注水泥设计与计算机辅助应用课件

注水泥设计与计算机辅助应用注水泥设计与计算机辅助应用注水泥设计与计算机辅助应用注水泥设计与计算机辅助应用注水泥设计与计算机辅助应用注水泥设1主要内容设计内容概述设计资料准备注水泥设计原则与方法注水泥设计步骤注水泥设计格式计算机辅助设计软件与应用2主要内容设计内容概述21、设计内容概述基本原则整个注水泥过程（包括候凝）环空压力处于一个平衡状态；在封固段水泥浆能充分顶替掉泥浆；既不会压漏地层，也不使油气水窜入环形空间。

31、设计内容概述基本原则31、设计内容概述注水泥类型注水泥（常规注水泥作业）；打水泥塞（平衡注水泥塞）；挤水泥。

41、设计内容概述注水泥类型41、设计内容概述注水泥主要设计内容

①

井眼条件（如温度、压力、井况）、钻井液性能等基本注水泥环境的审定、分析；

②

注水泥作业方式选择，确定采用什么方法进行该次注水泥作业；

③

水泥浆设计，如密度、用量、性能与配方等；

④

前置液与后置液设计；

51、设计内容概述注水泥主要设计内容

51、设计内容概述注水泥主要设计内容

⑤

设备与工具附件的选择，如扶正器的安放、刮泥器的使用、水泥车的选配等；

⑥

顶替工艺设计，如顶替流态、流速的选择与施工程序安排；

⑦

注水泥前的准备，如循环洗井要求、泥浆性能的调节、人员组织与职责分工等；

⑧

注水泥作业结果评价，主要指对整个施工计划实施过程的模拟效果分析与实际施工后的事后评价分析两方面的工作。

61、设计内容概述注水泥主要设计内容

61、设计内容概述注水泥主要设计内容

其他内容：

对于整个固井作业而言，还应进行套管强度校核与下套管方面的计算，这里不再阐述。71、设计内容概述注水泥主要设计内容

71、设计内容概述设计过程:①整理和分析设计所需的基本资料；②设计总体的注水泥方案；③设计施工流体（水泥浆、前置液等），并以化验室实测数据最终确定其性能与配方；④设计套管附件与注水泥设备的使用，如扶正器安放位置等；⑤安排详细的施工作业计划；

81、设计内容概述设计过程:81、设计内容概述设计过程:⑥模拟和评价整个施工计划的实施过程，分析模拟注水泥效果；⑦根据模拟情况进一步调整施工参数和施工流体性能；⑧实施注水泥作业；⑨分析评价作业结果。91、设计内容概述设计过程:92、设计资料准备1）工程设计要求：

指钻井、地质和开发上对注水泥作业的要求。这是注水泥的目标参数，必须保证整个设计应满足这些参数的要求。 水泥返深 需封固的产层顶部与底部深度 阻流环位置（水泥塞长度） 候凝时间 水泥环封固质量 水泥石性能等 特殊要求：如对热采井而言，需要求水泥石在高温下无强度衰减等。102、设计资料准备1）工程设计要求：102、设计资料准备2）地层资料

地层资料主要是指环空裸眼段的压力、温度、地层和产层情况，这些情况在设计水泥浆密度、注水泥方式、水泥浆体系以及顶替参数时都有重要的作用。

112、设计资料准备2）地层资料112、设计资料准备2）地层资料（１）温度数据

水泥浆顶部与底部温差井底循环温度(BHCT)井底静止温度(BHST)配浆用水的温度 温度大小的影响： 对外加剂加量 对水泥石强度122、设计资料准备2）地层资料122、设计资料准备2）地层资料（１）温度数据

温度数据的获取

地温梯度：

井底静止温度：

井底循环温度： 直接测量：循环温度投测仪 测温小球、电测 计算机模拟：与注水泥过程有关132、设计资料准备2）地层资料13井下循环温度预测方法14井下循环温度预测方法14API方法和经验方法与井下实测值的比较研究目的15API方法和经验方法与井下实测值的比较研究目的15建立井下循环温度分布的数学模型 完成了从能量平衡方程、壁面对流换热系数的确定、热源项的计算和数学模型的求解。井下温度的实测验证工作循环温度预测软件研究泥浆、水泥浆热物性参数测定主要研究内容16建立井下循环温度分布的数学模型主要研究内容16

研究建立了二维瞬态循环温度预测模型,考虑因素全面合理，相对于Homles的稳态模型和Hansa的假稳态模型更符合实际情况，它能给出注水泥过程中井眼不同位置以及不同时间状态下的循环温度。应用无条件稳定的全隐式有限差分法数值解其精度可靠，采用松弛法高斯－塞德尔迭代其运算速度快。对于0.2小时的时间间隔，循环15个小时，相当于计算75个时间点，仅仅需要1分钟。井下循环温度分布的数学模型17研究建立了二维瞬态循环温度预测模型,考虑因素全面合理，泥浆排出泥浆排出泥浆进入T2表层套管钻杆地层Tij地层TijT1T2T3T3环空泥浆水泥T1=T218泥浆排出泥浆排出泥浆进入T2表层套管钻杆地层Tij地层Tij能量平衡方程(2)对于环空内的热交换(3)对于地层内的热传导

(1)对于钻杆内的热交换19能量平衡方程(2)对于环空内的热交换(3)对于地层内的热传导模型特点该模型采用差分方程的形式清楚明了的表达出了井下各单元在流体对流过程中的热交换状态，通过采用适当差分格式和迭代方法可以使得运算快速稳定的收敛。通过精确的确定各单元之间总传热系数，既可考虑各种复杂的井身结构又使得模型较为简单；该模型还将考虑其它热源对井下温度的影响。20模型特点该模型采用差分方程的形式清楚明了的表达出了井下各单元本模型与Homles稳态模型和Hansa瞬态模型的对比井下循环温度分布的数学模型21本模型与Homles稳态模型和Hansa瞬态模型的对比井下循循环温度实测验证——测量内容地层静止温度剖面

7”套管固井后静止48小时后（实际静止57小时）测量。 采用的常规温度测井仪。泥浆循环温度

对8-1/2”裸眼和7”套管固井后各深度点。 采用井下温度储存记录仪。在国内首次进行22循环温度实测验证——测量内容地层静止温度剖面在国内首次进行循环温度实测验证——井眼条件

地理位置：牙哈5＃构造，

钻机编号：60704（三勘）

钻机类型：F400-4DH

井别： 开发评价井

井深： 5360m

井身结构：表层套管20＂×250m

第一层套管133/8＂×1500m

第二层套管95/8＂×4700m

第三层套管7＂×5358m

泥浆类型：聚磺

泥浆密度：1.40g/cm3，泥浆粘度：50s23循环温度实测验证——井眼条件 地理位置：牙哈5＃构造，23循环温度实测验证——测量概况(a)裸眼井中泥浆排量：24.24l/s，井眼大小：81/2“

