注水泥設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用課件

注水泥設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用注水泥設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用注水泥設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用注水泥設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用注水泥設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用注水泥設(shè)1主要內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容概述設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備注水泥設(shè)計(jì)原則與方法注水泥設(shè)計(jì)步驟注水泥設(shè)計(jì)格式計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件與應(yīng)用2主要內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容概述21、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述基本原則整個(gè)注水泥過(guò)程（包括候凝）環(huán)空壓力處于一個(gè)平衡狀態(tài)；在封固段水泥漿能充分頂替掉泥漿；既不會(huì)壓漏地層，也不使油氣水竄入環(huán)形空間。

31、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述基本原則31、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述注水泥類(lèi)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(shè)計(jì)內(nèi)容概述注水泥類(lèi)型41、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述注水泥主要設(shè)計(jì)內(nèi)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(jìn)行該次注水泥作業(yè)；

③

水泥漿設(shè)計(jì)，如密度、用量、性能與配方等；

④

前置液與后置液設(shè)計(jì)；

51、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述注水泥主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

51、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述注水泥主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

⑤

設(shè)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(chē)的選配等；

⑥

頂替工藝設(shè)計(jì)，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(zhǔn)備，如循環(huán)洗井要求、泥漿性能的調(diào)節(jié)、人員組織與職責(zé)分工等；

⑧

注水泥作業(yè)結(jié)果評(píng)價(jià)，主要指對(duì)整個(gè)施工計(jì)劃實(shí)施過(guò)程的模擬效果分析與實(shí)際施工后的事后評(píng)價(jià)分析兩方面的工作。

61、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述注水泥主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

61、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述注水泥主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

其他內(nèi)容：

對(duì)于整個(gè)固井作業(yè)而言，還應(yīng)進(jìn)行套管強(qiáng)度校核與下套管方面的計(jì)算，這里不再闡述。71、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述注水泥主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

71、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述設(shè)計(jì)過(guò)程:①整理和分析設(shè)計(jì)所需的基本資料；②設(shè)計(jì)總體的注水泥方案；③設(shè)計(jì)施工流體（水泥漿、前置液等），并以化驗(yàn)室實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)最終確定其性能與配方；④設(shè)計(jì)套管附件與注水泥設(shè)備的使用，如扶正器安放位置等；⑤安排詳細(xì)的施工作業(yè)計(jì)劃；

81、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述設(shè)計(jì)過(guò)程:81、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述設(shè)計(jì)過(guò)程:⑥模擬和評(píng)價(jià)整個(gè)施工計(jì)劃的實(shí)施過(guò)程，分析模擬注水泥效果；⑦根據(jù)模擬情況進(jìn)一步調(diào)整施工參數(shù)和施工流體性能；⑧實(shí)施注水泥作業(yè)；⑨分析評(píng)價(jià)作業(yè)結(jié)果。91、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述設(shè)計(jì)過(guò)程:92、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備1）工程設(shè)計(jì)要求：

指鉆井、地質(zhì)和開(kāi)發(fā)上對(duì)注水泥作業(yè)的要求。這是注水泥的目標(biāo)參數(shù)，必須保證整個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足這些參數(shù)的要求。 水泥返深 需封固的產(chǎn)層頂部與底部深度 阻流環(huán)位置（水泥塞長(zhǎng)度） 候凝時(shí)間 水泥環(huán)封固質(zhì)量 水泥石性能等 特殊要求：如對(duì)熱采井而言，需要求水泥石在高溫下無(wú)強(qiáng)度衰減等。102、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備1）工程設(shè)計(jì)要求：102、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)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(chǎn)層情況，這些情況在設(shè)計(jì)水泥漿密度、注水泥方式、水泥漿體系以及頂替參數(shù)時(shí)都有重要的作用。

112、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料112、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料（１）溫度數(shù)據(jù)

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(duì)外加劑加量 對(duì)水泥石強(qiáng)度122、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料122、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料（１）溫度數(shù)據(jù)

溫度數(shù)據(jù)的獲取

地溫梯度：

井底靜止溫度：

井底循環(huán)溫度： 直接測(cè)量：循環(huán)溫度投測(cè)儀 測(cè)溫小球、電測(cè) 計(jì)算機(jī)模擬：與注水泥過(guò)程有關(guān)132、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料13井下循環(huán)溫度預(yù)測(cè)方法14井下循環(huán)溫度預(yù)測(cè)方法14API方法和經(jīng)驗(yàn)方法與井下實(shí)測(cè)值的比較研究目的15API方法和經(jīng)驗(yàn)方法與井下實(shí)測(cè)值的比較研究目的15建立井下循環(huán)溫度分布的數(shù)學(xué)模型 完成了從能量平衡方程、壁面對(duì)流換熱系數(shù)的確定、熱源項(xiàng)的計(jì)算和數(shù)學(xué)模型的求解。井下溫度的實(shí)測(cè)驗(yàn)證工作循環(huán)溫度預(yù)測(cè)軟件研究泥漿、水泥漿熱物性參數(shù)測(cè)定主要研究?jī)?nèi)容16建立井下循環(huán)溫度分布的數(shù)學(xué)模型主要研究?jī)?nèi)容16

研究建立了二維瞬態(tài)循環(huán)溫度預(yù)測(cè)模型,考慮因素全面合理，相對(duì)于Homles的穩(wěn)態(tài)模型和Hansa的假穩(wěn)態(tài)模型更符合實(shí)際情況，它能給出注水泥過(guò)程中井眼不同位置以及不同時(shí)間狀態(tài)下的循環(huán)溫度。應(yīng)用無(wú)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?tīng)柕溥\(yùn)算速度快。對(duì)于0.2小時(shí)的時(shí)間間隔，循環(huán)15個(gè)小時(shí)，相當(dāng)于計(jì)算75個(gè)時(shí)間點(diǎn)，僅僅需要1分鐘。井下循環(huán)溫度分布的數(shù)學(xué)模型17研究建立了二維瞬態(tài)循環(huán)溫度預(yù)測(cè)模型,考慮因素全面合理，泥漿排出泥漿排出泥漿進(jìn)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(jìn)入T2表層套管鉆桿地層Tij地層Tij能量平衡方程(2)對(duì)于環(huán)空內(nèi)的熱交換(3)對(duì)于地層內(nèi)的熱傳導(dǎo)

(1)對(duì)于鉆桿內(nèi)的熱交換19能量平衡方程(2)對(duì)于環(huán)空內(nèi)的熱交換(3)對(duì)于地層內(nèi)的熱傳導(dǎo)模型特點(diǎn)該模型采用差分方程的形式清楚明了的表達(dá)出了井下各單元在流體對(duì)流過(guò)程中的熱交換狀態(tài)，通過(guò)采用適當(dāng)差分格式和迭代方法可以使得運(yùn)算快速穩(wěn)定的收斂。通過(guò)精確的確定各單元之間總傳熱系數(shù)，既可考慮各種復(fù)雜的井身結(jié)構(gòu)又使得模型較為簡(jiǎn)單；該模型還將考慮其它熱源對(duì)井下溫度的影響。20模型特點(diǎn)該模型采用差分方程的形式清楚明了的表達(dá)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(duì)比井下循環(huán)溫度分布的數(shù)學(xué)模型21本模型與Homles穩(wěn)態(tài)模型和Hansa瞬態(tài)模型的對(duì)比井下循循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證——測(cè)量?jī)?nèi)容地層靜止溫度剖面

