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第七章 固井与完井

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中国石油大学钻井工程第七章+固井与完井张辉

中国石油大学钻井工程第七章+固井与完井张辉
一般情况下，在新探区，取以上 （1）、（2）两种条件下D21较大值。
2、验证中间套管下到 深度D21是否被卡 （1）首先求裸眼可能存在的最大静压差（最小地层压力处）：
P ( pmax Sb pmin ) Dmin 0.00981
ρpmax ：钻进至D21遇到的 最大地层压力当量泥浆密度。 ρpmin ：钻进至D21遇到的 最小地层压力当量泥浆密度。
由 P ( pmax Sb pmin ) Dmin 0.00981
P (1.57 0.036 1.07)3050 0.00981 16.037MPa
因ΔP ＞ ΔPN = 12 MPa, 故中间套管下深应浅于初选点。
pper
PN 9.81103 Dmin
p min
Sb
12 0.00981 3050
Fm
n i 1
qi Li (1
d s
) 103
n
qmi Li 103
i 1
kN
qmi — 第 i 种套管在钻井液中单位长度的重力，N/m ;
Li — 第 i 种套管的长度， m ；
四、裸眼井段应满足的力学平衡
（4）防关井井漏
d max S f Sk Dpmax / Dc1 fc1
最大地层 孔隙压力 所处的井 深
套管 下入 深度
套管鞋处地 层破裂压力 的当量泥浆 密度
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 井方法。
1、求中间套管下入深度初选点 D21
由ρf曲线查得 f 850 1.74g / cm3, fE f 850 ,
故确定 D1 = 850 m。
P254 例题
作业
课堂回顾
• 平衡压力钻井、欠平衡压力钻井 • 压力控制：关井－压井 • 井身结构设计

固井与完井

固井与完井
固井与完井
1 固井
如 何 形 成 ?
oil zone
1 固井
井身结构的概念


井身结构的内容包括： 下入套管的层次、直径、深 度； 各层套管所对应的钻头尺寸； 各层套管的水泥返高。
合理的井身结构应既能满足钻井 和采油工艺的要求，又要符合节约 钢材和水泥、降低钻井成本的原则。
1 固井
3 试油
常用计量方法有： 计量标定罐 刮板流量计 油井计量 涡轮流量计 孔板流量计 气井计量 涡轮流量计
思考题
1.井身结构的内容? 2.固井的目的与作用? 3.套管串的主的部件? 4.注水泥的工艺过程? 5.注水泥的主要设备? 6.完井的工艺过程有哪些? 7.常用的完井方式有哪几种? 8.试油常用的计量仪器有哪些?

钻表层井眼时将钻井液从地表引导到钻井装置 平面上来形成可控循环。 在坚硬的岩层中一般为10-20m，在沼泽地 区可达上百米。
☆表层套管（表套）
目的： • • 封隔上部松软的复杂地层，防止淡水层污染； 安装套管头和井口装置，并通过套管头悬挂和支 撑后续各层套管。
表层套管为井中最外层套管，下入深度视地层 情况而定，一般为几十～几百米。 注水泥浆时，管外的水泥浆通常要返至地面， 使套管与地表地层牢牢的固结在一起，以达到固结 并封隔地表松软不稳定的地层、防止井中流体污染 表层的目的。
☆油层套管/生产套管（油管）
目的：
• 将不同压力的油气水层与其它地层分开，形成油气通 道，保证油气生产，满足开采或增产措施的要求； • 便于进行分层开采； • 保护井内设备。
油层套管为井中最里层管柱，下入深度取决于目 的层（油气产层）的深度和完井方式。 注水泥浆时，油层套管外的水泥浆返高一般应 达到所封隔油气层以上200m；但对高压气井则将水 泥浆返至地面。

