chapter07 固井與完井97-03

1、鉆井與完井工程基礎(chǔ)鉆井與完井工程基礎(chǔ)12概述345單根套管示意圖單根套管示意圖1 1接箍接箍 2 2套管本體套管本體678（a a） （b b） （c c） （d d） （e e）圖圖7-2 7-2 注水泥工藝流程示意圖注水泥工藝流程示意圖（a a）循環(huán)鉆井液）循環(huán)鉆井液 （b b）注隔離液和水泥漿）注隔離液和水泥漿 （c c）替漿）替漿 （d d）替漿）替漿 （e e）碰壓）碰壓1 1壓力表壓力表 2 2上膠塞上膠塞 3 3下膠塞下膠塞 4 4鉆井液鉆井液 5 5浮箍浮箍 6 6引鞋引鞋7 7水泥漿水泥漿 8 8隔離液隔離液 9 9鉆井液鉆井液91011121314套管柱的組成15套管柱的類

2、型16一、套管外載分析與計(jì)算特點(diǎn)：。類型：l 軸向拉力軸向拉力l 徑向外擠壓力徑向外擠壓力l 徑向內(nèi)壓力徑向內(nèi)壓力l 彎曲附加拉力彎曲附加拉力l 溫差應(yīng)力溫差應(yīng)力17一、套管外載分析與計(jì)算18一、套管外載分析與計(jì)算19一、套管外載分析與計(jì)算20ibooePPP一、套管外載分析與計(jì)算21ZPmo0098. 0一、套管外載分析與計(jì)算22一、套管外載分析與計(jì)算23一、套管外載分析與計(jì)算24一、套管外載分析與計(jì)算25一、套管外載分析與計(jì)算26 （a） （b） （c）（a a）表層或技術(shù)套管）表層或技術(shù)套管 （b b）油井油層套管）油井油層套管 （c c）氣井油層套管）氣井油層套管1 1內(nèi)壓力內(nèi)壓力 2

3、 2支撐外壓力支撐外壓力 3 3有效內(nèi)壓力有效內(nèi)壓力swnswosw曲線曲線一、套管外載分析與計(jì)算l自重l浮力27W一、套管外載分析與計(jì)算28kiikLqT1kibikLqT1FbqBq smFB129套管軸向拉力沿井深分布示意圖套管軸向拉力沿井深分布示意圖1-1-不考慮浮力不考慮浮力 2-2-考慮浮力考慮浮力二、套管強(qiáng)度30二、套管強(qiáng)度31二、套管強(qiáng)度32二、套管強(qiáng)度33二、套管強(qiáng)度（3）套管鋼級34二、套管強(qiáng)度35二、套管強(qiáng)度36三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)37三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)3839 （a a） （b b） （c c） （a a）抗擠設(shè)計(jì)）抗擠設(shè)計(jì) （b b）抗拉設(shè)計(jì)）抗拉設(shè)計(jì) （c c）復(fù)合套

4、管柱）復(fù)合套管柱1 1外載外載 2 2設(shè)計(jì)外載設(shè)計(jì)外載 3 3套管強(qiáng)度套管強(qiáng)度三、套管柱設(shè)計(jì)方法4041一、油井水泥42一、油井水泥級別級別類類 型型備注備注普通型普通型中抗硫酸鹽型中抗硫酸鹽型高抗硫酸鹽型高抗硫酸鹽型A普通水泥普通水泥B抗硫水泥抗硫水泥C具有高早期強(qiáng)度具有高早期強(qiáng)度D適于中溫條件適于中溫條件E適于高溫條件適于高溫條件F適于超高溫條件適于超高溫條件G基本油井水泥基本油井水泥H基本油井水泥基本油井水泥二、油井水泥的物理性能44二、油井水泥的物理性能45二、水泥漿性能與固井工程的關(guān)系 46mmcwwc)1 (二、油井水泥的物理性能47二、油井水泥的物理性能48稠度時間二、油井水泥的

