關(guān)于_套管柱及注水泥設(shè)計]——井身結(jié)構(gòu)設(shè)計--具體設(shè)計.ppt

第二章 套管柱及注水泥設(shè)計,第一節(jié) 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計 第二節(jié) 生產(chǎn)套管尺寸的確定 第三節(jié) 套管柱設(shè)計 第四節(jié) 注水泥技術(shù) 第五節(jié) 復(fù)雜類型井套管柱設(shè)計和注水泥技術(shù)簡介,第一節(jié) 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計,一、套管的類型（套管的層次） 二、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則 三、依據(jù)兩條壓力曲線進行設(shè)計 四、依據(jù)兩條壓力曲線進行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體方法 五、套管尺寸和井眼尺寸的選擇 六、水泥返深設(shè)計 七、現(xiàn)場井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 參考文獻：SY/T5431-1996 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計,三、依據(jù)兩條壓力曲線進行設(shè)計,（一）井身結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容 套管層次和下入深度； 井眼尺寸(鉆頭尺寸)與套管尺寸的配合。 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計是“鉆井工程設(shè)計”的基礎(chǔ)。它不僅關(guān)系到鉆井技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和鉆井工作的成效，也關(guān)系到生產(chǎn)層的保護和產(chǎn)能的維持。,技術(shù)套管,油層尾管,三、依據(jù)兩條壓力曲線進行設(shè)計,（二）井身結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟 繪制待鉆井的壓力梯度曲線圖(兩條關(guān)鍵曲線）； 確定待鉆井的井身結(jié)構(gòu)各設(shè)計系數(shù)； 確定生產(chǎn)套管的下入深度； 確定中間套管或尾管的下入深度； 確定表層套管的下入深度； 確定各層套管的尺寸和套管外水泥的返深及相應(yīng)的鉆頭尺寸。,設(shè)計順序： 由下向上、由內(nèi)向外進行逐層設(shè)計,四、依據(jù)兩條壓力曲線進行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體方法, 設(shè)計關(guān)鍵：中間套管設(shè)計, 設(shè)計順序： 由下向上、由內(nèi)向外。 生產(chǎn)套管技術(shù)套管表層套管,地層,四、依據(jù)兩條壓力曲線進行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體方法,（一）設(shè)計基本原理 確定套管下入深度的依據(jù)，是在鉆下部井段的過程中所預(yù)計的最大井內(nèi)壓力不至于壓裂上層套管鞋處的裸露地層。,地層,四、依據(jù)兩條壓力曲線進行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體方法,（一）設(shè)計基本原理,套管鞋處地層最容易壓破，為什么？,四、依據(jù)兩條壓力曲線進行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體方法,（一）設(shè)計基本原理,鉆下部井段的過程中，所預(yù)計的最大井內(nèi)壓力不至于壓裂本層套管鞋處的裸露地層。,假設(shè)三開井身結(jié)構(gòu)，技套下深為D2，則： 1）當(dāng)鉆達D2之前，從表套套管鞋到鉆頭所在位置都是裸眼，薄弱地層是表套套管鞋。 這里的設(shè)計重點應(yīng)該是進行二開鉆進時不要壓破表套套管鞋處地層。 決定表套是否被壓破取決于鉆進D1 D2井段時井內(nèi)最大壓力（或最大當(dāng)量泥漿密度）; D2 D3井段對表套套管鞋薄弱地層有沒有影響？或者說對表套的下入深度有沒有影響？,地層,井身結(jié)構(gòu),D3,D2,D1,對于表套下入深度,四、依據(jù)兩條壓力曲線進行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體方法,（一）設(shè)計基本原理,鉆下部井段的過程中，所預(yù)計的最大井內(nèi)壓力不至于壓裂本層套管鞋處的裸露地層。,假設(shè)三開井身結(jié)構(gòu)，技套下深為D2，則： 2）當(dāng)鉆達D2之后，再進行鉆進，實際上是進行三開鉆進，D2之上地層都已經(jīng)用套管封隔，薄弱地層是技套套管鞋。 這里的設(shè)計重點應(yīng)該是進行三開鉆進時不要壓破技套套管鞋處地層。 所以對技套下入深度有影響的井段為D2 D3; 此時還考慮表層套管套管鞋出的薄弱地層嗎？,地層,井身結(jié)構(gòu),D3,D2,D1,對于技套下入深度,（二）中間套管設(shè)計,1、求初始下入深度的假定點 利用地層壓力剖面圖中最大地層壓力梯度，計算：鉆進中不至于壓裂上部地層的當(dāng)量密度 ff （ff 稱為地層設(shè)計破裂壓力當(dāng)量密度）。,根據(jù)上式確定套管的最大下深。 