第二章井身结构设计

第二章 井身结构设计

井身结构设计是钻井工程的基础设计。它的主要任务是确定套管的下入层次、下入深度、水泥浆返深、水泥环厚度、生产套管尺寸及钻头尺寸。基础设计的质量是关系到油气井能否安全、优质、高速和经济钻达目的层及保护储层防止损害的重要措施。由于地区及钻探目的层的不同，钻井工艺技术水平的高低，国内外各油田井身结构设计变化较大。选择井身结构的客观依据是地层岩性特征、地层压力、地层破裂压力。主观条件是钻头、钻井工艺技术水平等。井身结构设计应满足以下主要原则：

1．能有效地保护储集层；

2．避免产生井漏、井塌、卡钻等井下复杂情况和事故。为安全、优质、高速和经济钻井创造条件；

3．当实际地层压力超过预测值发生溢流时，在一定范围内，具有处理溢流的能力。 本章着重阐明地下各种压力概念及评价方法，井身结构设计原理、方法、步骤及应用。

第一节 地层压力理论及预测方法

地层压力理论和评价技术对天然气及石油勘探开发有着重要意义。钻井工程设计、施工中，地层压力、破裂压力、井眼坍塌压力是合理钻井密度设计；井身结构设计；平衡压力钻井；欠平衡压力钻井及油气井压力控制的基础。

一、几个基本概念

1．静液柱压力

静液柱压力是由液柱自身重量产生的压力，其大小等于液体的密度乘以重力加速度与液柱垂直深度的乘积，即

0.00981h P H r = （2-1）

式中：P h ——静液柱压力，MPa ；

ρ——液柱密度，g/cm 3

； H ——液柱垂直高度，m 。

静液柱压力的大小取决于液柱垂直高度H 和液体密度ρ，钻井工程中，井愈深，静液柱压力越大。

2．压力梯度

指用单位高度（或深度）的液柱压力来表示液柱压力随高度（或深度）的变化。

ρ00981.0==

H

P G h

h （2-2） 式中：G h ——液柱压力梯度，MPa/m ； P h ——液柱压力，MPa ； H ——液柱垂直高度，m 。

石油工程中压力梯度也常采用当量密度来表示，即

H

P h

00981.0=

ρ （2-3）

式中：ρ——当量密度梯度，g/cm 3；

3．有效密度

钻井流体在流动或被激励过程中有效地作用在井内的总压力为有效液柱压力，其等效（或当量）密度定义为有效密度。

4．压实理论

指在正常沉积条件下，随着上覆地层压力P 0的增加，泥页岩的孔隙度φ减小，φ的减小量与P 0的增量dP 0及孔隙尺寸有关，即：

0dP C d p φφ-=

gdH dP 00ρ= gdH C d P 0φρφ-=∴

令C P ρ0g =C ，且积分上式

CH e -=0φφ （2-4）

式中：φ0——地表孔隙度； φ——井深H 时的孔隙度； P 0——上覆地层压力；

C P ——压实校正系数，C P >1。

即正常压实地层、泥页岩孔隙度是井深H 的函数。也就是说正常地层压力段，随着井深H 增加，岩石孔隙度减小。若当随着井深增加，岩石孔隙度增大，则说明该段地层压力异常。压实理论是支持dc 指数，声波时差等地层压力预测技术的理论基础之一。

5．均衡理论

指泥页岩在压实与排泄过程平衡时，相邻沙泥岩层间的地层压力近似相等。均衡理论是支持地层压力预测技术不可缺少的理论基础。

6．上覆地层压力P 0

地层某处的上覆岩层压力是指该处以上地层岩石基质和孔隙中流体的总重量（重力）所产生的压力，即

面积

重力流体重量重力岩石骨架重量)

()(0+=

P

])1[(0009810p H φρρφ+-= （2-5） 式中：P 0——上覆岩层压力，MPa ； H ——地层垂直深度，m ； φ——岩石孔隙度，%；

ρ0——岩石骨架密度，g/cm 3；

由于沉积压实作用；上覆岩层压力随深度增加而增大。一般沉积岩的平均密度大约为2.3g/cm 3，沉积岩的上覆岩层压力梯度一般为0.226MPa/m 。在实际钻井过程中，以钻台面作为上覆岩层压力的基准面。因此在海上钻井时，从钻台面到海面，海水深度和海底未固结沉积物对上覆岩层压力梯度都有影响，实际上覆岩层压力梯度值远小于0.226MPa/m 。例如，海上井的1524m 深处，上覆岩层压力梯度一般小于0.167MPa/m 。

上覆岩层压力还可用下式计算：

H P b ρ00981.00= （2-6）

式中：P 0——上覆岩层压力，MPa ；

b ρ——沉积层平均体积密度，g/cm 3；

H ——沉积层m 。

上覆岩层压力梯度一般分层段计算，密度和岩性接近的层段作为一个沉积层。即 ∑∑∑∑=

=

i

i bi

i

H

H H

P G )

00981.0(010ρ

（2-7）

式中：G 0——上覆岩层压力梯度，MPa/m ； P oi ——第i 层段的上覆岩层压力，MPa/m ； H i ——第i 层段的厚度，m ；

bi ρ——第i 层段的平均体积密度，g/cm 3。

上式计算的是上覆岩层压力梯度的平均值。 测得的体积密度越准确，计算出来的上覆岩层压力梯度也就越准确。如果有密度测井曲线，就能很容易地计算出每一段岩层的平均体积密度。如果没有密度测井曲线，可借助于声波测井曲线计算体积密度，不过，这是迫不得已才使用的方法。还可以使用由岩屑测出的体积密度，但这种方法不太准确，因为岩屑在环空中可能吸水膨胀，使岩石体积密度降低。

在厚岩盐层和高孔隙压力带的一个小范围内，上覆岩层压力梯度可能发生反向变化。高孔隙度的泥岩通常是异常高压层，其体积密度非常小。如果异常高压层足够厚，就可能使总的平均体积密度降低。实际上这些低密度带很薄，所以上覆岩层压力梯度的反向变化一般很小，而且发生在很小的范围内。因而异常高压层的上覆岩层压力仍然增加，但增加的速率减慢。

7．地层压力（地层孔隙压力）P P

地层压力是指岩石孔隙中流体的压力，亦称地层孔隙压力，用P P 表示。在各种沉积物中，正常地层压力等于从地表到地下某处连续地层水的静液压力。其值的大小与沉积环境有关，取决于孔隙内流体的密度。若地层水为淡水，则正常地层压力梯度（G p ）为0.0981MPa/m ，若地层水为盐水，则正常地层压力梯度随含盐量的不同而变化，一般为0.0105MPa/m 。石油钻井中遇到的地层水多数为盐水。

表2-1为不同地层水的正常地层压力梯度值。

在钻井实践中，常常会遇到实际的地层压力梯度大于或小于正常地层压力梯度的现象，即压力异常现象。超过正常地层静液压力的地层压力（P P >P h ）称为异常高压。

8．骨架应力σ

骨架应力是由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那部分上覆岩层压力（亦称有效上覆岩层压力或颗粒压力），这部分压力是不被孔隙水所承担的。骨架应力可用下式计算：

p P P -=0σ （2-8）

式中：σ——骨架应力，MPa ；

P 0——上覆岩层压力，MPa ； P p ——地层压力，MPa 。

上覆岩层的重力是由岩石基质（骨架）和岩石孔隙中的流体共同承担的。当骨架应力降低时，孔隙压力就增大。孔隙压力等于上覆岩层压力时，骨架应力等于零，而骨架应力等于零时可能会产生重力滑移。骨架应力是造成地层沉积压实的动力，因此只要异常高压带中的基岩应力存在，压实过程就会进行，即使速率很慢。上覆岩层压力、地层压力和骨架应力之间的关系如图2-1所示。

低于正常地层静液压力的地层压力（Pp

二、异常压力

异常低压的压力梯度小于0.00981MPa/m，有的为0.0081~0.0088MPa/m，有的甚至只有静液压力梯度的一半。世界各地钻井情况表明，异常低压地层比异常高压地层要少。但是，不少地区在钻井过程中还是遇上不少异常低压地层。如美国的得克萨斯州和俄克拉何马州的潘汉德尔（Panhandle）地区、科罗拉多州高地的部分地区、犹他州的尤英塔（Uinta）盆地、加拿大艾伯塔省中部下白垩统维金（Viking）地层、苏联的Chokrak和Karagan地区的第三纪中新世地层和伊朗的Arid地区都遇到异常低压地层。

图2-1 P0、Pp和 之间的关系图2-2压力桥一般认为异常低压是由于从渗透性储集层中开采石油、天然气和地层水而人为造成的。大量从地层中开采出流体之后，如果没有足够的水补充到地层中去，孔隙中的流体压力下降，而且还经常导致地层被逐渐压实的现象。美国墨西哥湾沿海地带的地下水层被数千口井钻开之后，广大地区的水源头下降。面积最大的是得克萨斯州的休斯敦地区，水源头下降的面积大约有12950平方公里。从1954年至1959年，在卡蒂-休斯敦-帕萨迪纳-贝敦地区泵出水的20%左右是由于产水层的被压实而供给的。

在干旱或半干旱地区遇到了类似的异常低压地层，这些地层的地下水位很低。例如在中东地区，勘探中遇到的地下水位在地表以下几百米的地方。在这样的地区，正常的流体静液压力梯度要从地下潜水面开始。

2．异常高压

异常高压地层在世界各地区广泛存在，从新生代更新统至古生代寒武系、震旦系都曾见到过。

正常的流体压力体系可以看成一个水力学的“敞开”系统，就是说流体能够与上覆地层的流体沟通，允许建立或重新建立静液条件。与此相反，异常高的地层压力系统基本上是“封闭”的，即异常高压力层和正常压力层之间有一个封闭层，阻止或至少是大大地限制着流体的沟通。封闭层可以是地壳中的一种或几种物质所组成的。压力封闭的起因可以是物理的、化学的、或者是物理和化学的综合作用。据目前所知，地层压力圈闭有表2-2所示的几种类型。

通常认为异常高压力的上限等于上覆岩层的总重量，即与0.0226MPa/m的压力梯度等效。在一个区域的地层中，异常高压力将接近上覆岩层压力。根据稳定性理论，它们是不能超过上覆岩层压力的。但是，在一些地区，如巴基斯坦、伊朗、巴比亚和苏联的钻井实际中，都曾遇到过比上覆岩层压力高的高压地层。有的孔隙压力梯度可以超过上覆岩层压力梯度的40%。这种超高压地层可以看作存在一种“压力桥”（图2-2）的局部化条件。覆盖在超高压地层上面的岩石的内部强度帮助上覆岩层部分地平衡超高压地层中向上的巨大作用力。

形成异常高压力常常是多种因素综合作用的结果。这些因素与地质作用、物理、地球化学和机械过程等有关。异常高压的成因很多，一般有以下几种：

（1）沉积物的快速沉积，压实不均匀

（2）渗透作用

（3）构造作用

（4）储集层的结构

三、地层压力预测方法

地层压力预测方法都是基于压实理论、均衡理论及有效应力理论。预测方法有钻速法、地球物理方法（地震波）、测井（声波时差等）。目前应用某一种方法是很难准确评价一个地区或区块的地层压力，往往需要采用多种方法进行综合分析和解释。地层压力评价方法可分为两类，一类是利用地震资料或已钻井资料进行预测，建立单井或区块地层压力剖面，用于钻井工程设计、施工；另一类是钻井过程中的地层压力监测，掌握地层压力的实际变化、确定现行钻井措施及溢流监控。下面主要讲述dc指数法、声波时差法、地震层速度法。

1．dc指数法

dc指数法是利用泥页岩压实规律和压差理论对机械钻速的影响规律来检测地层压力的一种方法。也是钻井过程中地层压力检测的一种重要方法。

⑴d（dc）指数检测原理

机械钻速是钻压、转速、钻头类型及尺寸、水力参数、钻井液性能、地层岩性等因素的函数。当其它因素一定时，只考虑压差对钻速的影响，则机械钻速随压差减小而增加。

在正常地层压力情况下，如岩性和钻井条件不变，机械钻速随井深的增加而下降。当钻入压力过渡带之后，由于压差减小，岩石孔隙度增大，机械钻速转而加快。d指数则正是利用这种差异预报异常高压。d指数是基于宾汉方程建立的。宾汉在不考虑水力因素的影响下建立了

d

b e D P KN V ???

