井身結(jié)構(gòu)設(shè)計及固井

1、 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 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、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: 使井眼與油氣儲集層（產(chǎn)層、生產(chǎn)層）使井眼與油氣儲集層（產(chǎn)層、生產(chǎn)層） 連通的工序連通的工序（Well Completion）， 聯(lián)系鉆井和采油生產(chǎn)的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。聯(lián)系鉆井和采油生產(chǎn)的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 完井概念： 前次課內(nèi)容回顧：前次課內(nèi)容回顧： 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 2 內(nèi)容回顧：內(nèi)容回顧：第一章第一章 完井的工程地質(zhì)基礎(chǔ)完井的工程地質(zhì)基礎(chǔ)

2、主要碎屑巖和碳酸巖主要碎屑巖和碳酸巖 少量巖漿巖和變質(zhì)巖，甚至頁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)、潤濕性孔隙度、滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)、潤濕性 油、氣、水油、氣、水 孔隙、裂縫、裂縫孔隙、孔隙裂縫、洞隙孔隙、裂縫、裂縫孔隙、孔隙裂縫、洞隙 塊狀、層狀、斷塊、透鏡體油藏塊狀、層狀、斷塊、透鏡體油藏 常規(guī)油、稠油、高凝油藏常規(guī)油、稠油、高凝油藏 一、儲層巖性特征：一、儲層巖性特征： 二、儲層物性：二、儲層物性： 三、儲層流體：三、儲層流體： 四、油氣藏分類：四、油氣藏分類： 五、地應(yīng)力概念與確定：五、地應(yīng)力概念與確定： 巖層內(nèi)部產(chǎn)生反抗變形、并作用巖層內(nèi)部產(chǎn)生反抗變形、并作用 在

3、地殼單位面積上的力在地殼單位面積上的力 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 3 oil zone 中間套管中間套管 (技術(shù)套管技術(shù)套管) 表層套管表層套管 生產(chǎn)套管生產(chǎn)套管 (油層套管油層套管) 主要內(nèi)容主要內(nèi)容: 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計井身結(jié)構(gòu)設(shè)計 套管柱設(shè)計套管柱設(shè)計 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù) 套管損壞與防護(hù)套管損壞與防護(hù) 一開一開 二開二開 三開三開 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 4 井身結(jié)構(gòu)井身結(jié)構(gòu)油井基礎(chǔ)，全井骨架油井基礎(chǔ)，全井骨架 固井工程固井工程套管柱設(shè)計和注水泥套管柱設(shè)計和注水泥 不僅關(guān)系全井能否順利鉆進(jìn)完井，不僅關(guān)系全井能否順利鉆進(jìn)完井， 而且關(guān)系能否

4、順利生產(chǎn)和壽命。而且關(guān)系能否順利生產(chǎn)和壽命。 2006年年3月月25日，重慶開縣羅家日，重慶開縣羅家2井，井， 套管破損，地下井漏，套管破損，地下井漏， H2S噴出，噴出， 12000人緊急疏散，人緊急疏散，2口井報廢口井報廢。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 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，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：286

5、1口，占30%以上； 勝利：3000多口，占多口，占10%以上以上； 中原：占投產(chǎn)井?dāng)?shù)投產(chǎn)井?dāng)?shù)23.3%； 并且各油田套損井?dāng)?shù)有上升趨勢。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 6 第一節(jié)第一節(jié) 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計井身結(jié)構(gòu)設(shè)計 內(nèi)容：內(nèi)容：套管層次；套管層次； 每層套管下深；每層套管下深； 套管和井眼尺寸配合。套管和井眼尺寸配合。 一、套管的分類及作用一、套管的分類及作用 二、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計原則二、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)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）五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法（舉例） 六、套管尺寸

6、和井眼尺寸選擇六、套管尺寸和井眼尺寸選擇 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 7 1、表層套管、表層套管Surface casing 封隔地表淺水層及淺部疏松和復(fù)雜層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)各層套管安裝井口、懸掛及支撐后續(xù)各層套管 2、中間套管、中間套管Intermediate casing 表層和生產(chǎn)套管間因技術(shù)要求下套管表層和生產(chǎn)套管間因技術(shù)要求下套管 可以是一層、兩層或更多層可以是一層、兩層或更多層 主要用來分隔井下復(fù)雜地層主要用來分隔井下復(fù)雜地層 3、生產(chǎn)套管、生產(chǎn)套管Production casing 鉆達(dá)目的層后下入的最后一層套管鉆

7、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)通道用以保護(hù)生產(chǎn)層，提供油氣生產(chǎn)通道 4、尾管（襯管）、尾管（襯管） Liner 一、套管的分類及作用一、套管的分類及作用 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 8 例：克拉例：克拉2 2氣田井身結(jié)構(gòu)實施方案氣田井身結(jié)構(gòu)實施方案 2828導(dǎo)管導(dǎo)管 26x300m 26x300m 18-5/8x300m18-5/8x300m 16x2600m 16x2600m 13-3/8x2600m13-3/8x2600m 12-1/4x 12-1/4x 封白云巖封白云巖 10-3/4x100m+9-7/8x10-3/4x100m+9-7

