井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井課件

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:完井是使井眼與油氣儲集層（產(chǎn)層、生產(chǎn)層）連通的工序（WellCompletion），是銜接鉆井工程和采油工程而又相對獨立的工程，包括從鉆開油氣層開始，到下生產(chǎn)套管、注水泥固井、射孔、下生產(chǎn)管柱、排液，直至投產(chǎn)的系統(tǒng)工程。完井概念：

前次課內(nèi)容回顧：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、前次課內(nèi)容回顧：第一章完井的工程地質(zhì)基礎(chǔ)主要碎屑巖和碳酸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)、潤濕性油、氣、水孔隙、裂縫、裂縫孔隙、孔隙裂縫、洞隙

塊狀、層狀、斷塊、透鏡體油藏

常規(guī)油、稠油、高凝油藏一、儲層巖性特征：二、儲層物性：三、儲層流體：四、油氣藏分類：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

在地殼單位面積上的力2前次課內(nèi)容回顧：第一章完井的工程地質(zhì)基礎(chǔ)主要碎屑巖和碳酸巖oilzone中間套管(技術(shù)套管)表層套管生產(chǎn)套管(油層套管)主要內(nèi)容:

—

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計—套管柱設(shè)計—注水泥技術(shù)—套管損壞與防護(hù)一開二開三開3oilzone中間套管表層套管生產(chǎn)套管主井身結(jié)構(gòu)—油井基礎(chǔ)，全井骨架固井工程—套管柱設(shè)計和注水泥不僅關(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。2006年3月25日，重慶開縣羅家2井，

套管破損，地下井漏，H2S噴出，

12000人緊急疏散，2口井報廢。

4井身結(jié)構(gòu)—油井基礎(chǔ)，全井骨架 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，僅套損直接損失210億元，還不計油井損壞停產(chǎn)損失。2005年，套損嚴(yán)重油田累計套損井?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10%以上；

中原：占投產(chǎn)井?dāng)?shù)23.3%；

并且各油田套損井?dāng)?shù)有上升趨勢。570年代以來，我國油氣田套管損壞現(xiàn)象十分嚴(yán)重。5

第一節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容：套管層次；每層套管下深；套管和井眼尺寸配合。一、套管的分類及作用二、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計原則三、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)四、裸眼井段應(yīng)滿足力學(xué)平衡五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法（舉例）六、套管尺寸和井眼尺寸選擇

6第一節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計 61、表層套管—Surfacecasing

封隔地表淺水層及淺部疏松和復(fù)雜層

安裝井口、懸掛及支撐后續(xù)各層套管2、中間套管—Intermediatecasing

表層和生產(chǎn)套管間因技術(shù)要求下套管

可以是一層、兩層或更多層

主要用來分隔井下復(fù)雜地層3、生產(chǎn)套管—Productioncasing

鉆達(dá)目的層后下入的最后一層套管

用以保護(hù)生產(chǎn)層，提供油氣生產(chǎn)通道

4、尾管（襯管）—Liner一、套管的分類及作用71、表層套管—Surfacecasing一、套管的例：克拉2氣田井身結(jié)構(gòu)實施方案

28″導(dǎo)管26″x300m18-5/8″x300m16″x2600m13-3/8″x2600m12-1/4″x封白云巖10-3/4″x100m+9-7/8″x封白云巖8-1/2″*目的層7″尾管*目的層8例：克拉2氣田井身結(jié)構(gòu)實施方案 28″導(dǎo)管26″x300m99二、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

1、有效保護(hù)油氣層2、有效避免漏、噴、塌、卡等井

下復(fù)雜事故，安全、快速鉆井3、井涌時，有壓井處理溢流能力4、下套管順利，不壓差卡套管10二、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計原則10抽吸壓力系數(shù)Ｓｂ：0.024~0.048g/cm3激動壓力系數(shù)Ｓｇ：0.024~0.048g/cm3壓裂安全系數(shù)Ｓｆ：0.03~0.06g/cm3井涌允量Ｓｋ：0.05~0.08g/cm3壓差允值△P：△PN=15~18MPa

