固井原理及过程

1、1 2 3 4 5 图图7-1 7-1 单根套管示意图单根套管示意图 11接箍接箍 22套管本体套管本体 6 7 8 （a a） （b b） （c c） （d d） （e e） 图图7-2 7-2 注水泥工艺流程示意图注水泥工艺流程示意图 （a a）循环钻井液）循环钻井液 （b b）注隔离液和水泥浆）注隔离液和水泥浆 （c c）替浆）替浆 （d d）替浆）替浆 （e e）碰压）碰压 11压力表压力表 22上胶塞上胶塞 33下胶塞下胶塞 44钻井液钻井液 55浮箍浮箍 66引鞋引鞋 77水泥浆水泥浆 88隔离液隔离液 99钻井液钻井液 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1

2、9 20 21 ibooe PPP 22 23 ZP mo 0098. 0 24 25 )1 ( n sw nL HH 钻井液 盐 水 Hn HL swnnLn HHH)( 26 0 ib P )(0098. 0 Lnib HHP （0HHL） （HLHHB） 27 （0HHL） （HLHHB） HP moe 0098. 0 HP moe 0098. 0 )(0098. 0HHP mnLnoe 28 （a a）全掏空）全掏空 （b b）非全掏空）非全掏空 图图7-3 7-3 有效外挤压力对比示意图有效外挤压力对比示意图 11外压力外压力 22支撑内压力支撑内压力 33有效外压力有效外压力 29

3、 30 31 HPP nsi 0098. 0 32 Bnfs HP)(0098. 0 33 HHPP oBopi 0098. 0)0098. 0( )(10115.1 4 / HH pi B ePP 34 HP swob 0098. 0 35 HPP swnsie )(0098. 0 HHPP oswoopie )(0098. 0)0098. 0( HePP sw HH pi B 0098. 0/ )(10115. 1 4 36 （a） （b） （c） 图图7-4 7-4 有效内压力对比示意图有效内压力对比示意图 （a a）表层或技术套管）表层或技术套管 （b b）油井油层套管）油井油层套管

4、（c c）气井油层套管）气井油层套管 11内压力内压力 22支撑外压力支撑外压力 33有效内压力有效内压力 sw n sw o sw 曲线曲线 37 38 W 39 k iik LqT 1 k ibik LqT 1 Fb qBq s m F B 1 40 f TqLT1000/ 41 H T 42 图图7-5 7-5 套管轴向拉力沿井深分布示意图套管轴向拉力沿井深分布示意图 1-1-不考虑浮力不考虑浮力 2-2-考虑浮力考虑浮力 43 A L E D Tbd 6 10180 2 Z(+) Z(-) max 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58

5、 59 DL Y DL UD LAP pp jpj 14. 014. 05 . 0 283. 1 095. 0 59. 0 pjpj UAP095. 0 60 61 222 2 1 zrrttzc 2 222 2 szrrttz 62 1 22 s t s t s z s z 63 1 22 s t s t s z s z 1 2 3 4 64 65 A T z 10 A Ts s 10 ss z T T 66 t dP ccc t 2 t dP cc s 2 67 A T z 10 A Ts s 10 t dP ccc t 2 t dP cc s 2 1)()()( 22 c cc cc s

6、s P P P T T T T ss z T T c cc s t P P 1 22 s t s t s z s z 68 c ss ccc PK T T T T PP 2 1 4 3 1 2 1)()()( 22 c cc cc ss P P P T T T T 69 套管类型套管类型 抗挤设计安全系数抗挤设计安全系数 Sc 抗内压设计安全系抗内压设计安全系 数数Sb 抗拉设计安全系数抗拉设计安全系数 St 表层套管表层套管 1.01.1 1.11.2 1.61.8 技术套管技术套管 1.01.125 1.11.33 1.62.0 生产套管生产套管 1.01.2 1.11.4 1.61.9

7、70 71 （a a） （b b） （c c） 图图7-8 7-8 套管柱强度设计示意图套管柱强度设计示意图 （a a）抗挤设计）抗挤设计 （b b）抗拉设计）抗拉设计 （c c）复合套管柱）复合套管柱 11外载外载 22设计外载设计外载 33套管强度套管强度 72 73 74 coeod SPP )1 ( n sw nL ZZ oe P 有效外挤压力有效外挤压力 75 odcc PP 76 图图7-9 7-9 套管柱抗挤设计图套管柱抗挤设计图 77 78 td TST dt TT 79 80 81 82 )(3374 125. 1*30. 1*0098. 0 35.49 2 mH 3500m

8、 3300m 83 3500m 3300m 84 3500m 3300m 水泥面2800m 85 2 2 2 2 2 1 4 3 1 ss ccc T T T T PP 水泥面水泥面 水泥面 MPa75.47 3066 259 2 1 3066 259 4 3 135.49 2 )(311. 1 2800*30. 1*0098. 0 75.47 安全 水泥面 Sc 3500m 3300m 水泥面2800m 86 3500m 3300m 水泥面2800m 2300m 87 3500m 3300m 水泥面2800m 2300m 88 3500m 3300m 水泥面2800m 2300m )(201