钻杆直径：5＂，仪器的采样间隔：30s

第一个测深点：5300m，循环时间：15小时，

第二个测深点：5000m，循环时间：4小时，(b)7＂套管固井后泥浆排量：10.88l/s，井眼大小：7“ 钻杆直径：89mm，

仪器的采样间隔：75s

第一个测深点：5300m，循环时间：15小时，

第二个测深点：5000m，循环时间：4小时，

第三个测深点：4700m，循环时间：4小时，

第四个测深点：4300m，循环时间：4小时，

第五个测深点：4000m，循环时间：4小时，24循环温度实测验证——测量概况(a)裸眼井中24T=-4.6+0.0236H循环温度实测验证——测量结果25T=-4.6+0.0236H循环温度实测验证——测量结果25

对YH501、YX1和YN4三口井预测的井下循环温度与实测的四组数据对比都较为吻合，其最大误差不超过2℃，平均相对误差仅为1.84，而API方法和经验方法其平均相对误差均在6以上。循环温度实测验证26对YH501、YX1和YN4三口井预测的井下循环温度预测循环温度方法的比较井号 井深地温静止温度循环温度本模型API回归方程 0.7T静

0.8T静

梯度 实测值预测值 计算值 计算值 计算值

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 平均相对误差的绝对值（％）

1.848.40 10.36 6.84 循环温度实测验证27循环温度实测验证27通过参数敏感性分析可知，水泥浆、泥浆及岩石的热物性参数对井下循环温度的准确计算有非常显著的影响。泥浆或水泥浆比热20%的变化，将引起预测温度4－5℃的误差。地层的热导率当有50%的变化时，也将引起预测温度4－9℃的误差。首次对水泥浆、泥浆的热物理性质进行了系统的实验研究。共获得7个温度段、不同密度、两类泥浆和不同成分水泥浆的比热参数151个，不同成分、不同密度泥浆和水泥浆的热导率参数24个。本项实验研究成果填补了我国石油行业中泥浆和水泥浆热物性研究的空白。为井下温度预测研究提供了可靠的应用基础。泥浆、水泥浆热物性参数测定28通过参数敏感性分析可知，水泥浆、泥浆及岩石的热物性参数对井下

温度预测软件29温度预测软件292、设计资料准备2）地层资料（2）压力数据

地层孔隙压力： 钻井泥浆密度 测井预测

地层破裂压力： 地漏实验 数学计算预测（岩石力学与测井方法）302、设计资料准备2）地层资料302、设计资料准备2）地层资料（3）地层情况

这些资料主要用于确定注水泥时环空顶替返速的范围、准确设计水泥浆密度、选择水泥浆体系类型。

考虑是否存在： 循环漏失、 易塌等复杂井段； 异常压力地层； 异常岩性层（主要指盐岩层等）312、设计资料准备2）地层资料312、设计资料准备2）地层资料（3）地层情况

需了解数据： 漏失层的层位、深度范围，漏失压力，漏失时的泥浆密度、粘度、返速等， 复杂情况井段对环空液体返速的一般限制范围， 异常压力地层的压力大小，异常岩性的性质、层位深度等等

322、设计资料准备2）地层资料322、设计资料准备

当有异常压力情况时:

水泥浆的设计应非常慎重。当钻井液当量密度超过1.35～1.6g/cm3以上时，便应考虑解决可能出现的气窜问题。如在注水泥方案上，可采用具有封隔器的尾管结构，在水泥浆设计中应加入阻气剂或气阻剂（如国内的KQ,G-60,DS公司GASBLOCK、D600、Halliturton的LATAX2000等），对一般不严重气侵井可选择多凝注水泥方案。上述设计均应在钻井液压稳地层条件下进行。

332、设计资料准备当有异常压力情况时:332、设计资料准备

当有特殊岩性（一般指膏盐层）时：应控制好盐岩层的影响，首先要保持水泥与盐岩的胶结质量，防止盐岩层的溶解影响第二界面质量。这时，一般应设计采用饱和盐水水泥浆，同时还使水泥浆具有高密度，以控制地层的塑性流动。

342、设计资料准备 当有特殊岩性（一般指膏盐层）时：342、设计资料准备

当存在漏失问题时： 应先进行堵漏处理，然后才能进行注水泥作业。处理结果应当有一个钻井液循环平衡条件，该当量密度值能提供出最小承压梯度，作为注水泥设计的基础数据。依据此条件可考虑分级注水泥或使用低密度水泥、触变性水泥等。

352、设计资料准备 当存在漏失问题时：352、设计资料准备2）地层资料（4）产层情况

产层情况主要是指所固产层是油层还是气层，产层的渗透率等参数。

这些资料主要用于选择水泥浆体系类型，性能要求等。如控制水泥浆向产层的过量漏失，避免造成产层的污染，如果产层是气层，则应要求采用防窜水泥浆体系以保证凝固期间不出现气窜。

362、设计资料准备2）地层资料362、设计资料准备3）井眼形状参数井径、钻具尺寸、套管组合及完井方法。

井深（垂直深度与测量深度） 套管外径（包括壁厚） 裸眼直径 套管柱组合（如贯眼管柱、尾管、套管回接、复合套管施工等） 井斜数据。

372、设计资料准备3）井眼形状参数372、设计资料准备3）井眼形状参数 用途：计算井底温度 所需液体容积 静液柱压力 顶替流动参数（流态、流动压降等） 对水泥浆的性能也提出相应的要求

裸眼井径的变化情况对设计合理的顶替流动方式是非常重要的，在井眼中如有固结不良的薄弱地层时，井眼由于冲饰往往增大很多，很难实现紊流顶替，这便要求设计时应考虑使用低速（塞流）顶替方法来获取较好的顶替效果。井斜变化的大小对水泥浆的自由水性能也将提出不同的要求。

382、设计资料准备3）井眼形状参数382、设计资料准备4）钻井液类型与性能外加剂组成，密度和性能（如粘度、切力、失水、含砂量、pH值等）以及有关处理情况。

钻井液的性能对顶替的影响是较大的，一个良好性能的钻井液可大大提高泥浆的顶替效率，这在顶替机理中已经说明。因此，准确掌握钻井液资料对正确设计水泥浆和前置液，并在注水泥前合理地处理好钻井液性能是非常重要的。钻井液种类一般可分为淡水泥浆、盐水泥浆、乳化泥浆和油基泥浆四类，设计水泥浆时就必须考虑与泥浆的相容性。选择前置液时也需考虑泥浆的种类，如在乳化或油基泥浆环境下应保证加在水泥浆前面的冲洗液或隔离液的组分适合于亲水性的环空顶替。重要作业设计时还应模拟现场条件进行相容性试验。

