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套管固井


第一章

固井作业的基本认识 ......................................... 3

第一节 固井的作用 ..................................................................3 第二节 固井的目的 ..................................................................3 第三节 注水泥的基本要求: ..................................................3 第四节 固井的特点 ..................................................................4 第五节 固井的意义 ..................................................................4

第二章 二套管附件与井口工具的认识 ........................... 5
第一节 套管附件 ......................................................................5 第二节 井口工具: ..................................................................6 第三节 固井图片简介: ..........................................................7

第三章 油井水泥的特点 ................................................. 10
第一节 油井水泥的生产 ........................................................10 第二节 API 基本水泥的种类和级别 ..................................... 11 第三节 油井水泥浆的性能 ....................................................12

第四章 API 套管标准及强度校合 ................................. 16
第一节 API 套管标准 .............................................................16 第二节 套管柱强度设计与校核 ............................................20 第三节 下套管作业程序 ......................................................44

第五章 固井设计概要 ..................................................... 52
第一节 固井设计内容及工程要求 ........................................52 第二节 井况资料的准备 ........................................................53 第三节 固井施工过程 ............................................................56
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第四节 固井施工 ....................................................................58

第六章 提高固井质量方法及检测标准 ......................... 63
第一节 提高固井质量 ............................................................63 第二节 固井质量评价方法 ....................................................65

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第一章
第一节 固井的作用

固井作业的基本认识

1、封隔易坍塌、易漏失的复杂地层,巩固所钻过的井眼; 2、封隔油、气、水层,防止不同压力的油层之间的互相干扰, 为油气的正常开采提供有利条件; 3、提供安装井口装置的基础,控制井喷和保证井内泥浆出口高 于泥浆池,以利洗井液流回泥浆池; 4、保护上部砂层中的淡水资源不受下部岩层中油、气、盐水等 液体的污染,这在缺水地区尤其显得重要; 5、油井投产后,为酸化压裂进行增产措施创造了先决有利的条 件。

第二节 固井的目的
1、就是将水泥、水以及添加剂按一定的比例混合后,通过固井 泵泵送到预定深度的井壁与套管环形空间 2、封隔井眼内油、气、和水层。 3、保护套管。

第三节 注水泥的基本要求:
1、 水泥返高和套管内水泥塞高度必须符合地质和工程设计要求; 注水泥段环形空间的钻井液应全部被水泥浆顶替干净; 2、水泥环应该有足够的强度; 3、水泥石应具有良好的密封性能和低渗透性能
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第四节 固井的特点
1、固井作业是一次性工程。 2、固井作业是一项系统工程,涉及学科多。 3、固井质量的好坏直接关系到后期钻井和油田的开发。

第五节 固井的意义
1、 固井工程是钻井工程中最后一项也是最关键复杂的一项作业; 2、固井质量的好坏直接关系到油井能否正常投产、油井寿命的 长短; 3、良好的固井质量是对油层保护最直接最有效的贡献(所以有 助于提高固井质量的措施都应该不折不扣的实施) 4、补救措施往往是劳民伤财和何必当初的事。

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第二章 二套管附件与井口工具的认识
第一节 套管附件
1、引鞋或浮鞋:引鞋是装在套管柱最下部,它引导套管柱下入 井内, 以防止套管底部插入井壁而预阻。 而浮鞋除起到引鞋的作用外, 还起到减轻套管柱重量、防止固井后回流的作用。浮鞋按其结构分为 上密封式浮鞋,自动灌浆式浮鞋(压差式/常规式) ; 注意: 不管是上密封式还是自动灌浆式浮鞋都必须与同规格、 型号的浮 箍配套使用。 自动灌浆式浮鞋(及浮箍)在作业需要时,随时可通过投球或开 泵循环破坏掉自动灌浆装置(因自动灌浆方式不同,破坏方式也有区 别) 2、浮箍:浮箍装在浮鞋以上 1~2 根套管单根上;其主要作用是 减轻套管重量及防止固井后回流。其构造及类型一般与浮鞋相同。 3、碰压箍:一般接在浮箍以上一根套管上, 。它提供碰压塞的密 封座。当替泥浆终了时,碰压塞坐在碰压座上,此时泵压急剧增加, 以指示替泥浆工作结束。 4、多级注水泥接箍(DV/MSC) :用于二级或三级注水泥工作。 通常把分级箍下到上层套管鞋以下 50m~100m 左右,或下到注水泥 井段的底部位置或者易破裂、易漏地层以上适当位置,使水泥浆能上 返到易漏地层以上的环形空间
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5、套管扶正器:它的作用是扶正套管以便使套管位于井眼中心。 通常在套管柱下部一些套管上、油层段上下、井径不规则段、水泥伞 (篮)的上下、泥线悬挂器下入工具的上部位置。 6、套管扶正器限位卡箍:一般装在套管本体上,以限制套管扶 正器上下活动范围。

第二节 井口工具:
井口工具通常包括:套管水泥头、尾管水泥头、钻杆水泥头、快 速接头、循环接头等 。 1、套管水泥头:在套管固井时用于连接套管及地面固井管线, 同时提供容纳 1~2 个套管胶塞空间,配有相应释放机构 2、尾管水泥头:在尾管固井时,用于连接钻具与地面固井管线; 同时能提供容纳钻杆胶塞及座封球的空间,配有相应释放机构 3、钻杆水泥头:在半潜式钻井平台常规套管固井时使用,主要 功能是连接井口送入工具与固井管线,并提供容纳钻杆胶塞及/或剪 切球的空间,配有相应释放机构。 4、快速接头:用于连接套管与套管水泥头。通常快速接头下段 为对应套管扣,上端为快速扣。 5、循环接头:主要用于下套管中途或下套管到位后建立循环。 通常循环接头按扣型分为两种: 套管扣?快速扣; 套管扣?410

6、插入接头:与插入式浮鞋或浮箍配套使用,主要完成大尺寸 套管的内管固井作业;
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7、内管扶正器:内管固井或其类似固井作业中用于扶正钻具在 套管内居中度。常为单弓型。 常见管串结构: 1、隔水导管管串结构: (30” 、24” 、20” ) 隔水导管浮鞋+带快速锁销接头的隔水导管+(泥线悬挂器)+ 带快速锁销接头的隔水导管 2、单级固井套管串结构: (13-3/8” 、9-5/8” ) 、7” 浮鞋+1~2 根套管+浮箍+套管 3、双级固井套管串结构: (13-3/8” 、9-5/8” ) 、7” A、浮鞋+1~2 根套管+浮箍(+旁通塞座)+一根套管+碰压 箍(碰压塞座)+套管+水泥篮(或水泥伞)+分级箍+套管 B、 浮鞋+1~2 根套管+浮箍+一根套管+碰压箍 (或碰压塞座) +套管+水泥篮(或水泥伞)+分级箍+套管 4、尾管固井管串结构: (13-3/8” 、9-5/8” 、5、4-1/2” 、7” ) A、浮鞋+1~2 根套管+浮箍+套管+碰压箍+套管+尾管悬挂 器+(封隔器)+送入工具+钻具 B、浮鞋+1~2 根套管+浮箍+套管+碰压箍+套管+送球器+ 尾管悬挂器+(封隔器)+送入工具+钻具

第三节 固井图片简介

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水泥头

循环头

快速接头

浮鞋

浮箍

上下胶塞

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EZSV 挤水泥封隔器: 可钻性 因规格不同可承受高达 10000psi 和 350F°的压力和温度 规格涵盖 3-1/2 in 到 20 in 先进的滑阀和密封平衡机构 RTTS 的特点: 不可钻性 因规格不同可承受高达 10000psi 和 400F°的压力和温度 规格涵盖 2-3/8 in 到 20 in 下压座封 开端入井设计 可组合循环阀、安全接头、风暴阀和振击器使用 适用于多层作业

