现代固井技术经验专题.ppt

现代固井技术讲座现代固井技术讲座Seminar on Modern Cementing Technology 张明深明深(中国海洋石油中国海洋石油)现代固井技术的理论基础和现场经验现代固井技术的理论基础和现场经验 石油软件下载石油软件下载zms2006第二部分第二部分 现代固井技术在现场使用经验现代固井技术在现场使用经验五个技术专题五个技术专题zms2006现代固井技术现代固井技术 五个技术专题五个技术专题第一专题第一专题 高温高压深井固井技术高温高压深井固井技术第二专题第二专题 气层固井防窜工艺技术气层固井防窜工艺技术第三专题第三专题 水泥浆质量特殊检验体系水泥浆质量特殊检验体系第四专题第四专题 特殊井况固井技术新方法特殊井况固井技术新方法第五专题第五专题 油井百年大计，始于固井技术油井百年大计，始于固井技术zms2006第一专题第一专题高温高压深井固井技术高温高压深井固井技术zms2006高温高压井固井技术高温高压井固井技术 何谓高温高压井何谓高温高压井s 地层温度高于地层温度高于150180（大于（大于300）地层温度地层温度 180属于超高温井属于超高温井s 地层孔隙压力大于地层孔隙压力大于69MPa(10000psi)s 或地层孔隙压力系数或地层孔隙压力系数1.80g/cm3s s（南海地温梯度在（南海地温梯度在3.74.4/100m/100m，目前较深井深，目前较深井深s 4876m,BHST210,BHCT169,4876m,BHST210,BHCT169,已有固井设计）已有固井设计）zms2006高温高压深井固井技术高温高压深井固井技术 一一 高温高压深井固井问题分析高温高压深井固井问题分析 二二 高温高压深井固井设计特别要求高温高压深井固井设计特别要求 三三 特殊固井工艺技术的应用特殊固井工艺技术的应用 四四 深井套管小间隙固井技术深井套管小间隙固井技术zms2006一一 高温高压深井固井问题分析高温高压深井固井问题分析 高温高压井固井的技术难点高温高压井固井的技术难点1.高温高压对水泥和套管的腐蚀与破坏高温高压对水泥和套管的腐蚀与破坏2.井底循环温度对水泥浆设计的影响井底循环温度对水泥浆设计的影响3.井漏和小间隙固井的必然结果井漏和小间隙固井的必然结果4.高温高压对水泥浆的严重影响高温高压对水泥浆的严重影响5.高温水泥浆稠化时间突变高温水泥浆稠化时间突变6.高温材料混合水延迟使用实效高温材料混合水延迟使用实效7.高密度水泥浆不稳定高密度水泥浆不稳定8.长尾管上下温差过大长尾管上下温差过大9.窄压力窗口（易漏易喷）是高温高压井固井最棘手窄压力窗口（易漏易喷）是高温高压井固井最棘手的问题的问题10.气窜是高温高压井固井的重点问题之一气窜是高温高压井固井的重点问题之一zms2006通过模拟井况分析固井难点通过模拟井况分析固井难点11-3/4”尾管作业尾管作业上层套管：上层套管：13-3/8”3000m3000m破裂当量破裂当量2.252.25，套管内径，套管内径 12.515”12.515”11-3/4”11-3/4”尾管鞋：尾管鞋：4000m4000m，尾管顶部，尾管顶部2800m2800m井眼：井眼：14”14”钻井液：密度钻井液：密度2.182.18，塑性粘度，塑性粘度40mPa.s40mPa.s 静切力静切力18Pa 18Pa 泥浆气测值泥浆气测值68%68%地温梯度：地温梯度：3.733.73/100m/100m，BHST177BHST177，BHCT138BHCT138气层在气层在3200m3200m，主气层，主气层3800m 3800m zms20061.高温高压对水泥和套管的腐蚀与破高温高压对水泥和套管的腐蚀与破坏坏1.）在高温高压下，油井水泥的物理和化学性能都会发生明显的变）在高温高压下，油井水泥的物理和化学性能都会发生明显的变 化，因此高温高压深井固井设计必须考虑对水泥和套管的保护化，因此高温高压深井固井设计必须考虑对水泥和套管的保护 ，此外还必须考虑高温井中具有腐蚀性的水层与松软地层存在，此外还必须考虑高温井中具有腐蚀性的水层与松软地层存在 的危险性。如果不精心地改进水泥设计方案，水泥石就要失去的危险性。如果不精心地改进水泥设计方案，水泥石就要失去 强度，而产生渗透性，结果可能使地层封隔失败。强度，而产生渗透性，结果可能使地层封隔失败。2）高温高压对水泥和套管腐蚀和破坏的主要因素是硫酸盐水溶液高温高压对水泥和套管腐蚀和破坏的主要因素是硫酸盐水溶液 和碳酸盐水溶液，两者对水泥的腐蚀是十分严重的。