第七章 固井和完井-修缮加固与改造-

第七章 固井和完井-修缮加固与改造-
六、套管尺寸与井眼尺寸选择及配合
套管尺寸及井眼（钻头）尺寸的选择和配合涉及到采油、勘探以及钻井工程的顺利进行和成本。1、设计中考虑的因素、生产套管尺寸应满足采油方面要求。根据生产层的产能、油管大小、增产措施及井下作业等要求来确定。、对于探井，要考虑原设计井深是否要加深，地质上的变化会使原来预告难于准确，是否要本井眼尺寸上留有余量以便增下中间套管，以及对岩心尺寸要求等。、要考虑到工艺水平，如井眼情况、曲率大小、井斜角以及地质复杂情况带来的问题。并应考虑管材、钻头等库存规格的限制。2、套管和井眼尺寸的选择和确定方法、确定井身结构尺寸一般由内向外依次进行，首先确定生产套管尺寸，再确定下入生产套管的井眼尺寸，然后确定中层套管尺寸等，依此类推，直到表层套管的井眼尺寸，最后确定导管尺寸。、生产套管根据采油方面要求来定。勘探井则按照勘探方面要求来定。、套管与井眼之间有一定间隙，间隙过大则不经济，过小会导致下套管困难及注水泥后水泥过早脱水形成水泥桥。间隙值一般最小在9.5～12.7mm（3/8～1/2in）范围，最好为19mm（ 3/4in）。3、套管及井眼尺寸标准组合目前国内外所生产的套管尺寸及钻头尺寸已标准系列化。套管与其相应井眼的尺寸配合基本确定或在较小范围内变化。图3-8-1-4给出了套管和井眼尺寸选择表。使用该表时，先确定最后一层套管（或尾管）尺寸。表的流程表明要下该层套管可能需要的井眼尺寸。实线表明套管与井眼尺寸的常用配合，它有足够的间隙以下入该套管及注水泥。虚线表示不常用的尺寸配合（间隙较小）。如选用虚线所示的组合时，则须对套管接箍、泥浆密度、注水泥及井眼曲率大小等应予注意。
例1．某井井深H=4400m，地层孔隙压力梯度及破裂压力梯度剖面见图3-8-1-5。设计给定：Sb=0.036g/cm3；Sg=0.04g/cm3； Sk=0.06g/cm3；Sf=0.03g/cm3；

第七章 固井与完井

第七章 固井与完井

井 涌 允 量 Sk ：0.05 ～0.08 g/cm3
发生溢流关井
压 差 允 值 p ： PN = 15～18 MPa ，
后，井口回压 在溢流井深处
PA = 21～23 MPa
的当量钻井液
密度。
第一节 井身结构设计
三、套管层次和下深的设计计算方法
1. 基本思路
依据两个压力剖面，以保证
井 深
钻进套管以下的井段时的最大井
第二节 套管柱强度设计
二、套管柱的受力分析
1. 轴向拉力的计算
★ 套管柱所受到的轴向力主要是套管自重产生的轴向拉力。因此，在常规 的套管柱设计中，轴向拉力一般按套管的重力计算。其它一些轴向载荷，如 弯曲应力引起的附加拉力、动载荷、注水泥引起的附加拉力、摩阻力等，一般 考虑在安全系数之内。
★ 在定向井、大斜度井、水平井的弯曲井段，要加上弯曲应力引起的附加 拉力。
第七章 固井和完井
本章主要内容：
● 井身结构设计 ● 套管柱强度设计 ● 注水泥工艺技术 ● 钻开生产层技术 ● 完井方法及井底结构
第一节 井身结构设计
一、套管的类型
1. 表层套管
☆ 用途：1）封隔地表浅水层及浅部疏松和 复杂地层，防止井漏。2）安装井口、悬挂和支 撑后续各层套管。
☆下深：根据地表状况和地层压力特性确定。
P 9 .8 1 1 3 ( 0 d p m ) D m in iP n N ( P A ).....7 . .4 ..).(.
如果在下套管的井段内，最小地层压力在正常地层压力层段，则计算井深 Dmin应取正常压力层段的最低点。因为在该点处的压差最大。
如果在下套管的井段内，最小地层压力在异常压力层段，并在不同井深处存 在多个相差不大的最小地层压力，则应分别计算压差，取其中的最大压差，一 般在井深最大处。

