第七章固井與完井

1、第七章第七章 固井和完井固井和完井n固井：下套管、注水泥固井：下套管、注水泥n井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)n套管柱設(shè)計(jì)套管柱設(shè)計(jì)n注水泥技術(shù)注水泥技術(shù) 固井質(zhì)量的核心問題就是套管柱的強(qiáng)度和環(huán)形空間的固井質(zhì)量的核心問題就是套管柱的強(qiáng)度和環(huán)形空間的密封及水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量問題。密封及水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量問題。n完井完井n鉆開生產(chǎn)層鉆開生產(chǎn)層n完井井底結(jié)構(gòu)完井井底結(jié)構(gòu)n完井井口裝置完井井口裝置n試油試油第一節(jié)第一節(jié) 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主要包括套管下入層次和每層套管的下深，以及套管和井眼主要包括套管下入層次和每層套管的下深，以及套管和井眼尺寸的配合。尺寸的配合。 一、套管的分類作用一、套管的分類作用 1

2、 1、表層套管、表層套管 主要用途：主要用途： 封隔地表淺水層及淺部疏松和復(fù)雜地層；安裝井口、懸掛和封隔地表淺水層及淺部疏松和復(fù)雜地層；安裝井口、懸掛和支撐后續(xù)各層套管。支撐后續(xù)各層套管。 下深位置：下深位置： 根據(jù)鉆井的目的層深度和地表狀況而定，一般為上百米甚至根據(jù)鉆井的目的層深度和地表狀況而定，一般為上百米甚至上千米。上千米。 2 2、生產(chǎn)套管（油層套管）、生產(chǎn)套管（油層套管） 主要用途：用以保護(hù)生產(chǎn)層，主要用途：用以保護(hù)生產(chǎn)層，提供油氣生產(chǎn)通道。提供油氣生產(chǎn)通道。 下深位置：由目的層位置及完井下深位置：由目的層位置及完井方式而定。方式而定。 3 3、中間套管（技術(shù)套管）、中間套管（技術(shù)套

3、管） 在表層套管和生產(chǎn)套管之間由于技術(shù)要求下入的套管，可在表層套管和生產(chǎn)套管之間由于技術(shù)要求下入的套管，可以是一層、兩層或更多層。以是一層、兩層或更多層。 主要用來封隔不同地層壓力層系或易漏、易塌、易卡等井主要用來封隔不同地層壓力層系或易漏、易塌、易卡等井下復(fù)雜地層。下復(fù)雜地層。 4 4、尾管（襯管）、尾管（襯管） 是在已下入一層技術(shù)套管后采用，即在裸眼井段下套管、是在已下入一層技術(shù)套管后采用，即在裸眼井段下套管、注水泥，而套管柱不延伸到井口。注水泥，而套管柱不延伸到井口。 減輕下套管時(shí)鉆機(jī)的負(fù)荷和固井后套管頭負(fù)荷；節(jié)省套管減輕下套管時(shí)鉆機(jī)的負(fù)荷和固井后套管頭負(fù)荷；節(jié)省套管和水泥。一般深井和超

4、深井中用。和水泥。一般深井和超深井中用。 二、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則二、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則 1 1、有效地保護(hù)油氣層；、有效地保護(hù)油氣層； 2 2、有效避免漏、噴、塌、卡等井下復(fù)雜事故的發(fā)生，保證安全、有效避免漏、噴、塌、卡等井下復(fù)雜事故的發(fā)生，保證安全、快速鉆進(jìn)；快速鉆進(jìn)； 3 3、鉆下部地層采用重鉆井液時(shí)產(chǎn)生的井內(nèi)壓力，不致壓裂上層、鉆下部地層采用重鉆井液時(shí)產(chǎn)生的井內(nèi)壓力，不致壓裂上層套管鞋處最薄弱的裸露地層；套管鞋處最薄弱的裸露地層； 4 4、下套管過程中，井內(nèi)鉆井液液柱壓力和地層壓力間的壓差不、下套管過程中，井內(nèi)鉆井液液柱壓力和地層壓力間的壓差不致于壓差卡套管；致于壓差卡套管； 5 5、當(dāng)

5、實(shí)際地層壓力超過預(yù)測(cè)值而發(fā)生井涌時(shí)，在一定壓力范圍、當(dāng)實(shí)際地層壓力超過預(yù)測(cè)值而發(fā)生井涌時(shí)，在一定壓力范圍內(nèi)，具有壓井處理溢流的內(nèi)，具有壓井處理溢流的 能力。能力。 三、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)三、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 地層巖性剖面、地層孔隙壓力剖面、地層破裂壓力剖面、地層巖性剖面、地層孔隙壓力剖面、地層破裂壓力剖面、地層坍塌壓力剖面。地層坍塌壓力剖面。 6 6個(gè)設(shè)計(jì)系數(shù)：個(gè)設(shè)計(jì)系數(shù)： 抽吸壓力系數(shù)抽吸壓力系數(shù)SbSb；0.024 0.024 0.048 g/cm0.048 g/cm3 3 激動(dòng)壓力系數(shù)激動(dòng)壓力系數(shù)SgSg；0.024 0.024 0.048 g/cm0.048 g/cm3 3

6、壓裂安全系數(shù)壓裂安全系數(shù)SfSf； 0.03 0.03 0.06 g/cm0.06 g/cm3 3 井涌允量井涌允量SkSk；：；： 0.05 0.05 0.08 g/cm0.08 g/cm3 3 壓差允值壓差允值 p p： P PN N: : 15151818 MPa MPa ， P PA A： 212123 MPa23 MPa四、裸眼井段應(yīng)滿足的力學(xué)平衡條件四、裸眼井段應(yīng)滿足的力學(xué)平衡條件（1 1） dmaxdmaxpmaxpmax+ S+ Sb b 防井涌防井涌（2 2） (dmaxdmax-pminpmin) )D Dpminpmin0.009810.00981P P 防壓差卡鉆防壓差

7、卡鉆（3 3） dmaxdmax+ S+ Sg g + S + Sf f fmin fmin 防井漏防井漏（4 4） dmaxdmax+ S+ Sf f + S + Sk k D Dpmaxpmax/ D/ Dc1c1fc1 fc1 防關(guān)井井漏防關(guān)井井漏其中：其中： dmaxdmax-裸眼井段內(nèi)使用的最大鉆井液密度，裸眼井段內(nèi)使用的最大鉆井液密度，g/cmg/cm3 3； pmaxpmax-裸眼井段鉆遇的最大地層壓力的當(dāng)量泥漿密度，裸眼井段鉆遇的最大地層壓力的當(dāng)量泥漿密度，g/cmg/cm3 3； D Dpmaxpmax-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 m； pmi

