單級(jí)固井作業(yè)課件

中海油服油田化學(xué)事業(yè)部2008年8月單級(jí)固井作業(yè)歡迎您參加第七講內(nèi)容概述單級(jí)方法作業(yè)要點(diǎn)常見問(wèn)題相關(guān)計(jì)算固井實(shí)例一、概述單級(jí)固井？采用套管頂、底塞一次注水泥完成的固井作業(yè)。漿柱結(jié)構(gòu)：采用首、尾漿封固。首漿密度1.50～1.75S.G，封固次要目的層或上部疏松易漏地層；尾漿密度1.80～1.90S.G。封固主要目的層或套管鞋井段環(huán)空。

常用套管尺寸：13-3/8”～7”單級(jí)雙塞固井示意圖圖2-7單級(jí)雙膠塞固井工藝流程示意圖二、單級(jí)固井法1、頂?shù)兹m用范圍：自升式鉆井平臺(tái)、鉆采綜合平臺(tái)（導(dǎo)管架）和陸地固井。套管附件工具有:二、單級(jí)固井法2、水下膠塞適用范圍：半潛式鉆井平臺(tái)、鉆井船或特殊的井身結(jié)構(gòu)，或特殊的復(fù)合套管串固井。套管附件工具有:同前述，僅膠塞組和水泥頭不同三、作業(yè)要點(diǎn)徹底檢查保養(yǎng)水泥頭旋塞閥，基地對(duì)水泥頭整體和閥門試壓檢驗(yàn)才送上平臺(tái)；清點(diǎn)固井工具、附件和外加劑等物資；檢查并做好相關(guān)套管附件等記錄；水泥及鉆井水、海水取樣送基地，小樣復(fù)查；提前與鉆井總監(jiān)、泥漿工程師和井隊(duì)做好溝通，選擇并洗好泥漿池，放好配漿水備用。注意檢查海底閥和泥漿池間的閥門密閉情況，嚴(yán)防竄漏。

作業(yè)前準(zhǔn)備固井施工階段下套管灌漿時(shí)，要保證套管內(nèi)灌泥漿干凈（通過(guò)沉砂池）。若用自動(dòng)灌漿的附件，在距井底100～200m時(shí)務(wù)必循環(huán)破壞該裝置，嚴(yán)防沉砂進(jìn)入套管內(nèi)。套管到位后，小排量打通正常（控制泵壓小于2MPa），嚴(yán)禁直接提高到設(shè)計(jì)循環(huán)泵排量；第一周要求排量比設(shè)計(jì)的正常循環(huán)排量要低，待井底返出后再提高到大排量循環(huán)，防止憋漏。油層套管固井前，要求必須調(diào)整泥漿性能，在保證井眼安全的前提下，主要降低粘度、切力，為提高頂替效率和界面膠結(jié)創(chuàng)造最好的條件。在注替過(guò)程中，要求鉆臺(tái)和氣測(cè)自始至終監(jiān)視泵壓和井口返出情況。對(duì)于油氣比較活躍的井，要求在注替全程的動(dòng)態(tài)當(dāng)量比重≥地層的孔隙壓力，套管內(nèi)要蹩壓候凝。對(duì)于初探井，最大頂替排量原則要求不大于鉆進(jìn)時(shí)最大返速（鉆鋌處）的1.2倍，在已有作業(yè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上才可突破這一界限?；毂盟酀{前，必須取樣留存，在固井20桶水柜取首漿混合水樣，混泵尾槳時(shí)取尾漿混合水樣，若用批混罐混漿，混漿前取，要求混合水樣品各10Kg，樣品保留至固井結(jié)束后48小時(shí)以上。對(duì)于井況相對(duì)復(fù)雜的作業(yè)，施工前應(yīng)充分考慮可能出現(xiàn)的不正常情況，參照QHSE體系的JSA分析方法，提前做好分析和預(yù)案，力戒無(wú)的放矢、亂中出亂。作業(yè)結(jié)束后固井結(jié)束后，通常采用憋壓方式進(jìn)行候凝。根據(jù)防竄等工藝技術(shù)要求，有些井需要采取循環(huán)候凝或者環(huán)空憋壓候凝等技術(shù)措施。候凝24小時(shí)后，用頂替液或相同密度的鉆井液鉆套管附件及水泥塞；按照廠家推薦的參數(shù)鉆除套管膠塞和浮箍、浮鞋等附件，對(duì)于井斜較大的井，要注意觀察和收集膠塞碎片，確保膠塞碎片完全返出井筒。測(cè)完固井質(zhì)量才做套管/尾管試壓及其他作業(yè)。固井結(jié)束后，要及時(shí)檢查和保養(yǎng)水泥頭，防止未清洗干凈的水泥塊堵塞管線和閥門。