固井、完井与试油

固井、完井与试油
多学科交叉融合
未来固井、完井与试油技术的发展将更加注重多学科交叉 融合，包括地质学、物理学、化学、材料科学等领域，为 解决技术难题提供更多思路和方法。
谢谢观看
利用数字化技术，实现远程控制和智能化操作，提高试油效率。
环保试油技术
在试油过程中，注重环境保护，减少对地层和周边环境的污染。
04
固井、完井与试油的关 系
三者之间的相互影响
01
固井对完井的影响
固井是完井的基础，固井质量的好坏直接影响到完井的顺利进行。固井
的目的是封隔地层，防止地层流体互相渗透，为完井提供良好的基础。
固井的工艺流程
下套管
将套管下入井眼，并固定在预 定深度。
候凝
等待水泥浆凝固，期间需进行 加压、循环等操作，以确保水 泥浆充分凝固。
钻井准备
在钻达设计深度后，进行通井、 洗井等作业，确保井眼畅通无 阻。
注水泥浆
将水泥浆注入套管和井壁之间 的环形空间，以固定套管并封 隔地层。
起出套管
待水泥浆完全凝固后，将套管 起出井眼。
试油前的准备
包括钻井、测井等 前期工作，确保井 筒干净、无阻。
诱流
通过加压等方式， 使油、气、水层中 的流体流入井筒。
封堵
对已测试的层位进 行封堵，确保其他 层位不受影响。
试油技术的发展趋势
高压、高温、高含硫化氢等复杂油气藏的试油技术
针对复杂油气藏，发展相应的试油技术，提高测试成功率。
数字试油技术
完井技术的发展趋势
智能化完井
环保型完井
利用物联网、大数据等技术手段，实现完 井过程的智能化监测与控制，提高生产效 率和安全性。
注重环境保护，采用低毒、环保的化学剂 和材料，降低对环境的污染和破坏。

《固井与完井》课件

《固井与完井》课件
能节约油井的投资、缩短建造周期、减小井外占地。
固井与完井的挑战与解决方案
1
难点
需要在井下完成工作，不同的地层和介质需要不同的技术和工具。
2
解决方案
引入网络、AI和机器学习技术，以改进工效和精度，并开发更好的工具和设备。
3
难点
成本高。
4
解决方案
提高研发水平，简化流程，优化成本。
5
难点
开采难度大。
固井的重要性与目的
确保井下安全
防止井壁塌陷，防止井下物质 泄漏。
维持井型
保持井壁的固定，确保井型和 完井的有效性。
加强流体控制
控制地层油气和水的流动，以 及砂、泥浆和黏土等井下杂质 的管控。
固井的基本步骤
1
配制及注入水泥
准备好所需的混合物，注入沉淀后的水泥。
2
放置套筒
在油井中放置一根管子，以容纳水泥。
钻井
用钻具从地面或海底向下钻井。
套管
钻好一个地层后，套管是为了下次在这里钻井时， 能快速的进入下一块地层。
泵抽
将油从地下抽到地上，分离油和水。
常见的固井与完井技术
口径控制井完井
通过多次剖分管柱，让砂层上的油渗透到管柱中。
开孔完井
通过改变油管中的压力，让油在砂层上形成一条缝隙，这样油可以向上流动。
抽油杆完井
3
打开井口
只有在套管放置到位时才可打开井口，使水泥注入井壁。
完井的定义和作用
1 定义
完井是将油管接到天然气或石油井上以便生 产的过程。
2 作用
完井的目的是使井中石油或天然气充分流动， 直到被攫取；可以隔离不同水平的油气，适 当控制产油和产水。
完井的流程与技术

第7章固井、完井与试油

第7章固井、完井与试油

第7章固井、完井主要内容●固井●完井方式●射孔工艺2第一节固井固井定义：在钻出的井眼内下入套管柱，并在套管柱与井壁之间注入水泥浆，使套下套管和注水泥两个过第一节固井一、固井的目的1、安装井口装置，以控制钻进过程中遇到的高压油气水层；2、巩固疏松井段，隔离复杂地层；3、封隔地下油气水层，防止上下串通；4、封隔暂不开采的油气层；5、钻井或作业中出现井喷时，不会因压井而压裂地层；6、为油气生产建立长期稳定的通道。

井身结构(Casing Program)各层套管的作用导管：保护井口附近的表土地层，防止被经常流出的洗井液体冲垮，将钻井液从地下引导到钻井装置平台上来（坚硬岩石中，导管深度仅10-20米，在沼泽地带可能上百米，水泥浆返至地面）。

