井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井

1、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第1頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日2主要碎屑巖和碳酸巖 少量巖漿巖和變質(zhì)巖，甚至頁(yè)巖孔隙度、滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)、潤(rùn)濕性油、氣、水；稠油粘度大于50mps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、高凝油藏二、儲(chǔ)層巖性特征：三、儲(chǔ)層物性：四、儲(chǔ)層流體：五、油氣藏分類：六、地應(yīng)力概念與確定：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一、巖石分類：形成原因：沉積巖、變質(zhì)巖、巖漿巖課程回顧第2頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日3oil zone 中間套管(技術(shù)套管)表層套管生產(chǎn)套管(油層套管

2、)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)一開二開三開第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第3頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日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。第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第4頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日570年代以來(lái)，我國(guó)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

3、口，若按每口井較低成本150萬(wàn)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。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)。第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第5頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日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

4、管尺寸和井眼尺寸選擇 第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第6頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日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)各層套管下深：根據(jù)目的層深度和地表狀況而定，一般為上百米甚至上千米 2、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)通道下深：由目的層位置及完井方式而定一、套管的分類及作用第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第7頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日83、中間套管Technical Casing表層和生產(chǎn)套管間因技術(shù)要

5、求而下，可以是一層、兩層或更多層主要用來(lái)封隔不同地層壓力層系或易漏、噴、塌、卡等復(fù)雜地層4、尾管（襯管）Liner 在已下入一層技術(shù)套管后采用，只對(duì)裸眼井段下套管(注水泥)，而套管柱不延伸至井口。減輕下套管時(shí)鉆機(jī)的負(fù)荷和固井后套管頭的負(fù)荷；節(jié)省套管和水泥；一般深井和超深井一、套管的分類及作用第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第8頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日9例：克拉2氣田井身結(jié)構(gòu)實(shí)施方案第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井28導(dǎo)管26x300m 18-5/8x300m16x2600m 13-3/8x2600m12-1/4x 封白云巖10-3/4x100m+9-7/8x封白云巖8-

6、1/2*目的層7尾管*目的層第9頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日10第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第10頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日11二、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則有效保護(hù)油氣層，避免儲(chǔ)層污染傷害避免漏、噴、塌、卡等井下事故，安全、快速鉆井鉆下部地層采用重鉆井液時(shí)產(chǎn)生的井內(nèi)壓力，不至于壓裂上層套管鞋處的薄弱地層當(dāng)實(shí)際地層壓力超過(guò)預(yù)測(cè)值而發(fā)生井涌時(shí)，在一定壓力范圍內(nèi)，具有壓井處理溢流能力下套管順利，井內(nèi)鉆井液液柱壓力和地層壓力間的壓差不至于壓差卡套管第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第11頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日12抽吸

7、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)第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第12頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日鉆井液靜液柱壓力 :鉆井液密度,（g/cm3）；H:液柱垂直高度，mPh1.基本壓力概念壓力梯度/當(dāng)量密度單位高度（或深度）增加的壓力值有時(shí)直接用當(dāng)量密度 表示

8、第13頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日地層壓力(Formation Pressure)作用在巖石孔隙流體(油氣水)上的壓力，也叫地層孔隙壓力當(dāng)量鉆井液密度：1.基本壓力概念地層破裂壓力(Fracture Pressure)當(dāng)?shù)貙訅毫_(dá)到某一值時(shí)會(huì)使地層破裂當(dāng)量鉆井液密度：當(dāng)量鉆井液密度井深地層孔隙壓力地層破裂壓力第14頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日地層坍塌壓力(Collapse Pressure)當(dāng)井內(nèi)液柱壓力低于某一值時(shí)，地層出現(xiàn)坍塌物理化學(xué)耦合作用？1.基本壓力概念水化疏松地層井塌 第15頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19

9、點(diǎn)38分，星期日地層漏失壓力(Leakage Pressure)當(dāng)鉆井液柱壓力高于某一臨界值時(shí)地層發(fā)生漏失，可分為自然漏失和壓裂漏失。與鉆井液性能、地層孔隙類型等有關(guān)。1.基本壓力概念第16頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日1.基本壓力概念鉆井液靜液柱壓力(Hydrostatic Pressure)壓力梯度(Pressure Gradient)當(dāng)量密度（Equivalent Circulating Density）地層孔隙壓力( Formation Pressure)地層破裂壓力(Fracture Pressure)地層坍塌壓力(Collapse Pressure)地