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第三章 油井水泥的特点
第一节 油井水泥的生产
油井水泥生产过程

水泥生料
(碳酸盐矿物、粘土质原料和调节材料)
经粉碎、磨细、混合, 在1450℃高温下焙烧, 加入一定量的石膏磨细。

水泥熟料
加石膏、粉碎

油井水泥
油井水泥组成 1.油井水泥的主要矿物成分 硅酸三钙:3CaO?SiO2 硅酸二钙:2CaO?SiO2 铝酸三钙:3CaO?Al2O3 铁铝酸四钙:4CaO?Al2O3?Fe2O3 简写:C3S 简写:C2S 简写:C3A 简写:C4AF

四种矿物成分占 87%以上,各种组分在水泥的水化过程中有 不同的特性。故不同比例的各种组分组成不同类型的水泥。 2.矿物成分对水泥性能的影响 (1)硅酸三钙:在硅酸盐水泥中含量最高,是产生水泥强度的主
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要化合物。 水化反应速度快,早期强度发展快、最终强度大。 (2)硅酸二钙:水化反应慢,强度增长慢,能在长时间内逐渐增 大水泥石的强度。 (3)铝酸三钙:促进水泥快速水化的化合物,是决定水泥初凝和 稠化时间的主要因素。对水泥浆的流动性有显著影响,并对硫酸盐的 侵蚀敏感,(HSR 水泥控制其含量?3%) (4)铁铝酸四钙:水化速度仅次于铝酸三钙,早期强度增长快, 对水泥强度贡献很小,含量过大可使强度过早减退。 C3A 和 C4AF 的生成, 主要是为降低水泥生产的烧结温度, 加 入了 Al2O3、Fe2O3。

第二节 API基本水泥的种类和级别
基本水泥的种类: A、B、C、G、H 基本水泥的级别 O、MSR、HSR 基本水泥的化学组成 CaO62~67,SiO2 20~24,Fe2O3 2~6,Al2O3 3~7,Ca、Mg、 Si、P、S 等(游离)氧化物 基本水泥的矿物组成(HSR) C2S14~19,C3S48~65,C3A1~3,C4AF15~16 长期强度 整体强度 早强稠化
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抗硫酸盐侵蚀

油井水泥的水化凝结过程 水泥的水化反应: a. C3A 的水化反应 b. C3S,C2S,及 C4AF 的水化反应 c. 水化的 C3A 和二水石膏的水化反应 随着水化的不断进行,水泥浆中的硅酸盐水化合物,铝酸盐水化 合物、铁铝酸盐水化物等在溶液中的浓度不断增加,逐渐使微小晶体 形成凝聚结构,从而促成水泥的凝结和硬化。 油井水泥浆的物理性能 3.水泥性能的调节??油井水泥外加剂为:

第三节 油井水泥浆的性能
三大主剂:降失水剂、分散剂、调凝剂。 辅助外加剂:早强剂、防窜剂、膨胀剂、不渗透剂消泡剂、稳定 剂等。 密度调节剂:减轻剂、加重剂。 油井水泥浆是由油井水泥、配浆水、外加剂或外掺料以一定比例 配制而成。 而这些材料通过化学或物理作用对水泥浆和水泥石的性能 产生影响。 水泥浆密度 作用:满足平衡压力要求,保证获得最好的水泥浆性能 基本要求:注水泥期间既不井漏又不井喷 测量:泥浆密度计、加压密度计
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影响因素:水灰比、外掺料(指密度调节剂)用量等 水泥浆密度的设计是一个多因素平衡的结果,需要考虑的因素 有: 地层压力,地层破裂或漏失压力,水泥石强度发展,钻井液密度 保护产层等 稠化时间及初始稠度 稠化时间 定义:从给水泥浆加温加压时起至水泥浆稠度达到不能泵送时 ( 如 70 或 100Bc,Bc 为稠度单位)所经历的时间。 作用:保证施工安全。 要求:整个注水泥施工作业能够在稠化时间以内完成,并包含一 定的安全系数。 测量:高温高压稠度仪、常压稠度仪 测定“稠度-时间”曲线,当稠度达到 100Bc 时的时间。 影响因素:水灰比、温度与压力、外加剂等 初始稠度 初始稠度值反映水泥浆配浆初期的流动性能,即稠化试验开始 15~30min 内水泥浆的最大稠度值。现在新标准已经没有这个概念。 凝固时间 它不是 API 标准里的概念。 分为初凝和终凝, 初凝为水泥浆丧失 流动开始的时间;而终凝则是水泥浆完全失去塑性。凝固时间是水泥 浆的静态特性,与稠化时间是不同的,两者之间不存在必然的联系。
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流变性 概念:水泥浆在外加剪切应力作用下流动变形的特性。 作用: -计算流动阻力,选择施工装置和设备,防止井压漏,保证施工 安全。 -实现紊流或塞流顶替,提高顶替效率 要求:有利于提高顶替效率 测量:旋转粘度计、高温高压流变仪(模拟井下温度压力测定) 计算:流变参数;临界流速,用流变参数衡量 影响因素:水灰比;温度与压力;外加剂等 失水 概念:水泥浆中液相在压差作用下通过井壁向地层渗入的现象 危害: 水泥浆大量失水将造成水泥浆急剧变稠,大大影响其流动性,从 而不利于水泥浆对钻井液的顶替。 水泥浆大量失水进入油气层也将对油气层产生损害。 作用:保证水泥浆的稳定性,保证施工安全、防止桥堵,有利于 防气窜,油井水泥石性能。 我们在固井设计中应用的一系列工具、 工艺及对水泥浆性能的优 化,最终都是为水泥石的性能而服务的。水泥石性能包括: 抗压强度, 胶结强度, 体积收缩及膨胀性能, 渗透率, 抗腐蚀性, 其它,如韧性、抗折强度等
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抗压强度 概念: 水泥石在压力作用下达到破坏前单位面积上所能承受的力 称为水泥石的抗压强度。 要求: 1)能支承住井内的套管 2)能承受住钻进时的冲击载荷 3)能承受酸化压裂 测量:压力机、UCA 抗压强度分析仪 注意:UCA 抗压强度结果与实际压的强度没有可比性,不应该 被记录为 API 抗压强度。 影响因素:水灰比;温度与压力;外加剂等。

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第四章 API套管标准及强度校合
套管标准: 国产套管标准(YB690-70) 、 苏制套管标准(OCT632-57) 、 API 套管标准(美国石油学会 )

第一节 API套管标准
一、长度标准:
代号 R1 R2 R3 长度范围 M 5.49-7.32 8.53-10.05 10.97-12.80 最小与最大长度间的变化范围 1.83m 1.52m 1.83m