表层套管：封隔上部松软的易塌、易漏地层，安装防喷器等井口设备，以控制钻开高压层时可能发生的井喷现象（水泥浆通常返至地面）。

技术套管（中间套管）：封隔某些难以控制的复杂地层（易塌、易漏地层等），以便能顺利地钻达预定的生产目的层（水泥浆通常返至要封隔的复杂地层顶部100m以上）。

生产套管（油层套管）：封隔油、气、水层，保证油井的正常生产（水泥浆通常返至要封隔的油气层顶部150m以上）。

1、水泥浆性能水泥浆密度•干水泥密度3.05~3.20•水泥浆密度1.80 ~ 1.90•水灰比：水与干水泥重量之比。

水泥浆的稠化时间水泥浆从配制开始到其稠度达到其规定值所用的时间。

3/cm g 3/cm g3、水泥的外加剂（1）加重剂：重晶石、赤铁粉等，可使水泥浆密度达到2.3 （2）减轻剂：硅藻土、粘土粉、沥青粉、玻璃微珠、火山灰等。

可使水泥浆的密度降到1.45 （3）缓凝剂：丹宁酸钠、酒石酸、硼酸、铁铬木质素磺酸钠、羧甲基羟乙基纤维素等。

（4）促凝剂：氯化钙、硅酸钠、氯化钾等（5）减阻剂：β—奈磺酸甲醛的缩合物、铁铬木质素磺酸钠、木质素磺酸钠等。

（6）降失水剂：羧甲基羟乙基纤维素、丙烯酸胺、粘土等。

固井完井课件说明书

固井完井课件说明书

石油天然气集团公司计算机辅助教学课件
课件研制人员：林英松丁岗范楷冯春法
李志刚廖华林张宏军
课件名称：固井与完井工程
石油大学（华东）
内容简介：《固井与完井工程》课件，用于石油工程专业必修课《钻井工程理论与技术》的教学。

课件内容在现行教
材的基础上，进行了较多的补充和扩展。

也可以作为实
践教学、辅助教学环节的电子教材和多媒体教学工具。

目前，在教学过程中，固井设备及工具的工作流程、注水泥与射孔的工艺流程等，由于教学条件的限制，一
般很难讲述清楚。

本课件在文字、图片的基础上，辅以
大量现场施工的视频和动画内容，可以形象、直观地展
示各部分内容，对学生深入地理解专业知识十分有利。

系统需求：P133、32M内存以上的计算机，并具有多媒体套件；
在WINDOWS95(98)平台上运行。

使用说明：本课件全部内容分部在二张光盘上，都不需要安装，直接在光驱下运行“固井与完井工程”图标即可，再按
照主菜单的内容，根据需要，进行有选择地学习。

联系地址：山东省东营市石油大学（华东）石油工程系列电教中心邮政编码：257062
电话：（0546）8393754 8391044，。

固井完井与试油

固井完井与试油
薄金属带连起来,直接下井射孔。
聚能式射孔器
最常用,是利用炸药爆轰得聚能效应产生得高温
高压高速聚能射流来射穿套管、水泥环及地层,完成
射孔作业。

按结构分有枪身射孔器和无枪身射孔器两类,核心
组成部分是聚能射孔弹。
1)聚能射孔弹
根据火药爆燃时聚能效应原理制造得,不同形状火药在
爆燃时能量传递方式不同。主要由弹壳、主炸药、引
•与电缆传输射孔器差别不大,上世纪80年代引进。
油管输送式射孔特点
(1) 采用射孔效率强、大直径、高孔密、深穿透射孔器。
(2) 不回收射孔枪,整个枪串得完全引爆是关键。
(3) 大井段射孔时,枪与枪现场连接,要求射孔器接头连接
方便、可靠,连接长度要短,以减少射孔盲区。
(4) 作业时间相对增长,要求射孔器有更好耐温性能
生产准备
压井
1、平整井场; 2
、安装井架。
1、自喷油气井:“压稳油气层,
压而不死,活而不喷”
2、、非自喷油气井:采用清水
或其它压井液压井。
1、替喷法
2、抽汲法
3、提捞法
4、气举法
5、地层测试
试油工序
一、通井
目得:一是清除套管内壁上粘附得固体物质,
如钢渣、毛刺、固井残留得水泥等;二是检查套
管通径及变形、破损情况;三是检查固井后形成
油气显示等资料,利用一套专用得设备和方法,对可能
出油得层位得油气水产量、温度、压力及油气水性质
进行直接测量,以鉴别和认识油气水层得工作。
试油目得:
为勘探开发提供依据
试油时,下入油管。
一、试油得任务及工作内容
主要任务:
(1)了解储层及流体性质,为附近同一地层得其它探井提供重

《钻井与完井工程》课件——7固井.

