《固井施工技術(shù)》ppt課件

1、 固井是怎個建井周期的重要環(huán)節(jié)，固井質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到油.氣田的勘探與開發(fā)，一口井的勝利與否，往往與工程設(shè)計和施工工藝技術(shù)有著親密的聯(lián)絡(luò)。 隨著鉆井技術(shù)的開展.深井.定向井.大斜度井.調(diào)整井是今后鉆井開展的方向。因此對固井工程來講，就面臨著更大的挑戰(zhàn)， 難度也就更大。 要想勝利的固好一口井，就必需采用新的方法.新的工藝.新的技術(shù)。 固井工程是一個系統(tǒng)工程,固井質(zhì)量的好壞，它與鉆井到完井過程中一切技術(shù)的施行有著很重要的關(guān)系。因此，影響固井質(zhì)量的緣由是一個綜合要素。為了能獲得較好的.甚至優(yōu)質(zhì)的固井質(zhì)量，就必需對影響固井質(zhì)量的要素有一個較為全面的了解，這樣才干提出一個合理的設(shè)計方案。 1.保證良好

2、的層間封隔，無竄流； 2.要有保證支撐套管、接受壓裂的水泥石強度； 3.具有耐地層水腐蝕的才干。 目的：下次開鉆能順利進展?jié)M足開采工藝 延伸消費壽命 1.頂替不完全 主要反映在：竄槽混漿 聲學(xué)特性差聲幅值偏高 2.漏失與竄流 液柱壓力與地層壓力達不到平衡 3.水泥漿體系設(shè)計不合理 超緩凝外加劑相溶性差 水泥漿與泥漿相溶性差問 題 出現(xiàn)機率 % 補救費用 $修補作業(yè)費 $ 返 高 不 足 35 5600 1960管 鞋 出 水 25 26100 6525頂 替 竄 槽 5 3000 150氣 竄 5 25900 1295單井修補費 用 9930 作業(yè)類型 根本作業(yè)費 $ 補救作業(yè)費 $ 補救根本

3、費 % 表 層 18100 9930 55 技 術(shù) 52200 7600 15 尾 管 22200 26600 120 產(chǎn)層 固井 23800 19900 841.要有完善的水泥漿設(shè)計 包括: 體系， 性能 ， 漿柱構(gòu)造。2.科學(xué)化的注水泥設(shè)計1.水泥漿設(shè)計的約束條件 A.了解油藏特性主要針對尾漿 水泥漿所在位置深度的油，氣，水流體性質(zhì)； 完井開采方式。 裸眼，射孔，酸化，壓裂，注水，熱采等。 B.地質(zhì)條件限制主要針對體系的選擇 井深，巖性，井溫； 地層壓力，孔隙壓力，漏失壓力，坍塌 壓力； 有無鹽層或腐蝕性流體。C.施工條件的限制主要針對注替工藝 井眼幾何尺寸，注水泥工藝方法； 混配方法，施

4、工設(shè)備才干； 密度控制才干，完井液處置情況。 配制和注替過程中,堅持可控的流動才干; 在井下溫度和壓力條件下堅持足夠的可泵時間; 靜止后應(yīng)具有快速凝固和體系穩(wěn)定的特性,并堅持體 積不變; 凝固后的水泥石強度滿足施工要求,致密性好, 抗腐 蝕; 有一定塑性,能抵抗射孔的震動和沖擊; 應(yīng)具有一定的 防竄才干.密度 硅酸鹽水泥本身的密度動搖范圍是：3.053.20 g/cm3 其中： C3S 3.15 g/cm3 C2S 3.28 g/cm3 C3A 3,04 g/cm3 C4AF 3.77 g/cm3 施工中水泥漿的密度主要與設(shè)計的水灰比，外摻料的密度及加量有關(guān)。 確定水泥漿密度的根本原那么： 水

