第一章 井身结构设计（3）

五、实例计算分析例1某井设计井深4873m，其地层压力梯度和地层破裂压力梯度剖面图如图2-11示。该井无复杂层。设计系数取以下值：Sw=0.036g/cm3Sg=0.036g/cm3Sf=0.024g/cm3Sk=0.060g/cm3Pn=16.56MPaPa=21.36MPa3826m4146m第四节井身结构设计第一章井身结构设计（1）求中间套管下入深度假定点根据钻遇最大地层压力求设计破裂压力梯度。钻遇最大地层压力梯度=2.113g/cm3考虑抽汲压力Sw=0.036g/cm3采用最小钻井液密度mmi=2.149g/cm3考虑钻柱下放时压力激动Sg=0.036g/cm3考虑安全因素Sf=0.024g/cm3设计地层破裂压力梯度fD=2.209g/cm3从压力剖面图横坐标上2.209处下引垂直线，垂直线与地层破裂压力梯度曲线相交，交点H2的相应井深4146m为中间套管下入深度假定点，该深度地层压力梯度为1.74g/cm3。破裂压力梯度f1450m3826m4146mp地层压力梯度fgwPfDSSSmax第四节井身结构设计第一章井身结构设计PmEfPPP4873（2）验证中间套管下入（4146m深度）是否有卡套管的危险其中m即4146m井深地层压力梯度（1.74g/cm3）与Sw之和m＝1.74+0.036=1.776g/cm3HN=3384m（查压力剖面图正常地层压力最大井深），p＝1.08g/cm3=23.08MPa因为：23.0816.56（Pn）？所以中间套管下入井深4146m有卡套管的危险，中间套管下入井深应当减小。NpmHP)(00981.0min3384)08.1776.1(00981.0P第四节井身结构设计第一章井身结构设计求在允许压力差16.56MPa的条件下，中间套管下入深度H2：m-Sw=1.579-0.036=1.543g/cm3该值为中间套管下入深度处的所要求的地层压力梯度。从压力剖面图上查出地层压力梯度为1.543g/cm3时，相应井深3826m，地层破裂压力梯度=2..172g/cm3NmH)08.1(00981.056.163/579.1338400981.056.16338408.100981.0cmgm破裂压力梯度f1450m3826mp地层压力梯度第四节井身结构设计第一章井身结构设计2.113下降到1.543NpmHP)(00981.0minPmEfPPP（3）计算中间尾管最大下入深度H3校核尾管下入4146m井深压差卡钻可能性(条件改变）。=0.00981(1.776-1.543)3826=8.745MPa其中：m即4146m井深地层压力梯度与Sw之和m＝1.74+0.036=1.776g/cm3HN=3826m（3826～4146m井段最小地层压力对应井深）p＝1.543g/cm3因为：8.74521.36（Pa）？，下入中间尾管时不会卡尾管。NPmHP)(00981.0min第四节井身结构设计第一章井身结构设计f1450m3826mp地层压力梯度校核钻井至4146m时，如果产生溢流，给定sk＝0.06g/cm3溢流条件，压井时中间套管鞋3826m处是否会被压裂，产生地下井喷（井漏）危险。中间尾管井深4146m处地层压力梯度=1.74g/cm3=1.865g/cm3井深3826m处地层破裂压力梯度=2.172g/cm3。因为：1.8652.172，所以当钻至井深4146m，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。024.0060.038264146)036.074.1(3826fD第四节井身结构设计第一章井身结构设计kfwPHfDSHHSS122（4）表层套管可下深度H1根据中间套管下入深度3826m处地层压力梯度，给定0.060g/cm3的溢流条件，试算表层套管可下深度。设表层套管下入深度=1067m=1.819g/cm3井深1067m处地层破裂压力梯度=1.693g/cm3。因为f1067fD1067，会压裂地层产生地下井喷的危险。试算深度不能满足要求。kfwfDSHHSS12)543.1(06.03826024.0)036.0543.1(1H060.010673826024.0)036.0543.1(1067fD第四节井身结构设计第一章井身结构设计kfwPHfDSHHSS122设表层套管下入深度=1450m井深1450m处地层破裂压力梯度=1.780g/cm3。因为f1450fD1450，且相近，所以表层套管下入深度H1=1450m，满足设计要求。3/761.1024.0060.014503826)036.0543.1(1450cmgfD破裂压力梯度f1450m3826m4146mp地层压力梯度第四节井身结构设计第一章井身结构设计fH1-fD(0.024~0.048)kfwPHfDSHHSS122（5）油层套管下入4878m深度是否有卡套管的危险=0.00981（2.149-1.74）4146=16.635MPa其中：m即4878m井深之前最大地层压力梯度与Sw之和m＝2.113+0.036=2.149g/cm3HN=4146m（4146～4878m井段最小地层压力对应井深）p＝1.74g/cm3因为:16.63521.36（Pa）？，油层套管下入4878m不会卡套管。该井设计的套管程序如表NPmHP)(00981.0min第四节井身结构设计第一章井身结构设计该井设计的井身结构如下表破裂压力梯度f1450m3826m4146mp地层压力梯度套管层次下入深度m表层套管中间套管中间尾管油层套管1450382641464878套管尺寸为339.7244.5177.8139.7mm(133/895/875in)第四节井身结构设计第一章井身结构设计实例计算分析—例2例2某井设计井深3500m，表2-4为该井地层岩性剖面、地层压力梯度和地层破裂压力梯度及各层段地质复杂提示数据。