5、物理性能49二、油井水泥的物理性能50二、油井水泥的物理性能51二、油井水泥的物理性能52二、油井水泥的物理性能53二、油井水泥的物理性能54二、油井水泥的物理性能55565758提高注水泥頂替效率的措施l水泥漿返高和套管內(nèi)水泥塞必須符合設(shè)計(jì)要求；l注水泥段環(huán)空的泥漿應(yīng)全部被水泥漿頂替干凈，不竄槽；l水泥環(huán)有足夠的連接強(qiáng)度和封固性能，不發(fā)生油氣水竄，能經(jīng)受住酸化壓裂；水泥石能抗腐蝕。59頂替效率概念：水泥漿在環(huán)形空間頂替鉆井液的程度，用表示 60等于等于1（即（即100%）時，水泥漿全部頂替走了鉆井液；）時，水泥漿全部頂替走了鉆井液；當(dāng)當(dāng)小于小于1時鉆井液沒有被水泥漿完全替走，稱為發(fā)生了鉆井液

6、時鉆井液沒有被水泥漿完全替走，稱為發(fā)生了鉆井液竄槽；竄槽；值越大，頂替效率越高。值越大，頂替效率越高。 為提高頂替效率，所采取的主要措施有：為提高頂替效率，所采取的主要措施有：加扶正器降低套管在井眼中的偏心程度、加扶正器降低套管在井眼中的偏心程度、注水泥時活動套管、注水泥時活動套管、采用紊流或塞流流態(tài)注水泥、采用紊流或塞流流態(tài)注水泥、采用前置液、采用前置液、注水泥前調(diào)整鉆井液性能、注水泥前調(diào)整鉆井液性能、增加紊流接觸時間等。增加紊流接觸時間等。 61u套管居中流動阻力分布：各間隙一樣！泥漿流動條件：62dDLP04u套管偏心流動阻力分布：各間隙不一樣！各間隙泥漿流動阻力： 套管偏心越嚴(yán)重，這種

7、流速分布不均的程度越大。曾經(jīng)實(shí)測了液體在偏心環(huán)空中的流速分布情況，當(dāng)偏心程度為69%時，實(shí)驗(yàn)中測量到最寬與最窄間隙的平均流速差別達(dá)到了70倍。63在水泥漿頂替鉆井液的過程中，水泥漿在寬間隙處頂替鉆井液在水泥漿頂替鉆井液的過程中，水泥漿在寬間隙處頂替鉆井液的速度快一些，而在窄間隙處的頂替速度則較慢，導(dǎo)致寬窄間的速度快一些，而在窄間隙處的頂替速度則較慢，導(dǎo)致寬窄間隙水泥漿返高不一致。若套管偏心嚴(yán)重，則可能出現(xiàn)窄間隙的隙水泥漿返高不一致。若套管偏心嚴(yán)重，則可能出現(xiàn)窄間隙的鉆井液根本不能被頂走而滯留在原處的鉆井液根本不能被頂走而滯留在原處的竄槽竄槽現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 因此要盡量降低套管在井眼中的偏心程度。目

8、前所采取的措因此要盡量降低套管在井眼中的偏心程度。目前所采取的措施是在套管上安裝施是在套管上安裝套管扶正器套管扶正器。 04LP64結(jié)論：一般認(rèn)為旋轉(zhuǎn)效果較好；上下活動套管可能在上提套管結(jié)論：一般認(rèn)為旋轉(zhuǎn)效果較好；上下活動套管可能在上提套管后發(fā)生卡套管從而使套管不能下放到設(shè)計(jì)放置，給安裝井口造后發(fā)生卡套管從而使套管不能下放到設(shè)計(jì)放置，給安裝井口造成困難。成困難。65 （a a） （b b） （c c）6667 （a a） （b b） （c c）不同流態(tài)時流速分布示意圖不同流態(tài)時流速分布示意圖（a a）塞流）塞流 （b b）層流）層流 （c c）紊流）紊流u頂替過程中的流態(tài)影響68層流塞流紊流u

