井身结构的基本知识
钻井基础知识1
钻井知识基础一、井身结构设计1、井身结构包括：(1)一口井的套管层次；(2)各层套管的直径和下入深度；(3)各层套管相应的钻头直径和钻进深度；(4)各层套管外的水泥上返高度等。
2、确定井身结构尺寸：一般由内向外依次进行，先确定生产套管尺寸，再确定下入生产套管的井眼尺寸，然后确定中层套管尺寸…….3、套管与井眼间隙：过小，小套管困难，固井质量难保证，过大，不经济一般大于10mm。
如17-1/2与13-3/8间隙为52.3mm，12-1/4与9-5/8间隙33.3mm。
目前套管尺寸从4-1/2到20共14种尺寸规格，每中尺寸规格又分多种钢级和壁厚。
目前见到的钻头尺寸从4-5/8到26共23种尺寸。
4、套管柱类型：导管（引导一开钻井液），表层套管（安装井口，继续钻井，悬挂以后各层套管），技术套管（封隔不同的压力层，保护生产套管），生产套管，尾管，组合套管，异径套管。
5、井口安装过程（1）一开钻井、下套管、固井、（候凝？）、导管打孔放浆、割导管、掉起、焊环形钢板（内圈不焊）、初凝、放浆、割套管（2）吊装套管头，底盘焊接（内外），安装井口。
（3）二开钻进，下套管，固井，上提防喷器组（固定在大梁上，提前松套管头螺栓），放好套管挂，上提套管，放挂下落，下放套管（坐挂），割套管，甩防喷器。
安装套管头，安装防喷器。
某井井身结构图二、各次开钻井口第1次开钻第2次开钻套管头结构卡瓦式。
第3次开钻1、通常的组成部分有：方钻杆：在钻柱的最上端，用于传递扭矩，有四方钻杆，六方钻杆（四方比六方允许有更大的间隙，六方传递的平稳性更好，欠平衡，且原管更小（172，150）。
钻杆：钢级：D55、E75、X95，G105，S135，V，最小屈服强度psi=6890pa≈0.007Mpa，尺寸：2-3/8，2-7/8，3-1/2，4，4-1/2，5，5-1/2，（6-5/8）加重钻杆：用在钻杆与钻铤间，缓和刚度变化，代替钻铤（小井眼，水平井，减少扭矩，卡钻）。
(完整word)井身结构
(完整word)井身结构井身结构石油和天然气的开采过程中需要在地面和地下油气层之间建立一条油气通道，这条通道就是井。
这条数十米或是几千米的油气通道需要用多层套管和水泥环进行固定、封闭。
井身结构是指由直径、深度和作用各不相同，且均注水泥封固环形空间而形成的轴心线重合的一组套管与水泥环的组合。
主要由导管、表层套管、技术套管、油层套管和各层套管外的水泥环等组成。
是钻井中途遇到高压油气水层、漏失层和坍塌层等复杂地层时为钻至目的地层而下的套管，其层次由复杂层的多少而定。
井身结构主要由导管、表层套管、技术套管、油层套管和各层套管外的水泥环等组成.1.导管：井身结构中下入的第一层套管叫导管。
其作用是保持井口附近的地表层不被冲垮,建立起泥浆循环，引导钻具的钻进，保证井眼钻凿的垂直等。
技术要求：①下入深度一般取决于地表层的深度，通常导管下入深度为2-40m。
导管直径一般450mm和375mm。
②管外用水泥封牢固.2.表层套管:井身结构中第二层套管叫表层套管,一般为几十至几百米.下入后,用水泥浆固井返至地面。
其作用是封隔上部不稳定的松软地层和水层以利于后续钻进、防止后续钻进中井壁垮塌和钻井液对上部淡水层的污染、安装防止井喷用的设备、支撑技术套管和生产套管的重量。
技术要求：①表层套管的下入深度一般取决于上部疏松岩层的位置，下入深度一般为30-150m（或300—400m）。
直径尺寸400mm和324mm。
②管外用水泥浆封固牢,水泥上返至地面。
3.技术套管:表层套管与油层套管之间的套管叫技术套管。
是钻井中途遇到高压油气水层、漏失层和坍塌层等复杂地层时为钻至目的地层而下的套管，其层次由复杂层的多少而定.作用是封隔难以控制的复杂地层，保持钻井工作顺利进行。
技术要求：下入技术套管的层次、深度以及水泥上返高度,以能够封住复杂的地层为基本原则。
其局限性是增大了钻井成本，故现实中很少采用。
4.油层套管：井身结构中最内的一层套管叫油层套管。
