中国石油大学（华东）：《海洋钻井工程》课程教学资源（PPT课件讲稿）第七章 固井与完井

第7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7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 井身结构设计内容 (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 套管柱的类型 1.表层套管 2.生产套管(油层套管) 3.技术套管(中间套管) 4.尾管(衬管)

第一节 井身结构设计 二、套管柱的类型 1. 表层套管 2. 生产套管（油层套管） 3. 技术套管（中间套管） 4. 尾管（衬管） 一、 井身结构设计内容 （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

第一节井身结构设计 三、设计原则 1.有效地保护油气层; 2.避免漏、喷、塌、卡等井下复杂情况,保证安全、快速钻进; ①钻下部高压层采用重钻井液所产生的井内压力,不致压裂上部 裸露地层; ②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 导致压差卡套管事故 ③当实际地层压力超过预测值而发生井涌时,裸眼井段应具有压井 处理溢流的能力

三、设计原则 第一节 井身结构设计 1. 有效地保护油气层； 2. 避免漏、喷、塌、卡等井下复杂情况，保证安全、快速钻进； ① 钻下部高压层采用重钻井液所产生的井内压力，不致压裂上部 裸露地层； ② 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 导致压差卡套管事故； ③ 当实际地层压力超过预测值而发生井涌时，裸眼井段应具有压井 处理溢流的能力

第一节井身结构设计 四、设计依据 1.地层剖面及复杂层位 2.两个压力剖面:地层压力和地层破裂压力 3.工程数据:抽吸压力系数S:0.036g/cm3左右 激动压力系数S,0.036g/cm3左右 压裂安全系数S0.036g/cm3左右 井涌允量S:0.06g/cm3左右 压差允值4p:APN=12MPa, AP= 16MPa 井涌允量—发生溢流关井后,允许的井口回压在溢 流井深处的当量钻井液密度

四、设计依据 第一节 井身结构设计 1. 地层剖面及复杂层位 2. 两个压力剖面：地层压力和地层破裂压力 3. 工程数据：抽吸压力系数Sb：0.036 g/cm3 左右 激动压力系数Sg：0.036 g/cm3左右 压裂安全系数Sf： 0.036g/cm3左右 井 涌 允 量 Sk ：0.06 g/cm3左右 压 差 允 值 Dp ： DPN = 12MPa ， DPA = 16MPa 井涌允量——发生溢流关井后，允许的井口回压在溢 流井深处的当量钻井液密度

第一节井身结构设计 五、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 钻进套管以下的井段时的最大井 表套 内压力梯度不压裂最薄弱的裸露 地层(一般为套管鞋处)为原则 破裂压力 ,从全井最大地层压力梯度处开 技套 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 管的下入深度。 地层压力 油套 101.31.618 当量密度,gcm3

五、套管层次和下深的设计计算方法 第一节 井身结构设计 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 内压力梯度不压裂最薄弱的裸露 地层（一般为套管鞋处）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 管的下入深度。 1.0 1.3 1.6 1.8 当量密度，g/cm3 井 深 破裂压力 地层压力 油 套 表 套 技 套

第一节井身结构设计 五、套管层次和下深的设计计算方法 2.计算方法及步骤(参考设计举例) (1)计算平衡全井最大地层压力所需钻井液密度 +s max b (2)计算井内最大压力梯度, 000 确定中间套管下入深度初选点D ◆不会发生溢流:Pbmx=Pa+S p(D21)-SD2 D PL 21 ◆可能发生溢流:Pbmx=psDy+S 最大地层压力处 Pbmax=P D2u-S 2> D2l 12141.6 02224 当量帖并液密度(p):(g

五、套管层次和下深的设计计算方法 第一节 井身结构设计 2. 计算方法及步骤（参考设计举例） （1）计算平衡全井最大地层压力所需钻井液密度： d = p max + Sb 最大地层压力处 （2）计算井内最大压力梯度， 确定中间套管下入深度初选点D21： ◆ 不会发生溢流： bmax = d +Sg ◆ 可能发生溢流： k 21 pmax bmax d S D D  =  +  bmax f 21 Sf  = (D )− D21 bmax f 21 Sf  = (D )− D21 D21

