第七章完井工程

固井与完井本章主要内容井深结构设计固井完井概 述1.固井：是油气井建井过程中的一个重要环节，它包括下套管和注水泥两个过程。2.下套管：在已钻成的井眼中按规定深度下入一定直径、由某种或几种不同钢级及壁厚的套管组成的套管柱。3.注水泥在地面上将水泥浆通过套管柱注入到井眼与套管柱之间环形空间中，将套管柱与井壁岩石牢固地固结的过程。固井目的：将油气水层及复杂地层封固起来以利于进一步钻进或开采。下套管和注水泥浆固井固井水泥浆系统混合器空气水泥浆混合池空气水泥粉压力罐水泥粉压力罐柴油机柴油机水泥泵水泥泵下灰器去井口水去井口注入泵4.完井也称油井完成，包括钻开生产层，确定完井的井底结构，使井眼与产层连通，安装井底及井口等环节。第一章 井身结构设计第一章 井身结构设计一、井身结构定义一、井身结构定义 套管层次、套管下入深度以及井眼尺套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配合。寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配合。 目的目的 保证安全、优质、快速和经济地钻达目的层 内容 下入套管层数下入套管层数 各层套管的下入深度各层套管的下入深度 选择合适的套管尺寸与钻头尺寸组合选择合适的套管尺寸与钻头尺寸组合井身结构海平面 23米 MSL 23m339.75mm套管下深 1853.46米 13-3/8“ CSG 1853.46m444.50mm井眼钻深 1860米 17-1/2“ HOLE 1860m转盘面 (深度基准面 ) RKB(Datum Plane)海底泥线 109.66米 MUD LINE 109.66m244.48mm套管下深 2884.95米 9-5/8“ CSG 2884.95m311.15mm井眼钻深 2900米 12-1/4“ HOLE 2900m762mm导管下深 163.36米 30“ CSG 163.36m914.40mm井眼钻深 166.66米 36“ HOLE 166.66m508mm套管下深 549米 20“ CSG 549m660.40mm井眼钻深 556米 26“ HOLE 556mP2561.导管导管 钻表层井眼时，将钻井液从地表引导到钻钻表层井眼时，将钻井液从地表引导到钻台平面上来。台平面上来。2.表层套管表层套管 (1)防止浅层水受污染，封闭浅层流砂、防止浅层水受污染，封闭浅层流砂、砾石层及浅层气等复杂地层。砾石层及浅层气等复杂地层。(2)在井口安装套管头，并通过套管头悬在井口安装套管头，并通过套管头悬挂和支撑后续各层套管。管鞋下在有足够强挂和支撑后续各层套管。管鞋下在有足够强度地层上，以免井涌关井后将套管鞋处的地度地层上，以免井涌关井后将套管鞋处的地层压漏，产生井下井喷。层压漏，产生井下井喷。 二、套管类型二、套管类型 l 3.技术套管（中间套管）技术套管（中间套管）介于表层套管与生产套管之间的套管。可以介于表层套管与生产套管之间的套管。可以是一层，也可两层或多层。是一层，也可两层或多层。 l封隔坍塌、易漏等复杂地层封隔坍塌、易漏等复杂地层l封隔不同的压力体系封隔不同的压力体系 l4.衬衬 管（管（ 尾管尾管 ） ：技术尾管技术尾管 生产尾管（图）生产尾管（图）在已下入一层中间套管后采用，在裸眼井段在已下入一层中间套管后采用，在裸眼井段下套管注水泥，套管不延伸至井口。下套管注水泥，套管不延伸至井口。尾管挂深 m技套 2水泥返深 m技套 1水泥返深 m表层 钻头 mm m套管 mm m技套 2 钻头 mm m套管 mm m技套 1 钻头 mm m套管 mm m生产层 钻头 mm m套管 mm ml 钻井衬管的优点钻井衬管的优点减轻下套管时钻机的负荷及固井后套管头的负减轻下套管时钻机的负荷及固井后套管头的负荷荷可节省大量套管和水泥，降低固井成本。 可节省大量套管和水泥，降低固井成本。减少压差卡套管 减少压差卡套管l 5.油层套管（生产套管）油层套管（生产套管）为油气生产提供流通通道为油气生产提供流通通道 保护产层、分层测试、分层采油、分层改造保护产层、分层测试、分层采油、分层改造 三、井身结构设计的主要原则三、井身结构设计的主要原则能避免产生井漏、井塌、井喷等井下复杂情能避免产生井漏、井塌、井喷等井下复杂情况况 ,为全井安全、优质、快速和经济地钻进为全井安全、优质、快速和经济地钻进创造条件；创造条件；下套管时，井内钻井液柱的压力和地层压力下套管时，井内钻井液柱的压力和地层压力之间的压差，不产生压差卡套管现象。之间的压差，不产生压差卡套管现象。 钻下部地层采用重钻井液时产生的井内压力不致压裂上层套管处最薄弱的裸露地层；能有效保护油气层能有效保护油气层 ，使不同压力地层免受钻，使不同压力地层免受钻井液的损害。井液的损害。井深l 1.四个压力剖面地层压力地层压力 (当量密度当量密度 )地层破裂压力地层破裂压力 (当量密度当量密度 )坍塌压力剖面坍塌压力剖面漏失压力剖面漏失压力剖面2.五个工程参数（设计系数）四、井身结构设计基础数据四、井身结构设计基础数据四、井身结构设计系数四、井身结构设计系数1.