10、層漏失壓力(Leakage Pressure)4個(gè)剖面第17頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日當(dāng)量密度井深18（1）抽吸壓力系數(shù) Sb2.關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)上提鉆柱時(shí)，由于抽吸作用使井內(nèi)液柱壓力的降低值，用當(dāng)量密度表示；Sb =0.0240.048 g/cm3裸眼段內(nèi)使用的最大鉆井液密度防止裸眼井段井涌的鉆井液密度第18頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日（2）激動(dòng)壓力系數(shù) Sg下放鉆柱時(shí)，由于產(chǎn)生壓力激動(dòng)使井內(nèi)壓力的增加值，當(dāng)量密度 Sg =0.0240.048 g/cm3最大井內(nèi)壓力梯度井筒內(nèi)最大壓力梯度，當(dāng)量密度2.關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)下鉆時(shí)井筒壓力梯

11、度第19頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日20（3）井涌允量 Sk由于地層壓力預(yù)測(cè)的誤差，在鉆遇的最大地層壓力處發(fā)生溢流，一定量的地層流體涌入井筒，在該井深處井筒壓力增加的允許值 Sk，用當(dāng)量密度表示；Sk =0.050.08 g/cm3任意井深處的最大井內(nèi)壓力梯度（發(fā)生溢流關(guān)井后）：最大井內(nèi)壓力梯度（最大地層壓力所在井深 處）：2.關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)第20頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日21（4）壓裂安全系數(shù) Sf由于地層破裂壓力預(yù)測(cè)誤差而引入的安全系數(shù)，與預(yù)測(cè)精度有關(guān)， Sf = 0.030.06 g/cm3套管下深的臨界條件-不壓裂裸眼地層

12、而發(fā)生井漏裸眼井段內(nèi)最大井筒壓力梯度應(yīng)滿足正常工況防井漏防溢流關(guān)井時(shí)井漏2.關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)第21頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日22（5）壓差允值P為了在下套管過(guò)程中，不發(fā)生壓差粘卡套管的事故，應(yīng)該限制井內(nèi)鉆井液液柱壓力與地層壓力的壓力差值。即裸眼井段所用最大鉆井液密度與最小地層孔隙壓力之間實(shí)際的最大靜止壓差應(yīng)小于一個(gè)允許值P。在正常壓力地層： PN=15-18MPa在異常壓力井段： Pa=21-23MPa2.關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)第22頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日23裸眼段內(nèi)最大鉆井液密度最大井筒壓力梯度四、裸眼井段應(yīng)滿足的力學(xué)平衡第二章 井身

13、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井防壓裂裸露地層-井漏防壓差卡套管正常鉆進(jìn)溢流關(guān)井第23頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日24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第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第24頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日25五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 生產(chǎn)套管下深取決于油氣層位置和完井方法。1.求中間套管下入

14、深度初選點(diǎn) D21 依據(jù)（防井漏）：鉆下部地層時(shí)，井筒內(nèi)最大液柱壓力不會(huì)壓裂裸眼井段地層的最薄弱處，即井內(nèi)液柱最大壓力不超過(guò)中間套管鞋處地層破裂壓力。第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井pmaxpmin第25頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日26（1）正常鉆進(jìn)，不考慮發(fā)生井涌第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井計(jì)算出f2 ，在破裂壓力曲線查出f 2所在的井深 D21 ， 即為中間套管下入井深初選點(diǎn)。 26pmax第26頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日27（2）異常情況，發(fā)生井涌 試算法求f 試取一個(gè)D21 ，計(jì)算f 與查圖f 比較；若f f ，D21為中間套管

15、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。 第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井pmaxf D21第27頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日282.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。 Dpmin ：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，需采用尾管解決 。需根據(jù)壓差卡鉆條件確定中間套管的下深。第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第28頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星

