《完井工程》課件

固井與完井本章主要內(nèi)容井深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)固井完井固井與完井本章主要內(nèi)容概述1.固井： 是油氣井建井過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它包括下套管和注水泥兩個(gè)過(guò)程。2.下套管： 在已鉆成的井眼中按規(guī)定深度下入一定直徑、由某種或幾種不同鋼級(jí)及壁厚的套管組成的套管柱。概述1.固井：2.下套管：3.注水泥在地面上將水泥漿通過(guò)套管柱注入到井眼與套管柱之間環(huán)形空間中，將套管柱與井壁巖石牢固地固結(jié)的過(guò)程。固井目的：將油氣水層及復(fù)雜地層封固起來(lái)以利于進(jìn)一步鉆進(jìn)或開(kāi)采。3.注水泥下套管和注水泥漿固井下套管和注水泥漿固井固井水泥漿系統(tǒng)混合器空氣水泥漿混合池空氣水泥粉壓力罐水泥粉壓力罐柴油機(jī)柴油機(jī)水泥泵水泥泵下灰器去井口水去井口注入泵固井水泥漿系統(tǒng)混合器空氣水泥漿混合池空氣水泥粉壓力罐水泥粉壓4.完井也稱(chēng)油井完成，包括鉆開(kāi)生產(chǎn)層，確定完井的井底結(jié)構(gòu)，使井眼與產(chǎn)層連通，安裝井底及井口等環(huán)節(jié)。4.完井第一章井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、井身結(jié)構(gòu)定義套管層次、套管下入深度以及井眼尺寸（鉆頭尺寸）與套管尺寸的配合。目的保證安全、優(yōu)質(zhì)、快速和經(jīng)濟(jì)地鉆達(dá)目的層內(nèi)容下入套管層數(shù)各層套管的下入深度選擇合適的套管尺寸與鉆頭尺寸組合第一章井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、井身結(jié)構(gòu)定義井身結(jié)構(gòu)海平面23米MSL@23m339.75mm套管下深1853.46米13-3/8"CSG@1853.46m444.50mm井眼鉆深1860米17-1/2"HOLE@1860m轉(zhuǎn)盤(pán)面(深度基準(zhǔn)面)RKB(DatumPlane)海底泥線(xiàn)109.66米MUDLINE@109.66m244.48mm套管下深2884.95米9-5/8"CSG@2884.95m311.15mm井眼鉆深2900米12-1/4"HOLE@2900m762mm導(dǎo)管下深163.36米30"CSG@163.36m914.40mm井眼鉆深166.66米36"HOLE@166.66m508mm套管下深549米20"CSG@549m660.40mm井眼鉆深556米26"HOLE@556mP256井身結(jié)構(gòu)海平面23米MSL@23m339.75mm套管下1.導(dǎo)管鉆表層井眼時(shí)，將鉆井液從地表引導(dǎo)到鉆臺(tái)平面上來(lái)。2.表層套管

(1)防止淺層水受污染，封閉淺層流砂、礫石層及淺層氣等復(fù)雜地層。

(2)在井口安裝套管頭，并通過(guò)套管頭懸掛和支撐后續(xù)各層套管。管鞋下在有足夠強(qiáng)度地層上，以免井涌關(guān)井后將套管鞋處的地層壓漏，產(chǎn)生井下井噴。二、套管類(lèi)型1.導(dǎo)管二、套管類(lèi)型《完井工程》課件3.技術(shù)套管（中間套管）

介于表層套管與生產(chǎn)套管之間的套管?？梢允且粚?，也可兩層或多層。封隔坍塌、易漏等復(fù)雜地層封隔不同的壓力體系4.襯管（尾管）：技術(shù)尾管生產(chǎn)尾管（圖）在已下入一層中間套管后采用，在裸眼井段下套管注水泥，套管不延伸至井口。3.技術(shù)套管（中間套管）尾管掛深m技套2水泥返深m技套1水泥返深m表層鉆頭фmm×m套管фmm×m技套2鉆頭фmm×m

套管фmm×m技套1鉆頭фmm×m

套管фmm×m生產(chǎn)層鉆頭фmm×m

套管фmm×m尾管掛深m技套2水泥返深m技套1水《完井工程》課件鉆井襯管的優(yōu)點(diǎn)減輕下套管時(shí)鉆機(jī)的負(fù)荷及固井后套管頭的負(fù)荷可節(jié)省大量套管和水泥，降低固井成本。減少壓差卡套管5.油層套管（生產(chǎn)套管）為油氣生產(chǎn)提供流通通道保護(hù)產(chǎn)層、分層測(cè)試、分層采油、分層改造鉆井襯管的優(yōu)點(diǎn)三、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原則能避免產(chǎn)生井漏、井塌、井噴等井下復(fù)雜情況,為全井安全、優(yōu)質(zhì)、快速和經(jīng)濟(jì)地鉆進(jìn)創(chuàng)造條件；下套管時(shí)，井內(nèi)鉆井液柱的壓力和地層壓力之間的壓差，不產(chǎn)生壓差卡套管現(xiàn)象。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處最薄弱的裸露地層；能有效保護(hù)油氣層，使不同壓力地層免受鉆井液的損害。三、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原則井深1.四個(gè)壓力剖面地層壓力(當(dāng)量密度)地層破裂壓力(當(dāng)量密度)坍塌壓力剖面

漏失壓力剖面2.五個(gè)工程參數(shù)（設(shè)計(jì)系數(shù)）四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)井深1.四個(gè)壓力剖面四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)《完井工程》課件四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)1.公用系數(shù)：抽吸壓力系數(shù)Sb地層壓裂安全增值Sf2.正常作業(yè)：激動(dòng)壓力系數(shù)Sg3.出現(xiàn)溢流：地層壓力增加值SK4.最大允許壓差ΔP(ΔPN、ΔPa)四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)1.公用系數(shù)：井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)抽吸壓力系數(shù)Sb

上提鉆柱時(shí)，由于抽吸作用使井內(nèi)液柱壓力降低的值，用當(dāng)量密度表示；激動(dòng)壓力系數(shù)Sg

下放鉆柱時(shí)，由于鉆柱向下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生激動(dòng)壓力使井內(nèi)液柱壓力的增加值，用當(dāng)量密度表示；地層壓裂安全增值Sf

為了避免上部套管鞋處裸露地層被壓裂的地層破裂壓力安全增值，用當(dāng)量密度表示；與預(yù)測(cè)精度有關(guān)。井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)抽吸壓力系數(shù)Sb井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)井涌允值SK由于地層壓力預(yù)測(cè)誤差所產(chǎn)生的井涌量允值，（增加值），用當(dāng)量密度表示；與地層壓力預(yù)測(cè)精度有關(guān)。最大允許壓差

ΔPN：正常壓力井段；

ΔPa：異常壓力井段。井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)井涌允值SK最大允許壓差ΔP在下套管過(guò)程中，為了避免發(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，即規(guī)定最大允許壓差。最大允許壓差的取值在正常壓力地層：ΔPN=11-17MPa在異常壓力井段：ΔPa=14-22MPa井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)最大允許壓差ΔP井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系數(shù)《完井工程》課件五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)1.最大鉆井液密度某一層套管的鉆進(jìn)井段中所用的最大鉆井液密度，和該井段中的最大地層壓力有關(guān)：

ρmmax:將來(lái)要下某層套管的鉆進(jìn)井段中所使用的最大鉆井液密度，g/cm3；ρpmax:該井段的最大地層壓力當(dāng)量密度；Sb:考慮到上提鉆柱時(shí)抽吸作用使井底壓力降低，為了平衡地層壓力所加的附加鉆井液密度，g/cm3。Sb=0.024-0.048g/cm3.五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)1.最大鉆井液密度2.最大井內(nèi)壓力當(dāng)量密度（梯度）

a.正常作業(yè)（起下鉆、鉆進(jìn)）：正常鉆井條件下，井內(nèi)最大壓力梯度是發(fā)生在下放鉆柱時(shí)，由于產(chǎn)生壓力激動(dòng)使得井內(nèi)壓力增高，設(shè)由于壓力激動(dòng)使井內(nèi)的壓力增加值為Sg，則最大井內(nèi)壓力當(dāng)量密度為：

