第二章 套管柱設(shè)計(jì)及固井

1、1完完 井井 工工 程程Well Completion Engineering石油工程學(xué)院石油工程學(xué)院石油工程本科班2oil zone 中間套管中間套管(技術(shù)套管技術(shù)套管)表層套管表層套管生產(chǎn)套管生產(chǎn)套管(油層套管油層套管)主要內(nèi)容主要內(nèi)容: 1.套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì) 2.油井水泥和注油井水泥和注水泥水泥 3.生產(chǎn)套管的損生產(chǎn)套管的損壞與防護(hù)壞與防護(hù)一開一開二開二開三開三開第二章第二章 套管柱設(shè)計(jì)與固井套管柱設(shè)計(jì)與固井3井身結(jié)構(gòu)井身結(jié)構(gòu)油井基礎(chǔ)，全井骨架油井基礎(chǔ)，全井骨架固井工程固井工程套管柱設(shè)計(jì)和注水泥套管柱設(shè)計(jì)和注水泥不僅關(guān)系全井能否順利鉆進(jìn)完井，不僅關(guān)系全井能否順利鉆進(jìn)完井，而且關(guān)系能否

2、順利生產(chǎn)和壽命。而且關(guān)系能否順利生產(chǎn)和壽命。2006年年3月月25日，重慶開縣羅家日，重慶開縣羅家2井，井，套管破損，地下井漏，套管破損，地下井漏， H2S噴出，噴出， 12000人緊急疏散，人緊急疏散，2口井報廢口井報廢。第二章第二章 套管柱設(shè)計(jì)與固井套管柱設(shè)計(jì)與固井470年代以來，我國油氣田套管損壞現(xiàn)象十分嚴(yán)重。1998年底大慶、吉林、中原、勝利、遼河等10多油田套損井達(dá)14000多口，若按每口井較低成本150萬元計(jì)，僅套損直接損失210億元，還不計(jì)油井損壞停產(chǎn)損失。2005年，套損嚴(yán)重油田累計(jì)套損井?dāng)?shù)和占投產(chǎn)井?dāng)?shù)比例： 大慶：8976口，占16%以上； 吉林：2861口，占30%以上；

3、勝利：3000多口，占多口，占10%以上以上； 中原：占投產(chǎn)井?dāng)?shù)投產(chǎn)井?dāng)?shù)23.3%； 并且各油田套損井?dāng)?shù)有上升趨勢。第二章第二章 套管柱設(shè)計(jì)與固井套管柱設(shè)計(jì)與固井5一、套管和套管柱一、套管和套管柱 套管：套管：優(yōu)質(zhì)鋼材制成的無縫管或焊接管，一端為公扣，直接優(yōu)質(zhì)鋼材制成的無縫管或焊接管，一端為公扣，直接車在管體上；一端為帶母扣的套管接箍。車在管體上；一端為帶母扣的套管接箍。第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)表征套管的主要特性參數(shù)有表征套管的主要特性參數(shù)有套管尺寸、鋼級和壁厚套管尺寸、鋼級和壁厚6一、套管和套管柱一、套管和套管柱 套管尺寸：套管尺寸： 又稱名義外徑、公稱直徑等，是指套管本體的外又稱

4、名義外徑、公稱直徑等，是指套管本體的外徑；徑；API標(biāo)準(zhǔn)，共標(biāo)準(zhǔn)，共14 種尺寸。種尺寸。 第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)7一、套管和套管柱一、套管和套管柱 套管的鋼級套管的鋼級: API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定套管本體的鋼材應(yīng)達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定套管本體的鋼材應(yīng)達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度，API標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)， 8種種10級級H-40, J-55, K-55, C-75, L-80, N-80, C- 90, C-95, P-110, Q-125其中，其中，字母字母只是標(biāo)識，只是標(biāo)識，數(shù)字?jǐn)?shù)字代表套管的強(qiáng)度。代表套管的強(qiáng)度。如：如： N-80套管，最小屈服強(qiáng)度套管，最小屈服強(qiáng)度=80 kpsi=551.58MPa

5、套管的壁厚套管的壁厚: 套管本體處管體的厚度，壁厚：套管本體處管體的厚度，壁厚：5.2116.13 mm 關(guān)系套管的線重，指套管單位長度的質(zhì)量關(guān)系套管的線重，指套管單位長度的質(zhì)量第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)8APIAPI套管規(guī)范及強(qiáng)度套管規(guī)范及強(qiáng)度(5(5寸套管寸套管) )甲方鉆井手冊甲方鉆井手冊P192P192第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)9一、套管和套管柱一、套管和套管柱 套管柱：套管柱：由同一外徑、不同鋼級、不同壁厚的套管用接箍聯(lián)接由同一外徑、不同鋼級、不同壁厚的套管用接箍聯(lián)接組成的管柱，組成的管柱， 特殊情況下也使用無接箍套管柱特殊情況下也使用無接箍套管柱聯(lián)接是由螺紋來實(shí)現(xiàn)的

6、，是套管質(zhì)量和強(qiáng)度檢驗(yàn)的聯(lián)接是由螺紋來實(shí)現(xiàn)的，是套管質(zhì)量和強(qiáng)度檢驗(yàn)的重點(diǎn)。重點(diǎn)。套管螺紋都是錐形螺紋，套管螺紋都是錐形螺紋，API規(guī)范中分為五大類，規(guī)范中分為五大類，API 標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)和非非API標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。 類數(shù)類數(shù)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)名稱名稱符號或代號符號或代號1API標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)短圓螺紋短圓螺紋STC/ CSG/ C12長圓螺紋長圓螺紋LTC/ LCSG/ C23梯形螺紋梯形螺紋BTC/ BCSG/ C334直連形螺紋直連形螺紋XL/ XCSG/ CHX5非非API標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)特殊螺紋特殊螺紋/第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)10二、套管柱載荷分析及套管強(qiáng)度二、套管柱載荷分析及套管強(qiáng)度 套管柱在井內(nèi)所受外載