? ??= （2-9） 式中：V ——机械钻速； K ——岩石可钻性系数； N ——转速； e ——转速指数； P ——钻压；

D b ——钻头尺寸； d ——钻压指数。

根据室内及油田钻井试验，发现软岩石e 接近1。假设钻井条件（水力因素和钻头类型）和岩性不变（同层位均质泥页岩），则K 为常数。取K=1，方程两边取对数，且采用统一单位，式（2-9）变为：

b

D P N V d 0684.0log

0547.0log

= （2-10） 式中V ——m/h ； N ——RPM ； P ——KN ；D b ——mm ； d ——无因次。 根据油田目前选用参数范围，式（2-10）中，

N V 0547.0<1、D

P

0684.0<1，因此（2-10）式中分子、分母均为负数。分析可知：N

V

0547.0log

的绝对值与机械钻速V 成反比，因此d 指数与机械钻速V 也成反比。进而d 指数与压差大小有关，即正常压力情况下，机械钻速随井深增加而减小，d 指数随井深增加而增加。当进入压力过渡带和异常高压带地层，实际d 指数较正常值偏小，如图2-3。d 指数正是基于这一原则来检测地层压力。

由于当钻入压力过渡带时，一般情况要提高钻井液密度，因而引起钻井液密度变化，进而影响d 指数的正常变化规律，为了消除钻井液密度变化影响，Rehm 和Meclendon 在1971年提出了修正的d 指数法，即dc 指数法。

mR

mN

d

dc ρρ= （2-11） 式中：dc ——修正的d 指数；

ρmN ——正常地层压力当量密度，g/cm 3； ρmR ——实际钻井液密度，g/cm 3。

图2-3 d-H 曲线 图2-4 dc-H 曲线

⑵ dc 指数检测地层压力步骤

1）按一定深度取点，一般1.5~3m 取一点，如果钻速高可5~10m ，重点井段1m 取一点。同时记录每对应点的钻速、钻压、转速、地层水和钻井液密度。

2）计算d 和dc 指数

3）在半对数坐标上作出dc 指数和相应井深所确定的点（纵坐标为井深H 、对数坐标为dc 指数）

4）作正常压力趋势线，如图2-4。 5）计算地层压力P P

作出dc-H 图和正常趋势线后，可直接观察到异常高压出现的层位和该层段由dc 指数的偏离值。dc 指数偏离正常势线越远，说明地层压力越高。目前根据dc 指数偏离值计算地层压力的方法有Ａ.M 诺玛纳公式、等效深度法、伊顿法、康布法等。下面介绍A.M 诺玛法和等效深度法。

Ａ.M 诺玛法

n ca

CN

P d d ρρ=

（2-12） 式中：ρP ——所求井深地层压力当量密度，g/cm 3；

ρn ——所求井深正常地层压力当量密度，g/cm 3

； d CN ——所求井深的正常dc 指数； d ca ——所求井深实际dc 指数。

等效深度法：

由于dc 指数反映了泥页岩的压实程度，若地层具有相等的dc 指数，则可视其骨架应力相等。由于上覆地层压力总是等于骨架应力σ和地层压力P P 之和，所以利用dc 指数相等，骨架应力相等原理，通过找出异常地层压力下井深H 的dc 指数值与正常地层压力下dc 指数值相等的井深H E ，求出异常高压地层的地层压力。

)(00N E G G H HG Pp --=

式中：P P ——所求深度的地层压力，MPa ； H ——所求地层压力点的深度，m ； G 0——上覆地层压力梯度，MPa/,；

G n ——等效深度处的正常地层压力梯度，MPa/m ； H E ——等效深度，m 。 2．声波时差法

声波时差法是利用声波测井曲线检测地层压力的方法，也是对已钻井地区进行单井或区域进行地层压力预测，建立单井或区域地层压力剖面的一种常用而有效的方法。

⑴ 声波时差法预测原理

声波在地层中传播速度与岩石的密度、结构、孔隙度及埋藏深度有关。不同的地层，不同的岩性，有不同的声波速度。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的泥岩、页岩、声波时差与孔隙度之间的关系满足怀利（Wyllie ）时间平均方程，即：

m

f m

t t t t ?-??-?=

Φ （2-14）

式中：Φ——岩石孔隙度，%； ?t ——地层声 波时差，μs/m ； ?t m ——骨架声波时差，μs/m ；

?t f ——地层孔隙流体声波时差，μs/m 。

基岩和地层流体的声波时差可在实验室测取。当岩性和地层流体性质一定时，?t m 和?t f 为常量。在正常沉积条件下，泥页岩的孔隙度随深度的变化满足方程：

CH e -Φ=Φ0 （2-15） 式中：Φ0——泥页岩在地面孔隙度； C ——压实系数； H ——井深。

由（2-14）式，地面孔隙度Φ0为 m

f m

t t t t ?-??-?=

Φ00 （2-16）

?t 0为起始声波时差，即深度为零时的声波时差。在一定区域、?t 0可近似看着常数。 由（2-14）、（2-15）、（2-16）式，当泥页岩的岩性一定时，?t m 也为常数。若?t m =0，则

CH e t t -?=? （2-17）

在半对数坐标系中（H 为纵坐标，?t 为对数坐标），即声波时差的对数与井深呈线性关系。在正常地层压力井段，随着井深增加，岩石孔隙度减小，声波速度增大，声波时差减小。当进入压力过渡带和异常高压带地层后，岩石孔隙度增大，声波速度减小，声波时差增大，偏离正常压力趋势线。因此可利用这一特点检测地层压力。

⑵ 声波时差检测地层压力步骤 1）在标准声波时差测井资料上选择泥质含量大于80%的泥页岩层段，以5m 为间隔点读出井深相应的声波时差值，并在半对数坐标上描点。

2）建立正常压实趋势线及正常压实趋势线方程。

3）将测井曲线上的声波时差值代入趋势线方程，求出等效深度H E 。 4）代入（2-13）式计算地层压力P P 。 3．地震波法

地震反射波法是地球物理中最为广泛应用的一种方法。地震波法预测地层压力是根据在不同岩性，不同压实程度情况下，地震波速度传播的差异来预测地层压力的方法。即正常压实条件下，随着深度的增加，地震波速逐渐增大；在异常压力层则随着深度增加，地震波速反而减小的原理来预测压力异常。地震波法预测地层压力计算方法主要有等效深度法，Fillipone 法、R 比值法。其中Fillipone 法不需要建立正常压力趋势线而可直接计算地层压力。当然无论采用哪种方法，预测值的精度主要取决于层速度采集的精度。关于地震法预测地层压力的方法，读者可参考其它专著或教材。

第二节 地层破裂压力预测方法

在井下一定深度出露的地层，承受液体压力的能力是有限的。当液体压力达到某一数值时会使地层破裂，这个液体压力称为地层破裂压力。利用水力压裂地层，从40年代起就开始用作油井的增产措施。但对钻井工程而言，并不希望地层破裂，因为这样容易引起井漏，造成一系列的井下复杂事故，所以了解地层的破裂压力对合理的油井设计和钻井施工十分重要。

为准确地掌握地层破裂压力，国内外学者提出了不同检测计算地层破裂压力的方法和模型，如马修斯和凯利（Mathews 和Kelly 法）、休伯特和威利斯（Hubbert 和Willis ）法、伊顿（Eaton ）法、Anderson 模型、Stephen 模型及黄荣樽教授提出的预测模型，这些方法和模型都有其局限性。有待进一步完善。下面介绍黄荣樽教授提出的预测模型和液压试验法，其它方法，读者请查文献[2]。

一、地应力

地应力是指地下环境中某一岩层深度所处的应力状态。地应力可用三个主应力表示，即垂直主应力σz 、最大水平地应力σH 、最小水平地应力σh ，因此地应力一般是不均匀的。垂直主地应力σz 由上覆地层压力P 0确定，水平地应力σH 、σh 由两部分组成：一部分由上覆地层压力引起，它是岩石泊松比的函数；另一部分由地质构造应力确定，它与岩石的泊松比无关，并在两个方向一般是不相等的。

由Hafner 理论，原地水平应力由上覆地层压力P 0和构造应力引起，且为：

P P H P P P A ααμμμσ+-???

? ??++-=)(110 （2-18）

P P h P P P B ααμμμσ+-???

? ??++-=)(110 （2-19）

式中：σH ——最大原地水平应力，MPa ；

σh ——最小原地水平应力，MPa ；

A 、

B ——构造应力场影响系数；构造应力场影响系数对于不同的地质构造是不同的，但在同一构造断块内部，它是一个常数，且不随地层深度变化。

P 0——上覆地层压力，MPa ；P 0=σz P P ——地层压力，MPa ； α——有效应力系数

β

βαm

-

=1 βm ——岩石骨架压缩率； β——岩石容积压缩率；

地应力是客观存在于地下环境中的一个应力系，当今地震预测及地下岩石工程的开挖和结构设计都离不开地应力数据。在石油工程中，地层破裂压力和井壁坍塌应力的预测、酸化压裂设计、油井防砂、套管的岩压外载计算等等都需要有地应力数据。

地应力确定的方法有：井壁崩落法、岩芯差应变试验、岩芯滞弹性应变松弛试验、声发射Kaiser 效应岩芯测试、长源距声波测井分析、水力压裂分析等。目前确定深层地应力较为有效的方法是现场裸眼水压裂试验法和室内声发射Kaiser 效应法。

二、井筒壁面应力状态方程

井眼未形成前，地下环境应力处于相对稳定状态，在钻井井眼形成过程中，井筒壁面应力状态发生变化，根据有关力学理论可导出极坐标系下井筒岩层内应力分布关系：

?????