△P

A=

21~23MPa6個設(shè)計系數(shù)：孔隙壓力剖面

破裂壓力剖面

坍塌壓力剖面

漏失壓力剖面?4個剖面：三、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)11抽吸壓力系數(shù)Ｓｂ：0.024~0.048g/cm3四、裸眼井段應(yīng)滿足的力學(xué)平衡（1）防井涌（2）防壓差卡井（3）防井漏（4）防關(guān)井井漏12四、裸眼井段應(yīng)滿足的力學(xué)平衡（1）防井涌12其中：——鉆井液密度，——裸眼段內(nèi)使用的最大鉆井液密度，——裸眼段鉆遇最大地層壓力的當(dāng)量泥漿密度，——最大地層孔隙壓力所處的井深，m——裸眼段鉆遇最小地層壓力的當(dāng)量泥漿密度，——最小地層孔隙壓力所處的井深，m——裸眼段最小地層破裂壓力的當(dāng)量泥漿密度，——套管鞋處地層破裂壓力的當(dāng)量泥漿密度，——套管下入深度，m13其中：13五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

生產(chǎn)套管下深取決于油氣層位置和完井方法。1、求中間套管下入深度初選點D21

依據(jù)：鉆下部井段預(yù)計Pmax≤Pf2（1）不考慮發(fā)生井涌由計算出ρf，在破裂壓力曲線

查出ρf所在的井深D21，

即為中間套管下入井深初選點。

14五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法14（2）考慮可能發(fā)生井涌

由試算法求ρf

先試取一個D21，計算ρf，將計算ρf

與查圖ρf’比較，

ρf≤ρf’，D21為中間套管初選點否則，重新試算。一般情況下，在新探區(qū)，取以上兩種條件下較大值。15（2）考慮可能發(fā)生井涌152、驗證中間套管下到深度D21是否被卡（1）首先求裸眼可能存在的最大靜壓差：

ρpmax：鉆進(jìn)至D21遇到的最大地層壓力當(dāng)量泥漿密度。Dmin：最小地層孔隙壓力所處的井深，m?若，不卡，D21為中間套管下入深度D2。?若，會卡，中間套管應(yīng)小于初選點深度，

需根據(jù)壓差卡鉆條件確定中間套管的下深。

162、驗證中間套管下到深度D21是否被卡16（2）求壓差條件下允許的最大地層壓力在地層壓力曲線上找出深度即為中間套管的下深D2

。17（2）求壓差條件下允許在地層壓力曲線上找出3、求鉆井尾管下入深度初選點D31

根據(jù)D2處地層破裂壓力，求出繼續(xù)向下鉆進(jìn)時裸眼段允許最大地層壓力

試算法：先試取一個D31，計算，若計算與實際值接近且略大，則D31為尾管初選點，否則重試。183、求鉆井尾管下入深度初選點D31184、校核尾管下到D31是否被卡

校核方法同2，△PN

換成△PA5、計算表層套管下入深度

D1

根據(jù)D2

處地層壓力，計算若鉆進(jìn)到D2發(fā)生井涌關(guān)井，表層套管鞋處承受壓力當(dāng)量密度：

試算：試取D1，計算≤查得ρfE,確定

D1否則重試。194、校核尾管下到D31是否被卡試算：試取D1，19設(shè)計舉例某井設(shè)計井深為4400m；地層孔隙壓力梯度和破裂壓力梯度剖面如圖。試進(jìn)行該井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計。給定設(shè)計系數(shù)：Sb=0.036；

Sg=0.04；

Sk=0.06；

Sf=0.03；

ΔPN

=12Mpa;