Sg:激動(dòng)壓力梯度當(dāng)量密度,g/cm3；

Sg=0.024-0.048g/cm3五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)2.最大井內(nèi)壓力當(dāng)量密度（梯度）五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)

b.發(fā)生井涌：

為了制止溢流，如壓井時(shí)井內(nèi)壓力增高值為Sk,則最大井內(nèi)壓力梯度為：

Sk=0.060g/cm3

上式只適用于最大地層壓力所對(duì)應(yīng)的井深Dpmax處，而對(duì)于井深為D21的任意井深處的井內(nèi)壓力當(dāng)量密度為：井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)b.發(fā)生井涌：井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)3.套管下深的臨界條件為了確保上一層套管鞋處的裸露地層不被壓裂，應(yīng)該保證，某一井段的最大地層破裂壓力滿(mǎn)足：ρf:上一層套管下入深度處裸露地層的破裂壓力梯度；g/cm3Sf：為避免將上一層套管下入深度處裸露地層壓裂的安全值，Sf=0.03-0.06g/cm3井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)3.套管下深的臨界條件井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)(不發(fā)生井涌)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)(發(fā)生井涌)五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)(不發(fā)生井涌)五、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)（一）油層套管設(shè)計(jì)油層套管下深取決于油氣層的位置和完井方法，直徑一般由甲方來(lái)定。六、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）油層套管設(shè)計(jì)油層套管下深取決于油氣層的位置和完井方二、中間套管設(shè)計(jì)步驟和方法二、中間套管設(shè)計(jì)步驟和方法1.中間技術(shù)套管下入深度初選點(diǎn)D21的確定(1)不發(fā)生井涌時(shí)：

ρf:在設(shè)計(jì)套管層所在的裸眼井段內(nèi)，在最大井內(nèi)壓力梯度作用下，上部裸露地層不致破裂所應(yīng)有的地層破裂壓力梯度，g/cm3;ρPmax:裸露井段預(yù)計(jì)的最大地層壓力梯度，g/cm3;

通過(guò)作圖確定初選點(diǎn)D21中間套管下入深度初選點(diǎn)D21的確定1.中間技術(shù)套管下入深度初選點(diǎn)D21的確定中間套管下入深度初D21D21（2）發(fā)生井涌時(shí)：ρf:在設(shè)計(jì)套管層所在的裸眼井段發(fā)生溢流時(shí)，在最大井內(nèi)壓力梯度作用下，上部裸露地層不致破裂所應(yīng)有的地層破裂壓力梯度，g/cm3;D21:設(shè)計(jì)層套管的初始下入深度，m;Dpmax:最大地層壓力所對(duì)應(yīng)的井深,m。通過(guò)試算確定初選點(diǎn)D21中間套管下入深度初選點(diǎn)D21的確定（2）發(fā)生井涌時(shí)：中間套管下入深度初選點(diǎn)D21的確定下入深度初選點(diǎn)D21的確定注意事項(xiàng)比較正常鉆井情況下和發(fā)生溢流情況下的最小地層破裂壓力，一般地，溢流時(shí)ρf>不會(huì)發(fā)生液流ρf,因此通常按溢流時(shí)ρf計(jì)算，只有在肯定不會(huì)發(fā)生液流的情況下，才按不溢流時(shí)ρf計(jì)算。

對(duì)于技術(shù)套管，首先計(jì)算出ρf，然后通過(guò)作圖或數(shù)字計(jì)算的方法找到地層破裂壓力為ρf的井深，該井深即為技術(shù)套管下入的初選點(diǎn)D21

。中間套管下入深度初選點(diǎn)D21的確定下入深度初選點(diǎn)D21的確定注意事項(xiàng)中間套管下入深度初選點(diǎn)D2.校核套管在下入井深(初選點(diǎn))D21過(guò)程中是否會(huì)發(fā)生壓差卡套管校核是否會(huì)發(fā)生壓差卡套管2.校核套管在下入井深(初選點(diǎn))D21過(guò)程中是否會(huì)發(fā)生壓差卡壓差公式所用最大鉆井液密度與最小地層壓力之間實(shí)際的最大靜止壓差：ΔPmax：套管所受到的最大靜壓差，MPa；ρPmin：該井段內(nèi)最下地層壓力,g/cm3;DmaxPmin：最小地層壓力所對(duì)應(yīng)的最大井深,m。校核是否會(huì)發(fā)生壓差卡套管壓差公式校核是否會(huì)發(fā)生壓差卡套管比較ΔP與ΔPN(ΔPa)

P≤PN（或Pa），則假定深度D21為中間套管下入深度。

若P＞PN（或Pa），則中間套管下至D21過(guò)程中有被卡危險(xiǎn),必須采取下尾管的方法解決。

若P＞PN（或Pa）,如何確定D21？校核是否會(huì)發(fā)生壓差卡套管比較ΔP與ΔPN(ΔPa)校核是否會(huì)發(fā)生壓差卡套管中間套管下深確定。

計(jì)算不發(fā)生壓差卡套管的最大地層壓力的當(dāng)量密度ρPPer，g/cm3;與ρPPer對(duì)應(yīng)的井深即為經(jīng)過(guò)校核的套管下深D2再次確定套管下深分析中間套管下深確定。再次確定套管下深分析在壓力剖面圖上找出

ρpper值，該值所對(duì)應(yīng)的深度即為中間套管下入深度。井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新問(wèn)題的出現(xiàn)在技術(shù)套管下入深度淺于初選點(diǎn)的情況下，D－D21這一井段有可能被壓裂，屬危險(xiǎn)井段，必須被封??！尾管下入深度確定新問(wèn)題的出現(xiàn)尾管下入深度確定3.尾管下入深度計(jì)算尾管下入深度確定尾管下入深度確定確定尾管的下入深度D31確定尾管下入深度的初選點(diǎn)D31由技術(shù)套管鞋處的地層破裂壓力梯度ρf可求得允許的最大地層壓力梯度ρpper:尾管下入深度確定通過(guò)數(shù)字計(jì)算或作圖法找到與ρpper相等的地層壓力梯度所對(duì)應(yīng)的井深，該井深即為尾管下入深度的初選點(diǎn)D31

。確定尾管的下入深度D31尾管下入深度確定通過(guò)數(shù)字計(jì)算或作圖校核尾管的下入深度D31初選點(diǎn)是否會(huì)發(fā)生卡套管校核是否會(huì)發(fā)生壓差卡尾管校核尾管的下入深度D31初選點(diǎn)是否會(huì)發(fā)生卡套管校核是否會(huì)發(fā)生校核尾管的下入深度D31初選點(diǎn)是否會(huì)發(fā)生卡套管PPN（或Pa），則假定深度D31為尾管下入深度。校核是否會(huì)發(fā)生壓差卡尾管校核是否會(huì)發(fā)生壓差卡尾管三、表層套管設(shè)計(jì)三、表層套管設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟和方法表層套管下入深度初選點(diǎn)D21的確定根據(jù)中間套管管鞋處(D2)地層壓力梯度，給定井涌條件SK，用試算法計(jì)算表層套管下入深度。每次給定D1，并代入計(jì)算。通過(guò)數(shù)字計(jì)算或作圖法找到與ρfE相等的地層壓力密度所對(duì)應(yīng)的井深，該井深即為表層套管下入深度D1

。設(shè)計(jì)步驟和方法考慮復(fù)雜情況套管下入深度的設(shè)計(jì)是以壓力剖面為依據(jù)，但是地下的許多復(fù)雜情況無(wú)法在壓力剖面上得以反映，如易漏、易塌、鹽巖層等，這些地層必須進(jìn)行及時(shí)封隔。考慮復(fù)雜情況套管下入深度的設(shè)計(jì)是以壓力剖面為依據(jù)，但是地井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié)油層套管從井底到井口（對(duì)于射孔完井）當(dāng)量泥漿密度GpGf井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)油層套管從井底到井口（對(duì)于射孔完井）當(dāng)量泥漿密度GpGf井身中間套管設(shè)計(jì)步驟1.定中間套管最大下入深度假定點(diǎn)。

根據(jù)可能鉆遇的最大地層壓力求設(shè)計(jì)破裂壓力梯度當(dāng)量泥漿密度GpGf井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中間套管設(shè)計(jì)步驟當(dāng)量泥漿密度GpGf井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.驗(yàn)證中間套管是否有卡套管的危險(xiǎn)。如有，則應(yīng)減小下深3、加下一層尾管當(dāng)量泥漿密度GpGf井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3、加下一層尾管當(dāng)量泥漿密度GpGf井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

表層套管下入深度。

當(dāng)量泥漿密度GpGf井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)量泥漿密度GpGf井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)套管尺寸和井眼尺寸的選擇套管層次和每層套管的下入深度確定之后，相應(yīng)的套管尺寸和井眼直徑也就確定了。套管尺寸的確定一般由內(nèi)向外依次進(jìn)行，首先確定生產(chǎn)套管的尺寸，再確定下入生產(chǎn)套管的井眼的尺寸．然后確定中間套管的尺寸等，依次類(lèi)推，直到表層套管的井眼尺寸，最后確定導(dǎo)管的尺寸。套管尺寸和井眼尺寸的選擇套管層次和每層套管的下入深度確定之《完井工程》課件固井固井固井工程包括兩個(gè)生產(chǎn)過(guò)程：1.下套管；2.注水泥。下套管：在已鉆成井眼中按規(guī)定下入一定直徑、由某種或幾種不同鋼級(jí)及壁厚的套管組成的套管柱注水泥：在地表將水泥漿通過(guò)套管柱注入到井眼與套管柱之間環(huán)空中的過(guò)程固井固井固井工程包括兩個(gè)生產(chǎn)過(guò)程：下套管：在已鉆成井眼中按規(guī)舉例某井設(shè)計(jì)井深為4400米，地層孔隙壓力、地層破裂壓力梯度剖面如下圖所示。給定設(shè)計(jì)系數(shù)：