?

????

???=???? ?

?-+--=-???

? ??+--???? ??++=+???? ?

?+--+???? ??

-+=0442222

44222244

2222

32122c o s 312122c o s 341212P r R r R P r R r R r R P r R r R r R r R z h H r m h H h H m h H h H r σσστθσσσσσθσσσσσθθ （2-20） 式中：σr ——距井轴r 距离并与σH 按逆时针方向成θ角处的径向正应力，MPa ； σθ——距井轴r 距离并与σH 按逆时针方向成θ角处的切向正应力，MPa ； σr θ——距井轴r 距离并与σH 按逆时针方向成θ角处的剪切力分量，MPa ； r ——距井轴的距离，cm; R ——井筒半径，cm; P m ——井筒中的液柱压力，Mpa 。 当r=R 时，井壁应力分布：

??????

?==---+==0

2cos )(20θ

θ

τσθσσσσσσr z m h H h H m

r P P P （2-21）

地层的破裂是由井壁上的应力状态决定的。考虑深部地层的水压裂主要是形成垂直裂缝，

其起裂是由于井壁上的有效切向应力达到或超过岩层的抗张强度而产生，即裂缝形成的条件是：

σθE ≥ -St （2-22） 式中：σθE ——有效切向应力，Mpa ； S t ——岩层抗张强度，Mpa 。 有效切向应力等于正应力减去孔隙压力，即：

p E P -=θθσσ （2-23）

井壁岩石中垂直裂缝的产生是由于有效切向应力σθE 从压缩变为拉伸并超过岩层的抗张强度所造成，由式（2-21）可知，在θ=0?和180?的方向首先达到这个状态。即：

P m H h E P P ασσσθ---=3 （2-24）

满足（2-22）式条件时的井内液柱压力P m 称为地层破裂压力P F ，即：

t m P H h F S P P P +---=ασσ3 （2-25） 设垂直方向的主地应力σz 等于上覆地层压力P 0，则有效的垂直地应力P z aP P -='0σ。 三、地层破裂压力的计算模型

由构造应力确定的部分，在一般情况下，构造应力在各个方向是不相等的。根据现场水力压裂资料分析证明构造应力在两个水平主应力方向分别为σa 、σb ，且：

???'='=3

3

σσσσB A b a （2-26）

式中：A 、B ——构造应力系数。

由此可导出水平方向上最大和最小主地应力为： p P P H P P P A P P αααμ

μ

σ+-+--=

)()(100 （2-27） p P P h P P P B P P αααμ

μ

σ+-+--=

)()(100 （2-28）

将（2-27）、（2-28）式代入（2-25）式得：

P t P F P S P P B A P ααμμ++-???

?

??+--=)(3120 （2-29）

令K=A-3B ，（2-29）式变为：

P t P F P S P P K P ααμμ++-????

??--=)(120 （2-30）

式（2-30）较前面所述预测地层破裂压力模

式相比有两个显著特点。

（1）地应力一般是不均匀的，模式中包括了三个主地应力的影响。垂直地应力可以认为由上覆岩层重量引起的。水平地应力有两部分组成，一部分是由上覆岩层的重力作用引起，它是岩石泊松比的函数；另一部分是地质构造应力，它与岩石的泊松比无关，且在两个方向上一般是不相等的。

（2）地层的破裂是由井壁上的应力状态决定的。深部地层的水压致裂是由于井壁上的有效切向应力达到或超过了岩石的抗张强度。

四、液压试验检测地层破裂压力

目前所用检测计算地层破裂压力的方法都

有一定局限性，计算值与实际值都有一定误差，而液压试验法是一种准确有效获取地层破裂压力的方法，并且由液压试验取得的数据，还可提供一个区域或区块的地质构造应力值。

液压试验也称漏失试验是在下完一层套管并注完水泥后，再钻穿水泥塞，钻开套管鞋下面第一个砂岩层之后进行的。美国已形成法令，规定每口井每下一层套管必须进行液压试验，以准确获得地层破裂压力梯度的原始资料，作为钻井设计的依据。液压试验的目的通常是检查注水泥作业和实测地层破裂压力。液压试验时地层的破裂易发生在套管鞋处，这是因为套管鞋处地层压实程度比其下部地层的压实程度差。

液压试验法的步骤如下：

（1）循环调节泥浆性能，保证泥浆性能稳定，上提钻头至套管鞋内，关闭防喷器。

（2）用较小排量（0.66~1.32l/s ）向井内泵入泥浆，并记录各个时间的注入量及立管压力。 （3）作立管压力与泵入量（累计）的关系曲线图，如图2-5所示。

（4）从图上确定各个压力值，漏失压力P 1，即开始偏离直线点的压力，其后压力继续上升；压力上升到最大值，即为断裂压力P f ；最大值过后压力下降并趋于平缓，平缓的压力称为传播压力。

（5）求破裂压力当量泥浆密度γmzx ：

H P m /8.1011max +=ρρ （2-31）

式中：ρm ——试验用泥浆密度，g/cm 3；

P 1——漏失压力，MPa ； H ——裸眼段中点井深，m 。 （6）求破裂压力梯度G f （MPa/m ）：

H

P G m f 1

00981.0+

=ρ （2-32） 有时钻进几天后再进行液压试验时，可能出现试压值升高的现象，这可能是由于岩屑堵塞岩石孔隙道所致。

试验所需的泥浆量决定于裸眼长度。如果裸眼只有几米，则需要几百升泥浆。若裸眼较长，则需要几立方米的泥浆。

试验压力不应超过地面设备和套管的承载能力。否则可提高试验用泥浆密度。

在有些液压试验中，试验曲线不呈直线，出现几个台阶，这样不易判断真实的漏失点。如果发现台阶的压力低于预期的压力，则应继续试压，直至达到破裂压力。因此，如超过台阶后压力继续上升，说明这个台阶处并不是真实的漏失点。出现台阶的原因，可能是天然气或空气进入环空，或是泥浆漏失。

当裸眼很长时应该注意到，在同一试验压力下，裸眼最深部分的试验压力梯度大大小于套管鞋处的试验压力梯度。因此，不能保证裸眼最深部位一定能够承受得住套管鞋处所能承受的最大泥浆密度。

液压试验法适用于砂泥岩为主的地层。对石灰岩、白云岩等硬地怪的液压试验尚待试验研究。

第三节 井眼坍塌应力预测方法

井眼系统稳定性评价技术是近年钻井工程研究的热门课题，据有关资料统计，世界范围内每年用于处理井眼系统失稳的费用高达5亿美元，损失钻井总时间5~6%。造成井眼系统失稳的原因是钻井形成井眼后，打破了原有的地下力学系统平衡，造成井壁周围岩石的应力集中。当井筒内有效液柱压力小于井壁应力时，对于脆性岩层将出现坍塌；塑性岩层出现缩径。当井筒有效液柱压力过高，又将压裂岩层出现漏失，导至井下复杂和事故。另一方面由于钻井液进入岩层，也将导至岩石力学特性参数的改变，改变井壁岩石力学状态至使井眼系统的不稳定性。目前尚未有一套完整的理论和方法有效地解决井眼系统的失稳问题。下面简要介绍有关力学失稳的一些解决方法。

一、井眼失稳破坏准则

地下岩体在原地应力作用下，一般处于三向压力状态。钻井形成井眼后，在钻井液柱压力及其它井筒拢动力的作用下，井壁应力状态发生变化。岩体材料可能是弹性体，塑性体或弹塑性体和脆性岩体。因此在外力作用下岩体将出现弹性，弹塑性，塑性变形屈服和脆性破坏。岩石的力学行为大体遵循线弹性力学规律。当然由于地下岩体在高围压作用，其非均质性和各向异性得到极大弱化，甚至消失，这也满足线弹性体连续介质的假设。

由于井眼几何形状和钻遇岩体力学特征的不同，井眼所处应力状态就不一样，其破坏形式也不一样。对软而塑性大的泥岩表现为塑性变形而缩径，硬脆性泥页岩为坍塌扩径。石油工程对脆性泥页岩一般采用摩尔——库尔（Mohr ——Coulomb ）强度准则，下面导出该准则条下，井壁稳定钻井液当量梯度。

该准则认为岩体破坏（失稳）是由破坏面上的内聚力和法向力产生的内摩擦力确定。即当岩石剪切面所受剪切力大于或等于岩体固有剪切强度与剪切面上的摩擦力时，岩块从母体脱落（沿剪切面破坏），即：

Φ+≥tg N σττ0 （2-33）

式中：τ0——岩体固有剪切强度，MPa ； σN ——剪切面 法向正应力，MPa ； Φ——内摩擦角。

剪切破坏如图2-6所示，σ1为最大主应力，σ3为最小主应力，θ为剪切面的法向和σ1的夹解，法向正应力为σN ，剪应力为τ，用σ1、σ3来描述（Mohr ——Coulomb ）准则。

??? ?

?

Φ+?+??? ??Φ+

?=24522450231ctg ctg τσσ （2-34）

考虑岩石孔隙压力P P ，则（Ｍohr ——Coulomb ）准则有效应力为： ??? ?

?

Φ+?+??? ??Φ+

?-=-2452245)(0231ctg ctg P P P P τασασ （2-35） 由（2-25）式，当θ=90?，θ=270?时，σmax 即：

m h H P --=σσσθ3 （2-36）

考虑应力非线性修正系数η，且令0245K ctg =??

?

?

