第2章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及固井

1、 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井1鉆開儲集層（生產(chǎn)層）；下套管、注水泥固井，射孔、生產(chǎn)管柱、完井測試、防砂排液；確定完井井底結(jié)構(gòu)，使井眼與產(chǎn)層連通；安裝井底和井口裝置，投產(chǎn)措施等；完井工程內(nèi)容:使井眼與油氣儲集層（產(chǎn)層、生產(chǎn)層）使井眼與油氣儲集層（產(chǎn)層、生產(chǎn)層）連通的工序連通的工序（Well Completion），聯(lián)系鉆井和采油生產(chǎn)的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。聯(lián)系鉆井和采油生產(chǎn)的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。完井概念： 前次課內(nèi)容回顧：前次課內(nèi)容回顧： 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井2前次課內(nèi)容回顧：前次課內(nèi)容回顧：第一章第一章 完井的工程地質(zhì)基礎(chǔ)完井的工程地質(zhì)基礎(chǔ)主要碎屑巖和碳

2、酸巖主要碎屑巖和碳酸巖 少量巖漿巖和變質(zhì)巖，甚至頁巖少量巖漿巖和變質(zhì)巖，甚至頁巖孔隙度、滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)、潤濕性孔隙度、滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)、潤濕性油、氣、水油、氣、水孔隙、裂縫、裂縫孔隙、孔隙裂縫、洞隙孔隙、裂縫、裂縫孔隙、孔隙裂縫、洞隙塊狀、層狀、斷塊、透鏡體油藏塊狀、層狀、斷塊、透鏡體油藏常規(guī)油、稠油、高凝油藏常規(guī)油、稠油、高凝油藏一、儲層巖性特征：一、儲層巖性特征：二、儲層物性：二、儲層物性：三、儲層流體：三、儲層流體：四、油氣藏分類：四、油氣藏分類：五、地應(yīng)力概念與確定：五、地應(yīng)力概念與確定：巖層內(nèi)部產(chǎn)生反抗變形、并作用巖層內(nèi)部產(chǎn)生反抗變形、并作用在地殼單位面積上的力在地殼單位面積上的力

3、 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井3 教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、套管柱組成及規(guī)范、套管柱井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、套管柱組成及規(guī)范、套管柱的受力及強(qiáng)度分析、套管柱設(shè)計(jì)原則與方法、油井水泥的受力及強(qiáng)度分析、套管柱設(shè)計(jì)原則與方法、油井水泥和注水泥、生產(chǎn)套管損壞與防護(hù)。和注水泥、生產(chǎn)套管損壞與防護(hù)。 基本要求：基本要求：了解井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，掌握套管柱組成及了解井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，掌握套管柱組成及規(guī)范、理解套管柱的受力及強(qiáng)度分析，了解套管柱設(shè)計(jì)規(guī)范、理解套管柱的受力及強(qiáng)度分析，了解套管柱設(shè)計(jì)原則與方法，了解油井水泥組成和水泥漿性能，掌握注原則與方法，了解油井水泥組成和水泥漿性能，掌握注水

4、泥工藝過程，了解生產(chǎn)套管損壞與防護(hù)措施。水泥工藝過程，了解生產(chǎn)套管損壞與防護(hù)措施。 重點(diǎn)：重點(diǎn)：套管柱組成及規(guī)范、套管柱的受力及強(qiáng)度分析、套管柱組成及規(guī)范、套管柱的受力及強(qiáng)度分析、注水泥工藝過程。注水泥工藝過程。 難點(diǎn)：難點(diǎn)：套管柱的受力及強(qiáng)度分析。套管柱的受力及強(qiáng)度分析。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井4oil 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: 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù) 套管損壞與防護(hù)套管損壞與防護(hù)一開一開二開二開三開三開 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)

5、設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井5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 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井670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

6、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； 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 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井7 第一節(jié)第一節(jié) 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 內(nèi)容：內(nèi)容：套管層次；套管層次； 每層套管下深；每層套管下深； 套管和井眼尺寸配合。套管和井眼尺寸配合。一、套管的分類及作用一、套管的分類及作用二、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則二、井身結(jié)構(gòu)

7、設(shè)計(jì)原則三、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)三、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)四、裸眼井段應(yīng)滿足力學(xué)平衡四、裸眼井段應(yīng)滿足力學(xué)平衡五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法（舉例）五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法（舉例）六、套管尺寸和井眼尺寸選擇六、套管尺寸和井眼尺寸選擇 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井8一、套管的分類及作用一、套管的分類及作用1、表層套管、表層套管主要用途：主要用途：封隔地表淺水層及淺部疏松和復(fù)雜地層；封隔地表淺水層及淺部疏松和復(fù)雜地層；安裝井口、懸掛和支撐后續(xù)各層套管。安裝井口、懸掛和支撐后續(xù)各層套管。下深位置：下深位置：根據(jù)鉆井的目的層深度和地表狀況而定，根據(jù)鉆井的目的層深度和地表狀況而定，一般為上百米甚至

8、上千米一般為上百米甚至上千米 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井92、生產(chǎn)套管（油層套管）、生產(chǎn)套管（油層套管） 主要用途：用以保護(hù)生產(chǎn)層，提供油氣生產(chǎn)通道。主要用途：用以保護(hù)生產(chǎn)層，提供油氣生產(chǎn)通道。 下深位置：由目的層位置及完井方式而定。下深位置：由目的層位置及完井方式而定。3、中間套管（技術(shù)套管）、中間套管（技術(shù)套管） 在表層套管和生產(chǎn)套管之間由于技術(shù)要求下入的套管，可在表層套管和生產(chǎn)套管之間由于技術(shù)要求下入的套管，可以是一層、兩層或更多層。以是一層、兩層或更多層。 主要用來封隔不同地層壓力層系或易漏、易塌、易卡等井主要用來封隔不同地層壓力層系或易漏、易塌、易卡等井下復(fù)雜