固井結(jié)束后，要及時(shí)保養(yǎng)和維護(hù)好固井設(shè)備，保證試壓合格，為下一開鉆進(jìn)時(shí)的套管試壓和地層泄漏試驗(yàn)做好準(zhǔn)備。四、常見問(wèn)題套管到位后開不了泵？序號(hào)常見問(wèn)題處理辦法1套管串內(nèi)進(jìn)入沙子泥塊等雜物嘗試開泵憋通以建立循環(huán)，如果確實(shí)不行，則起套管清除雜物或者更換浮箍、浮鞋；2單流閥（自動(dòng)灌漿）被卡死3泥漿太臟使用泥漿凈化設(shè)備，清除泥漿中的固相，再使用干凈的泥漿嘗試建立循環(huán)4井深，溫度高，泥漿膠凝強(qiáng)度大緩慢上下活動(dòng)套管，同時(shí)開泵嘗試建立循環(huán)序號(hào)常見問(wèn)題處理辦法1循環(huán)排量太大降低循環(huán)排量，上下活動(dòng)套管串，控制漏失速度較慢或不出現(xiàn)漏失；2開泵或泵速提升太快循環(huán)開始時(shí)，泵速一定不能太快，待返出正常后，再提高循環(huán)泵速；3泥漿中巖屑、沙子含量高開啟泥漿凈化設(shè)備，盡量清除泥漿中的固相，保證循環(huán)進(jìn)出口泥漿密度的均勻和一致。循環(huán)時(shí)憋泵、憋漏地層？

注水泥時(shí)發(fā)生明顯漏失？設(shè)計(jì)水泥漿量不變；在保證施工安全的前提下，若時(shí)間允許，盡量采用塞流頂替泥漿相關(guān)計(jì)算（一）計(jì)算說(shuō)明單級(jí)固井施工計(jì)算通常需要考慮如下內(nèi)容：水泥量；配水泥漿用水量；水泥漿密度和造漿量；頂替量；頂替最高泵壓；作用于地層上的靜液柱壓力（破裂壓力和孔隙壓力）；對(duì)套管的頂升壓力。井徑儀兩臂和三臂（探測(cè)臂統(tǒng)一動(dòng)作）可能測(cè)出的井經(jīng)偏?。▋杀劬畯絻x也可能測(cè)出的井徑偏大）。特別是對(duì)呈橢園形狀斜井情況更是如此（圖2-1）。最好采用四臂井徑儀（各自獨(dú)立的臂）。圖2-1無(wú)論采用電測(cè)井經(jīng)還是采用鉆頭尺寸都應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取附加系數(shù)。一般僅對(duì)裸眼注水泥段計(jì)算時(shí)采用附加系數(shù)。這一附加量是考慮到彌補(bǔ)漏向地層的水泥量。當(dāng)要求水泥返到地面時(shí)，采用一定附加量以保證水泥達(dá)到地面。選用附加量時(shí)必須認(rèn)真加以考慮。如果井內(nèi)存在有易于破裂的薄弱層，附加水泥量（提高了水泥面）由于增加了靜液柱壓力和摩阻力，可能會(huì)引起地層破裂。最后一步是計(jì)算留在套管鞋處引鞋與浮箍之間的水泥量。這就是套管內(nèi)的容積。應(yīng)把這一水泥量與裸眼容積量和附加量相加。3.頂替量圖2-3單級(jí)固井膠塞碰壓的頂替量就是簡(jiǎn)單計(jì)算套管的內(nèi)容積。通常就是將單位套管內(nèi)容積乘以其長(zhǎng)度（如果管子內(nèi)徑不完全一致，則分段計(jì)算累加）。管子內(nèi)容積可通過(guò)查表求出。頂替量應(yīng)為從泵的出口到阻流環(huán)（通常是浮箍）之間的容積。頂替量也應(yīng)有少量的附加值以補(bǔ)償混在頂替液中空氣的壓縮量及考慮到泵的上水效率等因素。圖2-34.碰壓壓力最高碰壓為管內(nèi)與環(huán)形空間靜液柱壓力之差。根據(jù)不同的泵排量還應(yīng)加上克服摩阻壓力的附加壓力值。摩阻壓力最好根據(jù)“U型管效應(yīng)”的頂替模擬計(jì)算來(lái)確定（可以采用軟件模擬計(jì)算）。計(jì)算最高碰壓可有助于確定所需泵的類型，核對(duì)水泥頭的承壓能力在施工中是否滿足需要，檢查最高壓力是否小于套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度。5.