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黄河钻井总公司 257000
为了实现科学、优质、经济、安全地钻井作业，取得预期的钻探目的和经济效益，合理的井身结构是最重要的前提。所谓合理的井身结构，就是按照地质要求，根据地层孔隙压力、地层破裂压力、地层坍塌压力3 条曲线，综合考虑钻井设备现状、钻井工艺技术水平及施工能力等一系列因素，设计出合理的井身结构，以满足地质、钻井及采油等方面的要求。
井身结构设计是钻井工程设计的重要内容之一。它不仅关系到钻井施工的安全与顺利，而且还关系到钻井作业的经济效益。合理的井身结构设计既能最大限度地避免漏、喷、塌、卡等工程事故的发生，保证各项钻井作业安全顺利，又能最大限度地减少钻井费用，使工程成本降至最低。钻井是石油与天然气勘探开发的主要手段。钻井工程质量的优劣和钻井速度的快慢， 直接关系到钻井成本的高低、油田勘探开发的综合经济效益及石油工业发展速度。钻井工程设计是指导钻井工程施工的一个综合性的技术文件， 是组织钻井生产和技术协作的基础， 也是单井预算和决算的唯一依据。
合理的井身结构设计既能最大限度地避免漏、喷、塌、卡等工程故障， 使各项钻井作业得以安全顺利进行， 又能最大幅度地减少钻井费用， 使工程成本达到最低。而井身结构设计的合理性在很大程度上依赖于设计者对钻井地质环境（包括岩性、地下压力特性、复杂地层分布、井壁稳定性、地下流体特性等） 的认识程度和钻井装备条件（套管、钻头、井口防喷装置、钻具等） 及钻井工艺技术水平（钻井液工艺、注水泥工艺、井眼轨迹控制技术、操作水平等）， 当然也需要有科学的设计思路和方法。随着油气田的深层次勘探开发， 原有的经验性的井身结构设计模式已不能适应当前的实际钻井条件， 需不断改进， 以获得更合理的井身结构。
深层勘探已成为石油资源重点勘探的领域之一。由于深井地质条件复杂以及在钻井、完井和采油（气）过程中对安全性的重视， 对井身结构设计的要求越来越高.
（1）能满足钻井作业要求，有利于实现安全、快速、低成本钻井。
（2）生产套管尺寸应能满足采油、增产措施和井下作业的要求。
（3）尽量采用API 标准系列的套管和钻头。
（4）选择表层套管应考虑常用井口防喷装置的规格。
（5）在满足下套管和注水泥要求的前提下，采用较小的套管/ 井眼间隙值，以减小套管和井眼尺寸（最小间隙≥9.5mm）。
（6） 尽可能使用覫212.7 ～覫241.3mm 钻头钻进，以增加井段的长度。
（7）对探井和地质条件复杂的开发井，套管程序设计要留有余地，必要时可再增加一层套管。
井身结构设计系数包括：抽吸压力系数Sb、激动压力系数Sg、地层破裂压力安全系数Sf、井涌条件Sk、压差允值ΔPn 和ΔPa 等。井身结构设计系数是随井深而变化的。随着井深的增加，抽吸压力和激动压力系数增大，井涌系数减小，破裂压力安全系数减小，压差卡钻系数因地层压力的不同而不同。在以往的井身结构设计中，没有考虑井身结构设计系数随井深的变化，全井采用某一定值，因此存在一定偏差。为提高井身结构设计的科学性和合理性，应采用随井深变化的井身结构设计系数值。
传统的井身结构设计采取由下而上的设计方法，即套管设计从目的层生产套管开始，自下而上，逐层确定每层套管的下入深度和尺寸。设计步骤一般是从目的层开始，根据裸眼井段需满足的约束条件确定生产套管的尺寸。生产套管的外径留有足够的环隙，根据环隙的大小再选择相应的钻头尺寸，然后本着上一层套管内径必须保证下部井段所用的套管和钻头能顺利通过为原则，确定上一层套管柱的最小尺寸，依此类推，由深至浅地选择各层套管和钻头尺寸。