7、復(fù)雜，不同時期（下套管、注水泥、套管柱在井內(nèi)所受外載復(fù)雜，不同時期（下套管、注水泥、后期開采等）、不同地層和地質(zhì)條件下套管柱受力也不同。后期開采等）、不同地層和地質(zhì)條件下套管柱受力也不同。 鹽巖層對套管柱的壓力梯度要按上覆巖石的壓力梯度計(jì)算；鹽巖層對套管柱的壓力梯度要按上覆巖石的壓力梯度計(jì)算； 在酸化壓裂時承受的內(nèi)壓力與正常采油時的壓力就不同；在酸化壓裂時承受的內(nèi)壓力與正常采油時的壓力就不同； 在易坍塌油層生產(chǎn)的前、中、后期對套管柱的外擠壓力也不同在易坍塌油層生產(chǎn)的前、中、后期對套管柱的外擠壓力也不同長期生產(chǎn)實(shí)踐證明，影響套管柱的基本載荷主要有以下幾長期生產(chǎn)實(shí)踐證明，影響套管柱的基本載荷主要有

8、以下幾種：種：軸向載荷；外擠壓力；內(nèi)壓力。其它載荷如套管彎曲載荷、振動載荷等都考慮至安全系數(shù)中第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)11自重引起的拉力自重引起的拉力 Fm，在井口最大在井口最大 qmi 第 I 種套管在鉆井液中單位長度的重力，N/m ; Li 第 I 種套管的長度， m ； n 組成套管柱的套管種類（鋼級、厚度）。套管彎曲引起的附加拉力套管彎曲引起的附加拉力 Fbd，在井斜狗腿較大在井斜狗腿較大 經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式 ： KN Dco套管外徑，cm ；Ac 套管截面積，cm2 ； 每25m 井斜角的變化，0/ 25m 定向井、水平井及大狗腿直井中，應(yīng)考慮彎曲附加拉力。定向井、水平井及大

9、狗腿直井中，應(yīng)考慮彎曲附加拉力。3311(1)1010nndmiimiiiisFq LqLKN0.073bdcocFDA1、軸向載荷及套管抗拉強(qiáng)度、軸向載荷及套管抗拉強(qiáng)度第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)12注水泥引起的附加拉力注水泥引起的附加拉力 Fc KN其它附加拉力其它附加拉力 上提或下放套管的動載、井壁摩擦力等；上提或下放套管的動載、井壁摩擦力等； 一般在安全系數(shù)中考慮。一般在安全系數(shù)中考慮。n套管的抗拉強(qiáng)度套管的抗拉強(qiáng)度 套管所受軸向拉力一般在井口最大套管所受軸向拉力一般在井口最大 拉應(yīng)力破壞形式：拉應(yīng)力破壞形式：脫扣、本體拉斷脫扣、本體拉斷 通常用套管抗滑扣力表示套管抗拉強(qiáng)度通常用

10、套管抗滑扣力表示套管抗拉強(qiáng)度h 管內(nèi)水泥漿高管內(nèi)水泥漿高，m；m水泥漿密度，水泥漿密度，g/cmg/cm3 3；d鉆井液密度，鉆井液密度，g/cm3；dci 套管內(nèi)徑，套管內(nèi)徑，cm。cidmcdhF241000)(第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)132、外擠載荷及套管抗外擠強(qiáng)度、外擠載荷及套管抗外擠強(qiáng)度 （1）外擠壓力）外擠壓力主要載荷：主要載荷： 一般情況下按套管內(nèi)部全掏空時管外壓力計(jì)算：一般情況下按套管內(nèi)部全掏空時管外壓力計(jì)算： MPa 高塑性巖石，按上覆巖層壓力計(jì)算，梯度高塑性巖石，按上覆巖層壓力計(jì)算，梯度 2327kPa/m。0.00981ocdpD管外液柱壓力管外液柱壓力地層中流

11、體壓力地層中流體壓力高塑性巖石側(cè)向擠壓力高塑性巖石側(cè)向擠壓力地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力等地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力等第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)14套管內(nèi)全掏空載荷井深套管內(nèi)載荷套管內(nèi)載荷套管外載荷套管外載荷載荷井深有效外載荷有效外載荷套管內(nèi)液面套管內(nèi)液面載荷井深井身結(jié)構(gòu)第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)152、外擠載荷及套管抗外擠強(qiáng)度、外擠載荷及套管抗外擠強(qiáng)度（2）套管抗擠強(qiáng)度：）套管抗擠強(qiáng)度：指擠毀套管試件需要的最大外擠壓力。指擠毀套管試件需要的最大外擠壓力。 外擠作用下破壞形式：外擠作用下破壞形式： 根據(jù)現(xiàn)有套管尺寸，絕大部分是失穩(wěn)破壞，其根據(jù)現(xiàn)有套管尺寸，絕大部分是失穩(wěn)破壞，其抗擠強(qiáng)度抗擠強(qiáng)度可可 在鉆井手

12、冊或套管手冊中查得。在鉆井手冊或套管手冊中查得。 徑厚比大時，失穩(wěn)破壞徑厚比大時，失穩(wěn)破壞( (失圓、擠扁失圓、擠扁) ) 徑厚比小時，強(qiáng)度破壞徑厚比小時，強(qiáng)度破壞失穩(wěn)后的套管被擠扁（輕者）或破裂，使鉆頭或其它井下工作不能通過，地層封隔遭到破壞，將被迫停鉆或停產(chǎn)，套管損壞嚴(yán)重者油氣井報廢。第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)16（3）有軸向載荷時的套管抗擠強(qiáng)度（雙向應(yīng)力）有軸向載荷時的套管抗擠強(qiáng)度（雙向應(yīng)力）套管內(nèi)微小單元，外載作用下產(chǎn)生三向應(yīng)力套管內(nèi)微小單元，外載作用下產(chǎn)生三向應(yīng)力由第四強(qiáng)度理論：由第四強(qiáng)度理論：對于薄壁管，對于薄壁管， 可忽略，變?yōu)殡p向應(yīng)力問題?？珊雎?，變?yōu)殡p向應(yīng)力問題。變換