9、地層。下復(fù)雜地層。4、尾管（襯管）、尾管（襯管） 是在已下入一層技術(shù)套管后采用，即在裸眼井段下套管、是在已下入一層技術(shù)套管后采用，即在裸眼井段下套管、注水泥，而套管柱不延伸到井口。注水泥，而套管柱不延伸到井口。 減輕下套管時鉆機(jī)的負(fù)荷和固井后套管頭負(fù)荷；節(jié)省套管減輕下套管時鉆機(jī)的負(fù)荷和固井后套管頭負(fù)荷；節(jié)省套管和水泥。和水泥。 一般用于深井和超深井。一般用于深井和超深井。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井10 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井11二、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則二、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則1、有效地保護(hù)油氣層；2、有效避免漏、噴、塌、卡等井下復(fù)雜事故的發(fā)生，保證

10、安全、快速鉆進(jìn)；3、鉆下部地層采用重鉆井液時產(chǎn)生的井內(nèi)壓力，不致壓裂上層套管鞋處最薄弱的裸露地層；4、下套管過程中，井內(nèi)鉆井液液柱壓力和地層壓力間的壓差不致于壓差卡套管；5、當(dāng)實(shí)際地層壓力超過預(yù)測值而發(fā)生井涌時，在一定壓力范圍內(nèi)，具有壓井處理溢流的 能力。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井12三、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)三、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 地層巖性剖面、地層孔隙壓力剖面、地層破裂壓力剖面、地層坍塌壓力剖面。 6個設(shè)計(jì)系數(shù)：個設(shè)計(jì)系數(shù)：抽吸壓力系數(shù)Sb；0.024 0.048 g/cm3 激動壓力系數(shù)Sg；0.024 0.048 g/cm3 壓裂安全系數(shù)Sf； 0.03

11、0.06 g/cm3 井涌允量Sk； 0.05 0.08 g/cm3 壓差允值 p； PN: 1518 MPa ，（正常壓力井段），（正常壓力井段） PA：2123 MPa，（異常壓力井段），（異常壓力井段） 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井13 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井14四、裸眼井段應(yīng)滿足的力學(xué)平衡條件四、裸眼井段應(yīng)滿足的力學(xué)平衡條件（1） dmaxpmax+ Sb 防井涌防井涌（2） (dmax- -pmin)Dpmin0.00981P 防壓差卡鉆防壓差卡鉆（3） dmax+ Sg + Sf fmin 防井漏防井漏（4 4） dmax+ Sf

12、+ Sk Dpmax/ Dc1fc1 防關(guān)井井漏防關(guān)井井漏其中：其中：dmax-裸眼井段內(nèi)使用的最大鉆井液密度，裸眼井段內(nèi)使用的最大鉆井液密度，g/cm3；pmax-裸眼井段鉆遇的最大地層壓力的當(dāng)量泥漿密度，裸眼井段鉆遇的最大地層壓力的當(dāng)量泥漿密度，g/cm3；Dpmax-最大地層孔隙壓力所處的井深，最大地層孔隙壓力所處的井深，m；pmin-裸眼井段鉆遇的最小地層壓力的當(dāng)量泥漿密度，裸眼井段鉆遇的最小地層壓力的當(dāng)量泥漿密度，g/cm3；Dpmin-最小地層孔隙壓力所處的最大井深，最小地層孔隙壓力所處的最大井深，m；fmin-裸眼井段最小地層破裂壓力的當(dāng)量泥漿密度，裸眼井段最小地層破裂壓力的當(dāng)量

13、泥漿密度，g/cm3；Dc1-套管下入深度，套管下入深度，m；fc1-套管鞋處地層破裂壓力的當(dāng)量泥漿密度，套管鞋處地層破裂壓力的當(dāng)量泥漿密度， g/cm3； 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井15五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法1、求中間套管下入深度的假定點(diǎn)、求中間套管下入深度的假定點(diǎn)（1）不考慮發(fā)生井涌）不考慮發(fā)生井涌 由由 f =pmax+ Sb + Sg + Sf dmax 計(jì)算出計(jì)算出f ，在破裂壓力曲線上查出，在破裂壓力曲線上查出f 所在的井深所在的井深D21 ，即為中，即為中間套管下深假定點(diǎn)。間套管下深假定點(diǎn)。（2）考慮可能發(fā)生井涌）考慮可能發(fā)生井涌 由由

14、f =pmax+Sb+ Sf + Sk Dpmax/ D21 用試算法求用試算法求 D21；先試取一個；先試取一個D21，計(jì)算，計(jì)算f ；將計(jì)算出的；將計(jì)算出的f 與與D21處查得的處查得的f 進(jìn)行比較，若計(jì)算值與實(shí)際值相差不大且略小于實(shí)際值，進(jìn)行比較，若計(jì)算值與實(shí)際值相差不大且略小于實(shí)際值，可以確定可以確定D21為中間套管假定點(diǎn)。否則，重新進(jìn)行試算。為中間套管假定點(diǎn)。否則，重新進(jìn)行試算。 一般情況下，在新探區(qū)，取以上（一般情況下，在新探區(qū)，取以上（1）、（）、（2）兩種條件下）兩種條件下D21較較大的值。大的值。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井162、驗(yàn)證中間套管下到深度

