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固井工固井工艺技技术知知识20122012年第七期年第七期1.目 录一、固井工一、固井工艺技技术二、常二、常规固井施工流程固井施工流程三、常三、常规注水泥工序注水泥工序四、前置液四、前置液设计及用量及用量五、常五、常规固井施工固井施工计算算2.一次把水泥浆从套管内注入并从环形空间返出的注水泥作业。目前大多数固井施工都采用一次注水泥技术。管串管串结构构 引鞋+旋流套管+回压阀+套管串+联顶节一、一、固井工固井工艺技技术1 1、一次、一次注水泥技注水泥技术3.它是利用它是利用一种可以一种可以打开打开可以可以关关闭的的特殊接箍特殊接箍把把一次一次注水泥施工分注水泥施工分成成二次或三次二次或三次完成完成的注水泥技的注水泥技术 。压差式差式机械式机械式一、一、固井工固井工艺技技术2 2、分、分级注水泥技注水泥技术4.分级箍浮箍引鞋旋流短节分级箍在直井中的应用分级箍浮箍引鞋旋流短节一级固井二级固井5.盲引鞋分级箍旋流短节水泥伞浮箍（1）管串结构6.盲引鞋（2）一级注水泥封隔漏层分级箍旋流短节 水泥伞浮箍7.盲引鞋（3）二级注水泥碰压分级箍旋流短节 水泥伞浮箍8.为保保护裸露的裸露的纯油油层或开采裂或开采裂缝性、性、孔隙性、古潜山、低孔隙性、古潜山、低压漏失油漏失油层，在目的，在目的层采用采用筛管管完井。上部用水泥封固。完井管串完井。上部用水泥封固。完井管串采用特殊的工具附件，保采用特殊的工具附件，保证注水泥成功，注水泥成功，实现对油油层的有效开采。的有效开采。其其管串管串结构构：引鞋：引鞋+筛管串（或中管串（或中间加光管）加光管）+盲板盲板+管外封隔器管外封隔器+分分级箍箍+套套管串管串+联顶节。多用于。多用于水平井水平井完井。完井。一、一、固井工固井工艺技技术3 3、筛管管顶部部注水泥技注水泥技术9.分级箍封隔器引鞋裸眼直井内筛管顶部注水泥技术盲板筛管10.钢质引鞋水平井筛管顶部注水泥分级箍管外封隔器 盲板筛管串11.用钻杆通过尾管悬挂器把套管串悬挂在技术套管或上层套管上，然后进行注水泥施工。是一项风险高、技术复杂、施工难度大、质量要求高的固井作业。由于可以节约大量的套管和水泥等材料，具有巨大的经济效益。一、一、固井工固井工艺技技术4 4、尾管、尾管注水泥技注水泥技术12.l悬挂器可分为三类：机械式、液压式、液压机械双作用式。l机械式悬挂器：主要用于直井、浅井、不易遇卡的井。通过上提和下放管柱实现座挂。l液压式悬挂器：通过控制井口泵压实现座挂。适用范围更广。l液压机械双作用尾管悬挂器，具有两种座挂方式。一、一、固井工固井工艺技技术13.DYX-ADYX-ADYX-ADYX-A型型型型悬悬挂器挂器挂器挂器一、一、固井工固井工艺技技术良好的尾管悬挂器应具备以下性能：下得去、挂得住、倒得开、提得出 14.把把管外封隔器管外封隔器连接到套管串中，采用接到套管串中，采用液液压胀开封隔器的橡胶部分，达到开封隔器的橡胶部分，达到封隔封隔完井的目的。目完井的目的。目前前应用到用到漏失井、高漏失井、高压井、多套井、多套压力力层系完井、系完井、选择性固井、水泥膨性固井、水泥膨胀封隔完井和其他完井工封隔完井和其他完井工艺中。中。例如：例如：对于高于高压井、漏失井，管外封隔器井、漏失井，管外封隔器加在加在目的目的层上部上部；对于两套于两套压力力层系的井，管外封系的井，管外封隔器加在隔器加在两套两套压力力层系中系中间。一、一、固井工固井工艺技技术5 5、管外封隔器、管外封隔器工工艺技技术15.管外封隔器加在低压井的油层上部，可以减小液柱对油层的压力，防止对油层的污染。封隔器引鞋封隔器在低压井固井中的应用低压油层16.封隔器引鞋高压油层封隔器在高压井固井中的应用管外封隔器在高压油气层的上部可以封隔高压油气层，防止高压油气串扰形成的油气水的互窜以提高固井质量。17.管外封隔器可以用水泥膨胀，封隔油气水层，不用水泥固井，避免了对油气层的污染封隔器封隔器油气层18.稠油稠油热采采350400350400的的热蒸蒸汽，汽，热应力力会引起套管的破坏，在会引起套管的破坏，在注注水泥之前水泥之前给套管施加一定的套管施加一定的拉伸拉伸预应力力，该预应力在水泥力在水泥浆凝固以后依然凝固以后依然存在，从而可以存在，从而可以避免或减少避免或减少对套管的套管的破坏。破坏。地地锚分分类：打打捞式式和和卡壁式卡壁式。卡壁式地卡壁式地锚：机械式机械式套管地套管地锚、液液压活塞式活塞式地地锚。