8、/8x封白云巖封白云巖 8-1/28-1/2* *目的層目的層 77尾管尾管* *目的層目的層 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 9 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 10 二、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計原則二、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計原則 1、有效保護(hù)油氣層、有效保護(hù)油氣層 2、有效避免漏、噴、塌、卡等井、有效避免漏、噴、塌、卡等井 下復(fù)雜事故，安全、快速鉆井下復(fù)雜事故，安全、快速鉆井 3、井涌時，有壓井處理溢流能力、井涌時，有壓井處理溢流能力 4、下套管順利，不壓差卡套管、下套管順利，不壓差卡套管 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 11 抽吸壓力系數(shù)抽吸壓力系數(shù)

9、 ： ：0.0240.048 g/cm3 激動壓力系數(shù)激動壓力系數(shù) ： ：0.0240.048 g/cm3 壓裂安全系數(shù)壓裂安全系數(shù) ： ：0.030.06 g/cm3 井涌允量井涌允量 ： ：0.050.08 g/cm3 壓差允值壓差允值P P： PN = 1518 MPa P A = 2123 MPa 6 個設(shè)計系數(shù)個設(shè)計系數(shù)： 孔隙壓力剖面孔隙壓力剖面 破裂壓力剖面破裂壓力剖面 坍塌壓力剖面坍塌壓力剖面 漏失壓力剖面漏失壓力剖面 4個剖面：個剖面： 三、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)三、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 12 四、裸眼井段應(yīng)滿足的力學(xué)平衡四、

10、裸眼井段應(yīng)滿足的力學(xué)平衡 （1）防井涌）防井涌 （2）防壓差卡套管）防壓差卡套管 （3）防井漏）防井漏 （4）防關(guān)井井漏）防關(guān)井井漏 maxdpb S maxminmin ()0.00981 dpp DP maxmindgff SS maxmax11 / dfkpcfc SSDD 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 13 其中：其中： 鉆井液密度，鉆井液密度， 裸眼段內(nèi)使用的最大鉆井液密度，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，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，最大地層孔隙壓力所處的井深，m 裸眼段鉆遇最小地層壓

11、力的當(dāng)量泥漿密度，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，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，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，套管鞋處地層破裂壓力的當(dāng)量泥漿密度， 套管下入深度，套管下入深度，m 3 /cmg 3 /cmg 3 /cmg 3 /cmg 3 /cmg 3 /cmg 1 1 min min min max max max c fc f p p p p d d D D D 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 14 五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 1、求中

12、間套管下入深度初選點、求中間套管下入深度初選點 D21 （1）不考慮發(fā)生井涌）不考慮發(fā)生井涌 由由 計算出計算出f f ，在破裂壓力曲線，在破裂壓力曲線 查出查出f 所在的井深所在的井深 D21 ， 即為中間套管下入井深初選點。即為中間套管下入井深初選點。 fgbpf SSS max 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 15 （2）考慮可能發(fā)生井涌）考慮可能發(fā)生井涌 由由 試算法求試算法求f 先試取一個先試取一個D21 ，計算，計算f ， 將計算將計算f 與查圖與查圖f 比較，比較， f f ，D21為中間套管初選點為中間套管初選點 否則，重新試算。否則，重新試算。 一般情況下

13、，在新探區(qū)，取以上一般情況下，在新探區(qū)，取以上 兩種條件下較大值。兩種條件下較大值。 maxmax21 / fpbfkp SSSDD 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 16 2、驗證中間套管下到、驗證中間套管下到 深度深度D21是否被卡是否被卡 （1）首先求裸眼可能存在的最大靜壓差：）首先求裸眼可能存在的最大靜壓差： pmax pmax ：鉆進(jìn)至 ：鉆進(jìn)至D21遇到的遇到的 最大地層壓力當(dāng)量泥漿密度。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，：最小地層孔隙壓力所處的井深，m 若若 ，不卡，不卡，D21為中間套管下入深度為中間套管下入深度D2。 若若

14、，會卡，中間套管應(yīng)小于初選點深度，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。需根據(jù)壓差卡鉆條件確定中間套管的下深。 maxminmin ()0.00981 pbp PSD N N PP PP 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 17 （2）求壓差）求壓差 條件下允許條件下允許 的最大地層壓力的最大地層壓力 在地層壓力曲線上找出在地層壓力曲線上找出 深度即為中間套管的下深深度即為中間套管的下深 D2 。 N P bp N pper S D P min min 00981. 0 pper pper 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 1

15、8 31 2 2 pperfbfk D SSS D 3、求鉆井尾管下入深度初選點、求鉆井尾管下入深度初選點 D31 根據(jù)根據(jù) D2 處地層破裂壓力處地層破裂壓力 ， 求出繼續(xù)向下鉆進(jìn)時求出繼續(xù)向下鉆進(jìn)時 裸眼段允許最大地層壓力裸眼段允許最大地層壓力 試算法：試算法： 先試取一個先試取一個 D31，計算，計算 ， 若計算若計算 與實際值接近且略大，與實際值接近且略大， 則則 D31 為尾管初選點，否則重試。為尾管初選點，否則重試。 2f pper pper pper 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 19 4 4、校核尾管下到、校核尾管下到 D D31 31 是否被卡 是否被卡