和碳酸盐水溶液，两者对水泥的腐蚀是十分严重的。高温下硫酸盐水溶液使水泥水化后的硅酸钙水合物结构发生变高温下硫酸盐水溶液使水泥水化后的硅酸钙水合物结构发生变 化，叫做水泥强度衰退；而碳酸盐水溶液使硅酸钙水合物转化化，叫做水泥强度衰退；而碳酸盐水溶液使硅酸钙水合物转化 成碳酸钙和不结晶的二氧化硅。成碳酸钙和不结晶的二氧化硅。3）造成对水泥和套管的腐蚀和破坏的另一种因素是温度本身。温造成对水泥和套管的腐蚀和破坏的另一种因素是温度本身。温 度对添加剂产生明显作用，使添加剂不稳定。度对添加剂产生明显作用，使添加剂不稳定。zms2006影响水泥石、套管寿命的因素影响水泥石、套管寿命的因素 总的来说，影响水泥石、套管寿命的因素主要的总的来说，影响水泥石、套管寿命的因素主要的是：是：1.地层水、地层水、2.水泥浆滤液、水泥浆滤液、3.CO2和和H2S以及以及 4.温度本身。温度本身。因此对水泥类型的选择，对地层水包括水泥浆滤液的因此对水泥类型的选择，对地层水包括水泥浆滤液的预测、预防和控制的力度，在水泥浆设计中是容易做预测、预防和控制的力度，在水泥浆设计中是容易做到的。到的。zms20062 2.井底循环温度对水泥浆设计的影响井底循环温度对水泥浆设计的影响1）井底循环温度（）井底循环温度（BHCT）十分重要：）十分重要：根据根据BHCT对选用的水泥浆配方进行试验；对选用的水泥浆配方进行试验；对添加剂进行选择。对添加剂进行选择。2）准确的计算或预计）准确的计算或预计BHCT可通过测井、测循环温度的可通过测井、测循环温度的 探测头和对循环温度的数学模拟等方法。探测头和对循环温度的数学模拟等方法。API新新 标准可作粗略查对，但最实用的方法是国外服标准可作粗略查对，但最实用的方法是国外服 务公司的数学计算模拟，我们将要第三部分务公司的数学计算模拟，我们将要第三部分“现代固现代固 井技术现场应用的保证井技术现场应用的保证”中中介绍介绍 Halliburton等计算模式，对于高温高压井是相当吻等计算模式，对于高温高压井是相当吻 合的。合的。zms2006注水泥温度梯度的计算方法注水泥温度梯度的计算方法 获得准确井温的方法：通过邻井测试作业资获得准确井温的方法：通过邻井测试作业资 料或本井测井资料，获得井底温度，料或本井测井资料，获得井底温度，根据根据1990年年 API规范规范10的要求，注水泥温度梯度的要求，注水泥温度梯度G应该按如下公应该按如下公式计算式计算:G=(BHT-TS)/（TD/100）其中：其中：TS地面温度，取地面温度，取80或或2727 TD井的垂直深度井的垂直深度ft或或m BHT井底温度井底温度或或zms20063 3.井漏和小间隙固井的必然关系井漏和小间隙固井的必然关系1）高温高压井由于多压力体系而需要多套管层高温高压井由于多压力体系而需要多套管层次，因此小间隙固井是必然的产物，正由于小次，因此小间隙固井是必然的产物，正由于小间隙的存在，井漏同样是必然的结果。从前面间隙的存在，井漏同样是必然的结果。从前面的井例列表可以发现小间隙对固井的影响。小的井例列表可以发现小间隙对固井的影响。小间隙一般出现在技术尾管。间隙一般出现在技术尾管。zms2006多层套管小间隙多层套管小间隙尾管尾管层序层序 13-3/8”11-3/4”9-5/8”7”单边间隙单边间隙mm19.069.7114.5619.45环形容积环形容积L/m21.69.4411.8412.18zms2006井漏和小间隙固井是高温高压井必然产物井漏和小间隙固井是高温高压井必然产物2）存在狭窄套管重叠段小间隙。属于非常规套管结构存在狭窄套管重叠段小间隙。属于非常规套管结构 固井后出现两种可能情况：裸眼混浆严重或者套管固井后出现两种可能情况：裸眼混浆严重或者套管 鞋发生井漏。如果以套管重迭段设计安全返速，那鞋发生井漏。如果以套管重迭段设计安全返速，那 么裸眼处由于返速太低严重混浆；如果以裸眼段设么裸眼处由于返速太低严重混浆；如果以裸眼段设 计安全返速，那么会造成重叠段返速太高，重叠段计安全返速，那么会造成重叠段返速太高，重叠段 返速是裸眼段的返速是裸眼段的3.1倍以上倍以上，套管鞋处激动压力过套管鞋处激动压力过 大，井漏不可避免；拟用等容量换浆法固井技术。大，井漏不可避免；拟用等容量换浆法固井技术。zms2006井漏和小间隙固井是高温高压井必然产物井漏和小间隙固井是高温高压井必然产物3）防漏是高温高压固井的关键。