固井设计规范(T1)

1、 第五讲内容第五讲内容 一、固井设计规范一、固井设计规范 一、固井工艺设计依据 p 主要依据主要依据 l设计的井深结构或实际的井深结构、套管规范、下入深度设计的井深结构或实际的井深结构、套管规范、下入深度 及固井水泥的返高要求；及固井水泥的返高要求； l实钻地层岩性和地质分层数据；实钻地层岩性和地质分层数据； l油、气、水层或其他要求封固地层的孔隙压力梯度和温度油、气、水层或其他要求封固地层的孔隙压力梯度和温度 梯度；梯度； l要求封固地层的最小破裂压力梯度；要求封固地层的最小破裂压力梯度； l井径、井斜及方位等井眼基本数据；井径、井斜及方位等井眼基本数据； l实钻井眼的钻井液性能数据和钻井工

2、程概况；实钻井眼的钻井液性能数据和钻井工程概况； l地质和钻井工程或生产开发工程对固井提出的其他特殊要地质和钻井工程或生产开发工程对固井提出的其他特殊要 求。求。 二、固井工艺设计原则 p设计原则设计原则 l平衡压力固井：平衡压力固井：固井全过程环空压力 应大于地层孔隙压力，不超过主要封固 地层的最小破裂压力。 l注水泥顶替过程平衡压力设计原则 Pp Pa 1.1 1.1 平衡压力设计原则平衡压力设计原则 l候凝过程 l控制失重 l防止窜流 lPa + Pc Pp lPc：地层流体在水泥浆的 流动阻力， l与水泥浆的静胶凝强度发 展有关。 PpPa l 套管居中：定向井、大斜度井、大位移井或水

3、平套管居中：定向井、大斜度井、大位移井或水平 井的油、气、水层及间隔层段套管偏心度小于井的油、气、水层及间隔层段套管偏心度小于30%30%。 l 提高顶替效率：在满足平衡压力和套管居中的前提高顶替效率：在满足平衡压力和套管居中的前 提下，顶替钻井液工艺设计应满足水泥浆有效驱提下，顶替钻井液工艺设计应满足水泥浆有效驱 替偏心环空窄间隙钻井液的要求。替偏心环空窄间隙钻井液的要求。 l 安全施工：固井工艺设计应满足固井全过程连续安全施工：固井工艺设计应满足固井全过程连续 施工，以避免发生井漏、井喷和异常憋压等现象。施工，以避免发生井漏、井喷和异常憋压等现象。 l 安全施工：固井工艺设计应满足固井全过

4、程连续安全施工：固井工艺设计应满足固井全过程连续 施工，以避免发生井漏、井喷和异常憋压等现象。施工，以避免发生井漏、井喷和异常憋压等现象。 4.2 4.2 平衡注水泥基本要素平衡注水泥基本要素 u准确掌握各种地层压力范围值准确掌握各种地层压力范围值. . u设计满足压力控制要求的水泥浆设计满足压力控制要求的水泥浆. . u准确测定各种入井流体流变性并具有可准确测定各种入井流体流变性并具有可 调能力调能力. . u优化组配环空浆柱结构的密度和流变性优化组配环空浆柱结构的密度和流变性. . 1.1.确保施工水泥浆密度达到设计要求确保施工水泥浆密度达到设计要求. . 三、套管扶正器安放间距设计三、套

5、管扶正器安放间距设计 l安放位置应选较致密和井眼较规则井段。 l应根据主要封固井段的地层岩性、井眼条件、钻井 液性能以及钻井实际情况，确定套管扶正器的安放 间距和使用数量。 推荐以下位置“2根套管装1只” p 现场实际经验原则现场实际经验原则 l 甲方认定的上部目的层段顶以上至少100m（气层要求至少 200m）到井底每3根套管加放2个弹性扶正器； l 主要分隔层、夹层，适当补加弹性/刚性扶正器 l 对于没有特殊封固要求（即非目的层封固段）的前置浆封固 段要求两层套管重叠段间的封固段至少加放4个弹性扶正器， 裸眼段至少加放2个弹性扶正器，整个前置浆封固段加放弹 性扶正器总数不少于6个。 l 据

6、上措施，参照cemSAIDS模拟实际井眼轨迹的结果，再作适 当的调整。 l 具体情况根据油层位置和地质情况，现场进行适当调整。 2 2、直井油气层套管和尾管、直井油气层套管和尾管 l应根据主要封固井段的地层岩性、井眼条件、钻井 液性能以及钻井实际情况，确定套管扶正器的安放 间距和使用数量。以下情况每2根套管宜安装1只 符合要求的弹性扶正器或/和刚性扶正器： A、套（尾）管鞋以上的五根套管； B、油、气、水层及间隔层等主要封固段及其上下各 50米的套管； C、尾管重叠段进入上层套管内的5根套管、尾管悬 挂器以下2根套管； D、分级箍上下各2根套管； 3、斜井和水平井的技术套管、油气层套管、尾管的