=0.036；=0.04；=0.06；=0.03；△PN=12MPa，△PA=18MPa，試進(jìn)行該井的井深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)？

舉例某井設(shè)計(jì)井深為4400米，地層孔隙壓力、地層破裂壓力梯度例圖例圖設(shè)計(jì)舉例某井設(shè)計(jì)井深為4400m；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；

ΔPN=12Mpa;

ΔPA=18MPa;設(shè)計(jì)舉例解：由圖上查得

（1）中間套管下入深度初選點(diǎn)

由試取D21=3400m，代入上式得：由破裂壓力曲線(xiàn)查得且接近，故確定D21=3400m。解：由圖上查得（2）校核中間套管是否會(huì)被卡

由ρP曲線(xiàn)，鉆進(jìn)到深度D21=3400m時(shí)，

遇到最大地層壓力

因由因ΔP＞ΔPN=12MPa,故中間套管下深應(yīng)淺于初選點(diǎn)。查得=1.435對(duì)應(yīng)D2=3200m。（2）校核中間套管是否會(huì)被卡

（3）確定尾管下深的初選點(diǎn)D31

由ρf曲線(xiàn)查得：由：

試取D31=3900m，得由ρp曲線(xiàn)，故確定初選點(diǎn)D31=3900m.（3）確定尾管下深的初選點(diǎn)D31（4）校核是否會(huì)卡尾管

計(jì)算壓差：

因?yàn)?，故確定尾管下深為D3=D31

=3900m

。（4）校核是否會(huì)卡尾管（5）確定表層套管下深D1

由：試取D1=850m,代入上式計(jì)算得由ρf曲線(xiàn)查得故確定D1=850m。（5）確定表層套管下深D1試取D1=850m,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、套管尺寸等因素有關(guān)，9.5mm～19mm。目前，根據(jù)套管層次不同，已基本形成了較穩(wěn)定的系列。六、套管尺寸和井眼尺寸選擇套管和井眼尺寸確定一般是由內(nèi)到外《完井工程》課件第二章套管柱設(shè)計(jì)第二章套管柱設(shè)計(jì)《完井工程》課件第一節(jié)套管及套管柱一、制成優(yōu)質(zhì)鋼材制成的無(wú)縫管或焊接管二、套管柱的定義及作用1.定義：通常是由同一外徑、相同或不同壁厚、鋼級(jí)的套管用接箍連接而成的管柱2.套管柱作用：套管柱用于封固井壁的裸露巖石第一節(jié)套管及套管柱一、制成二、套管柱的定義及作用2.套管柱三、套管柱分類(lèi)及鋼級(jí)1.套管柱分類(lèi)分API(美國(guó)石油學(xué)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)及非API標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)現(xiàn)用的套管標(biāo)準(zhǔn)與美國(guó)API(美國(guó)石油學(xué)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)似。2.套管柱鋼級(jí)（1）定義：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，即為鋼級(jí)。注意：API標(biāo)準(zhǔn)中不要求套管鋼材的化學(xué)性質(zhì)，但應(yīng)保證鋼材的最小屈服強(qiáng)度，三、套管柱分類(lèi)及鋼級(jí)1.套管柱分類(lèi)2.套管柱鋼級(jí)(2)鋼級(jí)分類(lèi)API標(biāo)準(zhǔn)把套管鋼級(jí)分為：H、J、K、N、C、L、P、Q八種共計(jì)10級(jí)。(2)鋼級(jí)分類(lèi)API標(biāo)準(zhǔn)把套管鋼級(jí)分為：H、J(3)鋼級(jí)的表示表示：字母＋數(shù)碼字母：無(wú)特殊含意。數(shù)碼：最小屈服強(qiáng)度，它的1000倍為最小屈服強(qiáng)度的大?。≒si=lbf/in2）。如：J5555×1000Psi=55×1000×4.45÷0.02542

=379.21MPa1Psi=1lbf/in2=4.45÷0.02542=6894.7（Pa）(3)鋼級(jí)的表示表示：字母＋數(shù)碼(4)鋼級(jí)的種類(lèi)及級(jí)別1）種類(lèi)：八種2）級(jí)別：十個(gè)級(jí)別例外：K－55（5）抗硫套管H-40,J-55,K-55,C-75,L-80,C-90(4)鋼級(jí)的種類(lèi)及級(jí)別1）種類(lèi)：八種例外：K－55（5）抗硫(四)非API套管1.背景：

HTHP井、超深井、水平井、大斜度井、熱采井及腐蝕環(huán)境下的油氣井的出現(xiàn)。2.特點(diǎn)：品種多，能滿(mǎn)足不同類(lèi)型條件要求。螺紋連接效率高，密封結(jié)構(gòu)優(yōu)良。(四)非API套管1.背景：2.特點(diǎn)：（五)套管尺寸套管外徑：1.常用范圍：2.套管壁厚：（1）同一外徑，有多種壁厚。（五)套管尺寸套管外徑：2.套管壁厚：2.壁厚范圍在5.21～16.13mm3.通常是小直徑的套管璧厚小一些，大直徑套管的壁厚大一些。4.除標(biāo)準(zhǔn)的鋼級(jí)和壁厚之外，尚有非標(biāo)準(zhǔn)的鋼級(jí)和壁厚存在.2.壁厚范圍在5.21～16.13mm（六）連接螺紋1.螺紋分類(lèi)API標(biāo)準(zhǔn)：短圓（STC）:Shortthreadconnection長(zhǎng)圓（LTC）:Longthreadconnection梯形（BTC）:Buttthreadconnection直連形（XL）:Extremeline（六）連接螺紋1.螺紋分類(lèi)螺紋

（a）（b）（c）

圖API螺紋連接示意圖（a）圓螺紋連接（b）梯形螺紋連接（c）直連型螺紋連接螺紋（a）2.錐度圓螺紋錐度：1：16；螺距：3.175mm(8扣每英寸)。梯形螺紋錐度：1:16(外徑＜16in）

1:12(外徑＞16in)，螺距：5.08mm(5扣每英寸)。2.錐度圓螺紋3.非API標(biāo)準(zhǔn)螺紋1.VAM特殊螺紋：法國(guó)互魯瑞克公司開(kāi)發(fā)2.NSCC特殊螺紋：日本日鐵公司開(kāi)發(fā)3.FOX特殊螺紋:日本川崎公司開(kāi)發(fā)4.NK3SB特殊螺紋：日本NKK公司開(kāi)發(fā)公司開(kāi)發(fā)前三種采用偏梯形扣3.非API標(biāo)準(zhǔn)螺紋1.VAM特殊螺紋：法國(guó)互魯瑞克公司開(kāi)發(fā)第二節(jié)套管柱受力分析套管柱在井內(nèi)所受外載復(fù)雜，不同類(lèi)型的井受力不同，同一口井在不同時(shí)期（下套管、注水泥、后期開(kāi)采等）套管柱受力也不同。一、套管外載總體分類(lèi)

1.靜載；2.動(dòng)載第二節(jié)套管柱受力分析套管柱在井內(nèi)所受外載復(fù)雜，不同類(lèi)型(一)靜載軸向拉力外擠壓力內(nèi)壓力彎曲附加應(yīng)力溫度應(yīng)力(一)靜載軸向拉力(二)動(dòng)載1.起下鉆速度變化產(chǎn)生的動(dòng)載加速上提套管減速下放（剎車(chē)）2.套管阻卡提動(dòng)動(dòng)載3.摩擦動(dòng)載4.注水泥5.碰壓(二)動(dòng)載1.起下鉆速度變化產(chǎn)生的動(dòng)載（三）受力及計(jì)算結(jié)果處理動(dòng)載中大部分力難以精確計(jì)算處理：溫度應(yīng)力較大時(shí)，通過(guò)工藝解決浮力減輕，加大安全系數(shù)?；竞奢d：

1.軸向拉力

2.外擠壓力

3.內(nèi)壓力（三）受力及計(jì)算結(jié)果處理動(dòng)載中大部分力難以精確計(jì)算二、軸向拉力及套管抗拉強(qiáng)度1.軸向拉力1）套管自重引起的拉力Ft式中:

qi─套管線(xiàn)重，N/m；

Li─套管長(zhǎng)度，m;

Ft─套管承受軸向拉力，kN。二、軸向拉力及套管抗拉強(qiáng)度1.軸向拉力式中:2）考慮浮力時(shí)套管自重所產(chǎn)生的軸向拉力式中：ρd－鉆井液密度，；