392、设计资料准备4）钻井液类型与性能392、设计资料准备5）水泥与外加剂情况、配浆设备情况

资料主要包括现有干水泥、外加剂的存货情况，外界可能的供货情况。注水泥机泵能力，混合方式，活动套管能力与方式等。一般要求设计水泥浆时应先在现有的外加剂和水泥情况下进行，如果无法满足该井的施工要求，再根据货源情况进行设计并提出订货要求。

402、设计资料准备5）水泥与外加剂情况、配浆设备情况403、影响注水泥顶替效率的主要因素套管居中度流体性能（水泥浆、隔离液性能）注水泥顶替参数顶替流态紊流接触时间泥浆性能413、影响注水泥顶替效率的主要因素套管居中度413、影响注水泥顶替效率的主要因素423、影响注水泥顶替效率的主要因素423、影响注水泥顶替效率的主要因素间隙位置(毫米)水泥浆流态顶替效率(%)

平均值返回速度(m/s)雷诺数Re宽(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、影响注水泥顶替效率的主要因素间隙位置水泥浆流态顶替效率

3、影响注水泥顶替效率的主要因素443、影响注水泥顶替效率的主要因素443、影响注水泥顶替效率的主要因素453、影响注水泥顶替效率的主要因素454、注水泥设计原则与方法4.1平衡压力设计原则注水泥顶替过程压稳：

Pa>Pp+PPa：环空静液压力

Pp：地层孔隙压力P：地层孔隙压力安全附加值不漏

Pa+Pfa<Pf-P Pfa：流体在环空的流动阻力。

Pf：地层破裂压力。

PpPa464、注水泥设计原则与方法4.1平衡压力设计原则PpPa464、注水泥设计原则与方法4.1平衡压力设计原则候凝过程控制失重防止窜流Pa+Pc<PpPc：地层流体在水泥浆的流动阻力，与水泥浆的静胶凝强度发展有关。

PpPa474、注水泥设计原则与方法4.1平衡压力设计原则PpPa474、注水泥设计原则与方法4.2注水泥工艺方法选择方法分类：一次注水泥分级注水泥尾管注水泥非常规的注水泥工艺，如内管注水泥，外管注水泥，反循环注水泥等

484、注水泥设计原则与方法4.2注水泥工艺方法选择484、注水泥设计原则与方法4.2注水泥工艺方法选择分级注水泥工艺的选择原则

当要求注入过大的水泥量，环空形成水泥柱过长，有过大静液压差或地层不能承受长段水泥浆柱液柱压力时，应采用双级或多级注工艺。

当下部有气层，为防止过大失重时，应采用双级或多级注水泥工艺。

当封固段太长，其水泥浆柱的顶部位置与底部位置的温度差别太大，使得很难设计在这两种温度下性能均能满足要求的水泥浆时，应采用双级注水泥工艺。 当要求在上部某层有不受泥浆污染的水泥封固段时，当在上下有封隔层，但中间不需水泥封隔时，可采用双级注水泥。

494、注水泥设计原则与方法4.2注水泥工艺方法选择494、注水泥设计原则与方法4.2注水泥工艺方法选择分级注水泥工艺的类型

·正规的非连续式的双级注水泥

·非正规连续式的双级注水泥

·三级注水泥 一般情况仅可能采用正规的非连续式的分级注水泥方式。采用这种方法时，如果条件允许，第一级返深最好在分级箍位置150～200m以上。一级碰压后，从井口放压确认浮鞋浮箍工作可靠，水泥不回流，方可投入打开塞。504、注水泥设计原则与方法4.2注水泥工艺方法选择504、注水泥设计原则与方法4.2注水泥工艺方法选择分级箍位置选择原则

分级箍位置的选择主要应依据井眼的压力剖面而定。即保证分级后，每级注水泥中的环空压力均能满足井眼安全的要求。在此基础上同时，还应考虑如下要求：分级箍选择位置最好置于外层套管段内，否则应设置在地层坚硬、稳定的井段。 分级箍所在井段位置的井径应规则，且在较直井段，过大斜度会影响重力塞与下内套重合密封，使打开不可靠。514、注水泥设计原则与方法4.2注水泥工艺方法选择514、注水泥设计原则与方法4.3水泥浆设计设计顶替流态环空水泥浆柱组成

水泥浆体系与性能要求

水泥浆配方与性能试验

用量计算

524、注水泥设计原则与方法4.3水泥浆设计524、注水泥设计原则与方法4.3水泥浆设计环空水泥浆柱组成

水泥浆体系与性能要求

水泥浆配方与性能试验

用量计算

534、注水泥设计原则与方法4.3水泥浆设计534、注水泥设计原则与方法环空水泥浆组成结构尾浆中间浆领浆冲洗液隔离液冲洗液钻井液常规：泥浆+前置液（冲洗液/隔离液）+水泥浆（尾浆）常规：泥浆+前置液（冲洗液/隔离液/冲洗液）+水泥浆（领浆+尾浆）单级双封：泥浆+前置液（冲洗液/隔离液）+水泥浆+中间液（隔离液+泥浆+隔离液）+水泥浆（尾浆）双级：泥浆+前置液（冲洗液/隔离液）+水泥浆（尾浆）544、注水泥设计原则与方法环空水泥浆组成结构尾浆中间浆领浆冲洗4、注水泥设计原则与方法环空各段水泥浆长度设计原则一般要求尾浆应返到主封固段以上50～150m，而领浆返至设计返高以上，如有中间浆，其返深应视具体要求确定。按这一返深初步确定了各浆体的长度后，还应根据其对各段水泥浆的密度要求，在考虑满足环空平衡压力要求的原则下进一步进行调整。

554、注水泥设计原则与方法环空各段水泥浆长度设计原则554、注水泥设计原则与方法环空各段水泥浆密度设计原则保证环空压力安全（平衡压力条件）的原则下，尾浆密度应首先考虑使用正常密度范围（即在标准配浆水灰比下配出的水泥浆的密度），而领浆密度可稍低于尾浆密度，一般低于正常水泥浆密度0.01-.02即可，中间浆一般与尾浆密度一致或介于领浆与尾浆之间。

考虑： 使用外加剂下综合性能最佳时的密度值；水泥浆不发生沉降的最大用水量（最低密度）及具有最低可泵性情况下的最小用水量（最大密度）；满足抗压强度要求的密度值和保证顶替效率时与钻井液密度的最低密度差；通过减轻与加重处理后，水泥浆可能达到的最低密度与最大密度值。564、注水泥设计原则与方法环空各段水泥浆密度设计原则564、注水泥设计原则与方法计算环空总的液柱压力

分析环空压力是否处于平衡（可通过井眼压力剖面图分析）

平衡/不平衡

调整先导水泥浆的密度调整先导水泥浆的返深调整尾浆密度（加重、减轻）

完成

574、注水泥设计原则与方法计算环空总的液柱压力分析环空压力是4、注水泥设计原则与方法

进行了环空液柱压力校核后，如井眼有油气窜的可能，还应校核环空浆柱的失重情况，如失重较严重并可能引起油气窜时，还应进一步采用多凝结构（使用中间浆）以控制失重的速度。