8、npmin-裸眼井段鉆遇的最小地層壓力的當(dāng)量泥漿密度，裸眼井段鉆遇的最小地層壓力的當(dāng)量泥漿密度，g/cmg/cm3 3； D Dpminpmin-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 m； fminfmin-裸眼井段最小地層破裂壓力的當(dāng)量泥漿密度，裸眼井段最小地層破裂壓力的當(dāng)量泥漿密度，g/cmg/cm3 3； D Dc1c1-套管下入深度，套管下入深度，m m； fc1fc1-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， g/cmg/cm3 3； 五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 1 1、求中間套管下入深度的假定點(diǎn)、求中間套管下入深度

9、的假定點(diǎn) （1 1）不考慮發(fā)生井涌）不考慮發(fā)生井涌 由由 f f = =pmaxpmax+ S+ Sb b + S+ Sg g + S + Sf f dmaxdmax 計(jì)算出計(jì)算出f f ，在破裂壓力曲線上查出，在破裂壓力曲線上查出f f 所在的井深所在的井深D D2121 ，即為中間套管下深假定點(diǎn)。即為中間套管下深假定點(diǎn)。 （2 2）考慮可能發(fā)生井涌）考慮可能發(fā)生井涌 由由 f f = =pmaxpmax+S+Sb b+ S+ Sf f + S + Sk k D Dpmaxpmax/ D/ D2121 用試算法求用試算法求 D D2121；先試取一個(gè)；先試取一個(gè)D D2121，計(jì)算，計(jì)算f

10、f ；將計(jì)算出的；將計(jì)算出的f f 與與D D2121處查得的處查得的f f 進(jìn)行比較，若計(jì)算值與實(shí)際值相差不大進(jìn)行比較，若計(jì)算值與實(shí)際值相差不大且略小于實(shí)際值，可以確定且略小于實(shí)際值，可以確定D D2121為中間套管假定點(diǎn)。否則，重新為中間套管假定點(diǎn)。否則，重新進(jìn)行試算。進(jìn)行試算。 一般情況下，在新探區(qū)，取以上（一般情況下，在新探區(qū)，取以上（1 1）、（）、（2 2）兩種條件下）兩種條件下D D2121較大的值。較大的值。 2 2、驗(yàn)證中間套管下到深度、驗(yàn)證中間套管下到深度D D2121是否有被卡的危險(xiǎn)是否有被卡的危險(xiǎn) 首先求出裸眼中可能存在的最大靜壓差：首先求出裸眼中可能存在的最大靜壓差：

11、 P=P=(pmax1pmax1+S+Sb b - -pminpmin) )D Dminmin0.009810.00981 pmax1pmax1-鉆進(jìn)至鉆進(jìn)至D D2121遇到的最大地層壓力當(dāng)量密度，遇到的最大地層壓力當(dāng)量密度，g/cm3g/cm3。 D Dminmin-最小地層孔隙壓力所對(duì)應(yīng)的井深，最小地層孔隙壓力所對(duì)應(yīng)的井深，m m；（當(dāng)有多個(gè)最?。唬ó?dāng)有多個(gè)最小地層壓力點(diǎn)時(shí)，取最大井深。）地層壓力點(diǎn)時(shí)，取最大井深。） 若若P P P PN N ，則中間套管深度應(yīng)小于假定點(diǎn)深度。需，則中間套管深度應(yīng)小于假定點(diǎn)深度。需根據(jù)壓差卡鉆條件確定中間套管下深。根據(jù)壓差卡鉆條件確定中間套管下深。 求在

12、壓差求在壓差P PN N 下所允許的最大地層壓力：下所允許的最大地層壓力： 在地層壓力曲線上找出在地層壓力曲線上找出pperpper 所在的深度即為中間套管下所在的深度即為中間套管下深深D D2 2。bpDppperSNmin00981. 0min 3 3、求鉆井尾管下入深度的假定點(diǎn)、求鉆井尾管下入深度的假定點(diǎn)D D3131 根據(jù)中間套管鞋處的地層破裂壓力當(dāng)量密度根據(jù)中間套管鞋處的地層破裂壓力當(dāng)量密度f2f2 ，求出繼續(xù)向下鉆，求出繼續(xù)向下鉆進(jìn)時(shí)裸眼井段所允許的最大地層壓力當(dāng)量密度：進(jìn)時(shí)裸眼井段所允許的最大地層壓力當(dāng)量密度： 用試算法求用試算法求D D3131。試取一個(gè)。試取一個(gè)D D3131

13、，計(jì)算出，計(jì)算出pperpper ，與，與D D3131處的實(shí)際地層壓處的實(shí)際地層壓力當(dāng)量密度比較，若計(jì)算值與實(shí)際值接近，且略大于實(shí)際值，則確定為力當(dāng)量密度比較，若計(jì)算值與實(shí)際值接近，且略大于實(shí)際值，則確定為尾管下深假定點(diǎn)；否則，另取尾管下深假定點(diǎn)；否則，另取D D3131進(jìn)行試算進(jìn)行試算 。kDDfbfpperSSS2312 4 4、校核尾管下入到、校核尾管下入到D D3131是否有被卡的危險(xiǎn)是否有被卡的危險(xiǎn) 校核方法與中間套管的校核方法相同。只是將壓差允值校核方法與中間套管的校核方法相同。只是將壓差允值P PN N 變?yōu)樽優(yōu)镻 PA A 。 5 5、計(jì)算表層套管下入深度、計(jì)算表層套管下入深

14、度D D1 1 根據(jù)中間套管鞋處的地層壓力當(dāng)量密度根據(jù)中間套管鞋處的地層壓力當(dāng)量密度p2p2 ，計(jì)算出若鉆進(jìn)，計(jì)算出若鉆進(jìn)到深度到深度D D2 2發(fā)生井涌關(guān)井時(shí)，表層套管鞋發(fā)生井涌關(guān)井時(shí)，表層套管鞋D D1 1處所承受的井內(nèi)壓力的當(dāng)處所承受的井內(nèi)壓力的當(dāng)量密度：量密度： 根據(jù)上式，用試算法確定根據(jù)上式，用試算法確定D D1 1。 試取一個(gè)試取一個(gè)D D1 1，計(jì)算，計(jì)算fEfE ，計(jì)算值與，計(jì)算值與D D1 1處的地層破裂壓力當(dāng)量處的地層破裂壓力當(dāng)量密度值比較；若計(jì)算值接近且小于地層破裂壓力值，則確定密度值比較；若計(jì)算值接近且小于地層破裂壓力值，則確定D D1 1為為表層套管下深。否則，重新試

