钻井井身结构优化设计实践应用及成效
钻井井身结构优化设计的实践应用及成效
摘要：近年来，大庆油田针对单位产能投资不断攀升的实际，结合不同区块地质特点，在保证钻井安全的前提下，相继采用减少套管层数、降低井筒用钢等级、实施小井眼作业等办法对钻井设计进行了优化、简化，减少了钢材、水泥等材料用量，提高了机械钻速，使大庆油田完钻井的钻井经济技术指标较以往大幅度改善，提高了油田勘探开发的综合效益。
关键词：大庆油田；井身；设计
中图分类号：te2 文献标识码：a 文章编号：1001-828x（2013）05-0-01
井身结构设计是钻井工程设计的重要内容，优秀的井身结构设计在保证钻井作业安全顺利进行的同时，又能合理降低钻井费用，使产能投资费效比趋近合理。
一、直井井身结构优化及效果
大庆油田在直井设计优化上遵循“小、少、薄”的原则来优化井身结构：“小”——应用小井眼技术，使用小口径套管；“少”——减少套管层数，减少表层及技术套管下管深度；“薄”——精确计算套管安全系数的前提下，采用低等级钻管。
按照上述井身结构优化原则，分别组织在方正区块、海塔区块以及中浅层欠平衡井、深层天然气直井进行了设计优化应用，并取得了良好效果。
1.方正区块结构优化 方正区块地处松辽盆地边缘，其地质结构地层成岩性较好，没有浅层气，地层相对稳定。因此2010-2011年针对方正地区地层特性，重点围绕达连河组以上地层井壁稳定性和宝泉岭组成岩特征开展了技术攻关，并结合现有测井、录井资料开展三压力预测，最终确立了3800米内井身结构由三层套管改为二层套管，减少表层套管下管深度的结构优化设计方案。
实钻结果表明，方602#通过三层套管改为两层的井身结构优化方案，机械钻速提高至5.2米/小时，建井周期相对原设计减少12天，节约费用118万元；节约套管53.63吨、34.86万元；节约水泥等其它费用约21万元，合计单井节约直接费用173.86万元，相对原设计节约成本近10%，经济效益明显。
2.海塔区块结构优化
海塔区块地层力在（0.91-1.05）之间，属于正常压力地层，井径不易塌陷，井控风险低。因此根据地质条件在井身结构优化设计上采用缩小井眼尺寸，调整技术套管下深的办法来进一步提高钻速，降低成本。
通过采用小井眼井身结构优化方案，不仅解决了原设计中存在的大井眼返速率低、电测和下套管遇阻、套管环空不畅等的问题，还取得了较好的经济效益。其中钻速平均提高18.7%，建井周期节约3.57天，同比节约费用31.75万元，节约套管费用8.89万元，节约其它费用3.22万元，平均单井节约投资43.84万元。
3.中浅层欠平衡井结构优化 在朝、芳、永区块选定3口低压、低渗泡沫欠平衡井实施优化。原设计方案技术套管下到欠平衡井段上部（1500m左右），经研究和风险论证，技术套管深度可下到嫩江组（1000m左右）。三口井比原设计少下表层套管2728m，共节约钢材162.14吨，节约直接费用135.9万元。经过钻井实践，3口井全部安全顺利完井。
4.深层天然气直井配套优化
在徐深区块深层天然气直井钻井设计中，通过钻头优选，2011年7口井实现2只pdc完钻，同比邻井平均机械钻速提高31.80%、单井节约钻头1.14只、缩短钻进周期11天。合计节约费用47.05万元。
二、深层水平井井身设计优化方案及效果
1.优选套管钢材
徐深区块地层二氧化碳含量高，对套管腐蚀严重，原设计井管柱全部采用13cr防腐套管及油管，成本费用高。为降低成本，组织力量进行了针对性研究，根据地层区域co2富积区域及分压压力情况，将井管柱优化设计为：封隔器+普通碳钢套管方式+13cr套管方式，既封隔器座封井段采用13cr材质套管，其余井段采用普通碳钢套管。经设计优化后，减少了13cr套管的使用量，有效降低了钻井投资。
该设计方案先后在徐深1、徐深6、徐深22区块的三口天然气深井中得到应用，节约13cr套管8514米、215吨，降低直接费用771.85万元。 2.缩小井眼尺寸
在徐家围子地区天然气深层水平井设计工作中针对登娄库组地层段井壁易剥落，营城组及其以下地层硬度高、温度高等地质特点和水平井施工中存在的大井眼造斜难、钻速慢等问题，从“缩小井眼尺寸、优化井眼曲率”两方面出发，精细计算管柱在不同井眼曲率条件下的岩层通过能力，将先期开展的降摩减扭技术研究应用于实际，形成了小井眼水平井钻完井优化设计方案，并在徐深平34井成功应用，显著提高了钻井速度。