15、、驗(yàn)證中間套管下到深度D21是否有被卡的危險是否有被卡的危險 首先求出裸眼中可能存在的最大靜壓差：首先求出裸眼中可能存在的最大靜壓差： P=(pmax1+Sb - -pmin)Dmin0.00981 pmax1-鉆進(jìn)至鉆進(jìn)至D21遇到的最大地層壓力當(dāng)量密度，遇到的最大地層壓力當(dāng)量密度，g/cm3。 Dmin -最小地層孔隙壓力所對應(yīng)的井深，最小地層孔隙壓力所對應(yīng)的井深，m；（當(dāng)有多個最小地層壓力；（當(dāng)有多個最小地層壓力 點(diǎn)時，取最大井深。）點(diǎn)時，取最大井深。）若若P PN ，則中間套管深度應(yīng)小于假定點(diǎn)深度。需根據(jù)壓差卡鉆條，則中間套管深度應(yīng)小于假定點(diǎn)深度。需根據(jù)壓差卡鉆條 件確定中間套管下深。

16、件確定中間套管下深。 求在壓差求在壓差PN 下所允許的最大地層壓力：下所允許的最大地層壓力： 在地層壓力曲線上找出在地層壓力曲線上找出pper 所在的深度即為中間套管下深所在的深度即為中間套管下深D2。bpDppperSNmin00981. 0min 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井173、求鉆井尾管下入深度的假定點(diǎn)、求鉆井尾管下入深度的假定點(diǎn)D31 根據(jù)中間套管鞋處的地層破裂壓力當(dāng)量密度根據(jù)中間套管鞋處的地層破裂壓力當(dāng)量密度f2 ，求出繼續(xù)向下，求出繼續(xù)向下鉆進(jìn)時裸眼井段所允許的最大地層壓力當(dāng)量密度：鉆進(jìn)時裸眼井段所允許的最大地層壓力當(dāng)量密度： 用試算法求用試算法求D31。

17、試取一個。試取一個D31，計(jì)算出，計(jì)算出pper ，與，與D31處的實(shí)際地層處的實(shí)際地層壓力當(dāng)量密度比較，若計(jì)算值與實(shí)際值接近，且略大于實(shí)際值，則確壓力當(dāng)量密度比較，若計(jì)算值與實(shí)際值接近，且略大于實(shí)際值，則確定為尾管下深假定點(diǎn)；否則，另取定為尾管下深假定點(diǎn)；否則，另取D31進(jìn)行試算進(jìn)行試算 。4、校核尾管下入到、校核尾管下入到D31是否有被卡的危險是否有被卡的危險 校核方法與中間套管的校核方法相同。只是將壓差允值校核方法與中間套管的校核方法相同。只是將壓差允值PN 變變?yōu)闉镻A 。kDDfbfpperSSS2312 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井185、計(jì)算表層套管下入深度

18、、計(jì)算表層套管下入深度D1 根據(jù)中間套管鞋處的地層壓力當(dāng)量密度根據(jù)中間套管鞋處的地層壓力當(dāng)量密度p2 ，計(jì)算出若鉆，計(jì)算出若鉆進(jìn)到深度進(jìn)到深度D2發(fā)生井涌關(guān)井時，表層套管鞋發(fā)生井涌關(guān)井時，表層套管鞋D1處所承受的井內(nèi)處所承受的井內(nèi)壓力的當(dāng)量密度：壓力的當(dāng)量密度： 根據(jù)上式，用試算法確定根據(jù)上式，用試算法確定D1。 試取一個試取一個D1，計(jì)算，計(jì)算fE ，計(jì)算值與，計(jì)算值與D1處的地層破裂壓力當(dāng)處的地層破裂壓力當(dāng)量密度值比較；若計(jì)算值接近且小于地層破裂壓力值，則確量密度值比較；若計(jì)算值接近且小于地層破裂壓力值，則確定定D1為表層套管下深。否則，重新試取為表層套管下深。否則，重新試取D1進(jìn)行試算。

19、進(jìn)行試算。kDDfbpfESSS122 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井196、設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：、設(shè)計(jì)步驟小結(jié)： 根據(jù)最大地層壓力根據(jù)最大地層壓力計(jì)算上部裸眼井段允許的最小計(jì)算上部裸眼井段允許的最小地層破裂壓力地層破裂壓力計(jì)算中間套管下深計(jì)算中間套管下深壓差卡套管校核。壓差卡套管校核。 根據(jù)中間套管鞋處的地層破裂壓力根據(jù)中間套管鞋處的地層破裂壓力計(jì)算下部裸眼計(jì)算下部裸眼井段鉆進(jìn)所允許的最大地層壓力井段鉆進(jìn)所允許的最大地層壓力計(jì)算尾管下深計(jì)算尾管下深壓壓差卡套管校核。差卡套管校核。 根據(jù)中間套管鞋處的地層壓力根據(jù)中間套管鞋處的地層壓力計(jì)算上部井段鉆進(jìn)計(jì)算上部井段鉆進(jìn)時允許的最小地

20、層破裂壓力時允許的最小地層破裂壓力計(jì)算表層套掛下深計(jì)算表層套掛下深壓壓差卡套管校核差卡套管校核。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井207、設(shè)計(jì)舉例、設(shè)計(jì)舉例 某井設(shè)計(jì)井深為 4400 m，地層孔隙壓力梯度和地層破裂壓力梯度剖面如圖。給定設(shè)計(jì)系數(shù)： Sb=0.036 ；Sg=0.04 ； Sk=0.06 ；Sf=0.03；PN =12 MPa；PA=18 MPa，試進(jìn)行該井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。解：解：由圖上查得， pmax=2.04 gcm3， Dpmax=4250 m（1）確定中間套管下深初選點(diǎn)）確定中間套管下深初選點(diǎn)D21 由： f =pmax+Sb+ Sf + Sk Dpma