13、為橢圓方程：變換為橢圓方程： 按拉為正、壓為負(fù)，橢圓形方程。按拉為正、壓為負(fù)，橢圓形方程。1222stzstsz橢圓圖上橢圓圖上, , 百分比為縱坐標(biāo)百分比為縱坐標(biāo), , 百分比為橫坐標(biāo)百分比為橫坐標(biāo). .)()()(21222rzztrts第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)17軸向受壓軸向受壓抗內(nèi)壓強(qiáng)度降低抗內(nèi)壓強(qiáng)度降低軸向拉力軸向拉力抗內(nèi)壓強(qiáng)度增加抗內(nèi)壓強(qiáng)度增加軸向受壓軸向受壓抗擠強(qiáng)度增加抗擠強(qiáng)度增加軸向拉力軸向拉力抗擠強(qiáng)度降低抗擠強(qiáng)度降低第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)18由強(qiáng)度條件的雙向應(yīng)力橢圓可以看出由強(qiáng)度條件的雙向應(yīng)力橢圓可以看出: 第一象限第一象限: 軸向拉伸與內(nèi)壓聯(lián)合作用軸向

14、拉伸與內(nèi)壓聯(lián)合作用 軸向拉力軸向拉力 抗內(nèi)壓強(qiáng)度增加抗內(nèi)壓強(qiáng)度增加. 第二象限第二象限: 軸向壓縮與內(nèi)壓聯(lián)合作用軸向壓縮與內(nèi)壓聯(lián)合作用 軸向受壓軸向受壓 抗內(nèi)壓強(qiáng)度降低抗內(nèi)壓強(qiáng)度降低. 第三象限第三象限: 軸向壓縮與外擠聯(lián)合作用軸向壓縮與外擠聯(lián)合作用 軸向受壓軸向受壓 抗外擠強(qiáng)度增加抗外擠強(qiáng)度增加. 第四象限第四象限: 軸向拉伸與外擠聯(lián)合作用軸向拉伸與外擠聯(lián)合作用 軸向拉力軸向拉力 抗外擠強(qiáng)度降低抗外擠強(qiáng)度降低（需考慮）（需考慮）第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)19當(dāng)存在軸向拉應(yīng)力時，套管抗擠強(qiáng)度可采用近似公式：當(dāng)存在軸向拉應(yīng)力時，套管抗擠強(qiáng)度可采用近似公式：(1.030.74)mcccsF

15、ppF Fm軸向拉力，軸向拉力， KN； Fs管體屈服強(qiáng)度，管體屈服強(qiáng)度，KN； Pcc存在軸向拉應(yīng)力時的最大允許抗擠強(qiáng)度。存在軸向拉應(yīng)力時的最大允許抗擠強(qiáng)度。Pc和和Fs均可由套管手冊查出，當(dāng)均可由套管手冊查出，當(dāng)Fm/Fs在在0.1-0.5范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，上式計(jì)算值與理論值相比誤差在上式計(jì)算值與理論值相比誤差在2%以內(nèi)。以內(nèi)。，MPa第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)20考慮管外平衡壓力，一般井口內(nèi)壓最大?？紤]三種最危險情況：考慮管外平衡壓力，一般井口內(nèi)壓最大?？紤]三種最危險情況： 套管內(nèi)完全充滿天然氣并關(guān)井時的內(nèi)壓力；套管內(nèi)完全充滿天然氣并關(guān)井時的內(nèi)壓力； 以井口裝置承壓能力作為套管在井

16、口所受的內(nèi)壓力；以井口裝置承壓能力作為套管在井口所受的內(nèi)壓力； 以套管鞋處的地層破裂壓力值確定井口內(nèi)壓力。以套管鞋處的地層破裂壓力值確定井口內(nèi)壓力。 實(shí)際設(shè)計(jì)時，通常按套管內(nèi)完全充滿天然氣時計(jì)算。實(shí)際設(shè)計(jì)時，通常按套管內(nèi)完全充滿天然氣時計(jì)算。41.1155 10gasiGDppe 井底氣壓，井底氣壓，MpaG 天然氣與空氣密度比天然氣與空氣密度比,0.55gasp)(ffiGGDpffGG套管鞋處破裂壓力梯度，套管鞋處破裂壓力梯度，Mpa/m ；附加系數(shù)，取附加系數(shù)，取0.0012 Mpa/m 。3、內(nèi)壓載荷及套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度、內(nèi)壓載荷及套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)套管內(nèi)全掏

17、空載荷井深載荷井深套管內(nèi)壓載荷套管內(nèi)壓載荷套管外載荷套管外載荷載荷井深有效內(nèi)壓載荷有效內(nèi)壓載荷套管內(nèi)液面套管內(nèi)液面井身結(jié)構(gòu)第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)套管內(nèi)部分掏空載荷井深載荷井深套管內(nèi)壓載荷套管內(nèi)壓載荷套管外載荷套管外載荷載荷井深有效內(nèi)壓載荷有效內(nèi)壓載荷套管內(nèi)液面井底井身結(jié)構(gòu)第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)23（2）套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度）套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度 內(nèi)壓載荷下的主要破壞形式：爆裂、絲扣密封失效內(nèi)壓載荷下的主要破壞形式：爆裂、絲扣密封失效 抗內(nèi)壓強(qiáng)度可由鉆井手冊或套管手冊查得抗內(nèi)壓強(qiáng)度可由鉆井手冊或套管手冊查得（3）套管的腐蝕）套管的腐蝕 原因：原因：在地下與腐蝕性流體接觸在地下與腐蝕性

18、流體接觸 破壞形式：破壞形式：管體的有效厚度減小，套管承載力降低，鋼材管體的有效厚度減小，套管承載力降低，鋼材性質(zhì)變化性質(zhì)變化 引起套管腐蝕的引起套管腐蝕的主要介質(zhì)主要介質(zhì)有：氣體或液體中的硫化氫、溶有：氣體或液體中的硫化氫、溶解氧、二氧化碳解氧、二氧化碳 抗硫套管：抗硫套管：API套管系列中的套管系列中的 H K J C L級套管。級套管。第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)24第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)25三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)目的：目的： 確定合理套管確定合理套管鋼級鋼級、壁厚壁厚以及每種套管以及每種套管井深區(qū)間井深區(qū)間。 1、設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)原則 滿足強(qiáng)度要求，在任何