应用小井眼优化设计方案后，徐深平34井的机械钻速达到了2.65m/h，较邻近徐深平32井提高31.84%，较徐深平1井提高18.3%。徐深平34井钻井周期为179.8天，较邻近徐深平32井缩短87.95天，比徐深平1井缩短20.78天，缩短10.36%。通过缩短建井周期，相比设计优化前节约直接成本1065万元，降低投资达22.1%。
三、中浅层水平井设计优化方案及效果
垣平1井是中浅层水平井井眼轨道优化代表性方案。此井位原初步方案布置多口水平井，虽技术上较易实现，但投资大，单井产量低。对此相关人员在井眼轨道优化、井身结构优化、钻井参数优化、摩阻扭矩优化等方面进行了充分的研究分析，确定了水平段长达2660米的单口水平井设计方案，并成功应用，刷新了当时中国陆上最长水平段纪录。
根据垣平1井水平段长和压裂情况来看，该井至少相当于三口常规水平井产量，减少约5000m直井段施工量，节约钻井施工费用约1750万元，在投资与收益方面都取得了显著成效。
四、侧钻井技术的应用及效果
油田开发中后期，为了提高低产老井利用效率，降低开发成本，组织开展了侧钻小井眼水平井技术研究，并在宋深102等3口井上进行了实际应用，使低效井得到了新生，在产量增长的同时，也节约了重新布井的费用。
井身结构优化设计所产生的良好效果，使得上述各项技术措施在油田生产中得以大面积应用。据不完全统计，2012年，大庆油田完成4000余口开发井井身结构优化设计及应用工作，累计节约钢材9130吨，节约水泥4.08万吨，减少岩屑排放量2.43万立方米，因设计优化因素提升钻速0.5%以上，节约钻井综合成本近3亿元。
通过近几年井身优化设计工作，油田产能建设投资的降本增效工作取得了一定的成效，由于受诸多客观因素的限制，部分优化设计的应用范围还有待提高。 但相信随着自有技术逐步突破，通过钻井设计优化实现油田开采后期的产能投资的有效控制还有很大空间可为。
渤海油田科学探索井井身结构优化设计
断 块 油 气 田
１地层压力剖面
井身结构设计应该以地层孑Ｌ隙压力、地层坍塌压
力和地层破裂压力３条曲线为依据，并综合考虑当前
钻井设备现状、钻井工艺技术水平及施工能力等一系
列囡素，设计出合理的井眼尺寸和套管程序＿】 。所以
在进行井身结构设计前，首先要对地层压力进行评价。
在长期实践过程中．总结出了多种评价地层压力 的方法。但是。每种方法都有一定的局限性，单纯应用
一种方法很难准确评价一个地区的地层压力，所以要
用多种方法进行综合分析和解释。对于科学探索井，主
要依据该井的地震层速度资料及周边井的测井资料，
建立地层压力剖面。科学探索井的３个预测地层压力
剖面如图１所示。
图１ 预测地层压力剖面
由图１可以看出．在３ ０００ ｍ以后，地层孔隙压力
系数和坍塌压力系数开始升高，同时存在薄弱地层，
３ ３００～４ ２００ ｍ处钻井液安全密度窗口较窄。合理的井
身结构设计能够减少钻井过程中的复杂情况，保证该
井成功钻达目的层。
２地质概况
２．１ 岩性概况 科学探索井的地层划分数据和岩性概况见表１。
２．２复杂地质情况
科学探索井钻遇的地层序列较全，目的层埋藏深，
且深部地层的情况了解较少。从邻井资料分析来看，该
区块目前存在的复杂地质情况主要包括：
１）明化镇组起下钻阻卡密集：
２）馆陶组发生井漏较多，且最大静止漏速４３ ｍ３／
ｈ．最大动态漏速５０ｍ３／ｈ：
３）东营组上段的主要问题是钻井液漏失，下段的
主要问题是地层井壁不稳定，易坍塌，高压层有井涌的
风险，钻井液安全密度窗Ｖ１较窄； ４）沙河街组易发生井涌，邻区钻井液最大完钻密
度１．６９ｇ］ｃｍ ；
５）潜山地层易发生漏失。
从以上分析来看 目前科学探索井可能存在阻卡、
井漏和井涌等钻井事故。井身结构设计时要以３个地
层压力剖面为基础，同时结合钻井过程中可能存在的
复杂情况．具体问题具体分析，以确保能够成功钻达口
的层为首要目标。
表１ 科学探索井地质分层
控压钻井条件下井身结构优化设计要点分析
控压钻井条件下井身结构优化设计要点分析
控压钻井是钻井工艺的一种重要形式，它可以保证钻井过程的安全性和操作的高效性。而井身结构是控压钻井中的一个重要因素，对井筒的稳定性、钻井液的循环和井下作业等都有着重要的影响。因此，在控压钻井中，井身结构的设计和优化显得尤为重要。以下是控压钻井条件下井身结构优化设计要点的分析。
