钻探工程设计——井身结构设计

井身结构包括套管层次和下入深度以及井眼尺寸(钻头尺寸)与套管的配合。身结构设计是钻井工程设计的基础。合理的井身结构是钻井工程设计的重要内容，其主要依据是地层压力和地层破裂压力剖面。

一、井身结构设计确定的原则

进行井身结构设计所遵循的原则:

(1)能有效地保护油层，使不同压力梯度的油气层不受钻井液损害。

(2)应避免漏、喷、塌、卡等复杂情况产生，为全并顺利钻进创造条件，使钻井周期最短。

(3)钻下部高压地层时所用的较高密度钻井液产生的液柱压力，不致压裂上一层套管鞋处薄弱的裸 露地层。

(4)下套管过程中，井内钻液压力和地层压力之间的压差，不致产生压差卡阻套管事故。

二、套管柱类型

套管的类型很多。正常压力系统的通常下三层套管:导管、表层套管和生产套管。异常压力系统的井，至少多下一层技术套管。尾管则是一种不延伸到井口的套管柱。

1.导管

导管的作用是在钻表层井眼时将钻并液从地表引导到钻井装置平面上来。这一层管柱其长度变化较大，在坚硬的岩层中仅用10~20m，而在地区则可能上百米。

2.表层套管    

表层套管下入深度一般在30~1500m，通引导水泥浆返至地表。用来防止浅水层污染，封隔浅层流砂、砾石层及浅层气。同时用来安装并口防喷器以便继续钻进，它也是并口设备(套管头及采油树)的唯一支撑件，以及悬挂依次下入的各层套管（包括采油管柱）的载荷。

3.技术套管

技术套管用来隔离坍塌地层及高压水层，防止井径扩大，减少阻卡及键槽的发生，以便继续钻进。技术套管还用来分隔不同的压力层系，以便建立正常的钻井液循环。它也为并控设备的安装、防喷、防漏及悬挂尾管提供了条件，对油层套管还具有保护作用。

4.生产套管(采油或采气套管)

生产套管的主要作用是将储集层中的油气从套管中采出来，并用来保护井，隔开各层的流体，达到油气井分层测试，分层采油，分层改造之目的。通常水泥返至产层顶部200m以上。    

5.尾管

尾管分为钻井尾管和采油尾管。它的优点是下人长度短，费用低。在深井中，尾管另一个突出的优点是，在继续钻进时可以使用异径钻具。在顶部的大直径钻具比同一直径的钻具具有更高的抗拉伸强度，在尾管内的小直径钻具具有更高的抗内压力的能力。尾管的缺点是固井施工困难。尾管的顶部通常要进行抗内压试验，以保证密封性。

6.组合质量套管柱

组合质量套管柱是各段套管的质量和钢级不同，但其外径相同。

7.异径套管柱

异径套管柱是从上到下各段套管的外径不同的套管柱。

三、设计所需基础数据

1.地质方面数据    

(1)岩性剖面机器故障提示；

(2)地层孔隙压力剖面；

(3)地层破裂压力剖面。

2.工程方面数据

(1）抽吸压力系数Sb。上提钻柱时，由于抽吸作用使井内液柱压力降低值，用当量密度表示。

(2)激动压力系数Sg。下放钻柱时，由于钻柱向下运动产生的激动压力使井内液柱压力增加值，用当量密度表示。

(3)地层压裂安全系数Sf。为避免上层套管鞋出裸 露地层被压裂的地层破裂压力安全系数，用当量密度表示。安全系数的大小与地层破裂压力的预测精度有关。

(4)井涌允量Sk。由于地层压力预测的误差所产生的井涌量的允值，用当量表示。它与地层压力预测的精度有关。

(5)压差允值▽p0。不产生压差卡阻套管所允许的最大压力差值，它的大小与钻井工艺技术和钻井液性能有关，也与裸眼井段的地层孔隙压力有关。井身结构设计所需要的地质和工程数据应根据本地的统计资料来确定。