5、泥漿密度下套管時完井液的密度 即: Cm0.24 g/cm3 施工中假設(shè)密度動搖大那么將導(dǎo)致水泥漿整體性能的改動： 如： 固化強度， 致密性， 水泥的收縮程度， 穩(wěn)定性等 因此，施工中控制水泥漿的密度變化范就顯得尤為重要。 水泥漿和泥漿均屬非牛頓液體，它的流動規(guī)律與牛頓液體有很大的差別，掌握水泥漿的流變性主要用于： a.計算注水泥和替泥漿時的施工參數(shù)排量，壓力選擇相順應(yīng)的施工設(shè)備； b.根據(jù)地層承壓才干，確定水泥漿的上返速度，以及流態(tài)確實定； 析水率的大小主要反映出漿體的穩(wěn)定性。 水泥漿屬于多相不穩(wěn)定體系，根據(jù)斯托克司方程可計算出固相顆粒的下沉速度。 V = 2s - wg d2s / 9 公

6、式中可以看出： a.下降速度與固相顆粒的直徑成正比； b.與液相的粘度成反比。 因此，析水率的大小與外摻料顆粒直徑的級配有很大的關(guān)系。 根據(jù)API規(guī)范要求：析水率1.4% 控制水泥漿的析水,其根本目的是保證水泥漿的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性的好壞主要表如今漿體靜止過程中漿柱密度的整體差別，假設(shè)漿柱上下密度差值大，那么水泥石的凝結(jié)特性將發(fā)生根本的改動，其后果將導(dǎo)致油、氣、水竄。特別是對于定向井、大斜度井來講，該項目的尤為重要。 水泥漿濾失性能對注水泥施工和固井質(zhì)量的影響不斷是鉆井界非常關(guān)懷和有爭議的問題。水泥漿的API失水量普通都很大，未進展失水控制的濾失量普通都在1000ml/30min以上，含自在水較多

7、的水泥漿在井下環(huán)形空間流動和候凝時，自在水有能夠進入地層，從而引起水泥漿性能發(fā)生變化，這些變化主要包括： a.水灰比的變化、b.密度的變化、c.流變性的變化、d.稠化時間縮短，e.甚至能夠喪失流動性。a.水泥漿的性質(zhì) 主要反映漿體本身的膠體性質(zhì)，只需當(dāng)水泥漿中分散的膠體離子數(shù)量足夠多時，水泥漿的失水就能控制到較小數(shù)值；b.壓差 壓差也是影響水泥漿失水的重要要素之一，按API規(guī)范，水泥漿實驗時的 壓差值規(guī)定為7MPa，從大量的實驗證明，水泥漿的失水量隨壓差值變化而變化； 工程 條件API失水Ml/30溫度。C壓差MPa平均失水速率ml/s平均壓降速率g/cm3.s無泥餅350350.75.30,

8、948250350.73.71.04150350.71.120.13有泥餅3503571.58 10-24.05 10-26005577.0 10-22.1 10-21507572.1 10-21.08 10-2 根據(jù)大量實驗研討證明，水泥水化時所需水量是水泥分量的2025%。在固井施工中為了保證水泥漿的流動性，設(shè)計時水泥漿的水灰比普通都確定在0.5左右，有時甚至高達0.8以上。 由于施工的要求，水泥漿中存在大量的過剩自在水，它不但使失水量添加，同時也伴隨著漿體的穩(wěn)定性下降，它所帶來的危害主要表如今： a.構(gòu)成上下連通的水道； b.構(gòu)成縱向或橫向水袋； 這是呵斥油氣水竄的根本緣由。 水泥漿失水

9、量的大小不但與水泥漿的體系有關(guān)，而且與地層的巖性以及滲濾介質(zhì)有關(guān)。 API規(guī)范中給出了計算及： 其中： Q30 30分鐘的失水量， QT T分鐘的失水量， T T分鐘 分鐘 公式在325目篩網(wǎng)，7MPa壓差下經(jīng)過實驗結(jié)果進展計算獲得，從計算結(jié)果分析，它并不代表真實的井下失水情況，僅能作為一個相對的衡量目的。那么水泥漿經(jīng)過實驗獲得的失水量與井下實踐的失水情況有什么關(guān)系。針對這個問題進展的研討闡明：TQTQ477.530 降失水劑加量API失水ml/30minAPI失水速率ml/s30-40md巖芯濾失速率ml/s30-40md巖芯有泥餅時濾失速率ml/s30-40md巖芯除去泥餅時濾失速率ml/

