chapter07 固井与完井97-03

1、钻井与完井工程基础钻井与完井工程基础12概述345单根套管示意图单根套管示意图1 1接箍接箍 2 2套管本体套管本体678（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1 1压力表压力表 2 2上胶塞上胶塞 3 3下胶塞下胶塞 4 4钻井液钻井液 5 5浮箍浮箍 6 6引鞋引鞋7 7水泥浆水泥浆 8 8隔离液隔离液 9 9钻井液钻井液91011121314套管柱的组成15套管柱的类

2、型16一、套管外载分析与计算特点：。类型：l 轴向拉力轴向拉力l 径向外挤压力径向外挤压力l 径向内压力径向内压力l 弯曲附加拉力弯曲附加拉力l 温差应力温差应力17一、套管外载分析与计算18一、套管外载分析与计算19一、套管外载分析与计算20ibooePPP一、套管外载分析与计算21ZPmo0098. 0一、套管外载分析与计算22一、套管外载分析与计算23一、套管外载分析与计算24一、套管外载分析与计算25一、套管外载分析与计算26 （a） （b） （c）（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 （c c）气井油层套管）气井油层套管1 1内压力内压力 2

3、 2支撑外压力支撑外压力 3 3有效内压力有效内压力swnswosw曲线曲线一、套管外载分析与计算l自重l浮力27W一、套管外载分析与计算28kiikLqT1kibikLqT1FbqBq smFB129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-考虑浮力考虑浮力二、套管强度30二、套管强度31二、套管强度32二、套管强度33二、套管强度（3）套管钢级34二、套管强度35二、套管强度36三、套管柱强度设计37三、套管柱强度设计3839 （a a） （b b） （c c） （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

4、管柱）复合套管柱1 1外载外载 2 2设计外载设计外载 3 3套管强度套管强度三、套管柱设计方法4041一、油井水泥42一、油井水泥级别级别类类 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二、油井水泥的物理性能44二、油井水泥的物理性能45二、水泥浆性能与固井工程的关系 46mmcwwc)1 (二、油井水泥的物理性能47二、油井水泥的物理性能48稠度时间二、油井水泥的

5、物理性能49二、油井水泥的物理性能50二、油井水泥的物理性能51二、油井水泥的物理性能52二、油井水泥的物理性能53二、油井水泥的物理性能54二、油井水泥的物理性能55565758提高注水泥顶替效率的措施l水泥浆返高和套管内水泥塞必须符合设计要求；l注水泥段环空的泥浆应全部被水泥浆顶替干净，不窜槽；l水泥环有足够的连接强度和封固性能，不发生油气水窜，能经受住酸化压裂；水泥石能抗腐蚀。59顶替效率概念：水泥浆在环形空间顶替钻井液的程度，用表示 60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

6、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、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。 61u套管居中流动阻力分布：各间隙一样！泥浆流动条件：62dDLP04u套管偏心流动阻力分布：各间隙不一样！各间隙泥浆流动阻力： 套管偏心越严重，这种

7、流速分布不均的程度越大。曾经实测了液体在偏心环空中的流速分布情况，当偏心程度为69%时，实验中测量到最宽与最窄间隙的平均流速差别达到了70倍。63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

8、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。 04LP64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。65 （a a） （b b） （c c）6667 （a a） （b b） （c c）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u顶替过程中的流态影响68层流塞流紊流u

9、紊流顶替机理：l紊流顶替断面流速分布比较均匀；69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。 70717273747576完井的定义77合理的完井方法应该满足的要求78u应具备进行分层注水、注气、分层压裂、酸化等分层处应具备进行分层注水、注气、分层压裂、酸化等分层处理措施，便于人工举升和井下作业等条件；理措施，便于人工举升和井下作业等条件；u对于稠油油藏，则稠油开采能达到热采（主要蒸汽吞吐对于稠油油藏，则稠油开采能达到热采（主要蒸汽吞吐和蒸汽驱）的要求；和蒸汽驱）的要求；u油田开发后期具备侧钻定向井及水平井的条件油田开发

10、后期具备侧钻定向井及水平井的条件u施工工艺尽可能简便，成本尽可能低。施工工艺尽可能简便，成本尽可能低。79完井方法 常规完井方法主要有4种：u射孔完井方法（perforating） u裸眼完井方法 (Open-hole)u割缝衬管完井方法(Slotted Liner) u砾石充填完井 (Gravel Packed)80射孔完井81射孔完井8283射孔完井84水平井射孔完井水平井射孔完井射孔完井85射孔完井86射孔完井87射孔完井适用的地质条件 88裸眼完井 89裸眼完井先期裸眼完井9091水平井裸眼完井 9293割缝衬管完井（先期固井） 94割缝衬管完井（后期固井） 95割缝衬管示意图96割缝