分兩種情況計算ff ： （1）正常作業(yè)（不會發(fā)生井涌）時 （2）發(fā)生溢流（井涌）時,（二）中間套管設(shè)計,抽汲壓力系數(shù),激動壓力系數(shù),破裂壓力安全增值,圖中（裸眼段）最大地層壓力對應(yīng)的當(dāng)量密度值,地層設(shè)計破裂壓力當(dāng)量密度,（1）正常作業(yè)時（不會發(fā)生井涌時）：,* 只有在確認不會發(fā)生溢流的情況下才會使用公式。,（二）中間套管設(shè)計,（a）在壓力剖面圖的橫坐標(biāo)上找出地層設(shè)計破裂壓力當(dāng)量密度ff ;,（b）從該點向上引垂線與破裂壓力線相交，交點所在的深度及為中間套管下入深度的初始假定點D21。,（二）中間套管設(shè)計,（2）發(fā)生溢流（井涌）時 假設(shè)當(dāng)鉆至最大地層壓力點對應(yīng)深度（ Dpmax ）處時，發(fā)生一個大小為 的溢流，此時需要停泵并關(guān)閉防噴器。若假設(shè)套管下深為D2x，同時考慮到地層破裂壓力評價誤差，容易導(dǎo)出此時地層設(shè)計破裂壓力當(dāng)量密度ff :,由于（2）式中包含有未知數(shù) D2x，所以解這個方程使用迭代（試算）法求解；,Dpmax裸眼段最大地層壓力點對應(yīng)的深度（m）； D2x中間套管下入深度的初始假定點深度（m）； Sk井涌條件允許值（g/cm3）。,（2）,（二）中間套管設(shè)計,2、驗證初始設(shè)計下入深度是否會發(fā)生卡鉆 計算正?？紫秹毫Φ貙幼畲笊疃菵min處的鉆井液柱壓力與地層孔隙壓力的差值： （3）,（二）中間套管設(shè)計,當(dāng)有可能發(fā)生壓差卡鉆時，用下式重新計算中間套管下入深度：,在壓力曲線圖上找出pper對應(yīng)的深度，即為中間套管下入深度。,抽汲壓力系數(shù),深度為Dmin處對應(yīng)的地層壓力當(dāng)量密度,在壓差允許值下最大地層壓力當(dāng)量密度,（二）中間套管設(shè)計,當(dāng)中間套管下入深度小于初始假定點時，需要下入尾管，并確定尾管的下入深度。 根據(jù)中間套管下入深度D2處（即：套管鞋處）的地層破裂壓力當(dāng)量密度 fD2 ，由下式可求得允許的最大地層壓力當(dāng)量密度： （4） 式中:D31鉆井尾管下入深度的假定點,3、計算并驗證尾管的下入深度D31 (課本P253）,注：式（4）的計算方法同式（2），采用迭代方法進行計算。,（三）計算表層套管下入深度D1（課本P253-254）,考慮井涌壓井條件或探井設(shè)計時，用下述方法確定表層套管下深。,1）根據(jù)中間套管下入深度D2處（套管鞋處）的地層孔隙壓力當(dāng)量密度，在給定井涌壓井條件Sk下初選一個表層套管下入深度D1，用下式計算井涌關(guān)井時表層套管鞋處能承受的壓力（或：地層設(shè)計破裂壓力當(dāng)量密度），以當(dāng)量密度表示：ff1：,ff1井涌關(guān)井時表層套管鞋處承受的壓力（以當(dāng)量密度表示），g/cm3； pD2中間套管鞋處地層孔隙壓力（以當(dāng)量密度表示），g/cm3； D2中間套管下深，m； D1x入深度的初始假定點深度，m；,顯然：式中包含有未知數(shù) D1x，使用試算法求解。,若計算結(jié)果ff1值小于D2處的地層破裂壓力當(dāng)量密度0.0240.048 g/cm3時，符合要求，該深度即為表層套管下入深度。 否則，應(yīng)該加深表層套管深度再進行試算。 2）設(shè)計表層套管下入深度時候，一般不需要進行壓差卡鉆校核。,（三）計算表層套管下入深度D1（課本P253-254）,實例分析,例1某井井深H=4400m，地層孔隙壓力梯度及破裂壓力梯度剖面見圖3-8-1-5。 設(shè)計給定： Sb=0.036g/cm3；Sg=0.04g/cm3； Sk=0.06g/cm3；Sf=0.03g/cm3； PN=12MPa；Pa=18MPa。 油層套管采用139.7mm（51/2in）套管。,實例分析,解：由圖上查得最大地層孔隙壓力梯度為2.04g/cm3，位于4250m。 1、確定中間套管下入深度。 1）確定下入深度初選點D21。 若預(yù)計要發(fā)生井涌，由（7-2）式,3400,實例分析,1、確定中間套管下入深度。 1）確定下入深度初選點D21。 試取D21=3400m，將3400m代入上式得：,由圖上查得3400m處f3400=2.19g/cm3； 因為ff3400且相近，所以確定中間套管下入深度初選點為21=3400m。,3400,計算結(jié)果與地層破裂壓力當(dāng)量密度曲線比較,實例分析,1、確定中間套管下入深度。 2）校核中間套管下入到初選點3400m過程中是否會發(fā)生差卡套管。 由圖上查得：3400m處， f3400=1.57g/cm3；Dpmin=3050m， min=1.07g/cm3 則由（7-3）式得： P=0.009813050（1.57+0.036-1.07）=16.037MPa,因為PPN，所以中間套管下深應(yīng)淺于初選點。,3400,實例分析,1、 確定中間套管下入深度。 2）校核中間套管下入到初選點3400m過程中是否會發(fā)生差卡套管。 在PN=12MPa下所允許的最大地層壓力梯度可由（7-4）式求得。則有：,由圖中地層孔隙壓力梯度曲線上查出與pper=1.435g/cm3對應(yīng)的井深為3200m，則中間套管下入深度D2=3200m。 由于D2D21，所以還必須下入尾套管。,計算結(jié)果與地層壓力當(dāng)量密度曲線比較,實例分析,2、確定尾管的下入深度。 1）確定尾管下入深度初選點為D31 由剖面圖查得中間套管下入深度3200m處地層破裂壓力梯度f3200=2.15g/cm3 ，由（7-5）式，并代入各值則有：,3900,計算結(jié)果與地層壓力當(dāng)量密度曲線比較,實例分析,2、確定尾管的下入深度。 2）校核尾管下入到初選點3900m過程中能否發(fā)生壓差卡套管。,實例分析