10、s%193246.1310-3130 10-30.15 10-390 10-30.6%1734.13 10-366.810-30.19 10-31.54 10-31.0%561.34 10-31.24 10-30.20 10-30.33 10-3 在不同降失水劑加量的情況下，雖然API的失水量差別很大，以及巖芯未被污染的條件下，水泥漿的失水有較大的差別；但是，當(dāng)巖芯上存在泥餅后，水泥漿的失水量呈數(shù)量級下降； 在不同壓差的情況下，巖芯上有泥餅和無泥餅的條件下，水泥漿的失水速率竟相差100倍。 這可以闡明，在井下當(dāng)井壁存在泥餅的形狀下，濾液向地層濾失的流動阻力大大添加，證明泥餅內(nèi)，外泥餅對阻撓水泥

11、漿濾液向地層濾失的作用不可無視。 實驗數(shù)據(jù)證明了滲濾介質(zhì)對失水的阻撓作用，這并不是說施工中可以不思索水泥漿的失水問題。降失水劑不但可以起到控制水泥漿失水的作用，同時更重要的是可以堅持水泥漿的穩(wěn)定性；使水泥漿在凝結(jié)過程中將自在水均勻地束縛在水泥石的孔隙內(nèi)，防止橫向水帶和縱向水槽的構(gòu)成，為提高固井質(zhì)量發(fā)明有利條件。 美國石油學(xué)會根據(jù)大量的固井資料和研討總結(jié)得出 水泥漿失水與控制固井質(zhì)量的關(guān)系： 0200 ml/30min 容易控制 200 500ml/30min 中級控制 5001000 ml/30min 勉強控制 1000 2000 ml/30min 不能控制根據(jù)API規(guī)定：定義 水泥漿在溫度和

12、壓力的作用下，經(jīng)過稠度儀測定水泥漿到達100BC的時間稱為稠化時間。 BC為力矩， 即100BC = 2080g cm 5.2 400g 水泥漿的稠化時間是指點施工的重要參數(shù)之一，影響水泥漿稠化時間的要素是多方面的，其中僅實驗中的攪拌方式的不同對稠化時間都有較大地影響。 美國修斯公司實驗證明： 用API攪拌器攪拌35秒 稠化時間 2:44 螺桿攪拌器攪拌5分鐘 稠化時間 5:12 由此證明，水泥漿的稠化時間必需按API規(guī)范規(guī)定的實驗方法進展，否那么將會給施工帶來不可挽回的損失。A.A.井深井深 APIAPI規(guī)范共給出規(guī)范共給出1111個井深范圍即：個井深范圍即： 310310，610610，1

13、8301830，24402440，30503050，36603660， 42704270，48804880，54905490，61006100米。米。 B.B.地溫梯度地溫梯度 APIAPI規(guī)范共給出規(guī)范共給出6 6個地溫梯度范圍即：個地溫梯度范圍即： 1.6, 2.0, 2.4, 2.7, 3.1, 3.5/100M1.6, 2.0, 2.4, 2.7, 3.1, 3.5/100M 確定 水泥漿稠化時間的實驗溫度，應(yīng)按照井底的最高循環(huán)溫度來進展。根據(jù)美國在墨西哥灣對井底循環(huán)溫度的統(tǒng)計可以看出，循環(huán)溫度與井底靜止溫度的關(guān)系； 即： 1828米 靜止溫度 76.6 循環(huán)溫度 46.6 3046米

14、 靜止溫度 107.2 循環(huán)溫度 60 比值： 0.608 1828M , 0.563046M 在我國油田對循環(huán)溫度的比值確定范圍普通在0.75 0.85，顯然比實踐的比值要大得多。 壓力是指水泥漿流動過程中的循環(huán)阻力，它是由管內(nèi)外的摩阻損失和漿體的靜液柱壓力組成，壓力值的大小主要以完井時泥漿密度來確定，API規(guī)范中給出的壓力值是不同井深其對應(yīng)的壓力不同，即： 1.2g/cm3 310，610，1220，1830，2440M； 1.4g/cm3 3050M； 1.7g/cm3 3660M； 1.9g/cm3 4270M； 2.0g/cm3 4880M； 2.2g/cm3 5490M ； 2.3

