井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井課件

鉆開(kāi)儲(chǔ)集層（生產(chǎn)層）；

下套管、注水泥固井，射孔、生產(chǎn)管柱、完井測(cè)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(chǔ)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(duì)獨(dú)立的工程，包括從鉆開(kāi)油氣層開(kāi)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(kāi)儲(chǔ)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(yè)巖孔隙度、滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)、潤(rùn)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(chǔ)層巖性特征：二、儲(chǔ)層物性：三、儲(chǔ)層流體：四、油氣藏分類(lèi)：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(jì)—套管柱設(shè)計(jì)—注水泥技術(shù)—套管損壞與防護(hù)一開(kāi)二開(kāi)三開(kāi)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(jì)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(kāi)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(bào)廢。

4井身結(jié)構(gòu)—油井基礎(chǔ)，全井骨架 470年代以來(lái)，我國(guó)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(wàn)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(shì)。570年代以來(lái)，我國(guó)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(jì)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(lèi)及作用二、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則三、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(mǎn)足力學(xué)平衡五、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

6第一節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(lái)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(lèi)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(shí)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(shí)施方案 28″導(dǎo)管26″x300m99二、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)，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(jì)原則10抽吸壓力系數(shù)Ｓｂ：0.024~0.048g/cm3激動(dòng)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(gè)設(shè)計(jì)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(gè)剖面：三、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(mǎn)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(mǎn)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(jì)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(diǎn)D21

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

查出ρf所在的井深D21，

即為中間套管下入井深初選點(diǎn)。

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

由試算法求ρf

先試取一個(gè)D21，計(jì)算ρf，將計(jì)算ρf

與查圖ρf’比較，

ρf≤ρf’，D21為中間套管初選點(diǎn)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(yàn)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(huì)卡，中間套管應(yīng)小于初選點(diǎn)深度，

需根據(jù)壓差卡鉆條件確定中間套管的下深。

162、驗(yàn)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(xiàn)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(xiàn)上找出3、求鉆井尾管下入深度初選點(diǎn)D31

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

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

校核方法同2，△PN

換成△PA5、計(jì)算表層套管下入深度

D1

根據(jù)D2

處地層壓力，計(jì)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(jì)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(jì)舉例某井設(shè)計(jì)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(jì)。給定設(shè)計(jì)系數(shù)：Sb=0.036；

Sg=0.04；

Sk=0.06；

Sf=0.03；

ΔPN

=12Mpa;

ΔPA

=18MPa;20設(shè)計(jì)舉例20解：由圖上查得

（1）中間套管下入深度初選點(diǎn)

由試取D21=3400m，代入上式得：由破裂壓力曲線(xiàn)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(huì)被卡

由ρP曲線(xiàn)，鉆進(jìn)到深度D21=3400m時(shí)，

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(diǎn)。查得=1.435對(duì)應(yīng)D2=3200m。22（2）校核中間套管是否會(huì)被卡22

（3）確定尾管下深的初選點(diǎn)D31由ρf曲線(xiàn)查得：由：

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

計(jì)算壓差：

因?yàn)椋蚀_定尾管下深為D3=D31

=3900m。24（4）校核是否會(huì)卡尾管24（5）確定表層套管下深D1

由：試取D1=850m,代入上式計(jì)算得由ρf曲線(xiàn)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(guó)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(qiáng)度要求、下套管時(shí)井內(nèi)波動(dòng)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(xiàn)90m2930"20"16"10-3/4"13-3/8"9-5/8"2?級(jí)別1:裸眼/無(wú)支撐連接――主井眼和水平井眼都是裸眼段或在兩個(gè)井眼中用懸掛器懸掛割縫襯管。?級(jí)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(jí)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(jí)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(jí)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(jí)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(jí)別1:裸眼/無(wú)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(jì)一、套管和套管柱?套管：優(yōu)質(zhì)無(wú)縫鋼管，一端為公扣，直接車(chē)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(jì)313232?套管鋼級(jí)：—API標(biāo)準(zhǔn)8種10級(jí)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(qiáng)度kpsi）。?螺紋類(lèi)型：—API標(biāo)準(zhǔn)：短圓（STC）、長(zhǎng)圓（LTC）、梯形（BTC）、直連形（XL）。?套管柱：由同一外徑、不同鋼級(jí)、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(wú)接箍套管柱。33?套管鋼級(jí)：—API標(biāo)準(zhǔn)8種10級(jí)33二、套管柱受力分析及套管強(qiáng)度?套管柱在井內(nèi)所受外載復(fù)雜，不同時(shí)期（下套管、注水泥、后期開(kāi)采等）套管柱受力也不同。?分析和設(shè)計(jì)中主要考慮基本載荷：?套管柱設(shè)計(jì)時(shí)按最危險(xiǎn)情況考慮。1、軸向拉力及套管抗拉強(qiáng)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(dòng)載、摩阻等34二、套管柱受力分析及套管強(qiáng)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(zhǎng)度的重力，N/m;Li—第I種套管的長(zhǎng)度，m；n—組成套管柱的套管種類(lèi)（鋼級(jí)、厚度）。套管彎曲引起的附加拉力Fbd