一、需求分析
在进行井身结构优化设计之前，首先需要做的是需求分析。即要根据实际情况确定井身结构的具体需求和功能，例如：井深、井径、井壁稳定性要求、井筒内钻井液压力等。只有有了明确的需求分析，才能更好地进行后续的优化设计工作。
二、力学分析
井筒结构可以看作是一根长杆，因此井身结构的设计需要进行力学分析。在进行力学分析时需要考虑以下因素：
（1）井身内外应力状态分析，确定井身的稳定性；
（2）井身在钻井液冲洗下的受力分析，确定承受压力和防止破坏的能力；
（3）井身设计中所用的钢管和钢材的强度等力学性能。
通过力学分析，可以确定井身结构在不同复杂地质条件下的稳定性和安全性，并针对性地进行优化设计。
三、井身结构设计
井身结构设计需要根据上述需求分析和力学分析所得到的数据，选择合适的井身结构材料和设计结构。并在设计时需要考虑以下因素：
（1）井身的内径和外径应根据井深、地质情况和工艺等因素综合考虑，以确保井身的稳定性和通透性；
（2）根据井身稳定性要求，需要采用合适的井壁增强技术，例如：套管衬浆、砾粒灌注等；
（3）根据井身所受压力和防止破坏的能力，选择合适的堆积方式和增加井身厚度的方法；
（4）针对不同地质条件和工艺要求，结合优化设计原则和实践经验，制定合理可行的井身结构设计方案。
井身结构优化可以从以下几个方面进行： （1）合理利用井身材料，达到经济实用的效果；
浅谈钻前设计优化技术的理论与实践
技术研究
134 2024年第1期
钻井优化是科学钻井的重要标志之一，它
是应用最优化理论和技术寻求使钻井速度最快、
钻井成本最低的钻井参数、工具、工艺、技术、
措施等[1]。对一口井全过程进行最优化处理，称
为全局最优化；对一口井的某一过程进行最优化
处理，称为局部最优化；对钻井过程的某些参数
进行最优化处理，称为钻参优化。钻参优化是应
用优化理论分析影响钻井速度的因素，建立钻速
方程，钻头磨损方程，钻井成本方程（目标函
数），在此基础上确定相应的约束条件，用最优
化方法确定达到最优化目标的解向量，即最优化
钻井参数和技术措施。
1 钻井优化的主要目的
钻井优化的主要目的是在极值条件和约束条
件，最优化数学方法，求解钻井成本最低的一组
最优钻压、转速和钻头磨损量[2]。以寻求钻井速度
最快、钻井成本最低的钻井参数、工具、工艺、
技术、措施，以最低的成本钻出高质量的井眼。
（1）降低生产时间（提高机速、提高趟钻进尺、
提高油层钻遇率、优选工具、优化工艺、优化技
术措施等）；（2）降低非生产时间（降低井下
复杂事故损失时间、降低设备工具维修时间）；
（3）控制生产成本（优选设备及工具、泥浆体
系、优化工艺流程、缩短生产/非生产时间等）。
2 钻井优化分析的特点
（1）钻井优化分析的特点就是通过建立若
干数学理论模型，包括修正杨格钻速方程、改进
的修正杨格钻速方程、计算机仿真方法、修正的
软杆模型、水力载荷模型、井筒清洁模型、环空
返速模型等，或把经验、测量与理论计算结合起
来，反映钻井中的客观规律，及寻找最优钻井参
数和工艺技术。
（2）利用大数据分析技术，通过软件算法理
论模拟计算+数据分析模型+机器学习（理论+实
践+智能专家），实现单位进尺成本最低。对钻井
大数据进行处理，建立贝叶斯、聚类分析、标准差、EMA指数波动平均值、箱线图等数据分析模
型，优化最优机速、最低机械比能钻井参数、工
具、钻具组合，及监测井下风险等。形成“钻前
设计优化、钻中实时优化分析、钻后单井分析及
优化井身结构简化套管层次及下深提高文留油田综合开发效益
优化井身结构简化套管层次及下深 提高文留油田综合开发效益
摘要：文留油田随着开发钻井过程中地质构造认识逐步完善，钻井工艺技术水平不断提高，文中、文东部分区块钻井三开井身结构及等技套下深不合理性凸显，重点在文48块优化井身结构，在文13块、文203块优化技套下深，节约了钻井周期，节省了钻井投资，对今后新井优化井身结构及技套下深提供了有一定的借鉴作用。
关键词：文留油田；井身结构；技套下深；钻井周期；钻井投资。
作者简介：鲁建军 工程师 工程监督中心
一、基本概况