设计中应注意的是，在实际施工中，不可能完全达到设计的水泥浆密度和返深位置，因此在设计时，必须使得水泥浆密度和各段液体长度在一定范围内变化时，其环空仍能保持一平衡压力状态。其进行的方法是将密度和长度分别在一定范围内变化，然后校核其环空压力的平衡情况。

584、注水泥设计原则与方法 进行了环空液柱压力校核后，如井眼有4、注水泥设计原则与方法4.3水泥浆设计环空水泥浆柱组成水泥浆体系与性能要求

水泥浆配方与性能试验

用量计算

594、注水泥设计原则与方法4.3水泥浆设计594、注水泥设计原则与方法用量计算

水泥浆用量环空水泥浆量的计算干灰与配浆水用量国外计算方法国内计算方法外加剂用量加重、减重剂用量604、注水泥设计原则与方法用量计算604、注水泥设计原则与方法4.4前置液与后置液设计

选择原则

前置液的结构

前置液的密度和用量

前置液类型后置液设计614、注水泥设计原则与方法4.4前置液与后置液设计614、注水泥设计原则与方法4.4前置液与后置液设计

选择原则

前置液的结构

前置液的密度和用量

前置液类型后置液设计624、注水泥设计原则与方法4.4前置液与后置液设计624、注水泥设计原则与方法①、只用冲洗液或紊流隔离液时，要求用量满足10min接触时间，其用量可计算如下：

q=10·Qc·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。634、注水泥设计原则与方法①、只用冲洗液或紊流隔离液时，要求用4、注水泥设计原则与方法②、同时使用冲洗液和隔离液时，其总的用量仍按上面公式计算，然后两种液体按2:1的容积比例分别计算其用量即可。但对总量的限制要求不超过环空高度300m为准。③、对粘性隔离液的用量，要求能充填环空长度

150～200m。④、对尾管或小间隙井眼注水泥，因环空容积较小，故按上面要求计算的用量可能很小。一般要求用量不小于1.6m3。⑤、根据所固井的井深情况和环空压力的平衡情况，可适当增加用量，一般当井深超过3000m后，每增加300m深度，应在设计总量中附加0.2～0.3m3。在环空井眼稳定、地层压力平衡满足的情况下，为提高顶替质量，可加大前置液的用量，长度可达到其应封固层段的长度。

644、注水泥设计原则与方法②、同时使用冲洗液和隔离液时，其总的4、注水泥设计原则与方法4.4前置液与后置液设计

选择原则

前置液的结构

前置液的密度和用量

前置液类型后置液设计654、注水泥设计原则与方法4.4前置液与后置液设计654、注水泥设计原则与方法

后置液主要用于隔离水泥浆与管内顶替泥浆，一般使用配浆水即可。但在尾管注水泥中后置液的使用还有平衡注水泥后管内外压差，防止形成小循环的作用。故在设计中需根据管内外压力情况计算需使用的后置液量。

使用高度：计算位置的环空压力=计算位置的管内压力+附加值计算位置的管内压力=顶替液(泥浆)压力+轻压塞液或碰压液压力轻后置液或碰压液压力=液体高度×密度方法：根据前三方程可解出轻顶替液的使用高度。

664、注水泥设计原则与方法后置液主要用于隔离水泥浆与管4、注水泥设计原则与方法4.5注水泥顶替流动设计顶替流型

顶替液体流变参数的要求

“U”型管效应计算与控制

顶替过程参数变化

674、注水泥设计原则与方法4.5注水泥顶替流动设计674、注水泥设计原则与方法4.5注水泥顶替流动设计顶替流型

顶替液体流变参数的要求

“U”型管效应计算与控制

顶替过程参数变化

684、注水泥设计原则与方法4.5注水泥顶替流动设计684、注水泥设计原则与方法确定合理顶替流速范围的原则

井眼的稳定性，是否有易漏、易塌等薄弱地层，这些层位对环空返速的限制情况，这些数据可邻井或区块的资料获得。正常钻井过程中的环空返速情况。裸眼井径变化情况及对返速的限制，如当裸眼井径变化较大，存在所谓的“大肚子”时，一般要求返速不能太大，以免进一步冲蚀井壁。同时在“大肚子”段一般是很难达到紊流的。套管居中度情况，当套管居中度不好时，应避免使用塞流顶替；井斜情况，当在大斜度或水平井套管注水泥时，应避免使用塞流顶替；泥浆泵与注水泥设备的工作能力。694、注水泥设计原则与方法确定合理顶替流速范围的原则694、注水泥设计原则与方法选择顶替流态的原则 顶替流态的选择主要是考虑在现有配浆能力下能否配出在上述流速范围内达到紊流或塞流状态的水泥浆和前置液。其选择的原则是：首先考虑使用紊流流态进行顶替，如果现有条件不能实现紊流则考虑使用塞流或低速顶替。在两者均无法实现的情况下，再设计为在尽量高速下的层流顶替，这时，应充分考虑紊流前置液的使用，以弥补水泥浆不能达到紊流的缺陷。

704、注水泥设计原则与方法选择顶替流态的原则704、注水泥设计原则与方法4.5注水泥顶替流动设计顶替流型

顶替液体流变参数的要求

“U”型管效应计算与控制

顶替过程参数变化

714、注水泥设计原则与方法4.5注水泥顶替流动设计714、注水泥设计原则与方法4.5注水泥顶替流动设计顶替流型

顶替液体流变参数的要求

“U”型管效应计算与控制

顶替过程参数变化

724、注水泥设计原则与方法4.5注水泥顶替流动设计724、注水泥设计原则与方法734、注水泥设计原则与方法734、注水泥设计原则与方法4.5注水泥顶替流动设计顶替流型

顶替液体流变参数的要求

“U”型管效应计算与控制

顶替过程参数变化

744、注水泥设计原则与方法4.5注水泥顶替流动设计744、注水泥设计原则与方法流动阻力环空与管内静压局部流动阻力井口压力套管鞋处压力紊流接触时间754、注水泥设计原则与方法流动阻力755、注水泥设计步骤设计内容①

井眼条件（如温度、压力、井况）、钻井液性能等基本注水泥环境的审定、分析；

②

注水泥作业方式选择，确定采用什么方法进行该次注水泥作业；

③

水泥浆设计，如密度、用量、性能与配方等；

④

前置液与后置液设计；

⑤

设备与工具附件的选择，如扶正器的安放、刮泥器的使用、水泥车的选配等；

⑥

顶替工艺设计，如顶替流态、流速的选择与施工程序安排；

⑦

注水泥前的准备，如循环洗井要求、泥浆性能的调节、人员组织与职责分工等；

⑧

注水泥作业结果评价，主要指对整个施工计划实施过程的模拟效果分析与实际施工后的事后评价分析两方面的工作。

765、注水泥设计步骤设计内容765、注水泥设计步骤设计步骤(1)