16、 校核方法同校核方法同 2 2，P N 換成換成P A 5、計算表層套管下入深度、計算表層套管下入深度 D1 根據(jù)根據(jù) D2 處地層壓力處地層壓力 ， 計算若鉆進(jìn)到計算若鉆進(jìn)到 D2 發(fā)生井涌關(guān)井，發(fā)生井涌關(guān)井， 表層套管鞋處承受壓力當(dāng)量密度：表層套管鞋處承受壓力當(dāng)量密度： 2p 2 2 1 fEpbfk D SSS D 試算：試取試算：試取 D1， 計算計算 查得查得fE fE, ,確定 確定 D1 否則重試。否則重試。 fE 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 20 設(shè)計舉例設(shè)計舉例 某井設(shè)計井深為某井設(shè)計井深為 4400 m； 地層孔隙壓力梯度和破裂地層孔隙壓力梯度和破裂

17、 壓力梯度壓力梯度 剖面如圖剖面如圖 。 試進(jìn)行該井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計。試進(jìn)行該井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計。 給定設(shè)計系數(shù)：給定設(shè)計系數(shù)： Sb = 0.036 ； Sg = 0.04 ； Sk = 0.06 ； Sf = 0.03 ； PN = 12 Mpa ; PA = 18 MPa ; 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 21 解：解： 由圖上查得由圖上查得 （1）中間套管下入深度初選點）中間套管下入深度初選點 由由 試取試取 D21 =3400 m，代入上式得：，代入上式得： 由破裂壓力曲線查得由破裂壓力曲線查得 且接近，故確定且接近，故確定 D21 = 3400 m 。 mDcmg p

18、p 4250,/04. 2 max 3 max 21 D maxmax21 / fpbfkp SSSDD 3 2.04 0.036 0.03 0.06 4250/3400 2.181 / f g cm 3400 3 3400 ,/19. 2 fff cmg 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 22 （2）校核中間套管是否會被卡）校核中間套管是否會被卡 由由P P曲線，鉆進(jìn)到深度曲線，鉆進(jìn)到深度 D21 =3400 m時，時， 遇到最大地層壓力遇到最大地層壓力 因因 由由 因因P PN = 12 MPa, 故中間套管下深應(yīng)淺于初選點。故中間套管下深應(yīng)淺于初選點。 查得查得 =1.

19、435 對應(yīng)對應(yīng) D2 = 3200 m。 3 3400 = 1.57 g/cm p 3 minmin 1.07/,3050 p g cmDm 3 min 3 min 12 1.07 0.036 1.435 / 9.81 100.00981 3050 N pperpb P Sg cm D maxminmin ()0.00981 pbp PSD (1.570.0361.07)30500.0098116.037PMPa pper 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 23 （3）確定尾管下深的初選點）確定尾管下深的初選點 D31 由由f曲線查得：曲線查得： 由：由： 試取試取 D D

20、31 31 =3900m =3900m，得，得 由由p曲線，曲線， 故確定初選點故確定初選點 D31 = 3900 m. 31 2 2 31 2.15 0.036 0.030.06 3200 pperfbfk D SSS D D 3 3200 2.15 / f g cm 3 2.01 / pper g cm 3 3900 1.942.01 / ppper g cm 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 24 （4）校核是否會卡尾管）校核是否會卡尾管 計算壓差：計算壓差： 因為因為 ， 故確定尾管下深為故確定尾管下深為 D3 = D31 = 3900m 。 maxminmin ()

21、0.00981 (1.940.0361.435) 32000.0098116.98 pbp PSD MPa 18 A PPMPa 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 25 （5）確定表層套管下深）確定表層套管下深 D1 由：由：2 2 1 1 3200 1.4350.0360.030.06 fEpbfk D SSS D D 試取試取 D1 = 850 m , 代入上式計算得代入上式計算得 由由f曲線查得曲線查得 故確定故確定 D1 = 850 m。 3 /737. 1cmg fE 3 850850 1.74 /, ffEf g cm 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計

22、與固井 26 六、套管尺寸和井眼尺寸選擇六、套管尺寸和井眼尺寸選擇 目前我國使用最多的套管目前我國使用最多的套管/鉆頭系列是：鉆頭系列是： 2 1 4) 8 7 5(7) 2 1 8( 8 5 9) 4 1 12( 8 3 13) 2 1 17(20) 26( 套管和井眼尺寸確定一般是由內(nèi)到外進(jìn)行套管和井眼尺寸確定一般是由內(nèi)到外進(jìn)行 根據(jù)采油要求根據(jù)采油要求 油層套管尺寸油層套管尺寸 匹配鉆頭匹配鉆頭 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 管時井內(nèi)波動壓力、套管尺寸等因素有關(guān)，管時井內(nèi)波動壓力、套管尺寸等因素有關(guān)，9.5mm

23、9.5mm 19mm19mm。 目前，根據(jù)套管層次不同，已基本形成了較穩(wěn)定的系列。目前，根據(jù)套管層次不同，已基本形成了較穩(wěn)定的系列。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 27 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 28 2828導(dǎo)管導(dǎo)管 26x300m 26x300m 18-5/8x300m18-5/8x300m 16x2600m 16x2600m 13-3/8x2600m13-3/8x2600m 12-1/4x 12-1/4x 封白云巖封白云巖 10-3/4x100m+9-7/8x10-3/4x100m+9-7/8x封白云封白云 巖巖 8-1/28-1/2* *

