第二章：井身结构设计第二章：井身结构设计1 第二章：井身结构设计第二章：井身结构设计l l第一节：地层压力理论及预测方法第一节：地层压力理论及预测方法DcDc指数指数指数指数声波时差声波时差声波时差声波时差地震层速度法地震层速度法地震层速度法地震层速度法l l第二节：地层破裂压力预测第二节：地层破裂压力预测理论计算理论计算理论计算理论计算地破试验地破试验地破试验地破试验l l第三节：地层坍塌压力预测第三节：地层坍塌压力预测l l第四节：井身结构设计第四节：井身结构设计l l第五节：生产套管尺寸设计（自学）第五节：生产套管尺寸设计（自学）2 井身结构井身结构l l定义定义定义定义套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配合与套管尺寸的配合与套管尺寸的配合与套管尺寸的配合 l l主要内容主要内容主要内容主要内容确定套管的层数确定套管的层数确定套管的层数确定套管的层数确定各层套管的下深确定各层套管的下深确定各层套管的下深确定各层套管的下深确定套管尺寸与井眼尺寸的配合确定套管尺寸与井眼尺寸的配合确定套管尺寸与井眼尺寸的配合确定套管尺寸与井眼尺寸的配合 l l影响因素影响因素影响因素影响因素地层压力（地层压力、破裂压力、地层坍塌压力）地层压力（地层压力、破裂压力、地层坍塌压力）地层压力（地层压力、破裂压力、地层坍塌压力）地层压力（地层压力、破裂压力、地层坍塌压力）工程参数工程参数工程参数工程参数 地层必封点地层必封点地层必封点地层必封点3 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l静液柱压力（静液柱压力（Hydrostatic Hydrostatic pressurepressure）） P Ph h定义定义定义定义l l静液压力是由液柱重力引起的静液压力是由液柱重力引起的静液压力是由液柱重力引起的静液压力是由液柱重力引起的压力。
压力计算计算计算计算l lρρρρ：：：：液体密度液体密度液体密度液体密度, , , ,（（（（g/cmg/cmg/cmg/cm3 3 3 3））））l lH:H:H:H:液柱垂直高度，液柱垂直高度，液柱垂直高度，液柱垂直高度，m m m mPh4 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l压力梯度压力梯度(Pressure gradient)单位高度（或深度）增加的压力值单位高度（或深度）增加的压力值单位高度（或深度）增加的压力值单位高度（或深度）增加的压力值在油田，为方便起见，有时压力梯度单位直在油田，为方便起见，有时压力梯度单位直在油田，为方便起见，有时压力梯度单位直在油田，为方便起见，有时压力梯度单位直接用密度单位或直接用压力系数的概念接用密度单位或直接用压力系数的概念接用密度单位或直接用压力系数的概念接用密度单位或直接用压力系数的概念l l有效有效密度密度（当量密度）（当量密度）钻井液在钻井液在钻井液在钻井液在流动过程流动过程流动过程流动过程中有效地作用在井内的压中有效地作用在井内的压中有效地作用在井内的压中有效地作用在井内的压力为有效液柱压力力为有效液柱压力力为有效液柱压力力为有效液柱压力通过有效压力换算得到的液体密度称为等效通过有效压力换算得到的液体密度称为等效通过有效压力换算得到的液体密度称为等效通过有效压力换算得到的液体密度称为等效密度。
密度5 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l上覆岩层压力上覆岩层压力 POPO定义：定义：定义：定义：l l某处地层某处地层某处地层某处地层的上覆岩层压力是指覆的上覆岩层压力是指覆的上覆岩层压力是指覆的上覆岩层压力是指覆盖在该地层以上的地层基质（岩盖在该地层以上的地层基质（岩盖在该地层以上的地层基质（岩盖在该地层以上的地层基质（岩石）和孔隙中流体（油气水）的石）和孔隙中流体（油气水）的石）和孔隙中流体（油气水）的石）和孔隙中流体（油气水）的总重力造成的压力总重力造成的压力总重力造成的压力总重力造成的压力计算计算计算计算P0P0：：上覆岩层压力；上覆岩层压力；MPaMPa；；ρrm:ρrm:岩石基质密度，岩石基质密度，g/cm3g/cm3；；ρ:ρ:地层空隙中流体密度，地层空隙中流体密度，g/cm3g/cm3；；ΦΦ：：无量纲的小数无量纲的小数( (孔隙度孔隙度) )P Po o6 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层压力地层压力( ( Formation Formation Pressure) PPressure) PP P地层压力是指岩石孔隙中流地层压力是指岩石孔隙中流地层压力是指岩石孔隙中流地层压力是指岩石孔隙中流体（油气水）的压力，也叫体（油气水）的压力，也叫体（油气水）的压力，也叫体（油气水）的压力，也叫地层孔隙压力。
地层孔隙压力地层孔隙压力地层孔隙压力l l骨架应力骨架应力( (matrix pressure)matrix pressure)由岩石颗粒之间来支撑的那由岩石颗粒之间来支撑的那由岩石颗粒之间来支撑的那由岩石颗粒之间来支撑的那部分上覆岩层压力部分上覆岩层压力部分上覆岩层压力部分上覆岩层压力PoPp 7 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层破裂压力地层破裂压力( (fracture pressure)fracture pressure)在井中，当地层压力达到某一值时会使地层在井中，当地层压力达到某一值时会使地层在井中，当地层压力达到某一值时会使地层在井中，当地层压力达到某一值时会使地层破裂，这个压力称为地层破裂压力破裂，这个压力称为地层破裂压力破裂，这个压力称为地层破裂压力破裂，这个压力称为地层破裂压力l l地层坍塌压力地层坍塌压力( (Caving pressure)Caving pressure)当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍塌，我们称这个压力为地层坍塌压力。
塌，我们称这个压力为地层坍塌压力塌，我们称这个压力为地层坍塌压力塌，我们称这个压力为地层坍塌压力在有异常压力段、使岩石的液体释放造成井在有异常压力段、使岩石的液体释放造成井在有异常压力段、使岩石的液体释放造成井在有异常压力段、使岩石的液体释放造成井塌8 井底环空压力井底环空压力井底环空压力井底环空压力1 1 1 1、、、、不循环时：不循环时：不循环时：不循环时：2 2 2 2、、、、起下钻时：起下钻时：起下钻时：起下钻时：PgPgPgPg为起下钻波动压力为起下钻波动压力为起下钻波动压力为起下钻波动压力地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法9 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l异常地层压力异常地层压力正常地层压力一般为盐正常地层压力一般为盐正常地层压力一般为盐正常地层压力一般为盐水液柱压力水液柱压力水液柱压力水液柱压力P P P PW W W W不在正不在正不在正不在正常地层压力范围内的压常地层压力范围内的压常地层压力范围内的压常地层压力范围内的压力称为力称为力称为力称为异常地层压力异常地层压力异常地层压力异常地层压力异常低压异常低压异常低压异常低压l lP P P PP P P PPw>Pw>Pw>PwHPP Pw wP Po o10 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l异常低压产生原因异常低压产生原因异常低压产生原因异常低压产生原因生产层长期开采衰竭生产层长期开采衰竭生产层长期开采衰竭生产层长期开采衰竭地下水位很低地下水位很低地下水位很低地下水位很低l l异常高压产生原因异常高压产生原因异常高压产生原因异常高压产生原因特点特点特点特点l l异常高压地层与正常地层之间有一个封闭层异常高压地层与正常地层之间有一个封闭层异常高压地层与正常地层之间有一个封闭层异常高压地层与正常地层之间有一个封闭层原因原因原因原因l l沉积物的快速沉积沉积物的快速沉积沉积物的快速沉积沉积物的快速沉积l l渗透作用渗透作用渗透作用渗透作用l l构造作用构造作用构造作用构造作用l l储集层的机构储集层的机构储集层的机构储集层的机构l l油田注水油田注水油田注水油田注水11 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层压力预测（监测）方法地层压力预测（监测）方法地层压力预测（监测）方法地层压力预测（监测）方法DcDc指数法指数法指数法指数法( (基于基于基于基于压实理论压实理论压实理论压实理论) )l l原理：原理：原理：原理：机械钻速随压差的减少机械钻速随压差的减少机械钻速随压差的减少机械钻速随压差的减少而增加。