15、取表層套管下深。否則，重新試取D D1 1進(jìn)行試算。進(jìn)行試算。kDDfbpfESSS122 五、設(shè)計(jì)舉例五、設(shè)計(jì)舉例 某井設(shè)計(jì)井深為某井設(shè)計(jì)井深為 4400 m4400 m，地層孔隙壓力梯度和地層破裂壓，地層孔隙壓力梯度和地層破裂壓力梯度剖面如圖力梯度剖面如圖7-27-2。給定設(shè)計(jì)系數(shù)：。給定設(shè)計(jì)系數(shù)： S Sb b=0.036 =0.036 ；S Sg g=0.04 =0.04 ； S Sk k=0.06 =0.06 ；S Sf f=0.03=0.03；P PA A =12 MPa =12 MPa；P PN N=18 MPa=18 MPa，試進(jìn)行該井，試進(jìn)行該井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

16、。解：由圖上查得，解：由圖上查得， pmaxpmax=2.04 g=2.04 gcmcm3 3， D Dpmaxpmax=4250 m=4250 m（1 1）確定中間套管下深初選點(diǎn)）確定中間套管下深初選點(diǎn)D D2121 由：由： f f = =pmaxpmax+S+Sb b+ S+ Sf f + S + Sk k D Dpmaxpmax/ D/ D2121 試取試取D D2121=3400m=3400m并代入上式得：并代入上式得： f f =2.04+0.036+0.03+0.06 =2.04+0.036+0.03+0.06 4250/3400=2.181 g/cm 4250/3400=2.1

17、81 g/cm3 3 由破裂壓力曲線上查得由破裂壓力曲線上查得f3400f3400=2.19 g/cm=2.19 g/cm3 3， f f P P PN N =12MPa=12MPa，故中間套管下深應(yīng)淺于初選點(diǎn)。，故中間套管下深應(yīng)淺于初選點(diǎn)。由：由： 在地層壓力曲線上查得對(duì)應(yīng)在地層壓力曲線上查得對(duì)應(yīng)p pperper=1.435=1.435的深度為的深度為3200m3200m。最后確。最后確定中間套管下深為定中間套管下深為D D2 2=3200m=3200m。bpDppperSNmin00981. 0min3305000981. 012/435. 1036. 007. 1cmgpper （3

18、3）確定尾管下入深度初選點(diǎn)）確定尾管下入深度初選點(diǎn)D D3131 由破裂壓力曲線上查得：由破裂壓力曲線上查得： f3200f3200=2.15g/cm=2.15g/cm3 3； 試取試取D D3131=3900m=3900m，代入上式算得：，代入上式算得：p pperper=2.011g/cm=2.011g/cm3 3；由地層壓力；由地層壓力曲線查得曲線查得p3900p3900=1.94 p=1.94 pperper=2.011 g/cm=2.011 g/cm3 3 ，且相差不大，故確定初，且相差不大，故確定初選點(diǎn)選點(diǎn)D D3131=3900m=3900m。06.003.0036.015.23

19、200231231DkDDfbfpperSSS （4 4）校核是否會(huì)卡尾管）校核是否會(huì)卡尾管 計(jì)算壓差：計(jì)算壓差： P P= =（1.94+0.036 - 1.4351.94+0.036 - 1.435）320032000.00981=16.98 MPa0.00981=16.98 MPa 因?yàn)橐驗(yàn)镻 P P PA A，故確定尾管下深為，故確定尾管下深為D D3 3=D=D3131=3900m=3900m。 （5 5）確定表層套管下深）確定表層套管下深D D1 1 試取試取D D1 1=850m=850m，代入上式計(jì)算得：，代入上式計(jì)算得： fEfE=1.737 g/cm=1.737 g/cm3

20、 3 。 由破裂壓力曲線查得由破裂壓力曲線查得f850f850=1.74 g/cm=1.74 g/cm3 3 ， fEfE r r , , r r 可以忽略。變?yōu)殡p向應(yīng)力問題。可以忽略。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： z z2 2 +t t2 2 -z zt t =s s2 2 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)以上方程可畫出橢圓圖形。按拉為正、壓為負(fù)，根據(jù)以上方程可畫出橢圓圖形。1222stzstsz 在橢圓圖上，在橢圓圖上， t t/s s 的百分比為縱坐標(biāo)，的百分比為縱坐標(biāo)，z z /s s 的百分比的百分比為橫坐標(biāo)。為橫坐標(biāo)。 由強(qiáng)度條件的雙

21、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，軸向拉力的存在下使套管的：拉伸與內(nèi)壓聯(lián)合作用，軸向拉力的存在下使套管的抗內(nèi)壓強(qiáng)度增加?？箖?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。在軸向受壓條件下套管：軸向壓縮與內(nèi)壓聯(lián)合作用。在軸向受壓條件下套管抗內(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。在軸向受壓：軸向壓應(yīng)力與外擠壓力聯(lián)合作用。在軸向受壓條件下套管抗外擠強(qiáng)度增加。條件下套管抗外擠強(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。軸向拉力的：軸向拉應(yīng)力與外擠壓力聯(lián)合作用。軸向拉力的存在使

22、套管的抗擠強(qiáng)度降低。由于這種情況在套管柱中是經(jīng)常存在使套管的抗擠強(qiáng)度降低。由于這種情況在套管柱中是經(jīng)常出現(xiàn)的。因此在套管柱設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮軸向拉力對(duì)抗擠強(qiáng)度的出現(xiàn)的。因此在套管柱設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮軸向拉力對(duì)抗擠強(qiáng)度的影響。影響。 smFFcccpp74. 003. 1tdptccc2tdpscc2 考慮軸向拉力影響時(shí)的抗外擠強(qiáng)度公式推導(dǎo)：考慮軸向拉力影響時(shí)的抗外擠強(qiáng)度公式推導(dǎo)： 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 z=0=0時(shí)：時(shí)：t t2 2 =s s2 2 根據(jù)上式，則有：根據(jù)上式，則有： 將將t t和和s s的表達(dá)式代入雙向應(yīng)力橢圓方程，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋磉_(dá)式代入雙向應(yīng)力橢圓方程，并進(jìn)

23、行適當(dāng)簡(jiǎn)化，即可得到考慮軸向拉力影響時(shí)的抗外擠強(qiáng)度近似公式：簡(jiǎn)化，即可得到考慮軸向拉力影響時(shí)的抗外擠強(qiáng)度近似公式：GDgasiepp4101155. 1 3 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 1）內(nèi)壓力）內(nèi)壓力 考慮到套管外的平衡壓力，一般情況下，套管在井口所受的考慮到套管外的平衡壓力，一般情況下，套管在井口所受的內(nèi)壓力最大。計(jì)算時(shí)，考慮三種最危險(xiǎn)的情況。內(nèi)壓力最大。計(jì)算時(shí)，考慮三種最危險(xiǎn)的情況。 a.a.套管內(nèi)完全充滿天然氣并關(guān)井時(shí)的內(nèi)壓力；套管內(nèi)完全充滿天然氣并關(guān)井時(shí)的內(nèi)壓力；b.b.以井口裝置的承壓能力作為套管在井口所受的內(nèi)壓力；以井口裝置的承壓能力作為套管在井口所受的內(nèi)

