《固井施工技术》ppt课件

1、 固井是怎个建井周期的重要环节，固井质量的好坏直接关系到油.气田的勘探与开发，一口井的胜利与否，往往与工程设计和施工工艺技术有着亲密的联络。 随着钻井技术的开展.深井.定向井.大斜度井.调整井是今后钻井开展的方向。因此对固井工程来讲，就面临着更大的挑战， 难度也就更大。 要想胜利的固好一口井，就必需采用新的方法.新的工艺.新的技术。 固井工程是一个系统工程,固井质量的好坏，它与钻井到完井过程中一切技术的施行有着很重要的关系。因此，影响固井质量的缘由是一个综合要素。为了能获得较好的.甚至优质的固井质量，就必需对影响固井质量的要素有一个较为全面的了解，这样才干提出一个合理的设计方案。 1.保证良好

2、的层间封隔，无窜流； 2.要有保证支撑套管、接受压裂的水泥石强度； 3.具有耐地层水腐蚀的才干。 目的：下次开钻能顺利进展满足开采工艺 延伸消费寿命 1.顶替不完全 主要反映在：窜槽混浆 声学特性差声幅值偏高 2.漏失与窜流 液柱压力与地层压力达不到平衡 3.水泥浆体系设计不合理 超缓凝外加剂相溶性差 水泥浆与泥浆相溶性差问 题 出现机率 % 补救费用 $修补作业费 $ 返 高 不 足 35 5600 1960管 鞋 出 水 25 26100 6525顶 替 窜 槽 5 3000 150气 窜 5 25900 1295单井修补费 用 9930 作业类型 根本作业费 $ 补救作业费 $ 补救根本

3、费 % 表 层 18100 9930 55 技 术 52200 7600 15 尾 管 22200 26600 120 产层 固井 23800 19900 841.要有完善的水泥浆设计 包括: 体系， 性能 ， 浆柱构造。2.科学化的注水泥设计1.水泥浆设计的约束条件 A.了解油藏特性主要针对尾浆 水泥浆所在位置深度的油，气，水流体性质； 完井开采方式。 裸眼，射孔，酸化，压裂，注水，热采等。 B.地质条件限制主要针对体系的选择 井深，岩性，井温； 地层压力，孔隙压力，漏失压力，坍塌 压力； 有无盐层或腐蚀性流体。C.施工条件的限制主要针对注替工艺 井眼几何尺寸，注水泥工艺方法； 混配方法，施

4、工设备才干； 密度控制才干，完井液处置情况。 配制和注替过程中,坚持可控的流动才干; 在井下温度和压力条件下坚持足够的可泵时间; 静止后应具有快速凝固和体系稳定的特性,并坚持体 积不变; 凝固后的水泥石强度满足施工要求,致密性好, 抗腐 蚀; 有一定塑性,能抵抗射孔的震动和冲击; 应具有一定的 防窜才干.密度 硅酸盐水泥本身的密度动摇范围是：3.053.20 g/cm3 其中： C3S 3.15 g/cm3 C2S 3.28 g/cm3 C3A 3,04 g/cm3 C4AF 3.77 g/cm3 施工中水泥浆的密度主要与设计的水灰比，外掺料的密度及加量有关。 确定水泥浆密度的根本原那么： 水

5、泥浆密度下套管时完井液的密度 即: Cm0.24 g/cm3 施工中假设密度动摇大那么将导致水泥浆整体性能的改动： 如： 固化强度， 致密性， 水泥的收缩程度， 稳定性等 因此，施工中控制水泥浆的密度变化范就显得尤为重要。 水泥浆和泥浆均属非牛顿液体，它的流动规律与牛顿液体有很大的差别，掌握水泥浆的流变性主要用于： a.计算注水泥和替泥浆时的施工参数排量，压力选择相顺应的施工设备； b.根据地层承压才干，确定水泥浆的上返速度，以及流态确实定； 析水率的大小主要反映出浆体的稳定性。 水泥浆属于多相不稳定体系，根据斯托克司方程可计算出固相颗粒的下沉速度。 V = 2s - wg d2s / 9 公