16、期日29在地層壓力曲線上找出 深度即為中間套管的下深 D2 。（2）求壓差 條件下允許的最大地層壓力 第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井D21第29頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日303.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。第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井30pmax第30頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日314.校核尾管下到 D31 是否被卡 校核方法同 2，P N 換成P A5.計(jì)

17、算表層套管下入深度 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 ,確定 D1否則重試。第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井p2第31頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日32井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法：由內(nèi)而外，自下而上；已知下層套管下深，求上層套管下深（中間，表層）；已知上層套管下深，求下層套管下深（如尾管）；第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：1.不井涌2.鉆下部地層時(shí)不壓裂上部薄弱地層；3.不壓差卡管柱；第32頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日33設(shè)計(jì)舉例某井設(shè)計(jì)井深為 4

18、400 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 ;第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第33頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日34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 D21 = 3400 m 。第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井生產(chǎn)套管4400第34頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)3

19、8分，星期日35（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。第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第35頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日36 （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.第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第36頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日37（4）校核是否會(huì)卡尾管 計(jì)算壓差

20、： 因?yàn)?， 故確定尾管下深為 D3 = D31 = 3900m 。第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第37頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日38（5）確定表層套管下深 D1 由：試取 D1 = 850 m , 代入上式計(jì)算得由f曲線查得故確定 D1 = 850 m。第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第38頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日39六、套管尺寸和井眼尺寸選擇 目前我國(guó)使用最多的套管/鉆頭系列是： 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 油層套管尺寸 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、下套管時(shí)井內(nèi)波動(dòng)壓力、套管尺

21、寸等因素有關(guān)。 間隙最?。?.5mm 12.7mm，最好：19.0mm。 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 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第39頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井81/2第40頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日4128導(dǎo)管26x300m 18-5/8x300m16x2600m 13-3/8x2600m12-1/4x 封白云巖10-3/4x100m+9-7/8x封白云巖8-1/2*目的層7尾管*目的層克拉2氣田典型井身結(jié)構(gòu)第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第41頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日

22、，19點(diǎn)38分，星期日4230201610-3/413-3/89-5/82.162.182.30泥線90m第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第42頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日43HOMEWORK:1.如何理解防壓差卡井關(guān)系：2.如何理解防關(guān)井井漏關(guān)系：3. 某井油層位于2600m，預(yù)測(cè)p=1.30 ，鉆至200m下表層套管，液壓實(shí)驗(yàn)測(cè)得套管鞋處 ，問(wèn)不下中間套管能否順利鉆達(dá)油層？已知：Sb = 0.036 ； Sg = 0.04 ； Sk = 0.06 ； Sf = 0.03 第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第43頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日4

23、4oil 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)一開二開三開第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第44頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日45一、套管和套管柱 套管：優(yōu)質(zhì)鋼材制成的無(wú)縫管或焊接管，一端為公扣，直接車在管體上；一端為帶母扣的套管接箍。 表征套管的主要特性參數(shù)有套管尺寸、鋼級(jí)和壁厚第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第45頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日46第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第46頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日47一、套管和套管柱 套管尺寸： 又

24、稱名義外徑、公稱直徑等，是指套管本體的外徑；API標(biāo)準(zhǔn)，共14 種尺寸。 第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第47頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日48一、套管和套管柱 套管的鋼級(jí): API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定套管本體的鋼材應(yīng)達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度，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其中，字母只是標(biāo)識(shí)，數(shù)字代表套管的強(qiáng)度。如： N-80套管，最小屈服強(qiáng)度=80 kpsi=551.58MPa 套管的壁厚: 套管本體處管體的厚度，壁厚：5.2116.13 mm 關(guān)系套管的線重，指套管單位長(zhǎng)度的質(zhì)量

25、第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第48頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日49API套管規(guī)范及強(qiáng)度(5寸套管)甲方鉆井手冊(cè)P192第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第49頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日50一、套管和套管柱 套管柱：由同一外徑、不同鋼級(jí)、不同壁厚的套管用接箍聯(lián)接組成的管柱， 特殊情況下也使用無(wú)接箍套管柱聯(lián)接是由螺紋來(lái)實(shí)現(xiàn)的，是套管質(zhì)量和強(qiáng)度檢驗(yàn)的重點(diǎn)。套管螺紋都是錐形螺紋，API規(guī)范中分為五大類，API 標(biāo)準(zhǔn)和非API標(biāo)準(zhǔn)。 第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)類數(shù)標(biāo)準(zhǔn)名稱符號(hào)或代號(hào)1API標(biāo)準(zhǔn)短圓螺紋STC/ CSG/ C12長(zhǎng)圓螺紋LTC/ LCSG/ C23梯形螺紋B