24、壓力；c.c.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(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，通常按套管內(nèi)完全充滿天然氣時(shí)進(jìn)行計(jì)算。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)進(jìn)行計(jì)算。（2 2）套管的抗內(nèi)壓強(qiáng)度）套管的抗內(nèi)壓強(qiáng)度n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。n抗內(nèi)壓強(qiáng)度可由鉆井手冊(cè)或套管手冊(cè)查到?？箖?nèi)壓強(qiáng)度可由鉆井手冊(cè)或套管手冊(cè)查到。)(ffiGGDp4 4、套管的腐蝕、套管的腐蝕n原因：在地下與腐蝕性流體接觸。原因：在地下與腐蝕性流體接觸。n破壞形式：管體有效厚度減少，套管承載力降低；鋼材性質(zhì)變化。破壞形式：管體有

25、效厚度減少，套管承載力降低；鋼材性質(zhì)變化。n引起套管腐蝕的主要介質(zhì)有：硫化氫、溶解氧、二氧化碳。引起套管腐蝕的主要介質(zhì)有：硫化氫、溶解氧、二氧化碳。n抗硫套管：抗硫套管： APIAPI套管系列中的套管系列中的H H級(jí)、級(jí)、K K級(jí)、級(jí)、J J級(jí)、級(jí)、C C級(jí)、級(jí)、L L級(jí)套管。級(jí)套管。 三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì) 目的：確定合理的套管鋼級(jí)、壁厚、以及每種套管的井深區(qū)間。目的：確定合理的套管鋼級(jí)、壁厚、以及每種套管的井深區(qū)間。 1 1、設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)原則 a.a.滿足強(qiáng)度要求，在任何危險(xiǎn)截面上都應(yīng)滿足下式：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)度外載套管強(qiáng)度外載安全系數(shù)安

26、全系數(shù) b.b.應(yīng)能滿足鉆井作業(yè)、油氣層開發(fā)和產(chǎn)層改造的需要；應(yīng)能滿足鉆井作業(yè)、油氣層開發(fā)和產(chǎn)層改造的需要； c.c.在承受外載時(shí)應(yīng)有一定的儲(chǔ)備能力；在承受外載時(shí)應(yīng)有一定的儲(chǔ)備能力； d.d.經(jīng)濟(jì)性要好。經(jīng)濟(jì)性要好。 安全系數(shù)：安全系數(shù)：n抗外擠安全系數(shù)抗外擠安全系數(shù) Sc=1.0Sc=1.0；n抗內(nèi)壓安全系數(shù)抗內(nèi)壓安全系數(shù) Si=1.1Si=1.1；n套管抗拉力強(qiáng)度（抗滑扣）安全系數(shù)套管抗拉力強(qiáng)度（抗滑扣）安全系數(shù) St=1.8St=1.8。 2 2、常用套管柱設(shè)計(jì)方法、常用套管柱設(shè)計(jì)方法 （1 1）等安全系數(shù)法）等安全系數(shù)法 該方法基本的設(shè)計(jì)思路是使各個(gè)危險(xiǎn)截面上的最小安全系數(shù)等該方法基本

27、的設(shè)計(jì)思路是使各個(gè)危險(xiǎn)截面上的最小安全系數(shù)等于或大于規(guī)定的安全系數(shù)。于或大于規(guī)定的安全系數(shù)。 （2 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(jì)時(shí)，套管柱上下考慮同一個(gè)拉力余量。在抗拉設(shè)計(jì)時(shí)，套管柱上下考慮同一個(gè)拉力余量。 另外還有最大載荷法、另外還有最大載荷法、AMOCOAMOCO法、西德法、西德BEBBEB方法及前蘇聯(lián)的方法方法及前蘇聯(lián)的方法等。等。 3 3、各層套管柱的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、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。表層套管：主要考慮內(nèi)壓載荷。 技術(shù)套管：既要有較高的抗內(nèi)壓強(qiáng)度，又要有抗鉆具沖擊技術(shù)套管：既要有較高的抗內(nèi)壓強(qiáng)度，又要有抗鉆具沖擊磨損的能力。

28、磨損的能力。 油層套管：上部抗內(nèi)壓、抗拉，下部抗外擠。油層套管：上部抗內(nèi)壓、抗拉，下部抗外擠。 4 4、套管柱設(shè)計(jì)的等安全系數(shù)法、套管柱設(shè)計(jì)的等安全系數(shù)法 （1 1）基本設(shè)計(jì)思路）基本設(shè)計(jì)思路 計(jì)算本井可能出現(xiàn)的最大內(nèi)壓力，篩選符合抗內(nèi)壓強(qiáng)度的計(jì)算本井可能出現(xiàn)的最大內(nèi)壓力，篩選符合抗內(nèi)壓強(qiáng)度的套管；套管； 下部套管段按抗擠設(shè)計(jì)，上部套管段按抗拉設(shè)計(jì)，各危險(xiǎn)下部套管段按抗擠設(shè)計(jì)，上部套管段按抗拉設(shè)計(jì)，各危險(xiǎn)斷面上的最小安全系數(shù)要大于或等于規(guī)定安全系數(shù)；斷面上的最小安全系數(shù)要大于或等于規(guī)定安全系數(shù)； 通式：通式： 套管強(qiáng)度外載套管強(qiáng)度外載安全系數(shù)安全系數(shù) 水泥面以上套管強(qiáng)度要考慮雙向應(yīng)力的影響；水

29、泥面以上套管強(qiáng)度要考慮雙向應(yīng)力的影響； 軸向拉力通常按套管在空氣中的重量計(jì)算；當(dāng)考慮雙向應(yīng)軸向拉力通常按套管在空氣中的重量計(jì)算；當(dāng)考慮雙向應(yīng)力時(shí)，按浮重計(jì)算。力時(shí)，按浮重計(jì)算。 （2 2）設(shè)計(jì)步驟）設(shè)計(jì)步驟 例題：某井例題：某井177.8mm177.8mm（7 7英寸）油層套管下至英寸）油層套管下至3500m3500m，下套管，下套管時(shí)的鉆井液密度為時(shí)的鉆井液密度為1.30g/cm1.30g/cm3 3，水泥返至，水泥返至2800m2800m，預(yù)計(jì)井內(nèi)最大內(nèi)，預(yù)計(jì)井內(nèi)最大內(nèi)壓力壓力35MPa35MPa，試設(shè)計(jì)該套管柱（規(guī)定最小段長(zhǎng)，試設(shè)計(jì)該套管柱（規(guī)定最小段長(zhǎng)500m500m）。）。解：規(guī)定的