6、式中可以看出： a.下降速度与固相颗粒的直径成正比； b.与液相的粘度成反比。 因此，析水率的大小与外掺料颗粒直径的级配有很大的关系。 根据API规范要求：析水率1.4% 控制水泥浆的析水,其根本目的是保证水泥浆的稳定性。稳定性的好坏主要表如今浆体静止过程中浆柱密度的整体差别，假设浆柱上下密度差值大，那么水泥石的凝结特性将发生根本的改动，其后果将导致油、气、水窜。特别是对于定向井、大斜度井来讲，该项目的尤为重要。 水泥浆滤失性能对注水泥施工和固井质量的影响不断是钻井界非常关怀和有争议的问题。水泥浆的API失水量普通都很大，未进展失水控制的滤失量普通都在1000ml/30min以上，含自在水较多

7、的水泥浆在井下环形空间流动和候凝时，自在水有能够进入地层，从而引起水泥浆性能发生变化，这些变化主要包括： a.水灰比的变化、b.密度的变化、c.流变性的变化、d.稠化时间缩短，e.甚至能够丧失流动性。a.水泥浆的性质 主要反映浆体本身的胶体性质，只需当水泥浆中分散的胶体离子数量足够多时，水泥浆的失水就能控制到较小数值；b.压差 压差也是影响水泥浆失水的重要要素之一，按API规范，水泥浆实验时的 压差值规定为7MPa，从大量的实验证明，水泥浆的失水量随压差值变化而变化； 工程 条件API失水Ml/30温度。C压差MPa平均失水速率ml/s平均压降速率g/cm3.s无泥饼350350.75.30,

8、948250350.73.71.04150350.71.120.13有泥饼3503571.58 10-24.05 10-26005577.0 10-22.1 10-21507572.1 10-21.08 10-2 根据大量实验研讨证明，水泥水化时所需水量是水泥分量的2025%。在固井施工中为了保证水泥浆的流动性，设计时水泥浆的水灰比普通都确定在0.5左右，有时甚至高达0.8以上。 由于施工的要求，水泥浆中存在大量的过剩自在水，它不但使失水量添加，同时也伴随着浆体的稳定性下降，它所带来的危害主要表如今： a.构成上下连通的水道； b.构成纵向或横向水袋； 这是呵斥油气水窜的根本缘由。 水泥浆失水

9、量的大小不但与水泥浆的体系有关，而且与地层的岩性以及渗滤介质有关。 API规范中给出了计算及： 其中： Q30 30分钟的失水量， QT T分钟的失水量， T T分钟 分钟 公式在325目筛网，7MPa压差下经过实验结果进展计算获得，从计算结果分析，它并不代表真实的井下失水情况，仅能作为一个相对的衡量目的。那么水泥浆经过实验获得的失水量与井下实践的失水情况有什么关系。针对这个问题进展的研讨阐明：TQTQ477.530 降失水剂加量API失水ml/30minAPI失水速率ml/s30-40md岩芯滤失速率ml/s30-40md岩芯有泥饼时滤失速率ml/s30-40md岩芯除去泥饼时滤失速率ml/

10、s%193246.1310-3130 10-30.15 10-390 10-30.6%1734.13 10-366.810-30.19 10-31.54 10-31.0%561.34 10-31.24 10-30.20 10-30.33 10-3 在不同降失水剂加量的情况下，虽然API的失水量差别很大，以及岩芯未被污染的条件下，水泥浆的失水有较大的差别；但是，当岩芯上存在泥饼后，水泥浆的失水量呈数量级下降； 在不同压差的情况下，岩芯上有泥饼和无泥饼的条件下，水泥浆的失水速率竟相差100倍。 这可以阐明，在井下当井壁存在泥饼的形状下，滤液向地层滤失的流动阻力大大添加，证明泥饼内，外泥饼对阻挠水泥

11、浆滤液向地层滤失的作用不可无视。 实验数据证明了渗滤介质对失水的阻挠作用，这并不是说施工中可以不思索水泥浆的失水问题。降失水剂不但可以起到控制水泥浆失水的作用，同时更重要的是可以坚持水泥浆的稳定性；使水泥浆在凝结过程中将自在水均匀地束缚在水泥石的孔隙内，防止横向水带和纵向水槽的构成，为提高固井质量发明有利条件。 美国石油学会根据大量的固井资料和研讨总结得出 水泥浆失水与控制固井质量的关系： 0200 ml/30min 容易控制 200 500ml/30min 中级控制 5001000 ml/30min 勉强控制 1000 2000 ml/30min 不能控制根据API规定：定义 水泥浆在温度和

