井身结构设计标准

井身结构设计标准1设计依据1.1钻井地质设计1.1.1地层孔隙压力、地层破裂压力及坍塌压力剖面1.1.2地层岩性剖面1.1.3完井方式和油层套管尺寸要求1.2相邻区块参考井、同区块邻井实钻资料1.3钻井装备及工艺技术水平1.4井位附近河流河床底部深度、饮用水水源的地下水底部深度、附近水源分布情况、地下矿产采掘开采层深度、开发调整井的注水层位深度。1.5钻井技术规范2设计参数及取值范围2.1根据当地统计数据分析确定2.2取值范围2.2.1抽汲压力当量密度bS和激动压力gS一般取3(0.0150.040)/gcm2.2.2地层破裂压力当量密度安全允许值fS一般取30.03/gcm2.2.3溢流允许值kS根据井控技术水平确定，一般取3(0.050.10)/gcm2.2.4正常压力地层压差卡钻临界值np，一般取(1215)MPa，异常压力地层压差卡钻临界值(1520)MPa3设计约束条件3.1钻井液密度钻井液密度即最小液柱压力当量密度大于或等于裸眼井段的最大地层孔隙压力当量密度，见公式（1）。maxmp（1）式中：m——钻井液密度，3/gcm；maxp——裸眼井段最大的地层孔隙压力当量密度，3/gcm；——钻井液密度附加值，3/gcm。考虑地层坍塌压力对井壁稳定的影响，确定裸眼井段的最大钻井液密度，见式（2）。maxmaxmaxmax,mpc（2）式中：maxm——裸眼井段最大钻井液密度，3/gcm；maxp——裸眼井段最大的地层孔隙压力当量密度，3/gcm；——钻井液密度附加值，3/gcm；maxc——裸眼井段最大地层坍塌压力当量密度，3/gcm。3.2最大井内压力当量密度3.2.1正常作业时最大井内压力当量密度见式（3）。maxmaxbnmgS（3）式中：maxbn——正常作业时最大井内压力当量密度，3/gcm；maxm——裸眼井段最大钻井液密度，3/gcm；gS——激动压力当量密度，3/gcm。3.2.2发生溢流关井时的最大井内压力当量密度见式（4）。maxmaxmbamkxDSD（4）式中：maxba——发生溢流关井时的最大井内压力当量密度，3/gcm；maxm——裸眼井段最大钻井液密度，3/gcm；mD——裸眼井段最大地层孔隙压力当量密度对应的顶部井深，m；xD——裸眼井段最浅井深，m；kS——溢流允许值，3/gcm。3.3安全地层破裂压力当量密度安全地层破裂压力当量密度见式（5）。ffffS（5）式中：ff——安全地层破裂压力当量密度，3/gcm;f——地层破裂压力当量密度，3/gcm；fS——地层破裂压力当量密度安全允许值，3/gcm。3.4约束条件3.4.1压力平衡约束条件裸眼井段内某一深度处的压力当量密度b应小于或等于裸眼井段的最小安全地层破裂压力当量密度minff，见式（6）。minbff（6）式中：b——裸眼井段内某一深度处的压力当量密度，3/gcm；minff——裸眼井段最小安全地层破裂压力当量密度，3/gcm。3.4.2压差卡钻约束条件钻井作业过程中，钻井液液柱压力与地层孔隙压力最大压差不大于np或ap，见式（7）。maxmin0.00981()()mpnnapDpp（7）式中：p——钻井液液柱压力与地层孔隙压力最大压差，MPa；maxm——裸眼井段最大钻井液密度，3/gcm；minp——裸眼井段正常或最小地层孔隙压力当量密度，3/gcm；nD——最深正常地层孔隙压力当量密度或最深最小地层孔隙压力当量密度对应井深，m；np——正常压力地层压差卡钻临界值，MPa；ap——异常压力地层压差卡钻临界值，MPa。4必封点应考虑的因素4.1易坍塌页岩层、塑性泥岩层、盐岩层、岩膏层、煤层等。4.2裂缝溶洞型、破裂带、不整合交界面型漏失地层。4.3含2HS等有毒气体的油气层。4.4井眼轨迹控制等施工方面的特殊要求，丛式井组的表层套管和技术套管设计深度按规定执行。4.5欠平衡压力钻井等特殊工艺井的技术要求。