ρ m ≥ ρ P max + S w
ρ mE = ρ P max + S w + S g ρ P max + S w + S g + S f ≤ ρ f min
下钻中使用这一钻井液密度， 在井内将产生一定的激动压力Sg 考虑地层破裂压力检测误差，给予一 个安全系数Sf。则该层套管可行裸露 段底界（或该层套管必封点深度）
工程约束条件下封点深度的确定
（1）正常作业工况（起下钻、钻进） ）正常作业工况（起下钻、钻进） 在满足近平衡压力钻井条件下， 在满足近平衡压力钻井条件下，某一层套管井段钻进中所用最大钻井液密度 应大或等于该井段最大地层压力梯度当量密度ρ ρ m应大或等于该井段最大地层压力梯度当量密度ρPmax与该井深区间钻进 中可能产生的最大抽汲压力梯度当量密度S 之和， 中可能产生的最大抽汲压力梯度当量密度 w 之和 ， 以防止起钻中抽汲造 成溢流。 成溢流。即：
井身结构设计原理— 井身结构设计原理—液体压力体系的当
量梯度分布
Pm Pm = 0.0981ρ m H Gm Gm = 0.0981ρ m
非密封液柱体系的压力 分布和当量梯度分布
ρm
Po
Pm Pm = Po + 0.0981ρ m H
Gm
Pm
P Gm = o + 0.0981Pm H
密封液柱体系的压力 分布和当量梯度分布
Pf ≥ PmE ≥ PP
裸眼井内钻井液有效液柱压力必须大于或等于地层压力，防止井喷， 裸眼井内钻井液有效液柱压力必须大于或等于地层压力，防止井喷，但 又必须小于等于地层破裂压力，防止压裂地层发生井漏。 又必须小于等于地层破裂压力，防止压裂地层发生井漏。 考虑到井壁的稳定，还应补充一个与时间有关的不等式： 考虑到井壁的稳定，还应补充一个与时间有关的不等式： 井壁的稳定
Pf ≥ PmE ≥ PP
条件的极限长度井段定义为可行裸露段。 条件的极限长度井段定义为可行裸露段。 可行裸露段的 长度是由工程和地质条件决定的井深区间，其顶界是 长度是由工程和地质条件决定的井深区间， 上一层套管的必封点，底界为该层套管的必封点深度。 上一层套管的必封点，底界为该层套管的必封点深度。
工程约束条件下必封点深度的确定
（2）出现溢流约束条件下必封点深度的确定 ρ =ρ + 正常钻井时， 正常钻井时，按近平衡压力钻井设计钻井液密度为 S
ρm = ρP + Sw
m
P
钻至某一井深H 发生一个大小为S 的溢流， 钻至某一井深Hx时，发生一个大小为Sk的溢流，停泵关闭防 喷器， 喷器，立管压力读数为Psd
井身结构设计原理— 井身结构设计原理—地层压力和地层破裂压力 剖面的线性插值
地层压力和地层破裂压力的数据一般是离散的， 地层压力和地层破裂压力的数据一般是离散的，是由若干个压 力梯度和深度数据的离散点构成。 力梯度和深度数据的离散点构成。为了求得连续的地层压力和 地层破裂压力梯度剖面，拟合曲线是不适用的， 地层破裂压力梯度剖面，拟合曲线是不适用的，但可依靠线性 插值的方法。在线性插值中， 插值的方法。在线性插值中，认为离散的两邻点间压力梯度变 化规律为一直线。 化规律为一直线。 对任意深度H求线性插值的步骤： 对任意深度H求线性插值的步骤： 设自上而下顺序为i 的点具有深度为H 地层压力梯度为G 设自上而下顺序为 i 的点具有深度为 Hi， 地层压力梯度为 GPi， 地层破裂压力梯度为G 而其上部相邻点的序号为i 地层破裂压力梯度为 Gfi， 而其上部相邻点的序号为 i-1， 相邻 的地层压力梯度为GPi- 地层破裂压力梯度为Gfi的地层压力梯度为 GPi-1， 地层破裂压力梯度为 Gfi-1， 则在深度 区间H 内任意深度H 区间Hi~Hi-1内任意深度H有：
套管
水泥环
井身结构设计的内容： 井身结构设计的内容： 确定套管的下入层次 下入深度 水泥浆返深 水泥环厚度 钻头尺寸
井身结构设计原理
1．三个压力的相互关系： 三个压力的相互关系： 地层—井内压力体系在裸眼井段中存在着地层压力、 地层 井内压力体系在裸眼井段中存在着地层压力、地层破裂压力和 井内压力体系在裸眼井段中存在着地层压力 井内钻井液有效液柱压力这三个相关的压力、地层 井内压力系统必须 井内钻井液有效液柱压力这三个相关的压力、地层—井内压力系统必须 满足以下条件： 满足以下条件：
Psd = 0.00981S k H
关井后井内有效液柱压力平衡方程为P 关井后井内有效液柱压力平衡方程为PmE=Pm+Psd
0.00981ρ mE H = 0.00981H ( ρ P + S w ) + 0.00981S k H x
ρ mE
H = ρ P + Sw + x ⋅ Sk H
Mpa； Psd—— 立 管 压 力 ， Mpa； Hx—— 出 现 溢 流 的 井 深 ， m
井身结构设计的基础参数