井身结构设计
井身结构设计一、套管的分类作用1、表层套管主要用途：封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。
下深位置：根据钻井的目的层深度和地表状况而定，一般为上百米甚至上千米。
2、生产套管（油层套管）主要用途：用以保护生产层，提供油气生产通道。
下深位置：由目的层位置及完井方式而定。
3、中间套管（技术套管）在表层套管和生产套管之间由于技术要求下入的套管，可以是一层、两层或更多层。
主要用来封隔不同地层压力层系或易漏、易塌、易卡等井下复杂地层。
4、尾管（衬管）是在已下入一层技术套管后采用，即在裸眼井段下套管、注水泥，而套管柱不延伸到井口。
减轻下套管时钻机的负荷和固井后套管头负荷；节省套管和水泥。
一般在深井和超深井。
二、井身结构设计的原则1、有效地保护油气层；2、有效避免漏、喷、塌、卡等井下复杂事故的发生，保证安全、快速钻进；3、钻下部地层采用重钻井液时产生的井内压力，不致压裂上层套管鞋处最薄弱的裸露地层；4、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压差卡套管；5、当实际地层压力超过预测值而发生井涌时，在一定压力范围内，具有压井处理溢流的能力。
三、井身结构设计的基础数据•地层岩性剖面、地层孔隙压力剖面、地层破裂压力剖面、地层坍塌压力剖面。
•6个设计系数：抽吸压力系数Sb；0.024 ～0.048 g/cm3激动压力系数Sg；0.024 ～0.048 g/cm3压裂安全系数Sf；0.03 ～0.06 g/cm3井涌允量Sk；：0.05 ～0.08 g/cm3压差允值∆p；∆P N: 15～18 MPa ，∆P A：21～23 MPa 四、井身结构设计方法套管层次和下入深度设计的实质是确定两相邻套管下入深度之差，它取决于裸眼井段的长度。
在这裸眼井段中，应使钻进过程中及井涌压井时不会压裂地层而发生井漏，并在钻进和下套管时不发生压差卡钻事故。
设计前必须有所设计地区的地层压力剖面和破裂压力剖面图，图中纵坐标表示深度，横坐标表示地层孔隙压力和破裂压力梯度，皆以等效密度表示。
《井身结构设计》课件
井身材料
常用井身材料包括钢筋混凝 土、混凝土、钢和玻璃钢等。
井身结构设计的目的
提高井身稳定性
井身结构设计的目的是为了提高 井身的稳定性，确保石油井的平 稳生产。
降低事故风险
合理的井身结构设计可以减少石 油井事故的概率，保障工人的生 命安全。
提高生产效率
通过优化井身结构设计，可以提 高石油井的生产效率，降低维护 成本。
1
基础工程
进行基础开挖、标出基坑轮廓线、安置钢筋骨架等。
2
混凝土浇筑
进行钢筋模板组装、浇筑混凝土等。
3
砼强度与养护
根据测量计算、检验、养护高强度混凝土的质量。
预应力混凝土结构井的施工
预应力钢筋制作
预应力混凝土井筒需要应用预应 力钢筋，进行钢筋的制作和预应 力张拉。
施工工艺
构件之间的连接
进行预制整体与预制分段两种工 艺，将预制件安装到已完成地基 的基础上，进行钢束拉紧与固定。
井身结构设计实例分享
பைடு நூலகம்
1
长江三峡水电站井身设计
针对高水压和高岸坡等复杂工况，设计了多层钢筋混凝土结构的井身，确保水电 站的正常运行。
2
渤海海洋油田厂房井身设计
针对海洋环境的复杂性，设计高强度钢结构井身，提高了设施稳定性和运行效率。
3
南海油田纯海上井身设计
针对纯海上井身不稳定等特点，设计了预制单元式混凝土井身结构，解决了海上 施工难度大的问题。
井身结构的安全性检查
1 验收检查
在施工完成后，进行对井身结构的检查，确认是否符合设计要求。
2 日常检查
对井身结构进行日常管护与维修，确保井身结构的稳定性和安全性。
3 保护检查
完井井身结构、相关术语及定义
井身的基本要素：测深、井斜角、井斜方位角。
测深（Measured depth ）：井身轴线任意一点到钻盘补心面的井身长度。
通常用字母L 表示，单位米或英尺。