ρs

－套管鋼材密度，。

q－套管單位長(zhǎng)度的名義重力，N/m；

Li－套管長(zhǎng)度，m；

Fm－套管在鉆井液中的軸向拉力，kN。2）考慮浮力時(shí)套管自重所產(chǎn)生的軸向拉力式中：ρd－鉆井液密度:浮力系數(shù)，其大小計(jì)算式為：qm:單位長(zhǎng)度浮重。注意：雖說(shuō)泥漿浮力有減輕套管自重的作用，但由于套管與井壁之間有摩擦力的作用，一般不考慮在鉆井液中的浮力減輕作用，通常是用套管在空氣中的重力來(lái)考慮軸向拉力，認(rèn)為浮力被套管柱與井壁的摩擦力所抵消。但在考慮套管雙向應(yīng)力下的抗擠壓強(qiáng)度時(shí)采用浮力減輕下的套管重力。:浮力系數(shù)，其大小計(jì)算式為：qm:單位長(zhǎng)度浮重。注意：雖說(shuō)泥3）套管彎曲引起的附加拉力Fbd當(dāng)套管隨井眼彎曲時(shí)，由于套管的彎曲變形增大了套管的拉力載荷，當(dāng)彎曲的角度及彎曲變化率不太大時(shí)，可用簡(jiǎn)化經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算彎曲引起的附加力。dco—套管外徑，cm；Ac—套管截面積，cm2

；

θ—每25m井斜角的變化，°/25m

定向井、水平井及大狗腿直井中，應(yīng)考慮彎曲附加拉力。3）套管彎曲引起的附加拉力Fbd當(dāng)套管隨井眼彎曲時(shí)，由4）套管內(nèi)注入水泥引起的套管柱附加應(yīng)力

在注入水泥漿時(shí)，當(dāng)水泥漿量較大，水泥漿與管外液體密度相差較大，水泥漿末返出套管底部時(shí)，管內(nèi)液體較重，將使套管產(chǎn)生一個(gè)拉應(yīng)力，可近似按下式計(jì)算：Fc－注水泥時(shí)產(chǎn)生的附加軸向拉力，KNh—管內(nèi)水泥漿高，m；ρm—水泥漿密度，g/cm3；ρd—鉆井液的密度，g/cm3；dcin—套管內(nèi)徑，cm。4）套管內(nèi)注入水泥引起的套管柱附加應(yīng)力在注入水泥漿時(shí)，2.軸向拉力作用下的套管強(qiáng)度套管柱受軸向拉力一般為井口處最大，是危險(xiǎn)截面。1）套管柱受拉應(yīng)力引起的破壞形式有兩種：

a.套管本體被拉斷（拉力小于絲扣連接強(qiáng)度，大于本體強(qiáng)度)；

b.螺紋處滑脫，稱(chēng)為滑扣（threadslipping）

(拉力大于絲扣連接強(qiáng)度，小于本體強(qiáng)度）。2.軸向拉力作用下的套管強(qiáng)度套管柱受軸向拉力一般為井口處2）失效統(tǒng)計(jì)經(jīng)大量的室內(nèi)研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，套管在受到拉應(yīng)力時(shí)，螺紋處滑脫比本體拉斷的情況為多，尤其是使用最常見(jiàn)的圓扣套管時(shí)更是如此。

圓扣套管的螺紋滑脫負(fù)荷比套管本體的屈服拉力要小，因此在套管使用中給出了各種套管的滑扣負(fù)荷，通常是用螺紋滑脫時(shí)的總拉力（kN）來(lái)表示。在設(shè)計(jì)中可以直接從有關(guān)套管手冊(cè)中查用。2）失效統(tǒng)計(jì)經(jīng)大量的室內(nèi)研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，套管在受到拉3）滑扣原理

在下部套管柱自重（T）作用下，通過(guò)絲扣斜面把下部載荷（T）傳遞到上部套管上，在每個(gè)絲扣的斜面上的載荷，在徑向產(chǎn)生一個(gè)水平分力，這個(gè)徑向分力將使管徑縮小，接箍脹大，當(dāng)載荷增大到某一定值（滑脫負(fù)荷），套管就從接箍中滑脫出來(lái)。3）滑扣原理在下部套管柱自重（T）作用下，通脫扣分析接箍套管脫扣分析接箍套管4)套管抗拉強(qiáng)度a.套管抗拉強(qiáng)度套管在拉伸條件下抵抗失效能力的大小，套管抗拉強(qiáng)度按套管螺紋連接強(qiáng)度計(jì)算b.抗拉安全系數(shù)St

套管理論上能承受的最大拉力(接頭抗拉強(qiáng)度)與計(jì)算點(diǎn)以下井段套管在空氣中重力之比，即：

St=[Ft]/Ft4)套管抗拉強(qiáng)度a.套管抗拉強(qiáng)度b.抗拉安全系數(shù)StSt－安全系數(shù)，1.6～2.0之間，常取1.8[Ft]—套管理論上能承受的最大拉力，kN；

Ft—計(jì)算點(diǎn)以下井段套管在空氣中重力，kN；St－安全系數(shù)，1.6～2.0之間，常取1.8三、套管外擠壓力pc及抗擠強(qiáng)度1.來(lái)源

a.套管外流體；

b.地層中流體；

c.高塑性巖石，其壓力梯度為23－27kPa/m;

d.其它作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的壓力，擠水泥、壓裂。三、套管外擠壓力pc及抗擠強(qiáng)度1.來(lái)源2.套管承受外擠壓力計(jì)算

1）API常規(guī)套管柱設(shè)計(jì)中外擠壓力計(jì)算極端情況：全掏空，即Casing內(nèi)沒(méi)有液柱poc－外擠壓力,kPa；ρd－Casing外鉆井液的密度，g/cm3；H－計(jì)算點(diǎn)井深，m。2.套管承受外擠壓力計(jì)算poc－外擠壓力,kPa；2）特殊情況下套管柱設(shè)計(jì)中外擠壓力計(jì)算（1）特殊情況：坍塌、膨脹縮徑、滑移、地層蠕動(dòng)。（2）計(jì)算：管內(nèi)全掏空，管外以上覆巖層壓力計(jì)算。poc－外擠壓力,kPa；Go－上覆巖層壓力梯度，23-27kPa/m；ρrk－Casing外鉆井液的密度，g/cm3；H－計(jì)算點(diǎn)井深，m。2）特殊情況下套管柱設(shè)計(jì)中外擠壓力計(jì)算poc－外擠壓總結(jié)外擠壓力自上而下逐漸增大?？偨Y(jié)外擠壓力自上而下逐漸增大。3.套管抗擠強(qiáng)度1）失效形式套管受外擠作用時(shí)，其破壞形式主要是

a.強(qiáng)度破壞（小直徑和小壁厚的套管容易發(fā)生強(qiáng)度破壞）。

b.喪失穩(wěn)定性.

喪失穩(wěn)定性的形式主要是在壓力作用下失圓、擠扁：3.套管抗擠強(qiáng)度1）失效形式失效圖失效圖2）Casing抗擠強(qiáng)度、抗擠安全系數(shù)（1）抗擠強(qiáng)度套管抵抗外擠壓力破壞的能力。（2）抗擠安全系數(shù)ScSc=[pc]/poc[pc]：理論上能承受的最大外擠壓力；Sc：抗擠安全系數(shù)，1.0～1.25，常取1.0。2）Casing抗擠強(qiáng)度、抗擠安全系數(shù)（1）抗擠強(qiáng)度4.有軸向力時(shí)的抗擠強(qiáng)度1）問(wèn)題的提出在實(shí)際應(yīng)用中，套管是處于雙向應(yīng)力的作用，即在軸向上套管承受有下部套管的拉應(yīng)力，在徑向上存在有套管內(nèi)的壓力或管外液體的外擠壓力。由于軸向拉力的存在，使套管承受內(nèi)壓或外擠的能力會(huì)發(fā)生變化。2）套管抗內(nèi)壓或抗外擠強(qiáng)度分析4.有軸向力時(shí)的抗擠強(qiáng)度1）問(wèn)題的提出2）套管抗內(nèi)壓或抗外擠強(qiáng)度分析設(shè)軸向力為σz，由poc或pi引起套管周向應(yīng)力為σt(tangential)，徑向力為σr(radial)，套管內(nèi)微小單元，外載作用下產(chǎn)生三向應(yīng)力，σz，σt，σr2）套管抗內(nèi)壓或抗外擠強(qiáng)度分析設(shè)軸向力為σz，由poc或pi

在外壓力與軸向力或內(nèi)壓力與軸向力作用下，管柱內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)為三向應(yīng)力狀態(tài)，三個(gè)主應(yīng)力分別為軸向應(yīng)力、周向應(yīng)力和徑向應(yīng)力：根據(jù)第四強(qiáng)度理論，可得套管在多向應(yīng)力下的強(qiáng)度條件為：

c

s第四強(qiáng)度理論變?yōu)椋?/p>

方程反映了材料屈服強(qiáng)度不變的條件下，各應(yīng)力之間的關(guān)系二、套管強(qiáng)度在外壓力與軸向力或內(nèi)壓力與軸向力作用下，管柱內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)由于套管為薄壁或中厚壁管，在這三個(gè)應(yīng)力中，r<<t,故在上面方程中忽略其影響后可得出方程：

式中，z/s和t/s分別表示軸向應(yīng)力和周向應(yīng)力在屈服應(yīng)力中占的比例。二、套管強(qiáng)度由于套管為薄壁或中厚壁管，在這三個(gè)應(yīng)力中，r<<t,用σz/σs的百分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)，用σt/σs的百分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)，可繪出如圖所示的橢圓圖，稱(chēng)為雙向應(yīng)力橢圓圖

z為正：受拉z為負(fù)：受壓t為正：內(nèi)壓t為負(fù)：外擠t/sz/

s1234用σz/σs的百分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)，用σt/σs的百分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)，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)度橢圓圖上,百分比為縱坐標(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:?