21、x/ D21 試取D21=3400m并代入上式得： f =2.04+0.036+0.03+0.06 4250/3400=2.181 g/cm3 由破裂壓力曲線上查得f3400=2.19 g/cm3， f PN =12MPa，故中間套管下深應(yīng)淺于初選點(diǎn)。由：bpDppperSNmin00981. 0min3305000981. 012/435. 1036. 007. 1cmgpper 在地層壓力曲線上查得對應(yīng)pper=1.435的深度為3200m。最后確定中間套管下深為D2=3200m。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井23（3）確定尾管下入深度初選點(diǎn)）確定尾管下入深度初選點(diǎn)D

22、31 由破裂壓力曲線上查得： f3200=2.15g/cm3；由： 試取D31=3900m，代入上式算得：pper=2.011g/cm3；由地層壓力曲線查得p3900=1.94 ppper=2.011 g/cm3 ，且相差不大，故確定初選點(diǎn)D31=3900m。（4）校核是否會卡尾管）校核是否會卡尾管 計(jì)算壓差： P=（1.94+0.036 - - 1.435）32000.00981=16.98 MPa 因?yàn)镻 PA，故確定尾管下深為D3=D31=3900m。06.003.0036.015.23200231231DkDDfbfpperSSS 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井24

23、（5）確定表層套管下深）確定表層套管下深D1由 試取D1=850m，代入上式計(jì)算得： fE=1.737 g/cm3 。由破裂壓力曲線查得f850=1.74 g/cm3 ， fE 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)性要好經(jīng)濟(jì)性要好 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 = 1.0Sc = 1.0 抗內(nèi)壓安全系數(shù)抗內(nèi)壓安全系數(shù) Si = 1.1Si = 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 = 1.8St = 1.8

24、 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井452、常用套管柱設(shè)計(jì)方法、常用套管柱設(shè)計(jì)方法 （1）安全系數(shù)法）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。 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。3、各層套管柱的設(shè)計(jì)

25、特點(diǎn)、各層套管柱的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 表層套管：主要考慮內(nèi)壓載荷；表層套管：主要考慮內(nèi)壓載荷； 技術(shù)套管：既要高抗內(nèi)壓強(qiáng)度，又要抗鉆具沖擊磨損。技術(shù)套管：既要高抗內(nèi)壓強(qiáng)度，又要抗鉆具沖擊磨損。 油層套管：上部抗內(nèi)壓，抗拉，下部抗外擠。油層套管：上部抗內(nèi)壓，抗拉，下部抗外擠。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井464、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 （1 1）基本設(shè)計(jì)思路）基本設(shè)計(jì)思路 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)度套管 下部套管段按抗擠設(shè)計(jì)，上部按抗拉設(shè)計(jì)，各危險斷面下部套管段按抗擠設(shè)計(jì)，上部按抗拉設(shè)計(jì)，各危險

26、斷面 最小安全系數(shù)要大于或等于規(guī)定值。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) 水泥面以上套管強(qiáng)度考慮雙向應(yīng)力影響水泥面以上套管強(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。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井47（2 2）設(shè)計(jì)方法和步驟）設(shè)計(jì)方法和步驟u（1）據(jù)內(nèi)壓篩選套管。計(jì)算該層套管所能出現(xiàn)的最大內(nèi)壓值，篩選符合抗內(nèi)壓強(qiáng)度的套管；如果是一般的井，可以在套管全部設(shè)計(jì)完后進(jìn)行抗內(nèi)壓校核。u（2）據(jù)外擠初選第一段。按最

27、大外擠載荷初選第一段套管。u（3）選抗擠強(qiáng)度較低一級套管作為第二段，確定第一段長，并計(jì)算第一段頂抗拉安全系數(shù)。選擇壁厚小一級或鋼級低一級（也可二者都低）的套管作為第二段套管。計(jì)算該段套管的抗擠可下深度，從而確定第一段套管的使用長度。并計(jì)算第一段套管頂端的實(shí)際抗拉安全系數(shù)。u（4）水泥面以上按雙向應(yīng)力設(shè)計(jì)。當(dāng)按抗擠強(qiáng)度設(shè)計(jì)的套管柱超過水泥面時，應(yīng)考慮下部套管的浮重引起的抗擠強(qiáng)度的降低，可按雙向應(yīng)力設(shè)計(jì)套管柱。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井48u（5）按照第（3）步的方法依次確定第二段以上各段套管使用長度。當(dāng)某段套管頂端的實(shí)際抗拉安全系數(shù)小于或等于規(guī)定抗拉安全系數(shù)的兩倍時，其

28、上部套管轉(zhuǎn)為按抗拉設(shè)計(jì)該段套管的允許使用長度。u（6）選擇抗拉強(qiáng)度較大一級的套管作為下一段，按抗拉設(shè)計(jì)該段及其上部套管。選擇鋼級高一級或壁厚大一級（也可二者都高）的套管為下一段套管，按抗拉設(shè)計(jì)該段及其上部各段套管允許使用長度。u（7）抗內(nèi)壓安全系數(shù)校核。對事先未按內(nèi)壓力篩選套管的一般的井，最后需校核抗內(nèi)壓安全系數(shù)。若實(shí)際抗內(nèi)壓安全系數(shù)小于規(guī)定值，則在井控時限制井口壓力在套管允許的最大壓力之內(nèi)，或?qū)⑻坠苤O(shè)計(jì)步驟改為先進(jìn)行抗內(nèi)壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)。u（8）校核溫度、內(nèi)外壓力變化是否會導(dǎo)致套管破壞。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井49（3）設(shè)計(jì)實(shí)例：）設(shè)計(jì)實(shí)例： 例題：例題：某井某井17

