第二章井身结构设计.pptx

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）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压力。压力。计算计算l：液体密度：液体密度,（g/cmg/cm3 3）lH:H:液柱垂直高度，液柱垂直高度，m mPh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有效密度（当量密度）有效密度（当量密度）钻井液在流动过程或被激励中有效地作用在钻井液在流动过程或被激励中有效地作用在钻井液在流动过程或被激励中有效地作用在钻井液在流动过程或被激励中有效地作用在井内的压力为有效液柱压力井内的压力为有效液柱压力井内的压力为有效液柱压力井内的压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。密度。密度。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：l l某处地层的上覆岩层压力是指覆某处地层的上覆岩层压力是指覆某处地层的上覆岩层压力是指覆某处地层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P0P0：上覆岩层压力；：上覆岩层压力；MPaMPa；：无量纲的小数：无量纲的小数rm:rm:岩石骨架密度，岩石骨架密度，g/cm3g/cm3；:地层空隙中流体密度，地层空隙中流体密度，g/cm3g/cm3；H H：井深，：井深，m.m.P Po o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 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，当井内液体压力达到某一值时会使地在井中，当井内液体压力达到某一值时会使地在井中，当井内液体压力达到某一值时会使地在井中，当井内液体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。层破裂，这个压力称为地层破裂压力。层破裂，这个压力称为地层破裂压力。层破裂，这个压力称为地层破裂压力。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，地层出现坍塌当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍塌当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍塌当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍塌或缩径，我们称这个压力为地层坍塌压力。或缩径，我们称这个压力为地层坍塌压力。或缩径，我们称这个压力为地层坍塌压力。或缩径，我们称这个压力为地层坍塌压力。现象：当井内液柱压力低于地层坍塌压力时，现象：当井内液柱压力低于地层坍塌压力时，现象：当井内液柱压力低于地层坍塌压力时，现象：当井内液柱压力低于地层坍塌压力时，对于脆性地层出现坍塌，对于塑性地层出现缩对于脆性地层出现坍塌，对于塑性地层出现缩对于脆性地层出现坍塌，对于塑性地层出现缩对于脆性地层出现坍塌，对于塑性地层出现缩径。径。径。径。2024/8/12 周一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、钻进时：钻进时：钻进时：钻进时：3 3 3 3、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 PPwPwPwPwPwPwPwHPP Pw wP Po o上覆岩层压力上覆岩层压力孔隙压力孔隙压力高骨架应力高骨架应力正正常常地地层层压压力力异异常常低低压压异异常常高高压压孔隙压力孔隙压力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，压实不均匀沉积物的快速沉积，压实不均匀沉积物的快速沉积，压实不均匀沉积物的快速沉积，压实不均匀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水增热作用水增热作用水增热作用水增热作用l l油田注水油田注水油田注水油田注水2024/8/12 周一压实效应压实效应 PDP PO海面/地面异常高压形成的原因异常高压形成的原因地层保持正常的压地层保持正常的压实平衡，取决于：实平衡，取决于：（1）沉积速率）沉积速率（2）孔隙空间减）孔隙空间减少速率少速率（3）地层渗透率）地层渗透率（4）排出孔隙流）排出孔隙流体的能力体的能力异常高压形成的原因异常高压形成的原因l l水热作用：岩层孔隙中的流体受热膨胀，一水热作用：岩层孔隙中的流体受热膨胀，一旦出现隔绝的环境，地层孔隙中流体的压力旦出现隔绝的环境，地层孔隙中流体的压力就会急剧增加。就会急剧增加。l l渗透作用：水或者溶液被适当的薄膜（泥岩渗透作用：水或者溶液被适当的薄膜（泥岩层）隔开时，水从淡溶液到浓溶液的自然流层）隔开时，水从淡溶液到浓溶液的自然流动，导致高浓度溶液一侧水增多，如果排水动，导致高浓度溶液一侧水增多，如果排水作用受到阻碍，形成高压。作用受到阻碍，形成高压。低浓度高浓度2024/8/12 周一l l流体运移流体运移异常高压形成的原因异常高压形成的原因2024/8/12 周一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，在异常高压地层，钻速增加而在异常高压地层，钻速增加而在异常高压地层，钻速增加而在异常高压地层，钻速增加而dcdcdcdc减小。减小。减小。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。dH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指数指数指数指数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/minl 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,mm,mm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 l mNmN: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 l mm: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;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1.51.53m3m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 510m10m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1m1m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。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所求井深地层压所求井深地层压所求井深地层压所求井深地层压力当量密度，力当量密度，力当量密度，力当量密度，g/cmg/cm3 3；l l n n所求井深正常地所求井深正常地所求井深正常地所求井深正常地层压力当量密度，层压力当量密度，层压力当量密度，层压力当量密度，g/cmg/cm3 3l l d dCNCN所求井深处正常所求井深处正常所求井深处正常所求井深处正常趋势线上的趋势线上的趋势线上的趋势线上的dcdc指数值；指数值；指数值；指数值；l l d dcRcR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。指数。指数。