2019最新6井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及固井英語.ppt

1、1,鉆開儲(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:,使井眼與油氣儲(chǔ)集層（產(chǎn)層、生產(chǎn)層）連通的工序（Well Completion），聯(lián)系鉆井和采油生產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。,完井概念：,前次課內(nèi)容回顧：,2,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,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,3,oi

2、l zone,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,二開,三開,4,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。,5,70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(jì)，僅套損直接損失210億元，還不計(jì)油井損壞停產(chǎn)損失。

3、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)。,6,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,7,1、表層套管Surface casing 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Interme

4、diate casing 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Production casing 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,8,例：克拉2氣田井身結(jié)構(gòu)實(shí)施方案,9,10,二、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,11,抽吸壓力系數(shù)：0.0240.048 g/cm3 激動(dòng)壓力系數(shù)：0.0240.048 g/cm3 壓裂安全系

5、數(shù)：0.030.06 g/cm3 井涌允量：0.050.08 g/cm3 壓差允值P： PN = 1518 MPa P A = 2123 MPa,6 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),12,四、裸眼井段應(yīng)滿足的力學(xué)平衡,（1）防井涌 （2）防壓差卡套管 （3）防井漏 （4）防關(guān)井井漏,13,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

6、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，m,14,五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 1、求中間套管下入深度初選點(diǎn) D21 （1）不考慮發(fā)生井涌 由 計(jì)算出f ，在破裂壓力曲線 查出f 所在的井深 D21 ， 即為中間套管下入井深初選點(diǎn)。,15,（2）考慮可能發(fā)生井涌 由 試算法求f 先試取一個(gè)D21 ，計(jì)算f ， 將計(jì)算f 與查圖f 比較， f f ，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。,16,2、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： pmax ：鉆進(jìn)至D21遇到的 最大地層壓力當(dāng)量泥漿密度。

7、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。,17,（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 。,18,3、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。,19,4、校核尾管下到 D31 是否被卡 校核方法同 2，P N 換成P A 5、計(jì)算表層套管下入深

8、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fE,確定 D1 否則重試。,20,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 ； PN = 12 Mpa ; PA = 18 MPa ;,21,解： 由圖上查得 （1）中間套管下入深度初選點(diǎn) 由 試取 D21 =3400 m，代入上式得： 由破裂壓力曲線查得 且接近，故確定 D2

9、1 = 3400 m 。,22,（2）校核中間套管是否會(huì)被卡 由P曲線，鉆進(jìn)到深度 D21 =3400 m時(shí)， 遇到最大地層壓力 因 由 因P PN = 12 MPa, 故中間套管下深應(yīng)淺于初選點(diǎn)。 查得 =1.435 對(duì)應(yīng) D2 = 3200 m。,23,（3）確定尾管下深的初選點(diǎn) D31 由f曲線查得： 由： 試取 D31 =3900m，得 由p曲線， 故確定初選點(diǎn) D31 = 3900 m.,24,（4）校核是否會(huì)卡尾管 計(jì)算壓差： 因?yàn)?， 故確定尾管下深為 D3 = D31 = 3900m 。,25,（5）確定表層套管下深 D1 由：,試取 D1 = 850 m , 代入上式計(jì)算得

10、由f曲線查得 故確定 D1 = 850 m。,26,六、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：,27,28,克拉2氣田典型井身結(jié)構(gòu),29,30,級(jí)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(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。

11、在不能固井的情況下,用套管進(jìn)行密封 。,分支井固井完井,31,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：5.2116.13 mm,32,33, 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(jí)、不同壁厚

12、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。,34,二、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,35,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(jí)、厚度）。 套管彎曲引起的附加拉力 Fbd 經(jīng)驗(yàn)公式 ： KN Dco套管外徑，cm ；Ac 套管截面積，cm2 ； 每25m 井斜角的變化，0/ 25

13、m 定向井、水平井及大狗腿直井中，應(yīng)考慮彎曲附加拉力。,36,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； m水泥漿密度，g/cm3； d水泥漿密度，g/cm3； dcin 套管內(nèi)徑，cm。,37,2、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 2327kPa/m。 （2）套管抗擠

14、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。, 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,38,（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)以上方程可畫出橢圓圖形。,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)度增加,軸向拉力抗擠強(qiáng)度降低,40,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

15、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）,41,42,3、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?？紤]三種最危險(xiǎn)情況： 套管內(nèi)完全充滿天然氣并關(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)完全充滿天然氣時(shí)計(jì)算。,43,（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

16、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 H K J C L級(jí)套管。,44,45,三、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 滿足強(qiáng)度要求，在任何危險(xiǎn)截面上都應(yīng)滿足下式： 套管強(qiáng)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(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

17、強(qiáng)度（抗滑扣）安全系數(shù)St = 1.8,46,2、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。,47,4、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

18、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。,48,（2）設(shè)計(jì)步驟： 例題：某井177.8 mm （7 英寸）油層套管下至3500 m，下套管時(shí)的鉆井液密度為1.30 ，水泥返至2800 m ,預(yù)計(jì)井內(nèi)最大內(nèi)壓力 35 Mpa，試設(shè)計(jì)該套管柱 （規(guī)定最小段長500 m ）. 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