7”套管固井后靜止48小時(shí)后（實(shí)際靜止57小時(shí)）測(cè)量。 采用的常規(guī)溫度測(cè)井儀。泥漿循環(huán)溫度

對(duì)8-1/2”裸眼和7”套管固井后各深度點(diǎn)。 采用井下溫度儲(chǔ)存記錄儀。在國(guó)內(nèi)首次進(jìn)行22循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證——測(cè)量?jī)?nèi)容地層靜止溫度剖面在國(guó)內(nèi)首次進(jìn)行循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證——井眼條件

地理位置：牙哈5＃構(gòu)造，

鉆機(jī)編號(hào)：60704（三勘）

鉆機(jī)類(lèi)型：F400-4DH

井別： 開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)井

井深： 5360m

井身結(jié)構(gòu)：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(lèi)型：聚磺

泥漿密度：1.40g/cm3，泥漿粘度：50s23循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證——井眼條件 地理位置：牙哈5＃構(gòu)造，23循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證——測(cè)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(gè)測(cè)深點(diǎn)：5300m，循環(huán)時(shí)間：15小時(shí)，

第二個(gè)測(cè)深點(diǎn)：5000m，循環(huán)時(shí)間：4小時(shí)，(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(gè)測(cè)深點(diǎn)：5300m，循環(huán)時(shí)間：15小時(shí)，

第二個(gè)測(cè)深點(diǎn)：5000m，循環(huán)時(shí)間：4小時(shí)，

第三個(gè)測(cè)深點(diǎn)：4700m，循環(huán)時(shí)間：4小時(shí)，

第四個(gè)測(cè)深點(diǎn)：4300m，循環(huán)時(shí)間：4小時(shí)，

第五個(gè)測(cè)深點(diǎn)：4000m，循環(huán)時(shí)間：4小時(shí)，24循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證——測(cè)量概況(a)裸眼井中24T=-4.6+0.0236H循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證——測(cè)量結(jié)果25T=-4.6+0.0236H循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證——測(cè)量結(jié)果25

對(duì)YH501、YX1和YN4三口井預(yù)測(cè)的井下循環(huán)溫度與實(shí)測(cè)的四組數(shù)據(jù)對(duì)比都較為吻合，其最大誤差不超過(guò)2℃，平均相對(duì)誤差僅為1.84，而API方法和經(jīng)驗(yàn)方法其平均相對(duì)誤差均在6以上。循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證26對(duì)YH501、YX1和YN4三口井預(yù)測(cè)的井下循環(huán)溫度預(yù)測(cè)循環(huán)溫度方法的比較井號(hào) 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(shí)測(cè)值預(yù)測(cè)值 計(jì)算值 計(jì)算值 計(jì)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(duì)誤差的絕對(duì)值（％）

1.848.40 10.36 6.84 循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證27循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證27通過(guò)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(duì)井下循環(huán)溫度的準(zhǔn)確計(jì)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(yù)測(cè)溫度4－5℃的誤差。地層的熱導(dǎo)率當(dāng)有50%的變化時(shí)，也將引起預(yù)測(cè)溫度4－9℃的誤差。首次對(duì)水泥漿、泥漿的熱物理性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。共獲得7個(gè)溫度段、不同密度、兩類(lèi)泥漿和不同成分水泥漿的比熱參數(shù)151個(gè)，不同成分、不同密度泥漿和水泥漿的熱導(dǎo)率參數(shù)24個(gè)。本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究成果填補(bǔ)了我國(guó)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(yù)測(cè)研究提供了可靠的應(yīng)用基礎(chǔ)。泥漿、水泥漿熱物性參數(shù)測(cè)定28通過(guò)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(duì)井下

溫度預(yù)測(cè)軟件29溫度預(yù)測(cè)軟件292、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料（2）壓力數(shù)據(jù)

地層孔隙壓力： 鉆井泥漿密度 測(cè)井預(yù)測(cè)

地層破裂壓力： 地漏實(shí)驗(yàn) 數(shù)學(xué)計(jì)算預(yù)測(cè)（巖石力學(xué)與測(cè)井方法）302、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料302、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)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(shí)環(huán)空頂替返速的范圍、準(zhǔn)確設(shè)計(jì)水泥漿密度、選擇水泥漿體系類(lèi)型。

考慮是否存在： 循環(huán)漏失、 易塌等復(fù)雜井段； 異常壓力地層； 異常巖性層（主要指鹽巖層等）312、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料312、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料（3）地層情況

需了解數(shù)據(jù)： 漏失層的層位、深度范圍，漏失壓力，漏失時(shí)的泥漿密度、粘度、返速等， 復(fù)雜情況井段對(duì)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(zhì)、層位深度等等

322、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料322、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備

當(dāng)有異常壓力情況時(shí):

水泥漿的設(shè)計(jì)應(yīng)非常慎重。當(dāng)鉆井液當(dāng)量密度超過(guò)1.35～1.6g/cm3以上時(shí)，便應(yīng)考慮解決可能出現(xiàn)的氣竄問(wèn)題。如在注水泥方案上，可采用具有封隔器的尾管結(jié)構(gòu)，在水泥漿設(shè)計(jì)中應(yīng)加入阻氣劑或氣阻劑（如國(guó)內(nèi)的KQ,G-60,DS公司GASBLOCK、D600、Halliturton的LATAX2000等），對(duì)一般不嚴(yán)重氣侵井可選擇多凝注水泥方案。上述設(shè)計(jì)均應(yīng)在鉆井液壓穩(wěn)地層條件下進(jìn)行。

332、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備當(dāng)有異常壓力情況時(shí):332、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備

當(dāng)有特殊巖性（一般指膏鹽層）時(shí)：應(yīng)控制好鹽巖層的影響，首先要保持水泥與鹽巖的膠結(jié)質(zhì)量，防止鹽巖層的溶解影響第二界面質(zhì)量。這時(shí)，一般應(yīng)設(shè)計(jì)采用飽和鹽水水泥漿，同時(shí)還使水泥漿具有高密度，以控制地層的塑性流動(dòng)。

342、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備 當(dāng)有特殊巖性（一般指膏鹽層）時(shí)：342、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備

當(dāng)存在漏失問(wèn)題時(shí)： 應(yīng)先進(jìn)行堵漏處理，然后才能進(jìn)行注水泥作業(yè)。處理結(jié)果應(yīng)當(dāng)有一個(gè)鉆井液循環(huán)平衡條件，該當(dāng)量密度值能提供出最小承壓梯度，作為注水泥設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。依據(jù)此條件可考慮分級(jí)注水泥或使用低密度水泥、觸變性水泥等。

352、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備 當(dāng)存在漏失問(wèn)題時(shí)：352、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料（4）產(chǎn)層情況