15、g/cm3 6100M。 由此可以看出，假設(shè)嚴(yán)厲按API規(guī)范來確定這三個實驗條件，那么完全可以保證施工的平安。 稠化時間 = 施工時間 + 12小時平安因子； 平安因子 深井5000M普通取23小時； 分級注水泥 實驗中還必需有1小時或更長的停機時間 ； 對于符合要求的稠化曲線其過渡時間的稠度應(yīng)30min 水泥石的抗壓強度是指抵抗外力破壞的才干，根據(jù)固井工程的要求應(yīng)滿足以下幾點：A.支撐和懸掛套管 經(jīng)研討闡明，水泥環(huán)支撐套管的才干：抗壓強度為0.35MPa時每米水泥環(huán)的支撐才干套管外徑英寸懸掛長度M51983257130228711919081031639851411082141116895套

16、管外徑英寸懸掛長度M51983257130228711919081031639851411082141116895a套管的外表情況 套管外表情況與膠結(jié)強度的關(guān)系外表狀況剪切力磅/吋 水力壓力磅/吋新的帶漆47200250新的去漆104300400新的有銹141500700新的噴砂或樹脂20011001200 井壁的泥餅情況是指附著于井壁外表泥餅質(zhì)量的好壞，也就是說不能存在大量的虛泥餅，這不但影響水泥的膠結(jié)，同時在水泥凝結(jié)過程中泥餅的干縮會呵斥油，氣，水竄的隱患。B應(yīng)具有一定的塑性 由資料引見和實驗證明，當(dāng)水泥石的強度值添加，銜接強度也添加，但水泥石的脆性就越大，其帶來的危害主要表如今： a接受

17、由鉆進時產(chǎn)生的沖擊載荷才干減弱， b射孔時容易發(fā)生裂痕，特別是小井眼更為重要。 根據(jù)大量的實際和室內(nèi)研討證明：a對表層，技術(shù)套管的固井，要滿足下次作業(yè)，即二次開鉆前的鉆水泥塞，換裝井口，倒換鉆具等， 水泥石的強度 3.5MPa；b對射孔，酸化壓裂等作業(yè)， 水泥石的最小強度 13.5MPa。 在井下水泥石被腐蝕主要表現(xiàn)有三種方式： 淡水腐蝕，離子交換腐蝕，硫酸鹽腐蝕 在這三種腐蝕中，硫酸鹽腐蝕最為普遍。 經(jīng)研討證明，溫度與腐蝕有著親密的關(guān)系，在2749這個范圍，硫酸鹽的腐蝕最嚴(yán)重。因此溫度較低的淺井比深井更容易被腐蝕。如何提高水泥石的耐腐蝕性， 普通采用的方法有：a控制水泥的礦物成分 API規(guī)定

18、，嚴(yán)厲控制C3A3CaO AL2O3 6H2O的含量。 C3A3CaO AL2O3 6H2O 6% 普通水泥同時滿足C4AF4CaO AL2O3 Fe2O3+ C3A 22% 水泥水化后生成的水化物CaOH2晶體最容易被腐蝕，因此要防止該類腐蝕，可參與與CaOH2產(chǎn)生反響的外摻料，同時還應(yīng)保證不影響水泥石的強度。c防止水泥石在高溫下的衰退 C3S2H3 C2SH A型片狀低強度結(jié)晶 C3S2H3 14MPa C2SH 1.9MPa C3S2H3+SiO2 CSH B型低堿性高強度結(jié)晶 CSH 32MPa 加量確實定： 必需在30 40%的范圍 C3S2H3 C2SH A型片狀低強度結(jié)晶 C3S