《钻井与完井工程》课件——7固井.
特点：瞬时地、单一地作用在套管上。
产生原因：
起下钻时速度变化产生的动载 阻、卡套管时提拉动载 摩擦动载 碰压动载 密度差产生的附加拉力
18
一、套管外载分析与计算 作用在套管上的主要载荷应是：
轴向力：自重、浮力 外挤压力 内压力
19
一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 管外钻井液液柱压力:（水泥不返
12
第一节 套管及套管柱强度设计
13
序言
套管柱的主要功能 对套管的要求
抗挤 抗拉 抗内压
圆度 壁厚均匀性 抗腐蚀 最小的流动阻力
密封
良好的上扣性能及重复互 换性能
耐磨（硬度指标）
14
序言
套管柱的组成 由不同强度的套管段组成
原因：
套管受到各种类型外力作用，须具有一定 强度。 外载大小、类型不同，所需的强度要求也 不同，须有一系列不同尺寸、不同强度的 套管。即套管系列。
➢ 候凝时间通常为24小时或48小时，也有72小时或几小时的 ，候凝时间的长短视水泥浆凝固及强度增长的快慢而定。 候凝期满后。
测井进行固井质量检测和评价
7
概述
（a）
（b）
（c）
（d）
（e）
图7-2 注水泥工艺流程示意图
（a）循环钻井液 （b）注隔离液和水泥浆 （c）替浆 （d）替浆 （e）碰压
1——压力表 2——上胶塞 3——下胶塞 4——钻井液 5——浮箍 6——引鞋
因此，要计算支撑内压力，首先要知道漏失面的深度。
24
一、套管外载分析与计算
1.径向外挤压力 （2）支撑内压力
HL Hn
漏失面深度确定：假设下一次钻进钻至下 一层套管的下入深度（下一井段的目的井 深）时发生井漏，并假设漏失层的孔隙压

固井完井和试油

固井完井和试油
它是下在表层套管与油层之间的。 可以下多层，也可以不下，由具体情况条件而定。
浅井：地质条件不复杂，技术套管少或没有
深井：地质条件复杂，技术套管层多。 技术套管保证满足不等式Pf≥Pd≥Pp。
4、油层套管：油井钻完以后下的最后一层套管，直径最 小。 功用以封隔油、气、水层，以及不同物性的油气 层，以利于分层开采，防止底水并形成生产通道，或
(二)、井身结构 定义：是指1）下几层套管，即套管层次、尺寸；2）各层套的 直径是多少及各下多深。3）各层套管的水泥返高多少；4）
套管、钻头直径如何配合，井身结构设计是钻井工程设计的 基础设计，是实施，如图8-1。
钻井液出口 导管 套管 水泥 喇叭口
水泥
(三)、各层套管的功用 1、导管：它不属于井身结构各层套管之内。钻进时需要循环钻 井液，返出的钻井液要经过振动筛、钻井液槽等固控设计流 回，这就需一个高度。这时就是利用导管将钻井液出口抬高。 导管是薄壁管子，下入导管坑中用水泥砂浆固定。 2、表层套管：为了控制溢流、井喷等紧急情况，需要安装井口 防喷装置。这些装置就安装在表层套管上。井喷关井时的巨 大向上载荷就由表层套管承担。它是无缝钢管，是第二次下 入井内的套管，直径最大。 它的功用是：1）安装井口，承担井喷关井时的向上载荷。 2）承担以后几层套管的部分重量。 3）加固地表层松软土层、流砂层，保证钻井
二、下套管
(一)、套管柱的外载 1、轴向载荷：主要是拉力。拉力过大，将引起连接丝扣（圆
扣）被拉坏而断裂。而管体被拉断的情况很少，不允许存在 轴向压力，只在较少场合下出现受拉压力（为什么？防止弯 曲，不居中） 1）浮力：套管在井内钻井液中因管体排开钻井液而受到浮力。 套管受浮力的效果可以认为是套管的线密度因浮力作用而变 小，其影响用浮力系数计算，表示管柱受浮力后剩余重量为 其在空气中重要的百分数。