19、危險截面上都應(yīng)滿足下式：滿足強(qiáng)度要求，在任何危險截面上都應(yīng)滿足下式： 套管強(qiáng)度套管強(qiáng)度 外載外載安全系數(shù)安全系數(shù) 應(yīng)滿足鉆井作業(yè)、油氣開發(fā)和產(chǎn)層改造需要應(yīng)滿足鉆井作業(yè)、油氣開發(fā)和產(chǎn)層改造需要 承受外載時應(yīng)有一定儲備能力承受外載時應(yīng)有一定儲備能力 經(jīng)濟(jì)性要好，多選擇經(jīng)濟(jì)性要好，多選擇23種鋼級、種鋼級、23種壁厚，不能過多種壁厚，不能過多 安全系數(shù)安全系數(shù) 抗外擠安全系數(shù)抗外擠安全系數(shù) Sc=1.0 抗內(nèi)壓安全系數(shù)抗內(nèi)壓安全系數(shù) Si=1.1 套管抗拉強(qiáng)度（抗滑扣）安全系數(shù)套管抗拉強(qiáng)度（抗滑扣）安全系數(shù)St=1.8第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)262、常用套管柱設(shè)計(jì)方法、常用套管柱設(shè)計(jì)方法

20、（1）等安全系數(shù)法）等安全系數(shù)法 各危險截面最小安全系數(shù)等于或大于規(guī)定的安全系數(shù)。各危險截面最小安全系數(shù)等于或大于規(guī)定的安全系數(shù)。 下部抗擠設(shè)計(jì)，水泥面上按雙向應(yīng)力；上部滿足抗拉和抗內(nèi)壓下部抗擠設(shè)計(jì)，水泥面上按雙向應(yīng)力；上部滿足抗拉和抗內(nèi)壓 （2）邊界載荷法（拉力余量法）邊界載荷法（拉力余量法） 在抗拉設(shè)計(jì)時，套管柱上下考慮同一個拉力余量。在抗拉設(shè)計(jì)時，套管柱上下考慮同一個拉力余量。（3）另最大載荷法、）另最大載荷法、AMOCO法、西德法、西德BEB法及前蘇聯(lián)方法等。法及前蘇聯(lián)方法等。第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)273、各層套管柱的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、各層套管柱的設(shè)計(jì)特點(diǎn)特點(diǎn)：下入的深度淺；在其頂

21、部安裝有套管頭，要承受以下各層套管的部分或全部重量；安裝有防噴器、采油樹等。側(cè)重點(diǎn)：主要考慮內(nèi)壓設(shè)計(jì)。（井噴關(guān)井時情況最為嚴(yán)重）表套表套特點(diǎn)：下入的深度較深；隔離和封隔各種復(fù)雜地層；在井噴時承受較大內(nèi)壓；具有較強(qiáng)的耐磨性。側(cè)重點(diǎn)：抗拉，抗內(nèi)壓（井噴關(guān)井），抗外擠（下入井深）技套技套特點(diǎn)：下入深度大，在其中下入油管，特別注意后期生產(chǎn)可能出現(xiàn)的各種情況。側(cè)重點(diǎn)：抗拉（下入深），抗外擠（下入深），抗內(nèi)壓（后期生產(chǎn)）油套油套第一節(jié)第一節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)28（1）基本設(shè)計(jì)思路（自下而上）基本設(shè)計(jì)思路（自下而上） 計(jì)算可能出現(xiàn)最大內(nèi)壓力，篩選符合抗內(nèi)壓強(qiáng)度套管計(jì)算可能出現(xiàn)最大內(nèi)壓力，篩選符合抗內(nèi)壓強(qiáng)

22、度套管 下部套管段按抗擠設(shè)計(jì)，上部按抗拉設(shè)計(jì)，各危險斷下部套管段按抗擠設(shè)計(jì)，上部按抗拉設(shè)計(jì)，各危險斷面最小安全系數(shù)要大于或等于規(guī)定值。面最小安全系數(shù)要大于或等于規(guī)定值。 通式：通式：套管強(qiáng)度套管強(qiáng)度 外載外載安全系數(shù)安全系數(shù) 水泥面以上套管抗擠強(qiáng)度考慮雙向應(yīng)力影響水泥面以上套管抗擠強(qiáng)度考慮雙向應(yīng)力影響 軸向拉力通常按套管在空氣中的重力計(jì)算；軸向拉力通常按套管在空氣中的重力計(jì)算； 當(dāng)考慮雙向應(yīng)力時，按浮重計(jì)算。當(dāng)考慮雙向應(yīng)力時，按浮重計(jì)算。第二節(jié)第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)4、套管柱設(shè)計(jì)的等安全系數(shù)法、套管柱設(shè)計(jì)的等安全系數(shù)法29第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù) 注水泥：注水泥：從井口經(jīng)套管柱

23、將水泥漿注入井壁與套管柱從井口經(jīng)套管柱將水泥漿注入井壁與套管柱 環(huán)空，將套管柱和地層巖石固結(jié)起來的過程環(huán)空，將套管柱和地層巖石固結(jié)起來的過程 注水泥目的：注水泥目的：固定套管固定套管+ +封隔井內(nèi)的油氣水層封隔井內(nèi)的油氣水層油井水泥油井水泥水泥漿性能水泥漿性能注水泥設(shè)備與工藝注水泥設(shè)備與工藝注水泥設(shè)計(jì)與計(jì)算注水泥設(shè)計(jì)與計(jì)算提高注水泥質(zhì)量措提高注水泥質(zhì)量措施施本本節(jié)節(jié)內(nèi)內(nèi)容容注注水水泥泥技技術(shù)術(shù)內(nèi)內(nèi)容容選擇水泥選擇水泥設(shè)計(jì)水泥漿性能設(shè)計(jì)水泥漿性能選擇水泥外加劑選擇水泥外加劑井眼準(zhǔn)備井眼準(zhǔn)備注水泥工藝設(shè)計(jì)注水泥工藝設(shè)計(jì)第二章第二章 套管柱設(shè)計(jì)與固井套管柱設(shè)計(jì)與固井30注水泥基本要求注水泥基本要求（