?Φ+

?，将（2-36）式代入（2-35）式得：

)

(00981.0)

1(2)3(2

200ηατσσηρ+-+--=K H K P K P h H ST

（2-37） 式中：ρST ——井眼稳定钻井液当量密度，g/cm 3；

η——应力非线性修正系数，无因次； H ——计算点井深，m ；

σH ——最大水平地应力，MPa ； σh ——最小水平地应力，MPa ； α——有效应力系数，无因次。 二、有关岩石力学特性参数测取

岩石抗张强度S t 是利用钻取的地下岩芯，在室内采用巴西试验求得的。巴西试验是对圆盘形岩样从径向两端加压，使之破裂。若岩样的直径为d ，厚度为t ，岩样破裂时的载荷为P ，则抗张强度St 为：

dt

P

S t π02.0=

（2-38）

式中：S t ——岩石抗张强度，MPa ； P ——岩样破裂时的压力，（N ）； d ——岩样的直径，（cm ）； t ——岩样的厚度，(cm)。

图2-6 岩石剪切破坏

构造应力系数K 对不同的地质构造是不同的，但它在同一构造断块内部是一个常数，且不随深度变化。构造应力系数是通过现场实际破裂压力试验和在室内对岩芯进行泊松比试验相结合的办法来确定的。如果准确地掌握了破裂层的泊松比μ和破裂压力P f ，以及抗张强度S t ，便能精确地求出构造应力系数K 。

第四节 井身结构设计

一、井身结构设计原理

1．地层——井内压力体系在裸眼井段中存在着地层压力、地层破裂压力和井内钻井液有效液柱压力这三个相关的压力、地层——井内压力系统必须满足以下条件：

P m E f P P P ≥≥

（2-39）

式中：P f ——地层破裂压力；

P mE ——钻井液有效液柱压力； P P ——地层压力。

在（2-39）的工程意义为，裸眼井内钻井液有效液柱压力必须大于或等于地层压力，防止井喷，但又必须小于等于地层破裂压力，防止压裂地层发生井漏。

考虑到井壁的稳定，还应补充一个与时间有关的不等式：

)()(t G t G t m ≥

（2-40）

式中：Gt （t ）——该截面岩层的坍塌压力梯度； Gm （t ）——该截面钻井液有效压力梯度。 能满足不等式（2-39）、（2-40）的同一井段，则该井段截面间不需要套管封隔。反之，则需要用套管封隔。因此，井身结构设计有严格的力学依据，即地层——井内压力系统的平衡和失稳。

2．液体压力体系的当量梯度分布

⑴非密封液柱体系的压力分布和当量梯度分布

设有深度H 的井眼，充满密度为ρm 的钻井液，则液柱压力随井深呈线性变化，而当量梯度自上而下是一个定值，见图2-7。

⑵密封液柱体系的压力分布和当量梯度分布

若将上述体系密封起来，并施加一个确定的附加压力P 0，则P 0相当于施加于每一个深度截面上，仍不改变压力的线性分布规律。但此时的压力当量梯度分布却是一条双曲线，见图2-8。钻井工程中，当钻遇高压地层，发生溢流或井喷而关闭防喷器时，井内液柱压力和当量梯度分布即为这种情况。此时的立管压力为P sd 或套压Pa 即为P 0。

图2-8 密封液柱压力体系的梯度分布

3．地层压力和地层破裂压力剖面的线性插值

地层压力和地层破裂压力的数据一般是离散的，是由若干个压力梯度和深度数据的散点构成。为了求得连续的地层压力和地层破裂压力梯度剖面，拟合曲线是不适用的，但可依靠线性插值的方法。在线性插值中，认为离散的两邻点间压力梯度变化规律为一直线。

对任意深度H 求线性插值的步骤：

设自上而下顺序为i 的点具有深度为H i ，地层压力梯度为G Pi ，地层破裂压力梯度为G fi ，而其上部相邻点的序号为i-1，相邻的地层压力梯度为G Pi-1，地层破裂压力梯度为G fi-1，则在深度区间H i ~H i-1内任意深度H 有：

111

1

)(----+---=

Pi Pi Pi i i i P G G G H H H H G （2-41）

111

1

)(----+---=

fi fi fi i i i f G G G H H H H G （2-42）

4．必封点深度的确定

我们把裸露井眼中满足压力不等式（2-39）条件的极限长度井段定义为可行裸露段。可行裸露段的长度是由工程和地质条件决定的井深区间，其顶界是上一层套管的必封点，底界为该层套管的必封点深度。

⑴ 工程约束条件下必封点深度的确定 1）正常作业工况（起下钻、钻进）

在满足近平衡压力钻井条件下，某一层套管井段钻进中所用最大钻井液密度ρm 应大或等于该井段最大地层压力梯度当量密度ρPmax 与该井深区间钻进中可能产生的最大抽汲压力梯度当量密度S w 之和，以防止起钻中抽汲造成溢流。即

w P m S +≥max ρρ （2-43）

式中：ρPmax ——该层套管钻井区间最大地层压力梯度当量密度，g/cm 3； S w ——抽汲压力梯度当量密度，g/cm 3。

下钻中使用这一钻井液密度，在井内将产生一定的激动压力S g 。因此在一定钻井条件（井身结构，钻柱组合，钻井液性能等），井内有效液柱压力梯度当量密度为：

g w P m E S S ++=max ρρ （2-44）

考虑地层破裂压力检测误差，给予一个安全系数S f 。则该层套管可行裸露段底界（或该层套管必封点深度）由下式确定

min max f f g w P S S S ρρ≤+++ （2-45）

式中：S g ——激动压力梯度当量密度，g./cm 3； S f ——地层压裂安全增值当量密度，g/cm 3。 当然，任何一个已知的ρfmax 也可以向下开辟一个可行裸露井深区间，确定可以钻开具有多大地层压力梯度当量密度的地层。ρPmax 的数值为

)]([min max f g w f P S S S ++-≤ρρ （2-46）

2）出现溢流约束条件下必封点深度的确定

正常钻井时，按近平衡压力钻井设计钻井液密度为

w P m S +=ρρ

（2-47）

钻至某一井深H x 时，发生一个大小为S k 的溢流，停泵关闭防喷器，立管压力读数为P sd ， x k sd H S P 00981.0= 或 x

sd

k H P S 00981.0=

（2-48）

式中：P sd ——立管压力，MPa ；

H x ——出现溢流的井深，m 。

关井后井内有效液柱压力平衡方程为

P mE =P m +P sd

或 x k w P m E H S S H H 00981.0)(00981.000981.0++=ρρ 即

k x

w P mE S H

H S ?+

+=ρρ 井内有效液柱压力的当量密度梯度沿井深按双曲线规律分布。

裸露井深区间内地层破裂强度（地层破裂压力）均应承受这时井内液柱的有效液柱压力，考虑地层破裂安全系数S f ，即

K x

f w P f S H

H S S ?+

++≥ρρmin （2-49） 由于溢流可能出现在任何一具具有地层压力的井深，故其一般表达式为

min max f k x

f w P S H

H S S ρρ≤?+

++ （2-50） 同样，也可以由套管鞋部位的地层破裂压力梯度，下推求得满足溢流条件下的裸露段底界。此时H x 为当前井深，它对应于ρfmin ，H 为下推深度。其数学表达式如下

)(min max k x

f w f P S H H

S S ?+

+-≤ρρ （2-51） 3）压差卡钻约束条件下必封点深度的确定 下套管中，钻井液密度为（ρP +S w ），当套管柱进入低压力井段会有压差粘附卡套管的可能，故应限制压差值。限制压差值在正常压力井段为?P N ，异常压力地层为?P a 。就是说，钻开高压层所用钻井液产生的液柱压力不能比低压层所允许的压力高?P N 或?P a 。即

P m -P Pmin ≤?P N （或?P a ） （2-52） 在井身结构设计不，由（2-46）式或（2-50）式设计出该层套管必封点深度后，一般用（2-52）式来校 核是否能安全下到必封点位置。

⑵ 目的层是裸露段的底界，油层套管的下深根据完井方法不同而定。 ⑶ 对于地质复杂层（如坍塌层，盐膏层，漏失层等），水层，非目的油气层，以及目前钻井工艺技术难于解决的其它层段，只要裸露段中出现了这一类必封点，则这些井段是应考虑的必封井段的顶界。

必封点深度确定的几点说明： 1）式（2-46）、（2-50）一般作该层套管可下深度的设计计算，式（2-52）作为校核计算。 2）（2-46）式使用条件为，地质勘探确认该层段无高压油气层及地层压力检测精度高的区域。

3）（2-50）式用于地质探井，对地层压力掌握得不确切，地质情况模糊，高压油气区域的井。

4）一般情况下，k x

g S H

H S ?<

，采用（2-50）式设计偏于安全。 5）按工程约束条件设计的必封点深度必须满足地质复杂情况要求必封点位置。若地质复杂必封点在工程约束必封点深度区段外，则该层套管下延至地质复杂必封深度。若设计地层破裂压力梯度全落在地层破裂压力梯度剖面内（即在0~目的层井深区间，P fD

二、井身结构设计的基础参数

井身结构设计的基础参数包括地质方面数据和工程等数据。 1．地质方面数据

（1）岩性剖面及故障提示； （2）地层压力梯度剖面；

（3）地层破裂压力梯度剖面。 2．工程数据

（1）抽汲压力系数S w ，以当量钻井液密度表示；单位g/cm 3。 S w 应根据设计井实际施工参数，由本教材第五章讲述方法计算出该井施工中可能出现的最大抽汲压力P rw ，再由下式计算抽汲压力当量钻井液密度S w

H

P S SW

W 00981.0=

（2-53）

对于某一个区域，若钻机类型、井深、井身结构、管柱（钻柱、套管）组合、钻井液性能

都已定型，可选用参数井（或前面已钻井）的S w 进行后续井的设计参数。如美国墨西湾地区采用S w =0.06。我国中原油田Sw=0.015~0.049。

（2）激动压力系数S g ，以当量钻井液密度表示，单位g/cm3。

在（2-53）式中，将P SW 换成激动压力P sg 即可求得S g 。美国墨西湾地区取Sg=0.06，我国中原油田Sg=0.015~0.049。

（3）地层压裂安全增值S f ，以当量钻井液密度表示，单位g/cm 3。

S f 是考虑地层破裂压力检测误差而附加的，此值与地层破裂压力检测精度有关，可由地区统计资料确定。美国墨西湾地区S f 取值0.024，我国中原油田取值为0.02~0.03。

（4）溢流条件S k 以当量钻井液密度表示，单位g/cm 3。

由于地层压力检测误差，溢流压井时，限定地层压力增加值S k 。此值由地区压力检测精度和统计数据确定。美国油田一般取S k =0.06。我国中原油田取值为0.05~0.10。

（5）压差允值?P N （?P a ）

裸眼中，钻井液柱压力与地层孔隙压力的差值过大，除使机械钻速降低外，而且也是造成压差卡钻的直接原因，这会使下套管过程中，发生卡套管事故，使已钻成的井眼无法进行固井和完井工作。

压差允值和工艺技术有很大关系。如使用优质的具有良好润滑性能的钻井液体系，则压差允值可以提高。压差允值也与裸眼井段的孔隙压力大小有关。若在正常压力井段，为钻开下部高压层需要使用加重钻井液，则压差卡钻易发生在正常压力井段的较深部位（即易发生在靠近压力过渡带的正常孔隙压力地层）。若在异常高压井段，则易卡部位发生在最小孔隙压力值处的地层。故压差允值有正常压力井段（?P N ）与异常高压井段（?P a ）之分。一般?P a 值大于?P N 值。如美国现场对?P N 取值为16.56MPa （169kg/cm 2），对?P a 取值为21.36

压差允值的确定，各油田可以从卡钻资料中（卡点深度，当时钻井液密度、卡点地层孔隙压力等）反算出当时的压差值。再由大量的压差值进行统计分析得出该地区适合的压差允值。

三、井身结构设计的方法及步骤

1．套管层次和套管柱类型

国内油田套管下入层次为：导管，表层套管，中间套管（或技术套管），油层套管。表层套管，中间套管，油层套管，一般按（339.7?244.5?177.8?139.7mm(1383?985?7?52