1、圆扣套管从接箍端面量到公扣消失点的圆周线; 2、梯形扣套管从接箍端面量到公扣处▲符号的底线处; 3、 无接箍套管及 RL-4 型隔水导管从母扣端面量到公扣台肩处; 4、ALT、ATD、ST-2 型的隔水导管从母头台肩面量到公头定 位销下部处。 二、钢级标准: API 套管钢级标准分类是以套管材质的最小屈服强度为依据。 制造套管的钢材是一种弹性材料:在外加拉应力作用下产生伸 长,当外加拉应力除掉以后,又恢复到它原来的长度。 只要这个外加拉应力小于或等于钢材弹性极限或屈服强度时, 当 所施的外加拉应力除掉后就会恢复它原来的长度而不产生永久变形。
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所谓钢材的屈服强度指的是:在外加拉应力作用下产生一个伸 长,当伸长长度为原长度 5%时,则这时的外加拉应力的值叫作钢材 的屈服强度。 例如:某钢材长度 1m,它的截面积为 2 英寸 2,在 80,000 磅拉 力作用下, 其伸长长度等于 5CM, 则这种钢材的屈服强度=80,000 磅 ÷2 英寸 2 =40,000 磅/英寸 2 API 标准允许 7 种级别的钢材用作油井套管材料。这 7 种钢材分 别是: H-40、J-55、C-75、N-80、C-95、P-110、Q-125、V -150。 它们的最小屈服强度分别是 40,000psi、 55,000psi、 75,000psi、 80,000psi、 95,000psi、 110,000psi、 125,000psi、150,000psi。 PSI 是磅/英寸 2 的代号。 1psi=1 磅/英寸 2=0.07031 公斤/厘米 2 =0.07031KSC。
最小屈服强度 钢级代号 H-40 J-55 C-75 N-80 C-95 P-110 Q-125 V-150 英制单位 2 磅/英寸 (PSI) 40,000 55,000 75,000 80,000 95,000 110,000 125,000 150,000 公制单位 2 公斤/厘米 (KSC) 2,812.4 3,867.05 5,273.25 5,624.8 6,679.45 7,734.1 8,788.75 10,546.5 抗硫化氢 高强度套管钢级 高强度套管钢级 高强度套管钢级 备 注

抗硫化氢 抗硫化氢 暂行标准 抗硫化氢

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三、API 套管制造工艺与水压试验规定 API 套管有焊接工艺制造和无缝工艺制造两种。 但大多数油井套管是用无缝工艺制造的。 无缝工艺制造又分热轧滚齿一次成形和热轧钢管冷却后经冷加 工精整而生产出成品。 如果应买主的要求,API J 级和 N 级套管可以正火,C-75 级套 管可以整根进行热处理和回火,P-110 级套管是淬火或正火,然后 回火。 用于制造 API 套管的钢材必须符合 API 的有关化学和物理性能 的规定。 无缝钢管用 S 表示,焊接钢管用 E 表示。 四、API 套管丝扣规范: API 套管分为有接箍套管和无接箍套管(代号 XCSG)两种。 API 有接箍套管丝扣分为长圆扣(LCSG) 、短圆扣(SCSG)、梯形 扣(BCSG) 、气密封扣 此外还有 RL-4 型扣、LS 型扣、LS-2 型扣、LS-2HP 型扣等 等。 API 无接箍套管丝扣分为奥米加扣型、管端平坦线扣型(无接箍 套管扣,英文为 EXTREME-LINE FORM)等 五、API 套管标记: 1、API 钢级代号和颜色标记

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钢级 H-40 J-55 K-55 C-75 N-80 C-95 P-110

代号 H J K C-75 N C-95 P

颜色标记 无颜色 一条浅绿色环带 二条浅绿色环带 兰色,特殊情况接箍为兰色,且中间有一黑色环带 一条红色环带 兰色(棕色特殊情况用) ,特殊情况接箍为兰色,且中 间有一黑色环带 白色(离接箍 0.6 米处)

2、API 扣型代号 扣型 代号 长圆扣 CSG 短圆扣 LCSG 梯形扣 BCSG 无接箍 XCSG

3、OD-代表外径;ID-内径;L-长度的第一个字母 4、钢的类型和管子类型 开式炉、电炉、基氧炉无标志;巴西马钢标志为“B” S-代表无缝钢管;E-代表焊接钢管 5、钢印标记 凡采用 API 标准生产套管的厂家, 在接箍端外表上打有钢印 (API 组合符号; 钢级代号;管子类型) ,并用明显的白漆圈(有方形的; 有扁圆的等) ,圈起来。 六、API 套管丝扣上紧扭矩 1、同一尺寸、同一壁厚、同一钢级、同一扣型的每一根套管其 紧扣扭矩值是 不完全一样的。因此 API 标准规定了紧扣的最小与最 大扭矩值。取最佳扭矩值的 75%作为最小扭矩值,取最佳扭矩值的 125%作为最大扭矩值。紧扣时实际的扭矩值如果小于最小扭矩值而

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达到了上紧时的位置或大于最大扭矩 值而未上到上紧时的位置,则 这样的套管应视为不合格套管,不允许下入井内。 2、下套管时,把开始的几根或十余根套管丝扣紧到上紧时的规 定位置(圆扣套管接箍台肩端面紧到与公扣消失端齐平或?1 扣,梯 形扣套管接箍台肩端 面紧到与公扣上的△符号的底线齐平或?1 扣, 最多不超过△符号 的顶点) ,记下每根套管的实际紧扣扭矩值,然后 取其平均值作为继续下 套管的紧扣标准或参考。 七、API 套管通内径规标准 下入井内的套管,入井前都必须用规定的内径规逐根通过检查, 凡内径规 通不过者,应视为不合格套管。
套管尺寸(英寸) 4 1/2"~8 5/8" 9 5/8"~13 3/8" 16"~20" 22"~36" 152.4 304.8 304.8 381.0 内径规尺寸(毫米) 内径规长度(毫米) 内径规直径(毫米) 套管内径-3.175 套管内径-3.968 套管内径-4.762 套管内径-6.35

第二节 套管柱强度设计与校核
套管柱的主要功能:抗挤,抗拉,抗内压,密封。 对套管的要求:圆度,壁厚均匀性,抗腐蚀,最小的流动阻力, 良好的上扣性能及重复互换性能,耐磨(硬度指标) 。套管柱的组成, 由不同强度的套管段组成。 原因: 套管受到各种类型外力作用,须具有一定强度。
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外载大小、类型不同,所需的强度要求也不同,须有一系列不同 尺寸、不同强度的套管。即套管系列。 套管柱的类型:表层套管,技术套管(中间套管) ,生产套管(油 层套管) ,尾管(技术尾管、生产尾管) 。

参考海洋钻井手册:
一、套管柱设计方法简介: 1.等安全系数法 等安全系数法是指设计的套管柱各段的最小安全系数都等于规 定的安全系数。等安全系数法先选出符合抗内压强度要求的套管,再 进行抗拉和抗挤设计。中上部以上套管用双轴应力进行强度校核,这 样设计出的各段套管的安全系数是相等的。 2.等边界载荷法 边界载荷法的抗内压和抗挤设计方法与等安全系数法相同,只 是在中上部以上各段套管改由抗拉设计时, 不用抗拉强度除以安全系 数所得的可用强度, 而是用第一段套管以抗拉设计的套管抗拉强度和 安全系数所决定的边界载荷算出的可用强度来选用以上各段套管。 其 关系如下: 按抗拉设计的第一段套管: 抗拉强度/抗拉安全系数=可用强度 抗拉强度-可用强度=边界载荷 按抗拉设计的第二段套管: 抗拉强度一边界载荷=可用强度
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以后均用各段的抗拉强度减去同一边界载荷,而得出它们的可 用强度,并据此设计各段套管的使用长度。这样设计出的各段套管, 其边界载荷相等,而安全系数是不同的。 3.最大载荷法 以最大载荷法设计套管柱是目前美国及欧洲有关石油公司广泛 使用的方法。 根据套管柱实际所受的有效载荷再考虑一定的安全系数 来设计套管柱。载荷计算依套管种类而不同。其设计步骤先按有效内 压力后按有效外压力及拉力进行设计。 并考虑了双轴应力对抗外挤强 度的影响。一般情况下各段套管长度是通过图解法确定的。 4.西德套管柱设计方法 西德套管柱设计方法的特点是按不同种类的套管柱给出了外载 的不同计算方法。 二、最大载荷法套管设计载荷分析 1.内压力 (1)井底注入压力 P1 井底注入压力等于套管鞋下面预测的地层破裂压力当量钻 井液密度再加上 0.12 克/厘米 3 的附加钻井液安全当量密度的静液柱 压力,其表达式为: (2)最大井口压力 SPmax 最大井口压力一般为井口设备的工作压力,通常取 34.5 兆 帕(5000 磅/英寸 2),对于表层套管来说,井口压力等于井底注入
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压力减去井喷时井内全充满气体的气柱压力。其表达式为: (3)侵入气体和钻井液高度(规定气柱在上,用 Y 表示;液柱