传统的设计方法具有以下特点。
（1）每层套管下入深度浅，套管成本低，适合于已探明地区开发井的井身结构设计。
（2）上部套管下入深度的合理性取决于对下部地层特性了解的准确性和可靠程度。
（3）对于深探井，由于存在地层的不确定性和对下部地层了解的不充分性，难以应用传统方法自下而上确定每层套管的下深。因此，需对传统的井身结构设计方法加以改进。
井身结构改进的设计方法：
由于在深井和探井中存在地层压力的不确定性、地层状态和岩性的不确定性、地层分层深度和完井深度的不确定性，其井身结构设计不应以套管下入深度最浅、套管费用最低为主要目标，而应以确保钻井成功率、顺利钻达目的层为首选目标。为了提高钻探的成功率，必须有足够的套管层次储备，以便一旦钻遇未预料到的复杂层位时能够及时封隔，同时希望上部大尺寸套管尽量下深，为下部地层钻进留有一定的套管层次储备，不至于采用小尺寸井眼完井。针对上述情况，经分析研究，改用自上而下的设计方法，即在确定了表层套管下深的基础上，根据裸眼井段需满足的约束条件，从表层套管鞋处开始向下逐层设计技术套管的下入深度，直至目的层的生产套管。
该设计方法的特点如下：
（1）套管下深是根据上部已钻地层的资料来确定，不受下部地层的影响，有利于井身结构的动态设计。
（2）每层套管下入深度最深，有利于保证实现钻探目的，顺利钻达目的层位。
（3）与传统设计方法结合应用，可以确定套管的合理下深区间。
采用这种设计方法应特别注意2个问题：
（1）裸眼井段必须满足的压力平衡约束条件；（2）井眼坍塌压力的影响和必封点问题。
对于复杂深井、超深井传统的井身结构上部井眼开孔尺寸大， 大井眼所占井段长， 而下部又被迫采用小井眼钻进， 存在速度慢、成本高等问题， 优化井身结构的重点是优化技术套管的层次、直径和下入深度。随着勘探开发向深部和海洋发展，要满足地质勘探及采油工艺的要求，只有增加套管柱层次。
增加套管柱层次的途径有：①增大上部井眼和套管的尺寸；②钻小尺寸井眼来增加套管柱层数；③采用无接箍套管，缩小相邻套管柱及套管与井眼之间的间隙；④利用随钻扩眼技术增大井眼与套管之间的间隙；⑤优化套管/ 井眼尺寸组合，设计新的套管及钻头系列等。
通过对套管与井眼间隙进行研究分析，在充分考虑间隙大小对钻井、固井、波动压力及其他因素影响的前提下，提出了改进和新增的井身结构方案。
方案如下：
（1）准确的地质参数、井身结构设计系数及优化的设计方法是合理设计井身结构的前提。
（2）井身结构设计系数是随井深而变化的，在设计中应采用随井深变化的设计系数值。
（3）对于深探井应尽量加大开眼尺寸和下大尺寸套管，为顺利钻达目的层或加深留有余地。
（4）自上而下的设计方法与传统方法结合应用，可给出套管的合理下深区间。同时，改进和新增的井身结构系列应加强实践及应用。
积极探索、不断地优化井身结构，提高钻井速度钻井工艺技术日新月异。除了努力不断学习丰富自己的钻井经验外，更应该积极探索新的钻井方法。在钻井施工中，坚持实施好油气层保护技术和井身质量控制技术，把“发现油气层、保护油气层”放在首位，广泛使用有利于保护油气层的新型泥浆体系，坚持科学管理，浅探井专人负责技术交底，加强中间监控，坚持使用好净化装备，充分保证处理剂的投入和良好性能的钻井液，严格执行参数优化措施，最大限度地满足了发现和保护油气层的需要。