29、7.8 mm （7 英寸）油層套管下至英寸）油層套管下至3500 m，下套，下套管時的鉆井液密度為管時的鉆井液密度為1.30 ，水泥返至，水泥返至2800 m ,預(yù)計(jì)井內(nèi)最預(yù)計(jì)井內(nèi)最大內(nèi)壓力大內(nèi)壓力 35 Mpa，試設(shè)計(jì)該套管柱，試設(shè)計(jì)該套管柱 （規(guī)定最小段長（規(guī)定最小段長500 m ）. 解：解： 規(guī)定的安全系數(shù)規(guī)定的安全系數(shù) ： Sc=1.0 , Si = 1.1 , St =1.8 ; 計(jì)算最大內(nèi)壓力，篩選符合抗內(nèi)壓要求的套管計(jì)算最大內(nèi)壓力，篩選符合抗內(nèi)壓要求的套管 抗內(nèi)壓強(qiáng)度抗內(nèi)壓強(qiáng)度 篩選套管：篩選套管： C-75 , L-80 , N-80 , C-90 ,C-95 , P-110

30、 按成本排序：按成本排序： N-80 C-75 L-80 C-90 C-95 1.0 安全安全 套管套管2： 危險截面危險截面 2700 m 處，處，Sc = 1.02 1.0 安全安全 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井54安全安全 計(jì)算套管抗拉安全系數(shù)計(jì)算套管抗拉安全系數(shù)112611.17.851.80.4234 800sttmFSF 最終結(jié)果：最終結(jié)果： D2 = 2700 m , L1 = 800 m 3）選擇第三段套管，確定第二段套管長度）選擇第三段套管，確定第二段套管長度 L2 查表：查表：3333380,8.05,0.3358/,26.407,2366.5,196

31、6.1csstNtmm qKN mpMPaFKN FKN 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井55 考慮雙向應(yīng)力影響，確定第三段套管可下深度：考慮雙向應(yīng)力影響，確定第三段套管可下深度：0 . 181. 9)(74. 003. 1 ()74. 003. 1 ()(333221133233322112DFDDqLqKpSFFppDDqLqKFdsBccsmcccBm試算法，取試算法，取 D3 =1700 m , 計(jì)算得計(jì)算得 Sc= 1.03 安全安全 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井56計(jì)算第二段頂部的抗拉安全系數(shù)計(jì)算第二段頂部的抗拉安全系數(shù)2220.423480

32、00.3794 10007182308.63.21.8718msttmFKNFSF安全安全最終結(jié)果最終結(jié)果 D3 =1700 m , L2=1000m 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井57 上部上部1700 m處套管需進(jìn)行設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)為抗拉設(shè)計(jì)處套管需進(jìn)行設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)為抗拉設(shè)計(jì) 1） 計(jì)算第三段套管按抗拉要求的允許使用長度計(jì)算第三段套管按抗拉要求的允許使用長度 L3 由：由： 實(shí)?。簩?shí)?。篖3 = 1100 m , 則則 323332331966.17181.811170.3358sttmstmtFSFq LFFSLmq371811000.33571087mFKN 第二章第二章 井身

33、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井582）確定第四段套管使用長度）確定第四段套管使用長度 查表得：應(yīng)比第三段套管抗拉強(qiáng)度高，查表得：應(yīng)比第三段套管抗拉強(qiáng)度高， 與第一段套管相同與第一段套管相同4444480,10.36,0.4234/,48.401,3007,2611.1csstNtm mqK NmpM PaFK NFK N 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井59 計(jì)算第四段套管許用長度計(jì)算第四段套管許用長度 L4: 實(shí)際距井口還有實(shí)際距井口還有600 m, 取取 L4 = 600 m ; 校核第四段下部的抗擠強(qiáng)度：校核第四段下部的抗擠強(qiáng)度：43442611.110871.885

34、8.70.4234stmtFFSLmq0 .182.481.9)74.003.1 (4434DFFpSdsmcc安全安全 最終結(jié)果最終結(jié)果 ：L4= 600 m , D4=600 m 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井60 最終設(shè)計(jì)結(jié)果：最終設(shè)計(jì)結(jié)果： 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井61 第三節(jié)第三節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù) 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 本節(jié)內(nèi)容：本節(jié)內(nèi)容： 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； 提高注水泥質(zhì)量措施。提高注水泥質(zhì)量措施。 第二章第

35、二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井62 注水泥基本要求：注水泥基本要求： （1）水泥漿返高和管內(nèi)水泥塞高度符合設(shè)計(jì)要求）水泥漿返高和管內(nèi)水泥塞高度符合設(shè)計(jì)要求 （2）注水泥段環(huán)空鉆井液全部被水泥漿替換，）注水泥段環(huán)空鉆井液全部被水泥漿替換， 不存殘留。不存殘留。 （3）水泥石與套管及井壁膠結(jié)強(qiáng)度足夠，耐酸化）水泥石與套管及井壁膠結(jié)強(qiáng)度足夠，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 體系不互竄。體系不互竄。 （5）水泥石能經(jīng)受油、氣、水長期侵蝕。）水泥石能經(jīng)受油、氣、水長期侵蝕。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固