第7章 固井与完井

第7章 固井与完井

7.2 完井工程
3. 防砂完井法 (1) 裸眼砾石充填完井 钻开产层之前下套管固井，钻 开产层并在产层段扩眼，下筛管， 井眼与筛管间环空充填砾石。
砾石和筛管对地层的出砂起阻
挡作用。
7.2 完井工程
(2) 套管砾石充填完井 在套管射孔完井的出砂井段下筛管，
筛管和油层套管之间环空中充填砾石。
砾石直径：6～8 倍砂粒中径 砾层厚度：≥8 倍砾石直径 裸眼砾石充填砾层厚 ≥30mm 套管砾石充填砾层厚 ≥15mm
第7章 固井与完井
7.1 固井工程 7.2 完井工程
7.1 固井工程
在钻出的井眼内下入套管，并在套管柱 与井壁之间注上水泥浆，使套管与井壁
固结在一起的工艺过程。
7.1 固井工程
一、目的
1. 安装井口装置(防喷器)：(表层套管)。 2. 巩固疏松井段：(技术套管)。
3. 保证遇到井漏、井喷而压井时，不会压裂上部地层(井漏、更
(1) 先期裸眼完井
先下套管固井，后打开储集层。一 般结构距产层20m左右。 (2) 后期裸眼完井 先打开储集层，后下套管至产层以
上固井。
ห้องสมุดไป่ตู้
7.2 完井工程
2. 射孔完井法 国内外最为广泛和最重要实用的 一种完井方法。包括套管射孔完井和 尾管射孔完井。
工艺步骤：
钻穿油层至设计井深，下油层套管 至油层底部注水泥固井，射孔，射孔 弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层 某一深度，建立起油流的通道。
① 导管(必须有，但不属于井身结构之列)
② 表层套管：安装井口防喷器之用 ③ 技术套管：
按可能使用的最大泥浆密度考虑其深度，保护可能被压 裂的地层。
封隔复杂地层。
④ 油层套管