长期以来，文留油田一般采用的井身结构标准系列为：文中老区块二开井身结构：13 3/8″（表套）——5 1/2″（油套）；文东区块采用三开井身结构：13 3/8″（表套）—9 5/8″（技套）—5 1/2″（油套），表套封固地表疏松黄土层，安装井控及井口装备，技套封固目的层上部低压易漏层，避免三开裸眼段过长，降低施工风险，满足后期钻穿盐层，稳定井壁的工程需求；部分新区块根据设计“加大一级，留有余地”的设计原则也采用三开井身结构：13 3/8″（表套）—9 5/8″（技套）—5 1/2″（油套），。这套井身结构在油田开发过程中对于满足地质、钻井及采油等方面的要求起到了重要作用。
随着油田开发进入中后期，文留区块地质构造认识逐步完善，同时钻井工艺技术水平也在不断提升，常用这套井身结构弊病逐渐显现，目前实际情况主要存在以下三个方面的问题：
1、二开井的表层套管尺寸单一、井眼锥度大，影响钻井成本、钻井速度。 2、文东盐间油藏区块（文13块、文203块）采用的三开井身结构，随着近年来钻井和开发经验的积累，区块的地质构造和地层特性有了进一步的认识，技套下深有待进一步优化。
3、新区文48块之前采用三开井身结构预探，实钻资料和后期地质开发经验证实该区块套管下入层次存在优化提升空间。
二、技术简介
针对以上存在的几个方面问题，结合地质部门，在综合考虑区域地质构造，地层孔隙、坍塌、破裂压力，区块近年新井实钻资料以及目前长裸眼钻井技术、钻井液性能调整、堵漏材料性能以及井下复杂事故处理等方面工艺成熟状况等方面因素，对文留油田新钻井井身结构做出优化。
绥中361油田新型钻头的优化设计及应用
第１８卷第５期断块油气口ＦＡＵＩＪＬＢＬＯＣＫ０ＩＬ＆ＣＡＳＦ１ＥＬＤ２０１１年９月６６９
文章编号：１００５—８９昕（２０ｌｌ１０５—６６９—０３
绥中３６—１油田新型钻头的优化设计及应用
刘亚军１，王晓鹏１，王昆剑２，田媛１
（１．中悔石油能源发展监督监理技术公司，天津３００４５２；２．中海石油（中国）有限公司天津分公司．天津３∞４５６）
擒要绥中３６一Ｉ油田蔗我国海上第一十超天型油田，在开发初期．一口井通常需要３只钻头完成二开西３１１．１５ｍｍ井
眼钻进作业．程序复杂．成本高。为了提高作业效率，根据绥中３６—１油田的地层特性．深入分析了岩石可钻性．以厦钻头使用过程中出现的断齿、齿脱落、冲蚀和泥包现象。通过优化设计钻头冠部形状、切削齿结构、水力结构和刀翼敷．并在钻头冠部增加【Ｄ—ｖｉｂｅ残震设计．延长了钻头使用寿命．提高了机械钻速和水力效果；同时采用新型表面防磨潦层．加强了钻头抗冲蚀能力。最终．实现了１只ＰＤＣ钻头完成一口井二开钻穿明化镇、馆陶组．钻王东营组地层完钻井深的新突破．减少了起下钻次敷．缩短了建井周期．对于渤海油田类似井作业具有一定的参考价值。关键词优化设计；进足；机械钻速；ＰＤＣ拈头；绥中３“１油田
中圈分类号：ＴＥ９２ｌ＋．１文棘标志码：Ａ
ｏｐ廿ｎｌｉｚａ廿ｏｎｄ幅咖鲫ｄａｐｐｕ∞廿ｏｎｏｆｎｅｗｄ珊ｂｉｔｉｎＳｚ３６－ｌＯ蛐ｅＩｄ
ｕｕＹＩｊ岫：ｗ柚ｇⅪａｏ雕雌ｊｗ柚ｇＫｕ时；蚰ｊＴ铀ｎＹ岫ｎｌ（１Ｊ妇ｒ盯Ｄｅ＂Ｉｏ岬ＩＳｕ雕什蠲蛐＆ＴＩ洲。科ｃｏｍｐ帅ｙ＇ＣＮ００Ｃｗａ哪ｉｎ３∞船五ａｌｉⅡａ；ｒ临哪ｈｍ柚ｃｈ０ｆａ怕ｏＣＴｈ川蛔洲５‘Ｃｍ聃）Ａｈ姐眦ＳＺ３６一ＩＯｉｍｅｌｄｉｓｔ｝ｌｅ胁ｔｓｕｐｅｒ—ｌａ‘ｇｅｏｉｍｅｌｄｉｎｌｈｅｏ如ｈｏｒｅ小ａｓ０ｆＣｈｉｎ丑Ｅａｄｙｉｎｏｉ坼ｅｌｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎＬｉｌｉｓ
ｎｅｃｅ鲇８ｒｙｔｏｄｒｉⅡｔ｝Ｉｅｗｈｏｌｅ咖３１１．１５ｍｍ鸵ｃ６０ｎｗ汕ｔＩｌｒ∞ｂｉｂ．ｓ０ｔｈｅｏｐｅ埔ｔｉｏ“ｐｒｏｃｅｓｓｉｓｃｏｍｐｌｅｘａｎｄｔｌｌ８Ｐ叫ｅｃｔ∞ｓｔｉｓｈｉｇｋＩｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｌｌｅｏｐｅ训ｏｎｅｍｃｉｅｎ。ｙ＇ｔＩｌ诂ｐａＰｅｒｄｅ。ｐｌｙａｎａｌｙ２ｅｓｔＩ－ｅｒｏｃｋｄｄＵａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｂｍｋｅｎｔ∞ｔＪｌ＇咖ｔＩＩｌｏｓｓｅｒｏｓｉｏｎ鲫ｄｂａＩｌｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎｏ“印ｐｅａ陀ｄｉｎｕ∞ｏｆｔＩ＇ｅｄ训ｂｉＬＩｔ叩ｔｉｍｉｚｅｓｌｌＩｅｄｅｓｉｇｎｏｆｃｆｏｗｎｓｈ８Ｐｅ，ｏｕ埘ｎｇｓ咖ｃｔＩＩｒｅ，ｈｙｄｍｕｌｉｃｓ咖ｃｔ山ｔ，ｂｌａｄｅｎｕｍｂｅｒａｎｄＬＤ—Ｖｉｂｅｃｈａｒａｃ【ｅｄｓｌｉｃｓｉｎｔ｝Ｉｅｂ“ｃｍｗｎｔｏｐｍＩｏ”ｇｔｈｅ神ⅣｉｃｅⅢ；ｏｆｔＩ｜ｅｂｉＬｉｍｐｍｖｅＲＯＰａⅡｄ