36、井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井63一、油井水泥一、油井水泥 油井水泥是波特蘭水泥（硅酸鹽水泥）的一種。油井水泥是波特蘭水泥（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。 （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。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井641、油井水泥的

37、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)度水泥中含量可達(dá)高早期強(qiáng)度水泥中含量可達(dá)60%65%， 緩凝水泥中含量在緩凝水泥中含量在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，強(qiáng)度增長慢 對水泥的對水泥的最終最終強(qiáng)度有影響。強(qiáng)度有影響。)(332SCSiOCaO簡稱)(222SCSiOCaO簡稱 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井65（3）鋁酸

38、三鈣）鋁酸三鈣 促進(jìn)水泥快速水化促進(jìn)水泥快速水化 其含量是決定其含量是決定水泥初凝和稠化時間水泥初凝和稠化時間的主要因素的主要因素 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。)(33

39、32ACOAlCaO簡稱)(4432322AFCOFeOAlCaO簡稱AC3 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井662、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)）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：OHOFeCaOOHOAlCaOOHOFeOAlCaOOHOAlCaOOHOAlCaOOHSiOCaOOHSiOCaOOH

40、CaOHSiOCaOOHSiOCaO232232232322322322222222226364636322)(223 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。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井67（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：溶膠期：水泥與水混合成膠體液，開始水化反應(yīng)，水泥與水混合成膠體液，開始水化反應(yīng)， 形成膠溶體系，此時水泥漿仍有流動性。形成膠溶體系

41、，此時水泥漿仍有流動性。 凝結(jié)期：凝結(jié)期：水化反應(yīng)由水泥顆粒表面向內(nèi)部深入，水化反應(yīng)由水泥顆粒表面向內(nèi)部深入， 絮凝成溶膠體系，水泥漿變稠，失去流動性。絮凝成溶膠體系，水泥漿變稠，失去流動性。 硬化期：硬化期：水化物形成晶體狀態(tài)，互相連接成緊密一個水化物形成晶體狀態(tài)，互相連接成緊密一個 整體，強(qiáng)度增加，硬化成為水泥石。整體，強(qiáng)度增加，硬化成為水泥石。 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 第二章第二

42、章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井683、油井水泥分類、油井水泥分類 （1）API水泥分類：水泥分類： A-J九級九級 A級級 ： 01828.8 m ,中熱，溫度中熱，溫度76.7 0C B級：級： 01828.8 m ,中熱，溫度中熱，溫度76.7 0C，中高抗硫兩種，中高抗硫兩種 C級：級： 01828.8 m , 76.7 0C ，高早期強(qiáng)度，普通、中高抗硫，高早期強(qiáng)度，普通、中高抗硫 D級級 ： 1828.8 3050m , 76127 0C ，中溫中壓，中高抗硫，中溫中壓，中高抗硫 E級級 ： 3050 4270m , 76143 0C ，高溫高壓，中高抗硫兩種，高溫高壓，中

43、高抗硫兩種 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、高抗硫兩種中、高抗硫兩種 J級級 ：3660 4880m , 49160 0C ，普通型。，普通型。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井69 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井70（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 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井71二、水泥漿性能與固井工程的關(guān)系二、水泥漿性能與固井工程的關(guān)系 1、水泥漿性能、水泥漿

44、性能 水泥漿密度水泥漿密度 干水泥密度干水泥密度 3.053.20 水泥完全水化所需要的水為水泥重量的水泥完全水化所需要的水為水泥重量的20%左右左右 使水泥漿能流動加水量應(yīng)達(dá)到水泥重量使水泥漿能流動加水量應(yīng)達(dá)到水泥重量45% 50% 水泥漿密度水泥漿密度 1.80 1.90 之間之間 水灰比水灰比：水與干水泥重量之比。：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)標(biāo)準(zhǔn)：開始混拌到稠度達(dá) 100 BC 所用時間。所用時間。 API標(biāo)準(zhǔn)：初始標(biāo)準(zhǔn)：初始15 30

45、min 內(nèi)，稠化值應(yīng)小于內(nèi)，稠化值應(yīng)小于30 BC， 現(xiàn)場總施工時間內(nèi)，稠度在現(xiàn)場總施工時間內(nèi)，稠度在50 BC以內(nèi)。以內(nèi)。3/cmg3/cmg 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井72水泥漿的失水：水泥漿的失水：水泥漿中的自由水通過井壁滲入地層的現(xiàn)象水泥漿中的自由水通過井壁滲入地層的現(xiàn)象 稱為水泥漿失水。一般用稱為水泥漿失水。一般用30 min 失水量表示。失水量表示。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。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；封固表層及技術(shù)套管，需早期較高強(qiáng)度，以便下道工序； 侯凝侯凝 8 h左右，開始

46、凝結(jié)為水泥石，抗壓強(qiáng)度左右，開始凝結(jié)為水泥石，抗壓強(qiáng)度 2.3 MPa 以上。以上。 y水泥石強(qiáng)度水泥石強(qiáng)度 能支撐和加強(qiáng)套管能支撐和加強(qiáng)套管 能承受鉆柱的沖擊載荷能承受鉆柱的沖擊載荷 能承受、酸化壓裂等增產(chǎn)措施作業(yè)壓力能承受、酸化壓裂等增產(chǎn)措施作業(yè)壓力z水泥石的抗蝕性水泥石的抗蝕性 主要應(yīng)能抗硫酸鹽腐蝕主要應(yīng)能抗硫酸鹽腐蝕 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井732、水泥的外加劑、水泥的外加劑 （1）加重劑：）加重劑：重晶石重晶石 、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