26、TC/ BCSG/ C334直連形螺紋XL/ XCSG/ CHX5非API標(biāo)準(zhǔn)特殊螺紋/第50頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日51二、套管柱載荷分析及套管強(qiáng)度第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì) 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）、不同地層和地質(zhì)條件下套管柱受力也不同。鹽巖層對(duì)套管柱的壓力梯度要按上覆巖石的壓力梯度計(jì)算；在酸化壓裂時(shí)承受的內(nèi)壓力與正常采油時(shí)的壓力就不同；在易坍塌油層生產(chǎn)的前、中、后期對(duì)套管柱的外擠壓力也不同長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐證明，影響套管柱的基本載荷主要有以下幾種：軸向載荷；外擠壓力；內(nèi)壓力。其它載荷如套管彎曲載荷、振動(dòng)載荷等都考慮至安全系數(shù)中

27、第51頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日52自重引起的拉力 Fm，在井口最大 qmi 第 I 種套管在鉆井液中單位長(zhǎng)度的重力，N/m ; Li 第 I 種套管的長(zhǎng)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，在井斜狗腿較大 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/ 25m 定向井、水平井及大狗腿直井中，應(yīng)考慮彎曲附加拉力。第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)1、軸向載荷及套管抗拉強(qiáng)度第52頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日53注水泥引起的附加拉力 Fc KN其

28、它附加拉力 上提或下放套管的動(dòng)載、井壁摩擦力等； 一般在安全系數(shù)中考慮。套管的抗拉強(qiáng)度 套管所受軸向拉力一般在井口最大 拉應(yīng)力破壞形式：脫扣、本體拉斷 通常用套管抗滑扣力表示套管抗拉強(qiáng)度h 管內(nèi)水泥漿高，m；m水泥漿密度，g/cm3；d鉆井液密度，g/cm3；dci 套管內(nèi)徑，cm。第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第53頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日542、外擠載荷及套管抗外擠強(qiáng)度 （1）外擠壓力主要載荷： 一般情況下按套管內(nèi)部全掏空時(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。管外液柱壓力地層中流體壓力高塑性巖石側(cè)向擠壓力地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力等第

29、二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第54頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日55套管內(nèi)全掏空載荷井深套管內(nèi)載荷套管外載荷載荷井深有效外載荷套管內(nèi)液面載荷井深井身結(jié)構(gòu)第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第55頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日562、外擠載荷及套管抗外擠強(qiáng)度（2）套管抗擠強(qiáng)度：指擠毀套管試件需要的最大外擠壓力。 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)度破壞第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)失穩(wěn)后的套管被擠扁（輕者）或破裂，使鉆頭或其它井下工作不能通過(guò)，地層封隔遭到破壞

30、，將被迫停鉆或停產(chǎn)，套管損壞嚴(yán)重者油氣井報(bào)廢。第56頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日57（3）有軸向載荷時(shí)的套管抗擠強(qiáng)度（雙向應(yīng)力）套管內(nèi)微小單元，外載作用下產(chǎn)生三向應(yīng)力由第四強(qiáng)度理論：對(duì)于薄壁管， 可忽略，變?yōu)殡p向應(yīng)力問(wèn)題。變換為橢圓方程： 按拉為正、壓為負(fù)，橢圓形方程。橢圓圖上, 百分比為縱坐標(biāo), 百分比為橫坐標(biāo).第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第57頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日58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)度降低第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第58頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星