控压钻井条件下井身结构优化设计要点分析 2
控压钻井条件下井身结构优化设计要点分析
控压钻井是一种常见的油气钻井技术，它可以有效地控制井底压力，降低地层漏失和井壁稳定性问题，从而提高钻井作业的安全性和效率。在控压钻井中，井身结构的设计对钻井作业的成功与否起着至关重要的作用。本文将从优化设计的要点出发，对控压钻井条件下井身结构进行分析与讨论。
一、井身结构设计的基本要求
控压钻井中，井身结构设计的基本要求可以分为以下几个方面：
1. 承受井底压力的能力
井底压力是控压钻井中需要重点控制和解决的问题之一，在井身结构设计中需要确保井眼内外压力的平衡，从而保证井身结构的稳定性和承载能力。井身结构的设计需要考虑到地层的地质情况、井眼的尺寸和井底压力的变化等因素，以确定井身的壁厚和受力结构。
2. 提高井身的抗弯和抗挤压能力
在控压钻井作业中，井身可能会受到地层的水平力、垂直力和扭转力的作用，因此井身结构设计需要考虑到不同方向的受力情况，提高井身的抗弯和抗挤压能力，以保证井身的稳定性和安全性。
3. 降低井眼的摩擦阻力
井身结构设计需要考虑到降低井眼的摩擦阻力，从而减少钻井作业的功耗和提高钻井作业的效率。在设计中可以采用优化的井身连接方式和光滑的井身表面处理等方法，降低井身与钻具之间的摩擦阻力。
4. 确保井身的密封性
在控压钻井中，井身的密封性对于井底压力的稳定起着至关重要的作用。井身结构设计需要考虑到密封隔离的要求，选择适当的井身材料和连接方式，确保井身的密封性和完整性。
1. 选择合适的井身材料
在控压钻井条件下，井身结构的材料选择是关键的一步。一般情况下，可选择优质的碳素钢和合金钢等材料，以满足井身的承载能力和抗腐蚀性能要求。同时还需考虑井底温度和压力的影响，选择能够承受高温高压环境的材料。
3. 采用科学合理的井身连接方式 在井身结构设计中，选择科学合理的井身连接方式是十分重要的。良好的井身连接方式可以确保井身的强度和密封性，降低井眼的摩擦阻力，提高钻井作业的效率。同时还需考虑到井身连接的可逆性和可靠性，以方便日后的维护和修复。
钻井平台结构优化设计与安全性分析
钻井平台结构优化设计与安全性分析
近年来，随着石油勘探和开发的不断深入，海底油气资源的开发也越来越受到人们的重视，而钻井平台作为海上油气勘探和开发的基础设施之一，其结构优化设计和安全性分析就显得尤为重要。
一、 钻井平台结构优化设计
结构优化设计是提高钻井平台安全性的重要手段。在现代船舶船体结构中大量应用的有限元方法，也可以用于钻井平台结构计算和优化设计。
（1） 有限元分析与结构优化
有限元分析可以为钻井平台结构设计提供可靠的数值模拟手段。通过使用各种有限元分析软件，建立数学模型，得到受力分布规律和变形情况，可以有效地评估结构强度和整体稳定性，进而设计出优化的结构。同时，在进行有限元分析的过程中，还可以进一步考虑材料的使用和接缝工艺等因素，从而使整个钻井平台的结构更加合理。
（2） 钻井平台结构材料选用
钻井平台结构的材料选用也是保证钻井平台安全性的关键一环。船舶结构通常采用钢材，而钻井平台的材料要求更高。常用的钻井平台结构材料有热轧无缝钢管、焊接轮廓板、卷材等。这些材料具有良好的强度、塑性和韧性等特性，可用于抵抗复杂的水下环境和复杂的运动状态。
（3） 稳定性设计
钻井平台在海上工作中会受到复杂的气象和海洋环境的影响，为了保证其稳定性，必须进行稳定性设计。稳定性分为静稳定性和动稳定性。静稳定性是指平台安全海损失后重心与浮心之间的距离，动稳定性是指钻井平台在海上运动时出现的摆动、倾斜和滚动等影响。稳定性设计一般采用船舶稳性分析中常用的方法，如坐姿曲线法、浮力传递法等。
二、钻井平台安全性分析
保证钻井平台的安全性是海上勘探和开发的前提。为了降低钻井平台发生意外的风险，必须对钻井平台的各项安全性能进行全面评估和分析。
（1） 数据收集和分析
收集和分析数据是进行钻井平台安全性分析的第一步，包括钻井平台的设计参数、工作环境、使用条件、维护保养记录以及历史意外事故统计等。将这些数据进行整理和分析，可以识别出导致钻井平台发生意外事故的主要因素，进而制定针对性的安全措施。 （2） 安全评估和风险分析