產(chǎn)層情況主要是指所固產(chǎn)層是油層還是氣層，產(chǎn)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(lèi)型，性能要求等。如控制水泥漿向產(chǎn)層的過(guò)量漏失，避免造成產(chǎn)層的污染，如果產(chǎn)層是氣層，則應(yīng)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(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料362、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)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(cè)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(fù)合套管施工等） 井斜數(shù)據(jù)。

372、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備3）井眼形狀參數(shù)372、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備3）井眼形狀參數(shù) 用途：計(jì)算井底溫度 所需液體容積 靜液柱壓力 頂替流動(dòng)參數(shù)（流態(tài)、流動(dòng)壓降等） 對(duì)水泥漿的性能也提出相應(yīng)的要求

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

382、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備3）井眼形狀參數(shù)382、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備4）鉆井液類(lèi)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(guān)處理情況。

鉆井液的性能對(duì)頂替的影響是較大的，一個(gè)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(jī)理中已經(jīng)說(shuō)明。因此，準(zhǔn)確掌握鉆井液資料對(duì)正確設(shè)計(jì)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(lèi)一般可分為淡水泥漿、鹽水泥漿、乳化泥漿和油基泥漿四類(lèi)，設(shè)計(jì)水泥漿時(shí)就必須考慮與泥漿的相容性。選擇前置液時(shí)也需考慮泥漿的種類(lèi)，如在乳化或油基泥漿環(huán)境下應(yīng)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(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)模擬現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行相容性試驗(yàn)。

392、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備4）鉆井液類(lèi)型與性能392、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備5）水泥與外加劑情況、配漿設(shè)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(jī)泵能力，混合方式，活動(dòng)套管能力與方式等。一般要求設(shè)計(jì)水泥漿時(shí)應(yīng)先在現(xiàn)有的外加劑和水泥情況下進(jìn)行，如果無(wú)法滿(mǎn)足該井的施工要求，再根據(jù)貨源情況進(jìn)行設(shè)計(jì)并提出訂貨要求。

402、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備5）水泥與外加劑情況、配漿設(shè)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(shí)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(shè)計(jì)原則與方法4.1平衡壓力設(shè)計(jì)原則注水泥頂替過(guò)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(dòng)阻力。

Pf：地層破裂壓力。

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

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

484、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇484、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇分級(jí)注水泥工藝的選擇原則

當(dāng)要求注入過(guò)大的水泥量，環(huán)空形成水泥柱過(guò)長(zhǎng)，有過(guò)大靜液壓差或地層不能承受長(zhǎng)段水泥漿柱液柱壓力時(shí)，應(yīng)采用雙級(jí)或多級(jí)注工藝。

當(dāng)下部有氣層，為防止過(guò)大失重時(shí)，應(yīng)采用雙級(jí)或多級(jí)注水泥工藝。

當(dāng)封固段太長(zhǎng)，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(shè)計(jì)在這兩種溫度下性能均能滿(mǎn)足要求的水泥漿時(shí)，應(yīng)采用雙級(jí)注水泥工藝。 當(dāng)要求在上部某層有不受泥漿污染的水泥封固段時(shí)，當(dāng)在上下有封隔層，但中間不需水泥封隔時(shí)，可采用雙級(jí)注水泥。

494、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇494、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇分級(jí)注水泥工藝的類(lèi)型

·正規(guī)的非連續(xù)式的雙級(jí)注水泥

·非正規(guī)連續(xù)式的雙級(jí)注水泥

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

分級(jí)箍位置的選擇主要應(yīng)依據(jù)井眼的壓力剖面而定。即保證分級(jí)后，每級(jí)注水泥中的環(huán)空壓力均能滿(mǎn)足井眼安全的要求。在此基礎(chǔ)上同時(shí)，還應(yīng)考慮如下要求：分級(jí)箍選擇位置最好置于外層套管段內(nèi)，否則應(yīng)設(shè)置在地層堅(jiān)硬、穩(wěn)定的井段。 分級(jí)箍所在井段位置的井徑應(yīng)規(guī)則，且在較直井段，過(guò)大斜度會(huì)影響重力塞與下內(nèi)套重合密封，使打開(kāi)不可靠。514、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇514、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.3水泥漿設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)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(yàn)

用量計(jì)算

524、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.3水泥漿設(shè)計(jì)524、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.3水泥漿設(shè)計(jì)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(yàn)

用量計(jì)算

534、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.3水泥漿設(shè)計(jì)534、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法環(huán)空水泥漿組成結(jié)構(gòu)尾漿中間漿領(lǐng)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(lǐng)漿+尾漿）單級(jí)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(jí)：泥漿+前置液（沖洗液/隔離液）+水泥漿（尾漿）544、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法環(huán)空水泥漿組成結(jié)構(gòu)尾漿中間漿領(lǐng)漿沖洗4、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法環(huán)空各段水泥漿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)原則一般要求尾漿應(yīng)返到主封固段以上50～150m，而領(lǐng)漿返至設(shè)計(jì)返高以上，如有中間漿，其返深應(yīng)視具體要求確定。按這一返深初步確定了各漿體的長(zhǎng)度后，還應(yīng)根據(jù)其對(duì)各段水泥漿的密度要求，在考慮滿(mǎn)足環(huán)空平衡壓力要求的原則下進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整。

554、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法環(huán)空各段水泥漿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)原則554、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法環(huán)空各段水泥漿密度設(shè)計(jì)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(yīng)首先考慮使用正常密度范圍（即在標(biāo)準(zhǔn)配漿水灰比下配出的水泥漿的密度），而領(lǐng)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(lǐng)漿與尾漿之間。

考慮： 使用外加劑下綜合性能最佳時(shí)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(mǎn)足抗壓強(qiáng)度要求的密度值和保證頂替效率時(shí)與鉆井液密度的最低密度差；通過(guò)減輕與加重處理后，水泥漿可能達(dá)到的最低密度與最大密度值。564、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法環(huán)空各段水泥漿密度設(shè)計(jì)原則564、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法計(jì)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(guò)井眼壓力剖面圖分析）

平衡/不平衡

調(diào)整先導(dǎo)水泥漿的密度調(diào)整先導(dǎo)水泥漿的返深調(diào)整尾漿密度（加重、減輕）

完成

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

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

設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的是，在實(shí)際施工中，不可能完全達(dá)到設(shè)計(jì)的水泥漿密度和返深位置，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，必須使得水泥漿密度和各段液體長(zhǎng)度在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，其環(huán)空仍能保持一平衡壓力狀態(tài)。其進(jìn)行的方法是將密度和長(zhǎng)度分別在一定范圍內(nèi)變化，然后校核其環(huán)空壓力的平衡情況。

584、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法 進(jìn)行了環(huán)空液柱壓力校核后，如井眼有4、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.3水泥漿設(shè)計(jì)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(yàn)

用量計(jì)算

594、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.3水泥漿設(shè)計(jì)594、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法用量計(jì)算

水泥漿用量環(huán)空水泥漿量的計(jì)算干灰與配漿水用量國(guó)外計(jì)算方法國(guó)內(nèi)計(jì)算方法外加劑用量加重、減重劑用量604、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法用量計(jì)算604、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.4前置液與后置液設(shè)計(jì)