在下,有 X 表示)。 解(6-3)和(6-4)联立方程可求得钻井液柱高度 X 和 侵入气体高度 Y。 (4)钻进液和气体界面压力 PO

(5)地层平衡压力 Pbu

确定套管内压力必须考虑管外的平衡压力。平衡压力等于 地层盐水柱静压力。 (6)有效内压力

管内有效内压力等于内压力载荷减去管外盐水柱静压力。 (7)设计内压力

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设计内压力用于设计套管串,选择合适的钢级和重量。设

计内载荷等于有效内压力乘以抗内压强度安全系数 Sio 其表达式是: 2.外挤压力。

(1) 管外静液柱压力指环空最大液体形成的静液柱压力,静液 柱压力随井深而变化。 (2)井内漏失后液体高度 L1 和漏失高度 L2

(3)有效外挤压力 Pcre 管外不同液体界面出现不同的有效外挤压力,井底有效外
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挤压力等于井底压力减去盐水柱压力。 (4)设计外挤压力 Pcd

设计外挤压力等于有效外挤压力乘以抗挤安全系数 Sco 3.拉力载荷包含如下: (1)套管自身载,方向向下,取正号,其大小用下列公式 计算: Fw=Wf ?

Lc??????????????????????????(6- 14) (2)管端浮力,方向向上,取负号,浮力大小等于管端深 度液体的静液柱压力乘以水平方向的套管横截面积。计算公式如下:

(3)台肩力,是产生于套管壁厚变换处的浮力,其大小等

于该深度的液体的静液柱压力乘以水平方向的裸露面积。表达式如

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下: (4)复合套管柱拉力载荷 Ft

(5)单壁厚套管管柱拉力载荷 (6-14)~(6-18)式中:

4.双轴应力 套管在拉力和压力的作用下, 抗内压强度和抗外挤强度均受 到影响,这些影响如下: 轴向拉伸:抗内压强度增加,抗外挤强度减少。 轴向压缩:抗内压强度减少,抗外挤强度增加。 对不满足要求的套管应进行更换。 有关计算公式如下:
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(1)轴向载荷对平均屈服强度的百分比 Py (2)搞挤强度修正系数Kc

(3)抗内压强修正系数 Kb (4)修正的抗挤强度

(5)修正的抗内压强度 (6-19)~(6-24)

三、最大载荷法套管设计和校核程序 1.表层套管设计校核程序 (1)给出设计参数。包括套管尺寸、下深、地层破裂压力 梯度、钻井液密度、气体压力梯度、下段井眼钻井液密度、先导水泥 浆密度、套管强度安全系数、超提拉力等。 (2)计算内压力载荷: ①套管鞋注入压力;

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②井口最大压力(注意与技术套管和生产套管的区别) ; ③盐水柱回压; ④计算井口、井底有效内压力。 ⑤计算井口、井底设计内压力; ⑥绘制内压力载荷图; ⑦选用套管。 (3)计算外挤压力: ①井口、井底和水泥界面外压力; ②井口、井底和水泥界面处有效外压力; ③计算井口、井底和水泥界面的设计外压力; ④绘制外挤压力图。 (4)计算拉力载荷 ①计算浮力、台肩力和套管重量; ②计算总的拉力; ③计算中性点(如果套管较长); ④计算设计拉力: 设计拉力等于计算拉力再加上一个附加载 荷,该值也是推荐的设计系数——抗拉安全系数。最大载荷法推荐为 1.6。当乘上 1.6 系数后,其值超过 445 千牛,则采用 1.6 系数,如果 小于 445 千牛,则要求最小取 445 千牛值,该值也称为最小过载拉力 值。 ⑤绘制拉力载荷图; ⑥进一步选定套管。
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(5)双轴应力校核 以水泥浆到位后计算浮力和台肩力。 计算轴向应力下的实际抗挤和实际抗内压力。 (6)绘制双轴应力载荷图。 (7)最后确定套管。 2.技术套管设计和校核程序 (1)给定管柱设计参数,包括套管鞋深度、套管鞋破裂压 力梯度、 钻井液密度、 下井段钻井液密度、 气体压力梯度、 井眼尺寸、 水泥面高、水泥浆密度、超提拉力。 (2)技术套管内压力载荷计算: ①井底注入压力; ②确定钻井液与入侵气体界面高度。 这时井口压力为防喷器 工作压力,注意与表层套管设计的区别; ③计算钻井液与入侵气体界面压力; ④计算井口、钻井液与气侵界面、井底的盐水柱回压; ⑤计算④中各点的有效内压力 Pbre; ⑥计算设计内压力 Pid,取安全系数 Si=1.1; ⑦绘制内压力载荷图; ⑧根据内载荷图初选套管。 (3)技术套管外载荷计算: ①管外静液柱压力包括井口、水泥界面、井底外压。 ②计算下次钻进时漏失液面和漏失高度;
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③计算井口、漏失界面、水泥面、井底有效外压力; ④计算③中各点设计外压力; ⑤绘制外挤载荷图。 (4)技术套管拉力载荷计算: ①计算浮力和台肩力以及各段套管重量; ②分别计算井内套管各台肩处和井口拉力; ③计算超提拉力; ④计算管柱中性点; ⑤计算井底、中性点、套管台肩处和井口的拉力设计载荷; ⑥绘制拉力载荷; ⑦初校套管。 (5)技术套管双轴应力校核: ①按注水泥浆后套管拉力载荷状况计算轴向应力,包括浮 力、台肩力和套管自重; ②计算轴向应力和抗挤、抗内压系数; ③计算实际的抗外挤、抗内压强度; ④绘制拉力载荷图; ⑤最后给出校核后的套管长度、钢级和重量。 3.生产套管设计和校核程序 (l)给定套管柱设计参数,包括套管鞋深度、套管鞋破裂 压力梯度、钻井液密度、气体压力梯度、井眼尺寸、水泥界面、水泥 浆密度、超提拉力。
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(2)生产套管抗内压力载荷计算: ①井口最大压力。注意不同于技术套管和表层套管,将产层 压力作为井底注入压力;井口压力载荷为一条直线,最大井口压力也 是井底内压力; ②计算设计内压力载荷线。取抗内压安全系数 Si=1.1; ③绘制内压力载荷图; ④初选套管。 (3)抗外挤压力设计计算 ①计算井口、井底外压力; ②计算设计外压力,取抗外挤安全系数 Sc=1.125; ③绘制外挤压力图。 (4)抗拉设计: ①计算浮力; ②计算管柱重量; ③计算井口拉力; ④计算中性点; ⑤设计拉力载荷考虑; ⑥绘制拉力载荷图。 (5)双轴应力校核: ① 计算浮力和套管自重; ②计算轴向应力; ③计算抗挤、抗内压修正系数;
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④计算实际的抗挤强度和实际的抗内压强度; ⑤最后给出校核后的套管长度、钢级和重量。 四、以最大载荷法设计套管往举例 某气井套管设计基本参数,见表 6-8,进行 244.5 毫米(95

/8 英寸)技术套管设计与校核。 设计参数: 套管及套管鞋深度 套管钢级 244.5 毫米?3500 米 NK-Tll0 2.09 克/厘米 3 1.80 克/厘米 3 2.04 克/厘米 3 0.0026 兆帕/米 311.15 毫米
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套管鞋处破裂压力当量密度 钻井液密度 下层井段钻井液密度 气体压力梯度 井眼尺寸

水泥浆返至井深及水泥浆密度 超提拉力 1.