24、目的層目的層 77尾管尾管* *目的層目的層 克拉克拉2 2氣田典型井身結(jié)構(gòu)氣田典型井身結(jié)構(gòu) 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 29 30 20 16 10-3/4 13-3/8 9-5/8 2.16 2.18 2.30 泥線泥線90m 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 30 級別級別1:1:裸眼裸眼/ /無支撐連接無支撐連接主井眼和水平主井眼和水平 井眼都是裸眼段或在兩個井眼中用懸掛器懸井眼都是裸眼段或在兩個井眼中用懸掛器懸 掛割縫襯管。掛割縫襯管。 級別級別2:2:主井眼下套管并固井主井眼下套管并固井, ,水平井眼或裸水平井眼或裸 眼或以懸掛方式下割縫襯

25、管。眼或以懸掛方式下割縫襯管。 級別級別3:3:主井眼下套管并固井主井眼下套管并固井, ,水平井眼下套水平井眼下套 管但不固井。用懸掛器將水平尾管錨定在主管但不固井。用懸掛器將水平尾管錨定在主 井眼上井眼上, ,但不固井。但不固井。 級別級別4:4:主井眼和水平井眼都下套管并注水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。泥。主井眼和水平井眼在聯(lián)接處都注水泥。 級別級別5:5:在連接處進(jìn)行壓力密封。在不能固在連接處進(jìn)行壓力密封。在不能固 井的情況下井的情況下, ,用完井方法達(dá)到密封。用完井方法達(dá)到密封。 級別級別6:6:在連接處進(jìn)行壓力密封。在不能固在連接處進(jìn)行壓力密

26、封。在不能固 井的情況下井的情況下, ,用套管進(jìn)行密封用套管進(jìn)行密封 。 分支井固井完井 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 31 第二節(jié)第二節(jié) 套管柱設(shè)計套管柱設(shè)計 一、套管和套管柱一、套管和套管柱 套管：套管：優(yōu)質(zhì)無縫鋼管，一端為公扣，直接車在管體上；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。一端為帶母扣的套管接箍。 套管尺寸：套管尺寸： API標(biāo)準(zhǔn)，共標(biāo)準(zhǔn)，共14 種尺寸；種尺寸； 壁厚：壁厚：5.2116.13 mm ;20, 8 5 18,16, 8 3 13, 4 3 11 , 4 3 10, 8 5 9, 8 5 8 , 8 5 7,7,

27、 8 5 6, 2 1 5,5, 2 1 4 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 32 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 33 套管鋼級：套管鋼級： API標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 8種種10級級 H-40, J-55, K-55, C-75, L-80, N-80, C- 90, C-95, P-110, Q-125 （數(shù)字（數(shù)字1000為套管的最小屈服強(qiáng)度為套管的最小屈服強(qiáng)度 kpsi）。）。 螺紋類型：螺紋類型： API標(biāo)準(zhǔn)：短圓（標(biāo)準(zhǔn)：短圓（STC）、長圓（）、長圓（LTC）、梯形）、梯形 （BTC）、直連形（）、直連形（XL）。）。 套管柱：套管柱：由同一外徑、不同

28、鋼級、不同壁厚的套管用接箍由同一外徑、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。連接組成的管柱，特殊情況下也使用無接箍套管柱。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 34 二、套管柱受力分析及套管強(qiáng)度二、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，不同時期（下套管、注水泥、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。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：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。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(qiáng)度、

29、軸向拉力及套管抗拉強(qiáng)度 （1）套管軸向拉力）套管軸向拉力 軸向拉力軸向拉力 外擠壓力外擠壓力 內(nèi)壓力內(nèi)壓力 自重產(chǎn)生的拉力自重產(chǎn)生的拉力 彎曲產(chǎn)生附加拉力彎曲產(chǎn)生附加拉力 注水泥產(chǎn)生附加拉力注水泥產(chǎn)生附加拉力 動載、摩阻等動載、摩阻等 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 35 自重引起的拉力自重引起的拉力 Fm q qmi mi 第 第 I 種套管在鉆井液中單位長度的重力，種套管在鉆井液中單位長度的重力，N/m ; Li 第第 I 種套管的長度，種套管的長度， m ； n 組成套管柱的套管種類（鋼級、厚度）。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套管彎曲引

30、起的附加拉力 Fbd 經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式 ： KN Dco套管外徑，套管外徑，cm ；Ac 套管截面積，套管截面積，cm2 ； 每每25m 井斜角的變化，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。定向井、水平井及大狗腿直井中，應(yīng)考慮彎曲附加拉力。 33 11 (1)1010 nn d miimii ii s Fq LqLKN 0.073 bdcoc FDA 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 36 注水泥引起的附加拉力注水泥引起的附加拉力 Fc KN 其它附加拉力其它附加拉力 上提或下放套管時的動載、井壁摩擦力等；上提或下放套管時的動載、井壁摩