井身结构设计的基础参数包括地质方面的数据和工程等数据 1．地质方面数据 （1）岩性剖面及故障提示； 岩性剖面及故障提示； （2）地层压力梯度剖面； 地层压力梯度剖面； （3）地层破裂压力梯度剖面。 地层破裂压力梯度剖面。 2．工程数据 抽汲压力系数S 以当量钻井液密度表示；单位g/cm （1）抽汲压力系数Sw，以当量钻井液密度表示；单位g/cm3 ： 06。 如 美 国 墨 西 湾 地 区 采 用 Sw=0.06。 我 国 中 原 油 田 Sw=0 015~ 049。 Sw=0.015~0.049。
Gm (t ) ≥ Gt (t )
能满足以上二不等式的同一井段，则该井段截面间不需要套管封隔。反之， 能满足以上二不等式的同一井段，则该井段截面间不需要套管封隔。反之， 则需要用套管封隔。 则需要用套管封隔。 式中： 地层破裂压力； 钻井液有效液柱压力； 式中：Pf——地层破裂压力； PmE——钻井液有效液柱压力；PP——地层 地层破裂压力 钻井液有效液柱压力 地层 压力。 （ ） 该截面岩层的坍塌压力梯度； 压力。Gt（t）——该截面岩层的坍塌压力梯度； Gm（t）——该截面 该截面岩层的坍塌压力梯度 （） 该截面 钻井液有效压力梯度。 钻井液有效压力梯度。
2．工程数据
激动压力系数S 以当量钻井液密度表示，单位g/cm （2）激动压力系数Sg，以当量钻井液密度表示，单位g/cm3。 由计算的激动压力用（ 58）进行计算， Sg由计算的激动压力用（2-58）进行计算，美国墨西湾地 区取Sg=0 06，我国中原油田Sg=0 015~ 049。 区取Sg=0.06，我国中原油田Sg=0.015~0.049。 Sg= Sg= 地层压裂安全增值S 以当量钻井液密度表示， （3）地层压裂安全增值Sf，以当量钻井液密度表示，单位 g/cm3。 是考虑地层破裂压力检测误差而附加的， Sf 是考虑地层破裂压力检测误差而附加的 ， 此值与地层 破裂压力检测精度有关，可由地区统计资料确定。 破裂压力检测精度有关 ， 可由地区统计资料确定 。 美国 油田S 取值0 024，我国中原油田取值为0 02~ 03。 油田Sf取值0.024，我国中原油田取值为0.02~0.03。
井身结构设计原理— 井身结构设计原理—必封点深度的确定
1 工程约束条件下必封点深度的确定
（1）正常作业工况（起下钻、钻进） 正常作业工况（起下钻、钻进） （2）出现溢流约束条件下必封点深度的确定 （3）压差卡钻约束条件下必封点深度的确定
目的层是裸露段的底界，油层套管的下深根据完井方法不同而定。 2 目的层是裸露段的底界，油层套管的下深根据完井方法不同而定。 对于地质复杂层（如坍塌层，盐膏层，漏失层等），水层， ），水层 3 对于地质复杂层（如坍塌层，盐膏层，漏失层等），水层，非目的油气 层，以及目前钻井工艺技术难于解决的其它层段，只要裸露段中出现 以及目前钻井工艺技术难于解决的其它层段， 了这一类必封点，则这些井段是应考虑的必封井段的顶界。 了这一类必封点，则这些井段是应考虑的必封井段的顶界。
井身结构设计的方法及步骤
1．套管层次和套管柱类型 国内油田套管下入层次为：导管， 国内油田套管下入层次为：导管，表 层套管，中间套管（或技术套管）， 层套管， 中间套管（ 或技术套管） 油层套管。表层套管，中间套管， 油层套管 。 表层套管 ， 中间套管 ， 油 层 套 管 ， 一 般 按 339. 244. 177. 139. mm(13 （339.7×244.5×177.8×139.7mm(13 in)系列 3/8 × 9 5/8 × 7 × 5 ½ in) 系列 进行设计。 进行设计。
2．工程数据
（4）溢流条件Sk以当量钻井液密度表示，单位g/cm3。 溢流条件S 以当量钻井液密度表示，单位g/cm 由于地层压力检测误差，溢流压井时， 由于地层压力检测误差，溢流压井时，限定地层压力增加值 此值由地区压力检测精度和统计数据确定。 Sk。此值由地区压力检测精度和统计数据确定。美国油田一 般取S 06。我国中原油田取值为0 05~ 10。 般取Sk=0.06。我国中原油田取值为0.05~0.10。 （5）压差允值∆PN（∆Pa） 压差允值∆ 裸眼中，钻井液柱压力与地层孔隙压力的差值过大， 除使 裸眼中 ，钻井液柱压力与地层孔隙压力的差值过大， 机械钻速降低外， 而且也是造成压差卡钻的直接原因， 机械钻速降低外 ， 而且也是造成压差卡钻的直接原因 ， 这 会使下套管过程中， 发生卡套管事故，使已钻成的井眼无 会使下套管过程中 ， 发生卡套管事故 ， 法进行固井和完井工作。 法进行固井和完井工作。 压差允值和工艺技术有很大关系。压差允值的确定， 压差允值和工艺技术有很大关系。压差允值的确定， 各 油田可以从卡钻资料中（ 卡点深度， 当时钻井液密度、 油田可以从卡钻资料中 （ 卡点深度 ， 当时钻井液密度 、 卡 点地层孔隙压力等） 反算出当时的压差值。 点地层孔隙压力等 ） 反算出当时的压差值 。 再由大量的压 差值进行统计分析得出该地区适合的压差允值。 差值进行统计分析得出该地区适合的压差允值。