47、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。基纖維素等。 （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。鈉等。 （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

48、料等瀝青粒、纖維材料等3/cmg3/cmg 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井743、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。地表溫度較低地區(qū)表層套管固井。 （4）抗鹽水泥：）抗鹽水泥：含大量含大量NaCL，用于泥頁巖和膨脹性地層。，用于泥頁巖和膨脹性地層。 （5）抗高溫水泥：）抗高溫水

49、泥：加入石英砂和鋁酸鹽。加入石英砂和鋁酸鹽。 （6）輕質(zhì)水泥：）輕質(zhì)水泥：加入輕質(zhì)材料。加入輕質(zhì)材料。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井75三、前置液三、前置液 將水泥漿與鉆井液隔開，起隔離、緩沖、沖洗作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。用，可提高固井質(zhì)量。 前置液在環(huán)空中高度不超過前置液在環(huán)空中高度不超過250m。 1、沖洗液：、沖洗液：低粘度、低剪切速率低粘度、低剪切速率 、低密度，用于、低密度，用于有效沖洗井壁及套管壁，清洗殘存的鉆井液及泥餅。有效沖洗井壁及套管壁，清洗殘存的鉆井液及泥餅。 2、隔離液：、隔離液： 有效隔開鉆井液與水泥漿，以便

50、形成有效隔開鉆井液與水泥漿，以便形成平面推進(jìn)型的頂替效果，通常為粘稠液體。平面推進(jìn)型的頂替效果，通常為粘稠液體。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井76四、注水泥設(shè)備與工藝四、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、管匯車、水泥車、水泥罐車、供液車、管匯車、壓塞車等壓塞車等 2、主要工具、主要工具 引鞋、套管鞋、回壓凡爾、承托環(huán)（生引鞋、套管鞋、回壓凡爾、承托環(huán)（生鐵圈）、套管扶正器、聯(lián)頂節(jié)、水泥頭等鐵圈）、套管扶正器、聯(lián)頂節(jié)、水泥頭等 3、注水泥工藝、注水泥工藝聯(lián)頂節(jié)套管井壁套管扶正器生鐵圈回壓凡爾套管鞋引鞋水泥頭 第二章第二章 井

51、身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井77（1 1）注隔離液）注隔離液（2 2）注水泥漿）注水泥漿（3 3）開檔銷、下）開檔銷、下入膠塞、替注泥入膠塞、替注泥漿漿（4 4）注完設(shè)計(jì)量）注完設(shè)計(jì)量后，關(guān)井、停泵、后，關(guān)井、停泵、候凝候凝常規(guī)注水泥常規(guī)注水泥工藝過程工藝過程 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井78五、提高注水泥質(zhì)量的措施五、提高注水泥質(zhì)量的措施 1、對注水泥質(zhì)量的基本要求、對注水泥質(zhì)量的基本要求 （1）對固井質(zhì)量的基本要求）對固井質(zhì)量的基本要求 水泥漿返高與水泥塞高度必須符合設(shè)計(jì)要求；水泥漿返高與水泥塞高度必須符合設(shè)計(jì)要求； 注水泥井段的環(huán)空內(nèi)鉆井液頂替干凈；注水泥井段

52、的環(huán)空內(nèi)鉆井液頂替干凈； 水泥石與套管及井壁巖石膠結(jié)良好；水泥石與套管及井壁巖石膠結(jié)良好； 水泥凝固后管外不冒油、氣、水，不互竄；水泥凝固后管外不冒油、氣、水，不互竄； 水泥石能經(jīng)受油、氣、水長期侵蝕。水泥石能經(jīng)受油、氣、水長期侵蝕。 （2）在固井中常出現(xiàn)的固井質(zhì)量問題）在固井中常出現(xiàn)的固井質(zhì)量問題 井口有冒油、氣、水現(xiàn)象；井口有冒油、氣、水現(xiàn)象； 不能有效的封隔各種層位，開采時各種壓力互竄；不能有效的封隔各種層位，開采時各種壓力互竄； 因固結(jié)質(zhì)量不良在生產(chǎn)中引起套管變形，使井報廢等。因固結(jié)質(zhì)量不良在生產(chǎn)中引起套管變形，使井報廢等。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井792、影

53、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

54、及頂替措施不當(dāng) 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井80套管居中時，頂套管居中時，頂效率的高低主要效率的高低主要取決于頂替時的取決于頂替時的流態(tài)。流態(tài)。套管偏心會導(dǎo)致寬套管偏心會導(dǎo)致寬窄間隙水泥漿返高窄間隙水泥漿返高不一致。若套管偏不一致。若套管偏心嚴(yán)重，則可能出心嚴(yán)重，則可能出現(xiàn)窄間隙的鉆井液現(xiàn)窄間隙的鉆井液根本不能被頂走而根本不能被頂走而滯留在原處的竄槽滯留在原處的竄槽現(xiàn)象。現(xiàn)象。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井81 頂替過程中的流態(tài)影響層流塞流紊流 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井82（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