正常情况下，钻速随而增加正常情况下，钻速随而增加正常情况下，钻速随而增加正常情况下，钻速随井深的增加而减小，井深的增加而减小，井深的增加而减小，井深的增加而减小，DcDcDcDc增加，增加，增加，增加，在异常地层压力地层，钻速增在异常地层压力地层，钻速增在异常地层压力地层，钻速增在异常地层压力地层，钻速增加而加而加而加而dcdcdcdc减小 l l适用范围：适用范围：适用范围：适用范围：岩性为泥岩、页岩；岩性为泥岩、页岩；岩性为泥岩、页岩；岩性为泥岩、页岩；钻进过程中的地层压力监测和钻进过程中的地层压力监测和钻进过程中的地层压力监测和钻进过程中的地层压力监测和完钻后区块地层压力统计分析完钻后区块地层压力统计分析完钻后区块地层压力统计分析完钻后区块地层压力统计分析dH12 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l lDcDc指数法预测的原理指数法预测的原理指数法预测的原理指数法预测的原理D D指数（钻压指数）指数（钻压指数）指数（钻压指数）指数（钻压指数）l l钻速方程：钻速方程：钻速方程：钻速方程：l lD D指数指数指数指数l lV:V:钻速钻速钻速钻速, ,m/h;N:m/h;N:转速：转速：转速：转速：r/minr/min；；；；k:k:岩石可钻性系数岩石可钻性系数岩石可钻性系数岩石可钻性系数l lP:P:钻压钻压钻压钻压, ,kN;Db:kN;Db:钻头尺寸钻头尺寸钻头尺寸钻头尺寸, ,mmmm；；；； e:e:转速指数；转速指数；转速指数；转速指数；13 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l ldc指数法预测的原理指数法预测的原理dcdc指数指数指数指数( (修正的修正的修正的修正的d d指数指数指数指数) )l l对钻井液密度变化进行修正对钻井液密度变化进行修正对钻井液密度变化进行修正对钻井液密度变化进行修正l ldcdc指数指数指数指数l lρ ρmNmN: :正常地层压力梯度，正常地层压力梯度，正常地层压力梯度，正常地层压力梯度，g/cmg/cm3 3; ;l lρ ρmm: :实际钻井液密度，实际钻井液密度，实际钻井液密度，实际钻井液密度， g/cmg/cm3 3; ;14 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法d指数指数dc指数指数15 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l ldcdc指数监测地层压力的方法指数监测地层压力的方法指数监测地层压力的方法指数监测地层压力的方法按一定深度取点，一般按一定深度取点，一般按一定深度取点，一般按一定深度取点，一般1.51.5－－－－3 3mm取一点，如果钻速取一点，如果钻速取一点，如果钻速取一点，如果钻速高可以高可以高可以高可以5 5－－－－1010mm一个点，重点井段一个点，重点井段一个点，重点井段一个点，重点井段1 1mm一点，同时记一点，同时记一点，同时记一点，同时记录每个记录点的钻头尺寸、钻速、钻压、转速、地录每个记录点的钻头尺寸、钻速、钻压、转速、地录每个记录点的钻头尺寸、钻速、钻压、转速、地录每个记录点的钻头尺寸、钻速、钻压、转速、地层水和钻井液密度。
层水和钻井液密度层水和钻井液密度层水和钻井液密度计算计算计算计算dcdc指数指数指数指数通过统计分析的方法建立正常压力趋势线通过统计分析的方法建立正常压力趋势线通过统计分析的方法建立正常压力趋势线通过统计分析的方法建立正常压力趋势线计算地层压力计算地层压力计算地层压力计算地层压力l l提示提示提示提示如有必要，必须对钻头尺寸进行校正；如有必要，必须对钻头尺寸进行校正；如有必要，必须对钻头尺寸进行校正；如有必要，必须对钻头尺寸进行校正；一个构造上的正常压力可以通过多个井得到，以提一个构造上的正常压力可以通过多个井得到，以提一个构造上的正常压力可以通过多个井得到，以提一个构造上的正常压力可以通过多个井得到，以提高预测的准确程度；高预测的准确程度；高预测的准确程度；高预测的准确程度；DcDc指数预测地层压力所得到的结果可能与其它方法指数预测地层压力所得到的结果可能与其它方法指数预测地层压力所得到的结果可能与其它方法指数预测地层压力所得到的结果可能与其它方法所得到的结果不尽一致所得到的结果不尽一致所得到的结果不尽一致所得到的结果不尽一致16 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层压力计算地层压力计算反算法反算法反算法反算法l l P P————所求井深地层压力当量密度，所求井深地层压力当量密度，所求井深地层压力当量密度，所求井深地层压力当量密度，g/cmg/cm3 3；；；；l l n n————所求井深正常地层压力当量密度，所求井深正常地层压力当量密度，所求井深正常地层压力当量密度，所求井深正常地层压力当量密度，g/cmg/cm3 3l l d dCNCN————所求井深处正常趋势线上的所求井深处正常趋势线上的所求井深处正常趋势线上的所求井深处正常趋势线上的dcdc指数值；指数值；指数值；指数值；l l d dcaca————所求井深实际所求井深实际所求井深实际所求井深实际dcdc指数。
指数 17 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层压力计算地层压力计算等效深度法：若地层具有相同的等效深度法：若地层具有相同的等效深度法：若地层具有相同的等效深度法：若地层具有相同的dcdc指数，则指数，则指数，则指数，则认为其骨架应力相等认为其骨架应力相等认为其骨架应力相等认为其骨架应力相等l l P PP P————所求深度的地层压力，所求深度的地层压力，所求深度的地层压力，所求深度的地层压力，MPaMPa；；；；l l H—— H——所求地层压力点的深度，所求地层压力点的深度，所求地层压力点的深度，所求地层压力点的深度，mm；；；；l l G G0 0————上覆地层压力梯度，上覆地层压力梯度，上覆地层压力梯度，上覆地层压力梯度，MPa/mMPa/m；；；；l l G Gn n————等效深度处的正常地层压力梯度，等效深度处的正常地层压力梯度，等效深度处的正常地层压力梯度，等效深度处的正常地层压力梯度，MPa/mMPa/ml l H HE E————等效深度，等效深度，等效深度，等效深度，mm 18 dcH地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l等效深度计算等效深度计算等效深度计算等效深度计算在等效深度处，地层骨在等效深度处，地层骨在等效深度处，地层骨在等效深度处，地层骨架应力相等架应力相等架应力相等架应力相等l l地层压力计算步骤地层压力计算步骤地层压力计算步骤地层压力计算步骤钻井参数录入钻井参数录入钻井参数录入钻井参数录入l l钻速、钻压、转速、地层钻速、钻压、转速、地层钻速、钻压、转速、地层钻速、钻压、转速、地层水密度、钻井液密度水密度、钻井液密度水密度、钻井液密度水密度、钻井液密度计算计算计算计算dcdc指数指数指数指数回归正常趋势线回归正常趋势线回归正常趋势线回归正常趋势线计算地层压力计算地层压力计算地层压力计算地层压力HEH19 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层压力预测（监测）方法地层压力预测（监测）方法地层压力预测（监测）方法地层压力预测（监测）方法声波时差法声波时差法声波时差法声波时差法l l原理：声波在地层中的传播速度与岩石的密度、结构、原理：声波在地层中的传播速度与岩石的密度、结构、原理：声波在地层中的传播速度与岩石的密度、结构、原理：声波在地层中的传播速度与岩石的密度、结构、孔隙度及埋藏深度有关。