選擇原則

前置液的結(jié)構(gòu)

前置液的密度和用量

前置液類(lèi)型后置液設(shè)計(jì)614、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.4前置液與后置液設(shè)計(jì)614、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.4前置液與后置液設(shè)計(jì)

選擇原則

前置液的結(jié)構(gòu)

前置液的密度和用量

前置液類(lèi)型后置液設(shè)計(jì)624、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.4前置液與后置液設(shè)計(jì)624、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法①、只用沖洗液或紊流隔離液時(shí)，要求用量滿(mǎn)足10min接觸時(shí)間，其用量可計(jì)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(dāng)計(jì)算的沖洗液用量在環(huán)空中的長(zhǎng)度超過(guò)250m時(shí)，則以沖洗液封固250m環(huán)空所需的用量為準(zhǔn)。634、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法①、只用沖洗液或紊流隔離液時(shí)，要求用4、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法②、同時(shí)使用沖洗液和隔離液時(shí)，其總的用量仍按上面公式計(jì)算，然后兩種液體按2:1的容積比例分別計(jì)算其用量即可。但對(duì)總量的限制要求不超過(guò)環(huán)空高度300m為準(zhǔn)。③、對(duì)粘性隔離液的用量，要求能充填環(huán)空長(zhǎng)度

150～200m。④、對(duì)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(jì)算的用量可能很小。一般要求用量不小于1.6m3。⑤、根據(jù)所固井的井深情況和環(huán)空壓力的平衡情況，可適當(dāng)增加用量，一般當(dāng)井深超過(guò)3000m后，每增加300m深度，應(yīng)在設(shè)計(jì)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(mǎn)足的情況下，為提高頂替質(zhì)量，可加大前置液的用量，長(zhǎng)度可達(dá)到其應(yīng)封固層段的長(zhǎng)度。

644、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法②、同時(shí)使用沖洗液和隔離液時(shí)，其總的4、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.4前置液與后置液設(shè)計(jì)

選擇原則

前置液的結(jié)構(gòu)

前置液的密度和用量

前置液類(lèi)型后置液設(shè)計(jì)654、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.4前置液與后置液設(shè)計(jì)654、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法

后置液主要用于隔離水泥漿與管內(nèi)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(nèi)外壓差，防止形成小循環(huán)的作用。故在設(shè)計(jì)中需根據(jù)管內(nèi)外壓力情況計(jì)算需使用的后置液量。

使用高度：計(jì)算位置的環(huán)空壓力=計(jì)算位置的管內(nèi)壓力+附加值計(jì)算位置的管內(nèi)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(jù)前三方程可解出輕頂替液的使用高度。

664、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法后置液主要用于隔離水泥漿與管4、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.5注水泥頂替流動(dòng)設(shè)計(jì)頂替流型

頂替液體流變參數(shù)的要求

“U”型管效應(yīng)計(jì)算與控制

頂替過(guò)程參數(shù)變化

674、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.5注水泥頂替流動(dòng)設(shè)計(jì)674、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.5注水泥頂替流動(dòng)設(shè)計(jì)頂替流型

頂替液體流變參數(shù)的要求

“U”型管效應(yīng)計(jì)算與控制

頂替過(guò)程參數(shù)變化

684、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.5注水泥頂替流動(dòng)設(shè)計(jì)684、注水泥設(shè)計(jì)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(duì)環(huán)空返速的限制情況，這些數(shù)據(jù)可鄰井或區(qū)塊的資料獲得。正常鉆井過(guò)程中的環(huán)空返速情況。裸眼井徑變化情況及對(duì)返速的限制，如當(dāng)裸眼井徑變化較大，存在所謂的“大肚子”時(shí)，一般要求返速不能太大，以免進(jìn)一步?jīng)_蝕井壁。同時(shí)在“大肚子”段一般是很難達(dá)到紊流的。套管居中度情況，當(dāng)套管居中度不好時(shí)，應(yīng)避免使用塞流頂替；井斜情況，當(dāng)在大斜度或水平井套管注水泥時(shí)，應(yīng)避免使用塞流頂替；泥漿泵與注水泥設(shè)備的工作能力。694、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法確定合理頂替流速范圍的原則694、注水泥設(shè)計(jì)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(nèi)達(dá)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(jìn)行頂替，如果現(xiàn)有條件不能實(shí)現(xiàn)紊流則考慮使用塞流或低速頂替。在兩者均無(wú)法實(shí)現(xiàn)的情況下，再設(shè)計(jì)為在盡量高速下的層流頂替，這時(shí)，應(yīng)充分考慮紊流前置液的使用，以彌補(bǔ)水泥漿不能達(dá)到紊流的缺陷。

704、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法選擇頂替流態(tài)的原則704、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.5注水泥頂替流動(dòng)設(shè)計(jì)頂替流型

頂替液體流變參數(shù)的要求

“U”型管效應(yīng)計(jì)算與控制

頂替過(guò)程參數(shù)變化

714、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.5注水泥頂替流動(dòng)設(shè)計(jì)714、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.5注水泥頂替流動(dòng)設(shè)計(jì)頂替流型

頂替液體流變參數(shù)的要求

“U”型管效應(yīng)計(jì)算與控制

頂替過(guò)程參數(shù)變化

724、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.5注水泥頂替流動(dòng)設(shè)計(jì)724、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法734、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法734、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.5注水泥頂替流動(dòng)設(shè)計(jì)頂替流型

頂替液體流變參數(shù)的要求

“U”型管效應(yīng)計(jì)算與控制

頂替過(guò)程參數(shù)變化

744、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.5注水泥頂替流動(dòng)設(shè)計(jì)744、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法流動(dòng)阻力環(huán)空與管內(nèi)靜壓局部流動(dòng)阻力井口壓力套管鞋處壓力紊流接觸時(shí)間754、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法流動(dòng)阻力755、注水泥設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)內(nèi)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(jìn)行該次注水泥作業(yè)；

③

水泥漿設(shè)計(jì)，如密度、用量、性能與配方等；

④

前置液與后置液設(shè)計(jì)；

⑤

設(shè)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(chē)的選配等；

⑥

頂替工藝設(shè)計(jì)，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(zhǔn)備，如循環(huán)洗井要求、泥漿性能的調(diào)節(jié)、人員組織與職責(zé)分工等；

⑧

注水泥作業(yè)結(jié)果評(píng)價(jià)，主要指對(duì)整個(gè)施工計(jì)劃實(shí)施過(guò)程的模擬效果分析與實(shí)際施工后的事后評(píng)價(jià)分析兩方面的工作。

765、注水泥設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)內(nèi)容765、注水泥設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟(1)

整理和分析設(shè)計(jì)所需的基本資料；(2)

設(shè)計(jì)總體的注水泥方案，具體可按如下步驟進(jìn)行； ①

選擇注水泥方案 ②

頂替流型 ③

前置液的類(lèi)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(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟775、注水泥設(shè)計(jì)步驟流程：第1步注水泥工藝方法第2步選擇設(shè)計(jì)某一級(jí)注水泥過(guò)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(shè)計(jì)步驟流程：785、注水泥設(shè)計(jì)步驟(3)設(shè)計(jì)施工流體（水泥漿、前置液等），并以化驗(yàn)室實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)最終確定其性能與配方,計(jì)算出水泥漿、水泥與外加劑的用量；