19、2H3 14MPa C2SH 1.9MPa C3S2H3+SiO2 CSH B型低堿性高強度結(jié)晶 CSH 32MPa 加量確實定： 必需在30 40%的范圍 水泥石浸透率的大小與水泥漿的體系有關(guān)，正常密度的水泥石根本可滿足施工的要求，但加有外摻料的水泥漿體系那么應(yīng)思索浸透率能否符合要求。 API規(guī)范規(guī)定： 水泥石在1.4MPa的壓差下不浸透。保證套管在井內(nèi)有足夠的居中度；注水泥之前應(yīng)充分循環(huán)泥漿，調(diào)整好完井液的各項性能，使之滿足水泥頂替的根本要求；有條件的情況下，盡能夠保證使水泥漿到達紊流頂替；頂替液要有足夠的環(huán)空紊流接觸時間。 如何利用現(xiàn)有條件,采用什么方法滿足這些根本原那么,是實踐施工中必

20、需仔細思索的問題。雖然設(shè)計出了比較好的水泥漿體系，施工中沒有相應(yīng)的技術(shù)保證和技術(shù)措施的落實，同樣不能夠獲得好固井質(zhì)量。 固工程是一項系統(tǒng)工程，它與許多要素有關(guān)，同時相互之間又有很親密的內(nèi)在聯(lián)絡(luò)，因此施工技術(shù)措施的制定和落實就顯得非常重要。 國內(nèi)外在研討水泥漿頂替機理方面，都以為紊流流態(tài)頂替是提高環(huán)空頂替效率的最正確流型。要使水泥漿在環(huán)空到達紊流形狀，普通采用的方法是調(diào)整水泥漿的流變性能或在施工中提高頂替排量，但是在注水泥施工中不僅要求流態(tài)滿足設(shè)計要求，同時還應(yīng)思索注水泥時漿柱壓力和動壓與地層壓力的平衡關(guān)系，這樣就提出了平衡壓力注水泥技術(shù)。平衡壓力固井技術(shù)所要處理的問題有以幾個方面： 做到地層和

21、地層流體,不因流動壓力或水泥漿失重引起的地層破漏和油、氣、水竄槽; 即:保證水泥漿在注替過程及水泥漿在凝結(jié)過程中的壓力平衡關(guān)系: PPPF PF0 PP地層孔隙壓力, PF注替壓力和水泥漿柱壓力, PF0地層破漏壓力。 優(yōu)選水泥漿、隔離液的頂替流態(tài)及合理的流變性能,提高裸眼段的頂替效率。 要做到環(huán)空頂替時的壓力平衡關(guān)系,就必需控制水泥漿的流變性能和它的上返速度,使之堅持地層壓力允許的范圍。這就是注水泥施工要求的流變學(xué)設(shè)計。 根據(jù)中石油公布的注水泥流變學(xué)設(shè)計規(guī)范,流變方式的選擇應(yīng)根據(jù)水泥漿的剪切速率與剪切應(yīng)的吻合程度來確定,其判別的規(guī)范為: F = 200 100/300 100 當(dāng)F =0.5

22、0.003時,選用賓漢方式,反之那么選用冪律方式。式中 “后面的數(shù)值表示被測液體在旋轉(zhuǎn)粘度計上的讀值。 水泥漿流變能的設(shè)計，主要根據(jù)地層破裂壓力或漏失壓力與水泥漿柱的 壓力平衡關(guān)系，從限制水泥漿在環(huán)空的最高上返速度來確定水泥漿流變性的合理范圍。根據(jù)上述原那么，水泥漿的上返速度和流變性應(yīng)滿足以下要求：賓漢液體： VC S 0s 冪律液體： VC n 0.6 k LDDPPSeWhaFb)(95. 0(16.435)(101224eWDDSsLDDPPseWhaFb)(95. 0(2 .681snewnCDDV)(57. 02300)(SCeWVDD式中： VC思索平衡壓力固井時環(huán)空允許的最大上返