孔隙度及埋藏深度有关孔隙度及埋藏深度有关孔隙度及埋藏深度有关当岩性一定时，声波的速度当岩性一定时，声波的速度当岩性一定时，声波的速度当岩性一定时，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随岩石孔隙度的增大而减小，对于沉积压实作用形成随岩石孔隙度的增大而减小，对于沉积压实作用形成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，在正常地层压力井段，随着井深增加，的泥岩、页岩，在正常地层压力井段，随着井深增加，的泥岩、页岩，在正常地层压力井段，随着井深增加，的泥岩、页岩，在正常地层压力井段，随着井深增加，岩石孔隙度减少，声波速度增加，声波时差减小；在岩石孔隙度减少，声波速度增加，声波时差减小；在岩石孔隙度减少，声波速度增加，声波时差减小；在岩石孔隙度减少，声波速度增加，声波时差减小；在异常压力井段，岩石空隙度增加，声波速度减少，声异常压力井段，岩石空隙度增加，声波速度减少，声异常压力井段，岩石空隙度增加，声波速度减少，声异常压力井段，岩石空隙度增加，声波速度减少，声波时差增大因此，可以通过声波时差偏离正常趋势波时差增大因此，可以通过声波时差偏离正常趋势波时差增大因此，可以通过声波时差偏离正常趋势波时差增大。
因此，可以通过声波时差偏离正常趋势线的大小预测地层压力线的大小预测地层压力线的大小预测地层压力线的大小预测地层压力l l适用范围：适用范围：适用范围：适用范围：岩性岩性岩性岩性为为为为泥岩、泥岩、泥岩、泥岩、页页页页岩；而且，完岩；而且，完岩；而且，完岩；而且，完钻钻钻钻后后后后进进进进行地行地行地行地层压层压层压层压力力力力评评评评价 20 H声波时差地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l声波时差（用页岩的声波时差）声波时差（用页岩的声波时差）声波时差（用页岩的声波时差）声波时差（用页岩的声波时差）l l要求：足够数量的测井数据要求：足够数量的测井数据要求：足够数量的测井数据要求：足够数量的测井数据H：：井深，井深，mΔ t:井深井深H处的泥岩声波时差，处的泥岩声波时差，μs/ftΔ t0:表层泥岩声波时差表层泥岩声波时差, μs/ftC：：正常趋势线斜率正常趋势线斜率A:正常趋势线截距正常趋势线截距21 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l声波时差法预测地层压力声波时差法预测地层压力预测步骤预测步骤预测步骤预测步骤l l在标准声波时差测井资料上选择泥质含量大于在标准声波时差测井资料上选择泥质含量大于在标准声波时差测井资料上选择泥质含量大于在标准声波时差测井资料上选择泥质含量大于80%80%的泥页岩层段，以的泥页岩层段，以的泥页岩层段，以的泥页岩层段，以5 5mm为间隔点读出井深相为间隔点读出井深相为间隔点读出井深相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；应的声波时差值，并在半对数坐标上描点；应的声波时差值，并在半对数坐标上描点；应的声波时差值，并在半对数坐标上描点；l l建立正常压实趋势线及正常压实趋势线方程；建立正常压实趋势线及正常压实趋势线方程；建立正常压实趋势线及正常压实趋势线方程；建立正常压实趋势线及正常压实趋势线方程；l l将测井曲线上的声波时差值代入趋势线方程，将测井曲线上的声波时差值代入趋势线方程，将测井曲线上的声波时差值代入趋势线方程，将测井曲线上的声波时差值代入趋势线方程，求出等效深度求出等效深度求出等效深度求出等效深度HHE E；；；；l l用等效深度法计算地层压力用等效深度法计算地层压力用等效深度法计算地层压力用等效深度法计算地层压力P PP P。
对于碳酸岩类地层的孔隙压力预测，除了随对于碳酸岩类地层的孔隙压力预测，除了随对于碳酸岩类地层的孔隙压力预测，除了随对于碳酸岩类地层的孔隙压力预测，除了随钻测量外，目前还未研究出成熟的技术钻测量外，目前还未研究出成熟的技术钻测量外，目前还未研究出成熟的技术钻测量外，目前还未研究出成熟的技术 22 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l地层压力预测（监测）方法地层压力预测（监测）方法地震层速度法地震层速度法l l原理：原理：原理：原理：在不同岩性、不同压实程度情况下，在不同岩性、不同压实程度情况下，在不同岩性、不同压实程度情况下，在不同岩性、不同压实程度情况下，地震波速存在差异在正常压实地层，随地震波速存在差异在正常压实地层，随地震波速存在差异在正常压实地层，随地震波速存在差异在正常压实地层，随着深度增加，地震波速增加；在异常压力着深度增加，地震波速增加；在异常压力着深度增加，地震波速增加；在异常压力着深度增加，地震波速增加；在异常压力地层，随着深度的增加，地震波速减小地层，随着深度的增加，地震波速减小地层，随着深度的增加，地震波速减小地层，随着深度的增加，地震波速减小。
l l适用范围：适用范围：适用范围：适用范围：钻钻钻钻前前前前对对对对区域地区域地区域地区域地层压层压层压层压力力力力进进进进行行行行评评评评价 23 24 地层破裂压力确定方法地层破裂压力确定方法l l理论计算理论计算：最大最小水平主应力：最大最小水平主应力：最大最小水平主应力：最大最小水平主应力井眼井壁的应力井眼井壁的应力井眼井壁的应力井眼井壁的应力25 地层破裂压力确定方法地层破裂压力确定方法l l地层破裂压力计算地层破裂压力计算地层破裂压力计算地层破裂压力计算地层的破裂是由井壁上的应力状态决定的地层破地层的破裂是由井壁上的应力状态决定的地层破地层的破裂是由井壁上的应力状态决定的地层破地层的破裂是由井壁上的应力状态决定的地层破裂是由于井壁上的有效切向应力达到或超过岩石的裂是由于井壁上的有效切向应力达到或超过岩石的裂是由于井壁上的有效切向应力达到或超过岩石的裂是由于井壁上的有效切向应力达到或超过岩石的拉伸强度（抗张强度）拉伸强度（抗张强度）拉伸强度（抗张强度）拉伸强度（抗张强度）StStStSt：：：：地层的拉伸强度，地层的拉伸强度，地层的拉伸强度，地层的拉伸强度，MPaMPa；；；； μ μ：：：：泊松比泊松比泊松比泊松比Po:Po:上覆岩层压力上覆岩层压力上覆岩层压力上覆岩层压力MPa;MPa;α α ：：：：有效应力系数有效应力系数有效应力系数有效应力系数A A、、、、B B：：：：构造应力系数构造应力系数构造应力系数构造应力系数PpPp：：：：地层孔隙压力，地层孔隙压力，地层孔隙压力，地层孔隙压力，MPaMPa26 测试方法测试方法PPf=Pstand_pipe+Pm地层破裂压力确定方法地层破裂压力确定方法27 液压试验（泄漏试验）液压试验（泄漏试验）P泵入量：泵入量：V立立管管压压力力PA地层破裂压力确定方法地层破裂压力确定方法28 地层破裂压力确定方法地层破裂压力确定方法l l地层破裂压力的现场测试地层破裂压力的现场测试地层破裂压力的现场测试地层破裂压力的现场测试循循循循环环环环调调调调节节节节泥泥泥泥浆浆浆浆性性性性能能能能，，，，保保保保证证证证泥泥泥泥浆浆浆浆性性性性能能能能稳稳稳稳定定定定，，，，上上上上提提提提钻钻钻钻头头头头至至至至套套套套管管管管鞋鞋鞋鞋内，关闭防喷器。