井斜角（Hole Inclination or Hole Angle ）：某测点处的井眼方向线与通过该点的重力线之间的夹角称为该点的井斜角。
通常用希腊字母α表示。
井斜方位角（Hole Direction ）：是以正北方位线为始边，顺时针旋转至井斜方位线所转过的角度。
通常以Ø表示，单位度。
它还可以用象限值表示，是指它与正方位线或与正南方位线之间的夹角，象限值在0-90°之间变化，并要注明象限。
井斜变化率和方位变化率井斜变化率：单位井段内井斜角的绝对变化值。
通用的单位是：度/10米，度/30米和度/100米。
计算公式： K α=（△α/△L ）*100井斜方位变化率：单位井段内井井斜方位角的绝对变化值。
通用的单位是：度/10米，度/30米和度/100米。
计算公式： KØ=（△Ø/△L ）*100其它井身参数：垂深、水平长度、水平位移、闭合方位角或总方位。
垂深：（Vertical Depth Or True Vertical Depth ）即测点到钻盘补心面的垂直深度。
通常用H 表示，如A 、B 点的垂深分别表示为HA 、HB 。
水平长度：是指自井口至测点的井眼长度在水平面上的投影长度。
用S 表示，如A 点的水平长度表示为SA 。
水平位移：（Displacement or Closure Distance ）即井眼轴线某一点在水平面上的投影至井口的距离也称闭合距。
用A 表示，如A 点的水平位移表示为AA 。
闭合方位角或总方位：（Closure Azimuth ）是指以正北方位线为始边顺时针转至闭合距方位线上所转过的角度。
用θ表示，如A 点的闭合方位角表示为θA 。
N （北）坐标和E （东）坐标：是指测点在以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。
井身结构
技术术语
1.完钻井深
2.套管深度 3.人工井底
第一章 绪 论
1.1 井身结构 1.2 完井方法
1.3 完井井口装置
油井完成方法依据钻开油、气层和下入油层套管的先 后次序，分为先期完井法和后期完井法两种类型。 先期裸眼完井法 尾管射孔完井法 衬管完井法
先下入油层 套管再钻开 油、气层
先期完井法
完 井 方 法
最后射孔，射孔弹射穿套管、 水泥环并穿至油层某一深度，
层水、底水和气顶，避开夹层
建立起油流通道。
深度要求严格，固井质量要求
高，水泥浆可能损害油气层。
2）尾管射孔完井是 在钻头钻至油层顶界后，
下套管注水泥固井，然后
用小一级的钻头钻穿油层 至设计井深，用钻具将尾 管送下并悬挂在套管上， 再对尾管注水泥固井，然
2、 射孔完井法
1）套管射孔完井是钻至油
层直至设计井深，然后下套 管到油层底部注水泥固井，
优点：既可以选择性地射开不 同压力、不同物性的油层，以 避免层间干扰，还可以避开夹 的坍塌，具备实施分层注、采 和选择性压裂或酸化等分层作 业的条件。 缺点：出油面积小、完善程度
套管射孔完井方式示意图 1-表层套管；2-油层套管；3水泥环；4-射孔孔眼头
几个重要术语： 1.方补心：旋转钻井时，带动井下工具旋转的转盘中间用 来卡住方钻杆的部件。 2.油补距（补心高差）: 是钻井转盘上平面到套管四通上
法兰面之间的距离。
3.套补距:是指钻井转盘上平面到套管短节法兰上平面之 间的距离。 4.联入:是指钻井转盘上平面（方补心）到第一根套管接 箍的距离。
后射孔。
深井
尾管射孔完井示意图 1-表层套管；2-技术套管； 3-尾管；4-射孔孔眼； 5-油层；6-水泥环；7-悬挂器
培训3井身结构
一、井身结构及井口设备
一、井身结构及井口设备
水井管柱示意图
二、油水井管理知识
第一节
一、清蜡与防蜡： 清蜡与防蜡： 蜡在井筒举升过程中析出来会粘结在管壁上， 蜡在井筒举升过程中析出来会粘结在管壁上，缩小油管的流通截面 增加油流阻力，影响油井生产，在集输过程中，会增加回压， 积，增加油流阻力，影响油井生产，在集输过程中，会增加回压，影 响油井产量。 响油井产量。