威远构造页岩气水平井钻井井身结构优化探讨
聂靖霜，等：威远构造页岩气水平井钻井井身结构优化探讨
图３威２０１一Ｉ－Ｉ３井身结构设计图（筇竹寺） 根据威２０１一Ｈ１、威２０１一Ｈ３井的实钻情况， 漏、喷、垮同存，施工周期长，目的层由于浸泡时问 长，均出现了不同程度的垮塌，不利于井眼清洁和井 眼稳定，加剧了复杂情况，也不利于加快钻井速度， 威２０１一Ｈ３井井下复杂提前完钻。因此威远构造 页岩气钻井井身结构需进一步进行优化。 ３井身结构优化方案 ３．１ 井身结构优化思路 井身结构优化是在原理论设计的基础上，充分 结合实钻资料分析研究。增大表层套管下人深度， 将地表复杂完全封住；技术套管下至目的层顶部附 近，将目的层以上复杂封住，同时可缩短水平段裸眼 长度，减少页岩水平段浸泡时间，有利于页岩水平段 井眼稳定。 ３．２威远龙马溪目的层井身结构优化方案 威２０１一Ｈ１井身结构（龙马溪）优化方案如表３ 所示：（１）表层下至嘉二顶部，封隔地表复杂；（２） ２４４．５套管下至Ａ点附近，将水平段裸眼段减短到 １ ２００ ｍ左右，缩短页岩浸泡时间；（３）封隔了龙马 溪以上的漏层、垮塌层，有利水平段段高密度钻井。 ３．３ 威远筇竹寺目的层井身结构优化方案 威２０１一Ｈ３井身结构（筇竹寺）优化方案如表４ 所示：（１）表层加深至３００ｍ，能有效封隔地表水层； （２）３１４．３套管封隔茅口以上水层和龙潭垮塌层； （３）可钻性差的罗汉坡一遇仙寺可采用氮气钻； （４）２４１．３套管下至Ａ点附近，裸眼段由过去的 ２ ０００ ｍ以上减到１ ２００ ｍ以内，缩短页岩浸泡时 间；（５）封隔了筇竹寺以上的漏层、垮塌层，有利于 页岩水平段段高密度钻井。 表３威２０１一Ｈ１井优化后井身结构
表４威２０１一Ｈ３井优化后井身结构
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聂靖霜，等：威远构造页岩气水平井钻井井身结构优化探讨 ４ 结语 通过对威远区块地质特点及威２０１一Ｈ１井、威 ２０１一Ｈ３井的钻井跟踪研究，对威远区块的页岩气 井井身结构优化获得以下认识： （１）增大表层套管下入深度，有效地将表水层 等地表复杂完全封住。 （２）技术套管下至目的层顶部附近，裸眼段由 过去的２ ０００ ｎｌ以上缩到１ ２００ ｍ以内，缩短了页岩 浸泡时问。 （３）封隔目的层以上的漏层、垮塌层，有利于页 岩水平段段高密度钻井。 （４）目的层炭质页岩的垮塌机理有待进一步研究。 （５）井身结构的优化方案需要进行现场验证。 参考文献 ［１］王华平，张铎，张德军，等．威远构造页岩气钻井技术探 讨［Ｊ］．钻采工艺，２０１２，３５（２）：９一ｌ】． ［２］崔思华，班凡生，袁光杰．页岩气钻完井技术现状及难点 分析［Ｊ］．天然气工业，２０１１，３１（４）：７２－７５． ［３］李功玉，王华平，张德军，等．泥浆盖帽强钻技术在威远 页岩地层的应用［Ｊ］．钻采工艺，２０１２，３５（１）：１—２． Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｓｉｎｇ Ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ Ｓｈａｌｅ Ｇａｓ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｗｅｌｌ ｉｎ Ｗｅｉｙｕａｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＮＩＥ Ｊｉｎｇｓｈｕａｎｇｔ ｚ ＬＥＩ Ｚｏｎｇｍｉｎｇ ＷＡＮＧ Ｈｕａｐｉｎｇ４ ＷＡＮＧ Ｆｕｙｕ３ （１．Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１０５００；２．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３２； ３．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０１ ３３ １： ４．