[發明專利]一種復雜地層動態設計井身結構

在審

• 申請號: 202110022733.5
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN114737942A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 卓魯斌;汪海閣;鄒靈戰;張富成;徐生江;路宗羽;石建剛;常龍;于璟;惠城
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油集團工程技術研究院有限公司
• 主分類號: E21B43/30
• 分類號: E21B43/30;E21B17/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 趙燕力;韓嫚嫚

本發明為一種復雜地層動態設計井身結構，具有上下間隔分布的上必封點和下必封點，在上必封點與下必封點之間存在M個風險點，M≥1且為正整數，第一風險點至第M風險點從上至下間隔排布。復雜地層動態設計井身結構包括M+1個調整套管，第一調整套管至第M+1調整套管從外至內依次套設，第一調整套管至第M+1調整套管依次下入對應于第一風險點至下必封點。本發明的井身結構能合理增加套管層次，通過動態設計來確定套管的下入深度實現安全鉆達目的層，實現勘探開發目的。

技術領域

本發明是關于石油鉆探開發領域，尤其涉及一種復雜地層動態設計井身結構。

背景技術

井身結構是影響油氣井鉆完井安全和油氣生產安全的重要因素，井身結構的合理性、安全性是鉆完井成敗的關鍵。

目前常用的井身結構設計方法有自下而上和自上而下兩種設計方法，這兩種方法設計方法不相同，設計的井身結構也各不相同。兩種設計方法都要依據該區塊的地層孔隙壓力剖面、地層坍塌壓力剖面和地層破裂壓力剖面，還要參考該地區的井身結構設計系數，以及鄰井的實鉆資料來合理的確定井身結構，為鉆井施工安全和順利鉆達目的層打下基礎。但不同的設計方法需要考慮的因素有所不同，對于不同地層情況需要采用的設計方法也不一樣。對下部地層的地質情況了解比較清楚的適合采用自下而上的設計方法，自下而上的設計方法根據裸眼井段安全鉆進滿足的壓力平衡、壓差卡鉆約束條件，自全井最大地層孔隙壓力處開始，自下而上逐次設計各層套管下入深度的井身結構設計方法；對于下部地層情況了解不準確的可以采用自上而下的設計方法，在設計中有調整的空間，有利于井身結構的動態設計，避免在實鉆中出現鉆井事故。自上而下的設計方法根據裸眼井段安全鉆進應滿足壓力平衡、壓差卡鉆約束條件，在已確定了表層套管下入深度的基礎下，從表層套管鞋處開始自上而下逐層設計各層套管下入深度的井身結構設計方法。對于己探明區塊的開發井或地質環境清楚的井，采用自下而上的設計方法；對于新探區的探井或下部地層地質環境不清楚的井，采用自上而下和自下而上相結合的方法。

但隨著科技的發展，鉆井工藝技術的提高，鉆井先進的裝備的應用，目前面對更多的深井和超深井，并且隨之出現的復雜情況也隨之發生，僅僅依靠自上而下和自下而上的井身結構設計方法不能滿足現場的需要，因此需要考慮井下的復雜情況如易跨塌層、易涌易漏層、鹽膏層等，需要在進行井身結構設計時考慮必封點，實現井身結構設計的科學化、合理化。

對于常規的石油鉆井的井身結構是根據地層情況和地層壓力信息，以平衡地層孔隙壓力、防止壓漏地層為主要目的，在完成地層孔隙壓力、坍塌壓力及破裂壓力的分布規律之后，再確定設計需要的6個基礎參數，即抽吸壓力允值、激動壓力允值、井涌條件允值、正常壓力地層黏卡壓差臨界值、異常壓力地層黏卡壓差臨界值以及地層壓裂安全增值，最后按照裸眼段防漏、防噴和防壓差卡鉆等約束要求，確定可行裸露段的長度和確定必封點，然后根據套管和鉆頭的尺寸關系進一步劃分套管層次，確定套管的合理下深。裸露井眼中滿足壓力條件的極限長度井段定義為可行裸露段，可行裸露段的長度是由工程和地質條件決定的井深區間，其頂界是上一層套管的必封點，底界為該層套管的必封點深度。

但是一旦不確定的地質因素較多，地質設計與實鉆差異較大，地層壓力和流體性質很難準確預報。而且隨著鉆井深度不斷增加以及未探明區塊的鉆探，鄰井資料的豐度受到較大限制，從而降低了采用區域概率統計方法等井身結構風險評估技術的精度。由于不能預見的工程地質問題造成的設計與實鉆不符和鉆井復雜與事故不僅嚴重危及鉆井工程安全和地質目標的實現、也顯著降低鉆井速度，增加鉆井成本。同時多個工程地質問題共存，在同一口井甚至在同一個地層段同時存在多個重要工程地質問題，這給鉆井設計和施工作業造成極大的困難。由于常規井身結構有限的套管層次不可能將可能遇見的復雜層段完全封隔開，同一個裸眼井段內同時存在兩個或多個相互矛盾對立的工程地質問題的情況也是經?？捎鲆姷降模@就不可避免的常常出現噴、漏、塌、卡等同時發生的嚴重復雜情況。