5设计方法、步骤5.1设计方法的选择5.1.1对于已探明区块的开发井或地质环境清楚的井，采用自下而上设计方法。5.1.2对于新探区的探井或下部地层地质环境不清楚的井，采用自上而下和自下而上相结合的方法。6套管与井眼间隙的选择6.1选择原则6.1.1开发井应满足油气开发的要求，生产套管尺寸根据生产层的产能、油管尺寸增产措施以及后期开发作业的要求确定。6.1.2探井应满足顺利钻达设计目的层的要求。6.2套管与井眼间隙的选择6.2.1开发井由下而上、由里而外确定各层套管与井眼间隙。6.2.2新探区的探井由上而下、由外而里确定各层套管与井眼间隙。6.2.3套管与井眼间隙设计应保证套管安全下入并满足固井质量要求。附录A自下而上设计方法的设计步骤A.1用式（5）计算安全地层破裂压力当量密度值。A.2绘制地层孔隙压力当量密度曲线、地层破裂当量密度曲线、安全地层破裂压力当量密度值曲线。示例见图A.1。11.21.41.61.82.02.22.4当量密度，g/cm30500100015002000250030003500400045005000ρpρfρff图A.1压力当量密度曲线图示例A.3确定井身结构设计参数。A.4技术套管设计。自下而上技术套管（无尾管）设计步骤示例见图A.2。自下而上技术套管（有尾管）设计步骤见示例图A.3。11.21.41.61.82.02.22.4当量密度，g/cm30500100015002000250030003500400045005000ρpρfρffρffminρbn21maxpff3(pff21、pff2）DmDnD3(D21)(D2)图A.2自下而上技术套管（无尾管）设计步骤示例A.4.1根据压力当量密度曲线图中最大地层孔隙压力的当量密度，选择钻井液密度的确定方法并计算最大钻井液密度maxm。A.4.2选择正常作业工况，用式（3）确定最大压力的当量密度maxbn。A.4.3用式（6）计算裸眼井段所允许的最小安全地层破裂压力当量密度minff，初选技术套管下入深度3D。A.4.4自横坐标上找到最小安全地层破裂压力当量密度，上引垂线与安全地层破裂压力曲线相交，交点井深即为初选中间套管的下入深度3D。A.4.5验证初选技术套管下入深度有无压差卡钻的危险，用式（7）计算钻井液液柱压力与地层孔隙压力最大压差值p。A.4.6根据以下原则确定技术套管下入复选深度21D和技术套管下入深度2D；a）若()nappp，则初选深度3D即为技术套管下入复选深度21D，需要进行溢流条件校核。b)若()nappp，则技术套管下入深度应小于初选深度3D，此时需用式（7）计算在nD深度处压力差为()napp时允许的最大钻井液密度2maxm，用式（1）计算地层孔隙压力当量密度2maxp，并在横坐标上找到对应点引垂线与地层孔隙压力当量密度线相交，交点井深即技术套管下入深度2D，需要进一步设计尾管。A.4.7按溢流压井条件校核技术套管下入复选深度21D处是否有压漏危险，即根据全井最大地层孔隙压力当量密度maxp对应的井深mD，用式（4）计算21D处最大井内压力的当量密度21maxba。当21maxba小于且接近21D处地层安全破裂压力当量密度21ff时，满足设计要求，221DD，否则应增加技术套管下入深度再进行试算，并按A.4.5-A.4.6步骤校核是否发生压差卡钻，最终确定技术套管下入深度2D。A.4.8重复A.4.1-A.4.7步骤逐次设计其他各层技术套管，直至表层套管。11.21.41.61.82.02.22.4当量密度，g/cm30500100015002000250030003500400045005000ρpρfρffDnDmD2D3ρff2ρff3ρp2max图A.3自下而上技术套管（有尾管）设计步骤示例A.5表层套管设计A.5.1根据最浅一层技术套管下入深度2D处以上最大地层孔隙压力当量密度，按A.4.1-A.4.3步骤初选表层套管下入深度11D，用式（4）计算溢流关井时表层套管鞋处承受的压力当量密度11maxba。