24、1）水泥漿）水泥漿返高返高和管內(nèi)水泥塞和管內(nèi)水泥塞高度高度符合設(shè)計(jì)要求符合設(shè)計(jì)要求（2）注水泥段環(huán)空鉆井液全被水泥漿替換，）注水泥段環(huán)空鉆井液全被水泥漿替換，無殘留無殘留（3）水泥石與套管及井壁）水泥石與套管及井壁膠結(jié)強(qiáng)度膠結(jié)強(qiáng)度足夠，耐酸化足夠，耐酸化 壓裂及沖擊。壓裂及沖擊。（4）凝固后管外不冒油、氣、水，環(huán)空內(nèi)各壓力）凝固后管外不冒油、氣、水，環(huán)空內(nèi)各壓力 體系體系不互竄不互竄。（5）水泥石能經(jīng)受油、氣、水）水泥石能經(jīng)受油、氣、水長期侵蝕長期侵蝕。第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)固井的特點(diǎn)固井的特點(diǎn)（1）是一次性工程）是一次性工程（經(jīng)常無法采取補(bǔ)救措施）（經(jīng)常無法采取補(bǔ)救措施）（2）是

25、隱蔽性工程）是隱蔽性工程（看不見摸不著）（看不見摸不著）（3）一項(xiàng)復(fù)雜工程）一項(xiàng)復(fù)雜工程（工期短，工序多，技術(shù)強(qiáng)）（工期短，工序多，技術(shù)強(qiáng)）（4）花錢多的工程）花錢多的工程（投入大）（投入大）（5）是鉆井工程和完井工程中的一道關(guān)鍵工序）是鉆井工程和完井工程中的一道關(guān)鍵工序（油井百年大計(jì)，固井質(zhì)量第一）（油井百年大計(jì)，固井質(zhì)量第一）第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)32一、油井水泥一、油井水泥波特蘭波特蘭(Portland)水泥（硅酸鹽水泥）的一種。水泥（硅酸鹽水泥）的一種。 對油井水泥的基本要求：對油井水泥的基本要求： （1）配漿性好，在規(guī)定時間內(nèi)保持流動性；）配漿性好，在規(guī)定時間內(nèi)保持流動性

26、； （2）在井下溫度及壓力下性能穩(wěn)定；）在井下溫度及壓力下性能穩(wěn)定； （3）在規(guī)定時間內(nèi)凝固并達(dá)到一定強(qiáng)度；）在規(guī)定時間內(nèi)凝固并達(dá)到一定強(qiáng)度； （4）能和外加劑相配合，調(diào)節(jié)各種性能；）能和外加劑相配合，調(diào)節(jié)各種性能； （5）水泥石具有很低的滲透性。）水泥石具有很低的滲透性。第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)331、油井水泥的主要成分、油井水泥的主要成分（1）硅酸三鈣）硅酸三鈣 水泥的主要成分，一般的含量為水泥的主要成分，一般的含量為40%65% 對水泥強(qiáng)度，尤其是對水泥強(qiáng)度，尤其是早期早期強(qiáng)度有較大影響強(qiáng)度有較大影響 高早期強(qiáng)度水泥中含高早期強(qiáng)度水泥中含60%65%， 緩凝水泥中含緩凝水泥中含

27、40%45%（2）硅酸二鈣）硅酸二鈣 含量一般在含量一般在24%30%之間之間 水化反應(yīng)慢水化反應(yīng)慢 ，強(qiáng)度增長慢；對水泥，強(qiáng)度增長慢；對水泥最終最終強(qiáng)度有影響。強(qiáng)度有影響。)(332SCSiOCaO簡稱)(222SCSiOCaO簡稱第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)34（3）鋁酸三鈣）鋁酸三鈣 促進(jìn)水泥快速水化，決定促進(jìn)水泥快速水化，決定水泥初凝和稠化時間水泥初凝和稠化時間 對水泥漿的流變性及早期的強(qiáng)度有較大的影響對水泥漿的流變性及早期的強(qiáng)度有較大的影響 對硫酸鹽極為敏感對硫酸鹽極為敏感 對于有較高的早期強(qiáng)度的水泥，其含量可達(dá)對于有較高的早期強(qiáng)度的水泥，其含量可達(dá)15%（4）鐵鋁酸四鈣）鐵鋁

28、酸四鈣 對強(qiáng)度影響較小，水化速度僅次于對強(qiáng)度影響較小，水化速度僅次于 早期強(qiáng)度增加較快，含量為早期強(qiáng)度增加較快，含量為8% 12% 除了以上四種成分外，還有石膏、堿金屬的氧化物等。除了以上四種成分外，還有石膏、堿金屬的氧化物等。)(3332ACOAlCaO簡稱)(4432322AFCOFeOAlCaO簡稱AC3第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)352、水泥的水化、水泥的水化水泥與水混成水泥漿后，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成各種水化物，水泥與水混成水泥漿后，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成各種水化物，逐漸由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，使水泥硬化和凝結(jié)，形成水泥石。逐漸由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，使水泥硬化和凝結(jié)，形成水泥石。（1）水泥的水化反應(yīng)

29、）水泥的水化反應(yīng) 水泥的主要成分與水發(fā)生的水化反應(yīng)為：水泥的主要成分與水發(fā)生的水化反應(yīng)為：22222222223223223232232232322()2236364736CaO SiOH OCaO SiO H O Ca OHCaO SiOH OCaO SiO H OCaO Al OH OCaO Al OH OCaO Al OFe OH OCaO Al OH O CaO Fe O H O其他二次反應(yīng)，生成物有硅酸鹽水化產(chǎn)物及氫氧化鈣等；其他二次反應(yīng)，生成物有硅酸鹽水化產(chǎn)物及氫氧化鈣等；在反應(yīng)過程中，各種水化產(chǎn)物均逐漸凝聚，使水泥硬化。在反應(yīng)過程中，各種水化產(chǎn)物均逐漸凝聚，使水泥硬化。第二節(jié)第二