钻井工程理论与技术 第七章 固井和完井

钻井工程理论与技术 第七章 固井和完井
ρ pper
∆PN = + ρ p min − Sb 0.00981Dmin
在地层压力曲线上找出 的下深 D 。 2
ρpper 所在的深度即为中间套管
3、求钻井尾管下入深度的初选点 D 、 31
根据中间套管鞋处的地层破裂压力当量密度 ρ f 2 ，求 出继续向下钻进时 裸眼井段所允许的最大地层压力当量密度： 裸眼井段所允许的最大地层压力当量密度：
五、井身结构设计方法 1、求中间套管下入深度的初选点 、 （1）不考虑发生井涌 ） 由 ρf = ρpm + Sb + Sg + S f ax 计算出 ρf ，在破裂压力曲线上查出 ρf 所在的井 即为中间套管下入井深的初选点。 深 D ，即为中间套管下入井深的初选点。 21 （2）考虑可能发生井涌 ） 由 ρf = ρpm + Sb + S f + Sk * Dpm / D ax ax 21 用试算法求 D ；先试取一个 D ，计算 ρf ， 21 21 比较， 将计算出的 ρf 与 D 所查得的 ρf 比较，若计算值与实 21 际值相差不大且略小于实际值， 际值相差不大且略小于实际值，可以确定 D 为中间套管 21 的初选点，否则，重新进行试算。 的初选点，否则，重新进行试算。 一般情况下，在新探区，取以上（ ）、（ ）、（2） 一般情况下，在新探区，取以上（1）、（ ）两 的较大值。 种条件下的 D 的较大值。 21
：最小地层孔隙压力所处的井深，m （当有多个最小 最小地层孔隙压力所处的井深， 地层压力点时，取最大井深） 地层压力点时，取最大井深） • 若 ∆P < ∆P ，则确定 D 为中间套管的下入深度 D 。 21 2 N • 若 ∆P > ∆P ，则中间套管应小于初选点的深度，需根据压 则中间套管应小于初选点的深度， N 差卡钻条件确定中间套管的下深。 差卡钻条件确定中间套管的下深。 求在压差 ∆P 条件下所允许的最大地层压力为： N 条件下所允许的最大地层压力为：
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第一节 井身结构设计
二、设计内容、原则及依据
1. 设计内容
（1）套管层次和下入深度 （2）套管和井眼尺寸的配合 （3）水泥返高
2. 设计原则
（1）有效地保护油气层； （2）避免漏、喷、塌、卡等井下复杂事故的发生，保证安全、快速钻进； （3）钻下部高压层采用重钻井液所产生的井内压力，不致压裂上层套管鞋 处最薄弱的裸露地层； （4）下套管过程中，井内钻井液液柱压力和地层压力间的压差不致于压差 卡套管； （5）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 压井处理溢流的 能力。
第二节 套管柱强度设计
一、套管和套管柱
1. 套 管
（1）结构特点 优质无缝钢管，一端为在管体上车制的公扣，一端为带母扣的套管接箍。 （2）尺寸系列（API 标准） 直径：4 1/2”，5”，5 1/2”，6 5/8”，7”， 7 5/8”，8 5/8”，9 5/8”， 10 3/4"，11 3/4"，13 3/8"，16"，18 5/8"，20"；共14种。 壁厚：5.21～16.13 mm。 （3）钢级（API 标准） H-40，J-55，K-55，C-75，L-80，N-80，C-90，C-95，P-110，Q-125。 数字×1000为套管的最小屈服强度 kpsi。
★ 在定向井、大斜度井、水平井的弯曲井段，要加上弯曲应力引起的附加 拉力。
由（7-2）式或（7-3）式，结合地层破裂压力剖面图可确定技套下入深度 的初选点 D21 。 注意：根据（7-3）式计算初选点时，要采用试算法。
第一节 井身结构设计
三、套管层次和下深的设计计算方法
2. 计算方法及步骤
（2）验算技套下到初选点 D21 时是否卡套管 卡套管的条件是：在下套管的井段内，钻井液液柱压力与最小地层压力的 差（最大压差）大于压差允值，即：
第一节 井身结构设计
三、套管层次和下深的设计计算方法
2. 计算方法及步骤
（3）计算尾管下入深度的初选点并校核是否压差卡套管
在技套实际下入深度小于初选点的情况下，需要下一层尾管（称为钻井尾 管），其下入深度初选点确定如下：
由破裂压力曲线，可得到技套套管鞋 D2处的破裂压力当量密度 f 2。按 照 “钻进套管以下井段的最大井内压力不能压裂上一层套管鞋处的裸露地层 ” 的原则，由（7-3）式可求得钻进下尾管井段时所允许的最大地层压力梯度 ： D pper f 2 Sb S f 31 S k .......... .......... ......(7 6) D2
△P=（1.57+0.036 - 1.07）×3050×0.00981=16.037 MPa 因 △P > △PN =12MPa，故中间套管下深应浅于初选点。
由：
pper
pper
p N 0.00981Dmin
p min Sb
12 0.009813050
1.07 0.036 1.435g / cm3
第七章 固井和完井
本章主要内容：
● 井身结构设计 ● 套管柱强度设计
● 注水泥工艺技术
● 钻开生产层技术 ● 完井方法及井底结构
第一节 井身结构设计
一、套管的类型
1. 表层套管
☆ 用途：1）封隔地表浅水层及浅部疏松和 复杂地层，防止井漏。2）安装井口、悬挂和支 撑后续各层套管。 ☆下深：根据地表状况和地层压力特性确定。
D31 D2
Sk
D31 3200
0.06
试取 D31=3900m ，代入上式算得： pper=2.011g/cm3 ；由地层压力曲线 查