内，关闭防喷器内，关闭防喷器内，关闭防喷器用用用用较较较较小小小小排排排排量量量量（（（（0.66~1.320.66~1.32l/ l/s s））））向向向向井井井井内内内内泵泵泵泵入入入入泥泥泥泥浆浆浆浆，，，，并并并并记记记记录录录录各各各各个个个个时时时时间的注入量及立管压力间的注入量及立管压力间的注入量及立管压力间的注入量及立管压力作作作作立立立立管管管管压压压压力力力力与与与与泵泵泵泵入入入入量量量量（（（（累累累累计计计计））））的关系曲线图，如右图所示的关系曲线图，如右图所示的关系曲线图，如右图所示的关系曲线图，如右图所示从从从从图图图图上上上上确确确确定定定定各各各各个个个个压压压压力力力力值值值值，，，，漏漏漏漏失失失失压压压压力力力力P P1 1，，，，即即即即开开开开始始始始偏偏偏偏离离离离直直直直线线线线点点点点的的的的压压压压力力力力，，，，其其其其后后后后压压压压力力力力继继继继续续续续上上上上升升升升；；；；压压压压力力力力上上上上升升升升到到到到最最最最大大大大值值值值，，，，即即即即为为为为断断断断裂裂裂裂压压压压力力力力P Pf f；；；；最最最最大大大大值值值值过过过过后后后后压压压压力力力力下下下下降降降降并并并并趋趋趋趋于于于于平平平平缓缓缓缓，，，，平平平平缓缓缓缓的的的的压压压压力力力力称称称称为为为为传传传传播播播播压压压压力。
力29 地层破裂压力确定方法地层破裂压力确定方法l l地层破裂压力的现场测试地层破裂压力的现场测试求破裂压力当量泥浆密度求破裂压力当量泥浆密度求破裂压力当量泥浆密度求破裂压力当量泥浆密度ρρρρmax max max max l l mm————试验用泥浆密度，试验用泥浆密度，试验用泥浆密度，试验用泥浆密度，g/cmg/cm3 3；；；；l l P P1 1————漏失压力，漏失压力，漏失压力，漏失压力，MPaMPa；；；；l lH——H——裸眼段中点井深，裸眼段中点井深，裸眼段中点井深，裸眼段中点井深，mm地层破裂压力梯度地层破裂压力梯度地层破裂压力梯度地层破裂压力梯度( (MP/m)MP/m)30 31 地层坍塌压力确定方法地层坍塌压力确定方法l l造成井壁坍塌的原因主要是由于井内液柱压力太低，使得井壁造成井壁坍塌的原因主要是由于井内液柱压力太低，使得井壁造成井壁坍塌的原因主要是由于井内液柱压力太低，使得井壁造成井壁坍塌的原因主要是由于井内液柱压力太低，使得井壁周围岩石所受应力超过岩石本身的强度而产生剪切破坏所造成周围岩石所受应力超过岩石本身的强度而产生剪切破坏所造成周围岩石所受应力超过岩石本身的强度而产生剪切破坏所造成周围岩石所受应力超过岩石本身的强度而产生剪切破坏所造成的，此时，对于脆性地层会产生坍塌掉块，井径扩大，对塑性的，此时，对于脆性地层会产生坍塌掉块，井径扩大，对塑性的，此时，对于脆性地层会产生坍塌掉块，井径扩大，对塑性的，此时，对于脆性地层会产生坍塌掉块，井径扩大，对塑性地层，则向井眼内产生塑性变形，造成缩径。
地层，则向井眼内产生塑性变形，造成缩径地层，则向井眼内产生塑性变形，造成缩径地层，则向井眼内产生塑性变形，造成缩径l l岩石的强度条件（强度准则）岩石的强度条件（强度准则）岩石的强度条件（强度准则）岩石的强度条件（强度准则） l l根据库仑根据库仑根据库仑根据库仑- - - -莫尔的研究，岩石破坏莫尔的研究，岩石破坏莫尔的研究，岩石破坏莫尔的研究，岩石破坏时剪切面上的剪应力必须克服岩石时剪切面上的剪应力必须克服岩石时剪切面上的剪应力必须克服岩石时剪切面上的剪应力必须克服岩石的固有剪切强度值（称为粘聚力），的固有剪切强度值（称为粘聚力），的固有剪切强度值（称为粘聚力），的固有剪切强度值（称为粘聚力），加上作用于剪切面上的内摩擦阻力加上作用于剪切面上的内摩擦阻力加上作用于剪切面上的内摩擦阻力加上作用于剪切面上的内摩擦阻力C:岩石的粘聚力岩石的粘聚力Φ：：岩石的内摩擦角；岩石的内摩擦角；σN:岩石剪切面上的法向正应力岩石剪切面上的法向正应力.32 地层坍塌压力确定方法地层坍塌压力确定方法l l地层坍塌压力计算地层坍塌压力计算 H H：：：：井深，井深，井深，井深，mm；；；；Ρ Ρ：：：：钻井液密度，钻井液密度，钻井液密度，钻井液密度，g/cm3g/cm3g/cm3g/cm3；；；； C C：：：：岩石的粘聚力，岩石的粘聚力，岩石的粘聚力，岩石的粘聚力，MPaMPa；；；；η:η:η:η:地层非线性弹性修正系数（地层非线性弹性修正系数（地层非线性弹性修正系数（地层非线性弹性修正系数（0.90.9～～～～0.950.95））））；；；；σ σHH 、、、、σ σh h：：：：地地地地层最大和最小水平地应力，层最大和最小水平地应力，层最大和最小水平地应力，层最大和最小水平地应力，MPaMPa 33 地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法l l泥页岩强度和力学参数的确定泥页岩强度和力学参数的确定 岩石强度参数的确定岩石强度参数的确定岩石强度参数的确定岩石强度参数的确定 l l内聚力内聚力内聚力内聚力l l内摩擦角内摩擦角内摩擦角内摩擦角 l l抗拉伸强度抗拉伸强度抗拉伸强度抗拉伸强度 静态弹性参数的确定静态弹性参数的确定静态弹性参数的确定静态弹性参数的确定 l l泊松比泊松比泊松比泊松比l l弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量地层有效应力系数地层有效应力系数地层有效应力系数地层有效应力系数αααα的确定的确定的确定的确定 l l利用声波时差测井参数利用声波时差测井参数利用声波时差测井参数利用声波时差测井参数34 35 井身结构设计井身结构设计l l定义定义定义定义套管层次、套管下入深度以及井眼套管层次、套管下入深度以及井眼套管层次、套管下入深度以及井眼套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配合。
合 l l目的目的目的目的保证安全、优质、快速和经济地钻达保证安全、优质、快速和经济地钻达保证安全、优质、快速和经济地钻达保证安全、优质、快速和经济地钻达目的层目的层目的层目的层l l内容内容内容内容下入套管层数下入套管层数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36 井身结构设计井身结构设计l l井身结构设计的主要原则井身结构设计的主要原则井身结构设计的主要原则井身结构设计的主要原则能有效保护油气层能有效保护油气层能有效保护油气层能有效保护油气层能避免产生井漏、井喷、井塌、能避免产生井漏、井喷、井塌、能避免产生井漏、井喷、井塌、能避免产生井漏、井喷、井塌、卡钻等井下复杂情况卡钻等井下复杂情况卡钻等井下复杂情况卡钻等井下复杂情况, , , ,为全井安为全井安为全井安为全井安全、优质、快速和经济地钻进创全、优质、快速和经济地钻进创全、优质、快速和经济地钻进创全、优质、快速和经济地钻进创造条件；造条件；造条件；造条件；当实际地层压力超过预测值使井当实际地层压力超过预测值使井当实际地层压力超过预测值使井当实际地层压力超过预测值使井出现溢流时，在一定范围内，具出现溢流时，在一定范围内，具出现溢流时，在一定范围内，具出现溢流时，在一定范围内，具有压井处理溢流的能力。