作用在地層上的靜液柱壓力（破裂壓力和地層孔隙壓力）為了確保井下安全，有必要確定在注水泥過(guò)程中及施工完畢后是否會(huì)發(fā)生溢流或壓裂地層。通過(guò)對(duì)井內(nèi)危險(xiǎn)井段靜液柱壓力進(jìn)行計(jì)算來(lái)確定井下的安全性。這種計(jì)算首先是近似的計(jì)算，但是在存在壓漏薄弱地層的可能性時(shí)計(jì)算摩阻壓力特別重要。由于在一次注水泥施工中靜液柱壓力和摩阻壓力是連續(xù)發(fā)生變化的，所以唯一適合的方法是利用注水泥模擬計(jì)算程序。如果井眼內(nèi)有幾種液體就應(yīng)分段計(jì)算，則分為各段液體液柱壓力的總和。假設(shè)注水泥做業(yè)完成后，環(huán)空內(nèi)的漿柱有j種液體，各自的密度為ρj，對(duì)應(yīng)的液柱高度為hj，任意井深處的壓力為

或式中：m——井深x處以上環(huán)空井段所包含的漿體種數(shù)；ρj、hj——分別為第j種漿體所對(duì)應(yīng)的密度和液柱高度。將井深x處的靜液壓力與該井深處的地層壓力及地層破裂壓力對(duì)比，即若井涌若井漏固井設(shè)計(jì)要確保靜液柱壓力在孔隙壓力與破裂壓力之間，即要壓穩(wěn)，又不能壓漏。應(yīng)注意到水泥漿柱產(chǎn)生的靜液柱壓力隨時(shí)間而減小。316.產(chǎn)生套管頂升的壓力

在某些固井施工中，存在著將套管頂起的危險(xiǎn)性。在下列條件下有發(fā)生這種現(xiàn)象的可能：套管柱重量較輕；套管長(zhǎng)度較短；大直徑套管；水泥漿密度高；頂替液密度低；環(huán)形空間摩阻大；環(huán)形空間堵塞；井口有回壓。當(dāng)表層套管和導(dǎo)管固井時(shí)常遇到第2條至第5條中的情況。如圖2-4中的井眼條件計(jì)算頂升力如下：在靜態(tài)條件下：△F=(Ph×Ao)–(Wc+Wd)式中：Ph——指井內(nèi)液體的靜液壓力，磅力／英寸2；Ao——指套管外截面積，英寸2；Wc——指套管重量，磅；Wd——指套管內(nèi)液體重量，磅。開泵時(shí)，必須將作用在內(nèi)截面積上的泵壓加到上式中△F=[(Ph×Ao)+(Pp×Ai)–(Wc+Wd)]式中：Ai——指套管內(nèi)截面積，英寸2；Pp——指膠塞碰時(shí)的泵壓（也是管內(nèi)外壓差），磅力／英寸2?！鱂是受力之差。如果該值為正，則套管可能被頂出井眼。在給定AF為0的條件下對(duì)Pp求解就得出套管會(huì)被頂升的臨界泵壓。除非套管事先加以緊固，否則固井人員應(yīng)確保作業(yè)時(shí)泵壓不超過(guò)這一泵壓。（二）計(jì)算實(shí)例例題1：對(duì)于圖2-4中介紹的這口井進(jìn)行下列計(jì)算。以下給出有關(guān)井眼的資料。井的資料圖2-4表層套管：13-3／8英寸（54.50磅／英尺）下至1700英尺。裸眼：12-1／4英寸至4950英尺套管：9-5／8英寸（36.00磅／英尺）附加量：25％管內(nèi)水泥塞長(zhǎng)度：42英尺水泥面：進(jìn)入13-3／8英寸套管300英尺尾漿返深：4450英尺前導(dǎo)漿：13.0磅/加侖（造漿量：1.50英尺3／袋）尾漿：16.4磅/加侖（造漿量：1.05英尺3／袋）隔離液：12.5磅／加侖（用量：40桶）頂替液：密度為11.5磅／加侖泥漿薄弱地層：在井深4320英尺處破裂壓力為3215psi高孔隙壓力地層：在深度4800英尺處壓力3150psi圖2-4試計(jì)算前導(dǎo)漿和尾漿的量、固井頂替量、碰壓時(shí)的泵壓，并校核漿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否能夠?qū)崿F(xiàn)平衡固井的要求。解：1).注水泥漿量計(jì)算：a.表層套管內(nèi)前導(dǎo)水泥漿量：9-5／8"套管與13-3／8"套管間的水泥漿量V1＝300英尺×0.3627英尺3／英尺=108.8英尺3裸眼：9-5／8"套管與12-1／4"裸眼間的容積，再加上25％的附加量V2=（4450-1700）英尺×0.3131英尺3／英尺×1.25=1076.3英尺3前導(dǎo)水泥漿總量：VL=V1＋V2=108.8＋1076.3=1185.1英尺3b.