1in)系

列进行设计。 （1）导管

导管的作用是在钻表层井眼时将钻井液从地表引导到钻井装置平面上来，这一层管柱其长度变化较大，在坚硬的岩层中仅用10~20m ，而在沼泽地区则可能上百米。

第二章井身结构设计

第二章井身结构设计 井身结构设计是钻井工程的基础设计。它的主要任务是确定套管的下入层次、下入深度、 水泥浆返深、水泥环厚度、生产套管尺寸及钻头尺寸。基础设计的质量是关系到油气井能否安 全、优质、高速和经济钻达目的层及保护储层防止损害的重要措施。由于地区及钻探目的层的 不同，钻井工艺技术水平的高低，国内外各油田井身结构设计变化较大。选择井身结构的客观 依据是地层岩性特征、地层压力、地层破裂压力。主观条件是钻头、钻井工艺技术水平等。井身结构设计应满足以下主要原则： 1．能有效地保护储集层； 2．避免产生井漏、井塌、卡钻等井下复杂情况和事故。为安全、优质、高速和经济钻井 创造条件； 3．当实际地层压力超过预测值发生溢流时，在一定范围内，具有处理溢流的能力。本章着重阐明地下各种压力概念及评价方法，井身结构设计原理、方法、步骤及应用。 第一节地层压力理论及预测方法 地层压力理论和评价技术对天然气及石油勘探开发有着重要意义。钻井工程设计、施工中，地层压力、破裂压力、井眼坍塌压力是合理钻井密度设计；井身结构设计；平衡压力钻井；欠平衡压力钻井及油气井压力控制的基础。 一、几个基本概念 1．静液柱压力 静液柱压力是由液柱自身重量产生的压力，其大小等于液体的密度乘以重力加速度与液柱垂直深度的乘积，即 P h = 0.00981 rH (2-1) 式中：P h――静液柱压力，MPa;

r -- 液柱密度，g/cm 3 ; H ——液柱垂直高度， m 。 静液柱压力的大小取决于液柱垂直高度 H 和液体密度r ,钻井工程中，井愈深，静液柱压 力越大。 2.压力梯度 指用单位高度（或深度）的液柱压力来表示液柱压力随高度（或深度）的变化。 P h G h — 0.00981 H 式中：G h ――液柱压力梯度，MPa/m ; P h ――液柱压力，MPa ; H ——液柱垂直高度， m 。 石油工程中压力梯度也常采用当量密度来表示，即 P h 0.00981H 式中：r ——当量密度梯度，g/cm 3 ; 3?有效密度 钻井流体在流动或被激励过程中有效地作用在井内的总压力为有效液柱压力，其等效（或 当量）密度定义为有效 密度。 4. 压实理论 指在正常沉积条件下，随着上覆地层压力 P 0的增加，泥页岩的孔隙度 f 减小，f 的减小量 与P o 的增量dP o 及孔隙尺寸有关，即： (2-2) (2-3)

水平井剖面设计(第二章)

第二章 水平井剖面设计 第一节 水平井剖面的设计内容 1、水平井剖面设计原则 水平井剖面的设计一般依据下面的几点： ● 根据地质提供的入靶点止靶点三维坐标数据，计算水平段长，水平段稳斜角及设计方位角； ● 确定剖面类型，考虑是否需要第一稳斜段，并考虑第一次增斜角的范围； ● 确定水平井钻井方法及造斜率，选择合适的靶前位移； ● 初步计算井身剖面分段数据，根据水平井剖面设计中可供选择的五个基本参数(即造斜点，第一稳斜角，第一稳斜段长度及第二造斜率)，选择其中的任意三个，求出其它两个参数后，再进行井身剖面分段数据计算； ● 对初选剖面进行摩阻、扭矩计算分析，通过调整设计的基本参数，选取摩阻及扭矩最小的剖面； ● 根据初定剖面的靶前位移及设计方位角，计算出井口坐标，并到施工现场落实井位； ● 复测井口坐标，对设计方位角及剖面数据进行微调，完成剖面设计。 2、水平井剖面设计的原理和方法 2.1 水平段的数据计算 假设水平段入靶点为A 点，止靶点为B 点，X 为南北坐标（纵标)，Y 为东西坐标（横标）,A 点垂深为H a ,B 点垂深为H b (以转盘面为基准),地质提供的三 维坐标可表示为A 点坐标（X a ,Y b ,H a ）,B 点坐标(X b ,Y b ,H b ) ● 水平段垂深(H ?)的计算 H ?=H b 一H a 若H ?>0,说明水平段井斜角?90max α。油藏程—完井方法 若H ?=0,说明水平段井斜角?=90max α。井身结构—井笛剖面—钻具组合 若H ?>0,说明水平段井斜角?90max α。地面情况（钻机） ● 水平段平增(S ?〉的计算 ()()22a b a b Y Y X X S -+-= ?

工作井结构设计计算书

1.设计条件 工程概况 本计算书为中山市沙溪镇东南片区排水主干管工程顶管工作井、接收井结构设计，工作井、接收井施工方法采用逆作法，即先进行四周外侧及井底的水泥 搅拌桩施工,桩身达到设计强度后,再开挖基坑施工护壁成井。基坑每开挖1m 深度土，现浇一节1m 圆形护壁。 本设计以最大深度工作井和最大深度接收井为控制设计。已知：设计地面标高：，井壁底标高：工作井为，接收井为。 拟定工作井尺寸：0.55t m =， 3.5R m =，8.1D m =， 5.39H m = 拟定接收井尺寸：0.35t m =， 2.0R m =， 4.7D m =， 5.99H m = 井身材料 — 混凝土：采用C30，214.3/c f N mm =，21.43/t f N mm =。 钢筋：钢筋直径d<10mm 时，采用R235钢筋，2270/y f N mm =；d ≥10mm 时，采用热轧钢筋HBR335，2300/y f N mm =。 地质资料 地质资料如下表1所示，地下水位高度为，即井外水位高度为， 井底以下4米采用搅拌桩处理，则井底下地下水位高度为：工作井、接收井。 表1 土的物理力学指标

、 图1-1 工作井、接收井示意图!

2.井壁水平框架的内力计算及结构配筋计算 将井壁简化成平面圆形闭合刚架计算，计算截面取井壁底部1米一段进行环向计算，不考虑四周搅拌桩支护的作用。 工作井井壁内力计算及配筋 2.1.1按承载能力极限状态进行计算 2.1.1.1外力计算 （1）水土压力计算（考虑地下水作用） , 井外侧地面堆载按215/d q KN m =考虑。 根据《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》CECS137-2002第6.2.3条，并假设同一标高的水平截条上沿井壁互成90°的两点土的内摩擦角相差±5°，计算区域井壁A 、B 点外侧水平向水土压力： 图2-1 土压力分布示意图 井壁外侧水平向土压力采用郎金主动土压力计算值，地下水位以下土采用浮容重。计算公式如下： 25 5()(45)2(45)2 2 o o A d E q z tg ctg ??γ- - ? ? - - ++=+- --

井身结构设计

井身结构设计 摘要：井深结构设计是钻井工程的基础设计。它的主要任务是确定导管的下入层次，下入深度，水泥浆返深，水泥环厚度及钻头尺寸。基础设计的质量是关系到油气井能否安全、优质、高速和经济钻达目的层及保护储层防止损害的重要措施。由于地区及钻井目的层的不同，钻井工艺技术水平的高低，不同地区井身结构设计变化较大。选择井身结构的客观依据是底层岩性特征、底层压力、地层破裂压力。正确的井身结构设计决定整个油田的开采。本文基于课本所学的基本内容，对井身结构做一个大致的程序设计。 井身结构设计的内容： 1、确定套管的下入层次 2、下入深度 3、水泥浆返深 4、水泥环厚度 5、钻头尺寸 井身结构设计的基础参数包括地质方面的数据和工程等数据 1．地质方面数据 （1）岩性剖面及故障提示； （2）地层压力梯度剖面； （3）地层破裂压力梯度剖面。 2．工程数据 ，以当量钻井液密度表示；单位g/cm3：如美国墨西（1）抽汲压力系数S w =0.06。我国中原油田Sw=0.015~0.049。 湾地区采用S w ，以当量钻井液密度表示，单位g/cm3。 （2）激动压力系数S g 由计算的激动压力用（2-58）进行计算，美国墨西湾地区取Sg=0.06， S g 我国中原油田Sg=0.015~0.049。 （3）地层压裂安全增值S ，以当量钻井液密度表示，单位g/cm3。 f

S f 是考虑地层破裂压力检测误差而附加的，此值与地层破裂压力检测精度 有关，可由地区统计资料确定。美国油田S f 取值0.024，我国中原油田取值为0.02~0.03。 4）溢流条件S k 以当量钻井液密度表示，单位g/cm3。 由于地层压力检测误差，溢流压井时，限定地层压力增加值S k 。此值由地 区压力检测精度和统计数据确定。美国油田一般取S k =0.06。我国中原油田取值为0.05~0.10。 （5）压差允值P N （P a ） 裸眼中，钻井液柱压力与地层孔隙压力的差值过大，除使机械钻速降低外，而且也是造成压差卡钻的直接原因，这会使下套管过程中，发生卡套管事故，使已钻成的井眼无法进行固井和完井工作。 压差允值和工艺技术有很大关系。压差允值的确定，各油田可以从卡钻资料中（卡点深度，当时钻井液密度、卡点地层孔隙压力等）反算出当时的压差值。再由大量的压差值进行统计分析得出该地区适合的压差允值。 井身结构设计的方法及步骤 1．套管层次和套管柱类型 国内油田套管下入层次为：导管，表层套管，中间套管（或技术套管），油层套管。表层套管，中间套管，油层套管，一般按（339.7244.5177.8139.7mm(13 3/8 9 5/8 7 5 ? in)系列进行设计。 （1）根据区域地质情况，确定按正常作业工况或溢流工况选择 （2）利用压力剖面图中最大地层压力梯度求中间套管下入深度假定点。 自横坐标上找到设计的地层破裂压力梯度 fD ，向下引垂直线与地层破裂压 力梯度线相交，交点即为中间套管下入深度假定点，记点H 3 。

第二章井身结构设计

第二章 井身结构设计 井身结构设计就是钻井工程得基础设计。它得主要任务就是确定套管得下入层次、下入深度、水泥浆返深、水泥环厚度、生产套管尺寸及钻头尺寸。基础设计得质量就是关系到油气井能否安全、优质、高速与经济钻达目得层及保护储层防止损害得重要措施。由于地区及钻探目得层得不同,钻井工艺技术水平得高低,国内外各油田井身结构设计变化较大。选择井身结构得客观依据就是地层岩性特征、地层压力、地层破裂压力。主观条件就是钻头、钻井工艺技术水平等。井身结构设计应满足以下主要原则: 1.能有效地保护储集层; 2.避免产生井漏、井塌、卡钻等井下复杂情况与事故。为安全、优质、高速与经济钻井创造条件; 3.当实际地层压力超过预测值发生溢流时,在一定范围内,具有处理溢流得能力。 本章着重阐明地下各种压力概念及评价方法,井身结构设计原理、方法、步骤及应用。 第一节 地层压力理论及预测方法 地层压力理论与评价技术对天然气及石油勘探开发有着重要意义。钻井工程设计、施工中,地层压力、破裂压力、井眼坍塌压力就是合理钻井密度设计;井身结构设计;平衡压力钻井;欠平衡压力钻井及油气井压力控制得基础。一、几个基本概念 1.静液柱压力 静液柱压力就是由液柱自身重量产生得压力,其大小等于液体得密度乘以重力加速度与液柱垂直深度得乘积,即 0.00981h P H (2-1) 式中:P h ——静液柱压力,MPa; r ——液柱密度,g/cm 3 ; H ——液柱垂直高度,m 。 静液柱压力得大小取决于液柱垂直高度H 与液体密度r ,钻井工程中,井愈深,静液柱压力越大。 2.压力梯度 指用单位高度(或深度)得液柱压力来表示液柱压力随高度(或深度)得变化。 ρ00981.0== H P G h h (2-2) 式中:G h ——液柱压力梯度,MPa/m; P h ——液柱压力,MPa; H ——液柱垂直高度,m 。 石油工程中压力梯度也常采用当量密度来表示,即