第一象限:

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:

軸向壓應(yīng)力與外擠壓力聯(lián)合作用軸向受壓抗外擠強(qiáng)度增加.?

第四象限:軸向拉應(yīng)力與外擠壓力聯(lián)合作用軸向拉力抗外擠強(qiáng)度降低（需考慮）橢圓圖上,百分比為縱坐標(biāo),百?gòu)脑摍E圓中，可看出z與t的變化關(guān)系為象限z/s

t/s

載荷狀態(tài) 影響

Ⅰ >0 >0 拉伸－內(nèi)壓z，t Ⅱ <0 >0 壓縮－內(nèi)壓z，t Ⅲ <0 <0 壓縮－外擠z，t Ⅳ >0 <0 拉伸－外擠z，t

對(duì)IV象限，表明軸向拉伸對(duì)套管的抗擠能力有影響。二、套管強(qiáng)度軸向拉力作用下對(duì)套管抗擠強(qiáng)度的影響有多大？？從該橢圓中，可看出z與t的變化關(guān)系為對(duì)I

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)σZ=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考慮軸向拉力影響時(shí)的抗外擠強(qiáng)度公式PCC的推導(dǎo):由雙向pcc－存在軸向拉力時(shí)的抗外擠強(qiáng)度，MPa；pc－不存在軸向拉力時(shí)的抗外擠強(qiáng)度，MPa。其中pc及Fs均可由套管手冊(cè)查出，該公式在的范圍內(nèi)計(jì)算誤差與理論計(jì)算值相比在2％以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足工程需要。pcc－存在軸向拉力時(shí)的抗外擠強(qiáng)度，MPa；四、套管內(nèi)壓力pi及抗內(nèi)壓強(qiáng)度1.來(lái)源

a.地層流體(油、氣、水)進(jìn)入套管產(chǎn)生的壓力

b.生產(chǎn)中特殊作業(yè)(酸化、壓裂、注水)時(shí)的外來(lái)壓力。在一個(gè)新地區(qū)，由于在鉆開(kāi)地層之前，地層壓力是難以確定的，故內(nèi)壓力也是難以確定的。對(duì)已探明的油區(qū)，地層壓力可參考鄰井的資料。四、套管內(nèi)壓力pi及抗內(nèi)壓強(qiáng)度1.來(lái)源2.不同工況下內(nèi)壓力計(jì)算1）井口敞開(kāi)，套管內(nèi)壓力等于管內(nèi)流體產(chǎn)生的壓力。pi=9.81ρH=ph2）當(dāng)井涌井口關(guān)閉時(shí)，內(nèi)壓力等于井口壓力與流體壓力之和。pi=ps+ph=ps+9.81ρH2.不同工況下內(nèi)壓力計(jì)算1）井口敞開(kāi)，套管內(nèi)壓力等于管內(nèi)流體3)井口壓力及內(nèi)壓力的確定內(nèi)壓力計(jì)算因套管類(lèi)型不同、井別不同而不同技術(shù)套管井口壓力及內(nèi)壓力的計(jì)算（1）假定套管內(nèi)完全充滿(mǎn)天然氣，則井口處的內(nèi)壓力近似為：3)井口壓力及內(nèi)壓力的確定內(nèi)壓力計(jì)算因套管類(lèi)型不同、井別不《完井工程》課件(2)井涌關(guān)井后既有mud又有g(shù)as[1]井口壓力pspk:井涌處流體所具有的壓強(qiáng)；Ts:井口溫度；ΔT：地溫梯度，℃/100m;[2]任一井深處（Hi）的內(nèi)壓力等于井口壓力與該點(diǎn)以上鉆井液液柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng)。(2)井涌關(guān)井后既有mud又有g(shù)as[1]井口壓力pspk:Vk－侵入井內(nèi)氣體的體積，經(jīng)驗(yàn)值，m3CF－環(huán)空比容，1m3氣體在環(huán)空中當(dāng)量高度，m/m3。如果Hi<VkCF，有：pi=ps。以上計(jì)算前提是井內(nèi)壓強(qiáng)尤其是套管鞋處壓強(qiáng)小于地層破裂壓力。如果地層被壓裂，部分鉆井液進(jìn)入地層，管口氣體膨脹到VK′,氣體壓力下降為ps′那么井內(nèi)任一點(diǎn)的壓強(qiáng)為：Vk－侵入井內(nèi)氣體的體積，經(jīng)驗(yàn)值，m3《完井工程》課件

(3)以井口防噴裝置（防噴器及壓井管線(xiàn)等）的承壓能力為井口壓力。(3)以井口防噴裝置（防噴器及壓井管線(xiàn)等）的承壓能力為（4）以套管鞋處的地層破裂壓力值決定井口內(nèi)壓力式中：

Df－井深，m；

pi－井口內(nèi)壓力，MPa；

Gf－套管鞋處地層破裂壓力梯度，MPa/m；

ΔGf

－附加系數(shù)，一般取1.2kPa/m。（4）以套管鞋處的地層破裂壓力值決定井口內(nèi)壓力式中：內(nèi)壓力計(jì)算選用對(duì)于探井，用方法3來(lái)確定井口壓力，因pp及pf未知。對(duì)于老井，pp可參照鄰井，內(nèi)壓力可按方法1或2來(lái)確定內(nèi)壓力計(jì)算選用對(duì)于探井，用方法3來(lái)確定井口壓力，因pp及生產(chǎn)套管與完井方式有關(guān)，典型的完井方式是：生產(chǎn)套管和油層套管底部環(huán)空用封隔器封隔，封隔器上部環(huán)空充滿(mǎn)完井液，利用油管生產(chǎn)。受內(nèi)壓最嚴(yán)重情況如下：油管接頭泄漏，氣體油螺紋裂縫進(jìn)入環(huán)空，在環(huán)空封閉時(shí)，氣體運(yùn)行到井口仍保持氣體在井底的原有壓力，此時(shí)環(huán)空底部?jī)?nèi)壓力為：生產(chǎn)套管與完井方式有關(guān)，典型的完井方式是：生產(chǎn)套管和油層套管(四）抗內(nèi)壓強(qiáng)度1.失效形式套管受內(nèi)壓力作用時(shí)，其破壞形式主要是

a.Casing爆裂；

b.螺紋連接處密封失效。2.失效受力比較螺紋密封失效壓力比爆裂壓力小，但其難以計(jì)算，可通過(guò)采用優(yōu)質(zhì)潤(rùn)滑密封油脂涂在螺紋處，并按規(guī)定力矩上緊螺紋。(四）抗內(nèi)壓強(qiáng)度1.失效形式3.抗內(nèi)壓安全系數(shù)SiSi＝[pi]/piSi：1.1～1.3之間，通常采用1.1。3.抗內(nèi)壓安全系數(shù)SiSi＝[pi]/pi第三節(jié)套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)一、套管強(qiáng)度設(shè)計(jì)原則安全經(jīng)濟(jì)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，在任何危險(xiǎn)截面上都應(yīng)滿(mǎn)足下式：套管強(qiáng)度>外載×安全系數(shù)?應(yīng)滿(mǎn)足鉆井作業(yè)、油氣開(kāi)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)性要好選好安全系數(shù)、采用復(fù)合套管等。第三節(jié)套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)一、套管強(qiáng)度設(shè)計(jì)原則受力不等采用復(fù)合套管受力不等采用復(fù)合套管二、設(shè)計(jì)方法

(一)方法種類(lèi)各國(guó)根據(jù)各自的條件都規(guī)定了自己的套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，最常見(jiàn)的有：

1.等安全系數(shù)法

2.邊界載荷法

3.最大載荷法

4.AMOCO法

5.西德BEB方法

6.前蘇聯(lián)的方法等。二、設(shè)計(jì)方法（二）常用套管柱設(shè)計(jì)方法

1.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(mǎn)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。