12、压力的作用下，经过稠度仪测定水泥浆到达100BC的时间称为稠化时间。 BC为力矩， 即100BC = 2080g cm 5.2 400g 水泥浆的稠化时间是指点施工的重要参数之一，影响水泥浆稠化时间的要素是多方面的，其中仅实验中的搅拌方式的不同对稠化时间都有较大地影响。 美国修斯公司实验证明： 用API搅拌器搅拌35秒 稠化时间 2:44 螺杆搅拌器搅拌5分钟 稠化时间 5:12 由此证明，水泥浆的稠化时间必需按API规范规定的实验方法进展，否那么将会给施工带来不可挽回的损失。A.A.井深井深 APIAPI规范共给出规范共给出1111个井深范围即：个井深范围即： 310310，610610，1

13、8301830，24402440，30503050，36603660， 42704270，48804880，54905490，61006100米。米。 B.B.地温梯度地温梯度 APIAPI规范共给出规范共给出6 6个地温梯度范围即：个地温梯度范围即： 1.6, 2.0, 2.4, 2.7, 3.1, 3.5/100M1.6, 2.0, 2.4, 2.7, 3.1, 3.5/100M 确定 水泥浆稠化时间的实验温度，应按照井底的最高循环温度来进展。根据美国在墨西哥湾对井底循环温度的统计可以看出，循环温度与井底静止温度的关系； 即： 1828米 静止温度 76.6 循环温度 46.6 3046米

14、 静止温度 107.2 循环温度 60 比值： 0.608 1828M , 0.563046M 在我国油田对循环温度的比值确定范围普通在0.75 0.85，显然比实践的比值要大得多。 压力是指水泥浆流动过程中的循环阻力，它是由管内外的摩阻损失和浆体的静液柱压力组成，压力值的大小主要以完井时泥浆密度来确定，API规范中给出的压力值是不同井深其对应的压力不同，即： 1.2g/cm3 310，610，1220，1830，2440M； 1.4g/cm3 3050M； 1.7g/cm3 3660M； 1.9g/cm3 4270M； 2.0g/cm3 4880M； 2.2g/cm3 5490M ； 2.3

15、g/cm3 6100M。 由此可以看出，假设严厉按API规范来确定这三个实验条件，那么完全可以保证施工的平安。 稠化时间 = 施工时间 + 12小时平安因子； 平安因子 深井5000M普通取23小时； 分级注水泥 实验中还必需有1小时或更长的停机时间 ； 对于符合要求的稠化曲线其过渡时间的稠度应30min 水泥石的抗压强度是指抵抗外力破坏的才干，根据固井工程的要求应满足以下几点：A.支撑和悬挂套管 经研讨阐明，水泥环支撑套管的才干：抗压强度为0.35MPa时每米水泥环的支撑才干套管外径英寸悬挂长度M51983257130228711919081031639851411082141116895套

16、管外径英寸悬挂长度M51983257130228711919081031639851411082141116895a套管的外表情况 套管外表情况与胶结强度的关系外表状况剪切力磅/吋 水力压力磅/吋新的带漆47200250新的去漆104300400新的有锈141500700新的喷砂或树脂20011001200 井壁的泥饼情况是指附着于井壁外表泥饼质量的好坏，也就是说不能存在大量的虚泥饼，这不但影响水泥的胶结，同时在水泥凝结过程中泥饼的干缩会呵斥油，气，水窜的隐患。B应具有一定的塑性 由资料引见和实验证明，当水泥石的强度值添加，衔接强度也添加，但水泥石的脆性就越大，其带来的危害主要表如今： a接受

