:液柱垂直高度,液柱垂直高度,m mPh1.1.基本压力概念基本压力概念压力梯度压力梯度/当量密度当量密度单位高度(或深度)增加的压力值单位高度(或深度)增加的压力值有时直接用当量密度有时直接用当量密度 表示表示地层压力地层压力(Formation Pressure)作用在岩石孔隙流体作用在岩石孔隙流体(油气水油气水)上的压力,上的压力,也叫地层孔隙压力也叫地层孔隙压力当量钻井液密度:当量钻井液密度:1.1.基本压力概念基本压力概念地层破裂压力地层破裂压力(Fracture Pressure)当地层压力达到某一值时会使地层破裂当地层压力达到某一值时会使地层破裂当量钻井液密度:当量
11、钻井液密度:当量钻井液密度当量钻井液密度井井深深地层孔隙压力地层破裂压力地层坍塌压力地层坍塌压力(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?物理化学耦合作用?1.1.基本压力概念基本压力概念水化疏松疏松地层地层井塌井塌 地层漏失压力地层漏失压力(Leakage Pressure)当钻井液柱压力高于某一临界值时地层发生漏失,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。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。与钻井液性能、地层孔隙类型等有关。1.1.基本压力概念
12、基本压力概念1.1.基本压力概念基本压力概念钻井液静液柱压力钻井液静液柱压力(Hydrostatic Pressure)压力梯度压力梯度(Pressure Gradient)当量密度(当量密度(Equivalent Circulating Density)地层孔隙压力地层孔隙压力(Formation Pressure)地层破裂压力地层破裂压力(Fracture Pressure)地层坍塌压力地层坍塌压力(Collapse Pressure)地层漏失压力地层漏失压力(Leakage Pressure)4个剖面个剖面当量密度当量密度井井深深17(1)抽吸压力系数抽吸压力系数 Sb2.2.关键设计参
13、数关键设计参数上提钻柱时,由于抽吸作用使井内液柱压力的上提钻柱时,由于抽吸作用使井内液柱压力的降低值降低值,用当量密度表示;用当量密度表示;Sb=0.0240.048 g/cm3裸眼段内使用的裸眼段内使用的最大钻井液密度最大钻井液密度防止裸眼井段井防止裸眼井段井涌的钻井液密度涌的钻井液密度(2)激动压力系数激动压力系数 Sg下放钻柱时,由于产生压力激动使井内压力的下放钻柱时,由于产生压力激动使井内压力的增加值增加值,当量密度当量密度 Sg=0.0240.048 g/cm3最大井内压力梯度最大井内压力梯度井筒内最大压力梯度,当量密度2.2.关键设计参数关键设计参数下钻时井筒压力梯度下钻时井筒压力
14、梯度19(3)井涌允量井涌允量 Sk由于地层压力预测的误差,在钻遇的最大地层压力处发生溢流,由于地层压力预测的误差,在钻遇的最大地层压力处发生溢流,一定量的地层流体涌入井筒,在该井深处井筒压力增加的允许一定量的地层流体涌入井筒,在该井深处井筒压力增加的允许值值 Sk,用当量密度表示;,用当量密度表示;Sk=0.050.08 g/cm3任意井深处的任意井深处的最大井内压力梯度(最大井内压力梯度(发生溢流关井后):发生溢流关井后):最大井内压力梯度最大井内压力梯度(最大地层压力所在井深最大地层压力所在井深 处处):):2.2.关键设计参数关键设计参数20(4)压裂安全系数压裂安全系数 Sf由于地层
15、破裂压力预测误差而引入的安全系数,与预测由于地层破裂压力预测误差而引入的安全系数,与预测精度有关,精度有关,Sf=0.030.06 g/cm3套管下深的临界条件套管下深的临界条件-不压裂裸眼地层而发生井漏不压裂裸眼地层而发生井漏裸眼井段内最大井筒压力梯度应满足裸眼井段内最大井筒压力梯度应满足正常工况防井漏正常工况防井漏防溢流关防溢流关井时井漏井时井漏2.2.关键设计参数关键设计参数21(5)压差允值压差允值P P为了在下套管过程中,不发生压差粘卡套管的事故,应为了在下套管过程中,不发生压差粘卡套管的事故,应该限制井内钻井液液柱压力与地层压力的压力差值。该限制井内钻井液液柱压力与地层压力的压力差