防漏是高温高压固井的关键。除了小间隙，裸眼返速受到限制，下套管允许的激除了小间隙，裸眼返速受到限制，下套管允许的激 动压力范围动压力范围 小。由于套管下入井中引起一定深处压小。由于套管下入井中引起一定深处压 力升高，这个升高的压力我们称为激动压力，相反力升高，这个升高的压力我们称为激动压力，相反 方向引起压力降低值就称为抽吸压力。激动压力在方向引起压力降低值就称为抽吸压力。激动压力在 一定的井眼中，它的大小与泥浆的塑性粘度有关，一定的井眼中，它的大小与泥浆的塑性粘度有关，塑性粘度越大激动压力就越大。塑性粘度越大激动压力就越大。我们可以通过即将介绍的固井特殊我们可以通过即将介绍的固井特殊 计算模式来计算套管的计算模式来计算套管的 下放速度，以前面的模拟井下放速度，以前面的模拟井 例计算套管允许的下放速度是例计算套管允许的下放速度是6min/std(每柱用每柱用6分钟）分钟）zms2006井漏和小间隙固井是高温高压井必然产物井漏和小间隙固井是高温高压井必然产物4.小间隙造成井漏是因为套管下放速度失小间隙造成井漏是因为套管下放速度失控，顶替速度不科学造成的。然而下完控，顶替速度不科学造成的。然而下完套管后开泵循环也会因为破坏泥浆凝胶套管后开泵循环也会因为破坏泥浆凝胶结构增加压力而压破地层，井漏。看井结构增加压力而压破地层，井漏。看井例中的泥浆静切力（例中的泥浆静切力（18Pa),按照现代固按照现代固井技术特殊计算如下：井技术特殊计算如下：zms2006井漏和小间隙固井是高温高压井必然产物井漏和小间隙固井是高温高压井必然产物 开始循环破坏泥浆凝胶结构所增加的激开始循环破坏泥浆凝胶结构所增加的激动压力动压力0.163398psi/ft，因此可计算出，因此可计算出 上层套管鞋的当量密度为上层套管鞋的当量密度为2.31，稍大于，稍大于套管鞋的破裂压力当量套管鞋的破裂压力当量2.25，不采取其，不采取其它措施，一开泵就会把地层压破。它措施，一开泵就会把地层压破。处理办法：处理办法：1）开泵前先活动套管）开泵前先活动套管 2）调整泥浆性能，适当降低静切力。）调整泥浆性能，适当降低静切力。zms2006固井防漏对泥浆性能的基本要求固井防漏对泥浆性能的基本要求 在井眼准备的计划中应包括对泥浆性能的要求在井眼准备的计划中应包括对泥浆性能的要求 1）提高泥浆的润滑性）提高泥浆的润滑性 2）定量地提出降低泥浆塑性粘度，提高套管）定量地提出降低泥浆塑性粘度，提高套管 下放速度。如前面井例，可提出将塑性粘下放速度。如前面井例，可提出将塑性粘 度降到度降到35mPa.smPa.s左右；定量地提出将泥浆左右；定量地提出将泥浆的的 静切力降到静切力降到15Pa15Pa左右。但需要经过计算后左右。但需要经过计算后 在保证井眼安全条件下提出。在保证井眼安全条件下提出。zms20064.高温高压对水泥浆的严重影响高温高压对水泥浆的严重影响 高温高压对水泥浆的影响主要的有高温高压对水泥浆的影响主要的有1）在高温深井中，水泥浆明显加速凝固，养护）在高温深井中，水泥浆明显加速凝固，养护温度一升高，可以发现早期抗压强度和晚期抗温度一升高，可以发现早期抗压强度和晚期抗压强度较高的现象。因此水泥浆设计必须在现压强度较高的现象。因此水泥浆设计必须在现场预测的温度和预测的压力下进行试验。场预测的温度和预测的压力下进行试验。2）在高温深井中，波特兰水泥对配方中微化学）在高温深井中，波特兰水泥对配方中微化学和微物理变化反应十分敏感。因此实验室要全和微物理变化反应十分敏感。因此实验室要全部采用施工中所用的水、水泥、添加剂。部采用施工中所用的水、水泥、添加剂。zms20065.高温水泥浆稠化时间突变高温水泥浆稠化时间突变 一般地说，循环温度越高，波特兰水泥对水泥浆配料一般地说，循环温度越高，波特兰水泥对水泥浆配料的微化学和物理变化反应越敏感。只要施工中所用的的微化学和物理变化反应越敏感。只要施工中所用的水、水泥和添加剂稍有变化；循环温度只要有少量水、水泥和添加剂稍有变化；循环温度只要有少量（如（如5 5之差）变化，之差）变化，稠化时间突变，混合水延迟使稠化时间突变，混合水延迟使用实效。因此根据现代固井理论，高温高压井固井必用实效。因此根据现代固井理论，高温高压井固井必须做如下试验：须做如下试验：水泥浆稠化时间突变试验（水泥浆稠化时间突变试验（BHCT 5 5）水泥浆稠化时间延迟试验。水泥浆稠化时间延迟试验。