單級固井作業(yè)

中海油服油田化學(xué)事業(yè)部2008年8月單級固井作業(yè)歡迎您參加1第七講內(nèi)容概述單級方法作業(yè)要點常見問題相關(guān)計算固井實例2一、概述單級固井？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”3單級固井示意圖圖1-10固井工藝流程示意圖4單級雙塞固井示意圖圖2-7單級雙膠塞固井工藝流程示意圖5二、單級固井法1、頂?shù)兹m用范圍：自升式鉆井平臺、鉆采綜合平臺（導(dǎo)管架）和陸地固井。套管附件工具有:6二、單級固井法2、水下膠塞適用范圍：半潛式鉆井平臺、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7三、作業(yè)要點徹底檢查保養(yǎng)水泥頭旋塞閥，基地對水泥頭整體和閥門試壓檢驗才送上平臺；清點固井工具、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8邀請鉆井監(jiān)督到場，監(jiān)督確認(rèn)套管膠塞的安裝，記錄好膠塞擋銷的釋放方向和圈數(shù)。安裝好后，要固定擋銷轉(zhuǎn)動手柄，并做好標(biāo)記，嚴(yán)防搬動。下套管前，將套管扶正器和循環(huán)頭吊上鉆臺，整理擺放好待用9固井施工階段下套管灌漿時，要保證套管內(nèi)灌泥漿干凈（通過沉砂池）。若用自動灌漿的附件，在距井底100～200m時務(wù)必循環(huán)破壞該裝置，嚴(yán)防沉砂進入套管內(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)計循環(huán)泵排量；第一周要求排量比設(shè)計的正常循環(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。10對于淺井，為提高頂替效率，在注替量小于套管內(nèi)容積的前提下，推薦把底膠塞投在沖洗液前邊。在技術(shù)套管中，為確保地漏實驗成功，作業(yè)時要考慮套管居中、井底干凈和套管鞋地層的因素，可以適當(dāng)提高套管鞋處的水泥漿比重。油層固井要利用相關(guān)軟件對油氣層、壓力異常層進行動態(tài)壓力計算，確保在施工過程中的全程壓力變化滿足特定的要求。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況確定頂替技術(shù)，在能夠保證清洗效果的前提下，盡可能采用低返速頂替，減少作用在薄弱油層或斷層上的循環(huán)壓力。11在注替過程中，要求鉆臺和氣測自始至終監(jiān)視泵壓和井口返出情況。對于油氣比較活躍的井，要求在注替全程的動態(tài)當(dāng)量比重≥地層的孔隙壓力，套管內(nèi)要蹩壓候凝。對于初探井，最大頂替排量原則要求不大于鉆進時最大返速（鉆鋌處）的1.2倍，在已有作業(yè)經(jīng)驗的基礎(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小時以上。12混泵水泥漿的過程中，分別于混泵水泥漿初、中和后期，各取水泥漿樣品2-3個，分別置于室溫和恒溫水浴鍋中養(yǎng)護觀察凝固情況。如果膠塞不碰壓，首先要確認(rèn)膠塞是否正常釋放，頂替量是否正確。如果正常釋放，但替量明顯不夠的情況下可以嘗試多替一些碰壓。技術(shù)套管固井，如果不碰壓，又沒有異常情況，頂替到設(shè)計最大替量后，直接檢查回流結(jié)束固井。固井后，放壓檢查回流。無回流后，即結(jié)束固井作業(yè)。如果回流不止，泵回流量入井，憋壓候凝1-2小時再檢查，直至無回流才結(jié)束固井作業(yè)。13對于井況相對復(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，力戒無的放矢、亂中出亂。14作業(yè)結(jié)束后固井結(jié)束后，通常采用憋壓方式進行候凝。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。15測完固井質(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，要及時保養(yǎng)和維護好固井設(shè)備，保證試壓合格，為下一開鉆進時的套管試壓和地層泄漏試驗做好準(zhǔn)備。16四、常見問題套管到位后開不了泵？序號常見問題處理辦法1套管串內(nèi)進入沙子泥塊等雜物嘗試開泵憋通以建立循環(huán)，如果確實不行，則起套管清除雜物或者更換浮箍、浮鞋；2單流閥（自動灌漿）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，泥漿膠凝強度大緩慢上下活動套管，同時開泵嘗試建立循環(huán)17序號常見問題處理辦法1循環(huán)排量太大