2500 米,1.90 克/厘米 3 445 千牛

244.5 毫米(95/8 英寸)套管内载荷计算:

(l)井底注入压力 (2)确定钻井液与入侵气体界面高度 设钻井液高度为 X,气体高度为 Y

(3)气液界面压力 (4)计算盐水柱回压

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(5)有效内压力 (6)设计内压力

(7)绘制内载荷图

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(8)根据内载荷图初选套管

2.244.5 毫米(95/8 英寸)套管外载荷计算

(1)管外静液柱压力 (2)钻井时漏失液面 L1 和漏失高度 L2 计算

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(3)计算有效外压力(见图 6-5)

(4)计算设计外挤压力 Pcd

(5)绘制外挤载荷图 3.244.5 毫米(95/8 英寸)套管拉力载荷计算:
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套管有关参数: 尺寸 寸) 截面积厘 2(英寸 2) 244.5 毫米(95/8 英寸) 634.8(43.5) 81.03(12.559) 244.5 毫米(95/8 英寸) 685.9(47) 87.56(13.572) (1)计算浮力和台肩力,浮力向上取负号: 220.5(8.68) 222.3(8.75) 牛/米(磅/英尺) 内径 毫米(英

(2)计算套管重力。 (3)计算总拉力载荷。

(4)分别计算井底、套管台肩处和井口拉力 (5)计算中性点。

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(7)计算设计载荷线。 深 牛) 3500 2712 1700 0 2905 -55(取 445 千牛) 445 1038.2 度 拉力设计载荷线(千

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(8)画拉力载荷图 (9)套管选择 钢 千牛) 级 螺纹类型 NK - T110 梯型(BTC) NK - T110 梯型(BTC) 4.244.5 毫米(95/8 英寸)双轴向应力校核 (1)按注水泥浆后的拉力载荷状况计算轴向载荷 685.9 6672 634.8 6173 重量(千/米) 最小接头强度(?1000

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(2)计算拉力载荷。

(3)计算轴向应力: 深度 (米) 拉力载荷 Ft (千牛)
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横载面积 As (厘米 2)

轴向应力 (兆帕)

3500 1700 1700 0

-548 594 573.3 1739.3

81.03 81.03 87.56 87.56

-67.2 73.3 65.5 198.6

(4)计算轴向载荷对平均屈服强度的百分数: 深度(米) 3500 0.0812 1700 0.0892 1700 0.0797 0 0.2406 (5)计算修正系数 Kc、Kb(也可用图(6-10 查得 Kc 和 Kb 值: ) 827.28 827.28 827.28 平均屈服强度 Ya 827.28 Py -





Py(%) -0.0812 0.0892

Kc 1.038 0.9524

Kb 0.9569 1.0415

3500 1700

41

1700 0

0.0797 0.2406

0.9577 0.8577

1.0374 1.0983

(6)计算修正的抗挤强度 Pck 和修正的抗拉强度 Pbk:

井 Pbk 3500 57.39 1700 62.46 1700 67.51 0 71.47



Pc

Kc

Pck

Pb

Kb

43.57

1.038

45.22

59.98

0.9569

43.57

0.9524

41.49

59.98

1.0415

53.63

0.9577

51.36

65.08

1.0374

53.63

0.8577

45.99

65.08

1.0983

(7)计算结果列表如下

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(8)校核后的套管:因套管修正后的抗外挤压力都大于设计 抗外挤压力,而且修正后的抗内压强度大于设计内压力,所以校核后的 套管如下: 井段(米) 重量(千/米) 0-1700 685.9 1700 244.5 毫米 NK-T110 段长(米) 套管尺寸 钢级

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1700-3500 634.8

1800

244.5 毫米

NK-T110

5.采用国际单位例题,用最大载荷法设计表层套管管柱, 可参看石油工业标准 SY5322-88 附录中的 B2.1 和 B2.2。

第三节 下套管作业程序
一.套管送井前的准备 1.送井前进行外观检查,标记应清晰,否则应查清钢级。 2.外径及壁厚检查,其表面刻痕深度不得超过名义壁厚的 12.5%,其外径、壁厚、重量公差标准见表 6-12(A)。 3.通内径,其通径公差及内径规标准见表 6-12(B),具 有特殊要求的特殊通径标准见表 6-12(C)。 4.丈量套管单根长度,长度应精确到 0.01 米。 5.套管应戴好公母护丝。 6.送井套管长度余量不低于 5%。 7.使用旧套管,应彻底清除表面防锈油质及清除管内铁锈 和杂物。
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8.按需要进行探伤和试压检查,试压标准如下: 114.3~244.5 毫米(41/2~95/8 英寸)套管,压力值相当 于最小屈服压力值的 80%。 273.l~508 毫米(103/4~20 英寸)套管,压力值相当于最 小屈服压力值的 60%。 9.套管运送全过程,严防碰击。

10.送井套管必须附有包括套管数量、钢级、重量、螺纹类 型及质量检查书面资料。 二.套管现场准备 1.套管运输船到达钻井平台后,应在天气适宜的情况下吊 卸套管,避免套管碰击。
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2. 套管吊上平台后依据入井次序的钢级、 重量、 螺纹类型排列, 后入井的放下层,先入井的放上层。 3.进一步作外观检查,凡凹陷、刻痕的深度超过名义壁厚的 12.5%不能入井。 4.螺纹检查。现场应严格清洗公母螺纹,要求洗出能见到螺纹 消失处的紧扣标志。螺纹不应有明显伤痕、密封面完好。入井时需要 涂密封锁紧脂的公母扣,必须用般土粉清洗。 5.通内径。通径规标准按表 6 一 12(B)要求。通径工序正确, 注意保护螺纹, 对靠金属锥面和端面密封的螺纹如 VAM、 NK-3SB、 NS-CC 等,在通内径时,要采取螺纹保护措施,不能卸掉母护丝。 6.丈量单根套管长度及编号。并核定送井套管数量。 7.严格编制入井套管程序表。 三.套管附件检查及其安装 1.海上常用套管附件见表 6-13。

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2.套管附件的检查和安装: (l)浮箍、浮鞋 检查型号是否适合井况,螺纹是否与套管的一样。对浮鞋中装有 双重密封球阀,在装到套管之前就必须检查它是否畅通。浮箍、浮鞋 必须提前装到套管上,公螺纹端必须涂螺纹粘结剂。紧扣扭矩以浮箍 浮鞋钢级为准。 (2)扶正器 检查是否有按照 API 规范 10D 规定的检验的检验合格证书。抽 样检查扶正器的最大外径是否符合井眼要求。 扶正器在管串中用止推环或套管接箍定位。 第一只扶正器安
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装在浮鞋以上 2~3 米。 扶正器间距按 API 规范 10D 第四版《弹性套管扶正器规范》 规定的 67%支撑间隙比的要求计算。在定向井中可参考图 6-23 设 计扶正器间距。 (3)水下释放塞和尾管胶塞 检查和安装方法按有关说明书要求进行, 但组装前必须检查剪切 销钉是否完好,是否锈死。 (4)双级注水泥工具 检查双级注水泥工具总成是否齐全完好,是否配套。记下打开压 力和关闭压力值。如果双级注水泥工具本体上带有密封封隔器,组装 时应避开套管大钳。 四.下套管的安全措施 下套管作业应由专业服务公司有资格的操作人员执行, 至少在作 业前一天由服务公司人员向作业者代表汇报他们的设备状况和人员 素质。作业者代表向他们交代套管规格、钢级和螺纹类型套管下深以 及井下有关复杂情况。具体程序如下: l.一般要求,浮箍上的第一根套管及以下所有套管接箍,公螺 纹要加螺纹粘结剂, 并逐根灌满钻井液, 保证套管在平稳状况下上扣。 2.按套管规范紧扣,套管操作员要在套管大钳的扭矩表上做紧 扣记号。各种钢级和螺纹类型所需扭矩分别见表 6-14、表 6-15、 表 6-16、表 6-17、表 6-18。