11、衬管缝眼的功能97割缝衬管完井适用的地质条件 9899(1)裸眼砾石充填完井 100砾石充填101102(2)套管砾石充填完井 103104套管规格套管规格筛管外径筛管外径(mm)(in)(mm)(in)139.75 1/2742 3/8168.36 5/8872 7/8177.878727/8193.77 5/81043 1/2219.18 5/81174244.59 5/81304 1/2273.110 3/41425(3)绕丝筛管缝隙尺寸的选择105砾石充填完井适用的地质条件 106107 完井方法完井方法 适用的地质条件适用的地质条件 射孔完井射孔完井 有气顶、或有底水、或有含水夹层、

12、易塌夹层等复杂地质条件，因而要求实施分隔层段有气顶、或有底水、或有含水夹层、易塌夹层等复杂地质条件，因而要求实施分隔层段的储层。的储层。 各分层之间存在压力、岩性等差异，因而要求实施分层测试、分层采油、分层各分层之间存在压力、岩性等差异，因而要求实施分层测试、分层采油、分层注水、分层处理的储层。要求实施大规模水力压裂作业的低渗透储层。砂岩储层、碳注水、分层处理的储层。要求实施大规模水力压裂作业的低渗透储层。砂岩储层、碳酸盐岩裂缝性储层。酸盐岩裂缝性储层。 裸眼完井裸眼完井岩性坚硬致密，井壁稳定不坍塌的碳酸盐岩或砂岩储层。无气顶、无底水、无含水夹岩性坚硬致密，井壁稳定不坍塌的碳酸盐岩或砂岩储层。

13、无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层。单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多储层。不准备实施分层及易塌夹层的储层。单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多储层。不准备实施分隔层段，选择性处理的储层。隔层段，选择性处理的储层。 割缝衬割缝衬 管完井管完井无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层。单一厚储层，或压力、岩性基本一无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层。单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多储层。不准备实施分隔层段，选择性处理的储层。岩性较为疏松的中、粗砂粒致的多储层。不准备实施分隔层段，选择性处理的储层。岩性较为疏松的中、粗砂粒储层。储层。 裸眼砾石裸眼砾石 充填完井充填完井无气

14、顶、无底水、无含水夹层的储层。无气顶、无底水、无含水夹层的储层。 单一厚储层，或压力、物性基本一致的多储层。单一厚储层，或压力、物性基本一致的多储层。不准备实施分隔层段，选择性处理的储层。岩性疏松出砂严重的中、粗、细砂粒储层。不准备实施分隔层段，选择性处理的储层。岩性疏松出砂严重的中、粗、细砂粒储层。 套管砾石套管砾石 充填完井充填完井 有气顶、或有底水、或有含水夹层、易塌夹层等复杂地质条件，因而要求实施分隔层段有气顶、或有底水、或有含水夹层、易塌夹层等复杂地质条件，因而要求实施分隔层段的储层。各分层之间存在压力、岩性差异，因而要求实施选择性处理的储层。岩性疏的储层。各分层之间存在压力、岩性差

15、异，因而要求实施选择性处理的储层。岩性疏松出砂严重的中、粗、细砂粒储层。松出砂严重的中、粗、细砂粒储层。 几种主要完井方法适用的地质条件几种主要完井方法适用的地质条件( (垂直井垂直井) ) 完井井口装置108109井口装置:套管头油管头采油（气）树110111112113 抽油井采油树及油管头抽油井采油树及油管头1 1密封盒；密封盒；2 2胶皮阀门；胶皮阀门；3 3生产阀门；生产阀门；4 4油压表；油压表；5 5套管阀门；套管阀门；6 6套套压表；压表；7 7三通；三通；8 8油管头上法兰；油管头上法兰；9 9油管头；油管头；1010温度计温度计114115116双级套管头示意图双级套管头示

16、意图117三级套管头示意图三级套管头示意图1油管头；油管头；2上部套管头；上部套管头；3中部套管头；中部套管头；4下部套管头；下部套管头；5上部套管悬挂器（卡瓦式）；上部套管悬挂器（卡瓦式）；6上部悬挂套管；上部悬挂套管；7中部套管悬挂器（卡瓦式）；中部套管悬挂器（卡瓦式）；8中部悬挂套管；中部悬挂套管；9下部套管悬挂器（卡瓦式）；下部套管悬挂器（卡瓦式）；10下部悬挂套管；下部悬挂套管；11连接套管（表层套管）连接套管（表层套管） 118组合式三级套管头示意图组合式三级套管头示意图1油管头；油管头；2上部组合式套管头；上部组合式套管头；3下部套管头；下部套管头；4上部套管悬挂器（螺纹上部套管悬挂器（螺纹式）；式）； 5上部悬挂套管；上部悬挂套管；6中部套管悬挂器（螺纹中部套管悬挂器（螺纹式）；式）；7中部悬挂套管；中部悬挂套管；8下部套管悬挂器（卡瓦下部套管悬挂器（卡瓦式）；式）；9下部悬挂套管；下部悬挂套管；10连接套管（表层套管）连接套管（表层套管） 119独立螺纹式套管头示独立螺纹式套管头示意图意图12