黃河鉆井總公司 257000

為了實(shí)現(xiàn)科學(xué)、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、安全地鉆井作業(yè)，取得預(yù)期的鉆探目的和經(jīng)濟(jì)效益，合理的井身結(jié)構(gòu)是最重要的前提。所謂合理的井身結(jié)構(gòu)，就是按照地質(zhì)要求，根據(jù)地層孔隙壓力、地層破裂壓力、地層坍塌壓力3 條曲線，綜合考慮鉆井設(shè)備現(xiàn)狀、鉆井工藝技術(shù)水平及施工能力等一系列因素，設(shè)計(jì)出合理的井身結(jié)構(gòu)，以滿足地質(zhì)、鉆井及采油等方面的要求。

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是鉆井工程設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。它不僅關(guān)系到鉆井施工的安全與順利，而且還關(guān)系到鉆井作業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。合理的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既能最大限度地避免漏、噴、塌、卡等工程事故的發(fā)生，保證各項(xiàng)鉆井作業(yè)安全順利，又能最大限度地減少鉆井費(fèi)用，使工程成本降至最低。鉆井是石油與天然氣勘探開(kāi)發(fā)的主要手段。鉆井工程質(zhì)量的優(yōu)劣和鉆井速度的快慢， 直接關(guān)系到鉆井成本的高低、油田勘探開(kāi)發(fā)的綜合經(jīng)濟(jì)效益及石油工業(yè)發(fā)展速度。鉆井工程設(shè)計(jì)是指導(dǎo)鉆井工程施工的一個(gè)綜合性的技術(shù)文件， 是組織鉆井生產(chǎn)和技術(shù)協(xié)作的基礎(chǔ)， 也是單井預(yù)算和決算的唯一依據(jù)。

合理的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既能最大限度地避免漏、噴、塌、卡等工程故障， 使各項(xiàng)鉆井作業(yè)得以安全順利進(jìn)行， 又能最大幅度地減少鉆井費(fèi)用， 使工程成本達(dá)到最低。而井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性在很大程度上依賴于設(shè)計(jì)者對(duì)鉆井地質(zhì)環(huán)境（包括巖性、地下壓力特性、復(fù)雜地層分布、井壁穩(wěn)定性、地下流體特性等） 的認(rèn)識(shí)程度和鉆井裝備條件（套管、鉆頭、井口防噴裝置、鉆具等） 及鉆井工藝技術(shù)水平（鉆井液工藝、注水泥工藝、井眼軌跡控制技術(shù)、操作水平等）， 當(dāng)然也需要有科學(xué)的設(shè)計(jì)思路和方法。隨著油氣田的深層次勘探開(kāi)發(fā)， 原有的經(jīng)驗(yàn)性的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式已不能適應(yīng)當(dāng)前的實(shí)際鉆井條件， 需不斷改進(jìn)， 以獲得更合理的井身結(jié)構(gòu)。

深層勘探已成為石油資源重點(diǎn)勘探的領(lǐng)域之一。由于深井地質(zhì)條件復(fù)雜以及在鉆井、完井和采油（氣）過(guò)程中對(duì)安全性的重視， 對(duì)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求越來(lái)越高.

（1）能滿足鉆井作業(yè)要求，有利于實(shí)現(xiàn)安全、快速、低成本鉆井。

（2）生產(chǎn)套管尺寸應(yīng)能滿足采油、增產(chǎn)措施和井下作業(yè)的要求。

（3）盡量采用API 標(biāo)準(zhǔn)系列的套管和鉆頭。

（4）選擇表層套管應(yīng)考慮常用井口防噴裝置的規(guī)格。

（5）在滿足下套管和注水泥要求的前提下，采用較小的套管/ 井眼間隙值，以減小套管和井眼尺寸（最小間隙≥9.5mm）。

（6） 盡可能使用覫212.7 ～覫241.3mm 鉆頭鉆進(jìn)，以增加井段的長(zhǎng)度。

（7）對(duì)探井和地質(zhì)條件復(fù)雜的開(kāi)發(fā)井，套管程序設(shè)計(jì)要留有余地，必要時(shí)可再增加一層套管。

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)包括：抽吸壓力系數(shù)Sb、激動(dòng)壓力系數(shù)Sg、地層破裂壓力安全系數(shù)Sf、井涌條件Sk、壓差允值ΔPn 和ΔPa 等。井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)是隨井深而變化的。隨著井深的增加，抽吸壓力和激動(dòng)壓力系數(shù)增大，井涌系數(shù)減小，破裂壓力安全系數(shù)減小，壓差卡鉆系數(shù)因地層壓力的不同而不同。在以往的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，沒(méi)有考慮井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)隨井深的變化，全井采用某一定值，因此存在一定偏差。為提高井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，應(yīng)采用隨井深變化的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)值。

傳統(tǒng)的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采取由下而上的設(shè)計(jì)方法，即套管設(shè)計(jì)從目的層生產(chǎn)套管開(kāi)始，自下而上，逐層確定每層套管的下入深度和尺寸。設(shè)計(jì)步驟一般是從目的層開(kāi)始，根據(jù)裸眼井段需滿足的約束條件確定生產(chǎn)套管的尺寸。生產(chǎn)套管的外徑留有足夠的環(huán)隙，根據(jù)環(huán)隙的大小再選擇相應(yīng)的鉆頭尺寸，然后本著上一層套管內(nèi)徑必須保證下部井段所用的套管和鉆頭能順利通過(guò)為原則，確定上一層套管柱的最小尺寸，依此類推，由深至淺地選擇各層套管和鉆頭尺寸。