7、斜井和水平井的技术套管、油气层套管、尾管的 扶正器安放扶正器安放 l应符合直井油气层套（尾）管的安放要求，并计算出主要 封固层段的套管偏心度，并满足以下要求 。 e max-套管在井眼的最大偏心 度 % max-套管在井眼内的最大偏心 距cm RB- 井眼半径cm RP- 套管外径 cm l二个弹性扶正器之间的套管最大偏心距：二个弹性扶正器之间的套管最大偏心距： max-套管在井眼内的最大偏心距cm RB- 井眼半径cm RP- 套管外径 cm PV -套管在铅垂面法向力N PS -套管在平均井斜狗腿度平面法向力N C-计算过度参数N/m l1 1个刚性扶正器和个刚性扶正器和1 1个弹性扶正器

8、间的套管最大偏心个弹性扶正器间的套管最大偏心 距：距： max-套管在井眼内的最大偏心距cm RB-井眼半径cm RC-套管外径 cm V -套管在铅垂面偏心距cm S -套管在平均井斜狗腿度平面偏心距cm PV -套管在铅垂面法向力N PS -套管在平均井斜狗腿度平面法向力N C-计算过度参数N/m 4 4、套管摩阻计算套管摩阻计算 l套管扶正器安放间距计 算完成后，应进行下套 管摩阻计算。当计算摩 阻超过设计下套管允许 阻力时，可适当减少扶 正器的数量，但应满足 套管在主要油、气、水 层及它们的间隔层内的 偏心度小于30%。 井 井 号 号井 井 径 径 套管下深套管下深 (M) 套管扶正

9、率套管扶正率 (%) 下放最小钩下放最小钩 载 载(Ton) 上提最大钩上提最大钩 载 载(Ton) Aa59 5/83300大于大于60 094 94284284 9 5/83800大于大于60 0116116266266 74463大于大于60 080 80228228 PH7 注:9 5/8“ 套管管内摩阻系数 0.25， 裸眼摩阻系数 0.40。 四、平衡压力固井设计四、平衡压力固井设计 计算固井注替过程中不同阶段环空流体的静液柱计算固井注替过程中不同阶段环空流体的静液柱 压力，和流动摩阻压力，其环空总压力应大于地压力，和流动摩阻压力，其环空总压力应大于地 层孔隙压力，不超过主要封固地

10、层的破裂压力层孔隙压力，不超过主要封固地层的破裂压力。 冲洗液、隔离液的密度、返高和返速以及分级箍 或管外封隔器的安放位置应满足钻井工程要求和 井内压力系统设计要求。 五、环空水泥浆返高设计五、环空水泥浆返高设计 1 1、设计原则、设计原则 应满足下一步安全钻井或完井作业、油田安全开发 以及今后采取增产措施的需要； 应能有效的封固油、气、水层，以及要求必须封固 的腐蚀性、蠕变、垮塌、漏失等复杂地层； 应满足钻井工程对套管保护提出的特殊要求，如： 提高套管抗挤、抗内压强度或避免套管因过度磨损 而发生断裂等； 应满足抵御海洋恶劣环境和保护环境所提出的要求； 应符合平衡压力固井原则； 六、水泥浆返高

11、常规设计六、水泥浆返高常规设计 注：注：返高设计要参考浆柱动静态下的经验计算公式 七、水泥浆附加量设计七、水泥浆附加量设计 注：水泥浆的附加量可根据实钻情况适当调整。 八、顶替水泥浆设计八、顶替水泥浆设计 九、前置液设计九、前置液设计 注：注：考虑防漏窜，地层孔隙压力前置液液柱压力前置液液柱压力地层破裂压力 ； 接触时间接触时间 p接触时间定义：是指顶替过程中流体（清洗液、隔离 液和水泥浆）流过环形空间某一点所经历的时间。 只用冲洗液或紊流隔离液时，要求用量满足只用冲洗液或紊流隔离液时，要求用量满足 10min 10min 接触时间，其用量可计算如下：接触时间，其用量可计算如下： q=10Qc