31、期日59由強(qiáng)度條件的雙向應(yīng)力橢圓可以看出: 第一象限: 軸向拉伸與內(nèi)壓聯(lián)合作用 軸向拉力 抗內(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: 軸向壓縮與外擠聯(lián)合作用 軸向受壓 抗外擠強(qiáng)度增加. 第四象限: 軸向拉伸與外擠聯(lián)合作用 軸向拉力 抗外擠強(qiáng)度降低（需考慮）第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第59頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日60 考慮軸向拉力影響時(shí)的抗外擠強(qiáng)度公式 PCC的推導(dǎo): 如圖: 由雙向應(yīng)力橢圓方程，當(dāng)Z =0時(shí),根據(jù)上式則有: 由上2式代入雙向應(yīng)力橢圓方程，簡(jiǎn)化得 Fm軸向拉力， KN； Fs管體屈服強(qiáng)度，KN；，MPa

32、第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第60頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日61第61頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日62考慮管外平衡壓力，一般井口內(nèi)壓最大。考慮三種最危險(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。 井底氣壓，MpaG 天然氣與空氣密度比,0.55套管鞋處破裂壓力梯度，Mpa/m ；附加系數(shù)，取0.0012 Mpa/m 。3、內(nèi)壓載荷及套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第62頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，

33、5月20日，19點(diǎn)38分，星期日第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管內(nèi)全掏空載荷井深載荷井深套管內(nèi)壓載荷套管外載荷載荷井深有效內(nèi)壓載荷套管內(nèi)液面井身結(jié)構(gòu)第63頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)套管內(nèi)部分掏空載荷井深載荷井深套管內(nèi)壓載荷套管外載荷載荷井深有效內(nèi)壓載荷套管內(nèi)液面井底井身結(jié)構(gòu)第64頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日65（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

34、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。第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第65頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日66第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第66頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日67三、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，多選擇23種鋼級(jí)、23種壁厚，不能過(guò)多 安全系數(shù) 抗外擠安全系數(shù) S

35、c=1.0 抗內(nèi)壓安全系數(shù) Si=1.1 套管抗拉強(qiáng)度（抗滑扣）安全系數(shù)St=1.8第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第67頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日682、常用套管柱設(shè)計(jì)方法 （1）等安全系數(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。（3）另最大載荷法、AMOCO法、西德BEB法及前蘇聯(lián)方法等。第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第68頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日693、各層套管柱的設(shè)計(jì)特點(diǎn)特點(diǎn)：下入的深度淺；在其頂部

36、安裝有套管頭，要承受以下各層套管的部分或全部重量；安裝有防噴器、采油樹等。側(cè)重點(diǎn)：主要考慮內(nèi)壓設(shè)計(jì)。（井噴關(guān)井時(shí)情況最為嚴(yán)重）表套特點(diǎn)：下入的深度較深；隔離和封隔各種復(fù)雜地層；在井噴時(shí)承受較大內(nèi)壓；具有較強(qiáng)的耐磨性。側(cè)重點(diǎn)：抗拉（下入較淺），抗內(nèi)壓（井噴關(guān)井），抗外擠（下入井深）技套特點(diǎn)：下入深度大，在其中下入油管，特別注意后期生產(chǎn)可能出現(xiàn)的 各種情況。側(cè)重點(diǎn)：抗拉（下入深），抗外擠（下入深），抗內(nèi)壓（后期生產(chǎn)）油套第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第69頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日70（1）基本設(shè)計(jì)思路（自下而上） 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

37、抗擠設(shè)計(jì)，上部按抗拉設(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) 水泥面以上套管抗擠強(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。第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)4、套管柱設(shè)計(jì)的等安全系數(shù)法第70頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日71（2）設(shè)計(jì)步驟： 例題：某井177.8 mm （7 ”）油層套管下至3500 m，下套管時(shí)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(zhǎng)500 m ）. 解： 安全系數(shù) ： Sc=1.0 , Si = 1.1

38、 , 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 查手冊(cè)篩選套管鋼級(jí)： C-75 , L-80 , N-80 , C-90 ,C-95 , P-110 將鋼級(jí)按成本排序： N-80 C-75 L-80 C-90 C-95 1.0 安全 套管2： 危險(xiǎn)截面 2700 m 處，Sc = 1.02 1.0 安全試算？第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第75頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日76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(zhǎng)度 L2 查表：第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第76頁(yè)，

39、共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日77 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 安全第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第77頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日78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=1000m第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第78頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日79 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(zhǎng)度 L3 由： 實(shí)取：L3 = 1100 m , 則 第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第7

