固井完井.ppt
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1、第一节第一节 井身结构设计井身结构设计 主主要要包包括括套套管管层层次次和和每每层层套套管管的的下下深深,以以及及套套管管和和井井眼眼尺尺寸寸的的配合。配合。一、套管的分类及作用一、套管的分类及作用 1、表层套管、表层套管 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层;封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层;安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。2、生产套管(油层套管)、生产套管(油层套管)钻达目的层后下入的最后一层套管,用以保护生产层,提供钻达目的层后下入的最后一层套管,用以保护生产层,提供油气生产通道。油气生产通道。3、中间套管(技术套管)、中间套管(技术套管)在表层套管和
2、生产套管之间由于技术要求下入的套管,可以是在表层套管和生产套管之间由于技术要求下入的套管,可以是一层、两层或更多层。主要用来封隔井下复杂地层。一层、两层或更多层。主要用来封隔井下复杂地层。4、尾管(衬管)、尾管(衬管)二、井身结构设计的原则二、井身结构设计的原则 1、有效地保护油气层;、有效地保护油气层;2、有效避免漏、喷、塌、卡等井下复杂事故的发生,保证安全、快、有效避免漏、喷、塌、卡等井下复杂事故的发生,保证安全、快速钻进;速钻进;3、当实际地层压力超过预测值而发生井涌时,在一定压力范围内,、当实际地层压力超过预测值而发生井涌时,在一定压力范围内,具有压井处理溢流的具有压井处理溢流的 能力
3、。能力。第二节第二节 注水泥技术注水泥技术 注水泥目的:注水泥目的:固定套管、有效封隔井内的油气水层。固定套管、有效封隔井内的油气水层。注水泥的基本要求:注水泥的基本要求:(l)水泥浆返高和套管内水泥塞高度必须符合设计要求;)水泥浆返高和套管内水泥塞高度必须符合设计要求;(2)注注水水泥泥井井段段环环形形空空间间内内的的钻钻井井液液全全部部被被水水泥泥浆浆替替走走,不不存存在残留现象;在残留现象;(3)水水泥泥石石与与套套管管及及井井壁壁岩岩石石有有足足够够的的胶胶结结强强度度,能能经经受受住住酸酸化压裂及下井管柱的冲击;化压裂及下井管柱的冲击;(4)水水泥泥凝凝固固后后管管外外不不冒冒油油、
4、气气、水水,环环空空内内各各种种压压力力体体系系不不能互窜;能互窜;(5)水泥石能经受油、气、水长期的侵蚀。)水泥石能经受油、气、水长期的侵蚀。一、油井水泥一、油井水泥 油井水泥是波特兰水泥(硅酸盐水泥)的一种。油井水泥是波特兰水泥(硅酸盐水泥)的一种。对油井水泥的基本要求:对油井水泥的基本要求:(1)水泥能配成流动性良好的水泥浆,且在规定的时间内,)水泥能配成流动性良好的水泥浆,且在规定的时间内,能始终保持这种流动性。能始终保持这种流动性。(2)水泥浆在井下的温度及压力条件下保持性能稳定;)水泥浆在井下的温度及压力条件下保持性能稳定;(3)水泥浆应在规定的时间内凝固并达到一定的强度;)水泥浆
5、应在规定的时间内凝固并达到一定的强度;(4)水泥浆应能和外加剂相配合,可调节各种性能;)水泥浆应能和外加剂相配合,可调节各种性能;(5)形成的水泥石应有很低的渗透性能等。)形成的水泥石应有很低的渗透性能等。1、油井水泥的主要成分、油井水泥的主要成分(1)硅酸三钙)硅酸三钙3CaOSiO2(简称(简称C3S)水泥的主要成份,一般的含量为水泥的主要成份,一般的含量为 4065。对水泥的强度,尤其是早期强度有较大的影响。对水泥的强度,尤其是早期强度有较大的影响。高早期强度水泥高早期强度水泥中含量可达中含量可达6065,缓凝水泥中含量在缓凝水泥中含量在4045。(2)硅酸二钙)硅酸二钙2CaOSiO2