油井管理
二、油水井管理知识
（二）油井清蜡措施： 油井清蜡措施： 1、机械清蜡： 、机械清蜡： （1）检泵清蜡。 ）检泵清蜡。 （2）刮蜡片清蜡。 ）刮蜡片清蜡。 2、热力清蜡： 、热力清蜡： （1）蒸汽洗井（汽化水洗井）。 ）蒸汽洗井（汽化水洗井）。 （2）热水（热油）洗井。 ）热水（热油）洗井。 （3）混汽洗井。 ）混汽洗井。 热洗的要求：施工中注意洗井液的温度和排量，避免卡泵的发生，清蜡要彻底， 热洗的要求：施工中注意洗井液的温度和排量，避免卡泵的发生，清蜡要彻底， 确保洗后油井能恢复正常生产。 确保洗后油井能恢复正常生产。
第四采油厂地质研究所
目
录
一、井身结构及井口设备 二、油水井管理知识
一、井身结构及井口设备
第一节 井身结构
井身结构是下入井下不同直径的钢管，主要包括：导管、表层套管、 井身结构是下入井下不同直径的钢管，主要包括：导管、表层套管、技术 套管、油层套管、油管。 它是保证油井生产的一个重要组成部分。 套管、油层套管、油管。 它是保证油井生产的一个重要组成部分。
二、油水井管理知识
（三）试注：目的是为了了解地层吸水能力的大小，常用吸水指数表示。长短 试注：目的是为了了解地层吸水能力的大小，常用吸水指数表示。 以注水量稳定为原则，一般要试注 天 以注水量稳定为原则，一般要试注3-5天。 （四）投注：指转入正常注水。 投注：指转入正常注水。 二、注水井的管理要点：总目标是均衡、合理、有效的注水。概括为：“三定、 注水井的管理要点：总目标是均衡、合理、有效的注水。概括为： 三定、
井身结构
裸眼完井
无气顶、无底水、 无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层 单一厚储层，或压力、 单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多层储层 不准备实施封隔层段及选择性处理的储层
复合型完井
同裸眼完井 有气顶或储层顶届附近有高压水层，但无底水的储层 有气顶或储层顶届附近有高压水层，
二、完井方式——类型 完井方式——
完井方式
适用的地质条件
有气顶，或有底水，或有含水夹层及易塌夹层等复杂地质条件， 有气顶，或有底水，或有含水夹层及易塌夹层等复杂地质条件， 因而要求实施分隔层段的储层
射孔完井
各分层之间存在压力、岩性等差异，因而要求实施分层测试、 各分层之间存在压力、岩性等差异，因而要求实施分层测试、分 层采油、分层注水、 层采油、分层注水、分层处理的油层 要求实施大规模水力压裂作业的低渗透储层 含油层段长、夹层厚度大、 含油层段长、夹层厚度大、不适于裸眼完井的构造复杂的油气藏 岩性坚硬致密、天然裂隙发育、 岩性坚硬致密、天然裂隙发育、井壁稳定不坍塌的碳酸盐岩或砂 岩储层
（1）割缝衬管的缝口宽度由于受加工割刀强度的限制， 最小为0.5mm，因此它适用于中、粗砂粒油层；而绕丝筛管 的缝隙宽度最小可达0.12mm，故其适用范围广。 （2）绕丝筛管是由绕丝形成一种连续缝隙，流体通过 筛管时几乎没有压降，且绕丝筛管的断面为梯形，具有一定 的“自洁作用”，轻微的堵塞可被产出流体疏通，其流通面 积比割缝衬管大。 （3）绕丝筛管以不锈钢为原料，其耐腐蚀性强，使用 寿命长，综合经济效益高。
割缝衬管完井优点
油层不会遭受固井水泥浆的损害； 可以采用与油层相配伍的钻井液或其 他保护油层的钻井技术钻开油层； 当割缝衬管发生磨损或失效时也可以 起出修理或更换。
完井方式
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井身结构的基本知识
井身结构的基本知识
搜刮了点井身结构的基本知识与大家共享
一、井身结构设计所需要的基本钻井地质环境
资料
二、井身结构设计基本参数的确定
三、井身结构设计方法
（一）需要的基本钻井地质环境资料
地质分层及地层岩性剖面
地区钻井事故统计剖面
卡钻、坍塌、井漏、异常压力等