16、值。即裸眼井段即裸眼井段所用最大钻井液密度与最小地层孔隙压力之所用最大钻井液密度与最小地层孔隙压力之间实际的间实际的最大静止压差最大静止压差应小于一个允许值应小于一个允许值P。在正常压力地层:在正常压力地层:PPN N=15-18MPa=15-18MPa在异常压力井段:在异常压力井段:PPa a=21-23MPa=21-23MPa2.2.关键设计参数关键设计参数22裸眼段内最大钻井液密度裸眼段内最大钻井液密度最大井筒压力梯度最大井筒压力梯度四、裸眼井段应满足的力学平衡四、裸眼井段应满足的力学平衡第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井防压裂裸露地层防压裂裸露地层-井漏井漏防压差卡套管
17、防压差卡套管正常钻进正常钻进溢流关井溢流关井23其中:其中:钻井液密度,钻井液密度,裸眼段内使用的最大钻井液密度,裸眼段内使用的最大钻井液密度,裸眼段钻遇最大地层压力的当量泥浆密度,裸眼段钻遇最大地层压力的当量泥浆密度,最大地层孔隙压力所处的井深,最大地层孔隙压力所处的井深,m 裸眼段钻遇最小地层压力的当量泥浆密度,裸眼段钻遇最小地层压力的当量泥浆密度,最小地层孔隙压力所处的井深,最小地层孔隙压力所处的井深,m 裸眼段最小地层破裂压力的当量泥浆密度,裸眼段最小地层破裂压力的当量泥浆密度,套管鞋处地层破裂压力的当量泥浆密度,套管鞋处地层破裂压力的当量泥浆密度,套管下入深度,套管下入深度,m第二章
18、第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井24五、井身结构设计方法五、井身结构设计方法 生产套管下深取决于油气层位置和完生产套管下深取决于油气层位置和完井方法。井方法。1.求中间套管下入深度初选点求中间套管下入深度初选点 D21 依据(防井漏):钻下部地层时,井依据(防井漏):钻下部地层时,井筒内最大液柱压力不会压裂裸眼井段地筒内最大液柱压力不会压裂裸眼井段地层的最薄弱处,即井内液柱最大压力不层的最薄弱处,即井内液柱最大压力不超过中间套管鞋处地层破裂压力。超过中间套管鞋处地层破裂压力。第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井pmaxpmin25(1)正常钻进,不考虑发生井涌)正常钻
19、进,不考虑发生井涌第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井计算出计算出f2f2 ,在破裂压力曲线,在破裂压力曲线查出查出f 2所在的井深所在的井深 D21,即为中间套管下入井深初选点。即为中间套管下入井深初选点。25pmax26(2)异常情况,发生井涌)异常情况,发生井涌 试算法求试算法求f 试取一个试取一个D21,计算,计算f 与查图与查图f 比较;比较;若若f f,D21为中间套管初选点,为中间套管初选点,否则,重新试算。否则,重新试算。一般情况下,在新探区,取以上两种一般情况下,在新探区,取以上两种条件下较大值。条件下较大值。第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井p
20、maxf D21272.验证中间套管下到验证中间套管下到 深度深度D21是否被卡是否被卡(1)首先求裸眼可能存在的最大静压差:)首先求裸眼可能存在的最大静压差:pmaxpmax:钻进至:钻进至D21遇到的遇到的 最大地层压力当量泥浆密度。最大地层压力当量泥浆密度。Dpmin :最小地层孔隙压力所处的井深,:最小地层孔隙压力所处的井深,m 若若 ,不卡,不卡,D21为中间套管下入深度为中间套管下入深度D2。若若 ,会卡,中间套管应小于初选点深度,会卡,中间套管应小于初选点深度,需采需采用尾管解决用尾管解决。需根据压差卡钻条件确定中间套管的下深需根据压差卡钻条件确定中间套管的下深。第二章第二章 井