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3.定期给套管灌钻井液,管内外压差不得超过回压阀承受

能力的 50%,同时也应控制管内外的最大压差。一般经验,2068 千 帕(300 磅/英寸 2)的压差是允许的,因此套管掏空长度可按下列 公式计算: 4.控制下放速度 根据钻井液密度、塑性粘度、井眼尺寸、套管尺寸和薄弱地层破 裂压力梯度以及地层安全系数等参数计算允许的最大下放速度, 但以 不压漏地层为原则。 (1)计算薄弱地层的安全破裂压力 Pab

(2)计算在薄弱地层下放套管时允许的激动压力梯度 dr/ dL

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(3)下套管时液体在环空的平均速度 Vao

(4) 下放套管时在薄弱地层深度 (L) 产生的激动压力梯度,

设μ 为钻井液粘度毫帕?秒(厘米) 。 (5)解(6-28)和(6-29)联立方程,得: (6)计算举例: 南海某井在井深 2438.4 米(8000 英尺)处为薄弱地层,其

破裂压力梯度为 14.02 千帕/米 (0.62 磅/英寸 2/英尺)钻井液密度 1.247 , 克/厘米 3(10.41 磅/加仑) ,钻井液粘度为 20 毫帕?秒(20 厘泊) , 井径为 311.2 毫米(12.25 英寸) ,下 244.5 毫米(9.625 英寸)套管。 计算允许的最大下放速度。 计算程序如下:
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①确定计算用的安全破裂压力

②计算允许的激动压力梯度

③计算平均流速 Va ④计算可用的最大下放速度 VP

5.定期中途循环破坏钻井液的胶凝结构;避免压漏地层,按一 般要求,每下 500 米左右循环一次,每次约 20 分钟。 6.及时更换套管吊卡。如果下入套管重量已接近吊卡规定载荷, 应更换大载荷吊卡。 7.及时给管柱安装套管扶正 8.下套管期间一旦遇阻,立即处理,可以缓慢转动套管(尾管 除外),上提下放活动套管,接上循环头开泵循环。如果发现套管粘 卡,上提下放,但拉力不得超过接箍强度的 70%。 9.如果中途发生井涌,停止下套管,处理井涌。

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第五章 固井设计概要
第一节 固井设计内容及工程要求
一次注水泥 设计内容概述 注水泥设计的主要内容 : 井眼条件如井型、温度、压力、地层、井况(漏失、气窜) 。 钻井液类型,MW、PY、YP 等基本性能和数据分析; 注水泥作业方式选择(套管、尾管、挤水泥、水泥塞) ; 水泥浆设计,如密度、用量、性能与配方等; 前置液与顶替液设计; 设备与工具附件的选择,如扶正器的安放、刮 DV&ECP 的使用 等; 顶替工艺设计,如顶替流态、流速和压力计算; 工程准备,如井眼剖面、循环洗井要求、泥浆性能的调节; 施工程序与人员组织与职责分工等; 作业模拟和结果评价分析。 设计工程要求:指钻井、地质油藏上对注水泥作业的要求。 水泥返高,产层、特殊地层的位置分布与封固,阻流环位置(水 泥塞长度) ,水泥浆性能、强度与候凝要求,水泥环封固质量,水泥 石性能等,特殊要求:如防强度衰减和防腐蚀等。 设计内容概述:水泥浆设计的主要内容,可泵时间、稠化时间,
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PV/YP 等流变性能,失水控制要求,游离液和沉降稳定性,防气窜性 能,初始凝固要求,最终强度要求,混浆方式(批混或 连续) ,水泥 浆类型(领浆、尾浆、填充浆或侧钻) ,防腐要求,经济性。 设计的工程要求:设计内容概述,水泥外加剂,改变水泥浆的物 理性状,满足固井工程的要求,可泵时间,水泥浆比重,控制失水, 调整流变参数, 调控强度发展, 防止流体运移 (油、 水窜的区别) 气、 , 可膨胀性,弹塑性/韧性,抗腐蚀性。

第二节 井况资料的准备
1)地层资料 地层资料主要是指裸眼段的压力、温度、地层和产层情况,这些 情况在设计水泥浆密度、注水泥方式、水泥浆体系以及顶替参数时都 有重要的作用。 考虑是否存在:循环漏失、易塌等复杂井段;异常压力地层;异 常岩性层(主要指盐岩层和欠压实泥岩等) 。 当存在漏失问题时:漏失层的层位、深度范围,漏失压力,漏失 时的泥浆密度、粘度、返速等, 应先进行堵漏处理,处理结果应当建立一个钻井液循环平衡条 件,该当量密度值能提供出最小承压梯度,作为注水泥设计的基础数 据。 依据此条件可考虑分级注水泥或使用低密度水泥、 触变性水泥等。 有异常压力情况时: 当钻井液当量密度超过 1.5sg 以上时,应侧重考虑气窜问题。如 可采用 ECP 套管,具有封隔器的尾管结构,或气阻剂(如 KQ,G-60,
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GASBLOCK、LATAX2000 等) , 对一般气侵条件的井可选择多凝注水泥方案或分级注水泥 有特殊岩性(膏盐层)时: 首先要防止盐岩层的溶解影响水泥与盐岩的第二界面质量。 一般 应设计采用(半)饱和盐水水泥浆,同时还使水泥浆具有高密度,以 控制地层的塑性流动。 产层情况 产层情况主要是指所固产层是油层还是气层, 产层的渗透率等参 数。 这些资料主要用于选择水泥浆体系类型,性能要求等。如控制水 泥浆向产层的过量滤失以避免产层污染,如果产层是气层,则应要求 采用防窜水泥浆体系以保证凝固期间不出现气窜。 温度数据 水泥浆顶部与底部温差 井底静止、循环温度(BHST) (BHCT) 配浆用水的温度 温度大小的影响: 对外加剂加量 对水泥石强度 温度数据的获取既有电测、投测等直接测量,又有回归、 计算机模拟等间接手段, 但最主要的还取决于某一特定区域的经 验积累。
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压力数据 ? 地层孔隙压力: 钻井泥浆密度 测井预测 ? 地层坍塌压力--实钻和预测 ? 地层破裂压力: 地漏实验 数学计算预测(岩石力学与测井方法) 钻井液类型与性能 外加剂组成,密度和性能(如粘度、切力、失水、含砂量、pH 值等)以及有关处理情况。 钻井液的性能是影响注水泥顶替效率的最大因素之一, 准确掌握 钻井液资料对正确设计水泥浆和前置液, 并在注水泥前合理地处理好 钻井液性能是非常重要的。 钻井液种类一般可分为淡水泥浆、盐水泥浆、乳化泥浆和油基泥 浆四类,设计水泥浆时就必须考虑与泥浆的相容性。选择前置液时也 需考虑泥浆的种类, 如在乳化或油基泥浆环境下应保证加在水泥浆前 面的冲洗液或隔离液的组分适合于亲水性的环空顶替。 重要作业设计 时还应模拟现场条件进行相容性试验。 详细的作业计划 整个作业计划的详细安排,主要包括如下内容。 套管附件使用安排
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排量计划 活动套管计划 设备、施工准备要求 施工组织与职责 作业程序&步骤 应急方案