地层孔隙压力剖面
地层坍塌压力剖面
地层破裂压力剖面
井身结构设计的合理与否,其中一个重要的决定因素是设计中所用到的抽吸压力系数、激动压力系数、破裂压力安全系数、井涌允量和压差卡钻允值这些基础系数是否合理。
1、抽吸压力系数Sb和激动压力系数Sg的确定
a.收集所研究地区常用泥浆体系的性能，主要包括密度、粘度以及300转和600转读数。
b.收集所研究地区常用的套管钻头系列、井眼尺寸及钻具组合。
c.根据稳态或瞬态波动压力计算公式，计算不同泥浆性能、井眼尺寸、钻具组合以及起下钻速度条件下的井内波动压力，根据波动压力和井深计算抽吸压力和激动压力系数。
2、破裂压力安全系数Sf的确定
Sf是考虑地层破裂压力预测可能的误差而设的安全系数，它与破裂压力预测的精度有关。
直井中美国取Sf=0.024 g/cm3，中原油田取Sf=0.03 g/cm3。
在其他地区的井身结构设计中，可根据对地层破裂压力预测或测试结果的信心程度来定。
测试数据（漏失试验）较充分、生产井或在地层破裂压力预测中偏于保守时，Sf取值可小一些；而在测试数据较少、探井或在地层破裂压力预测中把握较小时，Sf取值需大一些。
一般可取Sf=0.03～0.06 g/cm3。
收集所研究地区不同层位的破裂压力实测值和破裂压力预测值。
根据实测值与预测值的对比分析，找出统计误差作为破裂压力安全系数。
3、关于井涌允量Sk的确定
a.统计所研究地区异常高压层以及井涌事故易发生的层位、井深和地层压力值。
b.根据现有地层压力检测技术水平以及井涌报警的精度和灵敏度，确定允许地层流体进入井眼的体积量（如果井场配有综合录井仪，一般将地层流体允许进入量的体积报警限定为3～5m3）。
c.统计钻达异常高压层位时的井眼尺寸和钻具组合，计算地层流体在井眼内所占的液柱高度。
d.根据异常高压层所处的井深、地层压力值、地层流体所占的液柱高度，计算各样本点的井涌允量，然后根据多样本点的统计结果确定出所研究地区的井涌允量值。
4、关于压差卡钻允值△PN、△PA的确定
a．通过卡钻事故统计资料,确定易压差卡钻层位及井深.
b．记录卡钻层位的地层孔隙压力.
c．统计卡钻事故发生前井内曾用过的最大泥浆密度
,以及卡钻发生时的泥浆密度.
d．根据卡钻井深、卡点地层压力、井内最大安全泥浆密度计算单点压差卡钻允值. e．统计分析各单点压差卡钻允值,确定适合于所研究地区的压差卡钻允值.
某地区井身结构设计基础参数
抽吸压力系数和激动压力系数（g/cm3 ）0.05～0.07
井涌允量（g/cm3 ）0.042～0.07
破裂压力增值（g/cm3 ）0.03～0.06
压差卡钻允值
正常（MPa）18～20
异常（MPa）23～25
设计的基本依据：地层特性、孔隙压力、破裂压力剖面、地区设计系数以及已钻井的资料等。
设计的基本原理：根据裸眼井段的力学平衡关系，使每两层套管之间的裸眼井段满足以下四个力学平衡方程：
（1）ρmax≥ρpmax+ Sb +△ρ防井涌
（2）(ρmax-ρpmin)×Hpmin×0.0098≤△P 防卡钻
（3）ρmax+ Sg + Sf ≤ρfmin 防漏（4）ρmax+ Sf + Sk ×Hpmax/ Hc1≤ρfc1 防漏
传统的自下而上方法设计出的每层套管下入的深度最浅，可使套管费用最少，适合于已探明地区的开发井的井身结构设计。
对于深探井，由于对下部地层了解不充分，难以应用这种传统方法自下而上合理地确定每层套管的下深。
对深层钻井，尤其是深探井钻井来说，一般对所钻地区深层的地层资料掌握不清，中心目标应是怎样切实保证钻达目的层，提高深探井的钻井成功率。
在不同的钻进井深，井眼内的抽吸和激动压力系数并不是一个定值。
上部井眼内的系数普遍较小，下部井眼则较大。
另外，井身结构设计还与某些特殊因素有关，也就是常说的“必封点”，有的油田要求油层段浸泡时间小于7天，对于深井有浅层或中深层油层的，就考虑多下一层套管。
另外随着水平井、大斜度井的增加，为降低钻井风险，也常常增加技术套管的层数。