（二）常用套管柱設(shè)計(jì)方法三、各層套管柱的設(shè)計(jì)特點(diǎn)1.表層套管：表層套管是為鞏固地表疏松層并為了安裝井口防噴裝置而下入的一層套管。表層套管還要承受下部各層套管的部分重量。因此，表層套管的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是要承受井下氣侵或井噴時(shí)的地層壓力，套管在設(shè)計(jì)中主要考慮抗內(nèi)壓力，防止在關(guān)井時(shí)，套管承受高壓而被壓爆裂。主要考慮內(nèi)壓載荷；?三、各層套管柱的設(shè)計(jì)特點(diǎn)1.表層套管：2.技術(shù)套管設(shè)計(jì)特點(diǎn)

技術(shù)套管是為封隔復(fù)雜地層而下入的，在后續(xù)的鉆進(jìn)中要承受井噴時(shí)的內(nèi)壓力和鉆具的碰撞和磨損。技術(shù)套管的設(shè)計(jì)持點(diǎn)是既要有較高的抗內(nèi)壓強(qiáng)度，又要有抗鉆具沖擊磨損的能力。2.技術(shù)套管設(shè)計(jì)特點(diǎn)3.油層套管設(shè)計(jì)特點(diǎn)油層套管是在油、氣井中最后下入的，并在其中下入油管，用于采油生產(chǎn)的—層套管。由于該套管下入深度較大，抗外擠是下部套管應(yīng)考慮的重點(diǎn)。該層套管應(yīng)按其可能在生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題分別考慮，如有的井是用來(lái)注水的，有的在采油中要進(jìn)行壓裂或酸化等，套管內(nèi)也可能承受較大內(nèi)壓力，對(duì)這種井的油層套管應(yīng)嚴(yán)格校核抗內(nèi)壓強(qiáng)度。有的主要是注熱蒸汽等進(jìn)行熱力開(kāi)采，套管長(zhǎng)期受熱力作用會(huì)膨脹，引起較大的壓應(yīng)力，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮施加預(yù)拉應(yīng)力時(shí)的拉力安全系數(shù)等。3.油層套管設(shè)計(jì)特點(diǎn)油層套管是在油、氣井中最后下入的，并四、套管柱設(shè)計(jì)的等安全系數(shù)法（一）特點(diǎn)：安全、簡(jiǎn)單、可靠（使用時(shí)間久）四、套管柱設(shè)計(jì)的等安全系數(shù)法（一）特點(diǎn)：安全、簡(jiǎn)單、可靠（使受力圖在不同的井段，套管柱應(yīng)當(dāng)有不同的強(qiáng)度。為什么？在設(shè)計(jì)中為了達(dá)到即經(jīng)濟(jì)又安全的原則，設(shè)計(jì)出的套管柱是由不同鋼級(jí)及不同壁厚的套管組成。受力圖在不同的井段，套管柱應(yīng)當(dāng)有不同的強(qiáng)度。（二）基本設(shè)計(jì)思路⑴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⑵下部套管段按抗擠設(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)⑶水泥面以上套管強(qiáng)度考慮雙向應(yīng)力影響⑷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。（二）基本設(shè)計(jì)思路⑴計(jì)算可能出現(xiàn)最大內(nèi)壓力，篩選符合抗內(nèi)(三)等安全系數(shù)法設(shè)計(jì)具體方法和步驟1.搜集資料，掌握已知條件套管尺寸和下入深度、安全系數(shù)、泥漿密度、水泥返高、套管強(qiáng)度性能表、鄰井pp

及pf、孔隙介質(zhì)特性（H2S、CO2、是否高壓)、地層復(fù)雜情況等。2.確定安全系數(shù)Sc=1.0,Si=1.1,St=1.83.計(jì)算本井所能出現(xiàn)的最大內(nèi)壓值，篩選套管。如果是一般的井，可以在套管全部設(shè)計(jì)完后進(jìn)行抗內(nèi)壓校核。(三)等安全系數(shù)法設(shè)計(jì)具體方法和步驟1.搜集資料，掌握已知條4.按全井的最大外擠載荷初選第一段套管。最大外擠載荷可按下式計(jì)算5.確定第二段套管可下深度和第一段套管的使用長(zhǎng)度，校核第一段套管的抗拉強(qiáng)度。第二段套管可選擇壁厚或鋼級(jí)低一級(jí)(也可二者都低～即抗擠強(qiáng)度小一級(jí))的套管為第二段套管。按抗擠確定下深。4.按全井的最大外擠載荷初選第一段套管。最大外擠載荷可按下式確定第一段套管的許用長(zhǎng)度L1為：根據(jù)第一段的長(zhǎng)度計(jì)算出該段套管在空氣中的重力為L(zhǎng)1×q1，校核該段套管頂部的抗拉安全系數(shù)St1≥1.8。確定第一段套管的許用長(zhǎng)度L1為：根據(jù)第一段的長(zhǎng)度計(jì)算出該段6.當(dāng)按抗擠強(qiáng)度設(shè)計(jì)的套管柱超過(guò)水泥面或中性點(diǎn)（由于泥漿浮力使套管柱中不受軸向力的截面）時(shí)，應(yīng)考慮下部套管的浮重引起的抗擠強(qiáng)度的降低，可按雙向應(yīng)力設(shè)計(jì)套管柱。7.計(jì)算軸向拉力，按抗拉設(shè)計(jì)確定上部各段套管。8.抗內(nèi)壓安全系數(shù)校核。6.當(dāng)按抗擠強(qiáng)度設(shè)計(jì)的套管柱超過(guò)水泥面或中性點(diǎn)（由于泥漿浮力《完井工程》課件(四)設(shè)計(jì)步驟具體實(shí)例(四)設(shè)計(jì)步驟具體實(shí)例某井177.8mm(7″)油層套管下至3500m，下套管時(shí)的鉆井液密度為1.30g/cm3，水泥返至2800m,預(yù)計(jì)井內(nèi)最大內(nèi)壓力35MPa，試設(shè)計(jì)該套管柱(規(guī)定最小段長(zhǎng)500m)

解：規(guī)定的安全系數(shù)：Sc=1.0,Si=1.1,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)度篩選套管：

C-75,L-80,N-80,C-90,C-95,P-110

按成本排序：

N-80<C-75<L-80<C-90<C-95<P-110某井177.8mm(7″)油層套管下至3500m，下套管按抗擠設(shè)計(jì)下部套管段，水泥面以上雙向應(yīng)力校核

1）計(jì)算最大外擠壓力，選擇第一段套管

=44635.5×1.0＝44635.5(kPa)查表：按抗擠設(shè)計(jì)下部套管段，水泥面以上雙向應(yīng)力校核取D2=2900m

2）選擇第二段套管

選低一級(jí)套管，校核第一段抗拉強(qiáng)度查表：

第二段套管可下深度D2，第一段套管長(zhǎng)度L1取D2=2900m2）選擇第二段套管

?雙向應(yīng)力強(qiáng)度校核，最終確定D2

和L1D2=2900m＞2800m,超過(guò)水泥面，考慮雙向應(yīng)力危險(xiǎn)截面：水泥面2800m處不安全290028003500?雙向應(yīng)力強(qiáng)度校核，最終確定D2和L1不安全29002解決辦法：將第一段套管向上延伸至水泥面以上。預(yù)定D2=2700m。L1=800m；重新雙向應(yīng)力強(qiáng)度校核：（按以上同樣方法）解決辦法：將第一段套管向上延伸至水泥面以上。

校核改變長(zhǎng)度套管1抗外擠強(qiáng)度：危險(xiǎn)截面2800m處。Sc1=1.31>1.0安全校核改變長(zhǎng)度套管1抗外擠強(qiáng)度：套管2：危險(xiǎn)截面2700m處，Sc=1.03>1.0安全套管2危險(xiǎn)截面:2700m處套管2：危險(xiǎn)截面2700m處，Sc=1.03>安全?計(jì)算套管抗拉安全系數(shù)

最終結(jié)果：D2=2700m；L1=800m3）選擇第三段套管，確定第二段套管長(zhǎng)度L2?查表：安全?計(jì)算套管抗拉安全系數(shù)最終結(jié)果：D2=27?考慮雙向應(yīng)力影響，確定第三段套管可下深度：取D3=1700m,計(jì)算得Sc=1.03安全D3=1756m?考慮雙向應(yīng)力影響，確定第三段套管可下深度：取D3=計(jì)算第二段頂部的抗拉安全系數(shù)安全最終結(jié)果D3=1700m,L2=1000m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

上部1700m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)?。篖3=1100m,則

上部1700m處套管需進(jìn)行設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)為抗拉設(shè)計(jì)2）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2）確定第四段套管使用長(zhǎng)度?計(jì)算第四段套管許用長(zhǎng)度L4:

實(shí)際距井口還有600m,取L4=600m;?校核第四段下部的抗擠強(qiáng)度：安全?最終結(jié)果：L4=600m,D4=600m?計(jì)算第四段套管許用長(zhǎng)度L4:安全?最終結(jié)果：L最終設(shè)計(jì)結(jié)果最終設(shè)計(jì)結(jié)果井口壓力及套管柱設(shè)計(jì)例題某井在直徑為0.4445mm的井中下入直徑為0.3397mm表層套管120m，下表套時(shí)鉆井液密度為1.15g/cm3。其后，用直徑為0.311mm鉆頭和0.127mm鉆桿鉆至2439m，下入直徑為0.2445mm中間套管，管鞋處深度為2439m，水泥面深度100m，后用直徑為0.2159mm鉆頭和0.127mm鉆桿繼續(xù)鉆進(jìn)至3658m產(chǎn)層，鉆井液密度增至1.62g/cm3，下0.1778mm生產(chǎn)套管。根據(jù)該地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，在3658m附近會(huì)產(chǎn)生井涌，氣層壓力為4.65×104kPa，氣體侵入量為7.948m3，井涌時(shí)地面鉆井液溫度為38℃，地溫梯度為2.91℃/100m，另在2439處鉆井液密度1.2g/cm3

，地層流體密度1.0782g/cm3

，地層破裂壓力（中間套管管鞋）為3.86×104kPa（破裂壓力梯度為15.83kPa/m），地層氣體中含少量H2S。試計(jì)算中間套管在幾種情況下的內(nèi)壓力井口壓力及套管柱設(shè)計(jì)例題某井在直徑為0.4445mm的井中下

解：

一：氣體充滿(mǎn)全部環(huán)空

1.井口：

2.管鞋處：

解：

一：氣體充滿(mǎn)全部環(huán)空

1.井口：

2.管鞋處：初選套管鋼級(jí)壁厚螺紋抗內(nèi)壓強(qiáng)度C-75

11.99

LTC

44402kPaL-80

11.05

LTC

43644kPaN-75

11.05

LTC

43644kPa初選套管鋼級(jí)壁厚螺紋抗內(nèi)壓強(qiáng)度C-75(11.99)性能鋼級(jí)壁厚螺紋抗內(nèi)壓強(qiáng)度C-75

11.99

LTC

44402(kPa)抗外擠強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度平均線(xiàn)重31785(kPa)3789.9(kN)

685.9(N/m)C-75(11.99)性能鋼級(jí)壁厚螺紋抗C-75(11.05)性能鋼級(jí)壁厚螺紋抗內(nèi)壓強(qiáng)度C-75

11.05

LTC

40886(kPa)抗外擠強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度平均線(xiàn)重25717(kPa)3451.8(kN)

634.8(N/m)C-75(11.05)性能鋼級(jí)壁厚螺紋抗C-75(10.03)性能鋼級(jí)壁厚螺紋抗內(nèi)壓強(qiáng)度C-75

10.03

LTC

37163(kPa)抗外擠強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度平均線(xiàn)重20615(kPa)

3087.1(kN)

583.8(N/m)C-75(10.03)性能鋼級(jí)壁厚螺紋抗設(shè)計(jì)結(jié)果段號(hào)井深段長(zhǎng)鋼級(jí)壁厚螺紋ST

ScSI

10-280280C-7510.03

LTC

2.32

6.261.122280-18001520C-7511.05

LTC

2.96

1.211.10731800-2439639C-7511.95

LTC

20.281.1071.107設(shè)計(jì)結(jié)果段號(hào)井深段長(zhǎng)鋼級(jí)壁厚螺紋STSc第三章注水泥技術(shù)§1油井水泥第三章注水泥技術(shù)§1油井水泥§1油井水泥§1油井水泥基本概念回顧注水泥在地面上將水泥漿通過(guò)套管柱注入到井眼與套管柱之間環(huán)形空間中，將套管柱與井壁巖石牢固地固結(jié)的過(guò)程。固井目的：

1.將油、氣、水層及復(fù)雜地層封固起來(lái)以利于進(jìn)一步開(kāi)采或鉆進(jìn)。

2.固定套管?；靖拍罨仡欁⑺嘧⑺喾椒?.常規(guī)注水泥方法2.雙級(jí)或多級(jí)注水泥方法3.內(nèi)管法4.反循環(huán)注水泥方法5.延遲凝固注水泥方法注水泥方法1.常規(guī)注水泥方法一、基本概念1.油井水泥硅酸鹽水泥中的一種，經(jīng)特殊加工適用于油、氣井固井專(zhuān)用的水泥。2.水泥漿干水泥與水混合后（經(jīng)常還要加入外加劑）形成的均質(zhì)漿體。3.水泥石（水泥漿凝結(jié)硬化后的產(chǎn)物）水泥漿由液態(tài)變成固態(tài),形成具有一定強(qiáng)度的固體狀物質(zhì)。一、基本概念1.油井水泥二、對(duì)油井水泥的基本要求(重點(diǎn))1.水泥漿應(yīng)能與外加劑配合，可調(diào)節(jié)各種性能；2.水泥漿具有良好的流動(dòng)性，該性能從配制開(kāi)始到注入套管被頂替到環(huán)空內(nèi)一段時(shí)間內(nèi)始終保持；3.水泥漿在井下的溫度及壓力條件下保持穩(wěn)定性;4.水泥漿在規(guī)定時(shí)間內(nèi)凝固并達(dá)到一定的強(qiáng)度；5.形成水泥石應(yīng)有很低的滲透性能等。二、對(duì)油井水泥的基本要求(重點(diǎn))1.水泥漿應(yīng)能與外加劑配合，三、水泥礦物成分(重點(diǎn))分子式水化反應(yīng)速度含量范圍對(duì)早期強(qiáng)度的影響對(duì)最終強(qiáng)度的影響其它貢獻(xiàn)3CaOSiO2（C3S）中(40-65)%較大較大2CaOSiO2（C2S）慢(24-30)%不大較大3CaOAl2O3（C3A）快較大不大①4CaOAl2O3Fe2O3（C4AF）慢次快(8-12)%不大次之不大②三、水泥礦物成分(重點(diǎn))分子式水化反應(yīng)速度含量對(duì)早期強(qiáng)度的影①3CaOSiO2（簡(jiǎn)寫(xiě)C3S）：(40-65)%

高早強(qiáng)水泥：(60-65)%

緩凝水泥：(40-45)%

②2CaOSiO2（C2S）:(24-30)%③3CaOAl2O3（C3A）:

抗硫酸鹽水泥：3%以下(因?qū)α蛩猁}敏感)。較高早強(qiáng)度水泥：15%④4CaOAl2O3Fe2O3（C4AF）:(8-12)%各礦物成分含量①3CaOSiO2（簡(jiǎn)寫(xiě)C3S）：(40-65)%各礦物附加作用C3A：決定水泥漿初凝、稠化時(shí)間；對(duì)流變性能有影響對(duì)硫酸鹽極為敏感。C4AF：降低水泥燒結(jié)溫度附加作用C3A：決定水泥漿初凝、稠化時(shí)間；四、水泥凝結(jié)與硬化

（一）水泥的水化反應(yīng)1）C3S的水化反應(yīng)

3CaOSiO2+2H2O→2CaOSiO2H2O+Ca(OH)22）C2S、C3A及C4AF的水化反應(yīng)

2CaOSiO2+H2O→2CaOSiO2H2O3CaOAl2O3+6H2O→3CaOAl2O36H2O

4CaOAl2O3Fe2O3+6H2O→3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O3）水化的C3A與二水石膏的水化反應(yīng)

3CaOAl2O36H2O+3(CaSO42H2O)+20H2O→3CaOAl2O33CaSO432H2O四、水泥凝結(jié)與硬化

（一）水泥的水化反應(yīng)1）C3S的水化反應(yīng)水化產(chǎn)物

水化產(chǎn)物：氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣、水化硫鋁酸鈣。氫氧化鈣：析出為巨大的晶體水化硫鋁酸鈣：較小晶體水化鋁酸鈣：更小晶體狀態(tài)含水硅酸鈣和含水鐵酸鈣：無(wú)定形體呈膠體狀態(tài)。水化硅酸鈣凝膠為纖維狀薄片，從礦物顆粒上向外伸展出去，逐漸形成一連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與水化硫鋁酸鈣、氫氧化鈣等晶體互相穿插，填充于水泥顆粒的空間，增加它們之間的粘結(jié)，使水泥強(qiáng)度不斷提高。

水化產(chǎn)物水化產(chǎn)物：氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、（二）水泥凝結(jié)與硬化理論

1.基本概念1）水泥凝結(jié)與硬化：水泥與水混合后，迅速與水發(fā)生水化反應(yīng)，生成各種水化產(chǎn)物。水泥漿逐漸由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)，即為水泥的凝結(jié)與硬化2）水泥石：水泥與水混合后，迅速與水發(fā)生水化反應(yīng)，生成各種水化產(chǎn)物。水泥漿逐漸由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)，形成具有一定強(qiáng)度的固體狀物質(zhì)，即水泥石。3）水泥環(huán)：在井下環(huán)形空間中的水泥石。（二）水泥凝結(jié)與硬化理論