經(jīng)驗(yàn)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(shí)的動(dòng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度

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

在鉆井手冊(cè)或套管手冊(cè)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(shí)，失穩(wěn)破壞(失圓、擠扁)—徑厚比小時(shí)，強(qiáng)度破壞372、外擠壓力及套管抗擠強(qiáng)度管外液柱壓力—徑厚比大時(shí)，失穩(wěn)破（3）雙向應(yīng)力下套管強(qiáng)度套管內(nèi)微小單元，外載作用下產(chǎn)生三向應(yīng)力對(duì)于薄壁管，可忽略，變?yōu)殡p向應(yīng)力問(wèn)題。由第四強(qiáng)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(huà)出橢圓圖形。38（3）雙向應(yīng)力下套管強(qiáng)度按拉為正、壓為負(fù)，根據(jù)以上方程可畫(huà)軸向受壓抗內(nèi)壓強(qiáng)度降低軸向拉力抗內(nèi)壓強(qiáng)度增加軸向受壓抗擠強(qiáng)度增加軸向拉力抗擠強(qiáng)度降低39軸向受壓抗內(nèi)壓強(qiáng)度降低軸向拉力抗內(nèi)壓強(qiáng)度增加軸向受壓抗擠強(qiáng)度橢圓圖上,百分比為縱坐標(biāo),百分比為橫坐標(biāo).由強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)的抗外擠強(qiáng)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(shí),根據(jù)上式則有:

由上2式代入雙向應(yīng)力橢圓方程，簡(jiǎn)化得

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

（1）內(nèi)壓力考慮管外平衡壓力，一般井口內(nèi)壓最大。考慮三種最危險(xiǎn)情況：?套管內(nèi)完全充滿(mǎn)天然氣并關(guān)井時(shí)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(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，通常按套管內(nèi)完全充滿(mǎn)天然氣時(shí)計(jì)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(qiáng)度實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，通常按套管內(nèi)完全（2）套管抗內(nèi)壓強(qiáng)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(qiáng)度可由鉆井手冊(cè)或套管手冊(cè)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(jí)套管。43（2）套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度434444三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)目的：確定合理套管鋼級(jí)、壁厚以及每種套管井深區(qū)間。1、設(shè)計(jì)原則?滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，在任何危險(xiǎn)截面上都應(yīng)滿(mǎn)足下式：

套管強(qiáng)度>外載×安全系數(shù)?應(yīng)滿(mǎn)足鉆井作業(yè)、油氣開(kāi)發(fā)和產(chǎn)層改造需要；?承受外載時(shí)應(yīng)有一定儲(chǔ)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(qiáng)度（抗滑扣）安全系數(shù)St=1.845三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)452、常用套管柱設(shè)計(jì)方法

（1）安全系數(shù)法

各危險(xiǎn)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(mǎn)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(jì)時(shí)，套管柱上下考慮同一個(gè)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(jì)特點(diǎn)?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。?油層套管：上部抗內(nèi)壓，下部抗外擠。462、常用套管柱設(shè)計(jì)方法464、套管柱設(shè)計(jì)的等安全系數(shù)法

（1）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)度套管下部套管段按抗擠設(shè)計(jì)，上部按抗拉設(shè)計(jì)，各危險(xiǎn)斷面

最小安全系數(shù)要大于或等于規(guī)定值。通式：套管強(qiáng)度>外載×安全系數(shù)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，當(dāng)考慮雙向應(yīng)力時(shí)，按浮重計(jì)算。474、套管柱設(shè)計(jì)的等安全系數(shù)法47（2）設(shè)計(jì)步驟：

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

解：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)壓要求的套管抗內(nèi)壓強(qiáng)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(jì)步驟：48按抗擠設(shè)計(jì)下部套管段，水泥面以上雙向應(yīng)力校核1）計(jì)算最大外擠力，選擇第一段套管