17、由钻进时产生的冲击载荷才干减弱， b射孔时容易发生裂痕，特别是小井眼更为重要。 根据大量的实际和室内研讨证明：a对表层，技术套管的固井，要满足下次作业，即二次开钻前的钻水泥塞，换装井口，倒换钻具等， 水泥石的强度 3.5MPa；b对射孔，酸化压裂等作业， 水泥石的最小强度 13.5MPa。 在井下水泥石被腐蚀主要表现有三种方式： 淡水腐蚀，离子交换腐蚀，硫酸盐腐蚀 在这三种腐蚀中，硫酸盐腐蚀最为普遍。 经研讨证明，温度与腐蚀有着亲密的关系，在2749这个范围，硫酸盐的腐蚀最严重。因此温度较低的浅井比深井更容易被腐蚀。如何提高水泥石的耐腐蚀性， 普通采用的方法有：a控制水泥的矿物成分 API规定

18、，严厉控制C3A3CaO AL2O3 6H2O的含量。 C3A3CaO AL2O3 6H2O 6% 普通水泥同时满足C4AF4CaO AL2O3 Fe2O3+ C3A 22% 水泥水化后生成的水化物CaOH2晶体最容易被腐蚀，因此要防止该类腐蚀，可参与与CaOH2产生反响的外掺料，同时还应保证不影响水泥石的强度。c防止水泥石在高温下的衰退 C3S2H3 C2SH A型片状低强度结晶 C3S2H3 14MPa C2SH 1.9MPa C3S2H3+SiO2 CSH B型低碱性高强度结晶 CSH 32MPa 加量确实定： 必需在30 40%的范围 C3S2H3 C2SH A型片状低强度结晶 C3S

19、2H3 14MPa C2SH 1.9MPa C3S2H3+SiO2 CSH B型低碱性高强度结晶 CSH 32MPa 加量确实定： 必需在30 40%的范围 水泥石浸透率的大小与水泥浆的体系有关，正常密度的水泥石根本可满足施工的要求，但加有外掺料的水泥浆体系那么应思索浸透率能否符合要求。 API规范规定： 水泥石在1.4MPa的压差下不浸透。保证套管在井内有足够的居中度；注水泥之前应充分循环泥浆，调整好完井液的各项性能，使之满足水泥顶替的根本要求；有条件的情况下，尽能够保证使水泥浆到达紊流顶替；顶替液要有足够的环空紊流接触时间。 如何利用现有条件,采用什么方法满足这些根本原那么,是实践施工中必

20、需仔细思索的问题。虽然设计出了比较好的水泥浆体系，施工中没有相应的技术保证和技术措施的落实，同样不能够获得好固井质量。 固工程是一项系统工程，它与许多要素有关，同时相互之间又有很亲密的内在联络，因此施工技术措施的制定和落实就显得非常重要。 国内外在研讨水泥浆顶替机理方面，都以为紊流流态顶替是提高环空顶替效率的最正确流型。要使水泥浆在环空到达紊流形状，普通采用的方法是调整水泥浆的流变性能或在施工中提高顶替排量，但是在注水泥施工中不仅要求流态满足设计要求，同时还应思索注水泥时浆柱压力和动压与地层压力的平衡关系，这样就提出了平衡压力注水泥技术。平衡压力固井技术所要处理的问题有以几个方面： 做到地层和

21、地层流体,不因流动压力或水泥浆失重引起的地层破漏和油、气、水窜槽; 即:保证水泥浆在注替过程及水泥浆在凝结过程中的压力平衡关系: PPPF PF0 PP地层孔隙压力, PF注替压力和水泥浆柱压力, PF0地层破漏压力。 优选水泥浆、隔离液的顶替流态及合理的流变性能,提高裸眼段的顶替效率。 要做到环空顶替时的压力平衡关系,就必需控制水泥浆的流变性能和它的上返速度,使之坚持地层压力允许的范围。这就是注水泥施工要求的流变学设计。 根据中石油公布的注水泥流变学设计规范,流变方式的选择应根据水泥浆的剪切速率与剪切应的吻合程度来确定,其判别的规范为: F = 200 100/300 100 当F =0.5