30、安全系數(shù)：解：規(guī)定的安全系數(shù)： S Sc c=1.0=1.0， S Si i=1.1=1.1， S St t=1.8=1.8。計(jì)算最大內(nèi)壓力，篩選符合抗內(nèi)壓要求的套管，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)度抗內(nèi)壓強(qiáng)度PPimaximax S Si i =38500 kPa=38500 kPan篩選套管：篩選套管：C-75C-75，L-80L-80，N-80N-80，C-90C-90，C-95C-95，P-110P-110。n按成本排序：按成本排序：N-80 C-75 L-80 C-90 C-95 P-110N-80 C-75 L-80 C-90 C-95 P-110 按抗擠設(shè)計(jì)

31、下部套管段，水泥面以上進(jìn)行雙向應(yīng)力校核；按抗擠設(shè)計(jì)下部套管段，水泥面以上進(jìn)行雙向應(yīng)力校核； 1 1）計(jì)算最大外擠力，選擇第一段套管；）計(jì)算最大外擠力，選擇第一段套管； 查表：查表：N-80N-80，t t1 1=10.36 mm=10.36 mm，q q1 1=0.4234kN/m=0.4234kN/m，p pc1c1=48401kPa=48401kPa，F(xiàn) Fs1s1=3007 kN=3007 kN， F Fst1st1= 2611.1 kN = 2611.1 kN 。coccdocSppkPaDp1max5 .4463581. 9 2 2）選擇第二段套管；（選擇強(qiáng)度低一級(jí)的套管；確定第一段

32、）選擇第二段套管；（選擇強(qiáng)度低一級(jí)的套管；確定第一段套管的長(zhǎng)度，進(jìn)行第一段的抗拉強(qiáng)度校核）套管的長(zhǎng)度，進(jìn)行第一段的抗拉強(qiáng)度校核） 查表：查表： N-80N-80，t t2 2=9.19 mm=9.19 mm，q q2 2=0.3795kN/m=0.3795kN/m，p pc2c2=37301kPa=37301kPa，F(xiàn) Fs2s2=2686.7 kN=2686.7 kN，F(xiàn) Fst2st2= 2308.6 kN = 2308.6 kN 。 計(jì)算第二段套管可下深度計(jì)算第二段套管可下深度D D2 2, ,確定第一段套管長(zhǎng)度確定第一段套管長(zhǎng)度L L1 1；mDDLmDmDcdcSp600290035

33、0029002925211281.922取 雙向應(yīng)力強(qiáng)度校核，最終確定雙向應(yīng)力強(qiáng)度校核，最終確定D D2 2，L L1 1； D D2 2=2900m =2900m 2800m2800m，超過水泥面，考慮雙向應(yīng)力影響；，超過水泥面，考慮雙向應(yīng)力影響； 危險(xiǎn)截面：水泥面危險(xiǎn)截面：水泥面2800m2800m處處 不安全199.035492)74.003.1(091.02.243)2800(833.0128003.181.935492227.26862.2432211280022occcsmsmsdppcFFcccFFBmBSkPappkNDqLqKFK 解決辦法：將第一段套管向上延伸至水泥面以上。

34、解決辦法：將第一段套管向上延伸至水泥面以上。 預(yù)定：預(yù)定：D D2 2=2700m=2700m，L L1 1=800m=800m。 重新進(jìn)行雙向應(yīng)力強(qiáng)度校核：（按照以上同樣的方法進(jìn)行）重新進(jìn)行雙向應(yīng)力強(qiáng)度校核：（按照以上同樣的方法進(jìn)行） 套管套管1 1：危險(xiǎn)截面為：危險(xiǎn)截面為2800m2800m處，處，S Sc c=1.29 =1.29 1.0 1.0 安全安全 套管套管2 2：危險(xiǎn)截面為：危險(xiǎn)截面為2700m2700m處，處，S Sc c=1.02 =1.02 1.0 1.0 安全安全 計(jì)算套管抗拉安全系數(shù)：計(jì)算套管抗拉安全系數(shù)： 最終結(jié)果：最終結(jié)果：D D2 2=2700m=2700m，L

35、 L1 1=800m=800m。 安全8 . 185. 78004234. 01 .261111mstFFtS 3 3）選擇第三段套管，確定第二段套管長(zhǎng)度）選擇第三段套管，確定第二段套管長(zhǎng)度 查表：查表： N-80N-80，t t3 3=8.05 mm=8.05 mm，q q3 3=0.3358kN/m=0.3358kN/m，p pc3c3=26407kPa=26407kPa，F(xiàn) Fs3s3=2366.5 kN=2366.5 kN，F(xiàn) Fst3st3= 1966.1 kN = 1966.1 kN 。 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； 由：由：

36、0 .181.9)74.003.1 ()74.003.1 ()(3)(33332211233221132DpSppDDqLqKFdFDDqLqKccFFcccBmsBsm 采用試算法，取采用試算法，取D D3 3=1700m=1700m，計(jì)算得：，計(jì)算得：S Sc c=1.03=1.03，安全。，安全。 計(jì)算第二段頂部的抗拉安全系數(shù)：計(jì)算第二段頂部的抗拉安全系數(shù)： 最終結(jié)果：最終結(jié)果：D D3 3=1700m=1700m，L L2 2=1000m=1000m。安全8 . 12 . 371810003794. 08004234. 07186 .2308222mstFFtmSkNF 還有上部還有上

37、部1700m1700m的套管需進(jìn)行設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)為抗拉設(shè)計(jì)；的套管需進(jìn)行設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)為抗拉設(shè)計(jì)； 1 1）計(jì)算第三段套管按抗拉要求的允許使用長(zhǎng)度）計(jì)算第三段套管按抗拉要求的允許使用長(zhǎng)度L L3 3； 實(shí)?。簩?shí)取：L L3 3=1100m=1100m， 則：則： F Fm3m3=718+1100 =718+1100 0.3357=1087 kN0.3357=1087 kNmLSqFtLqFFmtSstFmst11173357.071838.11.19663233323由 2 2）確定第四段套管的使用長(zhǎng)度）確定第四段套管的使用長(zhǎng)度 查表：應(yīng)比第三段套管的抗拉強(qiáng)度高，查表：應(yīng)比第三段套管的抗拉強(qiáng)度高，N-80

38、N-80，t t4 4=10.36 mm=10.36 mm，q q4 4=0.4234kN/m=0.4234kN/m，p pc4c4=48401kPa=48401kPa，F(xiàn) Fs4s4=3007 kN=3007 kN， F Fst4st4= 2611.1 kN = 2611.1 kN ( (與第一段所用套管相同與第一段所用套管相同) )。 計(jì)算第四段套管的許用長(zhǎng)度：計(jì)算第四段套管的許用長(zhǎng)度： 實(shí)際距井口還有實(shí)際距井口還有600m600m，取，取L L4 4=600m=600m。mLqFmtSstF7 .8584234. 0108748 . 11 .2611434安全0 . 182. 481.