井字梁的计算及施工图处理参考模板

井字梁的计算及施工图处理 1、井字梁与柱子采取“避”的方式，调整井字梁间距以避开柱位；在这种双向作用之下，市场变成了调节供需量的阀门，产生了供应的多样性和需求的替代性，达到了不断发展和自我完善的状态，由此实现了社会经济的全面发展的终极目标。。避免在井字梁与柱子相连处井字梁的支座配筋计算结果容易出现的超限情况；在计算梁柱内力的时候，我们一般直接取均摊值做楼板恒荷载输入，而且不放大（注意个别梁的设计）。。减少梁柱节点在荷载作用下，由于两者刚度相差悬殊而成为受力薄弱点以致首先破坏，由于井字梁避开了柱位，靠近柱位的区格板需另作加强处理。Jordan Shan和Fiona Sun(1998)研究结果显示，在1987-1996期间，中国出口增长与实际工业产量增长之间有一种双向的因果关系。。 2、"井字梁与柱子采取“抗”的方法，把与柱子相连的井字梁设计成大井字梁，其余小井字梁套在其中，形成大小井字梁相嵌的结构形式，使楼面荷载从小井字梁传递至大井字梁，再到柱子。笔者经过研究，得出一种新观点，即，调节机制的内部构造是由一种双向作用组成的，双向作用运动的结果才是市场的调节机制发挥作用的关键所在。。 3、井字梁截面高度的取值以刚度控制为主，除考虑楼盖的短向跨度和计算荷载大小外，还应考虑其周边支承梁抗扭刚度的影响。另外传动链太长，传动轴直径偏小，支承座的刚度不够也是引起爬行的因素。。 4、由于井字梁楼盖的受力及变形性质与双向板相似，井字梁本身有受扭成分，故宜将梁距控制在3m以内。简单的职业教育“双向”营销系统模型1.2向潜

在学生传递学校能提供的教育服务信息，强调本校教育特色和教学质量。。 5、井字梁一般可按简支端计算。笔者根据公司多年对大板结构的工程经验，认为大板的设计差异于小楼板有如下方面：隔墙荷载，边梁扭矩，楼面开洞和阳角构造等。。 6、当井字梁周边有柱位时，可调整井字梁间距以避开柱位，靠近柱位的区格板需作加强处理，若无法避开，则可设计成大小井字梁相嵌的结构形式。1.职业教育“双向”营销系统模型1.1广泛收集经济社会信息、用人单位人才需求信息、潜在学生对教育服务的需求信息，认真研究教育市场竞争环境和竞争对手的特点，了解市场消费者的消费心理和消费需求趋势，在充分把握社会人才需求及其发展趋势的基础上对教育市场细分，并结合自身的优劣势进行SWOT分析，确定自己的目标市场和学校定位，确定学校总体发展战略，制订学科与专业设置规划，明确培养目标，并根据形势变化适时调整。。 7、钢筋混凝土井字梁是从钢筋混凝土双向板演变而来的一种结构形式。通过调整轴承、丝杠螺母副和丝杠本身的预紧力，调整松动环节，调整补偿环节，都可有效地提高这一传动链的扭转和拉压刚度（即提高其传动刚度），对于提高运动精度，消除爬行非常有益；。双向板是受弯构件，当其跨度增加时，相应板厚也随之加大。若取荷载放大系数为1.5计算：对于支座内力，手算的支座处内力要比按有限元分析的大得多；。但板的下部受拉区的混凝土一般都不考虑它起作用，受拉主要靠下部钢筋承担。粗加工时, 由于对工件表面质量没有太高的要求, f主要受刀杆、刀片、机床、工件等的强度和刚度所承受的切削力限制，一般根据刚度来选择。。因此，在双向板的跨度较大时，为了减轻板的自重，我们可以把板的下部受拉区的混凝土挖掉一部分，让受拉钢筋适当集中在几条线上，使钢筋

钢结构隔层做法模板

阁楼楼板吊法 1.吊阁楼楼板，有三种做法，槽钢、工子钢、现浇钢筋水泥。 2.槽钢非常便宜，好搭. 3.工字钢造价最贵，工艺麻烦，但无须设计院出图纸。 4.现浇钢筋水泥，如果原设计允许，是可以的。 一、搭建阁楼的前提 1、首先得查阅原始建筑土建资料，看看原建筑设计时是考虑何种类型的。如果在建筑设计时特别要求避免的隔层方案得首先放弃。 2、你的房子必须有足够的层高。一般来说，复式房的新建阁楼的楼板的下缘与原一层的楼板下缘相平。单层的阁楼楼板的下缘不低于2.6 米。阁楼楼板与屋顶的内净高不低于2.4 米，最低不低于2.2 米。这是以有人员居住为前提的，如果你的阁楼是不住人的，那么你自己可以随意定夺高度。 3、阁楼的最短的两边的跨度不得太大。在使用槽钢搭建的情况下，一般不宜超过4 米，最大不得超过6 米。 二、如何搭建顶楼的阁楼楼板

① 确定功能：阁楼的搭建，肯定是要解决一些实际问题，以满足原 有专业资料 建筑物格局无法满足的功能需要。因此，首先应明确阁楼的未来使用，不同的功能对空间有不同的要求，这对于确定阁楼搭建的范围及标高有直接的影响。同时阁楼因为拆除不方便和浪费巨大，建议在做阁楼之前有一个完备的设计方案。 ②确定面积：根据墙体受力和承重情况可以明确阁楼搭建的大致范围。没有必要一味地盲目追求面积。有一些楼层较高，或者复式房带中空客厅的朋友，也许他们会有搭建阁楼的需要，而搭建阁楼又涉及到一些较深的相关知识 三、阁楼的搭建类型及各种方案比较目前常用的隔层楼板施工方案有：钢结构、现浇钢筋水泥、钢混结构、轻质楼板结构等多种方案，各方案都有他相应的优缺点。选择方案时一定要结合自己的需要和原建筑情况 1.槽钢或工字钢搭建。一般情况下，用槽钢就行了，但用工字钢的抗弯强度会更高，当然造价也会更高，而且工字钢占用的空间层高也更大。槽钢搭建的优点是速度快，即搭即用，不需要等待。缺点是槽钢做的阁楼当人在上面走动时，会有一定的晃动声，槽钢规格越小，晃动声越大。采用槽钢的做法属于推荐做法。讲讲做钢架的好处和弊病：好处： 1、荷载轻，就是自身的重量轻，而且足够承担起家里的摆设和平时的人员

第二章井身结构设计

第二章 井身结构设计 井身结构设计是钻井工程的基础设计。它的主要任务是确定套管的下入层次、下入深度、水泥浆返深、水泥环厚度、生产套管尺寸及钻头尺寸。基础设计的质量是关系到油气井能否安全、优质、高速和经济钻达目的层及保护储层防止损害的重要措施。由于地区及钻探目的层的不同，钻井工艺技术水平的高低，国内外各油田井身结构设计变化较大。选择井身结构的客观依据是地层岩性特征、地层压力、地层破裂压力。主观条件是钻头、钻井工艺技术水平等。井身结构设计应满足以下主要原则： 1．能有效地保护储集层； 2．避免产生井漏、井塌、卡钻等井下复杂情况和事故。为安全、优质、高速和经济钻井创造条件； 3．当实际地层压力超过预测值发生溢流时，在一定范围内，具有处理溢流的能力。 本章着重阐明地下各种压力概念及评价方法，井身结构设计原理、方法、步骤及应用。 第一节 地层压力理论及预测方法 地层压力理论和评价技术对天然气及石油勘探开发有着重要意义。钻井工程设计、施工中，地层压力、破裂压力、井眼坍塌压力是合理钻井密度设计；井身结构设计；平衡压力钻井；欠平衡压力钻井及油气井压力控制的基础。 一、几个基本概念 1．静液柱压力 静液柱压力是由液柱自身重量产生的压力，其大小等于液体的密度乘以重力加速度与液柱垂直深度的乘积，即 0.00981h P H （2-1） 式中：P h ——静液柱压力，MPa ； ——液柱密度，g/cm 3 ； H ——液柱垂直高度，m 。 静液柱压力的大小取决于液柱垂直高度H 和液体密度，钻井工程中，井愈深，静液柱压力越大。 2．压力梯度 指用单位高度（或深度）的液柱压力来表示液柱压力随高度（或深度）的变化。 ρ00981.0== H P G h h （2-2） 式中：G h ——液柱压力梯度，MPa/m ； P h ——液柱压力，MPa ； H ——液柱垂直高度，m 。 石油工程中压力梯度也常采用当量密度来表示，即

毕业设计万能模板

第一篇建筑设计部分 1 总平面设计 在城市中高层建筑往往成群地出现，从现代化的社会与社团关系着眼，这些建筑物彼此之间应该是有机联系的。城市中高层建筑参差错落的高高耸起，成了引人注目的目标。它们的侧影对城市轮廓线的形成有重大的影响。 本次毕业设计任务书给的场地较大，拟在大庆市某地区建造一栋高层办公楼，该楼主要是用于某大型企业办公。在总平面设计中考虑到办公环境的安详和宁静，把主楼罩于区内较中央的位置，区内的街道与周围主要道路连接交通方便，出入自由。剩下较大的空间可建造一些小型建筑如保龄球、健身房、台球室以及其他一些辅助娱乐设施。使区内成为一个相对完整和独立的体系，办公人员可以有良好的工作和生活环境。其余的空地相应地布置草坪、喷泉、假山、灌木，因而道旁的乔木，青草绿地也创造拉极好的空气环境。 总的来说，场地较大，尽量布置得设施齐备，树木成荫，空气清新，环境幽雅，同时又和城市中的其它的建筑物融为一体，相互协调，美化拉城市环境犹如一体理想的“花园城”。 2 平面设计 对于刚度较小的框架结构体系，其高宽比一般宜小于4。本例的体型采用传统的矩形柱体，从几何观点来看对侧移颇为为敏感的，而由于它的几何形体所具有的固有强度，使结构更为有效或者造价更可能降低，而房屋又能建得更高，总之，它是较为经济的体型。 平面布置采用核心式，对于高层办公楼来说是比较经济和功能合理的。左右基本对称，电梯间置于大厅旁边，洗手间置于楼梯旁边。高层办公建筑的垂直交通是电梯，对于电梯的选择及其在建筑物中的分布，将决定高层办公楼的合理使用，提高效率和降低造价。因此在平面设计中，主要考虑以下几个方面：第一：集中。电梯是出入建筑物的人经常使用的交通工具，所以设置在容易看到的地方，从运行效率，缩短候梯时间以及降低建筑费用来考虑，电梯应集中设置。第二：使用方便。根据电梯使用频率，将电梯布置在靠近出入口并列设置。第三：分隔。主要通道和电梯布置分开，免去人流高峰时相互影响。 办公楼的布局方式常见的有以下四种，单间办公室、成组式办公室、开放式布局、