为了实现科学、优质、经济、安全地钻井作业，取得预期的钻探目的和经济效益，合理的井身结构是最重要的前提。所谓合理的井身结构，就是按照地质要求，根据地层孔隙压力、地层破裂压力、地层坍塌压力3 条曲线，综合考虑钻井设备现状、钻井工艺技术水平及施工能力等一系列因素，设计出合理的井身结构，以满足地质、钻井及采油等方面的要求。
井身结构设计是钻井工程设计的重要内容之一。它不仅关系到钻井施工的安全与顺利，而且还关系到钻井作业的经济效益。合理的井身结构设计既能最大限度地避免漏、喷、塌、卡等工程事故的发生，保证各项钻井作业安全顺利，又能最大限度地减少钻井费用，使工程成本降至最低。钻井是石油与天然气勘探开发的主要手段。钻井工程质量的优劣和钻井速度的快慢， 直接关系到钻井成本的高低、油田勘探开发的综合经济效益及石油工业发展速度。钻井工程设计是指导钻井工程施工的一个综合性的技术文件， 是组织钻井生产和技术协作的基础， 也是单井预算和决算的唯一依据。
合理的井身结构设计既能最大限度地避免漏、喷、塌、卡等工程故障， 使各项钻井作业得以安全顺利进行， 又能最大幅度地减少钻井费用， 使工程成本达到最低。而井身结构设计的合理性在很大程度上依赖于设计者对钻井地质环境（包括岩性、地下压力特性、复杂地层分布、井壁稳定性、地下流体特性等） 的认识程度和钻井装备条件（套管、钻头、井口防喷装置、钻具等） 及钻井工艺技术水平（钻井液工艺、注水泥工艺、井眼轨迹控制技术、操作水平等）， 当然也需要有科学的设计思路和方法。随着油气田的深层次勘探开发， 原有的经验性的井身结构设计模式已不能适应当前的实际钻井条件， 需不断改进， 以获得更合理的井身结构。
深层勘探已成为石油资源重点勘探的领域之一。由于深井地质条件复杂以及在钻井、完井和采油（气）过程中对安全性的重视， 对井身结构设计的要求越来越高.
（1）能满足钻井作业要求，有利于实现安全、快速、低成本钻井。
（2）生产套管尺寸应能满足采油、增产措施和井下作业的要求。
（3）尽量采用API 标准系列的套管和钻头。
（4）选择表层套管应考虑常用井口防喷装置的规格。
（5）在满足下套管和注水泥要求的前提下，采用较小的套管/ 井眼间隙值，以减小套管和井眼尺寸（最小间隙≥9.5mm）。
（6） 尽可能使用覫212.7 ～覫241.3mm 钻头钻进，以增加井段的长度。
（7）对探井和地质条件复杂的开发井，套管程序设计要留有余地，必要时可再增加一层套管。
井身结构设计系数包括：抽吸压力系数Sb、激动压力系数Sg、地层破裂压力安全系数Sf、井涌条件Sk、压差允值ΔPn 和ΔPa 等。井身结构设计系数是随井深而变化的。随着井深的增加，抽吸压力和激动压力系数增大，井涌系数减小，破裂压力安全系数减小，压差卡钻系数因地层压力的不同而不同。在以往的井身结构设计中，没有考虑井身结构设计系数随井深的变化，全井采用某一定值，因此存在一定偏差。为提高井身结构设计的科学性和合理性，应采用随井深变化的井身结构设计系数值。
传统的井身结构设计采取由下而上的设计方法，即套管设计从目的层生产套管开始，自下而上，逐层确定每层套管的下入深度和尺寸。设计步骤一般是从目的层开始，根据裸眼井段需满足的约束条件确定生产套管的尺寸。生产套管的外径留有足够的环隙，根据环隙的大小再选择相应的钻头尺寸，然后本着上一层套管内径必须保证下部井段所用的套管和钻头能顺利通过为原则，确定上一层套管柱的最小尺寸，依此类推，由深至浅地选择各层套管和钻头尺寸。
