注水泥設計與計算機輔助應用課件

注水泥設計與計算機輔助應用注水泥設計與計算機輔助應用注水泥設計與計算機輔助應用注水泥設計與計算機輔助應用注水泥設計與計算機輔助應用注水泥設1主要內容設計內容概述設計資料準備注水泥設計原則與方法注水泥設計步驟注水泥設計格式計算機輔助設計軟件與應用2主要內容設計內容概述21、設計內容概述基本原則整個注水泥過程（包括候凝）環(huán)空壓力處于一個平衡狀態(tài)；在封固段水泥漿能充分頂替掉泥漿；既不會壓漏地層，也不使油氣水竄入環(huán)形空間。

31、設計內容概述基本原則31、設計內容概述注水泥類型注水泥（常規(guī)注水泥作業(yè)）；打水泥塞（平衡注水泥塞）；擠水泥。

41、設計內容概述注水泥類型41、設計內容概述注水泥主要設計內容

①

井眼條件（如溫度、壓力、井況）、鉆井液性能等基本注水泥環(huán)境的審定、分析；

②

注水泥作業(yè)方式選擇，確定采用什么方法進行該次注水泥作業(yè)；

③

水泥漿設計，如密度、用量、性能與配方等；

④

前置液與后置液設計；

51、設計內容概述注水泥主要設計內容

51、設計內容概述注水泥主要設計內容

⑤

設備與工具附件的選擇，如扶正器的安放、刮泥器的使用、水泥車的選配等；

⑥

頂替工藝設計，如頂替流態(tài)、流速的選擇與施工程序安排；

⑦

注水泥前的準備，如循環(huán)洗井要求、泥漿性能的調節(jié)、人員組織與職責分工等；

⑧

注水泥作業(yè)結果評價，主要指對整個施工計劃實施過程的模擬效果分析與實際施工后的事后評價分析兩方面的工作。

61、設計內容概述注水泥主要設計內容

61、設計內容概述注水泥主要設計內容

其他內容：

對于整個固井作業(yè)而言，還應進行套管強度校核與下套管方面的計算，這里不再闡述。71、設計內容概述注水泥主要設計內容

71、設計內容概述設計過程:①整理和分析設計所需的基本資料；②設計總體的注水泥方案；③設計施工流體（水泥漿、前置液等），并以化驗室實測數(shù)據最終確定其性能與配方；④設計套管附件與注水泥設備的使用，如扶正器安放位置等；⑤安排詳細的施工作業(yè)計劃；

81、設計內容概述設計過程:81、設計內容概述設計過程:⑥模擬和評價整個施工計劃的實施過程，分析模擬注水泥效果；⑦根據模擬情況進一步調整施工參數(shù)和施工流體性能；⑧實施注水泥作業(yè)；⑨分析評價作業(yè)結果。91、設計內容概述設計過程:92、設計資料準備1）工程設計要求：

指鉆井、地質和開發(fā)上對注水泥作業(yè)的要求。這是注水泥的目標參數(shù)，必須保證整個設計應滿足這些參數(shù)的要求。 水泥返深 需封固的產層頂部與底部深度 阻流環(huán)位置（水泥塞長度） 候凝時間 水泥環(huán)封固質量 水泥石性能等 特殊要求：如對熱采井而言，需要求水泥石在高溫下無強度衰減等。102、設計資料準備1）工程設計要求：102、設計資料準備2）地層資料

地層資料主要是指環(huán)空裸眼段的壓力、溫度、地層和產層情況，這些情況在設計水泥漿密度、注水泥方式、水泥漿體系以及頂替參數(shù)時都有重要的作用。

112、設計資料準備2）地層資料112、設計資料準備2）地層資料（１）溫度數(shù)據

水泥漿頂部與底部溫差井底循環(huán)溫度(BHCT)井底靜止溫度(BHST)配漿用水的溫度 溫度大小的影響： 對外加劑加量 對水泥石強度122、設計資料準備2）地層資料122、設計資料準備2）地層資料（１）溫度數(shù)據

溫度數(shù)據的獲取

地溫梯度：

井底靜止溫度：

井底循環(huán)溫度： 直接測量：循環(huán)溫度投測儀 測溫小球、電測 計算機模擬：與注水泥過程有關132、設計資料準備2）地層資料13井下循環(huán)溫度預測方法14井下循環(huán)溫度預測方法14API方法和經驗方法與井下實測值的比較研究目的15API方法和經驗方法與井下實測值的比較研究目的15建立井下循環(huán)溫度分布的數(shù)學模型 完成了從能量平衡方程、壁面對流換熱系數(shù)的確定、熱源項的計算和數(shù)學模型的求解。井下溫度的實測驗證工作循環(huán)溫度預測軟件研究泥漿、水泥漿熱物性參數(shù)測定主要研究內容16建立井下循環(huán)溫度分布的數(shù)學模型主要研究內容16

研究建立了二維瞬態(tài)循環(huán)溫度預測模型,考慮因素全面合理，相對于Homles的穩(wěn)態(tài)模型和Hansa的假穩(wěn)態(tài)模型更符合實際情況，它能給出注水泥過程中井眼不同位置以及不同時間狀態(tài)下的循環(huán)溫度。應用無條件穩(wěn)定的全隱式有限差分法數(shù)值解其精度可靠，采用松弛法高斯－塞德爾迭代其運算速度快。對于0.2小時的時間間隔，循環(huán)15個小時，相當于計算75個時間點，僅僅需要1分鐘。井下循環(huán)溫度分布的數(shù)學模型17研究建立了二維瞬態(tài)循環(huán)溫度預測模型,考慮因素全面合理，泥漿排出泥漿排出泥漿進入T2表層套管鉆桿地層Tij地層TijT1T2T3T3環(huán)空泥漿水泥T1=T218泥漿排出泥漿排出泥漿進入T2表層套管鉆桿地層Tij地層Tij能量平衡方程(2)對于環(huán)空內的熱交換(3)對于地層內的熱傳導

(1)對于鉆桿內的熱交換19能量平衡方程(2)對于環(huán)空內的熱交換(3)對于地層內的熱傳導模型特點該模型采用差分方程的形式清楚明了的表達出了井下各單元在流體對流過程中的熱交換狀態(tài)，通過采用適當差分格式和迭代方法可以使得運算快速穩(wěn)定的收斂。通過精確的確定各單元之間總傳熱系數(shù)，既可考慮各種復雜的井身結構又使得模型較為簡單；該模型還將考慮其它熱源對井下溫度的影響。20模型特點該模型采用差分方程的形式清楚明了的表達出了井下各單元本模型與Homles穩(wěn)態(tài)模型和Hansa瞬態(tài)模型的對比井下循環(huán)溫度分布的數(shù)學模型21本模型與Homles穩(wěn)態(tài)模型和Hansa瞬態(tài)模型的對比井下循循環(huán)溫度實測驗證——測量內容地層靜止溫度剖面

7”套管固井后靜止48小時后（實際靜止57小時）測量。 采用的常規(guī)溫度測井儀。泥漿循環(huán)溫度

對8-1/2”裸眼和7”套管固井后各深度點。 采用井下溫度儲存記錄儀。在國內首次進行22循環(huán)溫度實測驗證——測量內容地層靜止溫度剖面在國內首次進行循環(huán)溫度實測驗證——井眼條件

地理位置：牙哈5＃構造，

鉆機編號：60704（三勘）

鉆機類型：F400-4DH

井別： 開發(fā)評價井

井深： 5360m

井身結構：表層套管20＂×250m

第一層套管133/8＂×1500m

第二層套管95/8＂×4700m

第三層套管7＂×5358m

泥漿類型：聚磺

泥漿密度：1.40g/cm3，泥漿粘度：50s23循環(huán)溫度實測驗證——井眼條件 地理位置：牙哈5＃構造，23循環(huán)溫度實測驗證——測量概況(a)裸眼井中泥漿排量：24.24l/s，井眼大?。?1/2“