【结构设计】井字梁结构设计最强总结(值得收藏)

井字梁结构设计最强总结（值得收藏） 1、井字梁与柱子采取“避”的方式,调整井字梁间距以避开柱位；避免在井字梁与柱子相连处井字梁的支座配筋计算结果容易出现的超限情况；减少梁柱节点在荷载作用下,由于两者刚度相差悬殊而成为受力薄弱点以致首先破坏,由于井字梁避开了柱位,靠近柱位的区格板需另作加强处理. 2、"井字梁与柱子采取“抗”的方法,把与柱子相连的井字梁设计成大井字梁,其余小井字梁套在其中,形成大小井字梁相嵌的结构形式,使楼面荷载从小井字梁传递至大井字梁,再到柱子. 3、井字梁截面高度的取值以刚度控制为主,除考虑楼盖的短向跨度和计算荷载大小外,还应考虑其周边支承梁抗扭刚度的影响. 4、由于井字梁楼盖的受力及变形性质与双向板相似,井字梁本身有受扭成分,故宜将梁距控制在3m以内. 5、井字梁一般可按简支端计算. 6、当井字梁周边有柱位时,可调整井字梁间距以避开柱位,靠近柱位的区格板需作加强处理,若无法避开,则可设计成大小井字梁相嵌的结构形式. 7、钢筋混凝土井字梁是从钢筋混凝土双向板演变而来的一种结构形式.双向板是受弯构件,当其跨度增加时,相应板厚也随之加大.但板的下部受拉区的混凝土一般都不考虑它起作用,受拉主要靠下部钢筋承担.因

此,在双向板的跨度较大时,为了减轻板的自重,我们可以把板的下部受拉区的混凝土挖掉一部分,让受拉钢筋适当集中在几条线上,使钢筋与混凝土更加经济、合理地共同工作.这样双向板就变成为在两个方向形成井字式的区格梁,这两个方向的梁通常是等高的,不分主次梁,一般称这种双向梁为井字梁(或网格梁). 8、井字梁的支承井字梁楼盖四周可以是墙体支承,也可以是主梁支承.墙体支承的情况是符合计算图表的假定条件：井字梁四边均为简支.当只有主梁支承时,主梁应有一定的刚度,以保证其绝对不变形. 9、井字梁楼盖两个方向的跨度如果不等,则一般需控制其长短跨度比不能过大.长跨跨度L1与短跨跨度L2之比L1/L2最好是不大于1.5,如大于1.5小于等于2,宜在长向跨度中部设大梁,形成两个井字梁体系或采用斜向布置的井字梁,井字梁可按45°对角线斜向布置. 10、两个方向井字梁的间距可以相等,也可以不相等.如果不相等,则要求两个方向的梁间距之比a/b=1.0~2.0.实际设计中应尽量使a/b在1.0~1.5之间为宜,最好按井字梁计算图表中的比值来确定,应综合考虑建筑和结构受力的要求,一般取值在12～3ｍ较为经济,但不宜超过3.5ｍ. 11、两个方向井字梁的高度h应相等,可根据楼盖荷载的大小,取 h=L2/20,但最小h不得小于短跨跨度1/30. 12、梁宽=取梁高1/3（h较小时）1/4（h较大时）,但梁宽不宜小于120mm.

框架结构模板施工方案41576

模板施工方案 一、工程概况： 开来·都市丰景一标段位于武汉市汉阳区四新片区，是武汉龙河置业有限公司投资兴建的高层住宅楼，总用地面积82000m2，地上40层，地下1层，建筑高度为116.3m。 地下部分由车库、水泵房、配电房、风机房等各类辅助设备用房组成；本工程建筑耐火等级为：一级。 柱耐火极限为3.0小时； 梁耐火极限为2.0小时； 楼板、疏散楼梯、屋顶承重构件耐火极限为1.5小时； 楼梯间、电梯井的耐火极限为2.0小时； 房间隔墙耐火极限为2.0小时。 本工程建筑抗震设防类别为丙类（幼儿园为乙类）；抗震设防烈度六度，地下防水等级Ⅱ级（设计抗渗等级P6），建筑室内标高± 0.000相当于绝对高程为22.00m；建筑物耐久年限:主体结构为二级耐久年限，正常使用限为50年。 本工程由地下室及1#、2#楼组成，均为全现浇钢筋混凝土框剪结构。本工程高度级别为A级（主楼），抗震类别为丙类，抗震设防烈度为6度。 设计基本地震速度为0.07g，设计地震分组为第一组，结构抗震等级：剪力墙抗震等级为三级，框架抗震等级为三级。 高层主楼基础，地下室平面范围内的基础及无上部结构处的地下室基础连成一体形1#、2#楼桩筏基础，裙房基础均采用筏板基础（无上部结构的裙楼）。 二、施工准备： （一）作业条件 1、模板设计：根据工程结构型式和特点及现场施工条件，对模板进行设计，确定模板平面布置，纵横龙骨规格、数量、排列尺寸，柱箍选用的型式和间距，梁板支撑间距，梁术节点、主次梁节点大样。验算模板和支撑的强度、刚度及稳定性。绘制全套模板设计图（模板

平面布置图、分块图、组装图、加固大样图、节点大样图、零件加工图和非定型零件的拼接加工图）。模板的数量应模板设计时按流水段划分，进行综合研究，确定模板的合理配制数量。 2、模板拼装： (1）拼装场地夯实平整，条件许可时可设拼装操作平台。 (2）按模板设计图尺寸，采用沉头自攻螺丝将竹胶板与方木拼成整片模板，接缝处要求附加小龙骨。 (3）竹胶板模板开的边及时用防水油漆封边两道，防止竹胶板模板使用过程中开裂、起皮。 3、模板加工好后，专人认真检查模板规格尺寸，按照配模图编号，并均匀涂刷脱模剂，分规格码放，并有防雨，防潮、防砸措施。 4、放好轴线、模板边线、水平控制标高，模板底口平整、坚实，若达不到要求的应做水泥砂浆找平层，柱子加固用的地锚已预埋好且可以使用。 5、柱子、墙钢筋绑扎完毕，水电管线及预埋件已安装，绑好钢筋保护层垫块，并办理好隐蔽验收手续。 （二）材质要求 1、胶合板模板：尺寸1220×2440mm，厚度为18mm.、20mm等（单个工程最好选用不超过两种厚度为合理）。 2、方木：50×100mm，100×100mm方木，要求规格统一，尺寸规矩。 3、对拉螺栓：采用φ14mm以上的I级钢筋（最好用HRB235）,

工作井结构设计计算书doc

1.设计条件 1.1工程概况 本计算书为中山市沙溪镇东南片区排水主干管工程顶管工作井、接收井结构设计，工作井、接收井施工方法采用逆作法，即先进行四周外侧及井底的水泥 搅拌桩施工,桩身达到设计强度后,再开挖基坑施工护壁成井。基坑每开挖1m 深度土，现浇一节1m 圆形护壁。 本设计以最大深度工作井和最大深度接收井为控制设计。已知：设计地面标高：5.80m ，井壁底标高：工作井为-1.19m ，接收井为-1.69m 。 拟定工作井尺寸：0.55t m =， 3.5R m =，8.1D m =， 5.39H m = 拟定接收井尺寸：0.35t m =， 2.0R m =， 4.7D m =， 5.99H m = 1.2井身材料 混凝土：采用C30，214.3/c f N mm =，21.43/t f N mm =。 钢筋：钢筋直径d<10mm 时，采用R235钢筋，2270/y f N mm =；d ≥10mm 时， 采用热轧钢筋HBR335，2300/y f N mm =。 1.3地质资料 地质资料如下表1所示，地下水位高度为3.2m ，即井外水位高度为3.2m ， 井底以下4米采用搅拌桩处理，则井底下地下水位高度为：工作井-5.2m 、接收井-5.69m 。 表1 土的物理力学指标

图1-1 工作井、接收井示意图

2.井壁水平框架的内力计算及结构配筋计算 将井壁简化成平面圆形闭合刚架计算，计算截面取井壁底部1米一段进行环向计算，不考虑四周搅拌桩支护的作用。 2.1工作井井壁内力计算及配筋 2.1.1按承载能力极限状态进行计算 2.1.1.1外力计算 （1）水土压力计算（考虑地下水作用） 井外侧地面堆载按215/d q KN m =考虑。 根据《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》CECS137-2002第6.2.3条，并假设同一标高的水平截条上沿井壁互成90°的两点土的内摩擦角相差±5°，计算区域井壁A 、B 点外侧水平向水土压力： 图2-1 土压力分布示意图 井壁外侧水平向土压力采用郎金主动土压力计算值，地下水位以下土采用浮容重。计算公式如下： 25 5()(45)2(45) 2 2 o o A d E q z tg ctg ??γ- - ? ? - - ++=+- --

影响井身结构设计的主要因素分析

影响井身结构设计的主要因素分析 摘要：井身结构设计是钻井设计的重要内容之一。合理的井身结构设计能最大限度的避免喷、漏、塌、卡等工程事故的发生，保证钻井作业安全顺利进行，减少钻井费用，降低钻井成本。影响井身结构设计的因素很多，着重分析了钻井工程因素对井身结构设计的影响，并引入了必封点的概念，为合理设计井身结构提供了有效途径。 关键词：井身结构必封点影响因素分析 井身结构设计的主要任务是确定套管的下入层次、下入深度。井身结构设计的合理性在很大程度上依赖于设计者对钻井地质环境（包括岩性、地下压力特性、复杂地层的分布、井壁稳定性、地下流体特性等）的认识程度和钻井装备条件（套管、钻头、井口防喷装置、钻具等）以及钻井工艺技术水平（钻井液工艺、注水泥工艺、井眼轨迹控制技术、操作水平等）的掌握程度。随着钻井装备条件的日益改善以及钻井工艺技术的不断引进和发展，人们对钻井地质客观规律的认识加深，原有的根据地层孔隙压力剖面和破裂压力剖面设计井身结构的模式已不能很好地适应现代钻井条件，需要改进和更新，以获得更加合理的井身结构。 一、井身结构设计原则 1.能有效地保护油气藏，尽量采用较低钻井液密度，减小产层污染； 2.能避免喷、漏、塌、卡等井下复杂情况； 3.当发生溢流时，具有压井处理溢流的能力，在井涌压井时不压漏地层； 4.下套管过程中，井内钻井液液柱压力和地层压力之间的差值不致产生压差卡套管； 5.尽可能提高机械钻速、减小成本； 6.有利于井眼轨迹控制，有利于精确中靶。 通常需要封隔并保护淡水层和非固结地层；封隔块状的蒸发岩（蒸发盐）和易出事故的页岩层段；在钻异常高压层段前先封隔易漏失层位；在钻正常压力层段时先封隔异常高压层；不同压力层系地层或需采用密度相差较大的钻井液来控制的地层不应处于同一裸眼段；避免过长的裸眼。 二、影响井身结构设计的主要因素 1.钻井地质方面的因素