(4)作業(yè)計(jì)劃設(shè)計(jì) ①

設(shè)計(jì)套管附件與注水泥設(shè)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(jì)劃

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

注前置液的排量、時(shí)間；

注先導(dǎo)水泥漿的排量、時(shí)間；

注尾隨水泥漿的排量、時(shí)間；

停泵投塞時(shí)間

壓膠塞排量、時(shí)間

開(kāi)始頂替排量、時(shí)間

結(jié)束時(shí)頂替排量、時(shí)間

碰壓壓力805、注水泥設(shè)計(jì)步驟初步的注水泥方案，主要包括：805、注水泥設(shè)計(jì)步驟(5)計(jì)劃調(diào)整

根據(jù)前面的分析結(jié)果，對(duì)作業(yè)計(jì)劃進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，主要是針對(duì)環(huán)空液柱結(jié)構(gòu)和施工排量計(jì)劃。使調(diào)整后的方案能更好地滿(mǎn)足環(huán)空壓力平衡和施工頂替流態(tài)設(shè)計(jì)的要求。

815、注水泥設(shè)計(jì)步驟(5)計(jì)劃調(diào)整815、注水泥設(shè)計(jì)步驟(6)詳細(xì)作業(yè)計(jì)劃

在前面進(jìn)行了注水泥作業(yè)主要內(nèi)容設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行整個(gè)作業(yè)計(jì)劃的詳細(xì)安排，主要包括如下內(nèi)容。

套管附件使用安排

排量計(jì)劃

活動(dòng)套管計(jì)劃

設(shè)備調(diào)度

施工準(zhǔn)備要求

施工組織與職責(zé)

作業(yè)步驟825、注水泥設(shè)計(jì)步驟(6)詳細(xì)作業(yè)計(jì)劃826、注水泥設(shè)計(jì)格式介紹中國(guó)石油天然氣股份有限公司固井設(shè)計(jì)格式836、注水泥設(shè)計(jì)格式介紹中國(guó)石油天然氣股份有限公司836、注水泥設(shè)計(jì)格式介紹1設(shè)計(jì)依據(jù)

1.1地質(zhì)和地理資料

1.2鉆井資料2套管柱設(shè)計(jì)

2.1套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)條件

2.2套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)結(jié)果

2.3套管串結(jié)構(gòu)

2.4分級(jí)箍、套管外封隔器和尾管懸掛器等井下工具強(qiáng)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(shè)計(jì)格式介紹1設(shè)計(jì)依據(jù)846、注水泥設(shè)計(jì)格式介紹3水泥漿設(shè)計(jì)

3.1水泥漿配方及性能

3.2前置液設(shè)計(jì)4注水泥設(shè)計(jì)

4.1水泥漿壓穩(wěn)設(shè)計(jì)

4.2水泥用量設(shè)計(jì)

4.3替漿量計(jì)算

4.4注入流體數(shù)量、施工排量及時(shí)間

4.5模擬注水泥856、注水泥設(shè)計(jì)格式介紹3水泥漿設(shè)計(jì) 856、注水泥設(shè)計(jì)格式介紹5技術(shù)措施

5.1井眼準(zhǔn)備

5.2下套管

5.3注水泥

5.4候凝及膠結(jié)測(cè)井

5.5其它6固井主要設(shè)備和材料

6.1固井主要設(shè)備

6.2固井材料866、注水泥設(shè)計(jì)格式介紹5技術(shù)措施 866、注水泥設(shè)計(jì)格式介紹7健康、安全與環(huán)保

7.1國(guó)家、當(dāng)?shù)卣嘘P(guān)健康、安全與環(huán)境保護(hù)法律、法規(guī)的相關(guān)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(shè)計(jì)格式介紹7健康、安全與環(huán)保877、計(jì)算機(jī)輔助固井設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)計(jì)算1）、管柱力學(xué)計(jì)算2）、流變學(xué)設(shè)計(jì)3）、多模擬結(jié)果的合理選擇4）、復(fù)雜井眼形狀下的計(jì)算5）、臨界返速計(jì)算6）、多流體流動(dòng)阻力與液柱壓力計(jì)算7）、平衡壓力設(shè)計(jì)8）、“U”型管效應(yīng)計(jì)算9）、注水泥仿真模擬10）、成本計(jì)算887、計(jì)算機(jī)輔助固井設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)計(jì)算887、計(jì)算機(jī)輔助固井設(shè)計(jì)知識(shí)與信息工程──專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用1）、注水泥方式選擇2）、水泥漿性能要求3）、水泥漿體系設(shè)計(jì)4）、水泥漿配方優(yōu)選5）、前置液設(shè)計(jì)6）、特殊工藝設(shè)計(jì)7）、注水泥施工措施與步驟設(shè)計(jì)8）、注水泥質(zhì)量分析評(píng)價(jià)897、計(jì)算機(jī)輔助固井設(shè)計(jì)知識(shí)與信息工程──專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用897、計(jì)算機(jī)輔助固井設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理1）、材料管理2）、施工數(shù)據(jù)管理3）、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)管理4）、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理5）、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

6）、施工報(bào)告

907、計(jì)算機(jī)輔助固井設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理90 謝謝大家！ 謝謝大家！91注水泥設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用注水泥設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用注水泥設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用注水泥設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用注水泥設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用注水泥設(shè)92主要內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容概述設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備注水泥設(shè)計(jì)原則與方法注水泥設(shè)計(jì)步驟注水泥設(shè)計(jì)格式計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件與應(yīng)用93主要內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容概述21、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述基本原則整個(gè)注水泥過(guò)程（包括候凝）環(huán)空壓力處于一個(gè)平衡狀態(tài)；在封固段水泥漿能充分頂替掉泥漿；既不會(huì)壓漏地層，也不使油氣水竄入環(huán)形空間。

941、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述基本原則31、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述注水泥類(lèi)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(shè)計(jì)內(nèi)容概述注水泥類(lèi)型41、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述注水泥主要設(shè)計(jì)內(nèi)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(jìn)行該次注水泥作業(yè)；

③

水泥漿設(shè)計(jì)，如密度、用量、性能與配方等；

④

前置液與后置液設(shè)計(jì)；

961、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述注水泥主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

51、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述注水泥主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

⑤

設(shè)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(chē)的選配等；

⑥

頂替工藝設(shè)計(jì)，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(zhǔn)備，如循環(huán)洗井要求、泥漿性能的調(diào)節(jié)、人員組織與職責(zé)分工等；

⑧

注水泥作業(yè)結(jié)果評(píng)價(jià)，主要指對(duì)整個(gè)施工計(jì)劃實(shí)施過(guò)程的模擬效果分析與實(shí)際施工后的事后評(píng)價(jià)分析兩方面的工作。

971、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述注水泥主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

61、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述注水泥主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