裸眼內(nèi)的尾漿量：4450英尺至4950英尺之間的量V3＝500×0.3131×1.25＝195.7英尺3套管內(nèi)水泥塞體積：V4＝42英尺×0.4341英尺3／英尺＝18.2英尺3尾漿總量:VT=V3+V4=195.7+18.2=213.9英尺32)替泥漿量VD=(4950-42)英尺×0.073桶/英尺=379.4桶3)碰壓時(shí)泵壓a.套管內(nèi)靜液柱壓力(PHI)PHM=0.052×11.5磅/加侖×(4950-42)英尺＝2935.0psiPHT=0.052×16.4磅/加侖×42英尺=35.8psiPHI=2935.0psi+35.8psi=2970.8psib.套管外靜液柱壓力(PHO)必須計(jì)算環(huán)形空間各種液體靜液柱壓力之和：泥漿：泥漿柱高度為1400英尺減去隔離液高度。隔離液高度為:40桶×15.48英尺／桶（查表）＝619.2英尺。這樣，泥漿高度為:1400-619.2＝780.2英尺PHM＝0.052×11.5磅/加侖×780.2英尺=466.9psi隔離液：PHS=0.052×12.5磅/加侖×619.2英尺=402.5psi前導(dǎo)水泥漿：PHL＝0.052×13.0磅/加侖×(4,450-1400)英尺=2061.8psi尾漿：PHT＝0.052×16.4磅/加侖×(4950-4450)英尺=426.4psi總壓力PHO＝PHM+PHS+PHL+PHT=466.9+402.5+2061.8+426.4=3357.6psi碰壓前壓力（不計(jì)摩阻力）PLP＝PHO＋PHI=3357.6－2970.8=386.6psi4).作用于地層的靜液柱壓力：4320英尺處破裂壓力為3215psi作用于4320英尺處?kù)o液柱壓力PHPH=PHM+PHS+PL（4320英尺處）PL（4320英尺處）＝0.052×13.0磅／加侖×（4320-1400）英尺＝1973.9psiPH=466.9+402.5+1973.9=2843.3psi所以靜液柱壓力比破裂壓力低371.1psi5).4800英尺處孔隙壓力為：4800英尺處PH=PHM+PHS+PHL＋PHT（4800英尺處）PHT（4800英尺處）=0.052×16.4磅/加侖×(4800-4450)英尺＝298.5psiPH＝466.9+402.5+2061.8＋298.5=3229.7psi因此，靜液柱壓力比孔隙壓力高79.7psi.例題2：對(duì)于壁厚為61磅／英尺的套管下深800英尺，用密度為8.33磅／加侖的清水頂替密度為14．8磅/加侖的水泥漿，問(wèn)是否會(huì)使套管柱浮起？解：a.在靜態(tài)條件下：△F=[0.052×14.8×800×（13.375）2×л/4]-[(800×61）＋（800×0.052×8.33×(12.515）2×л/4)]＝86503-91428=-4926磅力結(jié)果為負(fù)值表明在靜態(tài)條件下，浮力不足以使套管柱上浮。b.膠塞碰時(shí)的壓力為：Pp=(14.8-8.33）×0.052×800＝269.2psi由于有泵壓作用于套管內(nèi)部，就產(chǎn)生附加的力Fp：Fp=269.2×（12.515^2×л/4）=33.115磅力因此：總作用力（FT）為FT=-4902+33115＝28189磅力在這種情況下，盡管靜液柱壓力不足以頂升套管，但是在泵壓作用下沒固定的套管就會(huì)被頂升起來(lái)。本例中，套管內(nèi)及環(huán)形空間都只有一種液體。而實(shí)際上在施工將結(jié)束時(shí)，環(huán)形空間有幾種不同的液體（尾漿、前導(dǎo)水泥漿、隔離液等）在這種情況下，本例子中在不同液體的適當(dāng)分布的條件下進(jìn)行計(jì)算的。附件一、自升式平臺(tái)套管固井配方、計(jì)算及施工程序替漿量計(jì)算①套管內(nèi)替量=(2000.08-(-2.5))x0.4992=999