23、速 度；M/S S塑性粘度 ； Pa.S O_ 動切應(yīng)力 ； Pa DW_平均井徑 ； De_套管外徑 ； n流性指數(shù) ； k稠度系數(shù) ； Pa.sn PFb地層破裂壓力；MP Pha環(huán)空靜液柱壓力； MP L 井深； M 根據(jù)上述約束條件，計算出相應(yīng)的VC、n、k值1水泥漿在環(huán)空的臨界雷諾數(shù) NRec3470-0nn2.092 lg300/ 100 k0.511300/511n 2水泥漿在環(huán)空的實踐上返速度VC1nneWnScDDnnKN221Re)(48()83. 0(QC 經(jīng)過對水泥漿頂替參數(shù)的計算，要使水泥漿在環(huán)空到達紊流，計算結(jié)果能夠出現(xiàn)兩種情況： 計算結(jié)果滿足約束條件； 計算結(jié)果不

24、能滿足約束條件，或者計算出的施工參數(shù)根本無法實現(xiàn)。40)(22eWCDDV 那么出現(xiàn)后一種情況時,就必需調(diào)整水泥漿的流變參數(shù)，或降低頂替排量。往往經(jīng)過調(diào)整的水泥漿和降低排量后，水泥漿在環(huán)空的流速根本上都屬于層流范圍，那么在這種流態(tài)下如何保證環(huán)空的頂替效率，是設(shè)計人員在設(shè)計中必需思索的問題。 在水泥漿設(shè)計中，為了保證水泥漿石符合工程設(shè)計的要求，普通在設(shè)計和調(diào)整方案時應(yīng)思索以下幾個方面的問題： 1設(shè)計出的水泥漿必需堅持良好的穩(wěn)定性，無自在水析出； 2在設(shè)計溫度下具有良好的早強性能； 3具有一定的防竄性和觸變性。 由上述三點的設(shè)計準(zhǔn)那么可以看出，在確定水泥漿的性能時，主要思索水泥漿在靜止形狀下的物理

25、化學(xué)性能。提高環(huán)空的頂替效率，其目的是為水泥漿提供良好的凝結(jié)條件，那么如何在現(xiàn)有的地層條件和設(shè)備才干下獲得良好的固井質(zhì)量，使水泥漿在井下堅持室內(nèi)實驗應(yīng)具有的性能。 過份追求水泥漿在環(huán)空流動時到達紊流形狀，將遭到諸多要素的限制，改善水泥漿性能時要綜合思索其它性能的變化，特別是漿體的穩(wěn)定性和早強性。 要使水泥漿在環(huán)空到達紊流流態(tài)，是一切參與固井施工的工程技術(shù)員所期望的，也是大家公認(rèn)的一種提高頂替效率的手段。但是往往遭到許多條件的限制，而真正使水泥漿到達紊流頂替的并不多見。有時在施工中排量和流變性水泥漿似乎都很好，施工也延續(xù)，未出現(xiàn)任何異常景象，但最終施工結(jié)果令人不稱心，甚至還能夠出現(xiàn)不合格。井號實

26、際施工排量M2/min紊流臨界返速需要的排量領(lǐng)漿M2/min尾漿M2/min文141.34.646.135.967.19鮮41.253.725.913.125.79鮮51.133.147.2510.5747.67鮮61.453.497.4117.0526.02 由表中數(shù)據(jù)對比,實踐的施工排量在18.824L/S,但是與到達紊流的臨界排量相差甚遠，而水泥漿在環(huán)空的流態(tài)經(jīng)計算獲得屬低速層流。 鑒于上述情況，為了提高頂替效率，防止水泥漿在頂替時，由于施工排量達不到紊流而能夠出現(xiàn)的尖峰型層流；在實踐施工中對原完井液進展了處置，使完井液具有較低的粘度和切力，使它能在低上返速度下到達紊流。見表2.2井號類

27、別漏斗粘度S密度g/3初切10s終切10min泥餅濾失mlPVPa.SYPPa文14原井漿1281.1833460.320.4252.5稀釋后301.0811.50.480.0050鮮4原井漿331.074.5100.570.0118.18稀釋后171.0411.50.5120.0040.51鮮5原井漿291.07130.460.0174.59稀釋后18.51.03000.4110.0090.15鮮6原井漿481.070.540.470.0185.11稀釋后221.04000.4100.0060.51 1能在低返速下低排量完井液可到達較高 的紊流速度,即所需求的臨界排量小見表2.3； 2對泥漿的頂替效