公用系数：公用系数：抽吸压力系数抽吸压力系数 Sb地层压裂安全增值 地层压裂安全增值 Sf2.正常作业：正常作业：激动压力系数 激动压力系数 Sg3.出现溢流：出现溢流：地层压力增加值 地层压力增加值 SK 4.最大允许压差最大允许压差 P (P N、 Pa )井身结构设计系数井身结构设计系数抽吸压力系数抽吸压力系数 Sb上提钻柱时，由于抽吸作用使井内液柱压力降上提钻柱时，由于抽吸作用使井内液柱压力降低的值，用低的值，用 当量密度当量密度 表示；表示；激动压力系数激动压力系数 Sg下放钻柱时，由于钻柱向下运动产生激动压下放钻柱时，由于钻柱向下运动产生激动压力使井内液柱压力的增加值，用当量密度表示；力使井内液柱压力的增加值，用当量密度表示；地层压裂安全增值地层压裂安全增值 Sf为了避免上部套管鞋处裸露地层被压裂的地 为了避免上部套管鞋处裸露地层被压裂的地层破裂压力安全增值，用当量密度表示；与预测层破裂压力安全增值，用当量密度表示；与预测精度有关。精度有关。井身结构设计系数井身结构设计系数井涌允值 井涌允值 SK由于地层压力预测误差所产生的井涌 由于地层压力预测误差所产生的井涌量允值，（增加值），用当量密度表示；量允值，（增加值），用当量密度表示；与地层压力预测精度有关。与地层压力预测精度有关。最大允许压差 最大允许压差 P N： 正常压力井段；正常压力井段； Pa： 异常压力井段。异常压力井段。l 最大允许压差最大允许压差 P在下套管过程中，为了避免发生压差在下套管过程中，为了避免发生压差粘卡套管的事故，应该限制井内钻井粘卡套管的事故，应该限制井内钻井液液柱压力与地层压力的压力差值，液液柱压力与地层压力的压力差值，即规定最大允许压差。即规定最大允许压差。 最大允许压差的取值最大允许压差的取值 l在正常压力地层：在正常压力地层： P N=11-17MPa l在异常压力井段：在异常压力井段： Pa=14-22MPa井身结构设计系数井身结构设计系数五、井身结构设计关键参数五、井身结构设计关键参数 1.最大钻井液密度最大钻井液密度某一层套管的钻进井段中所用的最大钻井液某一层套管的钻进井段中所用的最大钻井液密度，和该井段中的最大地层压力有关：密度，和该井段中的最大地层压力有关：l mmax:将来要下某层套管的钻进井段中所使将来要下某层套管的钻进井段中所使用的最大钻井液密度，用的最大钻井液密度， g/cm3； l pmax :该井段的最大地层压力当量密度该井段的最大地层压力当量密度 ； lSb:考虑到上提钻柱时抽吸作用使井底压力考虑到上提钻柱时抽吸作用使井底压力降低，为了平衡地层压力所加的附加钻井液降低，为了平衡地层压力所加的附加钻井液密度，密度， g/cm3。 Sb=0.024-0.048 g/cm3 .2.最大井内压力当量密度（梯度）最大井内压力当量密度（梯度） a.正常作业（起下钻、钻进）：正常作业（起下钻、钻进）：正常钻井条件下，井内最大压力梯度是发生正常钻井条件下，井内最大压力梯度是发生在下放钻柱时，由于产生压力激动使得井内在下放钻柱时，由于产生压力激动使得井内压力增高，设由于压力激动使井内的压力增压力增高，设由于压力激动使井内的压力增加值为加值为 Sg， 则最大井内压力当量密度为：则最大井内压力当量密度为：Sg:激动压力梯度当量密度激动压力梯度当量密度 , g/cm3； Sg=0.024-0.048 g/cm3五、井身结构设计关键参数五、井身结构设计关键参数b.发生井涌发生井涌 ：为了制止溢流，如压井时井内压力增高值为为了制止溢流，如压井时井内压力增高值为Sk,则最大井内压力梯度为：则最大井内压力梯度为： Sk=0.060 g/cm3上式只适用于最大地层压力所对应的井深上式只适用于最大地层压力所对应的井深 Dpmax处处，而对于井深为，而对于井深为 D21的任意井深处的井内压力当的任意井深处的井内压力当量密度为：量密度为：井身结构设计关键参数井身结构设计关键参数3.套管下深的临界条件套管下深的临界条件 l为了确保上一层套管鞋处的裸露地层不被压为了确保上一层套管鞋处的裸露地层不被压裂，应该保证，某一井段的最大地层破裂压裂，应该保证，某一井段的最大地层破裂压力满足：力满足： l f:上一层套管下入深度处裸露地层的破裂上一层套管下入深度处裸露地层的破裂压力梯度；压力梯度； g/cm3 lSf： 为避免将上一层套管下入深度处裸露地为避免将上一层套管下入深度处裸露地层压裂的安全值，层压裂的安全值， Sf =0.03-0.06 g/cm3井身结构设计关键参数井身结构设计关键参数l 井身结构设计关键参数井身结构设计关键参数 (不发生井涌不发生井涌 )l 井身结构设计关键参数井身结构设计关键参数 (发生井涌发生井涌 )五、井身结构设计关键参数五、井身结构设计关键参数（一）油层套管设计（一）油层套管设计油层套管 油层套管 下深下深 取决于油气层的位置取决于油气层的位置和完井方法，和完井方法， 直径直径 一般由甲方来定。一般由甲方来定。六、井身结构设计六、井身结构设计二、中间套管设计步骤和方法二、中间套管设计步骤和方法 l1.中间技术套管下入深度初选点中间技术套管下入深度初选点 D21的确定的确定(1