一、一、固井工固井工艺技技术6 6、热采井地采井地锚工工艺技技术19.井深井深较浅浅而且是而且是大直径套管大直径套管时，尤其在尤其在无大尺寸胶塞无大尺寸胶塞的情况下，的情况下，为防止防止注水泥及注水泥及顶替替过程中在套管内程中在套管内发生水泥生水泥浆窜槽槽，常用，常用油管或油管或钻杆杆内管内管进行注水行注水泥。泥。套管底部套管底部连接一个接一个内管注水泥内管注水泥装置装置，用底部，用底部连接插接插头的的钻杆，插入内杆，插入内管注水泥装置的管注水泥装置的插座插座，水泥，水泥浆经钻杆杆进入入环形空形空间完成注水泥作完成注水泥作业。其其优点：点：提高提高顶替效率；防止替效率；防止混混浆，提高，提高质量；量；节约水泥，降低成本；水泥，降低成本；缩短施工短施工时间。注意：注意：要要进行行套管浮力套管浮力计算算，采取措施，防止注完水泥采取措施，防止注完水泥浆后后套管上浮套管上浮。一、一、固井工固井工艺技技术7 7、内管、内管注水泥工注水泥工艺技技术20.通通过下在下在套管套管之之间或或套管与井壁套管与井壁之之间的的小小钻杆或油管杆或油管注水泥。注水泥。常用于常用于导管管或或表表层套管使水泥返到地面的套管使水泥返到地面的一种方法。一种方法。一、一、固井工固井工艺技技术8 8、管外、管外注水泥工注水泥工艺技技术21.把水泥把水泥浆从从环形空形空间注入注入，被，被顶替的泥替的泥浆从从套管套管内内返出返出。对浮鞋、浮鞋、压差式自差式自动灌灌浆设备以及井口装置等都要加以及井口装置等都要加以改以改变。主要用于主要用于地地层严重漏失井重漏失井。必。必须严格控制格控制替入量替入量，防止替空。，防止替空。一、一、固井工固井工艺技技术9 9、反循、反循环注水泥工注水泥工艺技技术22.在下套管前先把在下套管前先把缓凝水泥凝水泥浆替入井中，再替入井中，再下套管下套管到井底。到井底。优点点：形成的水：形成的水泥泥环比比较均匀。均匀。缺点缺点：水泥：水泥浆候候凝凝时间长。一、一、固井工固井工艺技技术1010、延、延迟凝固凝固注水泥技注水泥技术23.二、常二、常规固井施工流程固井施工流程摆放施工车辆安装固井井口连接管线试运转设备洗管线、试压注水泥浆施工收工具管线洗车、检查设备固井小结归队24.注前置液注水泥浆压胶塞顶替水泥浆碰压候凝三、常三、常规注水泥工序注水泥工序25.四、前置液四、前置液设计及用量及用量按照提高顶替效率要求，前置液的密度应大于钻井液的密度，一般冲洗液通常为在水中加入表面活性剂或用钻井液直接稀释配制而成，故一般密度较低，在1.01.01.03g/cm1.03g/cm3 3左右，对隔离液的密度则要求应大于大于钻井液井液密度0.060.060.12g/cm0.12g/cm3 3，小于水泥小于水泥浆密度密度0.120.120.06g/cm0.06g/cm3 3。当完成容量计算后，在井眼井眼环空空组成的钻井液、前置液，水泥浆中，在已设计选定的排量条件下，进行流动计算和压力平衡力平衡设计。26.四、前置液四、前置液设计及用量及用量前置液用量是在保证其所用前置液能充分发挥其作用的前提下确定的，一般正常情况冲洗液满足10min接触时间，其计算公式为：q q1 1=10=10Q Qc c 式中 q1冲洗液用量，m3；Qc临界排量，m3/min；q1值最大限量以不超过环空高度250m250m为准。1 1、常、常规前置液用量前置液用量计算算同时使用冲洗液与隔离液，计算公式为：q q2 2=10=10Q Qc c式中 q2冲洗液与隔离液总量，m3，两种液体容积比按2:12:1配置。q2总量控制按不超过环空高度300m300m为准。27.四、前置液四、前置液设计及用量及用量粘性隔离液：主要控制允许的环空高度，一般取150150200m200m。q q3 3=(150=(150200m)200m)V Ve e式中 q3粘性隔离液用量，m3；Ve井眼的平均环空容积，m3/m。2 2、特殊前置液用量、特殊前置液用量计算算a a尾管注水泥尾管注水泥，由于一般环空容积较小时，计算量大于环空长度250m容积后，其最小用量应不少于1.6m3。当环空容量大时，最小环高不应少于100m为准。b b井深井深对使用量影响。使用量影响。经验要求当井深超过3000m后，每增加300m深度，应在设计总量中附加0.20.3m3。28.