井身结构的基本知识

井身结构的基本知识 井身结构的基本知识 搜刮了点井身结构的基本知识与大家共享 一、井身结构设计所需要的基本钻井地质环境 资料 二、井身结构设计基本参数的确定 三、井身结构设计方法 （一）需要的基本钻井地质环境资料 地质分层及地层岩性剖面 地区钻井事故统计剖面 卡钻、坍塌、井漏、异常压力等 地层孔隙压力剖面 地层坍塌压力剖面 地层破裂压力剖面 井身结构设计的合理与否,其中一个重要的决定因素是设计中所用到的抽吸压力系数、激动压力系数、破裂压力安全系数、井涌允量和压差卡钻允值这些基础系数是否合理。1、抽吸压力系数Sb和激动压力系数Sg的确定 a.收集所研究地区常用泥浆体系的性能，主要包括密度、粘度以及300转和600转读数。 b.收集所研究地区常用的套管钻头系列、井眼尺寸及钻具组合。 c.根据稳态或瞬态波动压力计算公式，计算不同泥浆性能、井眼尺寸、钻具组合以及起下钻速度条件下的井内波动压力，根据波动压力和井深计算抽吸压力和激动压力系数。 2、破裂压力安全系数Sf的确定 Sf是考虑地层破裂压力预测可能的误差而设的安全系数，它与破裂压力预测的精度有关。直井中美国取Sf=0.024 g/cm3，中原油田取Sf=0.03 g/cm3。在其他地区的井身结构设计中，可根据对地层破裂压力预测或测试结果的信心程度来定。测试数据（漏失试验）较充分、生产井或在地层破裂压力预测中偏于保守时，Sf取值可小一些；而在测试数据较少、探井或在地层破裂压力预测中把握较小时，Sf取值需大一些。一般可取Sf=0.03～0.06 g/cm3。 收集所研究地区不同层位的破裂压力实测值和破裂压力预测值。 根据实测值与预测值的对比分析，找出统计误差作为破裂压力安全系数。 3、关于井涌允量Sk的确定 a.统计所研究地区异常高压层以及井涌事故易发生的层位、井深和地层压力值。 b.根据现有地层压力检测技术水平以及井涌报警的精度和灵敏度，确定允许地层流体进入井眼的体积量（如果井场配有综合录井仪，一般将地层流体允许进入量的体积报警限定为3～5m3）。

井身结构设计规范标准

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b S 和激动压力g S 一般取3(0.0150.040)/g cm : 2.2.2地层破裂压力当量密度安全允许值f S 一般取30.03/g cm 2.2.3溢流允许值k S 根据井控技术水平确定，一般取3(0.050.10)/g cm : 2.2.4正常压力地层压差卡钻临界值n p ?，一般取(1215)MPa :，异常压力地层压差卡钻临界值(1520)MPa : 3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）。 max m p ρρρ≥+? （1） 式中： m ρ——钻井液密度，3/g cm ； max p ρ——裸眼井段最大的地层孔隙压力当量密度，3 /g cm ；

ρ?——钻井液密度附加值，3/g cm 。 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）。 (){ }max max max max ,m p c ρρρρ=+? （2） 式中： max m ρ——裸眼井段最大钻井液密度，3/g cm ； max p ρ——裸眼井段最大的地层孔隙压力当量密度，3 /g cm ； ρ?——钻井液密度附加值，3/g cm ； max c ρ——裸眼井段最大地层坍塌压力当量密度，3/g cm 。 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）。 max max bn m g S ρρ=+ （3） 式中： max bn ρ——正常作业时最大井内压力当量密度，3/g cm ； max m ρ——裸眼井段最大钻井液密度，3/g cm ； g S ——激动压力当量密度，3/g cm 。 3.2.2发生溢流关井时的最大井内压力当量密度见式（4）。 max max m ba m k x D S D ρρ=+ ? （4） 式中： max ba ρ——发生溢流关井时的最大井内压力当量密度，3/g cm ； max m ρ——裸眼井段最大钻井液密度，3 /g cm ； m D ——裸眼井段最大地层孔隙压力当量密度对应的顶部井深，m ； x D ——裸眼井段最浅井深，m ； k S ——溢流允许值，3/g cm 。

架空层土体支模工法模板

架空层土体支模工 法 1

架空层土体支模施工工法 1、前言 随着社会主义现代化建设的快速发展，人民生活水平的不断提高，工业建筑与民用建筑数量急剧增多，建筑业飞速发展，带动了建筑市场的不断扩大和工程建设规模的不断扩大。新工艺、新技术、新材料、新设备都不断涌现，工程施工中新技术、新工艺也不断得到完善。建筑施工过程中从社会效益、经济效益出发，施工技术也在不断翻新，架空层土体支模施工就是一个很好的例子。架空层土体支模施工充分利用当地资源，节约模板用量，缩短工期，减少社会资源、保护环境，创造经济效益。采用土体支模施工的方法达到预计效果。 随着各行各业标准化、规范化、科学化、品质化的不断加强，建筑地面层架空的要求也越来越高。为了缩短施工工期，同时响应政府节能环保要求的号召，在解决工程实践问题同时为达到环保创造经济效益，我们在施工过程中提出采用土体支模的施工方法。 2、工法特点 2.1该工艺采用密实的土体填高至相应高度后加砼隔离层代替模板，砼结构完成待结构实体强度达到规范要求后再卸土处理，以保证达到设计要求。 2.2施工难点：土体需确保稳定，隔离层需要封闭密实，同时在大面积的土体上直接施工砼隔离层平整度控制难度比较大。 2.3能够省去模板材料、支架安拆费用，减少社会资源的利用和能源的消耗，缩短施工工期同时满足设计和施工要求，环保效果和经济效益明显。 3、适用范围 该工艺适用于：

（1）大面积的厂房、土质较好（特别是砂性土）地区建筑物（构筑物）地面架空工程。 （2）地面需要架空，但净空又不大，无法满足拆模要求的钢筋混凝土楼板。 4、工艺原理 利用密实的回填土加砼隔离层代替支设模板系统。 5、施工工艺程序及操作要点 5.1、工艺流程 对已经完成的基础工程成品（基础柱、承台、地梁等）进行保护按照 设计、施工技术规范的要求进行分层压实回填土至设计标高 平整度控制 标高复核隔离层施工首层结构板施工结构板下卸土 5.2、施工工艺 5.2.1 施工准备 5.2.1.1 施工前项目部根据土胎模专项安全施工方案结合工程实际编制详细的施工作业指书，并对项目部施工管理人员及操作人员进行技术交底。 5.2.1.2 施工前项目部准备好施工所要的挖土机、推土机、振动压路机、夯土机、水准仪等，施工机具还应做好质量检查。 5.2.1.3 施工前做好砼隔离层的级配单，水泥、砂石等原材料。 5.2.1.4 组织好施工作业技术指导人员和相应的作业人员。 5.2.1.5 施工回填土前做好基础工程的成品保护工作。 5.2.2 施工程序（见下图）

检查井工程施工设计方案

检查井、雨水口及雨水口支管施工方案 一、工程概况 由于有关环保政策的规定，排水构筑物禁止使用粘土砖，又考虑到甲方要求雨水系统可以作为雨洪综合利用系统的可能，本工程雨水检查井采用钢筋混凝土结构，污水检查井根据图纸要求亦采用钢筋混凝土结构，雨、污水检查井井筒采用页岩砖砌筑。井室浇注混凝土以支钢模为主，在排水管进出口位置，因钢模无法施工，改用竹胶板取代钢模板。根据图纸要求检查井盖采用五防井盖。 路面排水采用雨水口、支管接入雨水干线排除路面水，雨水口连接管管径D＝300mm；连接管的纵坡度不小于1％，根据图纸设计，约有半数以上支管将引入混凝土井室内，其它可引入砖砌井筒内，有支管进入的井室，在支模时需以竹胶板取代管口位置的钢模板；道路基层内支管回填采用C25混凝土满包。 二、施工工艺 2.1现浇检查井的施工工艺： 基坑验收浇筑垫层砼绑扎井室总体钢筋骨架浇筑井室底板砼支侧墙模板浇筑砼拆模砌筑流水槽安装砼井盖板抹八字灰养护砌筑井筒安装井盖。 2.1.1基底的验收和处理：目的主要是确保基底的高程和承载力。首先根据设计图纸要求采用机械开挖检查井处基坑（随沟槽开挖一起进行），基坑周边采用自然放坡，坡度为1：0.33，基坑底部的宽度要同时满足支模板和操作的需要。清底时采用人工进行，清完基底后，

对高程进行复核，同时邀请勘察单位、监理方一同对基底的承载力和土质进行验核，承载力采用钎探技术，验收基底的承载力，承载力要大于130Kpa。若不满足规范要求，需要采用天然砂砾换填法或石灰土法进行加固处理，直至承载力合格。 2.1.2井底垫层浇筑：测量人员测放出井室的准确位置，然后支垫层模板，浇筑垫层混凝土，垫层混凝土的厚度为10cm，强度等级为C15。 2.1.3绑扎井室主体钢筋：在相关各干支管线以及支管的高程均已确定的情况下，即可进行井室钢筋的绑扎工作，应在绑扎井身钢筋网时连同管口位置一起确定，在浇注混凝土前将管身按要求插入钢筋网内就现状帮扎，并凿毛其表面（如雨水口支管，雨水口支管进井处井壁钢筋配置要咨询设计）。若各管线已完成，应直接就现状绑扎，同时要对埋在井身里的管外表面进行凿毛（如雨、污水干、支线）。伸入井室的管端应平整完好。井室钢筋帮扎好后，再绑扎踏步，踏步安装前刷防锈漆，并及时检查踏步的上下，左右间距及外露尺寸，保证位置准确无误后浇注混凝土。 钢筋在场外加工，现场绑扎成型；钢筋的接头采用绑扎接头；钢筋的加工绑扎按有关钢筋混凝土施工技术规程进行。为了加强井室的整体性，根据设计图纸要求，整个井室的钢筋网一次性绑扎完毕：井底和井墙的受力钢筋作为整根钢筋进行加工，首先给每一根钢筋进行编号，然后根据图纸设计计算出每一根钢筋的长度，在加工厂切断弯曲成设计形状，在井室基坑现场按照放样对照编号进行绑扎成型。在