井身结构优化设计方法

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1、井身结构优化设计方法新疆维吾尔自治IX有色地质勘查局七0六队新疆阿勒泰836500摘要：分析了国内外井身结构系列的特点，讨论了井身结构设计原则和井身结构设计系数。探讨了井身结构设计方法；提出了井身结构优化方案。为钻井工程设计提供了参考依据，具有一定的实用价值。关键词：井身结构；套管系列；优化设计；设计系数；原则；方法1国内外井身结构系列分析评价1.1国内常用井身结构系列的分析评价国内常用的井身结构系列在地质条件不太复杂的地区是适用的，这己为钻井实践所证明。但在复杂地质条件下，如此少的套管和钻头系列便显示出局限

2、性。主要存在以下几方面的问题：(1)套管层数少，不能满足封隔多套复杂地层的要求。目前釆用的套管程序中仅有一至两层技术套管，在钻达设计目的层前只能封隔一至两套不同压力系统的地层，遇到更多的不同压力系统的地层只能把目的层套管提前下入，结果是提前下入了层套管井眼就缩小一级，最后无法钻达设计目的层。(2)目的层套管(7”和5”)与井眼的间隙小，易发生事故。在81/2”(215.9mm)井眼内下7"套管，其接箍间隙为9.1mm。在6”(57/8”)井眼内下5”套管，接箍间隙只有5.6mm(4.0mm)。由于套管与井眼的

3、间隙小，易发生下套管遇阻或下不到预定深度，且固井质量难以保证。(3)下部井眼尺寸(6”或57/8”)，不利于快速、优质、安全钻井,也不能满足采油工艺和地质加深的要求。1.2国外常用井身结构系列的特点(1)开眼直径大，导管和表层套管尺寸大。大多数深井及超深井大都釆用一层至两层较大尺、？的导管来封隔多套不同压力系统的复杂地层，给下部井段套管及钻头尺

4、*的选择留有充分的余地。而且下部井眼可采用较大尺汴钻头钻进，有利于钻井作业。(1)完钻井眼尺寸大。全井能用5”或更大尺寸钻杆钻进，能使钻头类型及钻井水力参数得以优化

5、，有利于采汕和井下作业。(2)套管与井眼尺寸选配合理。较小井眼尺可能选用大尺寸钻头，大尺寸井眼尽可能选用较小尺寸钻头，利于充分发挥钻头的破岩效率，提高机械钻速，降低钻井成本。2井身结构优化设计方法2.1井身结构优化设计的原则(1)能满足钻井作业要求，有利于实现安全、快速、低成本钻井。(2)生产套管尺T应能满足采油、增产措施和井下作业的要求。(3)尺量采用API标准系列的套管和钻头。(4)表层套管的选择要考虑常用井UI防喷装置的规格。(5)在满足下套管和注水泥要求的前提下，采用较小的套管/井眼间隙值，以减小套

6、管和井眼尺寸(最小间隙≥9.5mm)。(6)尽可能增加使用83/8”-91/2”钻头钻进井段的长度。(7)对探井和地质要求条件复杂的开发井，套管程序设计要留奋余地，必要时可增加一层套管。(8)要有利于提高钻井速度，缩短钻井周期，降低钻井成本。2.2井身结构设计系数的确定井身结构设计系数包括：抽吸压力系数Sb、激动压力系数Sg、地层破裂压力安全系数Sf、井涌条件Sk、压差允值(ΔPn和ΔPa)等。井身结构设计系数是随井深而变的，随井深的增加，抽吸压力和激动压力系数增大、井涌系数减小

7、、破裂压力安全系数减小、压差卡钻系数可能因地层压力不同而不同。以往在井身结构设计中，没有考虑井身结构设计系数随井深的变化，全井采用某一定值，存在一定偏差。为提高井身结构设计的科学性和合理性，应采用随井深变化的井身结构设计系数值。2.3井身结构设计方法2.3.1传统的设计方法传统的设计方法是采取由下而上的设计方法，即套管设计从0的层生产套管开始自下而上逐层确定每层套管的下入深度和尺T。一般设计步骤为：从0的层开始，根据裸眼井段需满足的约束条件，确定生产套管的尺T，再根据生产套管的外径并留有足够的环隙选择相应

8、的钻头尺寸，然后以上一层套管内径必须让下部井段所用的套管和钻头是非曲直利通过为原则来确定上一层套管柱的最小尺T。依此类推，选择更进浅井段的套管和钻头尺T。传统的设计方法具有以下特点：(1)每层套管下入的深度浅，套管成本低。适合于己探明地区开发井的井身结构设计；(2)上部套管下入深度的合理性取决于对下部地层特性了解的准确程度和充分程度；(3)对于深探井，由于存在地层不确定性和对下部地层了解不充分，难以应用传统方法自下而上确定每层套管的下深。因此，需对传统的井身结构设计方法进行改进。2.3.2改进的设计方法在

9、深井及探井中存在地层压力的不确定性、地层状态和岩性的不确定性、地层分层深度和完井深度的不确定性。苏井身结构设计不应以套管下入深度最浅、套管费用最低为主要0标。而应要确保钻井成功率,顺利钻达0的层为首选0标。要提高钻探的成功率，就必须冇足够的套管层次储备，以便一旦钻遇未预料到复杂层位吋能够及吋封隔，并继续钻进。同时希望上部大尺

10、*套管尽量下深，以便在下部地层的钻进吋有一定的套管层次储备和不至于用小尺