第三节 固井施工过程
一、固井前通井 通井;原钻具通井,要求井眼无阻卡、无沉砂。 通井情况直接关系下一步的下套管、固井作业。 二、固井前循环 套管到位后,灌满排空,连接水泥头及固井管线,低泵冲打通, 正常后(15~20min)分阶段提高泵速, 同时记录泵压(控制最高泵压 小于 8~10 Mpa) 、返出、做泵效试验;严禁直接到设计循环泵排量; 循环量不少于二周,第一周要求排量比设计的正常循环排量要低,待 井底返出后再提高到大排量循环,防止蹩漏;要求振动筛干净,井眼 内无沉砂,原则要求气全量小于 1%;调整泥浆性能,在保证井眼安 全的前提下,主要降低黏度、切力,为提高顶替效率和界面胶结创造 最好的条件; 三、固井前设计原则 1、根据电测校核井底温度; 2、确定油气层位置;
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3、确定附加量: 按电测环空容积 20%-40%确定附加量;如果没有电测井径参考, 可考虑用投电石的方法确定井眼容积;无井径的按 60%-80%确定附 加量。 三、固井前设计原则:考虑 应满足下一步安全钻井或完井作业,油田安全开发,以及今后采 取增产措施的需要; 能有效地封固油气水层,以及要求必须封固的腐蚀性、蠕变、跨 塌、漏失等复杂地层; 应满足钻井钻井工程对套管保护提出的特殊要求,如:提高套管 抗挤、抗内压强度或避免套管因过度磨损而发生断裂等; 应符合平衡压力固井的要求。 计套:尾浆返至套管鞋以上 300-500m 油套:常压地层:尾浆返至油气层顶部以上至少 150m;高压地 层:300 米,快凝水泥浆返至油气层顶部以上至少 100-150m; 只用冲洗液或紊流隔离液时,要求用量满足 10min 接触时间, 确定合理顶替方案的原则 井眼的稳定性,是否有易漏、易塌等薄弱地层,这些层位对环空 返速的限制情况,这些数据可由邻井或区块的资料获得; 正常钻井过程中的环空返速情况; 裸眼井径变化情况及对返速的限制,如当裸眼井径变化较大,存 在所谓的大肚子时,一般要求返速不能太大,以免进一步冲蚀井壁。
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同时在大肚子段一般是很难达到紊流的; 套管居中度情况,当套管居中度不好时,应避免使用塞流顶替; 井斜情况,当在大斜度或水平井套管注水泥时,应避免使用塞流 顶替; 首先考虑使用紊流流态进行顶替, 如果现有条件不能实现紊流则 考虑使用塞流顶替; 在两者均无法实现的情况下,再设计为在尽量高速下的层流顶 替,这时,应充分考虑紊流前置液的使用,以弥补水泥浆不能达到紊 流的缺陷。 热稳定性 当井底静止温度超过 110℃加入硅粉或石英砂作热稳定剂

第四节 固井施工
通水试压 3000psi*10min,确认后开始注水泥作业; 固井泵注冲洗液 XX m3; 投底胶塞; 注水泥浆:领浆 XXm3;比重 尾浆 XXm3;比重 投顶胶塞,尽量确认胶塞下行; 固井泵替尾水 XX m3; 固井施工 替泥浆 XX m3,高泵速替至尾浆出鞋到内外平衡前某一适当时 刻,然后慢替到碰压;
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1.58~1.75; 1.80~1.90;

按要求数据碰压,稳压 10min 检查回流;若单流阀失效,则替回 (有碰压显示即可)视情况蹩压 60~120min; 在注替过程中, 要求钻台和气测自始至终监视泵压和井口返出情 况; 1.常规固井方法-内管 设计原则: 保证套管鞋的封固质量;确保水泥上返到井口;实现裸眼的水泥 浆填充。 内管工艺 保证套管鞋居中 确认内管串密封 使用海水早强水泥浆体系,特殊情况下领浆可使用搬土 水泥浆密度设计以防漏为主 对钻进发生漏失的井段, 可适当加大附加量同时提高水泥浆的触 变性 对有浅层气的井段,要求留 2~3m 水泥塞 2.常规固井方法-单级 设计原则:保证套管鞋的封固质量;确保油气水层的层间封隔; 实现裸眼的水泥浆填充。 单级工艺 调整泥浆性能,在井眼安全的前提下,主要降低黏度、切力 冲洗隔离液的设计要兼顾顶替效率和井下安全
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水泥浆性能的要求可因不同封固目的而不同 套管附件用法和扶正器用量,要遵循一般原则,但应受限于井下 安全 根据井眼的实际状况确定顶替方案,遵循“高则高低则低”原则 对于油气比较活跃的井,要维持全程动态当量平衡 对钻进时存在漏失的井段, 要尽可能达到固井需要的当量比重要 求 BHST>110℃使用硅粉 避免悬空固井 3.常规固井方法-双级 设计原则: 保证套管鞋的封固质量;确保油气水层的层间封隔;实现裸眼的 水泥浆良好填充;保证分级箍的安全打开和关闭。 双级工艺 根据井径、岩性、目的层等合理确定分级箍的深度 避免一级留高塞或替空(低压循环、测泵效、指定活动池) 考虑双级的适用井况(压力限制、不同水泥浆体系、目的层跨距 过长,严重漏失层、保证固井质量) 液压分级箍的选用(30°以上、存在 DLS 严重段,但有塑性& 蠕变地层、潜在的桥堵&漏失等情况不推荐) 4.常规固井方法-尾管 设计原则:
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保证两个套管鞋的封固质量;确保油气水层的层间封隔;实现全 井段的水泥浆良好填充;保证尾管的下入、作挂和丢手。 尾管工艺 尾管悬挂器的三个关口“入井、出上层套管鞋和到底” TIW(德州)尾管悬挂器的下入、座挂和脱手 各种井况下冲洗隔离液用量和水泥浆比重因势而易 避免留高塞或替空 (低压循环、 测泵效、 指定活动池、 观察啮合) 避免环空桥堵(循环干净、 “水量”控制、调控泵速大幅变化) 后续施工控制技术(起钻、座封隔器、循环&蹩压,CBL、试压) 5.HTHP 固井 设计原则: 保证下套管安全,保证固井施工安全;确保油气水层的封固;实 现全井段的水泥浆良好填充; 施工工艺 全平衡施工,使用合理的加重剂(隔离液和水泥浆) 优选添加剂,使用延迟胶凝-胶乳体系; 双级双凝作业方式; 使用特殊附件,扰流扶正器和三胶塞; ECP 和塞流顶替,保证层间封隔。 低密高强水泥固井 设计原则: 保证套管鞋的封固质量;确保油气水层的层间封隔;实现裸眼的
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水泥浆良好填充。 施工工艺 单级固井中所列举的原则,同等适用 运用堆积--级配理论优选体系; 保证常规性能和水泥浆稳定性 的一致性; 使用专业的干混水泥设备; ADC 高能轴线混合系统; 高效冲洗隔离液; 压稳、居中、替净的固井理论和实践。 水泥塞和挤水泥 施工工艺 严格平衡水泥塞施工 防止混浆和下沉 以实际压力确定挤注状态 WOC 原则不小于二十四小时 使用工具挤水泥在设计上注重安全 从油层保护的角度,应逐渐推行低压挤水泥