高温高压深井固井要求水泥浆试验的材料包括水泥、高温高压深井固井要求水泥浆试验的材料包括水泥、添加剂、水都要从现场取样。添加剂、水都要从现场取样。zms20066.混合水延迟使用实效混合水延迟使用实效1.混合水体系中材料不相容混合水体系中材料不相容。例如。例如 Halliburton 降失水降失水 剂剂 Halad-22AL 不能和大容量的高温不能和大容量的高温 缓凝剂相容。高温聚合物才是目前最稳定的缓凝剂相容。高温聚合物才是目前最稳定的 材料，在高温下合成材料，在高温下合成 所以可以用于高温井固所以可以用于高温井固 井井2.木质素磺酸盐在高温下不稳定木质素磺酸盐在高温下不稳定。如。如 HR12L、HR13L等十分敏感外还容易分解。等十分敏感外还容易分解。zms2006混合水延迟使用实效混合水延迟使用实效3.使用粘稠材料没有用活性稳定剂或分散剂，使用粘稠材料没有用活性稳定剂或分散剂，或者乳胶材料破乳而失效。或者乳胶材料破乳而失效。4.使用不适用于含盐体系的材料用于含盐体系使用不适用于含盐体系的材料用于含盐体系 而失效。而失效。例如例如Halad344L和和Halad413L组成的配方适用于高、中、组成的配方适用于高、中、低温井固井，堪称一个具有创造性的水泥浆体系并有成低温井固井，堪称一个具有创造性的水泥浆体系并有成功的应用经验。（请看下页）由于功的应用经验。（请看下页）由于Halad344L不能用于不能用于含盐量大于含盐量大于18%的盐水而使水泥浆体系失效，造成严重的盐水而使水泥浆体系失效，造成严重的固井问题。的固井问题。zms2006混合水延迟使用实效的典型例子混合水延迟使用实效的典型例子水泥浆组成水泥浆组成API“G”35%silica FlourLatex缓凝剂缓凝剂混合水（小时）混合水（小时）稠化时间（稠化时间（min)/149新鲜混合水新鲜混合水385停停30286停停50114停停60130zms2006基本特征和预防方法基本特征和预防方法1.延迟超过延迟超过8hr稠化时间大幅度缩短，使用过夜稠化时间大幅度缩短，使用过夜的混合水固井逃脱不了失败的命运；的混合水固井逃脱不了失败的命运；2.高温固井必须对混合水做延迟试验高温固井必须对混合水做延迟试验;3.严格控制混合水配制时间严格控制混合水配制时间 （固井前（固井前13hr配好为宜）；配好为宜）；4.尽可能使用聚合物缓凝剂材料尽可能使用聚合物缓凝剂材料5.严格分析水泥浆体系中材料的相容性，使水严格分析水泥浆体系中材料的相容性，使水 泥浆体系设计有安全性和可行性。泥浆体系设计有安全性和可行性。zms2006新开发的水泥浆体系新开发的水泥浆体系延迟试验取得理想结果延迟试验取得理想结果水泥浆组成水泥浆组成密度密度2.40kg/cm3HSR API G水泥水泥+17.5%SSA-1+17.5%-SSA-2+FW+高密度稳定材料高密度稳定材料+降失水剂降失水剂+延迟胶凝材料延迟胶凝材料+高温缓凝高温缓凝剂剂+缓凝剂稳定材料缓凝剂稳定材料+乳胶乳胶+乳胶稳定乳胶稳定剂剂+消泡剂消泡剂混合水延迟试验混合水延迟试验时间（时间（hr）TT/140新鲜混合水新鲜混合水188（min)延迟延迟20hr180(min)zms2006参考配方实例参考配方实例配方组成配方组成：Halad-413L(降失水剂）Halad-344L(降失水剂）HR-6L(或者高温缓凝剂）D-Air 2（消泡剂）可以组成一个相当好的防窜水泥浆体系，无自由水、可以组成一个相当好的防窜水泥浆体系，无自由水、极低的失水量（极低的失水量（020），有延迟胶凝特性，可用于低），有延迟胶凝特性，可用于低温井和高温井。温井和高温井。1997年年 首次用于首次用于9口探井固井，水泥口探井固井，水泥段长度段长度1200m左右，左右，68小时检查固井质量，全部水小时检查固井质量，全部水泥段从上到下胶结优等。泥段从上到下胶结优等。zms20067.高密度水泥浆不稳定是最大的难点高密度水泥浆不稳定是最大的难点 高密度水泥浆不稳定性包括材料沉淀、分层、以及前面所说的水高密度水泥浆不稳定性包括材料沉淀、分层、以及前面所说的水泥浆稠化时间突变。其中最大的问题是沉淀、分层。泥浆稠化时间突变。其中最大的问题是沉淀、分层。水泥浆中加入大量的加重材料沉积作用成为主要问题。现代固井水泥浆中加入大量的加重材料沉积作用成为主要问题。现代固井理论指出，谋求水泥浆悬浮能力的材料与配浆工艺是攻克高温高理论指出，谋求水泥浆悬浮能力的材料与配浆工艺是攻克高温高压深井高密度水泥浆不稳定性的关键。