鉆桿直徑：5＂，儀器的采樣間隔：30s

第一個測深點：5300m，循環(huán)時間：15小時，

第二個測深點：5000m，循環(huán)時間：4小時，(b)7＂套管固井后泥漿排量：10.88l/s，井眼大小：7“ 鉆桿直徑：89mm，

儀器的采樣間隔：75s

第一個測深點：5300m，循環(huán)時間：15小時，

第二個測深點：5000m，循環(huán)時間：4小時，

第三個測深點：4700m，循環(huán)時間：4小時，

第四個測深點：4300m，循環(huán)時間：4小時，

第五個測深點：4000m，循環(huán)時間：4小時，24循環(huán)溫度實測驗證——測量概況(a)裸眼井中24T=-4.6+0.0236H循環(huán)溫度實測驗證——測量結果25T=-4.6+0.0236H循環(huán)溫度實測驗證——測量結果25

對YH501、YX1和YN4三口井預測的井下循環(huán)溫度與實測的四組數(shù)據對比都較為吻合，其最大誤差不超過2℃，平均相對誤差僅為1.84，而API方法和經驗方法其平均相對誤差均在6以上。循環(huán)溫度實測驗證26對YH501、YX1和YN4三口井預測的井下循環(huán)溫度預測循環(huán)溫度方法的比較井號 井深地溫靜止溫度循環(huán)溫度本模型API回歸方程 0.7T靜

0.8T靜

梯度 實測值預測值 計算值 計算值 計算值

53002.08128.5685.6587.67+2.36109.34+27.6686.81+1.3599.21+15.83 YH 50002.08122.283.0984.65+1.87102,20+23.0085.54+2.9497.76+17.65 501 53002.08128.5698.2199.55+1.36109.34+11.3386.81-9.7799.21+1.01 50002.08122.296.3098.59+2.38102,20+6.1285.54-11.1797.76+1.51 47002.08115.9695.1096.60+1.5796.24+1.1981.17-14.6492.76-2.46 43002.08107.6491.1892.43+1.3788.30-3.1475.34-17.3786.11-5.56 40002.08101.488.1488.50+0.4182.35-6.5670.98-19.4681.12-7.96 YX1 23802.068.052.5550.67-3.5853.28+1.3947.6-9.4254.5+3.52 YN4 32002.084.063.3362.27-1.6766.47+4.9658.8-7.1567.2+6.11 平均相對誤差的絕對值（％）

1.848.40 10.36 6.84 循環(huán)溫度實測驗證27循環(huán)溫度實測驗證27通過參數(shù)敏感性分析可知，水泥漿、泥漿及巖石的熱物性參數(shù)對井下循環(huán)溫度的準確計算有非常顯著的影響。泥漿或水泥漿比熱20%的變化，將引起預測溫度4－5℃的誤差。地層的熱導率當有50%的變化時，也將引起預測溫度4－9℃的誤差。首次對水泥漿、泥漿的熱物理性質進行了系統(tǒng)的實驗研究。共獲得7個溫度段、不同密度、兩類泥漿和不同成分水泥漿的比熱參數(shù)151個，不同成分、不同密度泥漿和水泥漿的熱導率參數(shù)24個。本項實驗研究成果填補了我國石油行業(yè)中泥漿和水泥漿熱物性研究的空白。為井下溫度預測研究提供了可靠的應用基礎。泥漿、水泥漿熱物性參數(shù)測定28通過參數(shù)敏感性分析可知，水泥漿、泥漿及巖石的熱物性參數(shù)對井下

溫度預測軟件29溫度預測軟件292、設計資料準備2）地層資料（2）壓力數(shù)據

地層孔隙壓力： 鉆井泥漿密度 測井預測

地層破裂壓力： 地漏實驗 數(shù)學計算預測（巖石力學與測井方法）302、設計資料準備2）地層資料302、設計資料準備2）地層資料（3）地層情況

這些資料主要用于確定注水泥時環(huán)空頂替返速的范圍、準確設計水泥漿密度、選擇水泥漿體系類型。

考慮是否存在： 循環(huán)漏失、 易塌等復雜井段； 異常壓力地層； 異常巖性層（主要指鹽巖層等）312、設計資料準備2）地層資料312、設計資料準備2）地層資料（3）地層情況

需了解數(shù)據： 漏失層的層位、深度范圍，漏失壓力，漏失時的泥漿密度、粘度、返速等， 復雜情況井段對環(huán)空液體返速的一般限制范圍， 異常壓力地層的壓力大小，異常巖性的性質、層位深度等等

322、設計資料準備2）地層資料322、設計資料準備

當有異常壓力情況時:

水泥漿的設計應非常慎重。當鉆井液當量密度超過1.35～1.6g/cm3以上時，便應考慮解決可能出現(xiàn)的氣竄問題。如在注水泥方案上，可采用具有封隔器的尾管結構，在水泥漿設計中應加入阻氣劑或氣阻劑（如國內的KQ,G-60,DS公司GASBLOCK、D600、Halliturton的LATAX2000等），對一般不嚴重氣侵井可選擇多凝注水泥方案。上述設計均應在鉆井液壓穩(wěn)地層條件下進行。

332、設計資料準備當有異常壓力情況時:332、設計資料準備

當有特殊巖性（一般指膏鹽層）時：應控制好鹽巖層的影響，首先要保持水泥與鹽巖的膠結質量，防止鹽巖層的溶解影響第二界面質量。這時，一般應設計采用飽和鹽水水泥漿，同時還使水泥漿具有高密度，以控制地層的塑性流動。

342、設計資料準備 當有特殊巖性（一般指膏鹽層）時：342、設計資料準備

當存在漏失問題時： 應先進行堵漏處理，然后才能進行注水泥作業(yè)。處理結果應當有一個鉆井液循環(huán)平衡條件，該當量密度值能提供出最小承壓梯度，作為注水泥設計的基礎數(shù)據。依據此條件可考慮分級注水泥或使用低密度水泥、觸變性水泥等。

352、設計資料準備 當存在漏失問題時：352、設計資料準備2）地層資料（4）產層情況

產層情況主要是指所固產層是油層還是氣層，產層的滲透率等參數(shù)。

這些資料主要用于選擇水泥漿體系類型，性能要求等。如控制水泥漿向產層的過量漏失，避免造成產層的污染，如果產層是氣層，則應要求采用防竄水泥漿體系以保證凝固期間不出現(xiàn)氣竄。

362、設計資料準備2）地層資料362、設計資料準備3）井眼形狀參數(shù)井徑、鉆具尺寸、套管組合及完井方法。

井深（垂直深度與測量深度） 套管外徑（包括壁厚） 裸眼直徑 套管柱組合（如貫眼管柱、尾管、套管回接、復合套管施工等） 井斜數(shù)據。

372、設計資料準備3）井眼形狀參數(shù)372、設計資料準備3）井眼形狀參數(shù) 用途：計算井底溫度 所需液體容積 靜液柱壓力 頂替流動參數(shù)（流態(tài)、流動壓降等） 對水泥漿的性能也提出相應的要求

裸眼井徑的變化情況對設計合理的頂替流動方式是非常重要的，在井眼中如有固結不良的薄弱地層時，井眼由于沖飾往往增大很多，很難實現(xiàn)紊流頂替，這便要求設計時應考慮使用低速（塞流）頂替方法來獲取較好的頂替效果。井斜變化的大小對水泥漿的自由水性能也將提出不同的要求。

382、設計資料準備3）井眼形狀參數(shù)382、設計資料準備4）鉆井液類型與性能外加劑組成，密度和性能（如粘度、切力、失水、含砂量、pH值等）以及有關處理情況。