40、9頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日802）確定第四段套管使用長(zhǎng)度 查表得：應(yīng)比第三段套管抗拉強(qiáng)度高， 與第一段套管相同第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第80頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日81 計(jì)算第四段套管許用長(zhǎng)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第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第81頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日82 最終設(shè)計(jì)結(jié)果：下深（m）段長(zhǎng)（m）鋼級(jí)壁厚（mm）StSc0600600N8010.361.9460

41、017001100N808.051.814.82170027001000N809.193.21.0227003500800N8010.367.851.08第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì)第82頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日83HOMEWORK:某井用139.7mm，N-80、壁厚9.17mm套管，額定抗擠強(qiáng)度 ,管體抗拉屈服強(qiáng)度 其下部懸掛194KN的套管，試計(jì)算 2. 178mm、N-80、壁厚9.19mm的套管允許抗外擠強(qiáng)度為37.30MPa，如果Sc = 1.125，求在密度1.23g/cm3的鉆井液中的允許下入深度。3. 套管所受基本載荷有哪幾種？各種載荷的來(lái)源和計(jì)算方

42、法？各載荷沿井深的分布規(guī)律？如何計(jì)算雙向應(yīng)力下抗擠強(qiáng)度？第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第83頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日84第三節(jié) 注水泥技術(shù) 注水泥：從井口經(jīng)套管柱將水泥漿注入井壁與套管柱 環(huán)空，將套管柱和地層巖石固結(jié)起來(lái)的過(guò)程 注水泥目的：固定套管+封隔井內(nèi)的油氣水層油井水泥水泥漿性能注水泥設(shè)備與工藝注水泥設(shè)計(jì)與計(jì)算提高注水泥質(zhì)量措施本節(jié)內(nèi)容注水泥技術(shù)內(nèi)容選擇水泥設(shè)計(jì)水泥漿性能選擇水泥外加劑井眼準(zhǔn)備注水泥工藝設(shè)計(jì)第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井第84頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日85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(jì)要

43、求（2）注水泥段環(huán)空鉆井液全被水泥漿替換，無(wú)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(zhǎng)期侵蝕。第三節(jié) 注水泥技術(shù)第85頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日固井的特點(diǎn)（1）是一次性工程（經(jīng)常無(wú)法采取補(bǔ)救措施）（2）是隱蔽性工程（看不見摸不著）（3）一項(xiàng)復(fù)雜工程（工期短，工序多，技術(shù)強(qiáng)）（4）花錢多的工程（投入大）（5）是鉆井工程和完井工程中的一道關(guān)鍵工序（油井百年大計(jì)，固井質(zhì)量第一）第三節(jié) 注水泥技術(shù)第86頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日

44、87一、油井水泥波特蘭(Portland)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。第三節(jié) 注水泥技術(shù)第87頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日881、油井水泥的主要成分（1）硅酸三鈣 水泥的主要成分，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60%65%， 緩凝水泥中含40%45%（2）硅酸二鈣 含量一般在24%30%之間 水化反應(yīng)慢

45、 ，強(qiáng)度增長(zhǎng)慢；對(duì)水泥最終強(qiáng)度有影響。第三節(jié) 注水泥技術(shù)第88頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日89（3）鋁酸三鈣 促進(jìn)水泥快速水化，決定水泥初凝和稠化時(shí)間 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。第三節(jié) 注水泥技術(shù)第89頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日902、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，逐漸由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，使

46、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(guò)程中，各種水化產(chǎn)物均逐漸凝聚，使水泥硬化。第三節(jié) 注水泥技術(shù)第90頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日91（2）水泥凝結(jié)與硬化 水泥硬化分為三個(gè)階段：溶膠期，凝結(jié)期，硬化期 水泥石主要由三部分組成： 無(wú)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 未水化的水泥顆粒第三節(jié) 注水泥技術(shù)第91頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日923、油井水泥分類（1）API水泥分類： A-H八級(jí)

47、 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， 中高抗硫 G級(jí)和H級(jí) ：0 2440m , 093 0C ， 中、高抗硫兩種第三節(jié) 注水泥技術(shù)第92頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日