ΔPA

=18MPa;20設(shè)計舉例20解：由圖上查得

（1）中間套管下入深度初選點

由試取D21=3400m，代入上式得：由破裂壓力曲線查得且接近，故確定D21=3400m。21解：由圖上查得21（2）校核中間套管是否會被卡

由ρP曲線，鉆進(jìn)到深度D21=3400m時，

遇到最大地層壓力

因由因ΔP＞ΔPN=12MPa,故中間套管下深應(yīng)淺于初選點。查得=1.435對應(yīng)D2=3200m。22（2）校核中間套管是否會被卡22

（3）確定尾管下深的初選點D31由ρf曲線查得：由：

試取D31=3900m，得由ρp曲線，故確定初選點D31=3900m.23（3）確定尾管下深的初選點D3123（4）校核是否會卡尾管

計算壓差：

因為，故確定尾管下深為D3=D31

=3900m。24（4）校核是否會卡尾管24（5）確定表層套管下深D1

由：試取D1=850m,代入上式計算得由ρf曲線查得故確定D1=850m。25（5）確定表層套管下深D1試取D1=850m,六、套管尺寸和井眼尺寸選擇

目前我國使用最多的套管/鉆頭系列是：套管和井眼尺寸確定一般是由內(nèi)到外進(jìn)行

根據(jù)采油要求油層套管尺寸匹配鉆頭……

套管與井眼間間隙與井身質(zhì)量、固井水泥環(huán)強度要求、下套管時井內(nèi)波動壓力、套管尺寸等因素有關(guān)。

間隙最?。?.5mm～12.7mm，最好：19.0mm。目前，根據(jù)套管層次不同，已基本形成了較穩(wěn)定的系列。26六、套管尺寸和井眼尺寸選擇套管和井眼尺寸確定一般是由內(nèi)到外2727

28″導(dǎo)管26″x300m18-5/8″x300m16″x2600m13-3/8″x2600m12-1/4″x封白云巖10-3/4″x100m+9-7/8″x封白云巖8-1/2″*目的層7″尾管*目的層克拉2氣田典型井身結(jié)構(gòu)28 28″導(dǎo)管26″x300m16″x260030"20"16"10-3/4"13-3/8"9-5/8"2.162.182.30泥線90m2930"20"16"10-3/4"13-3/8"9-5/8"2?級別1:裸眼/無支撐連接――主井眼和水平井眼都是裸眼段或在兩個井眼中用懸掛器懸掛割縫襯管。?級別2:主井眼下套管并固井,水平井眼或裸眼或以懸掛方式下割縫襯管。?級別3:主井眼下套管并固井,水平井眼下套管但不固井。用懸掛器將水平尾管錨定在主井眼上,但不固井。?級別4:主井眼和水平井眼都下套管并注水泥。主井眼和水平井眼在聯(lián)接處都注水泥。?級別5:在連接處進(jìn)行壓力密封。在不能固井的情況下,用完井方法達(dá)到密封。?級別6:在連接處進(jìn)行壓力密封。在不能固井的情況下,用套管進(jìn)行密封。

分支井固井完井30?級別1:裸眼/無支撐連接――主井眼和水平井眼都是裸眼段或在第二節(jié)套管柱設(shè)計一、套管和套管柱?套管：優(yōu)質(zhì)無縫鋼管，一端為公扣，直接車在管體上；

一端為帶母扣的套管接箍。?套管尺寸：API標(biāo)準(zhǔn)，共14種尺寸；壁厚：5.21~16.13mm

31第二節(jié)套管柱設(shè)計313232?套管鋼級：—API標(biāo)準(zhǔn)8種10級H-40,J-55,K-55,C-75,L-80,N-80,C-90,C-95,P-110,Q-125（數(shù)字×1000為套管的最小屈服強度kpsi）。?螺紋類型：—API標(biāo)準(zhǔn)：短圓（STC）、長圓（LTC）、梯形（BTC）、直連形（XL）。?套管柱：由同一外徑、不同鋼級、不同壁厚的套管用接箍連接組成的管柱，特殊情況下也使用無接箍套管柱。33?套管鋼級：—API標(biāo)準(zhǔn)8種10級33二、套管柱受力分析及套管強度?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）套管柱受力也不同。?分析和設(shè)計中主要考慮基本載荷：?套管柱設(shè)計時按最危險情況考慮。1、軸向拉力及套管抗拉強度

（1）套管軸向拉力軸向拉力外擠壓力內(nèi)壓力自重產(chǎn)生的拉力彎曲產(chǎn)生附加拉力注水泥產(chǎn)生附加拉力動載、摩阻等34二、套管柱受力分析及套管強度軸向拉力自重產(chǎn)生的拉力34自重引起的拉力Fm