其他內(nèi)容：

對(duì)于整個(gè)固井作業(yè)而言，還應(yīng)進(jìn)行套管強(qiáng)度校核與下套管方面的計(jì)算，這里不再闡述。981、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述注水泥主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

71、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述設(shè)計(jì)過(guò)程:①整理和分析設(shè)計(jì)所需的基本資料；②設(shè)計(jì)總體的注水泥方案；③設(shè)計(jì)施工流體（水泥漿、前置液等），并以化驗(yàn)室實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)最終確定其性能與配方；④設(shè)計(jì)套管附件與注水泥設(shè)備的使用，如扶正器安放位置等；⑤安排詳細(xì)的施工作業(yè)計(jì)劃；

991、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述設(shè)計(jì)過(guò)程:81、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述設(shè)計(jì)過(guò)程:⑥模擬和評(píng)價(jià)整個(gè)施工計(jì)劃的實(shí)施過(guò)程，分析模擬注水泥效果；⑦根據(jù)模擬情況進(jìn)一步調(diào)整施工參數(shù)和施工流體性能；⑧實(shí)施注水泥作業(yè)；⑨分析評(píng)價(jià)作業(yè)結(jié)果。1001、設(shè)計(jì)內(nèi)容概述設(shè)計(jì)過(guò)程:92、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備1）工程設(shè)計(jì)要求：

指鉆井、地質(zhì)和開(kāi)發(fā)上對(duì)注水泥作業(yè)的要求。這是注水泥的目標(biāo)參數(shù)，必須保證整個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足這些參數(shù)的要求。 水泥返深 需封固的產(chǎn)層頂部與底部深度 阻流環(huán)位置（水泥塞長(zhǎng)度） 候凝時(shí)間 水泥環(huán)封固質(zhì)量 水泥石性能等 特殊要求：如對(duì)熱采井而言，需要求水泥石在高溫下無(wú)強(qiáng)度衰減等。1012、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備1）工程設(shè)計(jì)要求：102、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)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(chǎn)層情況，這些情況在設(shè)計(jì)水泥漿密度、注水泥方式、水泥漿體系以及頂替參數(shù)時(shí)都有重要的作用。

1022、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料112、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料（１）溫度數(shù)據(jù)

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(duì)外加劑加量 對(duì)水泥石強(qiáng)度1032、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料122、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料（１）溫度數(shù)據(jù)

溫度數(shù)據(jù)的獲取

地溫梯度：

井底靜止溫度：

井底循環(huán)溫度： 直接測(cè)量：循環(huán)溫度投測(cè)儀 測(cè)溫小球、電測(cè) 計(jì)算機(jī)模擬：與注水泥過(guò)程有關(guān)1042、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料13井下循環(huán)溫度預(yù)測(cè)方法105井下循環(huán)溫度預(yù)測(cè)方法14API方法和經(jīng)驗(yàn)方法與井下實(shí)測(cè)值的比較研究目的106API方法和經(jīng)驗(yàn)方法與井下實(shí)測(cè)值的比較研究目的15建立井下循環(huán)溫度分布的數(shù)學(xué)模型 完成了從能量平衡方程、壁面對(duì)流換熱系數(shù)的確定、熱源項(xiàng)的計(jì)算和數(shù)學(xué)模型的求解。井下溫度的實(shí)測(cè)驗(yàn)證工作循環(huán)溫度預(yù)測(cè)軟件研究泥漿、水泥漿熱物性參數(shù)測(cè)定主要研究?jī)?nèi)容107建立井下循環(huán)溫度分布的數(shù)學(xué)模型主要研究?jī)?nèi)容16

研究建立了二維瞬態(tài)循環(huán)溫度預(yù)測(cè)模型,考慮因素全面合理，相對(duì)于Homles的穩(wěn)態(tài)模型和Hansa的假穩(wěn)態(tài)模型更符合實(shí)際情況，它能給出注水泥過(guò)程中井眼不同位置以及不同時(shí)間狀態(tài)下的循環(huán)溫度。應(yīng)用無(wú)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?tīng)柕溥\(yùn)算速度快。對(duì)于0.2小時(shí)的時(shí)間間隔，循環(huán)15個(gè)小時(shí)，相當(dāng)于計(jì)算75個(gè)時(shí)間點(diǎn)，僅僅需要1分鐘。井下循環(huán)溫度分布的數(shù)學(xué)模型108研究建立了二維瞬態(tài)循環(huán)溫度預(yù)測(cè)模型,考慮因素全面合理，泥漿排出泥漿排出泥漿進(jìn)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(jìn)入T2表層套管鉆桿地層Tij地層Tij能量平衡方程(2)對(duì)于環(huán)空內(nèi)的熱交換(3)對(duì)于地層內(nèi)的熱傳導(dǎo)

(1)對(duì)于鉆桿內(nèi)的熱交換110能量平衡方程(2)對(duì)于環(huán)空內(nèi)的熱交換(3)對(duì)于地層內(nèi)的熱傳導(dǎo)模型特點(diǎn)該模型采用差分方程的形式清楚明了的表達(dá)出了井下各單元在流體對(duì)流過(guò)程中的熱交換狀態(tài)，通過(guò)采用適當(dāng)差分格式和迭代方法可以使得運(yùn)算快速穩(wěn)定的收斂。通過(guò)精確的確定各單元之間總傳熱系數(shù)，既可考慮各種復(fù)雜的井身結(jié)構(gòu)又使得模型較為簡(jiǎn)單；該模型還將考慮其它熱源對(duì)井下溫度的影響。111模型特點(diǎn)該模型采用差分方程的形式清楚明了的表達(dá)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(duì)比井下循環(huán)溫度分布的數(shù)學(xué)模型112本模型與Homles穩(wěn)態(tài)模型和Hansa瞬態(tài)模型的對(duì)比井下循循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證——測(cè)量?jī)?nèi)容地層靜止溫度剖面

7”套管固井后靜止48小時(shí)后（實(shí)際靜止57小時(shí)）測(cè)量。 采用的常規(guī)溫度測(cè)井儀。泥漿循環(huán)溫度

對(duì)8-1/2”裸眼和7”套管固井后各深度點(diǎn)。 采用井下溫度儲(chǔ)存記錄儀。在國(guó)內(nèi)首次進(jìn)行113循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證——測(cè)量?jī)?nèi)容地層靜止溫度剖面在國(guó)內(nèi)首次進(jìn)行循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證——井眼條件

地理位置：牙哈5＃構(gòu)造，

鉆機(jī)編號(hào)：60704（三勘）

鉆機(jī)類(lèi)型：F400-4DH

井別： 開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)井

井深： 5360m

井身結(jié)構(gòu)：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(lèi)型：聚磺

泥漿密度：1.40g/cm3，泥漿粘度：50s114循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證——井眼條件 地理位置：牙哈5＃構(gòu)造，23循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證——測(cè)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(gè)測(cè)深點(diǎn)：5300m，循環(huán)時(shí)間：15小時(shí)，

第二個(gè)測(cè)深點(diǎn)：5000m，循環(huán)時(shí)間：4小時(shí)，(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(gè)測(cè)深點(diǎn)：5300m，循環(huán)時(shí)間：15小時(shí)，