9、紊流頂替機(jī)理：l紊流頂替斷面流速分布比較均勻；69結(jié)論：只要井下條件許可（不會壓漏地層），人們首選紊流頂結(jié)論：只要井下條件許可（不會壓漏地層），人們首選紊流頂替。替。 70717273747576完井的定義77合理的完井方法應(yīng)該滿足的要求78u應(yīng)具備進(jìn)行分層注水、注氣、分層壓裂、酸化等分層處應(yīng)具備進(jìn)行分層注水、注氣、分層壓裂、酸化等分層處理措施，便于人工舉升和井下作業(yè)等條件；理措施，便于人工舉升和井下作業(yè)等條件；u對于稠油油藏，則稠油開采能達(dá)到熱采（主要蒸汽吞吐對于稠油油藏，則稠油開采能達(dá)到熱采（主要蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)）的要求；和蒸汽驅(qū)）的要求；u油田開發(fā)后期具備側(cè)鉆定向井及水平井的條件油田開發(fā)

10、后期具備側(cè)鉆定向井及水平井的條件u施工工藝盡可能簡便，成本盡可能低。施工工藝盡可能簡便，成本盡可能低。79完井方法 常規(guī)完井方法主要有4種：u射孔完井方法（perforating） u裸眼完井方法 (Open-hole)u割縫襯管完井方法(Slotted Liner) u礫石充填完井 (Gravel Packed)80射孔完井81射孔完井8283射孔完井84水平井射孔完井水平井射孔完井射孔完井85射孔完井86射孔完井87射孔完井適用的地質(zhì)條件 88裸眼完井 89裸眼完井先期裸眼完井9091水平井裸眼完井 9293割縫襯管完井（先期固井） 94割縫襯管完井（后期固井） 95割縫襯管示意圖96割縫

11、襯管縫眼的功能97割縫襯管完井適用的地質(zhì)條件 9899(1)裸眼礫石充填完井 100礫石充填101102(2)套管礫石充填完井 103104套管規(guī)格套管規(guī)格篩管外徑篩管外徑(mm)(in)(mm)(in)139.75 1/2742 3/8168.36 5/8872 7/8177.878727/8193.77 5/81043 1/2219.18 5/81174244.59 5/81304 1/2273.110 3/41425(3)繞絲篩管縫隙尺寸的選擇105礫石充填完井適用的地質(zhì)條件 106107 完井方法完井方法 適用的地質(zhì)條件適用的地質(zhì)條件 射孔完井射孔完井 有氣頂、或有底水、或有含水夾層、

12、易塌夾層等復(fù)雜地質(zhì)條件，因而要求實(shí)施分隔層段有氣頂、或有底水、或有含水夾層、易塌夾層等復(fù)雜地質(zhì)條件，因而要求實(shí)施分隔層段的儲層。的儲層。 各分層之間存在壓力、巖性等差異，因而要求實(shí)施分層測試、分層采油、分層各分層之間存在壓力、巖性等差異，因而要求實(shí)施分層測試、分層采油、分層注水、分層處理的儲層。要求實(shí)施大規(guī)模水力壓裂作業(yè)的低滲透儲層。砂巖儲層、碳注水、分層處理的儲層。要求實(shí)施大規(guī)模水力壓裂作業(yè)的低滲透儲層。砂巖儲層、碳酸鹽巖裂縫性儲層。酸鹽巖裂縫性儲層。 裸眼完井裸眼完井巖性堅(jiān)硬致密，井壁穩(wěn)定不坍塌的碳酸鹽巖或砂巖儲層。無氣頂、無底水、無含水夾巖性堅(jiān)硬致密，井壁穩(wěn)定不坍塌的碳酸鹽巖或砂巖儲層。

13、無氣頂、無底水、無含水夾層及易塌夾層的儲層。單一厚儲層，或壓力、巖性基本一致的多儲層。不準(zhǔn)備實(shí)施分層及易塌夾層的儲層。單一厚儲層，或壓力、巖性基本一致的多儲層。不準(zhǔn)備實(shí)施分隔層段，選擇性處理的儲層。隔層段，選擇性處理的儲層。 割縫襯割縫襯 管完井管完井無氣頂、無底水、無含水夾層及易塌夾層的儲層。單一厚儲層，或壓力、巖性基本一無氣頂、無底水、無含水夾層及易塌夾層的儲層。單一厚儲層，或壓力、巖性基本一致的多儲層。不準(zhǔn)備實(shí)施分隔層段，選擇性處理的儲層。巖性較為疏松的中、粗砂粒致的多儲層。不準(zhǔn)備實(shí)施分隔層段，選擇性處理的儲層。巖性較為疏松的中、粗砂粒儲層。儲層。 裸眼礫石裸眼礫石 充填完井充填完井無氣