6、(简称(简称C2S),),含量一般在含量一般在2430之间;之间;水化反应缓慢,强度增长慢;水化反应缓慢,强度增长慢;对水泥的最终强度有影响。对水泥的最终强度有影响。(3)铝酸三钙)铝酸三钙3CaOAl2O3(简称(简称C3A)促进水泥快速水化;促进水泥快速水化;其含量是决定水泥初凝和稠化时间的主要因素;其含量是决定水泥初凝和稠化时间的主要因素;对水泥浆的流变性及早期强度有较大影响;对水泥浆的流变性及早期强度有较大影响;对硫酸盐极为敏感;对硫酸盐极为敏感;对于有较高早期强度的水泥,其含量可达对于有较高早期强度的水泥,其含量可达15。(4)铁铝酸四钙)铁铝酸四钙4CaO2Al2O3Fe2O3(简
7、称(简称C4AF),),对强度影响较小,水化速度仅次于对强度影响较小,水化速度仅次于C3A,早期强度增长较快,含量为早期强度增长较快,含量为 812。除了以上四种主要成份之外,还有石膏、碱金属的氧化物等除了以上四种主要成份之外,还有石膏、碱金属的氧化物等。2、水泥的水化、水泥的水化 水水泥泥与与水水混混合合成成水水泥泥浆浆后后,与与水水发发生生化化学学反反应应,生生成成各各种种水水化化产产物物。逐渐由液态变为固态,使水泥硬化和凝结,形成水泥石。逐渐由液态变为固态,使水泥硬化和凝结,形成水泥石。(1)水泥的水化反应)水泥的水化反应 水泥的主要成分与水发生的水化反应为:水泥的主要成分与水发生的水化
8、反应为:3CaO SiO22H2O2CaO SiO2 H2O十十Ca(OH)2 2CaO SiO2H2O 2CaO SiO2 H2O 3CaO Al2O36H2O 3CaO Al2O3 6H2O 4CaOAl2O3Fe2O36H2O3CaOAl2O36H2OaOFe2O3H2O 除除此此之之外外还还发发生生其其他他二二次次反反应应,生生成成物物中中有有大大量量的的硅硅酸酸盐盐水水化化产产物物及及氢氢氧氧化化钙钙等等。在在反反应应的的过过程程中中,各各种种水水化化产产物物均均逐逐渐渐凝凝聚聚,使使水泥硬化。水泥硬化。(2)水泥凝结与硬化)水泥凝结与硬化 水泥的硬化分为三个阶段:水泥的硬化分为三个
9、阶段:溶溶胶胶期期:水水泥泥与与水水混混合合成成胶胶体体液液,开开始始发发生生水水化化反反应应,水水化化产产物物的的浓浓度度开开始始增增加加,达达到到饱饱和和状状态态时时部部分分水水化化物物以以胶胶态态或或微微晶晶体体析析出出,形形成成胶胶溶溶体体系系。此时水泥浆仍有流动性。此时水泥浆仍有流动性。凝凝结结期期:水水化化反反应应由由水水泥泥颗颗粒粒表表面面向向内内部部深深入入,溶溶胶胶粒粒子子及及微微晶晶体体大大量量增增加加,晶晶体体开开始始互互相相连连接接,逐逐渐渐絮絮凝凝成成凝凝胶胶体体系系。水水泥泥浆浆变变绸绸,直直到到失失去去流流动性。动性。硬硬化化期期:水水化化物物形形成成晶晶体体状状
10、态态,互互相相紧紧密密连连接接成成一一个个整整体体,强强度度增增加加,硬硬化成为水泥石。化成为水泥石。水泥石主要由三部分组成:水泥石主要由三部分组成:无无定定性性物物质质(水水泥泥胶胶),它它具具有有晶晶体体的的结结构构,颗颗粒粒尺尺寸寸大大体体在在0lmm左右,互相连接成一个整体。左右,互相连接成一个整体。氢氧化钙晶体,是水化反应的产物。氢氧化钙晶体,是水化反应的产物。未水化的水泥颗粒。未水化的水泥颗粒。3、油井水泥的分类、油井水泥的分类(1)API水泥的分类水泥的分类 A级:级:深度范围深度范围 01828.8 m,温度,温度76.7。B级级:深深度度范范围围 01828.8 m,属属中中
11、热热水水泥泥,温温度度至至 76.7,有有中中抗抗硫硫和高抗硫两种。和高抗硫两种。C级级:深深度度范范围围01828.8 m,温温度度至至 76.7,高高早早期期强强度度水水泥泥,分分普普通、中抗硫及高抗硫三种。通、中抗硫及高抗硫三种。D级级:深深度度范范围围1828.83050 m,温温度度76127,用用于于中中温温、中中压压条条件,分为中抗硫及高抗硫两种。件,分为中抗硫及高抗硫两种。E级级:深深度度范范围围 30504270 m,温温度度76143,用用于于高高温温、高高压压条条件件,分为中抗硫及高抗硫两种。分为中抗硫及高抗硫两种。F级级:深深度度范范围围为为 30504880 m,温温