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Fbd

經(jīng)驗公式：KNDco—套管外徑，cm；Ac—套管截面積，cm2；

θ—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。35自重引起的拉力Fm35注水泥引起的附加拉力Fc

KN其它附加拉力?上提或下放套管時的動載、井壁摩擦力等；?一般在安全系數(shù)中考慮。（2）套管的抗拉強度

?套管所受軸向拉力一般在井口最大?由拉應(yīng)力引起的破壞形式：本體被拉斷、脫扣?通常用套管的抗滑扣力表示套管的抗拉強度h—管內(nèi)水泥漿高，m；ρm—水泥漿密度，g/cm3；ρd—水泥漿密度，g/cm3；dcin—套管內(nèi)徑，cm。36注水泥引起的附加拉力Fch—管內(nèi)水泥漿高，m；362、外擠壓力及套管抗擠強度

（1）外擠壓力—主要載荷：?常規(guī)情況按套管全掏空時管外壓力計算：MPa?高塑性巖石，按上覆巖層壓力計算，梯度23～27kPa/m。（2）套管抗擠強度?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，其抗擠強度可

在鉆井手冊或套管手冊中查得。管外液柱壓力地層中流體壓力高塑性巖石側(cè)向擠壓力等—徑厚比大時，失穩(wěn)破壞(失圓、擠扁)—徑厚比小時，強度破壞372、外擠壓力及套管抗擠強度管外液柱壓力—徑厚比大時，失穩(wěn)破（3）雙向應(yīng)力下套管強度套管內(nèi)微小單元，外載作用下產(chǎn)生三向應(yīng)力對于薄壁管，可忽略，變?yōu)殡p向應(yīng)力問題。由第四強度理論：變換為橢圓方程：按拉為正、壓為負(fù)，根據(jù)以上方程可畫出橢圓圖形。38（3）雙向應(yīng)力下套管強度按拉為正、壓為負(fù)，根據(jù)以上方程可畫軸向受壓抗內(nèi)壓強度降低軸向拉力抗內(nèi)壓強度增加軸向受壓抗擠強度增加軸向拉力抗擠強度降低39軸向受壓抗內(nèi)壓強度降低軸向拉力抗內(nèi)壓強度增加軸向受壓抗擠強度橢圓圖上,百分比為縱坐標(biāo),百分比為橫坐標(biāo).由強度條件的雙向應(yīng)力橢圓可以看出:?第一象限:

拉伸與內(nèi)壓聯(lián)合作用

軸向拉力抗內(nèi)壓強度增加.?第二象限:

軸向壓縮與內(nèi)壓聯(lián)合作用軸向受壓抗內(nèi)壓強度降低.?第三象限:

軸向壓應(yīng)力與外擠壓力聯(lián)合作用軸向受壓抗外擠強度增加.?第四象限:軸向拉應(yīng)力與外擠壓力聯(lián)合作用軸向拉力抗外擠強度降低（需考慮）40橢圓圖上,百分比為縱坐標(biāo),百考慮軸向拉力影響時的抗外擠強度公式PCC的推導(dǎo):

如圖:

由雙向應(yīng)力橢圓方程，當(dāng)σZ

=0時,根據(jù)上式則有:

由上2式代入雙向應(yīng)力橢圓方程，簡化得

Fm—軸向拉力，KN；Fs—管體屈服強度，KN；，Mpa41考慮軸向拉力影響時的抗外擠強度公式PCC的推導(dǎo):由雙向3、內(nèi)壓力及抗內(nèi)壓強度

（1）內(nèi)壓力考慮管外平衡壓力，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；?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。實際設(shè)計時，通常按套管內(nèi)完全充滿天然氣時計算。