30、節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)36（2）水泥凝結(jié)與硬化）水泥凝結(jié)與硬化 水泥硬化分為三個階段：水泥硬化分為三個階段：溶膠期，凝結(jié)期，硬化期溶膠期，凝結(jié)期，硬化期 水泥石主要由三部分組成：水泥石主要由三部分組成： 無定性物質(zhì)（水泥膠），晶體結(jié)構(gòu)，互連成整體。無定性物質(zhì)（水泥膠），晶體結(jié)構(gòu)，互連成整體。 氫氧化鈣晶體，是水化反應(yīng)的產(chǎn)物氫氧化鈣晶體，是水化反應(yīng)的產(chǎn)物 未水化的水泥顆粒未水化的水泥顆粒第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)373、油井水泥分類、油井水泥分類（1）API水泥分類：水泥分類： A-H八級八級 A級級 ： 01828.8 m ,中熱，溫度中熱，溫度76.7 0C B級：級： 01828

31、.8 m ,中熱，溫度中熱，溫度76.7 0C，中高抗硫中高抗硫兩種兩種 C級：級： 01828.8 m , 76.7 0C ，高早期強(qiáng)度，高早期強(qiáng)度，普通、中高抗硫普通、中高抗硫 D級級 ： 1828.8 3050m , 76127 0C ，中溫中壓，中溫中壓，中高抗硫中高抗硫 E級級 ： 3050 4270m , 76143 0C ，高溫高壓，高溫高壓，中高抗硫中高抗硫兩種兩種 F級級 ：3050 4880m , 110160 0C ，超高溫超高壓超高溫超高壓， 中高抗硫中高抗硫 G級和級和H級級 ：0 2440m , 093 0C ， 中、高抗硫中、高抗硫兩種兩種第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)

32、注水泥技術(shù)38APIAPI級級別別 使用深度使用深度 范圍范圍m m類類 型型 備備 注注普普通通抗硫酸鹽型抗硫酸鹽型中中高高A A 0 018301830普通水泥，無特殊性能要求普通水泥，無特殊性能要求B B中熱水泥，中和高抗硫酸鹽型中熱水泥，中和高抗硫酸鹽型C C早強(qiáng)水泥，分普通、中和高抗硫酸鹽型早強(qiáng)水泥，分普通、中和高抗硫酸鹽型D D1830183030503050用于中溫中壓條件，分中和高抗硫酸鹽型用于中溫中壓條件，分中和高抗硫酸鹽型E E3050305042704270基質(zhì)水泥加緩凝劑，高溫高壓條件，分中和高抗硫基質(zhì)水泥加緩凝劑，高溫高壓條件，分中和高抗硫酸鹽型酸鹽型F F30503

33、05048804880基質(zhì)水泥加緩凝劑，超高壓、高溫用，分中和高抗基質(zhì)水泥加緩凝劑，超高壓、高溫用，分中和高抗硫酸鹽型硫酸鹽型G G 0 024402440基質(zhì)水泥，分中和高抗硫酸鹽型基質(zhì)水泥，分中和高抗硫酸鹽型H HAPIAPI水泥使用范圍水泥使用范圍第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)39（2）國產(chǎn)以溫度系列為標(biāo)準(zhǔn)的油井水泥）國產(chǎn)以溫度系列為標(biāo)準(zhǔn)的油井水泥檢驗(yàn)項(xiàng)目及類別檢驗(yàn)項(xiàng)目及類別水水 泥泥 分分 類類4545C C水泥水泥7575C C水泥水泥9595C C水泥水泥120120C C水泥水泥適用井深適用井深/m/m0 01500150015001500250025002500250035

34、0035003500350050005000MgMg含量含量/ /5 55 55 56 6SOSO3 33.53.53.53.53 33 3細(xì)度細(xì)度(0.08mm(0.08mm篩篩)/)/篩余篩余1515151515151515安定性安定性( (沸煮法沸煮法) )合格合格合格合格合格合格合格合格靜止流動度靜止流動度/mm/mm200200200200180180180180水泥漿流動度水泥漿流動度/mm/mm240240240240220220220220水泥漿密度水泥漿密度/(g/(gcmcm-3-3) )1.851.850.020.021.851.850.020.021.851.850.0

35、20.021.851.850.020.02自由水自由水( (析水析水)/)/1.01.01.01.01.01.01.04.048h4.0（抗折）（抗折）不低于不低于4.04.03.53.5常壓常壓48h48h（抗折）（抗折）不低于不低于3.53.5常壓常壓48h48h（抗折）（抗折）120 120 C C養(yǎng)護(hù)壓力養(yǎng)護(hù)壓力2.1MPa2.1MPa抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度48h15MPa48h15MPa第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)40第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)二、水泥漿性能二、水泥漿性能1、水泥漿基本參數(shù)、水泥漿基本參數(shù)水泥漿密度水泥漿稠化時間水泥漿的失水水泥漿凝結(jié)時間水泥石強(qiáng)度和抗蝕性水泥

36、石滲透率41 水泥漿密度水泥漿密度 干水泥密度 3.053.20 水泥完全水化所需要的水為水泥重量的20%左右 使水泥漿能流動加水量應(yīng)達(dá)到水泥重量45% 50% 水泥漿密度 1.80 1.90 之間 水灰比：水與干水泥重量之比。 水泥漿稠化時間水泥漿稠化時間 水泥漿從配制開始到其稠度達(dá)到其規(guī)定值所用的時間。水泥漿從配制開始到其稠度達(dá)到其規(guī)定值所用的時間。 API標(biāo)準(zhǔn)：開始混拌到稠度達(dá) 100 BC 所用時間。 初始15 30 min 內(nèi)，稠化值應(yīng)小于30 BC， 現(xiàn)場總施工時間內(nèi)，稠度在50 BC以內(nèi)。3/cmg3/cmg第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)42水泥漿失水：水泥漿失水：用30 m