12、60/1000 q冲洗液用量，m3 Qc-顶替临界排量，L/s 当计算的冲洗液用量在环空中的长度超过250m时， 则以冲洗液封固250m环空所需的用量为准。 前置液对顶替效率的影响前置液对顶替效率的影响 十、固井分级箍位置设计原则十、固井分级箍位置设计原则 p油气层分级箍设置应满足平衡压力固井的要求； 1、高压油气层或低压油气层分级箍设置应满足下列 公式确定： Pw+P3+P4Ph+PPL h-分级箍安放的垂直深度m C-一级水泥浆的密度 g/cm3 d-地层漏失压力或破裂压力等效流体密 度g/cm3 m-一级固井前钻井液密度g/cm3 H-漏失地层垂直深度m 2 2、设计中应考虑固井工具及附

13、件的作业能力和施工、设计中应考虑固井工具及附件的作业能力和施工 安全：安全： l井斜小于或等于30宜采用重力开孔式分级箍。井 斜大于30宜采用液压开孔式分级箍； l分级箍应安放在岩性致密、不垮塌、井径规则的井 段； l漏失层固井，为保证生产层以上有良好的水泥封固， 分级箍安放位置可按下列公式计算： 十一、管外水泥膨胀封隔器位置设计原则十一、管外水泥膨胀封隔器位置设计原则 l按照分层开发的需要，管外水泥膨胀封隔器应设置 在分层开发的相邻生产层、油水层或油气层之间的 井眼较规则的位置； l高压井管外水泥膨胀封隔器应设置在环空尾浆顶部 且井眼较规则的位置，但应准确计算施工压力，合 理选择剪切销钉的压

14、力； l漏失井的管外水泥膨胀封隔器应按下列公式计算安 放位置： 十二、提高水泥浆环空顶替效率的工艺设计十二、提高水泥浆环空顶替效率的工艺设计 1 1、套管偏心度、套管偏心度 l套管在注意封固段井眼偏心度应30%。 2 2、钻井液性能的调整、钻井液性能的调整 l为达到固井作业要求，固 井前应充分循环和调整好 钻井液性能，尽量满足下 列关系式： l或满足：幂律模式 nmnc l宾汉模式 l赫-巴模式 YPC-水泥浆的动切力 Pa； YPm-钻井液的动切力 Pa； e-偏心度 无因次； nm-钻井液流动指数无因次； nC-泥浆流动指数无因次 PVC-泥浆的塑性粘度PaS PVm-钻井液的动切力PaS

15、 KC-水泥浆的稠度系PaSn Km-井液的稠度系数PaS 3 3、冲洗液、隔离液的使用、冲洗液、隔离液的使用 冲洗液、隔离液的性能和用量，参照本章节前述执 行。 4 4、固井胶塞的使用、固井胶塞的使用 单级固井应使用双塞，深井、大位移井、水平井应 使用三塞，分级固井的第一级固井应使用双塞。 5 5、U U型管效应型管效应 技术套管或油气层套（尾）管固井，应考虑U型管 效应的作用，计算环空水泥浆上返最大排量与设计 排量之比值应小于1.25。 6 6、固井前循环钻井液时间、固井前循环钻井液时间 正常情况下，下完套管注水泥浆前应充分、大排量 循环钻井液，循环总量不低于1.52倍实际井眼容 积量。最

16、大循环排量应接近于设计替浆时最大排量 现场可根据实际循环返出及井下情况适当延长循环 时间；重点确认：震动筛无沉砂返出、循环泵压稳 定、钻井液性能稳定、井下无漏、涌等情况、气全 量3%。 7 7、固井前循环和调整钻井液性能、固井前循环和调整钻井液性能 注水泥浆前应充分循环并调整钻井液性能，低粘、注水泥浆前应充分循环并调整钻井液性能，低粘、 低切、低屈服值，套管内外泥浆密度均匀，使进出低切、低屈服值，套管内外泥浆密度均匀，使进出 口泥浆密度相对一致。高压井应保证钻井液出口气口泥浆密度相对一致。高压井应保证钻井液出口气 全量全量5%5%。 若现场有充足的钻井液，可提前在泥浆池预配好密若现场有充足的钻井液，可提前在泥浆池预配好密 度度井浆密度且具有低粘、低切、低屈服值的钻井井浆密度且具有低粘、低切、低屈服值的钻井 液液3030方左右，固井前注入井。方左右，固井前注入井。 8、技术套管、油气层套（尾）管固井应进行环空流变学设、技术套管、油气层套（尾）管固井应进行环空流变学设 计计 l 应依据测定的流变参数确定流变模式，计算冲洗液、隔离液在环空 主要封固段的紊流临界排量和塞流临界排量。 l 冲洗液、隔离液紊流临界流速应低于水泥浆紊流临界流速，隔离液 允许塞流