Ｃｈｕａｎｄｏｎｇ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｃｏｐａｎｙ，Ｃｈｕａｎｑｉｎｇ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｉｇｈｌｙ ｄｅｖｉａｔｅｄ ａｎｄ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｅｌｌｓ ａｒｅ ｔｈｅ ｋｅｙ ｆａｃｔｏｒ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ．Ｔｈｅ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｉｎ Ｗｅｉｙｕａｎ ｒｅｇｉｏｎ ｆｏｒｍ ｉｓ ｉｎ ｖｅｒｙ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｓｅｖｅｒａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｅｘｉｓｔ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ， ｓｕｃｈ ａｓ ｌｅａｋａｇｅ，ｂｌｏｗｏｕｔ ａｎｄ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ．Ａｎｄ ｔｈｅｙ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｃｙｃｌｅ ｔｏｏ ｌｏｎｇ．Ｂｅｃａｕｓｅ ｍｏｓｔ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｒｅ ｌｏｗ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｔｉｇｈｔ ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ，ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｇａｓ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｍｏｒｅ ｄｉｆｆｉ— ｃｕｌｔ ａｎｄ ｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇ ｉｎ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｗｏｒｋ．Ｈｏｗ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｃａｓｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍ，ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｒｉｓｋ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｉｎ Ｗｅｉｇｕａｎ ｒｅｇｉｏｎ，ｉｓ ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ ａ ｄｉｆｉｃｕｌｔ ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｓｏ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｔｈｅｏｒｅｔｉ— ｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉ— ｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃａｓｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ Ｗｅｉｙｕａｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｗｅｉｙｕａｎ；ｓｈａｌｅ ｇａｓ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｅｌｌ；ｃａｓｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