dcHdcndcR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，则认为其骨架应力相等指数，则认为其骨架应力相等指数，则认为其骨架应力相等指数，则认为其骨架应力相等,即：即：即：即：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，MPaMPal l HH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 GG0 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/ml 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。dcHHEH2024/8/12 周一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l l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、钻速、钻压、转速、钻速、钻压、转速、钻速、钻压、转速、地层水密度、钻井液地层水密度、钻井液地层水密度、钻井液地层水密度、钻井液密度密度密度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HEH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：岩性为泥岩、页岩；完钻后进行地层压力岩性为泥岩、页岩；完钻后进行地层压力岩性为泥岩、页岩；完钻后进行地层压力岩性为泥岩、页岩；完钻后进行地层压力评价。评价。评价。评价。2024/8/12 周一H地层压力理论及预测方法地层压力理论及预测方法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）l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，m t:井深井深H处的泥岩声波时差，处的泥岩声波时差，s/ft t0:表层泥岩声波时差表层泥岩声波时差,s/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5m5m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。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：钻前对区域地层压力进行评价。钻前对区域地层压力进行评价。钻前对区域地层压力进行评价。钻前对区域地层压力进行评价。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：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理论计算理论计算井壁上的周向应力（切向应力）：井壁上的周向应力（切向应力）：井壁上的周向应力（切向应力）：井壁上的周向应力（切向应力）：井壁破裂的原因井壁破裂的原因井壁破裂的原因井壁破裂的原因l l井壁上的有效切向应力超过岩石的抗拉强度（破坏准则）井壁上的有效切向应力超过岩石的抗拉强度（破坏准则）井壁上的有效切向应力超过岩石的抗拉强度（破坏准则）井壁上的有效切向应力超过岩石的抗拉强度（破坏准则）l l井壁上的有效应力井壁上的有效应力井壁上的有效应力井壁上的有效应力有效应力系数，有效应力系数，Biot系数系数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；：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;：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，MPaMPa2024/8/12 周一测试方法测试方法PPf=Pstand_pipe+Pm地层破裂压力确定方法地层破裂压力确定方法2024/8/12 周一液压试验（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（0.661.320.661.32l/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。力。力。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max 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 lHH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)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(内聚力内聚力)：岩石的内摩擦角；：岩石的内摩擦角；N:岩石剪切面上的法向正应力岩石剪切面上的法向正应力.地层坍塌压力确定方法地层坍塌压力确定方法l l岩石破坏准则岩石破坏准则MohrMohrCoulombCoulomb准则准则准则准则 岩石的剪切破坏岩石的剪切破坏 有效应力系数（有效应力系数（Biot系数），系数），内摩擦角内摩擦角1 和和1分别为井壁上的最大和最小主应力分别为井壁上的最大和最小主应力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 HH：井深，井深，井深，井深，mm；：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；: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（0.90.90.950.95）；HH 、h 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 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。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、快速和经济地钻达目的层目的层l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2024/8/12 周一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液流时，在一定范围内，具出现液流时，在一定范围内，具出现液流时，在一定范围内，具出现液流时，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。2024/8/12 周一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2024/8/12 周一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岩性剖面及故障提示岩性剖面及故障提示岩性剖面及故障提示岩性剖面及故障提示地层压力、地层破裂压力地层压力、地层破裂压力地层压力、地层破裂压力地层压力、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：抽吸压力系数正常作业：抽吸压力系数正常作业：抽吸压力系数正常作业：抽吸压力系数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、地层、地层、地层压裂安全增值压裂安全增值压裂安全增值压裂安全增值S Sf fl l出现液流：抽吸压力系数出现液流：抽吸压力系数出现液流：抽吸压力系数出现液流：抽吸压力系数S Sw w、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 f、考虑液流情况下地层压力考虑液流情况下地层压力考虑液流情况下地层压力考虑液流情况下地层压力增加值增加值增加值增加值 S SKKl l最大允许压差最大允许压差最大允许压差最大允许压差PPPPN N N N(Pa)(Pa)(Pa)(Pa)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 l maxmax: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 l pmaxpmax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