31、擦力等； 一般在安全系數(shù)中考慮。一般在安全系數(shù)中考慮。 （2）套管的抗拉強(qiáng)度）套管的抗拉強(qiáng)度 套管所受軸向拉力一般在井口最大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)度通常用套管的抗滑扣力表示套管的抗拉強(qiáng)度 cin dm c hdF 4000 )( h 管內(nèi)水泥漿高管內(nèi)水泥漿高，m； m水泥漿密度，水泥漿密度，g/cmg/cm3 3； d水泥漿密度，水泥漿密度，g/cm3； dcin 套管內(nèi)徑，套管內(nèi)徑，cm。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 37 2、外擠壓力及套管

32、抗擠強(qiáng)度、外擠壓力及套管抗擠強(qiáng)度 （1）外擠壓力）外擠壓力 主要載荷：主要載荷： 常規(guī)情況按套管全掏空時管外壓力計算：常規(guī)情況按套管全掏空時管外壓力計算： MPaMPa 高塑性巖石，按上覆巖層壓力計算，梯度高塑性巖石，按上覆巖層壓力計算，梯度 232327kPa/m27kPa/m。 （2 2）套管抗擠強(qiáng)度）套管抗擠強(qiáng)度 外擠作用下破壞形式：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 在鉆井手冊或套管手冊中查得。在鉆井手冊或套管手冊中查得。 0.00981 ocd pD 管外液柱壓力管外液柱壓力 地層中流體壓力地層中

33、流體壓力 高塑性巖石側(cè)向擠壓力等高塑性巖石側(cè)向擠壓力等 徑厚比大時，失穩(wěn)破壞徑厚比大時，失穩(wěn)破壞(失圓、擠扁失圓、擠扁) 徑厚比小時，強(qiáng)度破壞徑厚比小時，強(qiáng)度破壞 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 38 （3）雙向應(yīng)力下套管強(qiáng)度）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，對于薄壁管， 可忽略，變?yōu)殡p向應(yīng)力問題。可忽略，變?yōu)殡p向應(yīng)力問題。 由第四強(qiáng)度理論：由第四強(qiáng)度理論： 變換為橢圓方程：變換為橢圓方程： 按拉為正、壓為負(fù)，根據(jù)以上方程可畫出按拉為正、壓為負(fù)，根據(jù)以上方程可畫出 橢圓圖形。橢圓圖形。 , zrt

34、 rrt , 222 stztz 1 2 22 s tz s t s z 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 39 軸向受壓抗內(nèi)軸向受壓抗內(nèi) 壓強(qiáng)度降低壓強(qiáng)度降低 軸向拉力抗內(nèi)軸向拉力抗內(nèi) 壓強(qiáng)度增加壓強(qiáng)度增加 軸向受壓抗軸向受壓抗 擠強(qiáng)度增加擠強(qiáng)度增加 軸向拉力抗軸向拉力抗 擠強(qiáng)度降低擠強(qiáng)度降低 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 40 橢圓圖上橢圓圖上, , 百分比為縱坐標(biāo)百分比為縱坐標(biāo), , 百分比為橫坐標(biāo)百分比為橫坐標(biāo). . 由強(qiáng)度條件的雙向應(yīng)力橢圓可以看出由強(qiáng)度條件的雙向應(yīng)力橢圓可以看出: : 第一象限第一象限: : 拉伸與內(nèi)壓聯(lián)合作用拉伸與內(nèi)壓聯(lián)合作

35、用 軸向拉力軸向拉力 抗內(nèi)壓強(qiáng)度增加抗內(nèi)壓強(qiáng)度增加. . 第二象限第二象限: : 軸向壓縮與內(nèi)壓聯(lián)合作用軸向壓縮與內(nèi)壓聯(lián)合作用 軸向受壓軸向受壓 抗內(nèi)壓強(qiáng)度降低抗內(nèi)壓強(qiáng)度降低. . 第三象限第三象限: : 軸向壓應(yīng)力與外擠壓力聯(lián)合作用軸向壓應(yīng)力與外擠壓力聯(lián)合作用 軸向受壓軸向受壓 抗外擠強(qiáng)度增加抗外擠強(qiáng)度增加. . 第四象限第四象限: : 軸向拉應(yīng)力與外擠壓力聯(lián)合作用軸向拉應(yīng)力與外擠壓力聯(lián)合作用 軸向拉力軸向拉力 抗外擠強(qiáng)度降低抗外擠強(qiáng)度降低（需考慮）（需考慮） st / sz / 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 41 考慮軸向拉力影響時的抗外擠強(qiáng)度公式考慮軸向拉力影響時的

36、抗外擠強(qiáng)度公式 PCC的推導(dǎo)的推導(dǎo): 如圖如圖: t dp ccc t 2 由雙向應(yīng)力橢圓方程，當(dāng)由雙向應(yīng)力橢圓方程，當(dāng)Z =0時時, 22 st 根據(jù)上式則有根據(jù)上式則有: t dp cc s 2 由上由上2式代入雙向應(yīng)力橢圓方程，簡化得式代入雙向應(yīng)力橢圓方程，簡化得 (1 .0 30 .7 4) m c cc s F pp F Fm軸向拉力，軸向拉力， KN； Fs管體屈服強(qiáng)度，管體屈服強(qiáng)度，KN； ，Mpa 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 42 3、內(nèi)壓力及抗內(nèi)壓強(qiáng)度、內(nèi)壓力及抗內(nèi)壓強(qiáng)度 （1）內(nèi)壓力）內(nèi)壓力 考慮管外平衡壓力，一般井口內(nèi)壓最大。考慮三種最危險情況：考