22、0.003时,选用宾汉方式,反之那么选用幂律方式。式中 “后面的数值表示被测液体在旋转粘度计上的读值。 水泥浆流变能的设计，主要根据地层破裂压力或漏失压力与水泥浆柱的 压力平衡关系，从限制水泥浆在环空的最高上返速度来确定水泥浆流变性的合理范围。根据上述原那么，水泥浆的上返速度和流变性应满足以下要求：宾汉液体： VC S 0s 幂律液体： VC n 0.6 k LDDPPSeWhaFb)(95. 0(16.435)(101224eWDDSsLDDPPseWhaFb)(95. 0(2 .681snewnCDDV)(57. 02300)(SCeWVDD式中： VC思索平衡压力固井时环空允许的最大上返

23、速 度；M/S S塑性粘度 ； Pa.S O_ 动切应力 ； Pa DW_平均井径 ； De_套管外径 ； n流性指数 ； k稠度系数 ； Pa.sn PFb地层破裂压力；MP Pha环空静液柱压力； MP L 井深； M 根据上述约束条件，计算出相应的VC、n、k值1水泥浆在环空的临界雷诺数 NRec3470-0nn2.092 lg300/ 100 k0.511300/511n 2水泥浆在环空的实践上返速度VC1nneWnScDDnnKN221Re)(48()83. 0(QC 经过对水泥浆顶替参数的计算，要使水泥浆在环空到达紊流，计算结果能够出现两种情况： 计算结果满足约束条件； 计算结果不

24、能满足约束条件，或者计算出的施工参数根本无法实现。40)(22eWCDDV 那么出现后一种情况时,就必需调整水泥浆的流变参数，或降低顶替排量。往往经过调整的水泥浆和降低排量后，水泥浆在环空的流速根本上都属于层流范围，那么在这种流态下如何保证环空的顶替效率，是设计人员在设计中必需思索的问题。 在水泥浆设计中，为了保证水泥浆石符合工程设计的要求，普通在设计和调整方案时应思索以下几个方面的问题： 1设计出的水泥浆必需坚持良好的稳定性，无自在水析出； 2在设计温度下具有良好的早强性能； 3具有一定的防窜性和触变性。 由上述三点的设计准那么可以看出，在确定水泥浆的性能时，主要思索水泥浆在静止形状下的物理

25、化学性能。提高环空的顶替效率，其目的是为水泥浆提供良好的凝结条件，那么如何在现有的地层条件和设备才干下获得良好的固井质量，使水泥浆在井下坚持室内实验应具有的性能。 过份追求水泥浆在环空流动时到达紊流形状，将遭到诸多要素的限制，改善水泥浆性能时要综合思索其它性能的变化，特别是浆体的稳定性和早强性。 要使水泥浆在环空到达紊流流态，是一切参与固井施工的工程技术员所期望的，也是大家公认的一种提高顶替效率的手段。但是往往遭到许多条件的限制，而真正使水泥浆到达紊流顶替的并不多见。有时在施工中排量和流变性水泥浆似乎都很好，施工也延续，未出现任何异常景象，但最终施工结果令人不称心，甚至还能够出现不合格。井号实

26、际施工排量M2/min紊流临界返速需要的排量领浆M2/min尾浆M2/min文141.34.646.135.967.19鲜41.253.725.913.125.79鲜51.133.147.2510.5747.67鲜61.453.497.4117.0526.02 由表中数据对比,实践的施工排量在18.824L/S,但是与到达紊流的临界排量相差甚远，而水泥浆在环空的流态经计算获得属低速层流。 鉴于上述情况，为了提高顶替效率，防止水泥浆在顶替时，由于施工排量达不到紊流而能够出现的尖峰型层流；在实践施工中对原完井液进展了处置，使完井液具有较低的粘度和切力，使它能在低上返速度下到达紊流。见表2.2井号类

27、别漏斗粘度S密度g/3初切10s终切10min泥饼滤失mlPVPa.SYPPa文14原井浆1281.1833460.320.4252.5稀释后301.0811.50.480.0050鲜4原井浆331.074.5100.570.0118.18稀释后171.0411.50.5120.0040.51鲜5原井浆291.07130.460.0174.59稀释后18.51.03000.4110.0090.15鲜6原井浆481.070.540.470.0185.11稀释后221.04000.4100.0060.51 1能在低返速下低排量完井液可到达较高 的紊流速度,即所需求的临界排量小见表2.3； 2对泥浆的顶替效