有压井处理溢流的能力有压井处理溢流的能力有压井处理溢流的能力37 井身结构设计井身结构设计l l套管类型套管类型导管导管导管导管l l钻表层井眼时，将钻井液从地表引导钻表层井眼时，将钻井液从地表引导钻表层井眼时，将钻井液从地表引导钻表层井眼时，将钻井液从地表引导到钻台平面上来到钻台平面上来到钻台平面上来到钻台平面上来表层套管表层套管表层套管表层套管l l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、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，支撑井口设备装置，砾石层及浅层气，支撑井口设备装置，砾石层及浅层气，支撑井口设备装置，砾石层及浅层气，支撑井口设备装置，悬挂依次下入的各层套管的载荷悬挂依次下入的各层套管的载荷悬挂依次下入的各层套管的载荷悬挂依次下入的各层套管的载荷技术套管（中间套管）技术套管（中间套管）技术套管（中间套管）技术套管（中间套管）l l封隔坍塌地层及高压水层封隔坍塌地层及高压水层封隔坍塌地层及高压水层封隔坍塌地层及高压水层l l封隔不同的压力体系封隔不同的压力体系封隔不同的压力体系封隔不同的压力体系l l继续钻井的需要继续钻井的需要继续钻井的需要继续钻井的需要38 井身结构设计井身结构设计l l套管类型套管类型油层套管（生产套管）油层套管（生产套管）油层套管（生产套管）油层套管（生产套管）l l为油气生产提供流通通道为油气生产提供流通通道为油气生产提供流通通道为油气生产提供流通通道l l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、分层改造尾管尾管尾管尾管l l技术尾管技术尾管技术尾管技术尾管l l生产尾管生产尾管生产尾管生产尾管l l尾管回接尾管回接尾管回接尾管回接39 井井深深当量泥浆密度当量泥浆密度GpGf井身结构设计井身结构设计l l考虑的因素考虑的因素考虑的因素考虑的因素地层压力地层压力地层压力地层压力地层破裂压力地层破裂压力地层破裂压力地层破裂压力工程参数工程参数工程参数工程参数l l正常作业：抽吸压力系正常作业：抽吸压力系正常作业：抽吸压力系正常作业：抽吸压力系数数数数S Sw w、、、、激动压力系数激动压力系数激动压力系数激动压力系数S Sg g、、、、地层压裂安全增值地层压裂安全增值地层压裂安全增值地层压裂安全增值S Sf fl l出现溢流：抽吸压力系出现溢流：抽吸压力系出现溢流：抽吸压力系出现溢流：抽吸压力系数数数数S Sw w、、、、地层压裂安全增地层压裂安全增地层压裂安全增地层压裂安全增值值值值S Sf f、、、、考虑溢流情况下考虑溢流情况下考虑溢流情况下考虑溢流情况下地层压力增加值地层压力增加值地层压力增加值地层压力增加值 S SKKl l压差允值压差允值压差允值压差允值––ΔPΔPΔPΔPN N N N(ΔPa)(ΔPa)(ΔPa)(ΔPa)40 井身结构设计井身结构设计l l井身结构设计关键参数井身结构设计关键参数最大钻井液密度：某一层套管的钻进井段中最大钻井液密度：某一层套管的钻进井段中最大钻井液密度：某一层套管的钻进井段中最大钻井液密度：某一层套管的钻进井段中所用的最大钻井液密度，和该井段中的最大所用的最大钻井液密度，和该井段中的最大所用的最大钻井液密度，和该井段中的最大所用的最大钻井液密度，和该井段中的最大地层压力有关：地层压力有关：地层压力有关：地层压力有关：l lρ ρmaxmax: :某层套管的钻进井段中所使用的最大钻井某层套管的钻进井段中所使用的最大钻井某层套管的钻进井段中所使用的最大钻井某层套管的钻进井段中所使用的最大钻井液密度，液密度，液密度，液密度，g/cmg/cm3 3；；；；l lρ ρpmaxpmax该井段的最大地层压力梯度，该井段的最大地层压力梯度，该井段的最大地层压力梯度，该井段的最大地层压力梯度， g/cmg/cm3 3；；；；l lS Sww: :考虑到上提钻柱时抽吸作用使井底压力降低，考虑到上提钻柱时抽吸作用使井底压力降低，考虑到上提钻柱时抽吸作用使井底压力降低，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密度，为了平衡地层压力所加的附加钻井液密度，为了平衡地层压力所加的附加钻井液密度，为了平衡地层压力所加的附加钻井液密度， g/cmg/cm3 3。
Sw=0.024-0.048 g/cmSw=0.024-0.048 g/cm3 .3 .41 井身结构设计井身结构设计l l井身结构设计关键参数井身结构设计关键参数最大井内压力梯度最大井内压力梯度最大井内压力梯度最大井内压力梯度l l正常作业（起下钻、钻进）：正常钻井条件下，正常作业（起下钻、钻进）：正常钻井条件下，正常作业（起下钻、钻进）：正常钻井条件下，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在下放钻柱时，由于产井内最大压力梯度是发生在下放钻柱时，由于产井内最大压力梯度是发生在下放钻柱时，由于产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压力增高，设由于压力激动生压力激动使得井内压力增高，设由于压力激动生压力激动使得井内压力增高，设由于压力激动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加值为使井内的压力增加值为使井内的压力增加值为使井内的压力增加值为SgSg，，，，则最大井内压力梯则最大井内压力梯则最大井内压力梯则最大井内压力梯度为：度为：度为：度为：– –Sg:Sg:激动压力梯度当量密度；激动压力梯度当量密度；激动压力梯度当量密度；激动压力梯度当量密度； g/cmg/cm3 3；；；；– –Sg=0.024-0.048 g/cmSg=0.024-0.048 g/cm3 342 井身结构设计井身结构设计l l井身结构设计关键参数井身结构设计关键参数最大井内压力梯度（续）最大井内压力梯度（续）最大井内压力梯度（续）最大井内压力梯度（续）l l发生溢流时：为了制止溢流，如压井时井内压力发生溢流时：为了制止溢流，如压井时井内压力发生溢流时：为了制止溢流，如压井时井内压力发生溢流时：为了制止溢流，如压井时井内压力增高值为增高值为增高值为增高值为Sk,Sk,则最大井内压力梯度为：则最大井内压力梯度为：则最大井内压力梯度为：则最大井内压力梯度为：– –Sk=0.060 g/cmSk=0.060 g/cm3 3– –上式只适用于发生溢流时最大地层压力所在的井深上式只适用于发生溢流时最大地层压力所在的井深上式只适用于发生溢流时最大地层压力所在的井深上式只适用于发生溢流时最大地层压力所在的井深H Hpmaxpmax的井底处，而对于井深为的井底处，而对于井深为的井底处，而对于井深为的井底处，而对于井深为HnHn的任意井深处的井内的任意井深处的井内的任意井深处的井内的任意井深处的井内压力梯度为：压力梯度为：压力梯度为：压力梯度为：43 井身结构设计井身结构设计l l井身结构设计关键参数井身结构设计关键参数井身结构设计关键参数井身结构设计关键参数套管下深的临界条件套管下深的临界条件套管下深的临界条件套管下深的临界条件l l为了确保上一层套管鞋处为了确保上一层套管鞋处为了确保上一层套管鞋处为了确保上一层套管鞋处的裸露地层不被压裂，应的裸露地层不被压裂，应的裸露地层不被压裂，应的裸露地层不被压裂，应该保证，某一井段的最大该保证，某一井段的最大该保证，某一井段的最大该保证，某一井段的最大井内液柱压力梯度满足：井内液柱压力梯度满足：井内液柱压力梯度满足：井内液柱压力梯度满足：l lρf:ρf:上一层套管下入深上一层套管下入深上一层套管下入深上一层套管下入深度处裸露地层的破裂度处裸露地层的破裂度处裸露地层的破裂度处裸露地层的破裂压力梯度；压力梯度；压力梯度；压力梯度； g/cmg/cm3 3l lSfSf：：：：为避免将上一层套管为避免将上一层套管为避免将上一层套管为避免将上一层套管下入深度处裸露地层压裂下入深度处裸露地层压裂下入深度处裸露地层压裂下入深度处裸露地层压裂的安全值，的安全值，的安全值，的安全值， SfSf =0.024- =0.024-0.048 0.048 g/cmg/cm3 3当量泥浆密度当量泥浆密度GpGf44 井身结构设计井身结构设计l l最大允许压差最大允许压差为了在下套管过程中，不致于发生压差粘卡为了在下套管过程中，不致于发生压差粘卡为了在下套管过程中，不致于发生压差粘卡为了在下套管过程中，不致于发生压差粘卡套管的事故，应该限制井内钻井液液柱压力套管的事故，应该限制井内钻井液液柱压力套管的事故，应该限制井内钻井液液柱压力套管的事故，应该限制井内钻井液液柱压力与地层压力的压力差值，即规定最大允许压与地层压力的压力差值，即规定最大允许压与地层压力的压力差值，即规定最大允许压与地层压力的压力差值，即规定最大允许压差。