19、 , N-80 , C-90 ,C-95 , P-110 按成本排序： N-80 C-75 L-80 C-90 C-95 P-110,49,按抗擠設(shè)計(jì)下部套管段，水泥面以上雙向應(yīng)力校核 1） 計(jì)算最大外擠力， 選擇第一段套管 查表：,50,2） 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，第一段套管長度L1,取 D2 = 2900 m,51, 雙向應(yīng)力強(qiáng)度校核，最終確定D2 和L1 D2 =2900 m 2800 m , 超過水泥面，考慮雙向應(yīng)力 危險(xiǎn)截面 ： 水泥面 2800 m 處,不安全,52,解決辦法： 將第一段套管向上延伸至水泥面以上。 預(yù)定 D

20、2 = 2700 m , L1 = 800 m ； 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 2800 m 處，Sc= 1.29 1.0 安全 套管2： 危險(xiǎn)截面 2700 m 處，Sc = 1.02 1.0 安全,53,安全, 計(jì)算套管抗拉安全系數(shù),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 L2 查表：,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 D3 =1700 m , 計(jì)算得 Sc= 1.03 安全,55,計(jì)算第二段頂部的抗拉安全系數(shù),安全,最終結(jié)果 D3 =1700 m , L2=10

21、00m,56,上部1700 m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 L3 由： 實(shí)取：L3 = 1100 m , 則,57,2）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， 與第一段套管相同,58, 計(jì)算第四段套管許用長度 L4: 實(shí)際距井口還有600 m, 取 L4 = 600 m ; 校核第四段下部的抗擠強(qiáng)度：,安全, 最終結(jié)果 ：L4= 600 m , D4=600 m,59, 最終設(shè)計(jì)結(jié)果：,60,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； 提高注水泥質(zhì)量措施。,61,注水泥基

22、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、水長期侵蝕。,62,一、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。,63,1、油井水泥的主要成分 （1）硅酸三鈣 水泥

23、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)度增長慢 對(duì)水泥的最終強(qiáng)度有影響。,64,（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。,65,2、水泥的水化

24、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。,66,（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：

25、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,67,3、油井水泥分類 （1）API水泥分類： A-J九級(jí) A級(jí) ： 01828.8 m ,中熱，溫度76.7 0C B級(jí)： 01828.8 m ,中熱，溫度76.7 0C，中高抗硫兩種 C級(jí)： 01828.8 m , 76.7 0C ，高早期強(qiáng)度，普通、中高抗硫 D級(jí) ： 1828.8 3050m , 76127 0C ，中溫中壓，中高抗硫 E級(jí) ： 3050 4270m , 76143 0C ，高溫高壓，中高抗硫兩種 F級(jí) ：3050 4880m , 110160 0C ，超高溫超高壓， 中高抗

26、硫 G級(jí)和H級(jí) ：0 2440m , 093 0C ， 中、高抗硫兩種 J級(jí) ：3660 4880m , 49160 0C ，普通型。,68,69,（2）國產(chǎn)以溫度系列為標(biāo)準(zhǔn)的油井水泥,70,二、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 3.053.20 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)：開始混拌到稠度達(dá) 100 BC 所用時(shí)間。 API標(biāo)準(zhǔn)：初始15 30 mi

27、n 內(nèi)，稠化值應(yīng)小于30 BC， 現(xiàn)場(chǎng)總施工時(shí)間內(nèi)，稠度在50 BC以內(nèi)。,71,水泥漿的失水： 一般用30 min 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 8 h左右，開始凝結(jié)為水泥石，抗壓強(qiáng)度 2.3 MPa 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,72,2、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

28、（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：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,73,3、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：,74,三、前置液 將水泥漿與鉆井液隔開，起隔離、

29、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。,75,四、注水泥工藝 水泥頭： 1銷子 2盤根 3膠塞 4銷子盤根壓蓋,76,a下套管、裝井口、循環(huán)泥漿 b注水泥 c頂膠塞、替鉆井液、碰壓 d候凝,注水泥工序示意圖,77,1、注水泥： 在水泥漿泵入井內(nèi)之前，先用一部水泥車注入一定數(shù)量的沖洗液和隔離液，隔開鉆井液和水泥漿，然后再注水泥。 2、頂膠塞、替鉆井液： 注完水泥后，打開水泥頭兩側(cè)的銷子，然

30、后用一部水泥車打入200L左右的隔離液（頂膠塞下移），當(dāng)膠塞下移到水泥頭兩側(cè)的注水泥閘門以下時(shí)，開始替鉆井液。 3、碰壓： 替鉆井液后期，泵壓逐漸升高，當(dāng)鉆井泵壓力表指示突然升高時(shí)，表明膠塞座在了承托環(huán)上，結(jié)束替鉆井液。,固井工序：,78,4、憋壓候凝： 替鉆井液結(jié)束后，為了提高固井質(zhì)量和防止水泥漿產(chǎn)生回壓將回壓凡爾壓壞，必須進(jìn)行48小時(shí)的憋壓候凝，期間，由于水泥漿凝固要產(chǎn)生一定的熱量，致使回壓增加，應(yīng)及時(shí)把增加的回壓放掉。,固井工序：,79,五、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

31、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(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。,80,81,（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)過程中對(duì)其下部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； 水泥漿凝結(jié)后體積收縮； 收縮率小于0.2% 套管內(nèi)原來有壓力，放壓后使套管收縮; 泥餅影響地層水泥間（第二界面）膠結(jié),82,3、提高注水泥質(zhì)量的措施 （1）提高頂替效率，