鉆井液的性能對頂替的影響是較大的，一個良好性能的鉆井液可大大提高泥漿的頂替效率，這在頂替機理中已經說明。因此，準確掌握鉆井液資料對正確設計水泥漿和前置液，并在注水泥前合理地處理好鉆井液性能是非常重要的。鉆井液種類一般可分為淡水泥漿、鹽水泥漿、乳化泥漿和油基泥漿四類，設計水泥漿時就必須考慮與泥漿的相容性。選擇前置液時也需考慮泥漿的種類，如在乳化或油基泥漿環(huán)境下應保證加在水泥漿前面的沖洗液或隔離液的組分適合于親水性的環(huán)空頂替。重要作業(yè)設計時還應模擬現(xiàn)場條件進行相容性試驗。

392、設計資料準備4）鉆井液類型與性能392、設計資料準備5）水泥與外加劑情況、配漿設備情況

資料主要包括現(xiàn)有干水泥、外加劑的存貨情況，外界可能的供貨情況。注水泥機泵能力，混合方式，活動套管能力與方式等。一般要求設計水泥漿時應先在現(xiàn)有的外加劑和水泥情況下進行，如果無法滿足該井的施工要求，再根據貨源情況進行設計并提出訂貨要求。

402、設計資料準備5）水泥與外加劑情況、配漿設備情況403、影響注水泥頂替效率的主要因素套管居中度流體性能（水泥漿、隔離液性能）注水泥頂替參數(shù)頂替流態(tài)紊流接觸時間泥漿性能413、影響注水泥頂替效率的主要因素套管居中度413、影響注水泥頂替效率的主要因素423、影響注水泥頂替效率的主要因素423、影響注水泥頂替效率的主要因素間隙位置(毫米)水泥漿流態(tài)頂替效率(%)

平均值返回速度(m/s)雷諾數(shù)Re寬(35.1)2.0--3.0一般>350097.6

80.3中(20.5)0.3--0.6100<Re<80094.5窄(8.9).05--.105<Re<1050.5433、影響注水泥頂替效率的主要因素間隙位置水泥漿流態(tài)頂替效率

3、影響注水泥頂替效率的主要因素443、影響注水泥頂替效率的主要因素443、影響注水泥頂替效率的主要因素453、影響注水泥頂替效率的主要因素454、注水泥設計原則與方法4.1平衡壓力設計原則注水泥頂替過程壓穩(wěn)：

Pa>Pp+PPa：環(huán)空靜液壓力

Pp：地層孔隙壓力P：地層孔隙壓力安全附加值不漏

Pa+Pfa<Pf-P Pfa：流體在環(huán)空的流動阻力。

Pf：地層破裂壓力。

PpPa464、注水泥設計原則與方法4.1平衡壓力設計原則PpPa464、注水泥設計原則與方法4.1平衡壓力設計原則候凝過程控制失重防止竄流Pa+Pc<PpPc：地層流體在水泥漿的流動阻力，與水泥漿的靜膠凝強度發(fā)展有關。

PpPa474、注水泥設計原則與方法4.1平衡壓力設計原則PpPa474、注水泥設計原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇方法分類：一次注水泥分級注水泥尾管注水泥非常規(guī)的注水泥工藝，如內管注水泥，外管注水泥，反循環(huán)注水泥等

484、注水泥設計原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇484、注水泥設計原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇分級注水泥工藝的選擇原則

當要求注入過大的水泥量，環(huán)空形成水泥柱過長，有過大靜液壓差或地層不能承受長段水泥漿柱液柱壓力時，應采用雙級或多級注工藝。

當下部有氣層，為防止過大失重時，應采用雙級或多級注水泥工藝。

當封固段太長，其水泥漿柱的頂部位置與底部位置的溫度差別太大，使得很難設計在這兩種溫度下性能均能滿足要求的水泥漿時，應采用雙級注水泥工藝。 當要求在上部某層有不受泥漿污染的水泥封固段時，當在上下有封隔層，但中間不需水泥封隔時，可采用雙級注水泥。

494、注水泥設計原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇494、注水泥設計原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇分級注水泥工藝的類型

·正規(guī)的非連續(xù)式的雙級注水泥

·非正規(guī)連續(xù)式的雙級注水泥

·三級注水泥 一般情況僅可能采用正規(guī)的非連續(xù)式的分級注水泥方式。采用這種方法時，如果條件允許，第一級返深最好在分級箍位置150～200m以上。一級碰壓后，從井口放壓確認浮鞋浮箍工作可靠，水泥不回流，方可投入打開塞。504、注水泥設計原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇504、注水泥設計原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇分級箍位置選擇原則

分級箍位置的選擇主要應依據井眼的壓力剖面而定。即保證分級后，每級注水泥中的環(huán)空壓力均能滿足井眼安全的要求。在此基礎上同時，還應考慮如下要求：分級箍選擇位置最好置于外層套管段內，否則應設置在地層堅硬、穩(wěn)定的井段。 分級箍所在井段位置的井徑應規(guī)則，且在較直井段，過大斜度會影響重力塞與下內套重合密封，使打開不可靠。514、注水泥設計原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇514、注水泥設計原則與方法4.3水泥漿設計設計頂替流態(tài)環(huán)空水泥漿柱組成

水泥漿體系與性能要求

水泥漿配方與性能試驗

用量計算

524、注水泥設計原則與方法4.3水泥漿設計524、注水泥設計原則與方法4.3水泥漿設計環(huán)空水泥漿柱組成

水泥漿體系與性能要求

水泥漿配方與性能試驗

用量計算

534、注水泥設計原則與方法4.3水泥漿設計534、注水泥設計原則與方法環(huán)空水泥漿組成結構尾漿中間漿領漿沖洗液隔離液沖洗液鉆井液常規(guī)：泥漿+前置液（沖洗液/隔離液）+水泥漿（尾漿）常規(guī)：泥漿+前置液（沖洗液/隔離液/沖洗液）+水泥漿（領漿+尾漿）單級雙封：泥漿+前置液（沖洗液/隔離液）+水泥漿+中間液（隔離液+泥漿+隔離液）+水泥漿（尾漿）雙級：泥漿+前置液（沖洗液/隔離液）+水泥漿（尾漿）544、注水泥設計原則與方法環(huán)空水泥漿組成結構尾漿中間漿領漿沖洗4、注水泥設計原則與方法環(huán)空各段水泥漿長度設計原則一般要求尾漿應返到主封固段以上50～150m，而領漿返至設計返高以上，如有中間漿，其返深應視具體要求確定。按這一返深初步確定了各漿體的長度后，還應根據其對各段水泥漿的密度要求，在考慮滿足環(huán)空平衡壓力要求的原則下進一步進行調整。

554、注水泥設計原則與方法環(huán)空各段水泥漿長度設計原則554、注水泥設計原則與方法環(huán)空各段水泥漿密度設計原則保證環(huán)空壓力安全（平衡壓力條件）的原則下，尾漿密度應首先考慮使用正常密度范圍（即在標準配漿水灰比下配出的水泥漿的密度），而領漿密度可稍低于尾漿密度，一般低于正常水泥漿密度0.01-.02即可，中間漿一般與尾漿密度一致或介于領漿與尾漿之間。

考慮： 使用外加劑下綜合性能最佳時的密度值；水泥漿不發(fā)生沉降的最大用水量（最低密度）及具有最低可泵性情況下的最小用水量（最大密度）；滿足抗壓強度要求的密度值和保證頂替效率時與鉆井液密度的最低密度差；通過減輕與加重處理后，水泥漿可能達到的最低密度與最大密度值。564、注水泥設計原則與方法環(huán)空各段水泥漿密度設計原則564、注水泥設計原則與方法計算環(huán)空總的液柱壓力