14、頂、無底水、無含水夾層的儲層。無氣頂、無底水、無含水夾層的儲層。 單一厚儲層，或壓力、物性基本一致的多儲層。單一厚儲層，或壓力、物性基本一致的多儲層。不準(zhǔn)備實(shí)施分隔層段，選擇性處理的儲層。巖性疏松出砂嚴(yán)重的中、粗、細(xì)砂粒儲層。不準(zhǔn)備實(shí)施分隔層段，選擇性處理的儲層。巖性疏松出砂嚴(yán)重的中、粗、細(xì)砂粒儲層。 套管礫石套管礫石 充填完井充填完井 有氣頂、或有底水、或有含水夾層、易塌夾層等復(fù)雜地質(zhì)條件，因而要求實(shí)施分隔層段有氣頂、或有底水、或有含水夾層、易塌夾層等復(fù)雜地質(zhì)條件，因而要求實(shí)施分隔層段的儲層。各分層之間存在壓力、巖性差異，因而要求實(shí)施選擇性處理的儲層。巖性疏的儲層。各分層之間存在壓力、巖性差

15、異，因而要求實(shí)施選擇性處理的儲層。巖性疏松出砂嚴(yán)重的中、粗、細(xì)砂粒儲層。松出砂嚴(yán)重的中、粗、細(xì)砂粒儲層。 幾種主要完井方法適用的地質(zhì)條件幾種主要完井方法適用的地質(zhì)條件( (垂直井垂直井) ) 完井井口裝置108109井口裝置:套管頭油管頭采油（氣）樹110111112113 抽油井采油樹及油管頭抽油井采油樹及油管頭1 1密封盒；密封盒；2 2膠皮閥門；膠皮閥門；3 3生產(chǎn)閥門；生產(chǎn)閥門；4 4油壓表；油壓表；5 5套管閥門；套管閥門；6 6套套壓表；壓表；7 7三通；三通；8 8油管頭上法蘭；油管頭上法蘭；9 9油管頭；油管頭；1010溫度計(jì)溫度計(jì)114115116雙級套管頭示意圖雙級套管頭示

16、意圖117三級套管頭示意圖三級套管頭示意圖1油管頭；油管頭；2上部套管頭；上部套管頭；3中部套管頭；中部套管頭；4下部套管頭；下部套管頭；5上部套管懸掛器（卡瓦式）；上部套管懸掛器（卡瓦式）；6上部懸掛套管；上部懸掛套管；7中部套管懸掛器（卡瓦式）；中部套管懸掛器（卡瓦式）；8中部懸掛套管；中部懸掛套管；9下部套管懸掛器（卡瓦式）；下部套管懸掛器（卡瓦式）；10下部懸掛套管；下部懸掛套管；11連接套管（表層套管）連接套管（表層套管） 118組合式三級套管頭示意圖組合式三級套管頭示意圖1油管頭；油管頭；2上部組合式套管頭；上部組合式套管頭；3下部套管頭；下部套管頭；4上部套管懸掛器（螺紋上部套管懸掛器（螺紋式）；式）； 5上部懸掛套管；上部懸掛套管；6中部套管懸掛器（螺紋中部套管懸掛器（螺紋式）；式）；7中部懸掛套管；中部懸掛套管；8下部套管懸掛器（卡瓦下部套管懸掛器（卡瓦式）；式）；9下部懸掛套管；下部懸掛套管；10連接套管（表層套管）連接套管（表層套管） 119獨(dú)立螺紋式套管頭示獨(dú)立螺紋式套管頭示意圖意圖12