深层海相气井井身结构优化及应用
第２９卷第６期 Ｖｏ１．２９ Ｎｏ．６ 钻 采 工 艺 ＤＲＩＬＬＩＮＧ＆ＰＲＯＤＵＣ１１ＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ・１３・
深层海相气井井身结构优化及应用
边培明
（中石化胜利石油管理局钻井工艺研究院设计所）
边培明．深层海相气井井身结构优化及应用．钻采工艺，２００６，２９（６）：１３～１５ 摘要：针对于南方海相深层油气钻探过程中储层埋藏深、压力高、钻井难度大的特点，对国内外井身结构应 用进行了分析，结合深井井身结构设计方法，重点讨论了井身结构的优化思路及应用效果，优化了井身结构的套管 尺寸及增加套管层次，达到提高综合钻井速度，加快勘探步伐的效果。 关键词：深井；井身结构；高压气藏；设计方法 中图分类号：ＴＥ ２２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７６８Ｘ（２００６）Ｏ６—００１３—０３
一、地质特征及钻井技术分析
南方海相油气勘探区通过第一批钻井的施工实 践，常规的钻头—套管程序和井身结构设计方法难
以适应深井超深井的复杂地质环境。如何优化复杂 地质条件下深井井身结构是目前油气钻井工程所面
临的突出问题，在分析国内外深井套管程序应用特
点和传统井身结构的基础上，根据钻头、套管生产的 现状，结合现场实践的应用，优化南方海相复杂深井
井身结构，并探索应用了非常规井身结构尺寸，增加 井身结构层次，对于提高深井的钻井水平具有现实
的意义。 南方海相地质条件复杂，不确定性因素较多，给 钻探带来了许多困难，主要体现在：（１）地层漏失为
低压层漏层以孑Ｌ隙性渗漏与微裂缝漏失为主，主要
目的层既为高压储层同时又为漏层，钻井液密度安 全窗口极窄。（２）地层较老，陆相地层硬，可钻性低
钻头型号可选性很小。（３）地应力导致地层坍塌严 重。（４）目的层深，地震分辩低，地层岩性变化大，
地层压力预测及检测准确性差。（５）地层倾角大、
岩石成岩性差，常规钻井难以满足钻井安全生产和 勘探开发需要【】Ｊ。（６）地层含盐膏层和其它腐蚀性
储气库水平井井身结构优化技术及应用
149 勘探开发2024年第2期
提速提效是钻井技术发展的趋势，通过技术
攻关切实解决油田勘探开发面临的难题，从而为
油田高效开发保驾护航[1-4]。随着全球能源结构的
不断变化和天然气需求量的不断增加，储气库的
建设越来越受到人们的关注，而储气库水平井作
为一项新兴技术，具有储层渗透性好、储气能力
强、钻井周期短等优点，在储气库建设中得到了
广泛应用。储气库水平井井身结构的设计是一项
复杂的工作，需要考虑多种因素，如储层的地质
条件、储气能力、钻井设备、材料强度等[5]。因此
优化储气库水平井井身结构，提高储气能力和钻
井效率，是当前储气库建设中的一项重要任务。
1 技术研究背景
储气库水平井井身结构优化技术应用价值非
常高，能为我国能源工业的发展和进步做出重要
贡献。首先，优化后的井身结构，可以更好地适
应储气库的地质条件和生产环境，避免传统受到
外部因素干扰导致产能下架的弊端，进一步储气
库的储气能力。同时由于结构得到优化，干扰因
素减少，钻井效率提高，这对于提高储气库的经
济效益和社会效益具有重要意义[6]。其次，保护储
气库的地质环境。优化后的井身结构能减少对储
气库的地质环境的破坏，避免出现渗漏、坍塌等
问题，减少对地层的破坏和污染，便于储气库水
平井可持续发展[7]。最后，满足储气库产能扩大的需求。优化后的井身结构得到稳固，储气能力
和储气效率显著提升，满足日益增长的储气量需
求，对于保障国家能源安全和能源战略的实施具
有重要价值。
2 储气库钻井技术介绍
随着技术的革新换代，如今储气库水平井井
身结构优化技术已经演化出很多技术分支。
2.1 套管钻井技术
套管钻井技术是指在套管中钻井，减少钻
井液对储层的污染和破坏，提高储气库的储气能
力。该技术适用于储层较稳定、地层压力较高的
储气库。在套管钻井过程中，使用套管作为钻井
的支撑结构，能够避免钻井渗漏的情况产生，降
低污染和能源浪费，保证生产安全[8]。
2.2 欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术是指钻井在钻进过程中，保