分析環(huán)空壓力是否處于平衡（可通過井眼壓力剖面圖分析）

平衡/不平衡

調整先導水泥漿的密度調整先導水泥漿的返深調整尾漿密度（加重、減輕）

完成

574、注水泥設計原則與方法計算環(huán)空總的液柱壓力分析環(huán)空壓力是4、注水泥設計原則與方法

進行了環(huán)空液柱壓力校核后，如井眼有油氣竄的可能，還應校核環(huán)空漿柱的失重情況，如失重較嚴重并可能引起油氣竄時，還應進一步采用多凝結構（使用中間漿）以控制失重的速度。

設計中應注意的是，在實際施工中，不可能完全達到設計的水泥漿密度和返深位置，因此在設計時，必須使得水泥漿密度和各段液體長度在一定范圍內變化時，其環(huán)空仍能保持一平衡壓力狀態(tài)。其進行的方法是將密度和長度分別在一定范圍內變化，然后校核其環(huán)空壓力的平衡情況。

584、注水泥設計原則與方法 進行了環(huán)空液柱壓力校核后，如井眼有4、注水泥設計原則與方法4.3水泥漿設計環(huán)空水泥漿柱組成水泥漿體系與性能要求

水泥漿配方與性能試驗

用量計算

594、注水泥設計原則與方法4.3水泥漿設計594、注水泥設計原則與方法用量計算

水泥漿用量環(huán)空水泥漿量的計算干灰與配漿水用量國外計算方法國內計算方法外加劑用量加重、減重劑用量604、注水泥設計原則與方法用量計算604、注水泥設計原則與方法4.4前置液與后置液設計

選擇原則

前置液的結構

前置液的密度和用量

前置液類型后置液設計614、注水泥設計原則與方法4.4前置液與后置液設計614、注水泥設計原則與方法4.4前置液與后置液設計

選擇原則

前置液的結構

前置液的密度和用量

前置液類型后置液設計624、注水泥設計原則與方法4.4前置液與后置液設計624、注水泥設計原則與方法①、只用沖洗液或紊流隔離液時，要求用量滿足10min接觸時間，其用量可計算如下：

q=10·Qc·60/1000

q－－－－沖洗液用量，m3 Qc－－－－頂替臨界排量，L/s

當計算的沖洗液用量在環(huán)空中的長度超過250m時，則以沖洗液封固250m環(huán)空所需的用量為準。634、注水泥設計原則與方法①、只用沖洗液或紊流隔離液時，要求用4、注水泥設計原則與方法②、同時使用沖洗液和隔離液時，其總的用量仍按上面公式計算，然后兩種液體按2:1的容積比例分別計算其用量即可。但對總量的限制要求不超過環(huán)空高度300m為準。③、對粘性隔離液的用量，要求能充填環(huán)空長度

150～200m。④、對尾管或小間隙井眼注水泥，因環(huán)空容積較小，故按上面要求計算的用量可能很小。一般要求用量不小于1.6m3。⑤、根據所固井的井深情況和環(huán)空壓力的平衡情況，可適當增加用量，一般當井深超過3000m后，每增加300m深度，應在設計總量中附加0.2～0.3m3。在環(huán)空井眼穩(wěn)定、地層壓力平衡滿足的情況下，為提高頂替質量，可加大前置液的用量，長度可達到其應封固層段的長度。

644、注水泥設計原則與方法②、同時使用沖洗液和隔離液時，其總的4、注水泥設計原則與方法4.4前置液與后置液設計

選擇原則

前置液的結構

前置液的密度和用量

前置液類型后置液設計654、注水泥設計原則與方法4.4前置液與后置液設計654、注水泥設計原則與方法

后置液主要用于隔離水泥漿與管內頂替泥漿，一般使用配漿水即可。但在尾管注水泥中后置液的使用還有平衡注水泥后管內外壓差，防止形成小循環(huán)的作用。故在設計中需根據管內外壓力情況計算需使用的后置液量。

使用高度：計算位置的環(huán)空壓力=計算位置的管內壓力+附加值計算位置的管內壓力=頂替液(泥漿)壓力+輕壓塞液或碰壓液壓力輕后置液或碰壓液壓力=液體高度×密度方法：根據前三方程可解出輕頂替液的使用高度。

664、注水泥設計原則與方法后置液主要用于隔離水泥漿與管4、注水泥設計原則與方法4.5注水泥頂替流動設計頂替流型

頂替液體流變參數(shù)的要求

“U”型管效應計算與控制

頂替過程參數(shù)變化

674、注水泥設計原則與方法4.5注水泥頂替流動設計674、注水泥設計原則與方法4.5注水泥頂替流動設計頂替流型

頂替液體流變參數(shù)的要求

“U”型管效應計算與控制

頂替過程參數(shù)變化

684、注水泥設計原則與方法4.5注水泥頂替流動設計684、注水泥設計原則與方法確定合理頂替流速范圍的原則

井眼的穩(wěn)定性，是否有易漏、易塌等薄弱地層，這些層位對環(huán)空返速的限制情況，這些數(shù)據可鄰井或區(qū)塊的資料獲得。正常鉆井過程中的環(huán)空返速情況。裸眼井徑變化情況及對返速的限制，如當裸眼井徑變化較大，存在所謂的“大肚子”時，一般要求返速不能太大，以免進一步沖蝕井壁。同時在“大肚子”段一般是很難達到紊流的。套管居中度情況，當套管居中度不好時，應避免使用塞流頂替；井斜情況，當在大斜度或水平井套管注水泥時，應避免使用塞流頂替；泥漿泵與注水泥設備的工作能力。694、注水泥設計原則與方法確定合理頂替流速范圍的原則694、注水泥設計原則與方法選擇頂替流態(tài)的原則 頂替流態(tài)的選擇主要是考慮在現(xiàn)有配漿能力下能否配出在上述流速范圍內達到紊流或塞流狀態(tài)的水泥漿和前置液。其選擇的原則是：首先考慮使用紊流流態(tài)進行頂替，如果現(xiàn)有條件不能實現(xiàn)紊流則考慮使用塞流或低速頂替。在兩者均無法實現(xiàn)的情況下，再設計為在盡量高速下的層流頂替，這時，應充分考慮紊流前置液的使用，以彌補水泥漿不能達到紊流的缺陷。

704、注水泥設計原則與方法選擇頂替流態(tài)的原則704、注水泥設計原則與方法4.5注水泥頂替流動設計頂替流型

頂替液體流變參數(shù)的要求

“U”型管效應計算與控制

頂替過程參數(shù)變化

714、注水泥設計原則與方法4.5注水泥頂替流動設計714、注水泥設計原則與方法4.5注水泥頂替流動設計頂替流型

頂替液體流變參數(shù)的要求

“U”型管效應計算與控制

頂替過程參數(shù)變化

724、注水泥設計原則與方法4.5注水泥頂替流動設計724、注水泥設計原則與方法734、注水泥設計原則與方法734、注水泥設計原則與方法4.5注水泥頂替流動設計頂替流型

頂替液體流變參數(shù)的要求

“U”型管效應計算與控制

頂替過程參數(shù)變化

744、注水泥設計原則與方法4.5注水泥頂替流動設計744、注水泥設計原則與方法流動阻力環(huán)空與管內靜壓局部流動阻力井口壓力套管鞋處壓力紊流接觸時間754、注水泥設計原則與方法流動阻力755、注水泥設計步驟設計內容①

井眼條件（如溫度、壓力、井況）、鉆井液性能等基本注水泥環(huán)境的審定、分析；

②

注水泥作業(yè)方式選擇，確定采用什么方法進行該次注水泥作業(yè)；

③

水泥漿設計，如密度、用量、性能與配方等；

④

前置液與后置液設計；

⑤

設備與工具附件的選擇，如扶正器的安放、刮泥器的使用、水泥車的選配等；

⑥

頂替工藝設計，如頂替流態(tài)、流速的選擇與施工程序安排；

⑦

注水泥前的準備，如循環(huán)洗井要求、泥漿性能的調節(jié)、人員組織與職責分工等；

⑧

注水泥作業(yè)結果評價，主要指對整個施工計劃實施過程的模擬效果分析與實際施工后的事后評價分析兩方面的工作。

765、注水泥設計步驟設計內容765、注水泥設計步驟設計步驟(1)