37、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；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。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。實際設(shè)計時，通常按套管內(nèi)完全充滿天然氣時計算。 4 1.1155 10 gas i GD p p e 井底氣壓，井底氣壓，Mpa G 天然氣與空氣密度比天然氣與空氣密度比,0.55 gas p )( ffi GGDp f f G G 套管鞋

38、處破裂壓力梯度，套管鞋處破裂壓力梯度，Mpa/m ； 附加系數(shù)，取附加系數(shù)，取0.0012 Mpa/m 。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 43 （2）套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度）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)度可由鉆井手冊或套管手冊查得抗內(nèi)壓強(qiáng)度可由鉆井手冊或套管手冊查得 （3 3）套管的腐蝕）套管的腐蝕 原因：原因：在地下與腐蝕性流體接觸在地下與腐蝕性流體接觸 破壞形式：破壞形式：管體的有效厚度減小，套管承載力降低，鋼管體的有效厚度減小，套管承載力降低，鋼 材性質(zhì)變化，材性質(zhì)變化， 引起套管腐蝕的引

39、起套管腐蝕的主要介質(zhì)主要介質(zhì)有：氣體或液體中的硫化氫、有：氣體或液體中的硫化氫、 溶解氧、二氧化碳溶解氧、二氧化碳 抗硫套管：抗硫套管：APIAPI套管系列中的套管系列中的 H K J C LH K J C L級套管。級套管。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 44 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 45 三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計 目的：目的： 確定合理套管鋼級、壁厚以及每種套管井深區(qū)間。確定合理套管鋼級、壁厚以及每種套管井深區(qū)間。 1 1、設(shè)計原則、設(shè)計原則 滿足強(qiáng)度要求，在任何危險截面上都應(yīng)滿足下式：滿足強(qiáng)度要求，在任何危險截面上都應(yīng)滿足下式

40、： 套管強(qiáng)度套管強(qiáng)度 外載外載安全系數(shù)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；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)有一定儲備能力承受外載時應(yīng)有一定儲備能力 經(jīng)濟(jì)性要好經(jīng)濟(jì)性要好 安全系數(shù)安全系數(shù) 抗外擠安全系數(shù)抗外擠安全系數(shù) Sc = 1.0Sc = 1.0 抗內(nèi)壓安全系數(shù)抗內(nèi)壓安全系數(shù) Si = 1.1Si = 1.1 套管抗拉強(qiáng)度（抗滑扣）安全系數(shù)套管抗拉強(qiáng)度（抗滑扣）安全系數(shù)St = 1.8St = 1.8 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 46 2、常用套管柱設(shè)計方法、常用套管柱設(shè)計方法 （1）安全系數(shù)法）安全系數(shù)法 各危險截面最小安全系數(shù)

41、等于或大于規(guī)定的安全系數(shù)。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）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。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、另最大載荷法、AMOCO法、西德法、西德BEB法及前蘇聯(lián)方法等。法及前蘇聯(lián)方法等。 3、各層套管柱的設(shè)計特點、各層套管柱的設(shè)計特點 表層套管：主要考慮內(nèi)壓載荷；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。技術(shù)套管：既要高

42、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。油層套管：上部抗內(nèi)壓，下部抗外擠。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 47 4、套管柱設(shè)計的等安全系數(shù)法、套管柱設(shè)計的等安全系數(shù)法 （1 1）基本設(shè)計思路）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(qiáng)度套管計算可能出現(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，上部按抗拉設(shè)計，各危險斷面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。最小安全系數(shù)要大于或等于規(guī)定值。 通式：通式：套管強(qiáng)度套管強(qiáng)度 外載外載安全系數(shù)安全系數(shù) 水泥面以上套管強(qiáng)度考慮雙向應(yīng)力

43、影響水泥面以上套管強(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算，當(dāng)考慮雙向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。應(yīng)力時，按浮重計算。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 48 （2）設(shè)計步驟：）設(shè)計步驟： 例題：例題：某井某井177.8 mm （7 英寸）油層套管下至英寸）油層套管下至3500 m，下套，下套 管時的鉆井液密度為管時的鉆井液密度為1.30 ，水泥返至，水泥返至2800 m ,預(yù)計井內(nèi)最預(yù)計井內(nèi)最 大內(nèi)壓力大內(nèi)壓力 35 Mpa，試設(shè)計該套管柱，試設(shè)計該套管柱 （規(guī)定最小段長（規(guī)定最小段長500 m ）. 解：解： 規(guī)

44、定的安全系數(shù)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(qiáng)度抗內(nèi)壓強(qiáng)度 篩選套管：篩選套管： C-75 , L-80 , N-80 , C-90 ,C-95 , P-110 按成本排序：按成本排序： N-80 C-75 L-80 C-90 C-95 1.0 安全安全 套管套管2： 危險截面危險截面 2700 m 處，處，Sc = 1.02 1.0 安全安全 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 53 安全安全 計算套管抗拉安全系數(shù)計算套管抗拉安全系數(shù) 1 1