得ρp3900=1.94 < pper=2.011 g/cm3 ，且相差不大，故确定初选点
D31=3900m。 （4）校核是否会卡尾管
计算压差： △P=（1.94+0.036 - 1.435）×3200×0.00981=16.98 MPa 因为△P< △PA，故确定尾管下深为D3=D31=3900m。
结合地层压力剖面图，用试算法可得到尾管下深的初选点D31 。 校核是否发生压差卡尾管，方法同（2）。若不卡套管，则： 当 D31 D21，取： D3 D21 ； 当 D31 D21，按上述方法再设计一层尾管。
第一节 井身结构设计
三、套管层次和下深的设计计算方法
2. 计算方法及步骤
（4）计算表层套管下入深度 设计计算方法与技术套管的相同。 需要说明： 1）根据两个压力剖面设计套管层次和下深，可能出现不需要表套的情况 。此时应根据地表地层情况、井深和地层压力特性等，根据经验和要求确定 表套深度。
发生溢流关井 后，井口回压 在溢流井深处 的当量钻井液 密度。
压 差 允 值 p ： PN = 15～18 MPa ，
PA = 21～23 MPa
第一节 井身结构设计
三、套管层次和下深的设计计算方法
1. 基本思路
依据两个压力剖面，以保证 钻进套管以下的井段时的最大井 内压力梯度不压裂该套管鞋出最 薄弱的裸露地层为原则，从全井 最大地层压力梯度处开始，由下 向上确定套管的层次（技术套管 和表层套管）和各层套管的下入 ）确定表层套管下深 D1
fE p 2 Sb S f
1.435 0.036 0.03
D2 D1
Sk 0.06
3200 D1
试取D1=850m，代入上式计算得： ρfE=1.737 g/cm3 。
由破裂压力曲线查得ρf850=1.74 g/cm3 ， ρfE < ρf850 ，且相近，故确定 D1=850m。
最后设计结果：
套管层次 套管下深（m）
表层套管 中间套管 850 3200
尾管 3900
生产套管 4400
第一节 井身结构设计
五、套管与钻头尺寸的配合
1. 原则：
（1）套管能顺利下入井眼内，并具有一定的环空间隙柱水泥。固井质量 要求最小环空间隙不能小于 9.5 mm（3/8 in），最好为19mm（3/4 in)，且套 管直径越大，间隙应越大。 （2）钻头能够顺利通过上一层套管。
井 深 表套
破裂压力 技套
地层压力
油套 1.6
1.0
1.3
1.8
当量密度，g/cm3
第一节 井身结构设计
三、套管层次和下深的设计计算方法
2. 计算方法及步骤
（1）计算技套下入深度的初选点 钻进技套以下井段时，井内压力系统应满足以下条件：
平衡地层压力： d max p max Sb .......... .......... .......... .......... ........( 7 1) 防止下钻压裂地层： d max S g S f f min .......... .......... .......... .(7 2) 防止溢流关井时压裂地 层： d max S k D p max D21 S f f min ......(7 3)
（4）螺纹类型（API标准） 短圆（STC）、长圆（LTC）、梯形（BTC）、直连型（XL）
第二节 套管柱强度设计
一、套管和套管柱
2. 套 管 柱
通常由同一外径、同一钢级或不同钢级、不同壁厚的套管组成的管柱，套 管之间靠节箍连接。
二、套管柱的受力分析
轴向拉力：自重、弯曲应力、注水泥附加拉力、动 载 、摩阻等。 井下套管柱的受 力
2. 经验配合关系
★ 长期实践形成的经验配合关系（P 256，图7-3） ★ 国内常用的配合关系：
(17 ½) 13 3/8——(12 ¼) 9 5/8——(8 ½) 5 1/2
（26）20 —（17 1/2）13 3/8—（12 1/4）9 5/8—（8 1/2）7—（5 7/8） 4 1/2 或 5
2）表层套管通常下在正常压力层段，一般不会发生压差卡套管，因此可 不较核。
3. 必封点的确定
对于压力剖面上无法反映的复杂情况，如：易漏易塌层、盐层等，应根据 岩性剖面和钻井经验人为确定。层次和下深视复杂地层的多少和位置确定。
第一节 井身结构设计
四、设计举例
某井设计井深为 4400 m，地层孔隙压力梯度和地层破裂压力梯度剖面如 图7-2。给定设计系数： Sb=0.036 ；Sg=0.04 ； Sk=0.06 ；Sf=0.03；△PA =12 MPa；△PN=18 MPa，试进行该井的井身结构设计。 解：由图上查得， ρpmax=2.04 g／cm3， Dpmax=4250 m．
2. 生产套管（油层套管）
☆ 用途：保护生产层，提供油气流动通道。 ☆下深：根据目的层位置及完井方式而定。
3. 技术套管（中间套管）
☆ 用途：封隔复杂地层，确保安全顺利钻井。 ☆下深：根据复杂层位和地层压力特性确定。
4. 尾管（衬管）
悬挂在上一层套管底部的套管，不延伸到井 口，可减小负荷和降低成本。深井超深井常用。
PN 9.81103 ( pper Sb p min ) Dmin
可得到不发生压差卡套管所允许的最大地层压力的当量密度：
pper
PN
9.8110 Dmin
3
p min Sb .......... .......... (7 5)
在地层压力剖面图上，可找出允许的最大地层压力当量密度对应的最小井 深，即为技套的下入深度 D2（小于 D21）。
在地层压力曲线上查得对应 pper=1.435的深度为3200m。最后确定中间套 管下深为D2=3200m。
第一节 井身结构设计
四、设计举例
（3）确定尾管下入深度初选点D31
由破裂压力曲线上查得： ρf3200=2.15g/cm3；
pper f 2 Sb S f
2.15 0.036 0.03