—井底氣壓，MpaG—天然氣與空氣密度比,0.55—套管鞋處破裂壓力梯度，Mpa/m；—附加系數(shù)，取0.0012Mpa/m。423、內(nèi)壓力及抗內(nèi)壓強度實際設(shè)計時，通常按套管內(nèi)完全（2）套管抗內(nèi)壓強度?內(nèi)壓載荷下的主要破壞形式：爆裂、絲扣密封失效?抗內(nèi)壓強度可由鉆井手冊或套管手冊查得（3）套管的腐蝕?原因：在地下與腐蝕性流體接觸?破壞形式：管體的有效厚度減小，套管承載力降低，鋼材性質(zhì)變化，?引起套管腐蝕的主要介質(zhì)有：氣體或液體中的硫化氫、溶解氧、二氧化碳?抗硫套管：API套管系列中的HKJCL級套管。43（2）套管抗內(nèi)壓強度434444三、套管柱強度設(shè)計目的：確定合理套管鋼級、壁厚以及每種套管井深區(qū)間。1、設(shè)計原則?滿足強度要求，在任何危險截面上都應(yīng)滿足下式：

套管強度>外載×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；?承受外載時應(yīng)有一定儲備能力?經(jīng)濟(jì)性要好?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)Si=1.1—套管抗拉強度（抗滑扣）安全系數(shù)St=1.845三、套管柱強度設(shè)計452、常用套管柱設(shè)計方法

（1）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)。下部抗擠設(shè)計，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）

在抗拉設(shè)計時，套管柱上下考慮同一個拉力余量。另最大載荷法、AMOCO法、西德BEB法及前蘇聯(lián)方法等。3、各層套管柱的設(shè)計特點?表層套管：主要考慮內(nèi)壓載荷；?技術(shù)套管：既要高抗內(nèi)壓強度，又要抗鉆具沖擊磨損。?油層套管：上部抗內(nèi)壓，下部抗外擠。462、常用套管柱設(shè)計方法464、套管柱設(shè)計的等安全系數(shù)法

（1）基本設(shè)計思路計算可能出現(xiàn)最大內(nèi)壓力，篩選符合抗內(nèi)壓強度套管下部套管段按抗擠設(shè)計，上部按抗拉設(shè)計，各危險斷面

最小安全系數(shù)要大于或等于規(guī)定值。通式：套管強度>外載×安全系數(shù)水泥面以上套管強度考慮雙向應(yīng)力影響軸向拉力通常按套管在空氣中的重力計算，當(dāng)考慮雙向應(yīng)力時，按浮重計算。474、套管柱設(shè)計的等安全系數(shù)法47（2）設(shè)計步驟：

例題：某井177.8mm（7英寸）油層套管下至3500m，下套管時的鉆井液密度為1.30，水泥返至2800m,預(yù)計井內(nèi)最大內(nèi)壓力35Mpa，試設(shè)計該套管柱（規(guī)定最小段長500m）.

解：規(guī)定的安全系數(shù)：Sc=1.0,Si=1.1,St=1.8;

計算最大內(nèi)壓力，篩選符合抗內(nèi)壓要求的套管抗內(nèi)壓強度

篩選套管：C-75,L-80,N-80,C-90,C-95,P-110

按成本排序：N-80<C-75<L-80<C-90<C-95<P-11048（2）設(shè)計步驟：48按抗擠設(shè)計下部套管段，水泥面以上雙向應(yīng)力校核1）計算最大外擠力，選擇第一段套管

查表：

49按抗擠設(shè)計下部套管段，水泥面以上雙向應(yīng)力校核492）選擇第二段套管；

選低一級套管，第一段抗拉強度校核查表：

第二段套管可下深度D2，第一段套管長度L1取D2=2900m

502）選擇第二段套管；

選低一級套管，第一段抗拉強度校核取?雙向應(yīng)力強度校核，最終確定D2和L1D2=2900m＞2800m,超過水泥面，考慮雙向應(yīng)力

危險截面：水泥面2800m處

不安全51?雙向應(yīng)力強度校核，最終確定D2和L1不安全51解決辦法：將第一段套管向上延伸至水泥面以上。預(yù)定D2=2700m,L1

=800m；重新雙向應(yīng)力強度校核：（按以上同樣方法）套管1：危險截面2800m處，Sc=1.29>1.0安全套管2：危險截面2700m處，Sc=1.02>1.0安全52解決辦法：將第一段套管向上延伸至水泥面以上。52安全?