整理和分析設計所需的基本資料；(2)

設計總體的注水泥方案，具體可按如下步驟進行； ①

選擇注水泥方案 ②

頂替流型 ③

前置液的類型與用量 ④

環(huán)空水泥漿柱組成 ⑤

水泥漿體系與性能要求775、注水泥設計步驟設計步驟775、注水泥設計步驟流程：第1步注水泥工藝方法第2步選擇設計某一級注水泥過程第3步選擇頂替流速范圍和頂替流態(tài)第4步確定前置液組成、密度、用量第5步確定水泥漿組成、密度、返深第6步校核環(huán)空平衡壓力情況第7步制定水泥漿性能要求第8步選擇水泥漿體系、外加劑體系

785、注水泥設計步驟流程：785、注水泥設計步驟(3)設計施工流體（水泥漿、前置液等），并以化驗室實測數(shù)據最終確定其性能與配方,計算出水泥漿、水泥與外加劑的用量；

(4)作業(yè)計劃設計 ①

設計套管附件與注水泥設備的使用，如扶正器安放位置等；

②

臨界排量

③

初步作業(yè)計劃

795、注水泥設計步驟(3)設計施工流體（水泥漿、前置液等）5、注水泥設計步驟初步的注水泥方案，主要包括：

注前置液的排量、時間；

注先導水泥漿的排量、時間；

注尾隨水泥漿的排量、時間；

停泵投塞時間

壓膠塞排量、時間

開始頂替排量、時間

結束時頂替排量、時間

碰壓壓力805、注水泥設計步驟初步的注水泥方案，主要包括：805、注水泥設計步驟(5)計劃調整

根據前面的分析結果，對作業(yè)計劃進行相應的調整，主要是針對環(huán)空液柱結構和施工排量計劃。使調整后的方案能更好地滿足環(huán)空壓力平衡和施工頂替流態(tài)設計的要求。

815、注水泥設計步驟(5)計劃調整815、注水泥設計步驟(6)詳細作業(yè)計劃

在前面進行了注水泥作業(yè)主要內容設計的基礎上，進行整個作業(yè)計劃的詳細安排，主要包括如下內容。

套管附件使用安排

排量計劃

活動套管計劃

設備調度

施工準備要求

施工組織與職責

作業(yè)步驟825、注水泥設計步驟(6)詳細作業(yè)計劃826、注水泥設計格式介紹中國石油天然氣股份有限公司固井設計格式836、注水泥設計格式介紹中國石油天然氣股份有限公司836、注水泥設計格式介紹1設計依據

1.1地質和地理資料

1.2鉆井資料2套管柱設計

2.1套管柱強度設計條件

2.2套管柱強度設計結果

2.3套管串結構

2.4分級箍、套管外封隔器和尾管懸掛器等井下工具強度性能參數(shù)

2.5扶正器安放位置和數(shù)量

2.6其它846、注水泥設計格式介紹1設計依據846、注水泥設計格式介紹3水泥漿設計

3.1水泥漿配方及性能

3.2前置液設計4注水泥設計

4.1水泥漿壓穩(wěn)設計

4.2水泥用量設計

4.3替漿量計算

4.4注入流體數(shù)量、施工排量及時間

4.5模擬注水泥856、注水泥設計格式介紹3水泥漿設計 856、注水泥設計格式介紹5技術措施

5.1井眼準備

5.2下套管

5.3注水泥

5.4候凝及膠結測井

5.5其它6固井主要設備和材料

6.1固井主要設備

6.2固井材料866、注水泥設計格式介紹5技術措施 866、注水泥設計格式介紹7健康、安全與環(huán)保

7.1國家、當?shù)卣嘘P健康、安全與環(huán)境保護法律、法規(guī)的相關文件

7.2石油天然氣鉆井健康、安全與環(huán)境管理體系指南

7.3健康管理要求

7.4安全管理要求

7.5環(huán)保要求8固井作業(yè)提交資料要求

8.1固井施工前提交的資料

8.2固井施工完成后提交的資料876、注水泥設計格式介紹7健康、安全與環(huán)保877、計算機輔助固井設計數(shù)學計算1）、管柱力學計算2）、流變學設計3）、多模擬結果的合理選擇4）、復雜井眼形狀下的計算5）、臨界返速計算6）、多流體流動阻力與液柱壓力計算7）、平衡壓力設計8）、“U”型管效應計算9）、注水泥仿真模擬10）、成本計算887、計算機輔助固井設計數(shù)學計算887、計算機輔助固井設計知識與信息工程──專家系統(tǒng)的應用1）、注水泥方式選擇2）、水泥漿性能要求3）、水泥漿體系設計4）、水泥漿配方優(yōu)選5）、前置液設計6）、特殊工藝設計7）、注水泥施工措施與步驟設計8）、注水泥質量分析評價897、計算機輔助固井設計知識與信息工程──專家系統(tǒng)的應用897、計算機輔助固井設計數(shù)據管理1）、材料管理2）、施工數(shù)據管理3）、實驗數(shù)據管理4）、設計數(shù)據管理5）、數(shù)據統(tǒng)計分析

6）、施工報告

907、計算機輔助固井設計數(shù)據管理90 謝謝大家！ 謝謝大家！91注水泥設計與計算機輔助應用注水泥設計與計算機輔助應用注水泥設計與計算機輔助應用注水泥設計與計算機輔助應用注水泥設計與計算機輔助應用注水泥設92主要內容設計內容概述設計資料準備注水泥設計原則與方法注水泥設計步驟注水泥設計格式計算機輔助設計軟件與應用93主要內容設計內容概述21、設計內容概述基本原則整個注水泥過程（包括候凝）環(huán)空壓力處于一個平衡狀態(tài)；在封固段水泥漿能充分頂替掉泥漿；既不會壓漏地層，也不使油氣水竄入環(huán)形空間。

941、設計內容概述基本原則31、設計內容概述注水泥類型注水泥（常規(guī)注水泥作業(yè)）；打水泥塞（平衡注水泥塞）；擠水泥。

951、設計內容概述注水泥類型41、設計內容概述注水泥主要設計內容

①

井眼條件（如溫度、壓力、井況）、鉆井液性能等基本注水泥環(huán)境的審定、分析；

②

注水泥作業(yè)方式選擇，確定采用什么方法進行該次注水泥作業(yè)；

③

水泥漿設計，如密度、用量、性能與配方等；

④

前置液與后置液設計；

961、設計內容概述注水泥主要設計內容

51、設計內容概述注水泥主要設計內容

⑤

設備與工具附件的選擇，如扶正器的安放、刮泥器的使用、水泥車的選配等；

⑥

頂替工藝設計，如頂替流態(tài)、流速的選擇與施工程序安排；

⑦

注水泥前的準備，如循環(huán)洗井要求、泥漿性能的調節(jié)、人員組織與職責分工等；

⑧

注水泥作業(yè)結果評價，主要指對整個施工計劃實施過程的模擬效果分析與實際施工后的事后評價分析兩方面的工作。

971、設計內容概述注水泥主要設計內容

61、設計內容概述注水泥主要設計內容

其他內容：

對于整個固井作業(yè)而言，還應進行套管強度校核與下套管方面的計算，這里不再闡述。981、設計內容概述注水泥主要設計內容

71、設計內容概述設計過程:①整理和分析設計所需的基本資料；②設計總體的注水泥方案；③設計施工流體（水泥漿、前置液等），并以化驗室實測數(shù)據最終確定其性能與配方；④設計套管附件與注水泥設備的使用，如扶正器安放位置等；⑤安排詳細的施工作業(yè)計劃；