第二個(gè)測(cè)深點(diǎn)：5000m，循環(huán)時(shí)間：4小時(shí)，

第三個(gè)測(cè)深點(diǎn)：4700m，循環(huán)時(shí)間：4小時(shí)，

第四個(gè)測(cè)深點(diǎn)：4300m，循環(huán)時(shí)間：4小時(shí)，

第五個(gè)測(cè)深點(diǎn)：4000m，循環(huán)時(shí)間：4小時(shí)，115循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證——測(cè)量概況(a)裸眼井中24T=-4.6+0.0236H循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證——測(cè)量結(jié)果116T=-4.6+0.0236H循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證——測(cè)量結(jié)果25

對(duì)YH501、YX1和YN4三口井預(yù)測(cè)的井下循環(huán)溫度與實(shí)測(cè)的四組數(shù)據(jù)對(duì)比都較為吻合，其最大誤差不超過(guò)2℃，平均相對(duì)誤差僅為1.84，而API方法和經(jīng)驗(yàn)方法其平均相對(duì)誤差均在6以上。循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證117對(duì)YH501、YX1和YN4三口井預(yù)測(cè)的井下循環(huán)溫度預(yù)測(cè)循環(huán)溫度方法的比較井號(hào) 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(shí)測(cè)值預(yù)測(cè)值 計(jì)算值 計(jì)算值 計(jì)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(duì)誤差的絕對(duì)值（％）

1.848.40 10.36 6.84 循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證118循環(huán)溫度實(shí)測(cè)驗(yàn)證27通過(guò)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(duì)井下循環(huán)溫度的準(zhǔn)確計(jì)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(yù)測(cè)溫度4－5℃的誤差。地層的熱導(dǎo)率當(dāng)有50%的變化時(shí)，也將引起預(yù)測(cè)溫度4－9℃的誤差。首次對(duì)水泥漿、泥漿的熱物理性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。共獲得7個(gè)溫度段、不同密度、兩類(lèi)泥漿和不同成分水泥漿的比熱參數(shù)151個(gè)，不同成分、不同密度泥漿和水泥漿的熱導(dǎo)率參數(shù)24個(gè)。本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究成果填補(bǔ)了我國(guó)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(yù)測(cè)研究提供了可靠的應(yīng)用基礎(chǔ)。泥漿、水泥漿熱物性參數(shù)測(cè)定119通過(guò)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(duì)井下

溫度預(yù)測(cè)軟件120溫度預(yù)測(cè)軟件292、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料（2）壓力數(shù)據(jù)

地層孔隙壓力： 鉆井泥漿密度 測(cè)井預(yù)測(cè)

地層破裂壓力： 地漏實(shí)驗(yàn) 數(shù)學(xué)計(jì)算預(yù)測(cè)（巖石力學(xué)與測(cè)井方法）1212、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料302、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)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(shí)環(huán)空頂替返速的范圍、準(zhǔn)確設(shè)計(jì)水泥漿密度、選擇水泥漿體系類(lèi)型。

考慮是否存在： 循環(huán)漏失、 易塌等復(fù)雜井段； 異常壓力地層； 異常巖性層（主要指鹽巖層等）1222、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料312、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料（3）地層情況

需了解數(shù)據(jù)： 漏失層的層位、深度范圍，漏失壓力，漏失時(shí)的泥漿密度、粘度、返速等， 復(fù)雜情況井段對(duì)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(zhì)、層位深度等等

1232、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料322、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備

當(dāng)有異常壓力情況時(shí):

水泥漿的設(shè)計(jì)應(yīng)非常慎重。當(dāng)鉆井液當(dāng)量密度超過(guò)1.35～1.6g/cm3以上時(shí)，便應(yīng)考慮解決可能出現(xiàn)的氣竄問(wèn)題。如在注水泥方案上，可采用具有封隔器的尾管結(jié)構(gòu)，在水泥漿設(shè)計(jì)中應(yīng)加入阻氣劑或氣阻劑（如國(guó)內(nèi)的KQ,G-60,DS公司GASBLOCK、D600、Halliturton的LATAX2000等），對(duì)一般不嚴(yán)重氣侵井可選擇多凝注水泥方案。上述設(shè)計(jì)均應(yīng)在鉆井液壓穩(wěn)地層條件下進(jìn)行。

1242、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備當(dāng)有異常壓力情況時(shí):332、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備

當(dāng)有特殊巖性（一般指膏鹽層）時(shí)：應(yīng)控制好鹽巖層的影響，首先要保持水泥與鹽巖的膠結(jié)質(zhì)量，防止鹽巖層的溶解影響第二界面質(zhì)量。這時(shí)，一般應(yīng)設(shè)計(jì)采用飽和鹽水水泥漿，同時(shí)還使水泥漿具有高密度，以控制地層的塑性流動(dòng)。

1252、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備 當(dāng)有特殊巖性（一般指膏鹽層）時(shí)：342、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備

當(dāng)存在漏失問(wèn)題時(shí)： 應(yīng)先進(jìn)行堵漏處理，然后才能進(jìn)行注水泥作業(yè)。處理結(jié)果應(yīng)當(dāng)有一個(gè)鉆井液循環(huán)平衡條件，該當(dāng)量密度值能提供出最小承壓梯度，作為注水泥設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。依據(jù)此條件可考慮分級(jí)注水泥或使用低密度水泥、觸變性水泥等。

1262、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備 當(dāng)存在漏失問(wèn)題時(shí)：352、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料（4）產(chǎn)層情況

產(chǎn)層情況主要是指所固產(chǎn)層是油層還是氣層，產(chǎn)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(lèi)型，性能要求等。如控制水泥漿向產(chǎn)層的過(guò)量漏失，避免造成產(chǎn)層的污染，如果產(chǎn)層是氣層，則應(yīng)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(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備2）地層資料362、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)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(cè)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(fù)合套管施工等） 井斜數(shù)據(jù)。

1282、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備3）井眼形狀參數(shù)372、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備3）井眼形狀參數(shù) 用途：計(jì)算井底溫度 所需液體容積 靜液柱壓力 頂替流動(dòng)參數(shù)（流態(tài)、流動(dòng)壓降等） 對(duì)水泥漿的性能也提出相應(yīng)的要求

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

1292、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備3）井眼形狀參數(shù)382、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備4）鉆井液類(lèi)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(guān)處理情況。

鉆井液的性能對(duì)頂替的影響是較大的，一個(gè)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(jī)理中已經(jīng)說(shuō)明。因此，準(zhǔn)確掌握鉆井液資料對(duì)正確設(shè)計(jì)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(lèi)一般可分為淡水泥漿、鹽水泥漿、乳化泥漿和油基泥漿四類(lèi)，設(shè)計(jì)水泥漿時(shí)就必須考慮與泥漿的相容性。選擇前置液時(shí)也需考慮泥漿的種類(lèi)，如在乳化或油基泥漿環(huán)境下應(yīng)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(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)模擬現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行相容性試驗(yàn)。