压深井高密度水泥浆不稳定性的关键。抗水泥浆沉积的方法有如下几种：抗水泥浆沉积的方法有如下几种：1）加膨润土）加膨润土 2）加纤维素衍生物，如羧甲基纤维素）加纤维素衍生物，如羧甲基纤维素 3）海水）海水 4）硅酸钠）硅酸钠 5）锰矿粉（）锰矿粉（hausmannite ore）zms2006锰矿粉的应用是目前的重要发现锰矿粉的应用是目前的重要发现从此高密水泥浆不稳定的问题便迎刃而解从此高密水泥浆不稳定的问题便迎刃而解1）锰锰矿粉密度矿粉密度4.9g/cm3,颗粒直径颗粒直径5微米，它既能加重又微米，它既能加重又有分散悬浮功能；它可以和水泥干混合又可直接加有分散悬浮功能；它可以和水泥干混合又可直接加入混合水中保持它的悬浮性，对混合水具有可调作入混合水中保持它的悬浮性，对混合水具有可调作用，但需要缓凝剂和分散剂。用，但需要缓凝剂和分散剂。2）使水泥浆有增稠和加重作用使水泥浆有增稠和加重作用3）适用温度适用温度80500500（2726027260）4 4）浓度：根据水泥浆密度要求。浓度：根据水泥浆密度要求。zms2006高密度水泥浆设计要求高密度水泥浆设计要求 抗高温，性能稳定，不沉淀，不分层抗高温，性能稳定，不沉淀，不分层 延迟胶凝结构形成，早期强度高延迟胶凝结构形成，早期强度高 流变性能良好，具有停泵安全性流变性能良好，具有停泵安全性 无自由水，失水量小于无自由水，失水量小于 50mL/30min.7 MPa 稠化时间不突变稠化时间不突变 混合水延迟使用不老化混合水延迟使用不老化 胶凝结构几乎没有渗透性胶凝结构几乎没有渗透性 水泥浆的综合性能和防窜性能良好水泥浆的综合性能和防窜性能良好zms2006高密度水泥浆稳定性检验高密度水泥浆稳定性检验1.采用采用BP稳定试验法。它分高低温两种方法稳定试验法。它分高低温两种方法。例如例如方法之一：方法之一：水泥浆在高温稠度仪里加热到水泥浆在高温稠度仪里加热到BHCTBHCT，1.5h1.5h后将后将冷却到冷却到200,200,将其转移到预热的试管里在养护将其转移到预热的试管里在养护釜里养护釜里养护16h16h，养护温度，养护温度185,185,完全硬固后锯完全硬固后锯下上下各下上下各1”,1”,测密度测密度,前面井例水泥配方，原前面井例水泥配方，原浆密度浆密度2.4g/cm2.4g/cm3 3，试验结果，上下水泥石密度，试验结果，上下水泥石密度都是都是2.46g/cm2.46g/cm3 3稳定性优良。稳定性优良。BPBritain Petroleumzms2006高密度水泥浆稳定性检验高密度水泥浆稳定性检验2.停泵安全试验停泵安全试验 注水泥过程突然因设备井口装置发生故障或井上其他注水泥过程突然因设备井口装置发生故障或井上其他问题发生，需暂时停止泵注，时间一般是问题发生，需暂时停止泵注，时间一般是10min,20min10min,20min或者更长，恢复泵注是否正常。水泥浆安全试验资料或者更长，恢复泵注是否正常。水泥浆安全试验资料就能够给出答案，方法是：就能够给出答案，方法是：当水泥浆稠化时间试验加温到达井底循环温度时中当水泥浆稠化时间试验加温到达井底循环温度时中断试验断试验2030min2030min，这就意味着突然停泵需要抢修，恢，这就意味着突然停泵需要抢修，恢复试验后观察稠化曲线的变化，无大的变化可认为是复试验后观察稠化曲线的变化，无大的变化可认为是安全的。固井工程师利用这个试验资料施工就有安全安全的。固井工程师利用这个试验资料施工就有安全感了。感了。（在讲座的第三部分将详细介绍以在讲座的第三部分将详细介绍以BP安定试验为核心的安定试验为核心的8项水泥浆项水泥浆检验体系，它体现了现代固井技术的先进性）检验体系，它体现了现代固井技术的先进性）zms2006水泥浆稳定性试验的意义水泥浆稳定性试验的意义 一个是乎纠缠不清的问题：某井下完套管后开泵注水一个是乎纠缠不清的问题：某井下完套管后开泵注水泥尚算顺利，可是停泵倒换阀门后开泵替泥浆却泵压泥尚算顺利，可是停泵倒换阀门后开泵替泥浆却泵压直线上升，蹩泵了。是井壁跨塌？是环空沉砂堵塞？直线上升，蹩泵了。是井壁跨塌？是环空沉砂堵塞？是水泥浆管内沉淀？没有说的清的答案。如果水泥浆是水泥浆管内沉淀？没有说的清的答案。如果水泥浆做过稳定性试验，问题的答案就清晰了做过稳定性试验，问题的答案就清晰了。zms20068.