37、in 失水量表示。未處理：100ml/30min水泥漿凝結(jié)時間：水泥漿凝結(jié)時間：從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的時間。 封固表層及技術(shù)套管，需早期較高強(qiáng)度，以便下道工序； 侯凝 8 h左右，開始凝結(jié)為水泥石，抗壓強(qiáng)度 2.3MPa 以上。 y水泥石強(qiáng)度水泥石強(qiáng)度 能支撐和加強(qiáng)套管；能承受鉆柱的沖擊載荷 能承受射孔、酸化壓裂等增產(chǎn)措施作業(yè)壓力，API規(guī)定，射孔程度水泥石抗壓強(qiáng)度大于13.8MPaz水泥石的抗蝕性水泥石的抗蝕性 主要應(yīng)能抗硫酸鹽腐蝕?？刂艭3A含量，低于3%。加入礦渣、石英砂等提高抗硫的能力。第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)432、水泥外加劑、水泥外加劑 （1）加重劑：）加重劑：重晶石重晶石

38、、赤鐵粉等，使水泥漿密度達(dá)、赤鐵粉等，使水泥漿密度達(dá) 2.3 （2）減輕劑：）減輕劑：硅藻土、粘土粉、瀝青粉、玻璃微珠、火山灰等。硅藻土、粘土粉、瀝青粉、玻璃微珠、火山灰等。 可使水泥可使水泥 漿的密度降到漿的密度降到 1.45 （3）緩凝劑：）緩凝劑：丹寧酸鈉、酒石酸、硼酸、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鈉、丹寧酸鈉、酒石酸、硼酸、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鈉、 羧甲基羥乙羧甲基羥乙 基纖維素等?；w維素等。 （4）促凝劑：）促凝劑：氯化鈣、硅酸鈉、氯化鉀等氯化鈣、硅酸鈉、氯化鉀等 （5）減阻劑：）減阻劑：奈磺酸甲醛的縮合物、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鈉、奈磺酸甲醛的縮合物、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鈉、 木質(zhì)素磺酸木質(zhì)素磺酸 鈉等。低速下進(jìn)

39、入紊流鈉等。低速下進(jìn)入紊流 （6）降失水劑：）降失水劑：羧甲基羥乙基纖維素、丙烯酸胺、粘土等。羧甲基羥乙基纖維素、丙烯酸胺、粘土等。 （7）防漏失劑：）防漏失劑：瀝青粒、纖維材料等瀝青粒、纖維材料等3/cmg3/cmg第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)443、特種水泥、特種水泥 （1）觸變性水泥：）觸變性水泥：水泥漿靜止時，形成膠凝狀態(tài)，但流動時水泥漿靜止時，形成膠凝狀態(tài)，但流動時膠凝狀態(tài)被破壞，流動性良好。膠凝狀態(tài)被破壞，流動性良好。 （2）膨脹水泥：）膨脹水泥： 凝固時體積略膨脹。用于高壓氣井。凝固時體積略膨脹。用于高壓氣井。 （3）防凍水泥）防凍水泥 ：地表溫度較低地區(qū)表層套管固井。地表

40、溫度較低地區(qū)表層套管固井。 （4）抗鹽水泥）抗鹽水泥 （5）抗高溫水泥）抗高溫水泥 ：普通水泥普通水泥230時抗壓強(qiáng)度降低到時抗壓強(qiáng)度降低到50%，G級水泥石英砂含量級水泥石英砂含量30%，抗高溫，抗高溫328，鋁酸三鈣含量，鋁酸三鈣含量30%，抗高溫抗高溫500。 （6）輕質(zhì)水泥）輕質(zhì)水泥第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)454、前置液、前置液 將水泥漿與鉆井液隔開，起隔離、緩沖、沖洗作用，將水泥漿與鉆井液隔開，起隔離、緩沖、沖洗作用，可提高固井質(zhì)量。包括：可提高固井質(zhì)量。包括：沖洗液沖洗液+ 隔離液隔離液 （1）沖洗液）沖洗液：低粘度、低剪切速率 、低密度，用于有效沖洗井壁及套管壁，清洗殘

41、存鉆井液及泥餅。 密度1.03 g/cm3 ，環(huán)空高度小于250m （2）隔離液）隔離液： 有效隔開鉆井液與水泥漿；形成平面推進(jìn)型頂替；對低壓漏失層起緩沖；較高浮力拖曳力。 較黏稠、較高密度、較大靜切力；環(huán)空高度200m第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)三、注水泥設(shè)備與工藝三、注水泥設(shè)備與工藝1、注水泥漿主要設(shè)備、注水泥漿主要設(shè)備水泥車、水泥罐車、供液車水泥車、水泥罐車、供液車管匯車、壓塞車等管匯車、壓塞車等2、主要工具、主要工具水泥頭、浮箍、浮鞋、水泥頭、浮箍、浮鞋、承托環(huán)、回壓凡爾、承托環(huán)、回壓凡爾、扶正器、碰壓塞等扶正器、碰壓塞等第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù) 下套管下套管水泥頭：套

42、管柱最上端，上、下膠塞.下膠塞為中空，在壓力作用下可壓破上膠塞為實(shí)心，隔離鉆井液與水泥漿 碰壓：碰壓：上、下膠塞碰到一起將通道堵死，泵壓急劇上升 侯凝侯凝：24小時或48小時，也有72小時或幾小時的，候凝時間的長短視水泥漿凝固及強(qiáng)度增長的快慢而定。第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)概述概述（a a）循環(huán)鉆井液）循環(huán)鉆井液 （b b）注隔離液和水泥漿）注隔離液和水泥漿 （c c）替漿）替漿 （d d）替漿）替漿 （e e）碰壓）碰壓1 1壓力表壓力表 2 2上膠塞上膠塞 3 3下膠塞下膠塞 4 4鉆井液鉆井液 5 5浮箍浮箍 6 6引鞋引鞋7 7水泥漿水泥漿 8 8隔離液隔離液 9 9鉆井液鉆井