991、設計內容概述設計過程:81、設計內容概述設計過程:⑥模擬和評價整個施工計劃的實施過程，分析模擬注水泥效果；⑦根據模擬情況進一步調整施工參數(shù)和施工流體性能；⑧實施注水泥作業(yè)；⑨分析評價作業(yè)結果。1001、設計內容概述設計過程:92、設計資料準備1）工程設計要求：

指鉆井、地質和開發(fā)上對注水泥作業(yè)的要求。這是注水泥的目標參數(shù)，必須保證整個設計應滿足這些參數(shù)的要求。 水泥返深 需封固的產層頂部與底部深度 阻流環(huán)位置（水泥塞長度） 候凝時間 水泥環(huán)封固質量 水泥石性能等 特殊要求：如對熱采井而言，需要求水泥石在高溫下無強度衰減等。1012、設計資料準備1）工程設計要求：102、設計資料準備2）地層資料

地層資料主要是指環(huán)空裸眼段的壓力、溫度、地層和產層情況，這些情況在設計水泥漿密度、注水泥方式、水泥漿體系以及頂替參數(shù)時都有重要的作用。

1022、設計資料準備2）地層資料112、設計資料準備2）地層資料（１）溫度數(shù)據

水泥漿頂部與底部溫差井底循環(huán)溫度(BHCT)井底靜止溫度(BHST)配漿用水的溫度 溫度大小的影響： 對外加劑加量 對水泥石強度1032、設計資料準備2）地層資料122、設計資料準備2）地層資料（１）溫度數(shù)據

溫度數(shù)據的獲取

地溫梯度：

井底靜止溫度：

井底循環(huán)溫度： 直接測量：循環(huán)溫度投測儀 測溫小球、電測 計算機模擬：與注水泥過程有關1042、設計資料準備2）地層資料13井下循環(huán)溫度預測方法105井下循環(huán)溫度預測方法14API方法和經驗方法與井下實測值的比較研究目的106API方法和經驗方法與井下實測值的比較研究目的15建立井下循環(huán)溫度分布的數(shù)學模型 完成了從能量平衡方程、壁面對流換熱系數(shù)的確定、熱源項的計算和數(shù)學模型的求解。井下溫度的實測驗證工作循環(huán)溫度預測軟件研究泥漿、水泥漿熱物性參數(shù)測定主要研究內容107建立井下循環(huán)溫度分布的數(shù)學模型主要研究內容16

研究建立了二維瞬態(tài)循環(huán)溫度預測模型,考慮因素全面合理，相對于Homles的穩(wěn)態(tài)模型和Hansa的假穩(wěn)態(tài)模型更符合實際情況，它能給出注水泥過程中井眼不同位置以及不同時間狀態(tài)下的循環(huán)溫度。應用無條件穩(wěn)定的全隱式有限差分法數(shù)值解其精度可靠，采用松弛法高斯－塞德爾迭代其運算速度快。對于0.2小時的時間間隔，循環(huán)15個小時，相當于計算75個時間點，僅僅需要1分鐘。井下循環(huán)溫度分布的數(shù)學模型108研究建立了二維瞬態(tài)循環(huán)溫度預測模型,考慮因素全面合理，泥漿排出泥漿排出泥漿進入T2表層套管鉆桿地層Tij地層TijT1T2T3T3環(huán)空泥漿水泥T1=T2109泥漿排出泥漿排出泥漿進入T2表層套管鉆桿地層Tij地層Tij能量平衡方程(2)對于環(huán)空內的熱交換(3)對于地層內的熱傳導

(1)對于鉆桿內的熱交換110能量平衡方程(2)對于環(huán)空內的熱交換(3)對于地層內的熱傳導模型特點該模型采用差分方程的形式清楚明了的表達出了井下各單元在流體對流過程中的熱交換狀態(tài)，通過采用適當差分格式和迭代方法可以使得運算快速穩(wěn)定的收斂。通過精確的確定各單元之間總傳熱系數(shù)，既可考慮各種復雜的井身結構又使得模型較為簡單；該模型還將考慮其它熱源對井下溫度的影響。111模型特點該模型采用差分方程的形式清楚明了的表達出了井下各單元本模型與Homles穩(wěn)態(tài)模型和Hansa瞬態(tài)模型的對比井下循環(huán)溫度分布的數(shù)學模型112本模型與Homles穩(wěn)態(tài)模型和Hansa瞬態(tài)模型的對比井下循循環(huán)溫度實測驗證——測量內容地層靜止溫度剖面

7”套管固井后靜止48小時后（實際靜止57小時）測量。 采用的常規(guī)溫度測井儀。泥漿循環(huán)溫度

對8-1/2”裸眼和7”套管固井后各深度點。 采用井下溫度儲存記錄儀。在國內首次進行113循環(huán)溫度實測驗證——測量內容地層靜止溫度剖面在國內首次進行循環(huán)溫度實測驗證——井眼條件

地理位置：牙哈5＃構造，

鉆機編號：60704（三勘）

鉆機類型：F400-4DH

井別： 開發(fā)評價井

井深： 5360m

井身結構：表層套管20＂×250m

第一層套管133/8＂×1500m

第二層套管95/8＂×4700m

第三層套管7＂×5358m

泥漿類型：聚磺

泥漿密度：1.40g/cm3，泥漿粘度：50s114循環(huán)溫度實測驗證——井眼條件 地理位置：牙哈5＃構造，23循環(huán)溫度實測驗證——測量概況(a)裸眼井中泥漿排量：24.24l/s，井眼大小：81/2“

鉆桿直徑：5＂，儀器的采樣間隔：30s

第一個測深點：5300m，循環(huán)時間：15小時，

第二個測深點：5000m，循環(huán)時間：4小時，(b)7＂套管固井后泥漿排量：10.88l/s，井眼大?。?“ 鉆桿直徑：89mm，

儀器的采樣間隔：75s

第一個測深點：5300m，循環(huán)時間：15小時，

第二個測深點：5000m，循環(huán)時間：4小時，

第三個測深點：4700m，循環(huán)時間：4小時，

第四個測深點：4300m，循環(huán)時間：4小時，

第五個測深點：4000m，循環(huán)時間：4小時，115循環(huán)溫度實測驗證——測量概況(a)裸眼井中24T=-4.6+0.0236H循環(huán)溫度實測驗證——測量結果116T=-4.6+0.0236H循環(huán)溫度實測驗證——測量結果25

對YH501、YX1和YN4三口井預測的井下循環(huán)溫度與實測的四組數(shù)據對比都較為吻合，其最大誤差不超過2℃，平均相對誤差僅為1.84，而API方法和經驗方法其平均相對誤差均在6以上。循環(huán)溫度實測驗證117對YH501、YX1和YN4三口井預測的井下循環(huán)溫度預測循環(huán)溫度方法的比較井號 井深地溫靜止溫度循環(huán)溫度本模型API回歸方程 0.7T靜

0.8T靜

梯度 實測值預測值 計算值 計算值 計算值

53002.08128.5685.6587.67+2.36109.34+27.6686.81+1.3599.21+15.83 YH 50002.08122.283.0984.65+1.87102,20+23.0085.54+2.9497.76+17.65 501 53002.08128.5698.2199.55+1.36109.34+11.3386.81-9.7799.21+1.01 50002.08122.296.3098.59+2.38102,20+6.1285.54-11.1797.76+1.51 47002.08115.9695.1096.60+1.5796.24+1.1981.17-14.6492.76-2.46 43002.08107.6491.1892.43+1.3788.30-3.1475.34-17.3786.11-5.56 40002.08101.488.1488.50+0.4182.35-6.5670.98-19.4681.12-7.96 YX1 23802.068.052.5550.67-3.5853.28+1.3947.6-9.4254.5+3.52 YN4 32002.084.063.3362.27-1.6766.47+4.9658.8-7.1567.2+6.11 平均相對誤差的絕對值（％）