計算套管抗拉安全系數(shù)

最終結(jié)果：D2=2700m,L1

=800m3）選擇第三段套管，確定第二段套管長度L2?查表：53安全?計算套管抗拉安全系數(shù)最終結(jié)果：D2?考慮雙向應(yīng)力影響，確定第三段套管可下深度：試算法，取D3=1700m,計算得Sc=1.03安全54?考慮雙向應(yīng)力影響，確定第三段套管可下深度：試算法，取計算第二段頂部的抗拉安全系數(shù)安全最終結(jié)果D3=1700m,L2=1000m55計算第二段頂部的抗拉安全系數(shù)安全最終結(jié)果D3=17

上部1700m處套管需進(jìn)行設(shè)計，轉(zhuǎn)為抗拉設(shè)計1）計算第三段套管按抗拉要求的允許使用長度L3

由：

實?。篖3=1100m,則

56上部1700m處套管需進(jìn)行設(shè)計，轉(zhuǎn)為抗拉設(shè)計562）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度高，

與第一段套管相同572）確定第四段套管使用長度57?

計算第四段套管許用長度L4:

實際距井口還有600m,取L4=600m;?校核第四段下部的抗擠強度：安全?最終結(jié)果：L4=600m,D4=600m58?計算第四段套管許用長度L4:安全?最終結(jié)果：最終設(shè)計結(jié)果：59最終設(shè)計結(jié)果：59

第三節(jié)注水泥技術(shù)?注水泥目的：固定套管

封隔井內(nèi)的油氣水層?本節(jié)內(nèi)容：油井水泥；

水泥漿性能；

注水泥設(shè)備與工藝；

提高注水泥質(zhì)量措施。60第三節(jié)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)計要求（2）注水泥段環(huán)空鉆井液全部被水泥漿替換，

不存殘留。（3）水泥石與套管及井壁膠結(jié)強度足夠，耐酸化

壓裂及沖擊。（4）凝固后管外不冒油、氣、水，環(huán)空內(nèi)各壓力

體系不互竄。（5）水泥石能經(jīng)受油、氣、水長期侵蝕。61注水泥基本要求：61一、油井水泥

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：

（1）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。（3）在規(guī)定時間內(nèi)凝固并達(dá)到一定強度。（4）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。62一、油井水泥621、油井水泥的主要成分（1）硅酸三鈣

?水泥的主要成分，一般的含量為40%~65%?對水泥強度，尤其是早期強度有較大影響?

高早期強度水泥中含量可達(dá)60%~65%，

緩凝水泥中含量在40%~45%

（2）硅酸二鈣?含量一般在24%~30%之間?水化反應(yīng)慢，強度增長慢?對水泥的最終強度有影響。631、油井水泥的主要成分63（3）鋁酸三鈣?促進(jìn)水泥快速水化?其含量是決定水泥初凝和稠化時間的主要因素?對水泥漿的流變性及早期的強度有較大的影響，?對硫酸鹽極為敏感?對于有較高的早期強度的水泥，其含量可達(dá)15%。（4）鐵鋁酸四鈣?對強度影響較小，水化速度僅次于?早期強度增加較快，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。64（3）鋁酸三鈣642、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，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)

水泥的主要成分與水發(fā)生的水化反應(yīng)為：

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。652、水泥的水化其他二次反應(yīng)，生成物有硅酸鹽水化產(chǎn)（2）水泥凝結(jié)與硬化

水泥硬化分為三個階段：?溶膠期：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。?凝結(jié)期：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。?硬化期：水化物形成晶體狀態(tài)，互相連接成緊密一個

整體，強度增加，硬化成為水泥石。?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。—氫氧化鈣晶體，是水化反應(yīng)的產(chǎn)物—未水化的水泥顆粒66（2）水泥凝結(jié)與硬化663、油井水泥分類

（1）API水泥分類：

A-J九級?A級：0~1828.8m,中熱，溫度76.70C?B級：0~1828.8m,中熱，溫度76.70C，中高抗硫兩種?C級：0~1828.8m,76.70C，高早期強度，普通、中高抗硫?D級：1828.8~3050m,76~1270C