9、9)5 .43124.95( 8 . 1 2354 3869. 0 1 1 1 1 m T S P q L i n n T ji i i 2000m 89 3500m 3300m 水泥面2800m 2300m 300m 90 91 92 93 94 95 96 级别级别 类类 型型 备注备注 普通型普通型中抗硫酸盐型中抗硫酸盐型高抗硫酸盐型高抗硫酸盐型 A 普通水泥普通水泥 B抗硫水泥抗硫水泥 C具有高早期强度具有高早期强度 D适于中温条件适于中温条件 E适于高温条件适于高温条件 F适于超高温条件适于超高温条件 G基本油井水泥基本油井水泥 H基本油井水泥基本油井水泥 98 99 100 101

10、 102 103 104 105 106 m m cw wc )1 ( 107 108 稠度 时间 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 等于等于1（即（即100%）时，水泥浆全部顶替走了钻井液；）时，水泥浆全部顶替走了钻井液； 当当小于小于1时钻井液没有被水泥浆完全替走，称为发生了钻井液时钻井液没有被水泥浆完全替走，称为发生了钻井液 窜槽；窜槽； 值越大，顶替效率越高。值越大，顶替效率越高。 为提高顶替效率，所采取的主要措施有：为提高顶替效率，所采取的主要措施有： 加扶正器降低套管在井眼中的偏心程度、加扶正器降低套管在井眼中的偏心程度

11、、 注水泥时活动套管、注水泥时活动套管、 采用紊流或塞流流态注水泥、采用紊流或塞流流态注水泥、 采用前置液、采用前置液、 注水泥前调整钻井液性能、注水泥前调整钻井液性能、 增加紊流接触时间等。增加紊流接触时间等。 121 122 dDL P 0 4 123 0 4 L P 在水泥浆顶替钻井液的过程中，水泥浆在宽间隙处顶替钻井液在水泥浆顶替钻井液的过程中，水泥浆在宽间隙处顶替钻井液 的速度快一些，而在窄间隙处的顶替速度则较慢，导致宽窄间的速度快一些，而在窄间隙处的顶替速度则较慢，导致宽窄间 隙水泥浆返高不一致。若套管偏心严重，则可能出现窄间隙的隙水泥浆返高不一致。若套管偏心严重，则可能出现窄间隙

12、的 钻井液根本不能被顶走而滞留在原处的钻井液根本不能被顶走而滞留在原处的窜槽窜槽现象。现象。 因此要尽量降低套管在井眼中的偏心程度。目前所采取的措因此要尽量降低套管在井眼中的偏心程度。目前所采取的措 施是在套管上安装施是在套管上安装套管扶正器套管扶正器。 124 结论：一般认为旋转效果较好；上下活动套管可能在上提套管结论：一般认为旋转效果较好；上下活动套管可能在上提套管 后发生卡套管从而使套管不能下放到设计放置，给安装井口造后发生卡套管从而使套管不能下放到设计放置，给安装井口造 成困难。成困难。 125 （a a） （b b） （c c） 图图7-16 7-16 旋转套管提高顶替效率示意图旋转

13、套管提高顶替效率示意图 （a a）套管不动）套管不动 （b b）套管开始转动）套管开始转动 （c c）钻井液将被替完）钻井液将被替完 11井眼井眼 22套管套管 33流动的水泥浆流动的水泥浆 44钻井液钻井液 126 127 （a a） （b b） （c c） 图图7-17 7-17 不同流态时流速分布示意图不同流态时流速分布示意图 （a a）塞流）塞流 （b b）层流）层流 （c c）紊流）紊流 128 层流塞流紊流 129 结论：只要井下条件许可（不会压漏地层），人们首选紊流顶结论：只要井下条件许可（不会压漏地层），人们首选紊流顶 替。替。 130 131 132 133 134 135

14、136 137 138 139 140 141 142 143 slpslasl VVV n ichisla HDDV 1 22 )( 410000 1 ppslp HDV 2 1 40000 144 sl c c sl sl c V m V m W 11 cw mWW 145 k ipi y d LD K V 1 2 410000 146 147 100 300 lg096. 2 n n K 511 511. 0 300 148 n n n ch n n n K DDV N 3 12 1200 )(1012 23 Re 149 nN c 13703470 Re n n ch n c DDn nKn V 22 1 )( 48 2 . 1 )13703470( 01. 0 cchc VDDQ)( 2000 3 22 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 图图7-18 7-18 井温测井示意图图井温测井示意图图 160 161 162 163 井段井段B B的相对声幅大于的相对声幅大于30%30%，为不，为不 合格井段合格井段