传统的设计方法具有以下特点。
（1）每层套管下入深度浅，套管成本低，适合于已探明地区开发井的井身结构设计。
（2）上部套管下入深度的合理性取决于对下部地层特性了解的准确性和可靠程度。
（3）对于深探井，由于存在地层的不确定性和对下部地层了解的不充分性，难以应用传统方法自下而上确定每层套管的下深。因此，需对传统的井身结构设计方法加以改进。
井身结构改进的设计方法：
由于在深井和探井中存在地层压力的不确定性、地层状态和岩性的不确定性、地层分层深度和完井深度的不确定性，其井身结构设计不应以套管下入深度最浅、套管费用最低为主要目标，而应以确保钻井成功率、顺利钻达目的层为首选目标。为了提高钻探的成功率，必须有足够的套管层次储备，以便一旦钻遇未预料到的复杂层位时能够及时封隔，同时希望上部大尺寸套管尽量下深，为下部地层钻进留有一定的套管层次储备，不至于采用小尺寸井眼完井。针对上述情况，经分析研究，改用自上而下的设计方法，即在确定了表层套管下深的基础上，根据裸眼井段需满足的约束条件，从表层套管鞋处开始向下逐层设计技术套管的下入深度，直至目的层的生产套管。
该设计方法的特点如下：
（1）套管下深是根据上部已钻地层的资料来确定，不受下部地层的影响，有利于井身结构的动态设计。
（2）每层套管下入深度最深，有利于保证实现钻探目的，顺利钻达目的层位。
（3）与传统设计方法结合应用，可以确定套管的合理下深区间。
采用这种设计方法应特别注意2个问题：
（1）裸眼井段必须满足的压力平衡约束条件；（2）井眼坍塌压力的影响和必封点问题。
对于复杂深井、超深井传统的井身结构上部井眼开孔尺寸大， 大井眼所占井段长， 而下部又被迫采用小井眼钻进， 存在速度慢、成本高等问题， 优化井身结构的重点是优化技术套管的层次、直径和下入深度。随着勘探开发向深部和海洋发展，要满足地质勘探及采油工艺的要求，只有增加套管柱层次。
增加套管柱层次的途径有：①增大上部井眼和套管的尺寸；②钻小尺寸井眼来增加套管柱层数；③采用无接箍套管，缩小相邻套管柱及套管与井眼之间的间隙；④利用随钻扩眼技术增大井眼与套管之间的间隙；⑤优化套管/ 井眼尺寸组合，设计新的套管及钻头系列等。
通过对套管与井眼间隙进行研究分析，在充分考虑间隙大小对钻井、固井、波动压力及其他因素影响的前提下，提出了改进和新增的井身结构方案。
方案如下：
（1）准确的地质参数、井身结构设计系数及优化的设计方法是合理设计井身结构的前提。
（2）井身结构设计系数是随井深而变化的，在设计中应采用随井深变化的设计系数值。
（3）对于深探井应尽量加大开眼尺寸和下大尺寸套管，为顺利钻达目的层或加深留有余地。
（4）自上而下的设计方法与传统方法结合应用，可给出套管的合理下深区间。同时，改进和新增的井身结构系列应加强实践及应用。
积极探索、不断地优化井身结构，提高钻井速度钻井工艺技术日新月异。除了努力不断学习丰富自己的钻井经验外，更应该积极探索新的钻井方法。在钻井施工中，坚持实施好油气层保护技术和井身质量控制技术，把“发现油气层、保护油气层”放在首位，广泛使用有利于保护油气层的新型泥浆体系，坚持科学管理，浅探井专人负责技术交底，加强中间监控，坚持使用好净化装备，充分保证处理剂的投入和良好性能的钻井液，严格执行参数优化措施，最大限度地满足了发现和保护油气层的需要。