1.848.40 10.36 6.84 循環(huán)溫度實測驗證118循環(huán)溫度實測驗證27通過參數(shù)敏感性分析可知，水泥漿、泥漿及巖石的熱物性參數(shù)對井下循環(huán)溫度的準確計算有非常顯著的影響。泥漿或水泥漿比熱20%的變化，將引起預測溫度4－5℃的誤差。地層的熱導率當有50%的變化時，也將引起預測溫度4－9℃的誤差。首次對水泥漿、泥漿的熱物理性質進行了系統(tǒng)的實驗研究。共獲得7個溫度段、不同密度、兩類泥漿和不同成分水泥漿的比熱參數(shù)151個，不同成分、不同密度泥漿和水泥漿的熱導率參數(shù)24個。本項實驗研究成果填補了我國石油行業(yè)中泥漿和水泥漿熱物性研究的空白。為井下溫度預測研究提供了可靠的應用基礎。泥漿、水泥漿熱物性參數(shù)測定119通過參數(shù)敏感性分析可知，水泥漿、泥漿及巖石的熱物性參數(shù)對井下

溫度預測軟件120溫度預測軟件292、設計資料準備2）地層資料（2）壓力數(shù)據

地層孔隙壓力： 鉆井泥漿密度 測井預測

地層破裂壓力： 地漏實驗 數(shù)學計算預測（巖石力學與測井方法）1212、設計資料準備2）地層資料302、設計資料準備2）地層資料（3）地層情況

這些資料主要用于確定注水泥時環(huán)空頂替返速的范圍、準確設計水泥漿密度、選擇水泥漿體系類型。

考慮是否存在： 循環(huán)漏失、 易塌等復雜井段； 異常壓力地層； 異常巖性層（主要指鹽巖層等）1222、設計資料準備2）地層資料312、設計資料準備2）地層資料（3）地層情況

需了解數(shù)據： 漏失層的層位、深度范圍，漏失壓力，漏失時的泥漿密度、粘度、返速等， 復雜情況井段對環(huán)空液體返速的一般限制范圍， 異常壓力地層的壓力大小，異常巖性的性質、層位深度等等

1232、設計資料準備2）地層資料322、設計資料準備

當有異常壓力情況時:

水泥漿的設計應非常慎重。當鉆井液當量密度超過1.35～1.6g/cm3以上時，便應考慮解決可能出現(xiàn)的氣竄問題。如在注水泥方案上，可采用具有封隔器的尾管結構，在水泥漿設計中應加入阻氣劑或氣阻劑（如國內的KQ,G-60,DS公司GASBLOCK、D600、Halliturton的LATAX2000等），對一般不嚴重氣侵井可選擇多凝注水泥方案。上述設計均應在鉆井液壓穩(wěn)地層條件下進行。

1242、設計資料準備當有異常壓力情況時:332、設計資料準備

當有特殊巖性（一般指膏鹽層）時：應控制好鹽巖層的影響，首先要保持水泥與鹽巖的膠結質量，防止鹽巖層的溶解影響第二界面質量。這時，一般應設計采用飽和鹽水水泥漿，同時還使水泥漿具有高密度，以控制地層的塑性流動。

1252、設計資料準備 當有特殊巖性（一般指膏鹽層）時：342、設計資料準備

當存在漏失問題時： 應先進行堵漏處理，然后才能進行注水泥作業(yè)。處理結果應當有一個鉆井液循環(huán)平衡條件，該當量密度值能提供出最小承壓梯度，作為注水泥設計的基礎數(shù)據。依據此條件可考慮分級注水泥或使用低密度水泥、觸變性水泥等。

1262、設計資料準備 當存在漏失問題時：352、設計資料準備2）地層資料（4）產層情況

產層情況主要是指所固產層是油層還是氣層，產層的滲透率等參數(shù)。

這些資料主要用于選擇水泥漿體系類型，性能要求等。如控制水泥漿向產層的過量漏失，避免造成產層的污染，如果產層是氣層，則應要求采用防竄水泥漿體系以保證凝固期間不出現(xiàn)氣竄。

1272、設計資料準備2）地層資料362、設計資料準備3）井眼形狀參數(shù)井徑、鉆具尺寸、套管組合及完井方法。

井深（垂直深度與測量深度） 套管外徑（包括壁厚） 裸眼直徑 套管柱組合（如貫眼管柱、尾管、套管回接、復合套管施工等） 井斜數(shù)據。

1282、設計資料準備3）井眼形狀參數(shù)372、設計資料準備3）井眼形狀參數(shù) 用途：計算井底溫度 所需液體容積 靜液柱壓力 頂替流動參數(shù)（流態(tài)、流動壓降等） 對水泥漿的性能也提出相應的要求

裸眼井徑的變化情況對設計合理的頂替流動方式是非常重要的，在井眼中如有固結不良的薄弱地層時，井眼由于沖飾往往增大很多，很難實現(xiàn)紊流頂替，這便要求設計時應考慮使用低速（塞流）頂替方法來獲取較好的頂替效果。井斜變化的大小對水泥漿的自由水性能也將提出不同的要求。

1292、設計資料準備3）井眼形狀參數(shù)382、設計資料準備4）鉆井液類型與性能外加劑組成，密度和性能（如粘度、切力、失水、含砂量、pH值等）以及有關處理情況。

鉆井液的性能對頂替的影響是較大的，一個良好性能的鉆井液可大大提高泥漿的頂替效率，這在頂替機理中已經說明。因此，準確掌握鉆井液資料對正確設計水泥漿和前置液，并在注水泥前合理地處理好鉆井液性能是非常重要的。鉆井液種類一般可分為淡水泥漿、鹽水泥漿、乳化泥漿和油基泥漿四類，設計水泥漿時就必須考慮與泥漿的相容性。選擇前置液時也需考慮泥漿的種類，如在乳化或油基泥漿環(huán)境下應保證加在水泥漿前面的沖洗液或隔離液的組分適合于親水性的環(huán)空頂替。重要作業(yè)設計時還應模擬現(xiàn)場條件進行相容性試驗。

1302、設計資料準備4）鉆井液類型與性能392、設計資料準備5）水泥與外加劑情況、配漿設備情況

資料主要包括現(xiàn)有干水泥、外加劑的存貨情況，外界可能的供貨情況。注水泥機泵能力，混合方式，活動套管能力與方式等。一般要求設計水泥漿時應先在現(xiàn)有的外加劑和水泥情況下進行，如果無法滿足該井的施工要求，再根據貨源情況進行設計并提出訂貨要求。

1312、設計資料準備5）水泥與外加劑情況、配漿設備情況403、影響注水泥頂替效率的主要因素套管居中度流體性能（水泥漿、隔離液性能）注水泥頂替參數(shù)頂替流態(tài)紊流接觸時間泥漿性能1323、影響注水泥頂替效率的主要因素套管居中度413、影響注水泥頂替效率的主要因素1333、影響注水泥頂替效率的主要因素423、影響注水泥頂替效率的主要因素間隙位置(毫米)水泥漿流態(tài)頂替效率(%)

平均值返回速度(m/s)雷諾數(shù)Re寬(35.1)2.0--3.0一般>350097.6

80.3中(20.5)0.3--0.6100<Re<80094.5窄(8.9).05--.105<Re<1050.51343、影響注水泥頂替效率的主要因素間隙位置水泥漿流態(tài)頂替效率

3、影響注水泥頂替效率的主要因素1353、影響注水泥頂替效率的主要因素443、影響注水泥頂替效率的主要因素1363、影響注水泥頂替效率的主要因素454、注水泥設計原則與方法4.1平衡壓力設計原則注水泥頂替過程壓穩(wěn)：

Pa>Pp+PPa：環(huán)空靜液壓力

Pp：地層孔隙壓力P：地層孔隙壓力安全附加值不漏

Pa+Pfa<Pf-P Pfa：流體在環(huán)空的流動阻力。

Pf：地層破裂壓力。

PpPa1374、注水泥設計原則與方法4.1平衡壓力設計原則PpPa464、注水泥設計原則與方法4.1平衡壓力設計原則候凝過程控制失重防止竄流Pa+Pc<PpPc：地層流體在水泥漿的流動阻力，與水泥漿的靜膠凝強度發(fā)展有關。