第一节井身结构设计 五、套管层次和下深的设计计算方法 2.计算方法及步骤 (3)较核下套管到D21是否被卡: ◆求下中间套管井段(0D21)内最大钻∞ 井液密度: pama= Ppma+S 2000 ◆求下中间套管井段内的最大静压差 pmx=9.81x10(pdmax-pomind D ◆较核是否卡套管: 最大地层压力处氵 △pmxApN,卡套管,求D2=? 981×103×[pn(D2)+S6-pnmn)Dnmn=4→D2

五、套管层次和下深的设计计算方法 第一节 井身结构设计 2. 计算方法及步骤 （3）较核下套管到D21是否被卡： ◆ 求下中间套管井段内的最大静压差 ： ◆ 求下中间套管井段（0~D21）内最大钻 井液密度： dmax = pmax +Sb dmax pmin min 3 Dpmax = 9.8110 ( − )D − ◆ 较核是否卡套管： max N max N p p p p D  D D  D ,不卡套管，D2 =D21。 ,卡套管，求D2 =？： 2 2 3 9 8110  pper D + Sb − p D = pN  D − . [ ( )  min ) min Δ 最大地层压力处 D21 max Dp D2 DpN

第一节井身结构设计 五、套管层次和下深的设计计算方法 2.计算方法及步骤 (4)确定钻井尾管下入深度: 若D2<D21,则需要下钻井尾管 000 根据压力剖面,试算可得尾管的可下 (D3)+S+n×S≤p1(D2)-S 200 深度D31 31 校核是否发生压差卡尾管,方法同3,*最大地居线 若不卡套管,则: 1214161.8202224 当D31≥D21,取:D3=D2 当量钻井液密度(p;(gcm5 当D31<D21,再设计一层尾管。 (5)按上述步骤逐层设计其它中间套管柱和表层套管,直到井口

校核是否发生压差卡尾管，方法同(3)。 若不卡套管，则： 当 ，取： ； 当 ，再设计一层尾管。 D31  D21 D3 = D21 D31  D21 五、套管层次和下深的设计计算方法 第一节 井身结构设计 2. 计算方法及步骤 （4）确定钻井尾管下入深度： 若D2<D21，则需要下钻井尾管。 k f 2 f 2 31 p 31 b S (D ) S D D  (D ) +S +    − 根据压力剖面，试算可得尾管的可下 深度D31。 （5）按上述步骤逐层设计其它中间套管柱和表层套管，直到井口。 最大地层压力处 D21 N Dp D2 D31

第一节井身结构设计 六、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注水泥。固井质 量 要求最小环空间隙不能小于95mm(3/8in),最好为19mm(3/4in), 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。 2.经验配合关系 ★长期实践形成的经验配合关系(P256,图7-3) ★国内常用的配合关系: (17-)13-3/8-(12-%)9-5/8—(8-%)5-1/2 (36)30—(26)20—(171/2)13-38-(12-14)95/8(8 1/2)7—(6)4-1/2

1. 原则： （1）套管能顺利下入井眼内，并具有一定的环空间隙注水泥。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。 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 （36）30 — （26）20 —（17-1/2）13-3/8—（12-1/4）9-5/8—（8- 1/2）7—（6）4-1/2 六、套管与钻头尺寸的配合 第一节 井身结构设计

第二节套管柱强度设计 套管和套管柱 1.尺寸系列(APT标准) 41/2”,5”,51/2”,65/8”,7”,75/8”,85/8”,95/8”, 103/4“,113/4",133/8“,16”,185/8“,2O”;共14种 2.钢级(APT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 3.螺纹类型(AP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 1. 尺寸系列（API 标准） 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 2.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。 3.螺纹类型（API标准） 短圆（STC）、长圆（LTC）、梯形（BTC）、直连型（XL） 一、套管和套管柱