39、9)74. 003. 1 (4443DpSdFFccsm下 深 （ m）段 長(zhǎng) （ m）鋼 級(jí)壁 厚 （ mm）StSc0 600600N -8010.361.94600 17001100N -808.051.814.821700 27001000N -809.193.21.022700 3500800N -8010.367.851.08 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： 最終確定最終確定L L4 4=600m=600m，D D4 4=600m=600m。 最終設(shè)計(jì)結(jié)果最終設(shè)計(jì)結(jié)果第三節(jié)第三節(jié) 注水泥技術(shù)注水泥技術(shù)n固井目的：固定套管、有效封隔井內(nèi)的油氣水層。固井目的：固定

40、套管、有效封隔井內(nèi)的油氣水層。n注水泥：從井口經(jīng)套管再將水泥漿注入井壁與套管柱之間的環(huán)空注水泥：從井口經(jīng)套管再將水泥漿注入井壁與套管柱之間的環(huán)空中。中。n注水泥技術(shù)的內(nèi)容：油井水泥的選擇；水泥漿性能設(shè)計(jì)；水泥外注水泥技術(shù)的內(nèi)容：油井水泥的選擇；水泥漿性能設(shè)計(jì)；水泥外加劑的選擇；井眼準(zhǔn)備；注水泥工藝設(shè)計(jì)。加劑的選擇；井眼準(zhǔn)備；注水泥工藝設(shè)計(jì)。n本節(jié)內(nèi)容：油井水泥、水泥漿性能、水泥外加劑、前置液體系、本節(jié)內(nèi)容：油井水泥、水泥漿性能、水泥外加劑、前置液體系、提高注水泥質(zhì)量的措施。提高注水泥質(zhì)量的措施。 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

41、泥）的一種。 對(duì)油井水泥的基本要求：對(duì)油井水泥的基本要求： （1 1）水泥能配成流動(dòng)性良好的水泥漿，且在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，）水泥能配成流動(dòng)性良好的水泥漿，且在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，能始終保持這種流動(dòng)性；能始終保持這種流動(dòng)性； （2 2）水泥漿在井下的溫度及壓力條件下保持性能穩(wěn)定性；）水泥漿在井下的溫度及壓力條件下保持性能穩(wěn)定性； （3 3）水泥漿應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)凝固并達(dá)到一定的強(qiáng)度；）水泥漿應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)凝固并達(dá)到一定的強(qiáng)度； （4 4）水泥漿應(yīng)能和外加劑相配合，可調(diào)節(jié)各種性能；）水泥漿應(yīng)能和外加劑相配合，可調(diào)節(jié)各種性能； （5 5）形成的水泥石應(yīng)有很低的滲透性能等。）形成的水泥石應(yīng)有很低的滲透性能等。

42、 1 1、油井水泥的主要成分、油井水泥的主要成分 （1 1）硅酸三鈣）硅酸三鈣3CaOSiO3CaOSiO2 2。（簡(jiǎn)稱。（簡(jiǎn)稱C C3 3S S） 它是水泥的主要成份，一般的含量為它是水泥的主要成份，一般的含量為 40406565。該成分對(duì)。該成分對(duì)水泥的強(qiáng)度，尤其是早期強(qiáng)度有較大的影響。高早期強(qiáng)度水泥中含水泥的強(qiáng)度，尤其是早期強(qiáng)度有較大的影響。高早期強(qiáng)度水泥中含量可達(dá)量可達(dá)60606565，緩凝水泥中含量在，緩凝水泥中含量在40404545。 （2 2）硅酸二鈣）硅酸二鈣2CaOSiO2CaOSiO2 2（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱C C2 2S S），）， 它在水泥中的含量一般在它在水泥中的含量一般在2

43、4243030之間；其水化反應(yīng)緩慢，之間；其水化反應(yīng)緩慢，使水泥強(qiáng)度增長(zhǎng)慢；但對(duì)水泥的最終強(qiáng)度有影響。使水泥強(qiáng)度增長(zhǎng)慢；但對(duì)水泥的最終強(qiáng)度有影響。 （3 3）鋁酸三鈣）鋁酸三鈣3CaOAl3CaOAl2 2O O3 3（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱C C3 3A A） 它能促進(jìn)水泥快速水化；其含量是決定水泥初凝和稠化時(shí)間的它能促進(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；它對(duì)水泥漿的流變性及早期強(qiáng)度有較大影響；對(duì)硫酸鹽主要因素；它對(duì)水泥漿的流變性及早期強(qiáng)度有較大影響；對(duì)硫酸鹽極為敏感；對(duì)于有較高早期強(qiáng)度的水泥，其含量可達(dá)極為敏感；對(duì)于有較高早期強(qiáng)度的水泥，其含量可達(dá)1515。 （4 4）鐵鋁酸四鈣

44、）鐵鋁酸四鈣4CaOAl4CaOAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱C C4 4AFAF），），它對(duì)水泥強(qiáng)度影響較小，但其水化速度僅次于它對(duì)水泥強(qiáng)度影響較小，但其水化速度僅次于C C3 3A A，能使水泥的早期，能使水泥的早期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，其含量為強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，其含量為8 81212。 除了以上四種主要成份之外，還有石膏、堿金屬的氧化物等。除了以上四種主要成份之外，還有石膏、堿金屬的氧化物等。 2 2、水泥的水化、水泥的水化 水泥與水混合成水泥漿后，與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成各種水水泥與水混合成水泥漿后，與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成各種水化產(chǎn)物。逐漸由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，使水泥硬化和凝

45、結(jié)，形成水泥石。化產(chǎn)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 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)有：水泥的主要成分與水發(fā)生的水化反應(yīng)有： 3CaO SiO3CaO SiO2 22H2H2 2O O2CaO SiO2CaO SiO2 2 H H2 2O O十十Ca(OH)Ca(OH)2 2 2CaO SiO 2CaO SiO2 2H H2 2O O 2CaO SiO 2CaO SiO2 2 H H2 2O O 3CaO Al 3CaO Al2 2O O3 36H6H2 2O O 3CaO Al 3CaO Al2 2O O3 3 6H 6H2

46、2O O 4CaOAl 4CaOAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 36H6H2 2O O 3CaOAl 3CaOAl2 2O O3 36H6H2 2O OCaOFeCaOFe2 2O O3 3HH2 2O O 除此之外還發(fā)生其他二次反應(yīng)，生成物中有大量的硅除此之外還發(fā)生其他二次反應(yīng)，生成物中有大量的硅酸鹽水化產(chǎn)物及氫氧化鈣等。在反應(yīng)的過程中，各種水化產(chǎn)酸鹽水化產(chǎn)物及氫氧化鈣等。在反應(yīng)的過程中，各種水化產(chǎn)物均逐漸凝聚，使水泥硬化。物均逐漸凝聚，使水泥硬化。 （2 2）水泥凝結(jié)與硬化）水泥凝結(jié)與硬化 水泥的硬化分為三個(gè)階段：水泥的硬化分為三個(gè)階段： 溶膠期：水泥與水混合成膠體液，開始發(fā)