整理和分析设计所需的基本资料；(2)

设计总体的注水泥方案，具体可按如下步骤进行； ①

选择注水泥方案 ②

顶替流型 ③

前置液的类型与用量 ④

环空水泥浆柱组成 ⑤

水泥浆体系与性能要求775、注水泥设计步骤设计步骤775、注水泥设计步骤流程：第1步注水泥工艺方法第2步选择设计某一级注水泥过程第3步选择顶替流速范围和顶替流态第4步确定前置液组成、密度、用量第5步确定水泥浆组成、密度、返深第6步校核环空平衡压力情况第7步制定水泥浆性能要求第8步选择水泥浆体系、外加剂体系

785、注水泥设计步骤流程：785、注水泥设计步骤(3)设计施工流体（水泥浆、前置液等），并以化验室实测数据最终确定其性能与配方,计算出水泥浆、水泥与外加剂的用量；

(4)作业计划设计 ①

设计套管附件与注水泥设备的使用，如扶正器安放位置等；

②

临界排量

③

初步作业计划

795、注水泥设计步骤(3)设计施工流体（水泥浆、前置液等）5、注水泥设计步骤初步的注水泥方案，主要包括：

注前置液的排量、时间；

注先导水泥浆的排量、时间；

注尾随水泥浆的排量、时间；

停泵投塞时间

压胶塞排量、时间

开始顶替排量、时间

结束时顶替排量、时间

碰压压力805、注水泥设计步骤初步的注水泥方案，主要包括：805、注水泥设计步骤(5)计划调整

根据前面的分析结果，对作业计划进行相应的调整，主要是针对环空液柱结构和施工排量计划。使调整后的方案能更好地满足环空压力平衡和施工顶替流态设计的要求。

815、注水泥设计步骤(5)计划调整815、注水泥设计步骤(6)详细作业计划

在前面进行了注水泥作业主要内容设计的基础上，进行整个作业计划的详细安排，主要包括如下内容。

套管附件使用安排

排量计划

活动套管计划

设备调度

施工准备要求

施工组织与职责

作业步骤825、注水泥设计步骤(6)详细作业计划826、注水泥设计格式介绍中国石油天然气股份有限公司固井设计格式836、注水泥设计格式介绍中国石油天然气股份有限公司836、注水泥设计格式介绍1设计依据

1.1地质和地理资料

1.2钻井资料2套管柱设计

2.1套管柱强度设计条件

2.2套管柱强度设计结果

2.3套管串结构

2.4分级箍、套管外封隔器和尾管悬挂器等井下工具强度性能参数

2.5扶正器安放位置和数量

2.6其它846、注水泥设计格式介绍1设计依据846、注水泥设计格式介绍3水泥浆设计

3.1水泥浆配方及性能

3.2前置液设计4注水泥设计

4.1水泥浆压稳设计

4.2水泥用量设计

4.3替浆量计算

4.4注入流体数量、施工排量及时间

4.5模拟注水泥856、注水泥设计格式介绍3水泥浆设计 856、注水泥设计格式介绍5技术措施

5.1井眼准备

5.2下套管

5.3注水泥

5.4候凝及胶结测井

5.5其它6固井主要设备和材料

6.1固井主要设备

6.2固井材料866、注水泥设计格式介绍5技术措施 866、注水泥设计格式介绍7健康、安全与环保

7.1国家、当地政府有关健康、安全与环境保护法律、法规的相关文件

7.2石油天然气钻井健康、安全与环境管理体系指南

7.3健康管理要求

7.4安全管理要求

7.5环保要求8固井作业提交资料要求

8.1固井施工前提交的资料

8.2固井施工完成后提交的资料876、注水泥设计格式介绍7健康、安全与环保877、计算机辅助固井设计数学计算1）、管柱力学计算2）、流变学设计3）、多模拟结果的合理选择4）、复杂井眼形状下的计算5）、临界返速计算6）、多流体流动阻力与液柱压力计算7）、平衡压力设计8）、“U”型管效应计算9）、注水泥仿真模拟10）、成本计算887、计算机辅助固井设计数学计算887、计算机辅助固井设计知识与信息工程──专家系统的应用1）、注水泥方式选择2）、水泥浆性能要求3）、水泥浆体系设计4）、水泥浆配方优选5）、前置液设计6）、特殊工艺设计7）、注水泥施工措施与步骤设计8）、注水泥质量分析评价897、计算机辅助固井设计知识与信息工程──专家系统的应用897、计算机辅助固井设计数据管理1）、材料管理2）、施工数据管理3）、实验数据管理4）、设计数据管理5）、数据统计分析

6）、施工报告

907、计算机辅助固井设计数据管理90 谢谢大家！ 谢谢大家！91注水泥设计与计算机辅助应用注水泥设计与计算机辅助应用注水泥设计与计算机辅助应用注水泥设计与计算机辅助应用注水泥设计与计算机辅助应用注水泥设92主要内容设计内容概述设计资料准备注水泥设计原则与方法注水泥设计步骤注水泥设计格式计算机辅助设计软件与应用93主要内容设计内容概述21、设计内容概述基本原则整个注水泥过程（包括候凝）环空压力处于一个平衡状态；在封固段水泥浆能充分顶替掉泥浆；既不会压漏地层，也不使油气水窜入环形空间。

941、设计内容概述基本原则31、设计内容概述注水泥类型注水泥（常规注水泥作业）；打水泥塞（平衡注水泥塞）；挤水泥。

951、设计内容概述注水泥类型41、设计内容概述注水泥主要设计内容

①

井眼条件（如温度、压力、井况）、钻井液性能等基本注水泥环境的审定、分析；

②

注水泥作业方式选择，确定采用什么方法进行该次注水泥作业；

③

水泥浆设计，如密度、用量、性能与配方等；

④

前置液与后置液设计；

961、设计内容概述注水泥主要设计内容

51、设计内容概述注水泥主要设计内容

⑤

设备与工具附件的选择，如扶正器的安放、刮泥器的使用、水泥车的选配等；

⑥

顶替工艺设计，如顶替流态、流速的选择与施工程序安排；

⑦

注水泥前的准备，如循环洗井要求、泥浆性能的调节、人员组织与职责分工等；

⑧

注水泥作业结果评价，主要指对整个施工计划实施过程的模拟效果分析与实际施工后的事后评价分析两方面的工作。

971、设计内容概述注水泥主要设计内容

61、设计内容概述注水泥主要设计内容

其他内容：

对于整个固井作业而言，还应进行套管强度校核与下套管方面的计算，这里不再阐述。981、设计内容概述注水泥主要设计内容

71、设计内容概述设计过程:①整理和分析设计所需的基本资料；②设计总体的注水泥方案；③设计施工流体（水泥浆、前置液等），并以化验室实测数据最终确定其性能与配方；④设计套管附件与注水泥设备的使用，如扶正器安放位置等；⑤安排详细的施工作业计划；