43、液50四、注水泥設(shè)計(jì)與計(jì)算四、注水泥設(shè)計(jì)與計(jì)算1.水泥漿密度：水泥漿密度：單位體積的水泥漿內(nèi)各種成分的質(zhì)量總和。 即：的的水泥質(zhì)量+外摻料的質(zhì)量+水的質(zhì)量水泥漿密度=水泥漿體積2.水泥量的計(jì)算：水泥量的計(jì)算：水泥漿總量：水泥漿總量：12VVVV3m1V3m2V3m注入水泥漿體積，環(huán)空水泥漿體積， 管內(nèi)水泥塞體積，第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)51環(huán)空水泥漿量環(huán)空水泥漿量：iii2 22 21 1V V = =D D - -d dH H4 41V3miDidiH環(huán)空水泥漿體積，井眼直徑，m 套管外徑，m 對應(yīng)環(huán)空水泥段長度，m管內(nèi)水泥漿量：管內(nèi)水泥漿量：224ciVd h2V3midmihm

44、管內(nèi)水泥塞體積，套管內(nèi)徑，水泥塞長度， 干水泥量：干水泥量： /csfNVVcNsV3mfV3m 干水泥質(zhì)量，kg 水泥漿總體積，每千克水泥配成水泥漿后的體積，第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)52配漿用水量：配漿用水量：wcVQ mwV3mmcQ理論用水量，水灰比 總水泥量，kgu井場實(shí)際備水量應(yīng)在理論用水量的基礎(chǔ)上附加50%100%。u實(shí)際注水泥要依據(jù)測井井徑資料，平均井徑的計(jì)算要取段準(zhǔn)確。u對于不測井徑的井，井徑一般按鉆頭尺寸附加15%30%計(jì)算水泥量。 實(shí)際注水泥量的確定實(shí)際注水泥量的確定 在固井施工中，實(shí)際注水泥量的確定在水泥漿量設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上還要參考下面幾種因素。 （1 1）實(shí)測井徑

45、的準(zhǔn)確性）實(shí)測井徑的準(zhǔn)確性 （2 2）鄰井固井施工情況）鄰井固井施工情況 （3 3）鉆井施工情況）鉆井施工情況 （4 4）固井前循環(huán)洗井情況）固井前循環(huán)洗井情況 第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)533、頂替設(shè)計(jì)、頂替設(shè)計(jì)頂替頂替就是有效驅(qū)替環(huán)空鉆井液，使水泥漿達(dá)到預(yù)定位置并充滿環(huán)空的過程。頂替量計(jì)算：頂替量計(jì)算：2i4uiiQK LduQ3miLmidmiK 頂替液總量，不同壁厚段套管長度，不同壁厚段套管內(nèi)徑，不同壁厚段壓縮系數(shù)，一般取1.021.03。頂替時間計(jì)算：頂替時間計(jì)算： 計(jì)算頂替時間時，首先要考慮頂替排量。 同時也要考慮井眼的實(shí)際條件和鉆井泵的類型 。第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水

46、泥技術(shù)VTQ544、頂替鉆井液壓力計(jì)算、頂替鉆井液壓力計(jì)算環(huán)空靜液柱壓力：環(huán)空靜液柱壓力：1112233440.00981 () 10phhhh1p環(huán)空靜液柱壓力，MPa 1hm 鉆井液段長度，2hm 隔離液段長度，3hm 領(lǐng)漿水泥段長度，4hm尾隨水泥段長度，13kg / m鉆井液密度，23kg / m隔離液密度，33kg / m領(lǐng)漿水泥漿密度，43kg / m尾隨水泥漿密度， 組合為：尾漿、前導(dǎo)漿、前置液、鉆井液組合為：尾漿、前導(dǎo)漿、前置液、鉆井液公式：第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)55流動阻力流動阻力 流動阻力 的計(jì)算公式：20.001(3 5)pHMPa 2p流動阻力也可以按循環(huán)鉆

47、井液時鉆井泵不同排量下的泵壓計(jì)算。 頂替鉆井液最高施工壓力頂替鉆井液最高施工壓力 由于采用了不同密度的流體，在套管內(nèi)外形成的壓差，頂替最高泵壓計(jì)算公式：max12cppppmaxp最高泵壓，MPa 1p環(huán)空最大靜液柱壓力，MPa 2p管內(nèi)外流動阻力，MPa cp套管內(nèi)靜液柱壓力，MPa 第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)565、水泥漿完全、水泥漿完全“失重失重”時靜液柱壓力時靜液柱壓力u水泥漿失重水泥漿失重是指水泥漿發(fā)生物理、化學(xué)變化時不能對地層傳遞有效壓力。u水泥漿失重主要是由于水泥漿膠凝成水泥漿網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和水泥漿體積收縮引起。310fsspgH計(jì)算公式： fp水泥柱完全失重時的靜液柱壓力，M

48、Pa s 水泥漿失重時的當(dāng)量密度，通常取1.07 sHm水泥漿的高度，g重力加速度，m/s2 第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)57五、提高注水泥質(zhì)量的措施五、提高注水泥質(zhì)量的措施第二節(jié)第二節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)1、影響注水泥質(zhì)量的因素、影響注水泥質(zhì)量的因素 （1）頂替效率低，產(chǎn)生竄槽）頂替效率低，產(chǎn)生竄槽 注水泥井段注水泥井段 頂替效率頂替效率 = 100% 任一截面任一截面 頂替效率頂替效率 = 100% 竄槽：竄槽： 水泥漿不能將環(huán)空中鉆井液完全替走，而使環(huán)形空水泥漿不能將環(huán)空中鉆井液完全替走，而使環(huán)形空間局部出現(xiàn)未被水泥漿封固住的現(xiàn)象。間局部出現(xiàn)未被水泥漿封固住的現(xiàn)象。 形成竄槽的原因：形成竄槽的原因：環(huán)形水泥漿體積環(huán)形水泥漿體積環(huán)形空間體積環(huán)形空間體積環(huán)形水泥漿面積環(huán)形水泥漿面積環(huán)形空間截面積環(huán)形空間截面積 套管不居中；套管不居中； 井眼不規(guī)則；井眼不規(guī)則； 水泥漿性能及頂替措施不當(dāng)水泥漿性能及頂替措施不當(dāng)58（2）水泥漿凝結(jié)過程中油氣水上竄）水泥漿凝結(jié)過程中油氣水上竄 引起油氣水