g/cm。
美国现场将Sf取值为0.024，中原油田取值为0.03。
（3） 井涌条件允许值（Sk）。此值是衡量井涌的大小，用泥浆等效密度差表示（用
井计算，另一种计量方法是以进入井眼的流体的总体积来表示，多用于报警）。美国
现场取值为0.06。该值可由各油田根据出现井涌的数据统计和分析后得出。中源油田将Sk值定为0.06~0.14。
（4） 压差允值（?PN与?Pa）。裸眼中，泥浆液柱压力与地层孔隙压力的差值过大，除使机械钻速降低外，而且也是造成压差钻的直接原因，这会使下套管过程中，发生卡套
管事故，使已钻成的井眼无法进行地固井和完井工作。
压差允值和工艺技术有很大关系。如使用优质的具有良好润滑性能的泥浆体系，则压差允值可以提高，压差允值也与裸眼井段的孔隙压力大小有关。若在正常压力井段，为钻开下部高压层需要使用加重泥浆，则压差卡钻易发生在正常压力井段的较深部位（即易发生在靠近压力过渡带的正常孔隙压力地层）。若在异常高压井段，刚易卡部位发生在最小孔隙压力点，故压差允值有正常压力井段（?pN）与异常压力井段（?pa）之分。一般?pa值大于?pN值。如美国现场对?pN取值为16.66MPa，对?pa取值为21.66MPa。
压差允值的确定，各油田可以从卡钻资料中（卡点深度、当时泥浆密度、卡点地层孔隙压力等）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。
二、井身结构设计方法和步骤 （一） 钻井液压力体系 1． 最大泥浆密度?max
某一套管的钻井井段中所用的最大泥浆密度和该井段中的最大地层压力有关。 即： 式中
3?max??pmax?Sb （1－3）
?max－某层套管钻井井段中所用最大泥浆密度，kg/m3；
3kg/m； ?pma－该井段中的最大地层孔隙压力梯度等效密度，x3 Sb－抽吸压力允许值的当量密度，kg/m。 2． 最大井内压力梯度?B
为了避免将井段内的地层压裂，应求得最大井内压力梯度。在正常作业时和井涌压井时，井
内压力梯度有所不同。
最大井内压力梯度发生在下放钻柱时，由于产生激动压力而使井内压力升高。如增高值为Sg，
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刚最大井内压力梯度?Br为：
?Br??max?Sg
（1－4）
3． 发生井涌情况
为了平衡地层孔隙压力制止井涌而压井时，也将产生最大井内压力梯度。压井时井内压
力增高值以等效密度表示为Sk，刚最大井内压力梯度等效密度?Bk为：
?Bk??max?Sk （1－5）
但式（1－5）只适用于发生井涌时最大地层孔隙压力所在井深HPmax的井底处。而对于深为Hn处，则：
?Bk??max?HpamaxHn?Sk （1－6）
由上式可见，当Hn值小时?Bk值大，即压力梯度大，反之当Hn值大时?Bk小。， 为了确保上一层套管鞋处裸露地层不被压裂，则应有：
?Br??f?Sf （1-7） 或 式中
?Bk??f?Sf
?f－为上一层套管鞋处薄弱地层破裂压力等效密度值，kg/m3；
3 Sf－地层压裂安全增值，kg/m。
四、井身结构设计方法与步骤
（一） 套管层次与深度的确定
套管层次和下入深度设计的实质是确定两相邻套管下入深度之差。它取决于裸眼井段的长度。在这一裸眼井段中，应使钻进过程中及井涌压井不会压裂地层而发生井漏，并在钻进和下套管时不发生压差卡钻事故。
设计时由下而上逐层确定下入深度。
油层套管的下入深度主要决定于完井方法和油气层的位置。因此设计的步骤是由中间套 管开始。
1． 各层套管下入深度初选点Hn的确定
套管下入深度的依据是，其下部井段钻进过程中预计的最大井内压力梯度不致使套管鞋处裸露地层被压裂。
根据最大井内压力梯度可求得上部地层不致被压裂所应有的地层破裂压力梯度?fnr。 正常作业下钻时，由式（1－3），（1－4）（1-7）,有：
?fnr??pmax?Sb?Sg?Sf （1－8）
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式中 ?fn－第rn层套管以下井段下钻时，在最大井内压力梯度作用下，上部裸露地层不被压裂所应有的地层破裂压力梯度，kg/m;
?pmax－第n层管以下井段预计最大地层隙压力等效密度，kg/m。 发生井涌情况时，由式（1－3）（1－6），(1-7)，有：
33?fnk??pmax?Sb?Sg?HpmaxHni?Sk （1－9）
式中 ?fnk－第n层套管以下井段发生井涌时，在井内最大压力梯度作用下，上部地层不被压裂
所应有的地层破裂压力梯度，kg/m；
Hni－第n层套管下入深度初选点，m。