长尾管上下温差过大长尾管上下温差过大 如前面井例，尾管上下温差如前面井例，尾管上下温差35。如果按总井深来设。如果按总井深来设计有充足的稠化时间的水泥浆，那么在尾管顶部需要计有充足的稠化时间的水泥浆，那么在尾管顶部需要很长时间水泥才能凝固。只有在水泥形成最低的抗压很长时间水泥才能凝固。只有在水泥形成最低的抗压强度能承受钻具的震动，以后才能钻水泥塞。尾管顶强度能承受钻具的震动，以后才能钻水泥塞。尾管顶部水泥浆的过渡缓凝是不利的。如果在尾管周围有高部水泥浆的过渡缓凝是不利的。如果在尾管周围有高压气体或者水泥浆质量不好气侵的危险性就很大。压气体或者水泥浆质量不好气侵的危险性就很大。zms2006解决尾管上下温差的方法和探讨解决尾管上下温差的方法和探讨1）注水泥最初时刻要特别注意尾管顶部和重叠）注水泥最初时刻要特别注意尾管顶部和重叠 段水泥段水泥 浆的设计密度，以保证水泥强度和没浆的设计密度，以保证水泥强度和没 有自由水。有自由水。2)以尾管底部的循环温度设计水泥浆稠化时间以尾管底部的循环温度设计水泥浆稠化时间3）可使用双级注水泥技术，避免出现因温差水泥浆过度）可使用双级注水泥技术，避免出现因温差水泥浆过度 缓凝问题。缓凝问题。4）对尾管顶部水泥浆做）对尾管顶部水泥浆做8hr,12hr的强度试验，决定钻进。的强度试验，决定钻进。5）给尾管顶部留）给尾管顶部留100150m的水泥塞，防止回接套的水泥塞，防止回接套 水泥回落。水泥回落。zms20069.窄压力窗口（易漏易喷）窄压力窗口（易漏易喷）是高温高压井固井最棘手的问题是高温高压井固井最棘手的问题1.窄压力窗口意味着同一层窄压力窗口意味着同一层 出现两个以上的压力系统，出现两个以上的压力系统，喷漏同层。对钻探多套压力系统的井，应采用多层套喷漏同层。对钻探多套压力系统的井，应采用多层套管程序，一管程序，一 般的说，一般的说，一 层套管封一个压力体系。层套管封一个压力体系。2.它的发生有两个原因：它的发生有两个原因：1）地层压力预测跟不上钻井的需要。）地层压力预测跟不上钻井的需要。2）钻井综合能力不能满足地层的要求。如技术套管下）钻井综合能力不能满足地层的要求。如技术套管下 入位置不是硬地层或者未封住低压，固井质量不好入位置不是硬地层或者未封住低压，固井质量不好 ，套管鞋耐压能力差。一旦钻出高压层后因处理井，套管鞋耐压能力差。一旦钻出高压层后因处理井 涌而把低压层或者套管鞋压漏。涌而把低压层或者套管鞋压漏。3.避免窄压力窗口（上漏下喷）关键是技术套管作业。避免窄压力窗口（上漏下喷）关键是技术套管作业。zms2006窄压力窗口井固井要跟着风险走窄压力窗口井固井要跟着风险走1.关键是固好技术套管。关键是固好技术套管。2.风险一旦发生进行下步作业；风险一旦发生进行下步作业；3.协力进行压井作业；协力进行压井作业；4.建议钻井设计中要有一层备用套管；建议钻井设计中要有一层备用套管；5.准备好一套低密高强水泥浆体系材料，压井一成功，准备好一套低密高强水泥浆体系材料，压井一成功，就可固井。就可固井。zms200610.气窜是高温高压井固井的重点问题之一气窜是高温高压井固井的重点问题之一1）根据现代固井理论对于气窜原理的论述，气窜发生在）根据现代固井理论对于气窜原理的论述，气窜发生在固井后，气窜是由于水泥水化静压降低造成的，但更固井后，气窜是由于水泥水化静压降低造成的，但更重要的论述是由于水泥孔隙不稳定的渗透性造成的。重要的论述是由于水泥孔隙不稳定的渗透性造成的。在高温高压井固井中两者都必须考虑，首先在水泥浆在高温高压井固井中两者都必须考虑，首先在水泥浆设计中使用能够降低水泥渗透率的乳胶水泥浆体系，设计中使用能够降低水泥渗透率的乳胶水泥浆体系，其次在固井后使用候凝技术，候凝技术是根据水泥浆其次在固井后使用候凝技术，候凝技术是根据水泥浆的水化规律，计算水泥浆静压降低速率施加回压补充的水化规律，计算水泥浆静压降低速率施加回压补充压力降的方法。压力降的方法。2）从模拟井例中知道，泥浆含气量较高，充分循环是必）从模拟井例中知道，泥浆含气量较高，充分循环是必要的，一般将含气量降到油田规定的数值（如要的，一般将含气量降到油田规定的数值（如5%）后）后固井才能保证固井质量。固井才能保证固井质量。zms2006二二 高温高压深井固井设计特别要求高温高压深井固井设计特别要求 1.钻井技术套管在高温高压井中的地位：钻井技术套管在高温高压井中的地位：（1）技术套管下深不当是首要因素。地层压力大小和深）技术套管下深不当是首要因素。