991、设计内容概述设计过程:81、设计内容概述设计过程:⑥模拟和评价整个施工计划的实施过程，分析模拟注水泥效果；⑦根据模拟情况进一步调整施工参数和施工流体性能；⑧实施注水泥作业；⑨分析评价作业结果。1001、设计内容概述设计过程:92、设计资料准备1）工程设计要求：

指钻井、地质和开发上对注水泥作业的要求。这是注水泥的目标参数，必须保证整个设计应满足这些参数的要求。 水泥返深 需封固的产层顶部与底部深度 阻流环位置（水泥塞长度） 候凝时间 水泥环封固质量 水泥石性能等 特殊要求：如对热采井而言，需要求水泥石在高温下无强度衰减等。1012、设计资料准备1）工程设计要求：102、设计资料准备2）地层资料

地层资料主要是指环空裸眼段的压力、温度、地层和产层情况，这些情况在设计水泥浆密度、注水泥方式、水泥浆体系以及顶替参数时都有重要的作用。

1022、设计资料准备2）地层资料112、设计资料准备2）地层资料（１）温度数据

水泥浆顶部与底部温差井底循环温度(BHCT)井底静止温度(BHST)配浆用水的温度 温度大小的影响： 对外加剂加量 对水泥石强度1032、设计资料准备2）地层资料122、设计资料准备2）地层资料（１）温度数据

温度数据的获取

地温梯度：

井底静止温度：

井底循环温度： 直接测量：循环温度投测仪 测温小球、电测 计算机模拟：与注水泥过程有关1042、设计资料准备2）地层资料13井下循环温度预测方法105井下循环温度预测方法14API方法和经验方法与井下实测值的比较研究目的106API方法和经验方法与井下实测值的比较研究目的15建立井下循环温度分布的数学模型 完成了从能量平衡方程、壁面对流换热系数的确定、热源项的计算和数学模型的求解。井下温度的实测验证工作循环温度预测软件研究泥浆、水泥浆热物性参数测定主要研究内容107建立井下循环温度分布的数学模型主要研究内容16

研究建立了二维瞬态循环温度预测模型,考虑因素全面合理，相对于Homles的稳态模型和Hansa的假稳态模型更符合实际情况，它能给出注水泥过程中井眼不同位置以及不同时间状态下的循环温度。应用无条件稳定的全隐式有限差分法数值解其精度可靠，采用松弛法高斯－塞德尔迭代其运算速度快。对于0.2小时的时间间隔，循环15个小时，相当于计算75个时间点，仅仅需要1分钟。井下循环温度分布的数学模型108研究建立了二维瞬态循环温度预测模型,考虑因素全面合理，泥浆排出泥浆排出泥浆进入T2表层套管钻杆地层Tij地层TijT1T2T3T3环空泥浆水泥T1=T2109泥浆排出泥浆排出泥浆进入T2表层套管钻杆地层Tij地层Tij能量平衡方程(2)对于环空内的热交换(3)对于地层内的热传导

(1)对于钻杆内的热交换110能量平衡方程(2)对于环空内的热交换(3)对于地层内的热传导模型特点该模型采用差分方程的形式清楚明了的表达出了井下各单元在流体对流过程中的热交换状态，通过采用适当差分格式和迭代方法可以使得运算快速稳定的收敛。通过精确的确定各单元之间总传热系数，既可考虑各种复杂的井身结构又使得模型较为简单；该模型还将考虑其它热源对井下温度的影响。111模型特点该模型采用差分方程的形式清楚明了的表达出了井下各单元本模型与Homles稳态模型和Hansa瞬态模型的对比井下循环温度分布的数学模型112本模型与Homles稳态模型和Hansa瞬态模型的对比井下循循环温度实测验证——测量内容地层静止温度剖面

7”套管固井后静止48小时后（实际静止57小时）测量。 采用的常规温度测井仪。泥浆循环温度

对8-1/2”裸眼和7”套管固井后各深度点。 采用井下温度储存记录仪。在国内首次进行113循环温度实测验证——测量内容地层静止温度剖面在国内首次进行循环温度实测验证——井眼条件

地理位置：牙哈5＃构造，

钻机编号：60704（三勘）

钻机类型：F400-4DH

井别： 开发评价井

井深： 5360m

井身结构：表层套管20＂×250m

第一层套管133/8＂×1500m

第二层套管95/8＂×4700m

第三层套管7＂×5358m

泥浆类型：聚磺

泥浆密度：1.40g/cm3，泥浆粘度：50s114循环温度实测验证——井眼条件 地理位置：牙哈5＃构造，23循环温度实测验证——测量概况(a)裸眼井中泥浆排量：24.24l/s，井眼大小：81/2“

钻杆直径：5＂，仪器的采样间隔：30s

第一个测深点：5300m，循环时间：15小时，

第二个测深点：5000m，循环时间：4小时，(b)7＂套管固井后泥浆排量：10.88l/s，井眼大小：7“ 钻杆直径：89mm，

仪器的采样间隔：75s

第一个测深点：5300m，循环时间：15小时，

第二个测深点：5000m，循环时间：4小时，

第三个测深点：4700m，循环时间：4小时，

第四个测深点：4300m，循环时间：4小时，

第五个测深点：4000m，循环时间：4小时，115循环温度实测验证——测量概况(a)裸眼井中24T=-4.6+0.0236H循环温度实测验证——测量结果116T=-4.6+0.0236H循环温度实测验证——测量结果25

对YH501、YX1和YN4三口井预测的井下循环温度与实测的四组数据对比都较为吻合，其最大误差不超过2℃，平均相对误差仅为1.84，而API方法和经验方法其平均相对误差均在6以上。循环温度实测验证117对YH501、YX1和YN4三口井预测的井下循环温度预测循环温度方法的比较井号 井深地温静止温度循环温度本模型API回归方程 0.7T静

0.8T静

梯度 实测值预测值 计算值 计算值 计算值

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 平均相对误差的绝对值（％）

1.848.40 10.36 6.84 循环温度实测验证118循环温度实测验证27通过参数敏感性分析可知，水泥浆、泥浆及岩石的热物性参数对井下循环温度的准确计算有非常显著的影响。泥浆或水泥浆比热20%的变化，将引起预测温度4－5℃的误差。地层的热导率当有50%的变化时，也将引起预测温度4－9℃的误差。首次对水泥浆、泥浆的热物理性质进行了系统的实验研究。共获得7个温度段、不同密度、两类泥浆和不同成分水泥浆的比热参数151个，不同成分、不同密度泥浆和水泥浆的热导率参数24个。本项实验研究成果填补了我国石油行业中泥浆和水泥浆热物性研究的空白。为井下温度预测研究提供了可靠的应用基础。泥浆、水泥浆热物性参数测定119通过参数敏感性分析可知，水泥浆、泥浆及岩石的热物性参数对井下