55、氣水上竄 引起油氣水上竄的原因：引起油氣水上竄的原因： 水泥漿失重：水泥漿柱在凝結(jié)過程中對其下部水泥漿失重：水泥漿柱在凝結(jié)過程中對其下部或地層所作用的壓力逐漸減小的現(xiàn)象。或地層所作用的壓力逐漸減小的現(xiàn)象。 橋堵引起失重，從而引起油氣水上竄；橋堵引起失重，從而引起油氣水上竄； 水泥漿凝結(jié)后體積收縮；水泥漿凝結(jié)后體積收縮； 收縮率小于收縮率小于0.2% 套管內(nèi)原來有壓力，放壓后使套管收縮套管內(nèi)原來有壓力，放壓后使套管收縮; 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井833、提高注水泥質(zhì)量的措施、提高注水泥質(zhì)量的措施（1）提高頂替效率，防止竄槽）提高頂替效率，防止竄槽 采用套管扶正器，改善套

56、管居中條件采用套管扶正器，改善套管居中條件 注水泥過程中活動套管注水泥過程中活動套管 調(diào)節(jié)注水泥速度，使水泥漿在環(huán)空呈紊流狀態(tài)調(diào)節(jié)注水泥速度，使水泥漿在環(huán)空呈紊流狀態(tài) 調(diào)整性能，加大鉆井液與水泥漿密度差，降低鉆調(diào)整性能，加大鉆井液與水泥漿密度差，降低鉆井液粘度和切力。井液粘度和切力。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井84（2）防止油氣水上竄）防止油氣水上竄 采用多級注水泥或兩種流速（上慢下快）的水泥采用多級注水泥或兩種流速（上慢下快）的水泥 注完水泥后及時使套管內(nèi)卸壓，并在環(huán)空加回壓注完水泥后及時使套管內(nèi)卸壓，并在環(huán)空加回壓 使用膨脹性水泥，防止水泥收縮使用膨脹性水泥，防止水

57、泥收縮 使用刮泥器，清除井壁泥餅。使用刮泥器，清除井壁泥餅。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井85六、注水泥質(zhì)量評價六、注水泥質(zhì)量評價1）我國固井質(zhì)量規(guī)定的基本要求）我國固井質(zhì)量規(guī)定的基本要求依據(jù)地質(zhì)及工程設(shè)計(jì)，套管下深、磁性定位、人工井底和水依據(jù)地質(zhì)及工程設(shè)計(jì)，套管下深、磁性定位、人工井底和水泥返深符合規(guī)定要求。泥返深符合規(guī)定要求。合格的套管柱強(qiáng)度，規(guī)定的套管最小內(nèi)徑及密封試壓要求，合格的套管柱強(qiáng)度，規(guī)定的套管最小內(nèi)徑及密封試壓要求，合格質(zhì)量的井口裝定要求。合格質(zhì)量的井口裝定要求。良好的水泥環(huán)封固質(zhì)量、油、氣、水層不竄不漏。良好的水泥環(huán)封固質(zhì)量、油、氣、水層不竄不漏。上述三

58、方面要求對于注水泥工藝來說，水泥環(huán)質(zhì)量鑒定是評價上述三方面要求對于注水泥工藝來說，水泥環(huán)質(zhì)量鑒定是評價的主要方面。的主要方面。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井86六、注水泥質(zhì)量評價六、注水泥質(zhì)量評價2、水泥返高、水泥塞長度和人工井底的規(guī)定、水泥返高、水泥塞長度和人工井底的規(guī)定1)油氣層固井，設(shè)計(jì)水泥返高應(yīng)超過油氣層頂界油氣層固井，設(shè)計(jì)水泥返高應(yīng)超過油氣層頂界150米，實(shí)際封米，實(shí)際封過油氣層頂部不少于過油氣層頂部不少于50米。其中要求合格的水泥環(huán)段，對于米。其中要求合格的水泥環(huán)段，對于淺于淺于2000米的井不少于米的井不少于10米，深于米，深于2000米的井不少于米的井不少

59、于20米。米。2)為了保證套管鞋封固質(zhì)量，油層套管采用雙塞固井時，阻流環(huán)為了保證套管鞋封固質(zhì)量，油層套管采用雙塞固井時，阻流環(huán)距套管鞋長度不少于距套管鞋長度不少于10米，技術(shù)套管（或先期完成井）一般米，技術(shù)套管（或先期完成井）一般為為20米，套管鞋位置應(yīng)盡量靠近井底。米，套管鞋位置應(yīng)盡量靠近井底。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井87六、注水泥質(zhì)量評價六、注水泥質(zhì)量評價2、水泥返高、水泥塞長度和人工井底的規(guī)定、水泥返高、水泥塞長度和人工井底的規(guī)定3）油氣層底界距人工井底（管內(nèi)水泥面，浮箍位置）不少于）油氣層底界距人工井底（管內(nèi)水泥面，浮箍位置）不少于15米。米。 4）其中第二

60、條是為了防止上膠塞下行時所刮下的套管內(nèi)表面）其中第二條是為了防止上膠塞下行時所刮下的套管內(nèi)表面上的液膜漿體污染水泥漿，而影響套管鞋附近的水泥封固上的液膜漿體污染水泥漿，而影響套管鞋附近的水泥封固質(zhì)量。第質(zhì)量。第3條是為了滿足采油方面的需要。條是為了滿足采油方面的需要。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井88六、注水泥質(zhì)量評價六、注水泥質(zhì)量評價3、有關(guān)水泥環(huán)質(zhì)量的檢查方法、有關(guān)水泥環(huán)質(zhì)量的檢查方法1）井溫測井）井溫測井水泥的水化反應(yīng)是一放熱反應(yīng)，其凝結(jié)過程中所放出的熱量通水泥的水化反應(yīng)是一放熱反應(yīng)，其凝結(jié)過程中所放出的熱量通過套管傳給套管內(nèi)流體，可使井內(nèi)溫度上升一定數(shù)值，如過套管