21、身结构设计与固井井身结构设计与固井28在地层压力曲线上找出在地层压力曲线上找出 深度即为中间套管的下深深度即为中间套管的下深 D2。(2)求压差)求压差 条件下允许的最条件下允许的最大地层压力大地层压力 第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井D21293.求钻井尾管下入深度初选点求钻井尾管下入深度初选点D31 根据根据 D2 处地层破裂压力处地层破裂压力 ,求出继续向下钻进时求出继续向下钻进时 裸眼段允许最大地层压力裸眼段允许最大地层压力 试算法:试算法:先试取一个先试取一个 D31,计算,计算 ,若计算若计算 与实际值接近且略大,与实际值接近且略大,则则 D31 为尾管初选点,否
22、则重试。为尾管初选点,否则重试。第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井29pmax304.校核尾管下到校核尾管下到 D31 是否被卡是否被卡 校核方法同校核方法同 2 2,P N 换成换成P A5.计算表层套管下入深度计算表层套管下入深度 D1 根据根据 D2 处地层压力处地层压力 ,计算若钻进到计算若钻进到 D2 发生井涌关井,发生井涌关井,表层套管鞋处承受压力当量密度:表层套管鞋处承受压力当量密度:试算:试取试算:试取 D1,计算计算 查得查得 ,确定确定 D1否则重试。否则重试。第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井p231井身结构设计方法:井身结构设计方法:1.
23、由内而外,自下而上;由内而外,自下而上;2.已知下层套管下深,求上层套管下已知下层套管下深,求上层套管下深(中间,表层);深(中间,表层);3.已知上层套管下深,求下层套管下已知上层套管下深,求下层套管下深(如尾管);深(如尾管);第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井设计准则:设计准则:1.不井涌不井涌2.钻下部地层时不压裂上部薄弱地层;钻下部地层时不压裂上部薄弱地层;3.不压差卡管柱;不压差卡管柱;32设计举例设计举例某井设计井深为某井设计井深为 4400 m;地层孔隙压力梯度和破裂地层孔隙压力梯度和破裂压力梯度压力梯度 剖面如图剖面如图。试进行该井井身结构设计。试进行该井井身
24、结构设计。给定设计系数:给定设计系数:Sb=0.036;Sg=0.04;Sk=0.06 ;Sf=0.03;PN=12 Mpa;PA=18 MPa;第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井33解:解:由图上查得由图上查得 (1)中间套管下入深度初选点)中间套管下入深度初选点 由由 试取试取 D21=3400 m,代入上式得:,代入上式得:由破裂压力曲线查得由破裂压力曲线查得 且接近,故确定且接近,故确定 D21=3400 m。第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井生生产产套套管管440034(2)校核中间套管是否会被卡)校核中间套管是否会被卡 由由P P曲线,钻进到深度曲线
25、,钻进到深度 D21=3400 m时,时,遇到最大地层压力遇到最大地层压力 因因 由由 因因P PN=12 MPa,故中间套管下深应浅于初选点。故中间套管下深应浅于初选点。查得查得 =1.435 对应对应 D2=3200 m。第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井35 (3)确定尾管下深的初选点)确定尾管下深的初选点 D31 由由f曲线查得:曲线查得:由:由:试取试取 D D31 31=3900m=3900m,得,得 由由p曲线,曲线,故确定初选点故确定初选点 D31=3900 m.第二章第二章 井身结构设计与固井井身结构设计与固井36(4)校核是否会卡尾管)校核是否会卡尾管 计算
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