地层压力大小和深 度预测不准，技术套管深度不合适，没有封住低压度预测不准，技术套管深度不合适，没有封住低压 层，钻遇未曾预料的高压层，出现又喷又漏局面层，钻遇未曾预料的高压层，出现又喷又漏局面,无法钻进；无法钻进；(见示意图）见示意图）（2）高温高压井固井质量保证不了，补救作用将花费很）高温高压井固井质量保证不了，补救作用将花费很 多时间，影响钻井；多时间，影响钻井；zms2006技术套管在高温高压井中的地位技术套管在高温高压井中的地位zms2006高温高压深井固井设计特别要求高温高压深井固井设计特别要求s（3）泥浆性能影响钻井。高密度泥浆不稳定，固相含量）泥浆性能影响钻井。高密度泥浆不稳定，固相含量 s 高，高密度抗污染能力差，水侵重晶石沉淀，甚至高，高密度抗污染能力差，水侵重晶石沉淀，甚至 s 用高密度泥浆钻低压层，将大大影响钻进用高密度泥浆钻低压层，将大大影响钻进s（4）钻井要成功，就必须用平衡压力钻井技术。不宜用）钻井要成功，就必须用平衡压力钻井技术。不宜用s 高密度钻井液钻完一个包含常压层、次高压层和高高密度钻井液钻完一个包含常压层、次高压层和高s 压层，而应该增加套管层次，使用套管封隔低压地压层，而应该增加套管层次，使用套管封隔低压地 s 层，这样既可使用平衡压力钻井技术，也可减少因层，这样既可使用平衡压力钻井技术，也可减少因s 高密度泥浆造成井漏，压差卡钻等事故。高密度泥浆造成井漏，压差卡钻等事故。zms2006高温高压深井固井设计要求高温高压深井固井设计要求 2 应重视影响固井质量的因素也很多：应重视影响固井质量的因素也很多：（1）高密度泥浆，塑性粘度高，静切力大，固相含高密度泥浆，塑性粘度高，静切力大，固相含 量高量高，抗污染能力差，给下套管、开泵循环、，抗污染能力差，给下套管、开泵循环、泥泥 浆顶替和隔离液设计带来一系列的不利影响浆顶替和隔离液设计带来一系列的不利影响 （2）由于井身结构不合理给水泥浆设计、替浆技术造由于井身结构不合理给水泥浆设计、替浆技术造 成严重影响。如某些井段出现常压地层，次高压成严重影响。如某些井段出现常压地层，次高压 层和高压地层。高密度水泥浆能压住高压层，但层和高压地层。高密度水泥浆能压住高压层，但 在常压层就开始漏失。（如前面的技术套管图）在常压层就开始漏失。（如前面的技术套管图）（3）固井要成功就是一层套管封固一个压力层。）固井要成功就是一层套管封固一个压力层。zms2006高温高压深井固井设计特别要求高温高压深井固井设计特别要求3.对井下情况的全面考虑。对井下情况的全面考虑。如果有盐水层，要抓住地层可溶性和塑性运动两大问如果有盐水层，要抓住地层可溶性和塑性运动两大问 题。除了检验水泥浆体系题。除了检验水泥浆体系 的抗盐性能外还要考虑套的抗盐性能外还要考虑套 管抗外挤强度管抗外挤强度 等等。在条件允许的情况下使用聚合等等。在条件允许的情况下使用聚合 物水泥浆固井，一举解决盐层固井两大难题。物水泥浆固井，一举解决盐层固井两大难题。4.关于水泥化验问题。由于高温水泥对微关于水泥化验问题。由于高温水泥对微 小的化学变小的化学变 化反应十分敏感所以室内试验要采用现场施工所要用化反应十分敏感所以室内试验要采用现场施工所要用 的水泥、添加剂和水。现场重复试验也十分重要。的水泥、添加剂和水。现场重复试验也十分重要。zms2006高温高压深井固井设计特别要求高温高压深井固井设计特别要求s 5.高温材料的综合考虑高温材料的综合考虑s（1）水泥：用（）水泥：用（HSR-high sulfate-resistant）s API G级水泥级水泥s（2）加重材料：钛铁矿或赤铁矿）加重材料：钛铁矿或赤铁矿s（3）缓凝材料：高温聚合物缓凝剂）缓凝材料：高温聚合物缓凝剂s（4）高密度水泥浆稳定材料：锰矿粉）高密度水泥浆稳定材料：锰矿粉s（5）降失水剂：高温聚合物）降失水剂：高温聚合物s（6）防窜材料：乳胶）防窜材料：乳胶s（7）硅粉：粗细搭配）硅粉：粗细搭配s（8)浮动设备和尾管工具的耐温要求浮动设备和尾管工具的耐温要求zms2006高温高压深井固井设计特别要求高温高压深井固井设计特别要求1）要综合全部需要的井况；要综合全部需要的井况；2）要综合和整理全部的难点分析资料；）要综合和整理全部的难点分析资料；3）要体现固井过程的完整性；）要体现固井过程的完整性；4）要有准确数据和严密措施，体现现代固）要有准确数据和严密措施，体现现代固 井技术的先进性；井技术的先进性；5）要有施工的应急措施。）