1302、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備4）鉆井液類(lèi)型與性能392、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備5）水泥與外加劑情況、配漿設(shè)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(jī)泵能力，混合方式，活動(dòng)套管能力與方式等。一般要求設(shè)計(jì)水泥漿時(shí)應(yīng)先在現(xiàn)有的外加劑和水泥情況下進(jìn)行，如果無(wú)法滿(mǎn)足該井的施工要求，再根據(jù)貨源情況進(jìn)行設(shè)計(jì)并提出訂貨要求。

1312、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備5）水泥與外加劑情況、配漿設(shè)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(shí)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(shè)計(jì)原則與方法4.1平衡壓力設(shè)計(jì)原則注水泥頂替過(guò)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(dòng)阻力。

Pf：地層破裂壓力。

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

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

1394、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇484、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇分級(jí)注水泥工藝的選擇原則

當(dāng)要求注入過(guò)大的水泥量，環(huán)空形成水泥柱過(guò)長(zhǎng)，有過(guò)大靜液壓差或地層不能承受長(zhǎng)段水泥漿柱液柱壓力時(shí)，應(yīng)采用雙級(jí)或多級(jí)注工藝。

當(dāng)下部有氣層，為防止過(guò)大失重時(shí)，應(yīng)采用雙級(jí)或多級(jí)注水泥工藝。

當(dāng)封固段太長(zhǎng)，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(shè)計(jì)在這兩種溫度下性能均能滿(mǎn)足要求的水泥漿時(shí)，應(yīng)采用雙級(jí)注水泥工藝。 當(dāng)要求在上部某層有不受泥漿污染的水泥封固段時(shí)，當(dāng)在上下有封隔層，但中間不需水泥封隔時(shí)，可采用雙級(jí)注水泥。

1404、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇494、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇分級(jí)注水泥工藝的類(lèi)型

·正規(guī)的非連續(xù)式的雙級(jí)注水泥

·非正規(guī)連續(xù)式的雙級(jí)注水泥

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

分級(jí)箍位置的選擇主要應(yīng)依據(jù)井眼的壓力剖面而定。即保證分級(jí)后，每級(jí)注水泥中的環(huán)空壓力均能滿(mǎn)足井眼安全的要求。在此基礎(chǔ)上同時(shí)，還應(yīng)考慮如下要求：分級(jí)箍選擇位置最好置于外層套管段內(nèi)，否則應(yīng)設(shè)置在地層堅(jiān)硬、穩(wěn)定的井段。 分級(jí)箍所在井段位置的井徑應(yīng)規(guī)則，且在較直井段，過(guò)大斜度會(huì)影響重力塞與下內(nèi)套重合密封，使打開(kāi)不可靠。1424、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.2注水泥工藝方法選擇514、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.3水泥漿設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)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(yàn)

用量計(jì)算

1434、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.3水泥漿設(shè)計(jì)524、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.3水泥漿設(shè)計(jì)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(yàn)

用量計(jì)算

1444、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.3水泥漿設(shè)計(jì)534、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法環(huán)空水泥漿組成結(jié)構(gòu)尾漿中間漿領(lǐng)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(lǐng)漿+尾漿）單級(jí)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(jí)：泥漿+前置液（沖洗液/隔離液）+水泥漿（尾漿）1454、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法環(huán)空水泥漿組成結(jié)構(gòu)尾漿中間漿領(lǐng)漿沖洗4、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法環(huán)空各段水泥漿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)原則一般要求尾漿應(yīng)返到主封固段以上50～150m，而領(lǐng)漿返至設(shè)計(jì)返高以上，如有中間漿，其返深應(yīng)視具體要求確定。按這一返深初步確定了各漿體的長(zhǎng)度后，還應(yīng)根據(jù)其對(duì)各段水泥漿的密度要求，在考慮滿(mǎn)足環(huán)空平衡壓力要求的原則下進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整。

1464、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法環(huán)空各段水泥漿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)原則554、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法環(huán)空各段水泥漿密度設(shè)計(jì)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(yīng)首先考慮使用正常密度范圍（即在標(biāo)準(zhǔn)配漿水灰比下配出的水泥漿的密度），而領(lǐng)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(lǐng)漿與尾漿之間。

考慮： 使用外加劑下綜合性能最佳時(shí)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(mǎn)足抗壓強(qiáng)度要求的密度值和保證頂替效率時(shí)與鉆井液密度的最低密度差；通過(guò)減輕與加重處理后，水泥漿可能達(dá)到的最低密度與最大密度值。1474、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法環(huán)空各段水泥漿密度設(shè)計(jì)原則564、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法計(jì)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(guò)井眼壓力剖面圖分析）

平衡/不平衡

調(diào)整先導(dǎo)水泥漿的密度調(diào)整先導(dǎo)水泥漿的返深調(diào)整尾漿密度（加重、減輕）

完成

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

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

設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的是，在實(shí)際施工中，不可能完全達(dá)到設(shè)計(jì)的水泥漿密度和返深位置，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，必須使得水泥漿密度和各段液體長(zhǎng)度在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，其環(huán)空仍能保持一平衡壓力狀態(tài)。其進(jìn)行的方法是將密度和長(zhǎng)度分別在一定范圍內(nèi)變化，然后校核其環(huán)空壓力的平衡情況。

1494、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法 進(jìn)行了環(huán)空液柱壓力校核后，如井眼有4、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.3水泥漿設(shè)計(jì)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(yàn)

用量計(jì)算

1504、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.3水泥漿設(shè)計(jì)594、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法用量計(jì)算

水泥漿用量環(huán)空水泥漿量的計(jì)算干灰與配漿水用量國(guó)外計(jì)算方法國(guó)內(nèi)計(jì)算方法外加劑用量加重、減重劑用量1514、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法用量計(jì)算604、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.4前置液與后置液設(shè)計(jì)

選擇原則

前置液的結(jié)構(gòu)

前置液的密度和用量

前置液類(lèi)型后置液設(shè)計(jì)1524、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.4前置液與后置液設(shè)計(jì)614、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.4前置液與后置液設(shè)計(jì)

選擇原則

前置液的結(jié)構(gòu)

前置液的密度和用量

前置液類(lèi)型后置液設(shè)計(jì)1534、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法4.4前置液與后置液設(shè)計(jì)624、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法①、只用沖洗液或紊流隔離液時(shí)，要求用量滿(mǎn)足10min接觸時(shí)間，其用量可計(jì)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(dāng)計(jì)算的沖洗液用量在環(huán)空中的長(zhǎng)度超過(guò)250m時(shí)，則以沖洗液封固250m環(huán)空所需的用量為準(zhǔn)。1544、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法①、只用沖洗液或紊流隔離液時(shí)，要求用4、注水泥設(shè)計(jì)原則與方法②、同時(shí)使用沖洗液和隔離液時(shí)，其總的用量仍按上面公式計(jì)算，然后兩種液體按2:1的容積比例分別計(jì)算其用量即可。但對(duì)總量的限制要求不超過(guò)環(huán)空高度300m為準(zhǔn)。③、對(duì)粘性隔離液的用量，要求能充填環(huán)空長(zhǎng)度

150～200m。④、對(duì)尾管