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第六章 提高固井质量方法及检测标准
确保固井质量的技术关键 好的开始就是成功的一半 盲目固井会带来许多严重的后果,使油井费用、产能和寿命向坏 的方向发展。 我们通向成功的唯一途径, 熟知井况和运用行之有效的技术措施 提高固井质量

第一节 提高固井质量
1、循环处理泥浆 处理泥浆是提高顶替效率的最重要的手段之一,惯例:固井前循 环两周。 减少泥浆的胶凝和软泥饼,降低 BHCT 良好的循环不等于好的流变性(偏心环空因素) 顶替效率对泥浆性能的要求 FV 4~5*PPG flat) 钻斜井对泥浆的 YP 要求 45° 60°
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PV 20

YP 10

GEL 2/3 (to be

15 20

75° 2、套管居中-扶正器

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不好的扶正会造成宽边窜流, 而好的扶正会在相同的界面顶替力 的作用下达到最大的顶替效果 扶正器的由来:保证套管居中和有利于下套管 套管居中度对最大顶替效率的影响 72% 60% 2a、套管居中-活动套管 破坏泥浆胶凝,减少钻屑沉积 尤在居中不利时有助于流动,在同等排量下?°改善?±流动性 能,提高顶替效率 如果使用清刮刷会提高活动套管的效果 惯例:冲幅 3~10m, 速度<0.2m/s 良好水泥环和层间封隔的必要条件 居中度 环空间隙: 3、足够的压差(压稳和密封) 降低失重,减少窜流 有效填充,降低环隙 惯例:油顶>MW+0.24SG, 井底>1.55SG。
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98% 88%



70% 1.5in (D-d)

4、最大化顶替 紊流是可遇而不可求的 塞流因其低顶替排量在大多数井况下不推荐 紊流不是必须的,但大排量仍然是必要的 大排量带来高顶替效率--壁面剪应力 惯例:高低双速(>3.2, <0.3M3/Min) 5、冲洗隔离液 隔离不相容液体、提高顶替效率、提高界面胶结(物理、化学) 因井况采用七~十分钟接触时间或 1000ft 长度,性能可简可繁, 但在环空中的雷诺数至少大于 3000 冲洗液推荐和隔离液联合使用(2:1) 惯例:推荐使用黏性隔离液(<200m) 紊流冲洗液(>250m) 6、真实的 BHS/CT 和完善的水泥浆综合性能 温度影响水泥浆的稠化、流变、凝固和强度发展 合理较低的温度和时间相对重要 合理的水泥浆性能是降低施工风险,减少滤液污染,提高顶替效 率的主要手段 惯例:75%~80%BHLT1st 180min+/-30min。

第二节 固井质量评价方法
固井水泥胶结质量评价测井是油井完井过程中一项重要的测井
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技术,是检查水泥与套管之间(通常所称的第一界面)、水泥与地层之 间(第二界面)的胶结情况的测井方法。 1、井温测井 主要应用于确定管外水泥返高, 也可作为水泥充填程度的补充解 释。水泥凝固产生的热量将使其在正常温度基础上升高几度。利用井 温测井可以确定水泥面位置及检查水泥窜槽。 2、水力测试 水力测试可以检测邻近层的油、水或气、水窜槽位置及检查射孔 井段的封堵效果。目前最常用的方法是耐压试验和排液试验。 (1)耐压试验。耐压试验就是在井口加一定的压力,观察压力 下降的情况,以检查套管柱的密封性或挤水泥质量。 (2)排空试验。就是用气举或提捞等方法,部分或全部掏空井 内液体,并关井一段时间,观察井内变化。 3、声波幅度测井(CBL)技术 声波幅度测井(CBL)只记录声波波列中的首波幅度,因而只能 提供水泥环与套管之间(第一界面)的封固情况。 若水泥环与地层之间(第二界面)封固不好,而形成窜槽,用声 波幅度测井资料就不能判断。 CBL/VDL 测井解决了这一问题。 声波变密度测井仪(CBL/VDL) ,除记录首波外,还记录到后继 波,不仅可以评价第一界面的水泥胶结质量,还能较好地评价第二界 面的水泥结质量。
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在现场推广应用中,见到了较好效果。 声波变密度的解释标准 (水泥胶结类型与 CBL/VDL 的对应关系) 声波幅 序 号 水泥胶结类型 度 声波变 密度 (CBL) 幅度 (VDL) 套 地

管波 层波 1 “自由套管” 居中或偏心 2 第一界面胶结 好,第二界面胶结 好 3 第一界面胶结 好,第二界面胶结 中等 4 第一界面胶结 好,第二界面胶结 差 5 第一界面胶结 中等,第二界面胶 中低 强 中 强 低 弱 弱 低 弱 强 中 低 高 强 无

或强 弱 强

或无

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结好 6 第一界面胶结 中等,第二界面胶 结中等 7 第一界面胶结 中等,第二界面胶 结差 8 第一界面胶结 差,第二界面胶结 差 5、扇区水泥胶结测井(SBT) 它主要从纵向和横向(沿套管圆周)两个方向测量水泥胶结质量 二、国内外现状 Sclumberger 公司水泥评价测井仪(CET) 是一种用于检查水泥胶结质量的测井仪器。 利用反射声波来确定套管的平均直径、椭圆度、偏心度及反映水 泥胶结质量的水泥抗压强度等。 弥补了声幅测井仪和声波全波列测井仪的不足。 康普乐公司的扇区水泥胶结测井仪(SBT) 采用两组相连的压电陶磁晶体作为全方位发射器,一组用于 CBL/VDL 的声波发射,另一组用于 SBT 的发射。 SBT 声系由处于同截面的八个发射探头和处于另一同截面的八
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中低 强

中 强



中低 强





或无







个接收探头组成,两截面相距 2 英尺,每个发射探头和处于另一截面 的接收探头组成一组,分别探测截面 45°角范围内的套管外水泥胶 结质量。 8 组探头组合就能探测套管外 360°的水泥胶结质量,实现了测 量的高分辨率 360°全方位覆盖。 固井作业时钻井队长须关注:
1、亲自确认立管等相关闸门正确,刚开始循环时也要确认,防止短路循环; 2、关注轮机工和固井人员的配合,保证气、钻井水(海水)的供应,要求 轮机工在固井泵附近值班,随时可以联系; 3、关注泥浆工和固井人员的配合,保证混合水的供应;关注泥浆的回收/ 排放/输往拖轮; 4、表层固井时关注放浆发的打开。易于观察水泥浆返高情况;防止水泥浆 返至沉砂池、泥浆池。 5、钻台上留足人,以便应急。 6、亲自指派专人巡视从舱内到钻台固井管线的工况(有无刺漏、固定卡子 有无松动、有无磨损) 。 7、确保泥浆泵完好,处于随时可用的状态;提前检查高、低压滤网,测试 泵效。 8、内管注水泥或注水泥塞时,提前启动绞车(尤其是冬天) ,架工二层台待 命,确保能够迅速起出管柱。 9、替泥浆时,通知录井人员“累计泵冲数”清零;同时将钻井参数仪表“累计 泵冲数”清零。 10、保证钻台和固井人员的有效联络。 11、三师在现场值班。 12、固井结束后,清洗管线(彻底,必要时轻微活动阀门,以清洗彻底) 。 13、拆除水泥头时先用气动绞车吊住,切记放压,防止水泥头伤人。 (水泥 浆凝固放热) 。 14、做好拆井口准备工作。

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