要有施工的应急措施。zms2006三三 特殊固井工艺技术的应用特殊固井工艺技术的应用 1.套管允许的下放速度计算；套管允许的下放速度计算；2.开泵循环压力计算；开泵循环压力计算；3.井底循环温度（井底循环温度（BHCT）的正确计算方法的应用）的正确计算方法的应用 3.水泥浆特殊检验方法以及科学混拌程水泥浆特殊检验方法以及科学混拌程 序的应用；序的应用；4.小间隙固井等容量换浆法，小间隙固井等容量换浆法，5.三低固井技三低固井技 术的应用；术的应用；6.水泥浆候凝方法应用等等水泥浆候凝方法应用等等 zms2006四四 水泥浆特殊检验体系的应用水泥浆特殊检验体系的应用 1.水泥浆体系设计：根据井例条件，该井水泥浆体系设计：根据井例条件，该井 为高温高压深井，有气层，含气量大，为高温高压深井，有气层，含气量大，宜用乳胶水泥浆体系，作出配方设计。宜用乳胶水泥浆体系，作出配方设计。2.水泥浆体系检验按井况要求主要项目：水泥浆体系检验按井况要求主要项目：混合水延迟稠化时间试验、温差稠化时混合水延迟稠化时间试验、温差稠化时 间试验、停泵安全试验和稳定试验。其间试验、停泵安全试验和稳定试验。其 中稳定试验是井例的关键试验。中稳定试验是井例的关键试验。zms2006高温高压井水泥浆应用体系（初步配方）高温高压井水泥浆应用体系（初步配方）材料材料材料密度材料密度用量用量性能性能G 3.15100密度：2.40最初稠度20Bc稠化时间：191minBP 沉淀试验：上部：2.46g/cm3下部：2.46g/cm3SSA-12.6317.5SSA-22.6317.5MICR.4.950Hi-dens34.9550HR-25L1.21.705SCR-100L1.163.296Halad413L1.110.986Halad344L1.010.897Latex20000.9968.842434C1.063.255F/W138.171zms2006材料说明材料代号材料代号物性物性特性特性SSA-1细目硅粉细目硅粉200目，防强度衰退，可用于目，防强度衰退，可用于110371SSA-2粗目硅粉粗目硅粉100目目MICR.锰矿粉锰矿粉加重，保持悬浮性加重，保持悬浮性27260Hi-dens3赤铁矿赤铁矿加重，稍微影响其它添加剂稠化时间加重，稍微影响其它添加剂稠化时间HR-25L缓凝剂缓凝剂和和SCR100L一起用，单独用要增粘一起用，单独用要增粘104221SCR100L缓凝剂缓凝剂非木质素，可用于饱和盐水和淡水非木质素，可用于饱和盐水和淡水121176Halad413L 降失水剂降失水剂有分散作用的降失水剂，用于盐水淡水有分散作用的降失水剂，用于盐水淡水浆与浆与GASSTOP通用更耐高温通用更耐高温27204Halad344L 延迟胶凝延迟胶凝延迟胶凝时间，可用延迟胶凝时间，可用16121Latex2000乳胶乳胶最好的降失水剂，悬浮性，不能与盐同最好的降失水剂，悬浮性，不能与盐同用需要稳定剂和消泡剂用需要稳定剂和消泡剂 27193434C乳胶稳定剂乳胶稳定剂要起泡，用要起泡，用D-AIR3消泡消泡zms2006检查添加剂相容性检查添加剂相容性s 高温水泥浆稠化时间的突变理论和延迟使用高温水泥浆稠化时间的突变理论和延迟使用失效理论指出，突变或延迟失效都和添加剂的失效理论指出，突变或延迟失效都和添加剂的相容性有关，因此必须对初步选定材料做相容相容性有关，因此必须对初步选定材料做相容性鉴定。性鉴定。s s 例如井例中提供的水泥浆配方中的例如井例中提供的水泥浆配方中的 Halad344L是延迟胶凝时间，有增稠作用，与是延迟胶凝时间，有增稠作用，与其它高含量的高温缓凝剂不相容。它不能用于其它高含量的高温缓凝剂不相容。它不能用于含盐量超过含盐量超过18%的水泥浆体系。但在这个体系的水泥浆体系。但在这个体系中起延迟胶凝的作用相当突出和重要。中起延迟胶凝的作用相当突出和重要。zms2006混合水检验混合水检验 高温高压水泥浆体系应是一非常纯的体系。添高温高压水泥浆体系应是一非常纯的体系。添加剂要纯，混合水要纯。尽管水泥浆体系中大加剂要纯，混合水要纯。尽管水泥浆体系中大部分添加剂具有与盐水的相容性，但是个别添部分添加剂具有与盐水的相容性，但是个别添加剂不适合于含盐体系使用，因此对于水质的加剂不适合于含盐体系使用，因此对于水质的检验十分重要。淡水中如果含有检验十分重要。淡水中如果含有Cl-、Ca+