1.基本概念1）水泥凝結(jié)與硬化：水2.水泥凝結(jié)與硬化理論1）結(jié)晶理論2）膠體理論3）凝固理論4）凝聚－結(jié)晶理論均不完善，不統(tǒng)一。但凝聚－結(jié)晶理論能較好地解釋固井過(guò)程中發(fā)生的一些重要現(xiàn)象。2.水泥凝結(jié)與硬化理論1）結(jié)晶理論3.凝聚－結(jié)晶理論1）凝聚網(wǎng)(兩種可能)a.水泥水化和分散作用，使水泥在分散介質(zhì)高度分散，表面積劇增，具有較大表面能，有自發(fā)減小的傾向，產(chǎn)生聚結(jié)形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。b.高度分散的膠體粒子（水化鐵酸鈣、水化硅酸鹽、膠體大小的水泥細(xì)顆粒）在布朗運(yùn)動(dòng)作用下產(chǎn)生接觸與碰撞，在一些適當(dāng)接觸點(diǎn)上粘接起來(lái)，由于膠體粒子足夠，形成一個(gè)弱而具有可塑性的凝聚網(wǎng)，水泥漿變稠，直到失去流動(dòng)性。3.凝聚－結(jié)晶理論1）凝聚網(wǎng)(兩種可能)凝聚－結(jié)晶理論（續(xù)）2）結(jié)晶網(wǎng)隨著水泥水化反應(yīng)不斷進(jìn)行，硅酸鹽、鋁酸鹽在過(guò)飽和溶液中以微小晶體析出。此后，聚結(jié)產(chǎn)生結(jié)晶，形成結(jié)晶網(wǎng)。由于微晶直接連接，之間無(wú)液膜，通過(guò)化學(xué)鍵連接，強(qiáng)度比凝聚網(wǎng)強(qiáng)度高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，其結(jié)構(gòu)是不可逆的。凝結(jié)過(guò)程：在凝聚－結(jié)晶網(wǎng)開(kāi)始較弱，且具有觸變性階段。凝結(jié)過(guò)程：結(jié)晶網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)展到不可逆的階段。凝聚－結(jié)晶理論（續(xù)）2）結(jié)晶網(wǎng)水化反應(yīng)說(shuō)明水泥的水化反應(yīng)是一個(gè)不斷進(jìn)行的過(guò)程。隨著水化的不斷進(jìn)行，水泥漿從凝膠態(tài)逐漸向結(jié)晶態(tài)發(fā)展，最后形成硬化的水泥石。水泥水化反應(yīng)是一放熱反應(yīng)，可利用這一特點(diǎn)來(lái)探測(cè)水泥漿在環(huán)形空間內(nèi)上返高度。(重點(diǎn))

水泥在水化過(guò)程中要發(fā)生體積收縮（水化后生成物總體積小于水化前反應(yīng)物的總體積），在一定條件下該體積收縮對(duì)固井質(zhì)量有著重要的影響。(重點(diǎn))

水化反應(yīng)說(shuō)明水泥的水化反應(yīng)是一個(gè)不斷進(jìn)行的過(guò)程。隨著水化

在油氣井固井中，水泥的水化反應(yīng)是在井下一定的溫度、壓力條件下進(jìn)行的。溫度、壓力對(duì)水泥的水化速度有很大的影響，一般隨溫度、壓力的增加，水泥水化速度加快，其中溫度的影響更顯著。正因?yàn)槿绱?，水泥漿的有關(guān)性能一般均是在模擬井下溫度、壓力的情況下測(cè)定的。水化反應(yīng)說(shuō)明(續(xù))在油氣井固井中，水泥的水化反應(yīng)是在井下一定的溫度、壓§2油井水泥分類(lèi)§2油井水泥分類(lèi)一、分類(lèi)背景1.井深不同，從幾百米到幾千米；2.溫度變化；3.壓力變化；4.固井施工時(shí)間不同，從幾十分鐘到幾個(gè)小時(shí)；5.地層流體中硫酸鹽對(duì)水泥石的腐蝕。顯然單一品種油井水泥無(wú)法滿(mǎn)足工程需要。故品種繁多，要進(jìn)行分類(lèi)。以便有多種級(jí)別、類(lèi)型的油井水泥可供選用。一、分類(lèi)背景1.井深不同，從幾百米到幾千米；二、分類(lèi)

1.美國(guó)石油學(xué)會(huì)（API）規(guī)定有8種級(jí)別油氣井水泥，分別是：A、B、C、D、E、F、G、HD:適用深度：1830-3050m2439m:選用之。

2.我國(guó)參照API標(biāo)準(zhǔn)制定了油井水泥分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。即以溫度系列為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分類(lèi)，共四類(lèi)：45℃、75℃、95℃、120℃二、分類(lèi)1.美國(guó)石油學(xué)會(huì)（API）規(guī)定有8種級(jí)別油氣井水API油井水泥使用范圍級(jí)別類(lèi)

型備注普通型中抗硫酸鹽型高抗硫酸鹽型A√——普通水泥B—√√抗硫水泥C√√√具有高早期強(qiáng)度D—√√適于中溫條件E—√√適于高溫條件F—√√適于超高溫條件G—√√基本油井水泥H—√√基本油井水泥API油井水泥使用范圍級(jí)別類(lèi)型備注普通型中抗硫酸鹽型§3油井水泥物理性質(zhì)為了保證施工安全并提高固井質(zhì)量，水泥漿以及最終所形成的水泥石必須滿(mǎn)足一定的性能要求。性能包括：水泥漿密度水泥漿稠化時(shí)間水泥漿失水量水泥漿凝結(jié)時(shí)間水泥石抗壓強(qiáng)度水泥石的腐蝕水泥石滲透率§3油井水泥物理性質(zhì)為了保證施工安全并提高固井質(zhì)量，水一、水泥漿密度(ρsl)（一）水泥漿（重點(diǎn)）水和水泥混合配成的均質(zhì)漿體；（二）良好水泥漿具有的特性（重點(diǎn)）：

1.較好的流動(dòng)性；

2.漿體穩(wěn)定性；

3.較快的早期強(qiáng)度；

4.長(zhǎng)期的穩(wěn)定性，能滿(mǎn)足后期作業(yè)要求。一、水泥漿密度(ρsl)（一）水泥漿（重點(diǎn)）水泥漿密度(要求、測(cè)量)(三)基本要求：注水泥期間既不發(fā)生井漏又不井噴,故密度不能太高，也不能太低。太高：壓漏地層、流動(dòng)性差、混拌泵送困難、壓力高，給施工帶來(lái)隱患。太低：可能發(fā)生井噴，抗壓強(qiáng)度達(dá)不到要求。(四)測(cè)量：用泥漿密度計(jì)（國(guó)外還有加壓密度計(jì)）水泥漿密度(要求、測(cè)量)(三)基本要求：水泥漿密度(因素、水灰比)(五)影響因素：水灰比、外摻料（指密度調(diào)節(jié)劑）用量。(六)水灰比(m)(重點(diǎn))配制水泥漿時(shí)配漿水的重量與干水泥的重量之比。水泥漿密度與水灰比直接相關(guān)，關(guān)系為：水泥漿密度(因素、水灰比)(五)影響因素：水泥漿密度(定量)注意：干水泥的密度為3.05g/cm3～3.2g/cm3，正常水泥漿密度：1.78g/cm3～1.98g/cm3，水灰比約為0.55～0.44。當(dāng)干水泥中所混合的外加劑加量較大、尤其是為了調(diào)節(jié)水泥漿密度摻了加重劑或減輕劑（又稱(chēng)為外摻料）時(shí)，c取水泥和這些外加劑及/或外摻料混合后的固相混合物平均密度。m為水固比。水泥漿密度(定量)注意：二、水泥漿稠化時(shí)間二、水泥漿稠化時(shí)間1.提出背景水泥漿配成后，隨著水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，流動(dòng)性變差，水泥漿流動(dòng)越來(lái)越困難，直到不能被泵入。此時(shí)雖沒(méi)有凝固，但已無(wú)法注入及頂替。因此，注水泥的全過(guò)程必須在稠化以前完成。1.提出背景水泥漿配成后，隨著水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，流動(dòng)性2.定義2.定義：在井下溫度壓力條件下，從給水泥漿加溫加壓時(shí)起至水泥漿稠度達(dá)100Bc（Bc為稠度單位）所經(jīng)歷的時(shí)間稱(chēng)為水泥漿的稠化時(shí)間。

定義：水泥漿從配制開(kāi)始到其稠度達(dá)到其規(guī)定值所用的時(shí)間。API規(guī)定從配制開(kāi)始到水泥漿稠度達(dá)100Bc所用的時(shí)間為水泥漿的稠化時(shí)間。稠度為100BC時(shí)，水泥漿已喪失流動(dòng)性。實(shí)際應(yīng)用取50BC。2.定義2.定義：在井下溫度壓力條件下，從給水