47、生水化反應(yīng)，水化溶膠期：水泥與水混合成膠體液，開始發(fā)生水化反應(yīng)，水化產(chǎn)物的濃度開始增加，達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)部分水化物以膠態(tài)或微晶產(chǎn)物的濃度開始增加，達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)部分水化物以膠態(tài)或微晶體析出，形成膠溶體系。此時(shí)水泥漿仍有流動(dòng)性。體析出，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，溶膠粒子及凝結(jié)期：水化反應(yīng)由水泥顆粒表面向內(nèi)部深入，溶膠粒子及微晶體大量增加，晶體開始互相連接，逐漸絮凝成凝膠體系。水微晶體大量增加，晶體開始互相連接，逐漸絮凝成凝膠體系。水泥漿變綢，直到失去流動(dòng)性。泥漿變綢，直到失去流動(dòng)性。 硬化期：水化物形成晶體狀態(tài)，互相緊密連接成一個(gè)整體，硬化期：

48、水化物形成晶體狀態(tài)，互相緊密連接成一個(gè)整體，強(qiáng)度增加，硬化成為水泥石。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：n無定性物質(zhì)（水泥膠），它具有晶體的結(jié)構(gòu)，顆粒尺寸大無定性物質(zhì)（水泥膠），它具有晶體的結(jié)構(gòu)，顆粒尺寸大體在體在0.lmm0.lmm左右，互相連接成一個(gè)整體。左右，互相連接成一個(gè)整體。n氫氧化鈣晶體，是水化反應(yīng)的產(chǎn)物。氫氧化鈣晶體，是水化反應(yīng)的產(chǎn)物。n未水化的水泥顆粒。未水化的水泥顆粒。 3 3、油井水泥的分類、油井水泥的分類 （1 1）APIAPI水泥的分類水泥的分類 A A級(jí)：深度范圍級(jí)：深度范圍 0 01828.8 m1828.8 m，溫度，溫度

49、76.776.7。 B B級(jí)：深度范圍級(jí)：深度范圍 0 01828.8 m1828.8 m，屬中熱水泥，溫度至，屬中熱水泥，溫度至 76.776.7，有中抗硫和高抗硫兩種。，有中抗硫和高抗硫兩種。 C C級(jí)：深度范圍級(jí)：深度范圍0 01828.8 m1828.8 m，溫度至，溫度至 76.776.7，高早期強(qiáng)，高早期強(qiáng)度水泥，分普通、中抗硫及高抗硫三種。度水泥，分普通、中抗硫及高抗硫三種。 D D級(jí)：深度范圍級(jí)：深度范圍1828.81828.83050 m3050 m，溫度，溫度7676127127，用于中，用于中溫、中壓條件，分為中抗硫及高抗硫兩種。溫、中壓條件，分為中抗硫及高抗硫兩種。 E

50、 E級(jí)：深度范圍級(jí)：深度范圍 305030504270 m4270 m，溫度，溫度7676143143，用于高溫、，用于高溫、高壓條件，分為中抗硫及高抗硫兩種。高壓條件，分為中抗硫及高抗硫兩種。 F F級(jí)：深度范圍為級(jí)：深度范圍為 305030504880 m4880 m，溫度，溫度 110110160160，用于，用于超高溫和超高壓條件，分為中抗硫及高抗硫兩種。超高溫和超高壓條件，分為中抗硫及高抗硫兩種。 G G級(jí)及級(jí)及H H級(jí)：深度范圍為級(jí)：深度范圍為 0 02440 m2440 m，溫度，溫度0 09393，分為中，分為中抗硫及高抗硫兩種?？沽蚣案呖沽騼煞N。 J J級(jí)：深度范圍為級(jí)：深度

51、范圍為 366036604880 m4880 m，溫度，溫度4949160160。 （2 2）國(guó)產(chǎn)以溫度系列為標(biāo)準(zhǔn)的油井水泥）國(guó)產(chǎn)以溫度系列為標(biāo)準(zhǔn)的油井水泥 二、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 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 3.053.053.20 g3.20 gcmcm3 3。 水泥完全水化需要的水為水泥重量的水泥完全水化需要的水為水泥重量的2020左右；使水泥漿左右；使水泥漿能流動(dòng)加水量應(yīng)達(dá)到水泥重量的能流動(dòng)加水量應(yīng)達(dá)到水泥重量的45455050，此時(shí)的水泥漿密，此時(shí)的水泥漿密度一般在度一般在1.801.80 1.90

52、 g1.90 gcmcm3 3之間。之間。 水灰比：水與干水泥重量之比。水灰比：水與干水泥重量之比。 水泥漿的稠化時(shí)間水泥漿的稠化時(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。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。 APIAPI標(biāo)準(zhǔn)：從開始混拌到水泥漿調(diào)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)：從開始混拌到水泥漿調(diào)度達(dá)到 100 BC100 BC（水泥稠度（水泥稠度單位）所用的時(shí)間。單位）所用的時(shí)間。 APIAPI標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定在初始的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定在初始的 151530 min30 min時(shí)間內(nèi)，稠化值應(yīng)當(dāng)時(shí)間內(nèi)，稠化值應(yīng)當(dāng)小于小于 30 BC30 BC。好的稠化情況是在現(xiàn)場(chǎng)總的施工時(shí)間內(nèi)，水泥漿的。好的稠化情

53、況是在現(xiàn)場(chǎng)總的施工時(shí)間內(nèi)，水泥漿的調(diào)度在調(diào)度在50 BC50 BC以內(nèi)。以內(nèi)。 水泥漿的失水水泥漿的失水 一般用一般用3030分鐘的失水量表示。分鐘的失水量表示。 水泥漿的凝結(jié)時(shí)間水泥漿的凝結(jié)時(shí)間 從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的時(shí)間。從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的時(shí)間。 對(duì)于封固表層及技術(shù)套管，希望水泥能有早期較高的強(qiáng)度。對(duì)于封固表層及技術(shù)套管，希望水泥能有早期較高的強(qiáng)度。以便于盡快開始下一道工序。通常希望固完井候凝以便于盡快開始下一道工序。通常希望固完井候凝 8 8小時(shí)左右，小時(shí)左右，水泥漿開始凝結(jié)成水泥石，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)水泥漿開始凝結(jié)成水泥石，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)2.3MPa2.3MPa以上即可開始以上即可開始下一次開