差最大允许压差的取值最大允许压差的取值最大允许压差的取值最大允许压差的取值l l在正常压力地层：在正常压力地层：在正常压力地层：在正常压力地层： ΔPΔPΔPΔPN N N N=11-17MPa=11-17MPa=11-17MPa=11-17MPal l在异常压力井段：在异常压力井段：在异常压力井段：在异常压力井段： ΔPa=14-22MPaΔPa=14-22MPaΔPa=14-22MPaΔPa=14-22MPa45 井身结构设计井身结构设计l l设计步骤和方法设计步骤和方法（（（（1 1）各层套管（不含油层套管）下入深度）各层套管（不含油层套管）下入深度）各层套管（不含油层套管）下入深度）各层套管（不含油层套管）下入深度初选点初选点初选点初选点HniHni的确定的确定的确定的确定l l正常钻进时：正常钻进时：正常钻进时：正常钻进时：l lρ ρfnrfnr: :在设计套管层所在的裸眼井段内，在最大井在设计套管层所在的裸眼井段内，在最大井在设计套管层所在的裸眼井段内，在最大井在设计套管层所在的裸眼井段内，在最大井内液柱压力梯度作用下，上部裸露地层不致破裂内液柱压力梯度作用下，上部裸露地层不致破裂内液柱压力梯度作用下，上部裸露地层不致破裂内液柱压力梯度作用下，上部裸露地层不致破裂所应有的地层破裂压力梯度，所应有的地层破裂压力梯度，所应有的地层破裂压力梯度，所应有的地层破裂压力梯度，g/cmg/cm3 3; ;l lρ ρmaxmax: : 裸露井段预计的最大地层压力梯度，裸露井段预计的最大地层压力梯度，裸露井段预计的最大地层压力梯度，裸露井段预计的最大地层压力梯度， g/cmg/cm3 3; ;46 井身结构设计井身结构设计l l设计步骤和方法设计步骤和方法（（（（1 1）各层套管（不含油层套管）下入深度）各层套管（不含油层套管）下入深度）各层套管（不含油层套管）下入深度）各层套管（不含油层套管）下入深度初选点初选点初选点初选点HniHni的确定（续的确定（续的确定（续的确定（续1 1））））l l发生溢流时：发生溢流时：发生溢流时：发生溢流时：– –ρ ρfnkfnk: :在设计套管层所在的裸眼井段发生溢流时在设计套管层所在的裸眼井段发生溢流时在设计套管层所在的裸眼井段发生溢流时在设计套管层所在的裸眼井段发生溢流时，，，，在最在最在最在最大井内压力梯度作用下，上部裸露地层不致破裂所应大井内压力梯度作用下，上部裸露地层不致破裂所应大井内压力梯度作用下，上部裸露地层不致破裂所应大井内压力梯度作用下，上部裸露地层不致破裂所应有的地层破裂压力梯度，有的地层破裂压力梯度，有的地层破裂压力梯度，有的地层破裂压力梯度，g/cmg/cm3 3; ;– –Hni:Hni:设计层套管的初始下入深度，设计层套管的初始下入深度，设计层套管的初始下入深度，设计层套管的初始下入深度，m;m;– –H Hpmaxpmax: : 最大地层压力所对应的井深最大地层压力所对应的井深最大地层压力所对应的井深最大地层压力所对应的井深; ;mm。
47 井身结构设计井身结构设计l l设计步骤和方法设计步骤和方法（（（（1 1）各层套管（不含油层套管）下入深度）各层套管（不含油层套管）下入深度）各层套管（不含油层套管）下入深度）各层套管（不含油层套管）下入深度初选点初选点初选点初选点HniHni的确定（续的确定（续的确定（续的确定（续2 2））））l l比较正常钻井情况下和发生溢流情况下的最小地比较正常钻井情况下和发生溢流情况下的最小地比较正常钻井情况下和发生溢流情况下的最小地比较正常钻井情况下和发生溢流情况下的最小地层破裂压力，层破裂压力，层破裂压力，层破裂压力， 一般地一般地一般地一般地ρ ρfnkfnk> ρ> ρfnrfnr, ,因此通常按因此通常按因此通常按因此通常按ρ ρfnkfnk计计计计算，只有在肯定不会发生溢流的情况下，才按算，只有在肯定不会发生溢流的情况下，才按算，只有在肯定不会发生溢流的情况下，才按算，只有在肯定不会发生溢流的情况下，才按ρ ρfnrfnr计算l l对于技术套管，首先计算出对于技术套管，首先计算出对于技术套管，首先计算出对于技术套管，首先计算出ρ ρfnkfnk，，，，然后通过作图然后通过作图然后通过作图然后通过作图或数字计算的方法找到地层破裂压力为或数字计算的方法找到地层破裂压力为或数字计算的方法找到地层破裂压力为或数字计算的方法找到地层破裂压力为ρ ρfnkfnk的井的井的井的井深，该井深即为技术套管下入的初选点。
深，该井深即为技术套管下入的初选点深，该井深即为技术套管下入的初选点深，该井深即为技术套管下入的初选点l l对于技术套管，需要校核是否会卡套管，对于表对于技术套管，需要校核是否会卡套管，对于表对于技术套管，需要校核是否会卡套管，对于表对于技术套管，需要校核是否会卡套管，对于表层套管，则一般不必进行压差粘卡套管的校核层套管，则一般不必进行压差粘卡套管的校核层套管，则一般不必进行压差粘卡套管的校核层套管，则一般不必进行压差粘卡套管的校核48 当量泥浆密度当量泥浆密度GpGf正常工况（起钻、下钻）正常工况（起钻、下钻）发生溢流时发生溢流时当量泥浆密度当量泥浆密度GpGf49 井身结构设计井身结构设计l l设计步骤和方法设计步骤和方法（（（（2 2）校核套管下入初选点）校核套管下入初选点）校核套管下入初选点）校核套管下入初选点HniHni是否会发生压是否会发生压是否会发生压是否会发生压差粘卡套管差粘卡套管差粘卡套管差粘卡套管l l所用最大钻井液密度与最小地层压力之间实际的所用最大钻井液密度与最小地层压力之间实际的所用最大钻井液密度与最小地层压力之间实际的所用最大钻井液密度与最小地层压力之间实际的最大静止压差：最大静止压差：最大静止压差：最大静止压差：– –ΔPΔP：：：：套管所受到的最大静止压差，套管所受到的最大静止压差，套管所受到的最大静止压差，套管所受到的最大静止压差，MPaMPa；；；；– –ρ ρminmin：：：：该井段内最下地层压力该井段内最下地层压力该井段内最下地层压力该井段内最下地层压力, ,g/cmg/cm3 3; ;– –H Hmmmm：：：：最小地层压力所对应的井深最小地层压力所对应的井深最小地层压力所对应的井深最小地层压力所对应的井深, ,mm。
50 井身结构设计井身结构设计l l设计步骤和方法设计步骤和方法设计步骤和方法设计步骤和方法（（（（2 2）校核套管下入初选点）校核套管下入初选点）校核套管下入初选点）校核套管下入初选点HniHni是否会发生压差粘卡套管是否会发生压差粘卡套管是否会发生压差粘卡套管是否会发生压差粘卡套管（续（续（续（续1 1））））l l比较比较比较比较ΔPΔP与与与与ΔPΔP N N(ΔP(ΔP a a) )– – P PP PN N（（（（或或或或 P Pa a），），），），则假定深度则假定深度则假定深度则假定深度HHnini为中间套管下入深度为中间套管下入深度为中间套管下入深度为中间套管下入深度 ––若若若若 P>P> P PN N（（（（或或或或 P Pa a），），），），则中间套管下至则中间套管下至则中间套管下至则中间套管下至HHnini过程中有被卡危过程中有被卡危过程中有被卡危过程中有被卡危险在这种情况下险在这种情况下险在这种情况下险在这种情况下, , , ,必须采取下尾管的方法解决必须采取下尾管的方法解决。