，中溫中壓，中高抗硫?E級：3050~4270m,76~1430C

，高溫高壓，中高抗硫兩種?F級：3050~4880m,110~1600C

，超高溫超高壓，中高抗硫?G級和H級：0~2440m,0~930C

，中、高抗硫兩種?J級：3660~4880m,49~1600C

，普通型。673、油井水泥分類676868（2）國產(chǎn)以溫度系列為標(biāo)準(zhǔn)的油井水泥69（2）國產(chǎn)以溫度系列為標(biāo)準(zhǔn)的油井水泥69二、水泥漿性能與固井工程的關(guān)系

1、水泥漿性能

水泥漿密度

?干水泥密度3.05~3.20?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)100BC所用時間。?API標(biāo)準(zhǔn)：初始15~30min內(nèi)，稠化值應(yīng)小于30BC，

現(xiàn)場總施工時間內(nèi)，稠度在50BC以內(nèi)。70二、水泥漿性能與固井工程的關(guān)系70水泥漿的失水：一般用30min失水量表示。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，需早期較高強度，以便下道工序；

?侯凝8h左右，開始凝結(jié)為水泥石，抗壓強度2.3MPa以上。

水泥石強度

?能支撐和加強套管

?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)壓力水泥石的抗蝕性

?主要應(yīng)能抗硫酸鹽腐蝕71水泥漿的失水：一般用30min失水量表2、水泥的外加劑

（1）加重劑：重晶石、赤鐵粉等，使水泥漿密度達(dá)2.3（2）減輕劑：硅藻土、粘土粉、瀝青粉、玻璃微珠、火山灰等。

可使水泥漿的密度降到1.45（3）緩凝劑：丹寧酸鈉、酒石酸、硼酸、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鈉、

羧甲基羥乙基纖維素等。（4）促凝劑：氯化鈣、硅酸鈉、氯化鉀等（5）減阻劑：β—奈磺酸甲醛的縮合物、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鈉、

木質(zhì)素磺酸鈉等。（6）降失水劑：羧甲基羥乙基纖維素、丙烯酸胺、粘土等。（7）防漏失劑：瀝青粒、纖維材料等722、水泥的外加劑723、特種水泥

（1）觸變性水泥：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。（2）膨脹水泥：凝固時體積略膨脹。用于高壓氣井。（3）防凍水泥：地表溫度較低地區(qū)表層套管固井。

（4）抗鹽水泥：（5）抗高溫水泥：（6）輕質(zhì)水泥：733、特種水泥73三、前置液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。

前置液在環(huán)空中高度不超過250m。1、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，清洗殘存的鉆井液及泥餅。

2、隔離液：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。

74三、前置液74四、注水泥設(shè)備與工藝

1、注水泥漿主要設(shè)備

水泥車、水泥罐車、供液車、管匯車、壓塞車等2、主要工具

水泥頭、浮箍、浮鞋、承托環(huán)、回壓凡爾、扶正器、碰壓塞等3、注水泥工藝75四、注水泥設(shè)備與工藝75五、提高注水泥質(zhì)量的措施

1、對注水泥質(zhì)量的基本要求

（1）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)計要求；—注水泥井段的環(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。（2）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；—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。76五、提高注水泥質(zhì)量的措施762、影響注水泥質(zhì)量的因素（1）頂替效率低，產(chǎn)生竄槽。注水泥井段

頂替效率=×100%

任一截面頂替效率=×100%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：—接觸時間、頂替速度及流態(tài)、水泥漿的流變性等環(huán)形水泥漿體積環(huán)形空間體積環(huán)形水泥漿面積環(huán)形空間截面積

?套管不居中；?井眼不規(guī)則；?水泥漿性能及頂替措施不當(dāng)772、影響注水泥質(zhì)量的因素環(huán)形水泥漿體積環(huán)形空間體積環(huán)形水泥漿（2）水泥漿凝結(jié)過程中油氣水上竄

引起油氣水上竄的原因：

水泥漿失重：水泥漿柱在凝結(jié)過