温度预测软件120温度预测软件292、设计资料准备2）地层资料（2）压力数据

地层孔隙压力： 钻井泥浆密度 测井预测

地层破裂压力： 地漏实验 数学计算预测（岩石力学与测井方法）1212、设计资料准备2）地层资料302、设计资料准备2）地层资料（3）地层情况

这些资料主要用于确定注水泥时环空顶替返速的范围、准确设计水泥浆密度、选择水泥浆体系类型。

考虑是否存在： 循环漏失、 易塌等复杂井段； 异常压力地层； 异常岩性层（主要指盐岩层等）1222、设计资料准备2）地层资料312、设计资料准备2）地层资料（3）地层情况

需了解数据： 漏失层的层位、深度范围，漏失压力，漏失时的泥浆密度、粘度、返速等， 复杂情况井段对环空液体返速的一般限制范围， 异常压力地层的压力大小，异常岩性的性质、层位深度等等

1232、设计资料准备2）地层资料322、设计资料准备

当有异常压力情况时:

水泥浆的设计应非常慎重。当钻井液当量密度超过1.35～1.6g/cm3以上时，便应考虑解决可能出现的气窜问题。如在注水泥方案上，可采用具有封隔器的尾管结构，在水泥浆设计中应加入阻气剂或气阻剂（如国内的KQ,G-60,DS公司GASBLOCK、D600、Halliturton的LATAX2000等），对一般不严重气侵井可选择多凝注水泥方案。上述设计均应在钻井液压稳地层条件下进行。

1242、设计资料准备当有异常压力情况时:332、设计资料准备

当有特殊岩性（一般指膏盐层）时：应控制好盐岩层的影响，首先要保持水泥与盐岩的胶结质量，防止盐岩层的溶解影响第二界面质量。这时，一般应设计采用饱和盐水水泥浆，同时还使水泥浆具有高密度，以控制地层的塑性流动。

1252、设计资料准备 当有特殊岩性（一般指膏盐层）时：342、设计资料准备

当存在漏失问题时： 应先进行堵漏处理，然后才能进行注水泥作业。处理结果应当有一个钻井液循环平衡条件，该当量密度值能提供出最小承压梯度，作为注水泥设计的基础数据。依据此条件可考虑分级注水泥或使用低密度水泥、触变性水泥等。

1262、设计资料准备 当存在漏失问题时：352、设计资料准备2）地层资料（4）产层情况

产层情况主要是指所固产层是油层还是气层，产层的渗透率等参数。

这些资料主要用于选择水泥浆体系类型，性能要求等。如控制水泥浆向产层的过量漏失，避免造成产层的污染，如果产层是气层，则应要求采用防窜水泥浆体系以保证凝固期间不出现气窜。

1272、设计资料准备2）地层资料362、设计资料准备3）井眼形状参数井径、钻具尺寸、套管组合及完井方法。

井深（垂直深度与测量深度） 套管外径（包括壁厚） 裸眼直径 套管柱组合（如贯眼管柱、尾管、套管回接、复合套管施工等） 井斜数据。

1282、设计资料准备3）井眼形状参数372、设计资料准备3）井眼形状参数 用途：计算井底温度 所需液体容积 静液柱压力 顶替流动参数（流态、流动压降等） 对水泥浆的性能也提出相应的要求

裸眼井径的变化情况对设计合理的顶替流动方式是非常重要的，在井眼中如有固结不良的薄弱地层时，井眼由于冲饰往往增大很多，很难实现紊流顶替，这便要求设计时应考虑使用低速（塞流）顶替方法来获取较好的顶替效果。井斜变化的大小对水泥浆的自由水性能也将提出不同的要求。

1292、设计资料准备3）井眼形状参数382、设计资料准备4）钻井液类型与性能外加剂组成，密度和性能（如粘度、切力、失水、含砂量、pH值等）以及有关处理情况。

钻井液的性能对顶替的影响是较大的，一个良好性能的钻井液可大大提高泥浆的顶替效率，这在顶替机理中已经说明。因此，准确掌握钻井液资料对正确设计水泥浆和前置液，并在注水泥前合理地处理好钻井液性能是非常重要的。钻井液种类一般可分为淡水泥浆、盐水泥浆、乳化泥浆和油基泥浆四类，设计水泥浆时就必须考虑与泥浆的相容性。选择前置液时也需考虑泥浆的种类，如在乳化或油基泥浆环境下应保证加在水泥浆前面的冲洗液或隔离液的组分适合于亲水性的环空顶替。重要作业设计时还应模拟现场条件进行相容性试验。

1302、设计资料准备4）钻井液类型与性能392、设计资料准备5）水泥与外加剂情况、配浆设备情况

资料主要包括现有干水泥、外加剂的存货情况，外界可能的供货情况。注水泥机泵能力，混合方式，活动套管能力与方式等。一般要求设计水泥浆时应先在现有的外加剂和水泥情况下进行，如果无法满足该井的施工要求，再根据货源情况进行设计并提出订货要求。

1312、设计资料准备5）水泥与外加剂情况、配浆设备情况403、影响注水泥顶替效率的主要因素套管居中度流体性能（水泥浆、隔离液性能）注水泥顶替参数顶替流态紊流接触时间泥浆性能1323、影响注水泥顶替效率的主要因素套管居中度413、影响注水泥顶替效率的主要因素1333、影响注水泥顶替效率的主要因素423、影响注水泥顶替效率的主要因素间隙位置(毫米)水泥浆流态顶替效率(%)

平均值返回速度(m/s)雷诺数Re宽(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、影响注水泥顶替效率的主要因素间隙位置水泥浆流态顶替效率

3、影响注水泥顶替效率的主要因素1353、影响注水泥顶替效率的主要因素443、影响注水泥顶替效率的主要因素1363、影响注水泥顶替效率的主要因素454、注水泥设计原则与方法4.1平衡压力设计原则注水泥顶替过程压稳：

Pa>Pp+PPa：环空静液压力

Pp：地层孔隙压力P：地层孔隙压力安全附加值不漏

Pa+Pfa<Pf-P Pfa：流体在环空的流动阻力。

Pf：地层破裂压力。

PpPa1374、注水泥设计原则与方法4.1平衡压力设计原则PpPa464、注水泥设计原则与方法4.1平衡压力设计原则候凝过程控制失重防止窜流Pa+Pc<PpPc：地层流体在水泥浆的流动阻力，与水泥浆的静胶凝强度发展有关。

PpPa1384、注水泥设计原则与方法4.1平衡压力设计原则PpPa474、注水泥设计原则与方法4.2注水泥工艺方法选择方法分类：一次注水泥分级注水泥尾管注水泥非常规的注水泥工艺，如内管注水泥，外管注水泥，反循环注水泥等