必须采取下尾管的方法解决必须采取下尾管的方法解决 l l 确定技术套管的下入深度：先计算不卡套管的最大地层压力梯确定技术套管的下入深度：先计算不卡套管的最大地层压力梯确定技术套管的下入深度：先计算不卡套管的最大地层压力梯确定技术套管的下入深度：先计算不卡套管的最大地层压力梯度，度，度，度，g/cmg/cm3 3; ;l l与与与与ρ ρpperpper对应的井深即为经过校核的井深对应的井深即为经过校核的井深对应的井深即为经过校核的井深对应的井深即为经过校核的井深51 井身结构设计井身结构设计l l设计步骤和方法设计步骤和方法（（（（3 3）在技术套套下入深度浅于初选点的情）在技术套套下入深度浅于初选点的情）在技术套套下入深度浅于初选点的情）在技术套套下入深度浅于初选点的情况下，确定尾管的下入深度况下，确定尾管的下入深度况下，确定尾管的下入深度况下，确定尾管的下入深度H Hn+1n+1l l确定尾管下入深度的初选点确定尾管下入深度的初选点确定尾管下入深度的初选点确定尾管下入深度的初选点H Hn+1,In+1,Il l由技术套管鞋处的地层破裂压力梯度由技术套管鞋处的地层破裂压力梯度由技术套管鞋处的地层破裂压力梯度由技术套管鞋处的地层破裂压力梯度ρfnρfn可求得可求得可求得可求得允许的最大地层压力梯度允许的最大地层压力梯度允许的最大地层压力梯度允许的最大地层压力梯度ρpper:ρpper:l l通过数字计算或作图法找到与通过数字计算或作图法找到与通过数字计算或作图法找到与通过数字计算或作图法找到与ρpperρpper相等的地层相等的地层相等的地层相等的地层压力梯度所对应的井深，该井深即为尾管下入深压力梯度所对应的井深，该井深即为尾管下入深压力梯度所对应的井深，该井深即为尾管下入深压力梯度所对应的井深，该井深即为尾管下入深度的初选点。
度的初选点度的初选点度的初选点l l校核尾管的下入深度初选点是否会发生卡套管校核尾管的下入深度初选点是否会发生卡套管校核尾管的下入深度初选点是否会发生卡套管校核尾管的下入深度初选点是否会发生卡套管52 采用迭代法，试取一个采用迭代法，试取一个Hn+1值求值求ρpper，，如果如果ρpper大于该深度的实大于该深度的实际地层压力梯度，且二者接近，际地层压力梯度，且二者接近，则则Hn+1就是尾管下入深度就是尾管下入深度GpGfHnHn+11)中间套管下深中间套管下深Hn的确定的确定与与ρpper相对应的井深即为中相对应的井深即为中间套管下深间套管下深Hn2)尾管下深尾管下深Hn+1的确定的确定53 步骤步骤1 1、、定定中中间间套套管管最最大大下下入入深度假定点深度假定点 根根据据可可能能钻钻遇遇的的最最大大地地层层压压力力求求设设计计破破裂裂压压力力梯度梯度井身结构设计井身结构设计当量泥浆密度当量泥浆密度GpGf54 步骤步骤2 2、、验验证证中中间间套套管管是是否否有有卡套管的危险卡套管的危险 如有，则应减小下深如有，则应减小下深3、加下一层尾管、加下一层尾管井身结构设计井身结构设计当量泥浆密度当量泥浆密度GpGf55 步骤步骤4 4、、 确确定定表表层层套套管管下下入入深度。
深度 井身结构设计井身结构设计当量泥浆密度当量泥浆密度GpGf56 井身结构设计井身结构设计l l油层套管从井底到井口油层套管从井底到井口（对于射孔完井）（对于射孔完井）当量泥浆密度当量泥浆密度GpGf57 l l生生生生产产产产套套套套管管管管尺尺尺尺寸寸寸寸应应应应满满满满足足足足采采采采油油油油方方方方面面面面要要要要求求求求根根根根据据据据生生生生产产产产层层层层的的的的产产产产能能能能、、、、油油油油管管管管大大大大小小小小、、、、增增增增产产产产措措措措施施施施及及及及井井井井下下下下作作作作业业业业等等等等要要要要求求求求来来来来确确确确定l l对对对对于于于于探探探探井井井井，，，，要要要要考考考考虑虑虑虑原原原原设设设设计计计计井井井井深深深深是是是是否否否否要要要要加加加加深深深深，，，，地地地地质质质质上上上上的的的的变变变变化化化化会会会会使使使使原原原原来来来来的的的的预预预预告告告告难难难难于于于于准准准准确确确确，，，，是是是是否否否否要要要要求求求求井井井井眼眼眼眼尺尺尺尺寸寸寸寸上上上上留留留留有有有有余余余余量量量量以以以以便便便便增增增增下下下下中中中中间间间间套套套套管管管管，，，，以以以以及及及及对对对对岩岩岩岩心心心心尺尺尺尺寸寸寸寸要求等。
要求等l l要要要要考考考考虑虑虑虑到到到到工工工工艺艺艺艺水水水水平平平平，，，，如如如如井井井井眼眼眼眼情情情情况况况况、、、、曲曲曲曲率率率率大大大大小小小小、、、、井井井井斜斜斜斜角角角角以以以以及及及及地地地地质质质质复复复复杂杂杂杂情情情情况况况况带带带带来来来来的的的的问问问问题题题题并并并并应应应应考考考考虑虑虑虑管管管管材材材材、、、、钻头库存规格等的限制钻头库存规格等的限制钻头库存规格等的限制钻头库存规格等的限制 1 1．设计中考虑的因素．设计中考虑的因素．设计中考虑的因素．设计中考虑的因素套管尺寸与井眼尺寸选择及配合套管尺寸与井眼尺寸选择及配合58 l l确确确确定定定定井井井井身身身身结结结结构构构构尺尺尺尺寸寸寸寸一一一一般般般般由由由由内内内内向向向向外外外外依依依依次次次次进进进进行行行行，，，，首首首首先先先先确确确确定定定定生生生生产产产产套套套套管管管管尺尺尺尺寸寸寸寸，，，，再再再再确确确确定定定定下下下下入入入入生生生生产产产产套套套套管管管管的的的的井井井井眼眼眼眼尺尺尺尺寸寸寸寸，，，，然然然然后后后后确确确确定定定定中中中中层层层层套套套套管管管管尺尺尺尺寸寸寸寸等等等等，，，，依依依依此此此此类类类类推推推推，，，，直直直直到到到到表表表表层层层层套套套套管管管管的的的的井井井井眼眼眼眼尺尺尺尺寸，最后确定导管尺寸。
寸，最后确定导管尺寸寸，最后确定导管尺寸寸，最后确定导管尺寸l l生生生生产产产产套套套套管管管管根根根根据据据据采采采采油油油油方方方方面面面面要要要要求求求求来来来来定定定定勘勘勘勘探探探探井井井井则则则则按按按按照照照照勘勘勘勘探探探探方方方方要求来定要求来定要求来定要求来定l l套套套套管管管管与与与与井井井井眼眼眼眼之之之之间间间间有有有有一一一一定定定定间间间间隙隙隙隙，，，，间间间间隙隙隙隙过过过过大大大大则则则则不不不不经经经经济济济济，，，，过过过过小小小小会会会会导导导导致致致致下下下下套套套套管管管管困困困困难难难难及及及及注注注注水水水水泥泥泥泥后后后后水水水水泥泥泥泥过过过过早早早早脱脱脱脱水水水水形形形形成成成成水水水水泥泥泥泥桥桥桥桥间间间间隙隙隙隙值值值值一一一一般般般般最最最最小小小小在在在在9.5~12.79.5~12.7mm(3/8~1/2in)mm(3/8~1/2in)范范范范围围围围，，，，最最最最好好好好为为为为1919mmmm（（（（3/4in3/4in） 2 2．套管和井眼尺寸的选择和确定方法．套管和井眼尺寸的选择和确定方法．套管和井眼尺寸的选择和确定方法．套管和井眼尺寸的选择和确定方法套管尺寸与井眼尺寸选择及配合套管尺寸与井眼尺寸选择及配合59 3 3．套管及井眼尺寸标准组合．套管及井眼尺寸标准组合．套管及井眼尺寸标准组合．套管及井眼尺寸标准组合四、套管尺寸与井眼尺寸选择及配合四、套管尺寸与井眼尺寸选择及配合81/260 井身结构设计—实例计算分析 例例1 1 某某井井设设计计井井深深4874878m8m，，其其地地层层压压力力梯梯度度和和地地层层破破裂裂压压力力梯梯度度剖剖面面图图如如图图2-112-11示示。
该该井井无无地地质质复复杂杂层层设计系数取以下值：设计系数取以下值： S Sw w=0.036g/cm=0.036g/cm3 3 S Sg g=0.036g/cm=0.036g/cm3 3 S Sf f=0.024g/cm=0.024g/cm3 3 S Sk k=0.060g/cm=0.060g/cm3 3 P Pn n=16.56MPa=16.56MPa P Pa a=21.36MPa=21.36MPa破裂压力梯度1450m3826m4146m地层压力梯度H H H HN N N N61 （（1 1）求中间套管初始下入深度）求中间套管初始下入深度 钻遇最大地层压力梯度钻遇最大地层压力梯度 =2.113 =2.113g/cm3g/cm3 考虑抽汲压力考虑抽汲压力S Sw w =0.036g/cm=0.036g/cm=0.036g/cm=0.036g/cm3 3 3 3 考虑钻柱下放、压力激动考虑钻柱下放、压力激动S Sg g =0.036g/cm=0.036g/cm=0.036g/cm=0.036g/cm3 3 3 3 考虑安全因素考虑安全因素S Sf f =0.024g/cm=0.024g/cm=0.024g/cm=0.024g/cm3 3 3 3 如按正常工况，则：如按正常工况，则： fnrfnr =2.209g/cm=2.209g/cm=2.209g/cm=2.209g/cm3 3 3 3 从压力剖面图横坐标上从压力剖面图横坐标上2.2092.209处引垂直线，处引垂直线，该垂线与地层破裂压力梯度曲线相交，交点该垂线与地层破裂压力梯度曲线相交，交点H H3 3的相应井深的相应井深41464146m m为中间套管下入深度初始为中间套管下入深度初始选定点，该深度地层压力梯度为选定点，该深度地层压力梯度为1.741.74g/cmg/cm3 3。