12、度度 110160,用用于于超超高高温温和和超超高压条件,分为中抗硫及高抗硫两种。高压条件,分为中抗硫及高抗硫两种。G级级及及H级级:深深度度范范围围为为 02440 m,温温度度093,分分为为中中抗抗硫硫及及高高抗硫两种。抗硫两种。J级:级:深度范围为深度范围为 36604880 m,温度,温度49160。(2)国产以温度系列为标准的油井水泥)国产以温度系列为标准的油井水泥 二、水泥浆性能与固井工程的关系二、水泥浆性能与固井工程的关系 1 1、水泥浆性能、水泥浆性能 水泥浆密度水泥浆密度 干水泥密度干水泥密度 3.053.20 gcm3,水泥完全水化需要的水为水泥重量的水泥完全水化需要的水
13、为水泥重量的20左右;左右;使水泥浆能流动加水量应达到水泥重量的使水泥浆能流动加水量应达到水泥重量的4550;水泥浆密度水泥浆密度1.80 1.90 gcm3之间。之间。水灰比水灰比:水与干水泥重量之比水与干水泥重量之比。水泥浆的稠化时间水泥浆的稠化时间 水泥浆从配制开始到其稠度达到其规定值所用的时间。水泥浆从配制开始到其稠度达到其规定值所用的时间。API标标准准:从从开开始始混混拌拌到到水水泥泥浆浆稠稠度度达达到到 100 BC(水水泥泥稠稠度度单单位位)所所用的时间。用的时间。API标标准准中中规规定定在在初初始始的的 1530 min时时间间内内,稠稠化化值值应应当当小小于于 30 BC
14、。好的稠化情况是在现场总的施工时间内,水泥浆的稠度在好的稠化情况是在现场总的施工时间内,水泥浆的稠度在50 BC以内。以内。水泥浆的失水水泥浆的失水 一般用一般用30分钟的失水量表示。分钟的失水量表示。水泥浆的凝结时间水泥浆的凝结时间 从液态转变为固态的时间。从液态转变为固态的时间。对对于于封封固固表表层层及及技技术术套套管管,希希望望水水泥泥能能有有早早期期较较高高的的强强度度。以以便便于于尽尽快快开开始始下下一一道道工工序序。通通常常希希望望固固完完井井候候凝凝 8hr.左左右右,水水泥泥浆浆开开始始凝凝结结成水泥石,其抗压强度可达成水泥石,其抗压强度可达2.3MPa以上即可开始下一次开钻
15、。以上即可开始下一次开钻。水泥石强度水泥石强度 能支撑和加强套管。能支撑和加强套管。能承受钻柱的冲击载荷。能承受钻柱的冲击载荷。能承受酸化、压裂等增产措施作业的压力。能承受酸化、压裂等增产措施作业的压力。水泥石的抗蚀性水泥石的抗蚀性 主要应抗硫酸盐腐蚀。主要应抗硫酸盐腐蚀。2、水泥的外加剂、水泥的外加剂(1)加重剂:)加重剂:重晶石、赤铁粉等。可使水泥浆密度达到重晶石、赤铁粉等。可使水泥浆密度达到 2.3 gcm3。(2)减减轻轻剂剂:硅硅藻藻土土、粘粘土土粉粉、沥沥青青粉粉、玻玻璃璃微微珠珠、火火山山灰灰等等。可可使水泥浆的密度降到使水泥浆的密度降到l 45 gm3。(3)缓缓凝凝剂剂:丹丹
16、宁宁酸酸钠钠、酒酒石石酸酸、硼硼酸酸、铁铁铬铬木木质质素素磺磺酸酸盐盐、羧羧甲甲基羟乙基纤维素等。基羟乙基纤维素等。(4)促凝剂:)促凝剂:氯化钙、硅酸钠、氯化钾等。氯化钙、硅酸钠、氯化钾等。(5)减减阻阻剂剂:奈奈磺磺酸酸甲甲醛醛的的缩缩合合物物、铁铁铬铬木木质质素素磺磺酸酸盐盐、木木质质素素磺化钠等。磺化钠等。(6)降失水剂:)降失水剂:羧甲基羟乙基纤维素、丙烯酸胺、粘土等。羧甲基羟乙基纤维素、丙烯酸胺、粘土等。(7)防漏失剂:)防漏失剂:沥青粒、纤维材料等。沥青粒、纤维材料等。3、特种水泥、特种水泥(1)触变性水泥:当水泥浆静止时,形成胶凝状态,但在流动时,胶凝)触变性水泥:当水泥浆静止
17、时,形成胶凝状态,但在流动时,胶凝 状态被破坏,它的流动性是良好的。状态被破坏,它的流动性是良好的。(2)膨胀水泥:水泥浆凝固时,体积略有膨胀。一般用于高压气井。)膨胀水泥:水泥浆凝固时,体积略有膨胀。一般用于高压气井。(3)防冻水泥:用于地表温度较低地区的表层套管固井。)防冻水泥:用于地表温度较低地区的表层套管固井。(4)抗盐水泥)抗盐水泥(5)抗高温水泥)抗高温水泥(6)轻质水泥)轻质水泥 三、前置液三、前置液 将水泥浆与钻井液隔开,起到隔离、缓冲、清洗的作用,可提高固井将水泥浆与钻井液隔开,起到隔离、缓冲、清洗的作用,可提高固井质量。质量。1、冲洗液:、冲洗液:低粘度、低剪切速率、低密度
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