设计系数为：Sw=0.016g/cm3，Sg=0.09g/cm3，Sf=0.02g/cm3，PN=15MPa，Pa=20MPa。该区为非高压气区，不考虑溢流条件，确定该井井身结构。层位井深m地层压力梯度当量密度g/cm3地层破裂压力梯度当量密度g/cm3复杂情况提示A2801.01.02~1.05砾石层漏失B6201.01.02~1.50B中上部砾石漏失C10201.01.50D15701.01.50(1.15~1.20)D底部砾石及D~E层界面漏失E19021.01.50(1.18~1.20)E~F层界面漏失F26251.101.50G328621.151.96~2.03G231451.231.80~2.06G135001.231.67第四节井身结构设计第一章井身结构设计（1）由地层压力、地层破裂压力数据及相应的井段，根据线性插值作出压力梯度剖面图第四节井身结构设计第一章井身结构设计当量密度g/cm^3设计破裂压力梯度地层破裂压力梯度地层压力梯度0HHsH0H137.9mm444.5mm215.9mm（2）由图及给定的设计系数确定中间套的下入深度若按可堵漏成功考虑:设计地层破裂压力梯度时，不考虑两个奇异点的影响，且该区为非高压油气区，由下式计算设计地层破裂压力梯度当量密度，即fD=1.23+0.016+0.09+0.02=1.36g/cm3在上图中可求得fD与地层破裂压力梯度线的交点。从图中可知设计地层破裂压力梯度线都落入地层破裂压力梯度线内（除B点以上井段及两个奇异点外），因此中间套管下深只在井深500m左右。该种情况，只要表层套管下深至500m即可代替中间套管。第四节井身结构设计第一章井身结构设计fgwPfDSSSmax表层套管＋油层套管当量密度g/cm^3设计破裂压力梯度地层破裂压力梯度地层压力梯度0HHsH0H137.9mm444.5mm215.9mm当量密度g/cm^3设计破裂压力梯度地层破裂压力梯度地层压力梯度0HHsH0H137.9mm444.5mm215.9mm两个奇异点封堵漏失层下入中间套管至F层一定深度。第四节井身结构设计第一章井身结构设计因此本井井身结构设计可按以下两种方案设计：（1）按地质复杂必封点确定中间套管封隔深度，即中间套管下入F层一定深度。（2）详细分析邻井钻井资料，是否在目前堵漏工艺技术条件，能有效地封堵住DE、EF层界面漏失层，保证在钻下部地层过程中，两个漏层能承受1.30g/cm3以上钻井液的液柱压力，若可行，则可不必下中间套管。即如图所示，井身结构为339.7mm表层套管，139.7mm油层套管。第四节井身结构设计第一章井身结构设计第五节生产套管尺寸设计一、生产套管尺寸设计的影响因素1、采油方式不同的举升方式(有杆泵抽油、电潜泵采油、水力活塞泵采油和气举采油)，与之相配套的油管尺寸和生产套管尺寸肯定不一样。2、开发设计的油井配产量如果油井产能较高，其油管、生产套管尺寸肯定需要选得大一些；反之亦然。第一章井身结构设计3、稳产要求为了能在高含水率下实现稳产(能提供采用大泵高排液量生产的条件)，就必须要根据今后日产液量的大小选定泵径、然后确定与之相配套的油管尺寸和生产套管尺寸。4、增产措施如果油井需要压裂投产或今后采用压裂来解堵、增产，必须设计足够大的生产套管尺寸，以便能下入较大尺寸的油管以保证能把地层压开。第五节生产套管尺寸设计第一章井身结构设计二、生产套管尺寸设计1、根据人工举升方式确定油管和生产套管尺寸油管和生产套管尺寸选择的步骤为：1）预测油井高含水期的日产液量油井高含水期日产液量主要根据开发设计的单井原油配产量来预测。高含水期日产液量与配产量的关系为：2）选择泵的理论排量泵的理论排量与日产液量的关系为：wpoLfQQ1pLTLQQ第五节生产套管尺寸设计第一章井身结构设计m3/dfw－含水率ηw－泵效率3）按泵的理论排量大小，选择泵的公称直径，并确定生产套管尺寸据预测的泵的理论排量，选择泵的公称直径，再查相应的泵参数表，得出联接油管尺寸和泵的最大外径。再考虑油井是采用砾石充填防砂还是不防砂来确定与各泵径相匹配的生产套管尺寸。管式（整体）抽油泵井的油管、生产套管的选定（表2－5）潜油电泵(电潜泵)井生产套管尺寸的选定（表2－6）第五节生产套管尺寸设计第一章井身结构设计[例1]：某油井按开发设计的原油配产量为25m3/d。原油井下粘度14.5mPa.s，油井不出砂，该油田采用注水开发，试选定生产套管尺寸。解：①按式(1)预测高含水期日产液量。当含水率：fw=80%时，QL1＝125；fw=90%时，QL2＝250；fw=95%时，QL3＝500。②如果选择常规管式泵开采，高含水时泵效假定为0.60。则以上三个含水率下所需泵的理论排量分别要达到：fw=80%时，QL1＝125；QTL1=208.33；fw=90%时，QL2＝250；QTL2=416.67；fw=95%时，QL3＝500；QTL3=833.33。③为了保证在高含水期也能达到稳产20～25原油的要求，查表2-5可选理论排量（164～410）m3/d,公称直径为Φ110mm的泵进行开采。④如选Φ110泵，则连接油管尺寸为114.3mm(41/2)，泵最大外径146mm，生产套管为177.8mm～244.5mm(7～93/8)。第五节生产套管尺寸设计第一章井身结构设计wpoLfQQ1pLTLQQ2、从增产措施校核生产套管尺寸水力压裂施工时所需的井口泵压计算公式为:分析上式可知，当破裂压力梯度很大或井很深(H很大)，或油管内径D很小时，井口泵压将会很高。由于压裂车在规定的排量下的泵压是一定的。由此，可以求出现有压裂设备条件所许可的最小油