破裂压力梯度1450m3826m4146m地层压力梯度H H H HN N N N fDfD井身结构设计—实例计算分析 62 （（2 2）验证中间套管下入）验证中间套管下入41464146m m深度是否有卡套管的危险深度是否有卡套管的危险 其中其中 m m= = PH2PH2+S+Sw w( ( PH2PH2即即41464146m m井深地层压力梯度井深地层压力梯度) )，， PH2PH2=1.74=1.74（（g/cmg/cm3 3）） 1.74+0.036=1.776g/cm 1.74+0.036=1.776g/cm3 3 H HN N=3384m=3384m（（压力剖面图最小地层压力对应的最大井深），代入上式压力剖面图最小地层压力对应的最大井深），代入上式 =23.08=23.08MPa MPa 因为因为23.08>16.5623.08>16.56 所以中间套管下入井深所以中间套管下入井深41464146m m有卡套管的危险，中间套管下入井深应当有卡套管的危险，中间套管下入井深应当 减小。
减小 井身结构设计—实例计算分析 63 求在允许压力差求在允许压力差16.5616.56MPaMPa的条件下，的条件下，中间套管下入深度中间套管下入深度H H2 2 H HN N=3384m=3384m m m-S-Sw w= =中间套管下入深度处的地层中间套管下入深度处的地层压力梯度压力梯度 1.579-0.036=1.543 1.579-0.036=1.543g/cmg/cm3 3在压力剖面图上找到在压力剖面图上找到1.5431.543g/cmg/cm3 3 ，，引垂线与引垂线与地层压力梯度线地层压力梯度线相交，交相交，交点即为新计算的中间套管下入深度点即为新计算的中间套管下入深度38263826m m 破裂压力梯度1450m3826m4146m地层压力梯度井身结构设计—实例计算分析 64 （（3 3）计算中间尾管最大下入深度）计算中间尾管最大下入深度H H3 3 4146m-3826m=320m 4146m-3826m=320m 校核尾管下入校核尾管下入41464146m m井深压差卡钻可能性。
钻井尾管下入井深压差卡钻可能性钻井尾管下入41464146m m时采用的钻井时采用的钻井液密度液密度=4146=4146m m处地层压力梯度处地层压力梯度+ +S Sw w=1.74+0.036=1.776g/cm=1.74+0.036=1.776g/cm3 3 P=0.00981(1.776-1.543)P=0.00981(1.776-1.543) 3826 =8.745MPa3826 =8.745MPa 因为因为8.745<21.368.745<21.36，下入中间尾管时不会卡尾管下入中间尾管时不会卡尾管 校核钻井至校核钻井至41464146m m时，如果产生溢流，给定时，如果产生溢流，给定0.0600.060g/cmg/cm3 3溢流条件，压井时中溢流条件，压井时中间套管间套管38263826m m处是否会被压裂，产生地下井喷危险处是否会被压裂，产生地下井喷危险 中间尾管井深中间尾管井深41464146m m处地层压力梯度处地层压力梯度=1.74=1.74g/cmg/cm3 3 =1.865g/cm =1.865g/cm3 3 井深井深38263826m m处地层破裂压力梯度处地层破裂压力梯度=2.172=2.172g/cmg/cm3 3。
因为因为1.865<2.1721.865<2.172，所以当钻至井深，所以当钻至井深41464146m m，，若发生溢流，关井不会压裂中间若发生溢流，关井不会压裂中间套管鞋处地层，产生地下井喷危险套管鞋处地层，产生地下井喷危险井身结构设计—实例计算分析 65 （（4 4）表层套管可下深度）表层套管可下深度H H1 1 根据中间套管下入深度根据中间套管下入深度38263826m m处地层压力梯度，给定处地层压力梯度，给定0.0600.060g/cmg/cm3 3的溢流的溢流条件，条件，试算表层套管试算表层套管可下深度可下深度 设表层套管下入深度设表层套管下入深度=1067=1067m m =1.819g/cm =1.819g/cm3 3 井深井深10671067m m处地层破裂压力梯度处地层破裂压力梯度=1.693=1.693g/cmg/cm3 3。
溢流后压井时，给予溢流后压井时，给予10671067m m处的压力负荷大于该处地层破裂压力梯度，会处的压力负荷大于该处地层破裂压力梯度，会压裂地层产生地下井喷的危险试算深度不能满足要求压裂地层产生地下井喷的危险试算深度不能满足要求井身结构设计—实例计算分析 66 设表层套管下入深度设表层套管下入深度=1450=1450m m，，则则 井井深深14501450m m处处地地层层破破裂裂压压力力梯梯度度=1.780=1.780g/cmg/cm3 3 因为因为 f1450f1450> > fD1450fD1450，，且相近，且相近，所以表层套管下入深度所以表层套管下入深度H H1 1=1450m=1450m，，满足设计要求满足设计要求 破裂压力梯度1450m3826m4146m地层压力梯度井身结构设计—实例计算分析 67 （（5 5））油油层层套套管管下下入入48784878mm深深度度是否有卡套管的危险是否有卡套管的危险 P=0.00981P=0.00981（（2.113+0.035-2.113+0.035-1.741.74）） 4146=16.635MPa4146=16.635MPa因因为为16.635<21.3616.635<21.36，，油油层层套套管管下入下入48784878mm不会卡套管。
不会卡套管 这样，该井设计的套管程序这样，该井设计的套管程序如表如表 套管层次套管层次下入深度下入深度m表层套管表层套管中间套管中间套管中间尾管中间尾管油层套管油层套管1450382641464878破裂压力梯度1450m3826m4146m地层压力梯度井身结构设计—实例计算分析 68 第二章作业1.1.1.1.井身结构设计的任务、依据井身结构设计的任务、依据井身结构设计的任务、依据井身结构设计的任务、依据2.2.2.2.有关的基本概念（地层压力、地层破裂压力、地层坍塌有关的基本概念（地层压力、地层破裂压力、地层坍塌有关的基本概念（地层压力、地层破裂压力、地层坍塌有关的基本概念（地层压力、地层破裂压力、地层坍塌压力压力压力压力））））3.3.3.3.简述简述简述简述dcdcdcdc指数法、声波时差法预测地层压力的原理和使用指数法、声波时差法预测地层压力的原理和使用指数法、声波时差法预测地层压力的原理和使用指数法、声波时差法预测地层压力的原理和使用的条件4.4.4.4.什么是破裂压力？岩石破裂的力学机理是什么？什么是破裂压力？岩石破裂的力学机理是什么？什么是破裂压力？岩石破裂的力学机理是什么？什么是破裂压力？岩石破裂的力学机理是什么？5.5.5.5.液压试验确定地层破裂压力的原理、步骤。
液压试验确定地层破裂压力的原理、步骤液压试验确定地层破裂压力的原理、步骤液压试验确定地层破裂压力的原理、步骤6.6.6.6.坍塌压力是什么？摩尔坍塌压力是什么？摩尔坍塌压力是什么？摩尔坍塌压力是什么？摩尔- - - -库仑准则的含义和适用范围库仑准则的含义和适用范围库仑准则的含义和适用范围库仑准则的含义和适用范围7.7.7.7.井身结构设计的步骤和基础数据是什么？井身结构设计的步骤和基础数据是什么？井身结构设计的步骤和基础数据是什么？井身结构设计的步骤和基础数据是什么？8.8.8.8.熟悉掌握井身结构设计的计算方法熟悉掌握井身结构设计的计算方法熟悉掌握井身结构设计的计算方法熟悉掌握井身结构设计的计算方法69 。