若计算结果值小于且接近安全地层破裂当量密度11ff，则满足设计要求，即表层套管下入深度111DD。示例见图A.4。11.21.41.61.82.02.22.4当量密度，g/cm30500100015002000250030003500400045005000ρpρfρffDnDmD2D3ρff2ρff3Pff11(pff1)D11(D1)pba11maxpff11图A.4表层套管设计步骤示例1A.5.2若计算结果11maxba值大于安全地层破裂压力当量密度11ff，应加深表层套管下入深度至12D再进行试算；若值小于且接近安全地层破裂当量密度，满足设计要求，112DD。示例见图A.5。11.21.41.61.82.02.22.4当量密度，g/cm30500100015002000250030003500400045005000ρpρfρffDnDmD2D3ρff2ρff3D11D12(D1)pff11Pff12(Pff1)pba12maxpba11max图A.5表层套管设计步骤示例2A.5.3设计表层套管下入深度时一般不进行压差卡钻校核。A.6尾管设计A.6.1当技术套管下入深度小于初选深度时，需要下入尾管并确定尾管下入深度。A.6.2根据技术套管下入深度的安全地层破裂压力当量密度值2ff，按式（6）确定尾管最大下入深度5D处的最大压力当量密度5maxbn，用式（3）计算尾管最大下入深度处的允许最大钻井液密度5maxm。A.6.3用式（1）计算尾管最大下入深度5D处的允许最大地层压力当量密度5maxp。A.6.4在横坐标上找到5maxp值，引垂线与地层孔隙压力当量密度线相交，最深交点井深即为尾管最大下入深度5D。A.6.5给定溢流允许值kS压井时，用式（4）计算技术套管鞋2D处的压力当量密度2maxba，当其小于该深度地层安全破裂压力当量密度值时，则尾管最大下入深度5D满足设计要求。否则应减少尾管下入深度，重新试算。示例见图A.6。11.21.41.61.82.02.22.4当量密度，g/cm30500100015002000250030003500400045005000ρpρfρffDnDmD2D3ρff2ρff3D11D12(D1)pff11Pff12(Pff1)pba2max`pp5maxD5(D4)图A.6自下而上尾管设计步骤示例A.6.6校核尾管在下入深度处是否有卡钻危险，方法同A.4.5-A.4.6。若53DD，则45DD，不卡钻；否则再设计一层尾管。A.7生产套管设计生产套管下入深度根据油层位置、完井方式确定。应进行压差卡钻校核，具体方法同A.4.5-A.4.6附录B自上而下设计方法的设计步骤B.1用式（5）计算安全地层破裂压力当量密度值B.2绘制地层孔隙压力当量密度曲线、地层破裂当量密度曲线、安全地层破裂压力当量密度值曲线。B.3确定井身结构设计参数。B.4表层套管设计。自上而下表层套管设计步骤示例见图B.1.11.21.41.61.82.02.22.4当量密度，g/cm30500100015002000250030003500400045005000ρpρfρffρff1ρff1图B.1自上而下表层套管设计步骤示例根据地质基本参数，按设计原则确定表层套管下入深度1D。B.5技术套管设计。B.5.1根据1D处的安全地层破裂压力当量密度1ff，用式（6）确定下部裸眼井段允许最大压力当量密度3maxbn，选择正常的钻进作业工况，用式（3）计算下部裸眼井段允许最大钻井液密度3maxm。B.5.2用式（1）计算下部裸眼井段允许最大地层孔隙压力当量密度3maxp。B.5.3在压力当量密度曲线横坐标上找到3maxp值，引垂线与地层孔隙压力当量密度线相交，最浅交点井深即为初