1394、注水泥设计原则与方法4.2注水泥工艺方法选择484、注水泥设计原则与方法4.2注水泥工艺方法选择分级注水泥工艺的选择原则

当要求注入过大的水泥量，环空形成水泥柱过长，有过大静液压差或地层不能承受长段水泥浆柱液柱压力时，应采用双级或多级注工艺。

当下部有气层，为防止过大失重时，应采用双级或多级注水泥工艺。

当封固段太长，其水泥浆柱的顶部位置与底部位置的温度差别太大，使得很难设计在这两种温度下性能均能满足要求的水泥浆时，应采用双级注水泥工艺。 当要求在上部某层有不受泥浆污染的水泥封固段时，当在上下有封隔层，但中间不需水泥封隔时，可采用双级注水泥。

1404、注水泥设计原则与方法4.2注水泥工艺方法选择494、注水泥设计原则与方法4.2注水泥工艺方法选择分级注水泥工艺的类型

·正规的非连续式的双级注水泥

·非正规连续式的双级注水泥

·三级注水泥 一般情况仅可能采用正规的非连续式的分级注水泥方式。采用这种方法时，如果条件允许，第一级返深最好在分级箍位置150～200m以上。一级碰压后，从井口放压确认浮鞋浮箍工作可靠，水泥不回流，方可投入打开塞。1414、注水泥设计原则与方法4.2注水泥工艺方法选择504、注水泥设计原则与方法4.2注水泥工艺方法选择分级箍位置选择原则

分级箍位置的选择主要应依据井眼的压力剖面而定。即保证分级后，每级注水泥中的环空压力均能满足井眼安全的要求。在此基础上同时，还应考虑如下要求：分级箍选择位置最好置于外层套管段内，否则应设置在地层坚硬、稳定的井段。 分级箍所在井段位置的井径应规则，且在较直井段，过大斜度会影响重力塞与下内套重合密封，使打开不可靠。1424、注水泥设计原则与方法4.2注水泥工艺方法选择514、注水泥设计原则与方法4.3水泥浆设计设计顶替流态环空水泥浆柱组成

水泥浆体系与性能要求

水泥浆配方与性能试验

用量计算

1434、注水泥设计原则与方法4.3水泥浆设计524、注水泥设计原则与方法4.3水泥浆设计环空水泥浆柱组成

水泥浆体系与性能要求

水泥浆配方与性能试验

用量计算

1444、注水泥设计原则与方法4.3水泥浆设计534、注水泥设计原则与方法环空水泥浆组成结构尾浆中间浆领浆冲洗液隔离液冲洗液钻井液常规：泥浆+前置液（冲洗液/隔离液）+水泥浆（尾浆）常规：泥浆+前置液（冲洗液/隔离液/冲洗液）+水泥浆（领浆+尾浆）单级双封：泥浆+前置液（冲洗液/隔离液）+水泥浆+中间液（隔离液+泥浆+隔离液）+水泥浆（尾浆）双级：泥浆+前置液（冲洗液/隔离液）+水泥浆（尾浆）1454、注水泥设计原则与方法环空水泥浆组成结构尾浆中间浆领浆冲洗4、注水泥设计原则与方法环空各段水泥浆长度设计原则一般要求尾浆应返到主封固段以上50～150m，而领浆返至设计返高以上，如有中间浆，其返深应视具体要求确定。按这一返深初步确定了各浆体的长度后，还应根据其对各段水泥浆的密度要求，在考虑满足环空平衡压力要求的原则下进一步进行调整。

1464、注水泥设计原则与方法环空各段水泥浆长度设计原则554、注水泥设计原则与方法环空各段水泥浆密度设计原则保证环空压力安全（平衡压力条件）的原则下，尾浆密度应首先考虑使用正常密度范围（即在标准配浆水灰比下配出的水泥浆的密度），而领浆密度可稍低于尾浆密度，一般低于正常水泥浆密度0.01-.02即可，中间浆一般与尾浆密度一致或介于领浆与尾浆之间。

考虑： 使用外加剂下综合性能最佳时的密度值；水泥浆不发生沉降的最大用水量（最低密度）及具有最低可泵性情况下的最小用水量（最大密度）；满足抗压强度要求的密度值和保证顶替效率时与钻井液密度的最低密度差；通过减轻与加重处理后，水泥浆可能达到的最低密度与最大密度值。1474、注水泥设计原则与方法环空各段水泥浆密度设计原则564、注水泥设计原则与方法计算环空总的液柱压力

分析环空压力是否处于平衡（可通过井眼压力剖面图分析）

平衡/不平衡

调整先导水泥浆的密度调整先导水泥浆的返深调整尾浆密度（加重、减轻）

完成

1484、注水泥设计原则与方法计算环空总的液柱压力分析环空压力是4、注水泥设计原则与方法

进行了环空液柱压力校核后，如井眼有油气窜的可能，还应校核环空浆柱的失重情况，如失重较严重并可能引起油气窜时，还应进一步采用多凝结构（使用中间浆）以控制失重的速度。

设计中应注意的是，在实际施工中，不可能完全达到设计的水泥浆密度和返深位置，因此在设计时，必须使得水泥浆密度和各段液体长度在一定范围内变化时，其环空仍能保持一平衡压力状态。其进行的方法是将密度和长度分别在一定范围内变化，然后校核其环空压力的平衡情况。

1494、注水泥设计原则与方法 进行了环空液柱压力校核后，如井眼有4、注水泥设计原则与方法4.3水泥浆设计环空水泥浆柱组成水泥浆体系与性能要求

水泥浆配方与性能试验

用量计算

1504、注水泥设计原则与方法4.3水泥浆设计594、注水泥设计原则与方法用量计算

水泥浆用量环空水泥浆量的计算干灰与配浆水用量国外计算方法国内计算方法外加剂用量加重、减重剂用量1514、注水泥设计原则与方法用量计算604、注水泥设计原则与方法4.4前置液与后置液设计

选择原则

前置液的结构

前置液的密度和用量

前置液类型后置液设计1524、注水泥设计原则与方法4.4前置液与后置液设计614、注水泥设计原则与方法4.4前置液与后置液设计

选择原则

前置液的结构

前置液的密度和用量

前置液类型后置液设计1534、注水泥设计原则与方法4.4前置液与后置液设计624、注水泥设计原则与方法①、只用冲洗液或紊流隔离液时，要求用量满足10min接触时间，其用量可计算如下：

q=10·Qc·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。1544、注水泥设计原则与方法①、只用冲洗液或紊流隔离液时，要求用4、注水泥设计原则与方法②、同时使用冲洗液和隔离液时，其总的用量仍按上面公式计算，然后两种液体按2:1的容积比例分别计算其用量即可。但对总量的限制要求不超过环空高度300m为准。③、对粘性隔离液的用量，要求能充填环空长度

150～200m。④、对尾管