48、93API級(jí)別 使用深度 范圍m類 型 備 注普通抗硫酸鹽型中高A 01830普通水泥，無(wú)特殊性能要求B中熱水泥，中和高抗硫酸鹽型C早強(qiáng)水泥，分普通、中和高抗硫酸鹽型D18303050用于中溫中壓條件，分中和高抗硫酸鹽型E30504270基質(zhì)水泥加緩凝劑，高溫高壓條件，分中和高抗硫酸鹽型F30504880基質(zhì)水泥加緩凝劑，超高壓、高溫用，分中和高抗硫酸鹽型G 02440基質(zhì)水泥，分中和高抗硫酸鹽型HAPI水泥使用范圍第三節(jié) 注水泥技術(shù)第93頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日94（2）國(guó)產(chǎn)以溫度系列為標(biāo)準(zhǔn)的油井水泥檢驗(yàn)項(xiàng)目及類別水 泥 分 類45C水泥75C水泥95C水

49、泥120C水泥適用井深/m01500150025002500350035005000Mg含量/5556SO33.53.533細(xì)度(0.08mm篩)/篩余15151515安定性(沸煮法)合格合格合格合格靜止流動(dòng)度/mm200200180180水泥漿流動(dòng)度/mm240240220220水泥漿密度/(gcm-3)1.850.021.850.021.850.021.850.02自由水(析水)/1.01.01.04.0（抗折）不低于4.03.5常壓48h（抗折）不低于3.5常壓48h（抗折）120 C養(yǎng)護(hù)壓力2.1MPa抗壓強(qiáng)度48h15MPa第三節(jié) 注水泥技術(shù)第94頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20

50、日，19點(diǎn)38分，星期日95第三節(jié) 注水泥技術(shù)二、水泥漿性能1、水泥漿基本參數(shù)水泥漿密度水泥漿稠化時(shí)間水泥漿的失水水泥漿凝結(jié)時(shí)間水泥石強(qiáng)度和抗蝕性水泥石滲透率第95頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日96 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。 初始15 30 min 內(nèi)，稠化值應(yīng)小于3

51、0 BC， 現(xiàn)場(chǎng)總施工時(shí)間內(nèi)，稠度在50 BC以內(nèi)。第三節(jié) 注水泥技術(shù)第96頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日97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 2.3MPa 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 能承受射孔、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)能抗硫酸鹽腐蝕第三節(jié) 注水泥技術(shù)第97頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日982、水泥外加劑 （1）加重劑：重晶石

52、、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 1.05 （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、纖維材料等第三節(jié) 注水泥技術(shù)第98頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日993、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

53、。 （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)水泥第三節(jié) 注水泥技術(shù)第99頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日1004、前置液 將水泥漿與鉆井液隔開，起隔離、緩沖、沖洗作用，可提高固井質(zhì)量。包括：沖洗液+ 隔離液 （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，清洗殘存鉆井液及泥餅。 密度1.03 g/cm3 ，環(huán)空高度 250m （2）隔離液： 有效隔開鉆井液與水泥漿；形成平面推進(jìn)型頂替；對(duì)低壓漏失層起緩沖；較高浮力拖曳力。 較黏稠、較高密度、

54、較大靜切力；環(huán)空高度200m第三節(jié) 注水泥技術(shù)第100頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日三、注水泥設(shè)備與工藝1、注水泥漿主要設(shè)備水泥車、水泥罐車、供液車管匯車、壓塞車等2、主要工具水泥頭、浮箍、浮鞋、承托環(huán)、回壓凡爾、扶正器、碰壓塞等第三節(jié) 注水泥技術(shù)第101頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日第102頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日下套管水泥頭：套管柱最上端，上、下膠塞.下膠塞為中空，在壓力作用下可壓破上膠塞為實(shí)心，隔離鉆井液與水泥漿破膜：下膠塞坐落在浮箍上后，在壓力作用下破膜碰壓侯凝：24小時(shí)或48小時(shí)，也有72