45、 2611.1 7.851.8 0.4234 800 st t m F S F 最終結(jié)果：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）選擇第三段套管，確定第二段套管長度 L2 查表：查表： 33 3 33 80,8.05,0.3358/, 26407, 2366.5,1966.1 c sst Ntmm qKN m pkPa FKN FKN 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 54 考慮雙向應(yīng)力影響，確定第三段套管可下深度：考慮雙向應(yīng)力影響，確定第三段套管可下深度： 0 . 1 81. 9 ) )( 74. 003. 1

46、( )74. 003. 1 ( )( 3 3 32211 3 3 2 33 322112 D F DDqLqK p S F F pp DDqLqKF d s B c c s m ccc Bm 試算法，取試算法，取 D3 =1700 m , 計算得計算得 Sc= 1.03 安全安全 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 55 計算第二段頂部的抗拉安全系數(shù)計算第二段頂部的抗拉安全系數(shù) 2 2 2 0.42348000.37941000718 2308.6 3.21.8 718 m st t m FKN F S F 安全安全 最終結(jié)果最終結(jié)果 D3 =1700 m , L2=1000m

47、 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 56 上部上部1700 m處套管需進(jìn)行設(shè)計，轉(zhuǎn)為抗拉設(shè)計處套管需進(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計算第三段套管按抗拉要求的允許使用長度 L3 由：由： 實?。簩嵢。篖3 = 1100 m , 則則 m q F S F L S LqF F m t st t m st 1117 3357.0 718 8 .1 1 .1966 3 2 3 3 332 3 3 71811000.33571087 m FKN 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 57 2）確定第四段套管使用長度）確定第四段套管使用長

48、度 查表得：應(yīng)比第三段套管抗拉強(qiáng)度高，查表得：應(yīng)比第三段套管抗拉強(qiáng)度高， 與第一段套管相同與第一段套管相同 4 4 4 4 4 80,10.36, 0.4234/, 48401, 3007, 2611.1 c s st Ntm m qK Nm pkPa FK N FK N 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 58 計算第四段套管許用長度計算第四段套管許用長度 L4: 實際距井口還有實際距井口還有600 m, 取取 L4 = 600 m ; 校核第四段下部的抗擠強(qiáng)度：校核第四段下部的抗擠強(qiáng)度： m q F S F L m t st 7 .858 4234.0 1087 8 .1

49、1 .2611 4 3 3 4 0 .182.4 81.9 )74.003.1 ( 4 4 3 4 D F F p S d s m c c 安全安全 最終結(jié)果最終結(jié)果 ：L4= 600 m , D4=600 m 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 59 最終設(shè)計結(jié)果：最終設(shè)計結(jié)果： 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 60 第三節(jié)第三節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù) 注水泥目的：注水泥目的：固定套管固定套管 封隔井內(nèi)的油氣水層封隔井內(nèi)的油氣水層 本節(jié)內(nèi)容：本節(jié)內(nèi)容： 油井水泥；油井水泥； 水泥漿性能；水泥漿性能； 提高注水泥質(zhì)量措施。提高注水泥質(zhì)量措施。 第二章第二章

50、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 61 注水泥基本要求：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）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，）注水泥段環(huán)空鉆井液全部被水泥漿替換， 不存殘留。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）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。壓裂及沖擊。 （4）凝固后管外不冒油、氣、水，環(huán)空內(nèi)各壓力）凝固后管外不冒油、氣、水，環(huán)空內(nèi)各壓力 體系不互竄。體系不互竄。 （5）水泥石能經(jīng)受油、氣、水長期侵蝕。）水泥石能經(jīng)受油、氣、水長期侵蝕。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井

51、身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 62 一、油井水泥一、油井水泥 油井水泥是波特蘭水泥（硅酸鹽水泥）的一種。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：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。）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。）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(qiáng)度。）在規(guī)定時間內(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。）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。）水泥石具有很低的滲透性。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 63 1、油井水

52、泥的主要成分、油井水泥的主要成分 （1）硅酸三鈣）硅酸三鈣 水泥的主要成分，一般的含量為水泥的主要成分，一般的含量為40%65% 對水泥強(qiáng)度，尤其是對水泥強(qiáng)度，尤其是早期早期強(qiáng)度有較大影響強(qiáng)度有較大影響 高早期強(qiáng)度水泥中含量可達(dá)高早期強(qiáng)度水泥中含量可達(dá)60%65%， 緩凝水泥中含量在緩凝水泥中含量在40%45% （2）硅酸二鈣）硅酸二鈣 含量一般在含量一般在24%30%之間之間 水化反應(yīng)慢水化反應(yīng)慢 ，強(qiáng)度增長慢，強(qiáng)度增長慢 對水泥的對水泥的最終最終強(qiáng)度有影響。強(qiáng)度有影響。 )(3 32 SCSiOCaO簡稱 )(2 22 SCSiOCaO簡稱 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固