54、鉆。下一次開鉆。水泥石強(qiáng)度水泥石強(qiáng)度n能支撐和加強(qiáng)套管。能支撐和加強(qiáng)套管。n能承受鉆柱的沖擊載荷。能承受鉆柱的沖擊載荷。n能承受酸化、壓裂等增產(chǎn)措施作業(yè)的壓力。能承受酸化、壓裂等增產(chǎn)措施作業(yè)的壓力。水泥石的抗蝕性水泥石的抗蝕性n控制控制C C3 3A A 3%3%，C4AF+2CC4AF+2C3 3A A 24%24%提高抗硫能力提高抗硫能力n加入礦渣、石英砂等提高抗硫能力。加入礦渣、石英砂等提高抗硫能力。2 2、水泥的外加劑、水泥的外加劑（1 1）加重劑：重晶石、赤鐵粉等。可使水泥漿密度達(dá)到）加重劑：重晶石、赤鐵粉等。可使水泥漿密度達(dá)到 2.3 g2.3 gcmcm3 3。（2 2）減輕劑：

55、硅藻土、粘土粉、瀝青粉、玻璃微珠、火山灰等?？墒梗p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水泥漿的密度降到l 45 gl 45 gm m3 3。（3 3）緩凝劑：丹寧酸鈉、酒石酸、硼酸、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽、羧甲基）緩凝劑：丹寧酸鈉、酒石酸、硼酸、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽、羧甲基羥乙基纖維素等。羥乙基纖維素等。（4 4）促凝劑：氯化鈣、硅酸鈉、氯化鉀等。）促凝劑：氯化鈣、硅酸鈉、氯化鉀等。（5 5）減阻劑：）減阻劑： 奈磺酸甲醛的縮合物、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽、木質(zhì)素奈磺酸甲醛的縮合物、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽、木質(zhì)素磺化鈉等?；腔c等。（6 6）降失水劑：羧甲基羥乙基纖維素、丙烯酸胺、

56、粘土等。）降失水劑：羧甲基羥乙基纖維素、丙烯酸胺、粘土等。（7 7）防漏失劑：瀝青粒、纖維材料等。）防漏失劑：瀝青粒、纖維材料等。3 3、特種水泥、特種水泥（1 1）觸變性水泥：當(dāng)水泥漿靜止時(shí)，形成膠凝狀態(tài)，但在流動(dòng)時(shí)，）觸變性水泥：當(dāng)水泥漿靜止時(shí)，形成膠凝狀態(tài)，但在流動(dòng)時(shí)，膠凝狀態(tài)被破壞，它的流動(dòng)性是良好的。膠凝狀態(tài)被破壞，它的流動(dòng)性是良好的。（2 2）膨脹水泥：水泥漿凝固時(shí)，體積略有膨脹。一般用于高壓氣井。）膨脹水泥：水泥漿凝固時(shí)，體積略有膨脹。一般用于高壓氣井。（3 3）防凍水泥：用于地表溫度較低地區(qū)的表層套管固井。）防凍水泥：用于地表溫度較低地區(qū)的表層套管固井。（4 4）抗鹽水泥）抗鹽

57、水泥（5 5）抗高溫水泥）抗高溫水泥（6 6）輕質(zhì)水泥）輕質(zhì)水泥 三、前置液體系三、前置液體系 將水泥漿與鉆井液隔開，起到隔離、緩沖、清洗的作用，將水泥漿與鉆井液隔開，起到隔離、緩沖、清洗的作用，可提高固井質(zhì)量?？商岣吖叹|(zhì)量。 1 1、沖洗液：低粘度、低剪切速率、低密度。用于有效沖、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。洗井壁及套管壁，清洗殘存的鉆井液及泥餅。 2 2、隔離液：有效隔開鉆井液與水泥漿，以便形成平面推、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。進(jìn)型的頂替效果。通常為粘稠液體。 四、提高注水泥質(zhì)量

58、的措施四、提高注水泥質(zhì)量的措施 1 1、對(duì)注水泥質(zhì)量的基本要求、對(duì)注水泥質(zhì)量的基本要求 （l l）對(duì)固井質(zhì)量的基本要求）對(duì)固井質(zhì)量的基本要求n水泥漿返高和水泥塞高度必須符合設(shè)計(jì)要求；水泥漿返高和水泥塞高度必須符合設(shè)計(jì)要求；n注水泥井段環(huán)空內(nèi)的鉆井液頂替干凈；注水泥井段環(huán)空內(nèi)的鉆井液頂替干凈；n水泥石與套管及井壁巖石膠結(jié)良好；水泥石與套管及井壁巖石膠結(jié)良好；n水泥凝固后管外不冒油、氣、水，不互竄；水泥凝固后管外不冒油、氣、水，不互竄；n水泥石能經(jīng)受油、氣、水長(zhǎng)期的侵蝕。水泥石能經(jīng)受油、氣、水長(zhǎng)期的侵蝕。（2 2）在固井中常出現(xiàn)的固井質(zhì)量問題）在固井中常出現(xiàn)的固井質(zhì)量問題n井口有冒油、氣、水的現(xiàn)象

59、。井口有冒油、氣、水的現(xiàn)象。n不能有效地封隔各種層位，開采時(shí)各種壓力互竄。不能有效地封隔各種層位，開采時(shí)各種壓力互竄。n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。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。%環(huán)形空間截面積環(huán)形水泥漿面積頂替效率環(huán)形空間體積環(huán)形水泥漿體積頂替效率 2 2、影響注水泥質(zhì)量的因素、影響注水泥質(zhì)量的因素 （1 1）頂替效率低，產(chǎn)生竄槽。）頂替效率低，產(chǎn)生竄槽。 注水泥段：注水泥段： 注水泥段任一截面：注水泥段任一截面： 竄槽：竄槽：由于水泥漿不能將環(huán)空中的鉆井液完全替走，而使由于水泥漿不能將環(huán)空中的鉆井液完全替走，而使環(huán)形空間局部出現(xiàn)未被水泥漿封固住的這種現(xiàn)

60、象。環(huán)形空間局部出現(xiàn)未被水泥漿封固住的這種現(xiàn)象。 形成竄槽的原因：形成竄槽的原因： a.a.套管不居中；套管不居中； b.b.井眼不規(guī)則；井眼不規(guī)則； c.c.水泥漿性能及頂替措施不當(dāng)。水泥漿性能及頂替措施不當(dāng)。 d.d.接觸時(shí)間、頂替速度及流態(tài)、水泥漿流變性等。接觸時(shí)間、頂替速度及流態(tài)、水泥漿流變性等。 （2 2）水泥漿凝結(jié)過程中油氣水上竄）水泥漿凝結(jié)過程中油氣水上竄 引起油氣水上竄的原因：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。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