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法具有以下特點(diǎn)。

（1）每層套管下入深度淺，套管成本低，適合于已探明地區(qū)開(kāi)發(fā)井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（2）上部套管下入深度的合理性取決于對(duì)下部地層特性了解的準(zhǔn)確性和可靠程度。

（3）對(duì)于深探井，由于存在地層的不確定性和對(duì)下部地層了解的不充分性，難以應(yīng)用傳統(tǒng)方法自下而上確定每層套管的下深。因此，需對(duì)傳統(tǒng)的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法加以改進(jìn)。

井身結(jié)構(gòu)改進(jìn)的設(shè)計(jì)方法：

由于在深井和探井中存在地層壓力的不確定性、地層狀態(tài)和巖性的不確定性、地層分層深度和完井深度的不確定性，其井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不應(yīng)以套管下入深度最淺、套管費(fèi)用最低為主要目標(biāo)，而應(yīng)以確保鉆井成功率、順利鉆達(dá)目的層為首選目標(biāo)。為了提高鉆探的成功率，必須有足夠的套管層次儲(chǔ)備，以便一旦鉆遇未預(yù)料到的復(fù)雜層位時(shí)能夠及時(shí)封隔，同時(shí)希望上部大尺寸套管盡量下深，為下部地層鉆進(jìn)留有一定的套管層次儲(chǔ)備，不至于采用小尺寸井眼完井。針對(duì)上述情況，經(jīng)分析研究，改用自上而下的設(shè)計(jì)方法，即在確定了表層套管下深的基礎(chǔ)上，根據(jù)裸眼井段需滿足的約束條件，從表層套管鞋處開(kāi)始向下逐層設(shè)計(jì)技術(shù)套管的下入深度，直至目的層的生產(chǎn)套管。

該設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)如下：

（1）套管下深是根據(jù)上部已鉆地層的資料來(lái)確定，不受下部地層的影響，有利于井身結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。

（2）每層套管下入深度最深，有利于保證實(shí)現(xiàn)鉆探目的，順利鉆達(dá)目的層位。

（3）與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法結(jié)合應(yīng)用，可以確定套管的合理下深區(qū)間。

采用這種設(shè)計(jì)方法應(yīng)特別注意2個(gè)問(wèn)題：

（1）裸眼井段必須滿足的壓力平衡約束條件；（2）井眼坍塌壓力的影響和必封點(diǎn)問(wèn)題。

對(duì)于復(fù)雜深井、超深井傳統(tǒng)的井身結(jié)構(gòu)上部井眼開(kāi)孔尺寸大， 大井眼所占井段長(zhǎng)， 而下部又被迫采用小井眼鉆進(jìn)， 存在速度慢、成本高等問(wèn)題， 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)是優(yōu)化技術(shù)套管的層次、直徑和下入深度。隨著勘探開(kāi)發(fā)向深部和海洋發(fā)展，要滿足地質(zhì)勘探及采油工藝的要求，只有增加套管柱層次。

增加套管柱層次的途徑有：①增大上部井眼和套管的尺寸；②鉆小尺寸井眼來(lái)增加套管柱層數(shù)；③采用無(wú)接箍套管，縮小相鄰套管柱及套管與井眼之間的間隙；④利用隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)增大井眼與套管之間的間隙；⑤優(yōu)化套管/ 井眼尺寸組合，設(shè)計(jì)新的套管及鉆頭系列等。

通過(guò)對(duì)套管與井眼間隙進(jìn)行研究分析，在充分考慮間隙大小對(duì)鉆井、固井、波動(dòng)壓力及其他因素影響的前提下，提出了改進(jìn)和新增的井身結(jié)構(gòu)方案。

方案如下：

（1）準(zhǔn)確的地質(zhì)參數(shù)、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)及優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法是合理設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)的前提。

（2）井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)是隨井深而變化的，在設(shè)計(jì)中應(yīng)采用隨井深變化的設(shè)計(jì)系數(shù)值。

（3）對(duì)于深探井應(yīng)盡量加大開(kāi)眼尺寸和下大尺寸套管，為順利鉆達(dá)目的層或加深留有余地。

（4）自上而下的設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法結(jié)合應(yīng)用，可給出套管的合理下深區(qū)間。同時(shí)，改進(jìn)和新增的井身結(jié)構(gòu)系列應(yīng)加強(qiáng)實(shí)踐及應(yīng)用。

積極探索、不斷地優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，提高鉆井速度鉆井工藝技術(shù)日新月異。除了努力不斷學(xué)習(xí)豐富自己的鉆井經(jīng)驗(yàn)外，更應(yīng)該積極探索新的鉆井方法。在鉆井施工中，堅(jiān)持實(shí)施好油氣層保護(hù)技術(shù)和井身質(zhì)量控制技術(shù)，把“發(fā)現(xiàn)油氣層、保護(hù)油氣層”放在首位，廣泛使用有利于保護(hù)油氣層的新型泥漿體系，堅(jiān)持科學(xué)管理，淺探井專人負(fù)責(zé)技術(shù)交底，加強(qiáng)中間監(jiān)控，堅(jiān)持使用好凈化裝備，充分保證處理劑的投入和良好性能的鉆井液，嚴(yán)格執(zhí)行參數(shù)優(yōu)化措施，最大限度地滿足了發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層的需要。