五、常五、常规固井施工固井施工计算算水泥浆用量的计算公式：V=VV=V1 1+V+V2 2式中 V注入水泥浆的总体积，m3；V1管外水泥浆体积，m3；V2管内水泥浆体积，m3；1 1、水泥、水泥浆用量的用量的计算算套管外水泥浆的总体积V1，V V1 1=7.85=7.85kHkH(D D2 2-d d2 2 )10)10-5-5 V1管外水泥浆体积，m3；D裸眼段平均井径，cm；d套管外径，cm；H环空裸眼水泥段长度，m；k水泥浆体积附加系数。套管内水泥浆的总体积V2，V V2 2=7.85=7.85d d2 2h h1010-5-5 V2套管内水泥浆体积m3；d套管外径，cm；h水泥塞长度，m。29.五、常五、常规固井施工固井施工计算算注完水泥压胶塞替钻井液。胶塞在钻井液的推动下移至回压阀位置，顶替结束。因此，回压阀以上套管内为钻井液所充填，套管的内容积就是所要顶替的钻井液量。由于套管的外径相同，各段套管的壁厚不同，套管的内径也就不同。计算顶替量就需要分段计算，然后加起来。2 2、替、替浆量的量的计算算顶替量的计算公式为：V Vd d=K Ks s(L L1 1d d1 12 2+L L2 2d d2 22 2+L Ln nd dn n2 2)/4)/4式中 Vd顶替钻井液量，m3；L1L2Ln回压阀以上各段不同壁厚套管的长度，m；d1d2dn回压阀以上各段不同壁厚套管的内径，m；Ks钻井液压缩系数，取1.03。30.五、常五、常规固井施工固井施工计算算注水泥过程中，通常由于水泥浆密度大，因此，随着水泥浆的注入，一般情况下泵压的变化是由大到小，泵压最小可出现负压。顶替钻井液时由小到大。顶替结束前的瞬间，泵压达到最高值。最高泵压是由管内外液柱的压差和水泥浆及钻井液在套管内外流动时的阻力所构成。3 3、最高、最高泵压的的计算算公式 p p=p p1 1+p p2 2 式中 p最高泵压，MPa；p1克服管内外液柱压差所需的泵压，MPa；p2克服流动阻力所需的泵压，MPa。31.五、常五、常规固井施工固井施工计算算当井深小于1000米时，见公式：p p=9.81=9.81(H-hH-h)()(水泥水泥浆-n n)+(0.1)+(0.1L L+80)+80)1010-3-3当井深大于1000米时，见公式：p p=9.81=9.81(H-hH-h)()(水泥水泥浆-n n)+(0.1)+(0.1L L+160)+160)1010-3-34 4、最高、最高泵压的的计算算p p1 1=9.81(=9.81(H H-h h)()(水泥水泥浆-n n)10)10-3 -3 H管外水泥浆封固长度，m；h水泥塞高度，m；水泥浆水泥浆平均密度，g/cm3；n顶替用钻井液密度，g/cm3当井深小于小于10001000米米时公式：p p2 2=9.81(0.01=9.81(0.01L L+8)10+8)10-2-2当井深大于大于10001000米米时公式：p2=9.81(0.01L+16)10-2式中，L套管下入深度，m。32.五、常五、常规固井施工固井施工计算算包括水泥车配注全部水泥浆的时间、倒阀门、开挡销、顶胶塞的时间及替顶替液的时间。为了保证注水泥施工顺利进行，注水泥的总时间必须小于或等于小于或等于水泥浆初凝初凝时间的75%75%。注水泥施工的总时间为：T T=T T1 1+T T2 2+T T3 3 T1注水泥浆的时间，min；T2倒阀门、开挡销、顶胶塞时间；一般，T2为13min；T3替顶替液时间，min。5 5、注水泥施工、注水泥施工时间的的计算算T T1 1=G G/(/(mm n n)G注干水泥量，t；n注水泥车台数，台；m每台水泥车每分钟注干水泥量，t/min；T3=Vd/QT3=Vd/Q排排 Vd顶替液量，m3；Q排替顶替液的泵排量，m3/min。33.思考题1、了解常用固井工艺技术知识？2、掌握常规固井施工流程？3、某井二开后用311mm钻头钻进至2405m中完,泥浆密度1.53g/cm3,粘度85s，244.5mm技术套管下深2402m，阻流环位置2377米(管内水泥塞高度25m)，技术套管管串为24022200米P11011.99mm200m，2200200米P11011.05mm2000m，2000米N8011.99mm200m，电测裸眼段平均井径340mm，水泥浆量按理论环空容积附加20%，采用常规一次注水泥方案，水泥返至地面。采用API G级水泥，水泥浆密度1.89 g/cm3,水灰比44%，造浆量0.76 方/吨，使用钻井液顶替压缩系数取1.03，前置液用清水(要求占套管和井眼环空高度250米)，请完成该井固井施工的冲洗液用量，水泥浆量，水泥量，配浆水，替浆量和替浆最高泵压。34.35.