查表：

49按抗擠設(shè)計(jì)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(jí)套管，第一段抗拉強(qiáng)度校核查表：

第二段套管可下深度D2，第一段套管長(zhǎng)度L1取D2=2900m

502）選擇第二段套管；

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

危險(xiǎn)截面：水泥面2800m處

不安全51?雙向應(yīng)力強(qiáng)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(qiáng)度校核：（按以上同樣方法）套管1：危險(xiǎn)截面2800m處，Sc=1.29>1.0安全套管2：危險(xiǎn)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(jì)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(zhǎng)度L2?查表：53安全?計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(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(zhǎng)度L3

由：

實(shí)取：L3=1100m,則

56上部1700m處套管需進(jìn)行設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)為抗拉設(shè)計(jì)562）確定第四段套管使用長(zhǎng)度

?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572）確定第四段套管使用長(zhǎng)度57?

計(jì)算第四段套管許用長(zhǎng)度L4:

實(shí)際距井口還有600m,取L4=600m;?校核第四段下部的抗擠強(qiáng)度：安全?最終結(jié)果：L4=600m,D4=600m58?計(jì)算第四段套管許用長(zhǎng)度L4:安全?最終結(jié)果：最終設(shè)計(jì)結(jié)果：59最終設(shè)計(jì)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(jì)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(qiáng)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(zhǎng)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(duì)油井水泥的基本要求：

（1）配漿性好，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持流動(dòng)性。（2）在井下溫度及壓力下性能穩(wěn)定。（3）在規(guī)定時(shí)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。（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(duì)水泥強(qiáng)度，尤其是早期強(qiáng)度有較大影響?

高早期強(qiáng)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(qiáng)度增長(zhǎng)慢?對(duì)水泥的最終強(qiáng)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(shí)間的主要因素?對(duì)水泥漿的流變性及早期的強(qiáng)度有較大的影響，?對(duì)硫酸鹽極為敏感?對(duì)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?對(duì)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(guò)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(gè)階段：?溶膠期：水泥與水混合成膠體液，開(kāi)始水化反應(yīng)，

形成膠溶體系，此時(shí)水泥漿仍有流動(dòng)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(dòng)性。?硬化期：水化物形成晶體狀態(tài)，互相連接成緊密一個(gè)

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：—無(wú)定性物質(zhì)（水泥膠），晶體結(jié)構(gòu)，互連成整體?！?dú)溲趸}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(lèi)

（1）API水泥分類(lèi)：

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

，中溫中壓，中高抗硫?E級(jí)：3050~4270m,76~1430C

，高溫高壓，中高抗硫兩種?F級(jí)：3050~4880m,110~1600C

，超高溫超高壓，中高抗硫?G級(jí)和H級(jí)：0~2440m,0~930C

，中、高抗硫兩種?J級(jí)：3660~4880m,49~1600C

，普通型。673、油井水泥分類(lèi)676868（2）國(guó)產(chǎn)以溫度系列為標(biāo)準(zhǔn)的油井水泥69（2）國(guó)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(dòng)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(shí)間水泥漿從配制開(kāi)始到其稠度達(dá)到其規(guī)定值所用的時(shí)間。?API標(biāo)準(zhǔn)：開(kāi)始混拌到稠度達(dá)100BC所用時(shí)間。?API標(biāo)準(zhǔn)：初始15~30min內(nèi)，稠化值應(yīng)小于30BC，

現(xiàn)場(chǎng)總施工時(shí)間內(nèi)，稠度在50BC以?xún)?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(shí)間：

從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的時(shí)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；

?侯凝8h左右，開(kāi)始凝結(jié)為水泥石，抗壓強(qiáng)度2.3MPa以上。

水泥石強(qiáng)度

?能支撐和加強(qiáng)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(shí)，形成膠凝狀態(tài)，但流動(dòng)時(shí)膠凝狀態(tài)被破壞，流動(dòng)性良好。（2）膨脹水泥：凝固時(shí)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(kāi)，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(guò)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(kāi)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(chē)、水泥罐車(chē)、供液車(chē)、管匯車(chē)、壓塞車(chē)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(duì)注水泥質(zhì)量的基本要求

（1）對(duì)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；—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(zhǎng)期侵蝕。（2）在固井中常出現(xiàn)的固井質(zhì)量問(wèn)題—井口有冒油、氣、水現(xiàn)象；—不能有效的封隔各種層位，開(kāi)采時(shí)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(bào)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(shí)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(guò)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(guò)