53、井 64 （3）鋁酸三鈣）鋁酸三鈣 促進(jìn)水泥快速水化促進(jìn)水泥快速水化 其含量是決定其含量是決定水泥初凝和稠化時間水泥初凝和稠化時間的主要因素的主要因素 對水泥漿的流變性及早期的強(qiáng)度有較大的影響，對水泥漿的流變性及早期的強(qiáng)度有較大的影響， 對硫酸鹽極為敏感對硫酸鹽極為敏感 對于有較高的早期強(qiáng)度的水泥，其含量可達(dá)對于有較高的早期強(qiáng)度的水泥，其含量可達(dá)15% 。 （4）鐵鋁酸四鈣）鐵鋁酸四鈣 對強(qiáng)度影響較小，水化速度僅次于對強(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。除了以上四種成分外，還有石膏、堿金

54、屬的氧化物等。 )(3 332 ACOAlCaO簡稱 )(4 432322 AFCOFeOAlCaO簡稱 AC3 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 65 2、水泥的水化、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，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。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)）水泥的水化反應(yīng) 水泥的主要成分與水發(fā)生的水化反應(yīng)為：水泥的主要成分與水發(fā)生的水化反應(yīng)為： OHOFeCaOOHOAlCaOOHOFeOAlCaO OHOAlCaOOHOA

55、lCaO OHSiOCaOOHSiOCaO OHCaOHSiOCaOOHSiOCaO 23223223232 232232 2222 22222 6364 6363 22 )(223 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。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。在反應(yīng)過程中，各種水化產(chǎn)物均逐漸凝聚，使水泥硬化。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 66 （2）水泥凝結(jié)與硬化）水泥凝結(jié)與硬化 水泥硬化分為三個階段：水泥硬化分為三個階段： 溶膠期：溶膠期：水泥與水混合成膠體液，開始水化反應(yīng)，水泥與水混合成膠體

56、液，開始水化反應(yīng)， 形成膠溶體系，此時水泥漿仍有流動性。形成膠溶體系，此時水泥漿仍有流動性。 凝結(jié)期：凝結(jié)期：水化反應(yīng)由水泥顆粒表面向內(nèi)部深入，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。絮凝成溶膠體系，水泥漿變稠，失去流動性。 硬化期：硬化期：水化物形成晶體狀態(tài)，互相連接成緊密一個水化物形成晶體狀態(tài)，互相連接成緊密一個 整體，強(qiáng)度增加，硬化成為水泥石。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：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。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)物氫氧化鈣

57、晶體，是水化反應(yīng)的產(chǎn)物 未水化的水泥顆粒未水化的水泥顆粒 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 67 3、油井水泥分類、油井水泥分類 （1）API水泥分類：水泥分類： A-J九級九級 A級級 ： 01828.8 m ,中熱，溫度中熱，溫度76.7 0C B級：級： 01828.8 m ,中熱，溫度中熱，溫度76.7 0C，中高抗硫兩種，中高抗硫兩種 C級：級： 01828.8 m , 76.7 0C ，高早期強(qiáng)度，普通、中高抗硫，高早期強(qiáng)度，普通、中高抗硫 D級級 ： 1828.8 3050m , 76127 0C ，中溫中壓，中高抗硫，中溫中壓，中高抗硫 E級級 ： 3050

58、4270m , 76143 0C ，高溫高壓，中高抗硫兩種，高溫高壓，中高抗硫兩種 F級級 ：3050 4880m , 110160 0C ，超高溫超高壓，超高溫超高壓， 中高抗硫中高抗硫 G級和級和H級級 ：0 2440m , 093 0C ， 中、高抗硫兩種中、高抗硫兩種 J級級 ：3660 4880m , 49160 0C ，普通型。，普通型。 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 68 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 69 （2）國產(chǎn)以溫度系列為標(biāo)準(zhǔn)的油井水泥）國產(chǎn)以溫度系列為標(biāo)準(zhǔn)的油井水泥 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 70 二

59、、水泥漿性能與固井工程的關(guān)系二、水泥漿性能與固井工程的關(guān)系 1、水泥漿性能、水泥漿性能 水泥漿密度水泥漿密度 干水泥密度干水泥密度 3.053.20 水泥完全水化所需要的水為水泥重量的水泥完全水化所需要的水為水泥重量的20%左右左右 使水泥漿能流動加水量應(yīng)達(dá)到水泥重量使水泥漿能流動加水量應(yīng)達(dá)到水泥重量45% 50% 水泥漿密度水泥漿密度 1.80 1.90 之間之間 水灰比水灰比：水與干水泥重量之比。：水與干水泥重量之比。 水泥漿稠化時間水泥漿稠化時間 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。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)標(biāo)準(zhǔn)：開始混拌到

60、稠度達(dá) 100 BC 所用時間。所用時間。 API標(biāo)準(zhǔn)：初始標(biāo)準(zhǔn)：初始15 30 min 內(nèi)，稠化值應(yīng)小于內(nèi)，稠化值應(yīng)小于30 BC， 現(xiàn)場總施工時間內(nèi)，稠度在現(xiàn)場總施工時間內(nèi)，稠度在50 BC以內(nèi)。以內(nèi)。 3 /cmg 3 /cmg 第二章第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與固井 71 水泥漿的失水：水泥漿的失水： 一般用一般用30 min 失水量表示。失水量表示。 水泥漿凝結(jié)時間：水泥漿凝結(jié)時間： 從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的時間。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(qiáng)度，以便下道工序；封固表層及技術(shù)套管，需早期較高強(qiáng)度，以便下道工序； 侯凝侯凝 8 h左右，開始凝結(jié)為水泥石