55、小時(shí)或幾小時(shí)的，候凝時(shí)間的長(zhǎng)短視水泥漿凝固及強(qiáng)度增長(zhǎng)的快慢而定。第三節(jié) 注水泥技術(shù)第103頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日概述（a）循環(huán)鉆井液 （b）注隔離液和水泥漿 （c）替漿 （d）替漿 （e）碰壓1壓力表 2上膠塞 3下膠塞 4鉆井液 5浮箍 6引鞋7水泥漿 8隔離液 9鉆井液第104頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日105四、注水泥設(shè)計(jì)與計(jì)算1.水泥漿密度：?jiǎn)挝惑w積的水泥漿內(nèi)各種成分的質(zhì)量總和。 即：2.水泥量的計(jì)算：水泥漿總量：注入水泥漿體積，環(huán)空水泥漿體積， 管內(nèi)水泥塞體積，第三節(jié) 注水泥技術(shù)第105頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，

56、5月20日，19點(diǎn)38分，星期日106環(huán)空水泥漿量：環(huán)空水泥漿體積，井眼直徑或外層套管內(nèi)徑，m 套管外徑，m 對(duì)應(yīng)環(huán)空水泥段長(zhǎng)度，m管內(nèi)水泥漿量：管內(nèi)水泥塞體積，套管內(nèi)徑，水泥塞長(zhǎng)度， 干水泥量： 干水泥質(zhì)量，kg 水泥漿總體積，每千克水泥配成水泥漿后的體積，第三節(jié) 注水泥技術(shù)第106頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日107配漿用水量：理論用水量，水灰比 總水泥量，kg井場(chǎng)實(shí)際備水量應(yīng)在理論用水量的基礎(chǔ)上附加50%100%。實(shí)際注水泥要依據(jù)測(cè)井井徑資料，平均井徑的計(jì)算要取段準(zhǔn)確。對(duì)于不測(cè)井徑的井，井徑一般按鉆頭尺寸附加15%30%計(jì)算水泥量。 實(shí)際注水泥量的確定 在固

57、井施工中，實(shí)際注水泥量的確定在水泥漿量設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上還要參考下面幾種因素。 （1）實(shí)測(cè)井徑的準(zhǔn)確性 （2）鄰井固井施工情況 （3）鉆井施工情況 （4）固井前循環(huán)洗井情況 第三節(jié) 注水泥技術(shù)第107頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日1083、頂替設(shè)計(jì)頂替就是有效驅(qū)替環(huán)空鉆井液，使水泥漿達(dá)到預(yù)定位置并充滿環(huán)空的過(guò)程。頂替量計(jì)算： 頂替液總量，不同壁厚段套管長(zhǎng)度，不同壁厚段套管內(nèi)徑，不同壁厚段壓縮系數(shù)，一般取1.021.03。頂替時(shí)間計(jì)算： 計(jì)算頂替時(shí)間時(shí)，首先要考慮頂替排量。 同時(shí)也要考慮井眼的實(shí)際條件和鉆井泵的類型 。第三節(jié) 注水泥技術(shù)第108頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，

58、5月20日，19點(diǎn)38分，星期日1094、頂替鉆井液壓力計(jì)算環(huán)空靜液柱壓力：環(huán)空靜液柱壓力，MPa 鉆井液段長(zhǎng)度， 隔離液段長(zhǎng)度， 領(lǐng)漿水泥段長(zhǎng)度，尾隨水泥段長(zhǎng)度，鉆井液密度，隔離液密度，領(lǐng)漿水泥漿密度，尾隨水泥漿密度， 組合為：尾漿、前導(dǎo)漿、前置液、鉆井液公式：第三節(jié) 注水泥技術(shù)第109頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日110流動(dòng)阻力 流動(dòng)阻力 的計(jì)算公式： 流動(dòng)阻力也可以按循環(huán)鉆井液時(shí)鉆井泵不同排量下的泵壓計(jì)算。 頂替鉆井液最高施工壓力 由于采用了不同密度的流體，在套管內(nèi)外形成的壓差，頂替最高泵壓出現(xiàn)在泵壓前，其計(jì)算公式：最高泵壓，MPa 環(huán)空最大靜液柱壓力，MPa 管內(nèi)外流動(dòng)阻力，MPa 套管內(nèi)靜液柱壓力，MPa 第三節(jié) 注水泥技術(shù)第110頁(yè)，共126頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)38分，星期日1115、水泥漿完全“失重”時(shí)靜液柱壓力水泥漿失重是指水泥漿發(fā)生物理、