降低循環(huán)排量，上下活動套管串，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，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)進出口泥漿密度的均勻和一致。循環(huán)時憋泵、憋漏地層？

18循環(huán)時發(fā)生明顯漏失？采用小粒徑堵漏材料堵漏；逐漸循環(huán)提升泵速到設(shè)計循環(huán)排量，避免草率固井；判斷漏層位置，重新調(diào)整固井設(shè)計。19注水泥時發(fā)生明顯漏失？設(shè)計水泥漿量不變；在保證施工安全的前提下，若時間允許，盡量采用塞流頂替泥漿20相關(guān)計算（一）計算說明單級固井施工計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）；對套管的頂升壓力。211.環(huán)空容積井徑儀的類型對計算的水泥量有影響，也對水泥的返高有影響。

計算出的環(huán)形空間容積，加上附加量（根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗通常為10％至15％）22井徑儀兩臂和三臂（探測臂統(tǒng)一動作）可能測出的井經(jīng)偏?。▋杀劬畯絻x也可能測出的井徑偏大）。特別是對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（各自獨立的臂）。圖2-123無論采用電測井經(jīng)還是采用鉆頭尺寸都應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗取附加系數(shù)。一般僅對裸眼注水泥段計算時采用附加系數(shù)。這一附加量是考慮到彌補漏向地層的水泥量。當(dāng)要求水泥返到地面時，采用一定附加量以保證水泥達(dá)到地面。選用附加量時必須認(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，可能會引起地層破裂。最后一步是計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。242.密度、造漿率和混合水水泥混合水、密度和造漿量是根據(jù)固井化驗部分提供的計算方法來確定的。對于固井通常是計算混配用水量。用水量為配漿用水、隔離液和預(yù)沖洗液，罐內(nèi)殘留水量和頂替用水的總和。253.頂替量圖2-3單級固井膠塞碰壓的頂替量就是簡單計算套管的內(nèi)容積。通常就是將單位套管內(nèi)容積乘以其長度（如果管子內(nèi)徑不完全一致，則分段計算累加）。管子內(nèi)容積可通過查表求出。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2-3264.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)”的頂替模擬計算來確定（可以采用軟件模擬計算）。計算最高碰壓可有助于確定所需泵的類型，核對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)壓強度。275.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程中及施工完畢后是否會發(fā)生溢流或壓裂地層。通過對井內(nèi)危險井段靜液柱壓力進行計算來確定井下的安全性。這種計算首先是近似的計算，但是在存在壓漏薄弱地層的可能性時計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算程序。28為了計算靜液柱壓力，要采用下面公式：Ph＝0.052×ρ×H式中：Ph＝靜液柱壓力，磅力／英寸2；ρ＝液體密度，磅／加侖；H=密度ρ的液體液柱高度，英尺。29如果井眼內(nèi)有幾種液體就應(yīng)分段計算，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種漿體所對應(yīng)的密度和液柱高度。30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比，即若井涌若井漏固井設(shè)計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。32當(dāng)表層套管和導(dǎo)管固井時常遇到第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。33開泵時，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Pp求解就得出套管會被頂升的臨界泵壓。除非套管事先加以緊固，否則固井人員應(yīng)確保作業(yè)時泵壓不超過這一泵壓。34（二）計算實例例題1：對于圖2-4中介紹的這口井進行下列計算。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)水泥塞長度：42英尺水泥面：進入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2-435試計算前導(dǎo)漿和尾漿的量、固井頂替量、碰壓時的泵壓，并校核漿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計是否能夠?qū)崿F(xiàn)平衡固井的要求。解：1).注水泥漿量計算：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336b.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3372)替泥漿量VD=(4950-42)英尺×0.073桶/英尺=379.4桶3)碰壓時泵壓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=2970.8psi38b.套管外靜液柱壓力(PHO)必須計算環(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（不計摩阻力）PLP＝PHO＋PHI=3357.6－2970.8=386.6psi394).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英尺處靜液柱壓力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.40例題2：對于壁厚為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，問是否會使套管柱浮起？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。41b.膠塞碰時的壓力為：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被頂升起來。本例中，套管內(nèi)及環(huán)形空間都只有一種液體。而實際上在施工將結(jié)束時，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)分布的條件下進行計算的。42附件一、自升式平臺套管固井配方、計算及施工程序434