对比式（1－8）、（1－9），显然，?fnk??fnr，所以，一般用?fnk计算，在肯定不会发生井涌时，用?fnr计算。
对中间套管，可用试算法试取Hnf值代入式中求?fnk，然后由设计井的地层破裂压力梯度曲线上求得Hni即为下入初选点。否则另取一Hni值计算，直到满足要求为止。
2．校核各层套管下列初选点深度Hni时是否会发生压差卡钻
先求出该井段中最大泥浆密度与最小地层孔隙压力之间的最大静止压差?pm为： ?pm?9.81Hmm?(?Pma??10 （1－10） xSb??pmi)n式中 ?pm－第n层套管钻进井段内实际的井内最大静止压差，MPa； ??mi－该井段内最小地层孔隙压力梯度等效密度，kg/m； n Hmm－该井段内最小地层孔隙压力梯度的最大深度，m。
比较?pm和?p（压差允值，正常压力地层用?pN，异常压力地层用?pa）。 当?pm??p，则不易发生压差卡钻， Hni即为该层套管下入深度。 当?pm??p时，则可能发生压差卡钻，这时，该层套管下深Hn应浅于初选点计算如下：
令?pm??p，刚允许的最大地孔隙压力?pper为：
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33?3Hni、Hn的
?pper??p??pmin?Sb （1－11）
9.8?10?3?Hmm由地层孔隙压力梯度曲面图上查?pper所在井深即该层套管下深度Hn。 2． 尾管设计
当中间套管下入深度浅于初选点（Hn?Hni）时，则需要下尾管并要确定尾管下入深度Hn?1。 （1） 确定尾管下入深度初选点（H(n?1)i)）
由中间套管鞋处的地层破裂压力梯度?fn可求得允许的最大地层孔隙压力梯度?pper，由式（1－9），有：
?pper??fn?Sb?Sf?H(n?1)iHnSk （1－12）
式中
?fn－中间套管鞋处地层破裂压力梯度，g/cm3;
?pper－中间套管鞋处地层破裂压力梯度?fn时，其下井段所允许的最大地层孔隙压力梯
度，kg/m；
Hn－中层套管下深，m；
H(n?1)i－尾管下入深度初选点，m。
（2） 校核尾管下入到深度初选点H(n?1)i时，是否会发生压差卡钻。
校核方法同前所述。 4.必封点的确定
以上套管层次，下入深度的确定是以井内压力系统平衡为基础，以压力剖面为依据的。但某些影响钻进的复杂情况因素目前还不能反映到压力剖面上。如吸水膨胀 易塌泥页岩、含蒙脱石的泥页岩、岩膏层、盐岩层蠕变、胶结不良的砂岩等。某些复杂情况的产生又与时间因素有关，如钻进速度快，浸泡水时间短，复杂情况并不显示出来，反之钻速慢，上部某些地层裸露时间长或在长时间浸泡下，则发生坍塌、膨胀、缩径等情况。这需要根据已钻过井的经验来确定某些应及时封隔的地层即必封点。某些地区没有复杂情况则不必确定必封点。另外，为了求得控制复杂情况所需的坍塌压力梯度值是非常必要的，这样可以确定必封点上不必凭经验来进行。
（二） 套管尺寸与井眼尺寸的选择与配合 1． 设计中考虑的因素
（1） 生产套管尺寸应满足采油方面要求。根据生产层的产能、油管大小、增产措施及井下
作业等要求来确定。
（2） 对于探井要考虑原设计井深是否要加深，地质上的变化会使原来预靠难于准确，是否
要本井眼尺寸上留有余量以便增下中间套管，以及对岩心尺寸要求等。
（3） 要考虑到工艺水平，如井眼情况、曲率大小、井斜角以及地质情况带来的问题。并应
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考虑管材、钻头等库存规格的限制。
2． 套管和井眼尺寸的选择和确定方法
（1） 确定井身结构尺寸一般由内向外依次进行，首先确定生产套管尺寸，再确定下入生产
套管的井眼尺寸，然后确定中层套管尺寸等，依此类推，直到表层套管的井眼尺寸，最后确定导管尺寸。
（2） 生产套管根据采油方面要求来定。勘探井则按照勘探方面要求来定。
（3） 套管与井眼之间有一定间隙，间隙过大则不经济，过小会导致下套管困难及注水泥后
水泥过早脱水形成水泥桥。间隙值一般最小在9.5~12.7mm范围，最好为19mm。
3． 套管及井眼尺寸标准组合
目前国内外所生产的套管尺寸及钻间尺寸已标准系列化。套管与其相应井眼尺寸配合基本确定或在较小范围内变化。图1－1给出了套管和井眼尺寸选择表。使用该表时，先确定最后一层套管（或尾管）尺寸。表的流程表明要下该层套管可能需要的井眼尺寸。实践表套管与井眼尺寸的常用配合，它有足够的间隙以下入该套管及注水泥。虚线表示不常用的尺寸配合（间隙较小）。如选用虚线所示的组合时，则须对套管接箍、泥浆密度、注水泥及井眼曲率大小等应予注意。
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