PpPa1384、注水泥設計原則與方法4.1平衡壓力設計原則PpPa474、注水泥設計原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇方法分類：一次注水泥分級注水泥尾管注水泥非常規(guī)的注水泥工藝，如內管注水泥，外管注水泥，反循環(huán)注水泥等

1394、注水泥設計原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇484、注水泥設計原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇分級注水泥工藝的選擇原則

當要求注入過大的水泥量，環(huán)空形成水泥柱過長，有過大靜液壓差或地層不能承受長段水泥漿柱液柱壓力時，應采用雙級或多級注工藝。

當下部有氣層，為防止過大失重時，應采用雙級或多級注水泥工藝。

當封固段太長，其水泥漿柱的頂部位置與底部位置的溫度差別太大，使得很難設計在這兩種溫度下性能均能滿足要求的水泥漿時，應采用雙級注水泥工藝。 當要求在上部某層有不受泥漿污染的水泥封固段時，當在上下有封隔層，但中間不需水泥封隔時，可采用雙級注水泥。

1404、注水泥設計原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇494、注水泥設計原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇分級注水泥工藝的類型

·正規(guī)的非連續(xù)式的雙級注水泥

·非正規(guī)連續(xù)式的雙級注水泥

·三級注水泥 一般情況僅可能采用正規(guī)的非連續(xù)式的分級注水泥方式。采用這種方法時，如果條件允許，第一級返深最好在分級箍位置150～200m以上。一級碰壓后，從井口放壓確認浮鞋浮箍工作可靠，水泥不回流，方可投入打開塞。1414、注水泥設計原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇504、注水泥設計原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇分級箍位置選擇原則

分級箍位置的選擇主要應依據井眼的壓力剖面而定。即保證分級后，每級注水泥中的環(huán)空壓力均能滿足井眼安全的要求。在此基礎上同時，還應考慮如下要求：分級箍選擇位置最好置于外層套管段內，否則應設置在地層堅硬、穩(wěn)定的井段。 分級箍所在井段位置的井徑應規(guī)則，且在較直井段，過大斜度會影響重力塞與下內套重合密封，使打開不可靠。1424、注水泥設計原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇514、注水泥設計原則與方法4.3水泥漿設計設計頂替流態(tài)環(huán)空水泥漿柱組成

水泥漿體系與性能要求

水泥漿配方與性能試驗

用量計算

1434、注水泥設計原則與方法4.3水泥漿設計524、注水泥設計原則與方法4.3水泥漿設計環(huán)空水泥漿柱組成

水泥漿體系與性能要求

水泥漿配方與性能試驗

用量計算

1444、注水泥設計原則與方法4.3水泥漿設計534、注水泥設計原則與方法環(huán)空水泥漿組成結構尾漿中間漿領漿沖洗液隔離液沖洗液鉆井液常規(guī)：泥漿+前置液（沖洗液/隔離液）+水泥漿（尾漿）常規(guī)：泥漿+前置液（沖洗液/隔離液/沖洗液）+水泥漿（領漿+尾漿）單級雙封：泥漿+前置液（沖洗液/隔離液）+水泥漿+中間液（隔離液+泥漿+隔離液）+水泥漿（尾漿）雙級：泥漿+前置液（沖洗液/隔離液）+水泥漿（尾漿）1454、注水泥設計原則與方法環(huán)空水泥漿組成結構尾漿中間漿領漿沖洗4、注水泥設計原則與方法環(huán)空各段水泥漿長度設計原則一般要求尾漿應返到主封固段以上50～150m，而領漿返至設計返高以上，如有中間漿，其返深應視具體要求確定。按這一返深初步確定了各漿體的長度后，還應根據其對各段水泥漿的密度要求，在考慮滿足環(huán)空平衡壓力要求的原則下進一步進行調整。

1464、注水泥設計原則與方法環(huán)空各段水泥漿長度設計原則554、注水泥設計原則與方法環(huán)空各段水泥漿密度設計原則保證環(huán)空壓力安全（平衡壓力條件）的原則下，尾漿密度應首先考慮使用正常密度范圍（即在標準配漿水灰比下配出的水泥漿的密度），而領漿密度可稍低于尾漿密度，一般低于正常水泥漿密度0.01-.02即可，中間漿一般與尾漿密度一致或介于領漿與尾漿之間。

考慮： 使用外加劑下綜合性能最佳時的密度值；水泥漿不發(fā)生沉降的最大用水量（最低密度）及具有最低可泵性情況下的最小用水量（最大密度）；滿足抗壓強度要求的密度值和保證頂替效率時與鉆井液密度的最低密度差；通過減輕與加重處理后，水泥漿可能達到的最低密度與最大密度值。1474、注水泥設計原則與方法環(huán)空各段水泥漿密度設計原則564、注水泥設計原則與方法計算環(huán)空總的液柱壓力

分析環(huán)空壓力是否處于平衡（可通過井眼壓力剖面圖分析）

平衡/不平衡

調整先導水泥漿的密度調整先導水泥漿的返深調整尾漿密度（加重、減輕）

完成

1484、注水泥設計原則與方法計算環(huán)空總的液柱壓力分析環(huán)空壓力是4、注水泥設計原則與方法

進行了環(huán)空液柱壓力校核后，如井眼有油氣竄的可能，還應校核環(huán)空漿柱的失重情況，如失重較嚴重并可能引起油氣竄時，還應進一步采用多凝結構（使用中間漿）以控制失重的速度。

設計中應注意的是，在實際施工中，不可能完全達到設計的水泥漿密度和返深位置，因此在設計時，必須使得水泥漿密度和各段液體長度在一定范圍內變化時，其環(huán)空仍能保持一平衡壓力狀態(tài)。其進行的方法是將密度和長度分別在一定范圍內變化，然后校核其環(huán)空壓力的平衡情況。

1494、注水泥設計原則與方法 進行了環(huán)空液柱壓力校核后，如井眼有4、注水泥設計原則與方法4.3水泥漿設計環(huán)空水泥漿柱組成水泥漿體系與性能要求

水泥漿配方與性能試驗

用量計算

1504、注水泥設計原則與方法4.3水泥漿設計594、注水泥設計原則與方法用量計算

水泥漿用量環(huán)空水泥漿量的計算干灰與配漿水用量國外計算方法國內計算方法外加劑用量加重、減重劑用量1514、注水泥設計原則與方法用量計算604、注水泥設計原則與方法4.4前置液與后置液設計

選擇原則

前置液的結構

前置液的密度和用量

前置液類型后置液設計1524、注水泥設計原則與方法4.4前置液與后置液設計614、注水泥設計原則與方法4.4前置液與后置液設計

選擇原則

前置液的結構

前置液的密度和用量

前置液類型后置液設計1534、注水泥設計原則與方法4.4前置液與后置液設計624、注水泥設計原則與方法①、只用沖洗液或紊流隔離液時，要求用量滿足10min接觸時間，其用量可計算如下：

q=10·Qc·60/1000

q－－－－沖洗液用量，m3 Qc－－－－頂替臨界排量，L/s

當計算的沖洗液用量在環(huán)空中的長度超過250m時，則以沖洗液封固250m環(huán)空所需的用量為準。1544、注水泥設計原則與方法①、只用沖洗液或紊流隔離液時，要求用4、注水泥設計原則與方法②、同時使用沖洗液和隔離液時，其總的用量仍按上面公式計算，然后兩種液體按2:1的容積比例分別計算其用量即可。但對總量的限制要求不超過環(huán)空高度300m為準。③、對粘性隔離液的用量，要求能充填環(huán)空長度

150～200m。④、對尾管