固井工艺与质量检测讲义课件.ppt

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1、书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难19 五月 2023固井工艺与质量检测讲固井工艺与质量检测讲义课件义课件书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难第八章第八章 固井工艺与质量检测固井工艺与质量检测第一节第一节 固井工艺固井工艺第二节第二节 油井水泥油井水泥第三节第三节 前置液与外加剂前置液与外加剂第四节第四节 固井质量检测固井质量检测第五节第五节 提高固井质量的技术提高固井质量的技术书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学

2、海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难何为固井？何为固井？Well Cementing书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 固井就是将水泥注入井壁与套管之间环空固井就是将水泥注入井壁与套管之间环空的过程。固井工程是指通井处理钻井液、下套管、的过程。固井工程是指通井处理钻井液、下套管、再循环处理钻井液、注水泥、候凝、封固质量检再循环处理钻井液、注水泥、候凝、封固质量检测到装井口交井的全过程，是涉及多学科多专业测到装井口交井的全过程，是涉及多学科多专业（石油工程、化学工程、硅酸盐科

3、学、高分子科（石油工程、化学工程、硅酸盐科学、高分子科学、流变学等）的一个系统工程，核心是经济合学、流变学等）的一个系统工程，核心是经济合理地设计套管柱和理地设计套管柱和安全优质地注入水泥浆安全优质地注入水泥浆。固井的目的是保护地表水、固井的目的是保护地表水、封隔地层封隔地层和支和支撑套管柱。撑套管柱。4 4书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难2001200220001997书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难第一节第一节 固井

4、工艺固井工艺 一、固井地面设备一、固井地面设备 二、常规固井工艺二、常规固井工艺 三、特殊固井工艺三、特殊固井工艺书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难一、固井地面设一、固井地面设备备书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事

5、非经过不知难事非经过不知难循环钻井液循环钻井液 注前置液和水泥浆注前置液和水泥浆 压胶塞压胶塞 替钻井液替钻井液 碰压碰压 二、常规固井工艺二、常规固井工艺书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难钻井固井过程钻井固井过程（Drilling-Cementing Process）书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难三、

6、特殊固井工艺双级固井三、特殊固井工艺双级固井书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难三、特殊固井工艺尾管固井三、特殊固井工艺尾管固井机械式尾管悬挂器机械式尾管悬挂器尾管悬挂示意图尾管悬挂示意图书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨

7、少，事非经过不知难事非经过不知难 第二节第二节 油井水泥油井水泥一、油井水泥的制造方法一、油井水泥的制造方法二、油井水泥水化机理二、油井水泥水化机理三、油井水泥水化伴随现象三、油井水泥水化伴随现象四、油井水泥性能与测量四、油井水泥性能与测量五、影响油井水泥性能的因素五、影响油井水泥性能的因素书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难一、一、油井水泥的制造方法（干法和油井水泥的制造方法（干法和湿法湿法）石灰石石灰石 粘土粘土 铝矾铝矾土土 硅石硅石 铁粉铁粉 荧石荧石等等生生料料按比例混按比例混合合1450熟熟料料油井

8、水泥（水硬性胶凝材料）油井水泥（水硬性胶凝材料）加石膏或外加剂，并研加石膏或外加剂，并研磨磨分四个阶段：分四个阶段：（1）预热干燥）预热干燥300600，烧掉有机物质，烧掉有机物质（2）石灰石分解）石灰石分解900：CaCO3分解出分解出CaO和和CO2（3）高温化学反应）高温化学反应1450，生成，生成C2S、C3A、C4AF、C3S（4）冷却、出窑）冷却、出窑磨细磨细书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难油井水泥分级油井水泥分级 A B C D E F G H （J）01830mA级普通水泥（级普通水泥（0.

9、46）C级级早强水泥早强水泥（0.56）B级中热水泥级中热水泥（0.46）18304880mD级缓凝水泥（级缓凝水泥（3050m）F级级缓凝水泥缓凝水泥（4880m）E级级缓凝水泥缓凝水泥（4270m）02440mG级基础水泥级基础水泥（0.44）H级基础水泥级基础水泥（0.38）书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难二、油井水泥水化机理二、油井水泥水化机理 起始期起始期迟缓期迟缓期凝结期凝结期硬化期硬化期 （几分钟）（几分钟）（几十分钟几个小时）（几十分钟几个小时）（几十分钟）（几十分钟）（几天数年）（几天数年

10、）大量放热大量放热液态特征液态特征水化速度变慢水化速度变慢流动性能稳定流动性能稳定水化加水化加速速不再流不再流动动晶体析出晶体析出强度增加强度增加C-S-H凝胶凝胶层层书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 那么，那么，油井水泥的水化产物是什么？这些产物有什油井水泥的水化产物是什么？这些产物有什么样的性质？高温水泥石强度退化的根源是什么？加么样的性质？高温水泥石强度退化的根源是什么？加砂又为什么能防止这种退化？下面我们就以国产砂又为什么能防止这种退化？下面我们就以国产 API G级油井水泥为例进行剖析。级油井水泥

11、为例进行剖析。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难三、油井水泥水化伴随现象三、油井水泥水化伴随现象 放出水化热、胶凝失重、失水与析放出水化热、胶凝失重、失水与析水、体积减缩、水、体积减缩、“闪凝闪凝”、“假凝假凝”等。等。A.放出水化热放出水化热井温测井、井温测井、“微环隙微环隙”起始期起始期迟缓期迟缓期凝结期凝结期硬化期硬化期（几分钟）（几分钟）（几十分钟几个小时）（几十分钟几个小时）（几十分钟）（几十分钟）（几天数年）（几天数年）水化速度较快水化速度较快放出热量较大放出热量较大持续时间较短持续时间较短水化速

12、度变慢水化速度变慢放出热量很少放出热量很少水化速度加快水化速度加快放出热量最大放出热量最大水化速度很慢水化速度很慢放出热量变少放出热量变少持续时间极长持续时间极长放热量由大到小：放热量由大到小：C3A、C3S、C4AF、C2S书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难B.胶凝失重胶凝失重Sabins,F.L.失重公式：失重公式：水泥浆柱压力降落曲线水泥浆柱压力降落曲线水泥浆胶凝强度发展曲线水泥浆胶凝强度发展曲线有效压力（有效压力（kPa)胶凝强度（胶凝强度（100Pa)试验时间试验时间（min）水泥浆柱有效压力和胶凝

13、强度水泥浆柱有效压力和胶凝强度与试验时间的关系与试验时间的关系书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难水泥浆柱有效压力与胶凝强度的关系水泥浆柱有效压力与胶凝强度的关系胶凝强度胶凝强度(Pa)(Pa)浆柱有效压力浆柱有效压力(KPa)(KPa)05010015020001020304050书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 水水泥泥浆浆柱柱有有效效压压力力在在初初凝凝前前降降至至水水柱柱压压力力。测测出出水水泥泥浆浆在在初初凝凝时时

14、的的胶胶凝凝强强度度(该该值值约约为为1650Pa)，即即得得水水泥泥浆浆在在初初凝凝前前浆浆柱柱有有效效压压力的计算公式：力的计算公式：当当s s 时：时：当当s s 时：时：书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 公式公式 的推导的推导土壤力学理论土壤力学理论假假定定：水水泥泥浆浆发发生生明明显显水水化化之之前前，水水泥泥浆浆就就象象尚尚未未沉沉积积的的土土壤壤；胶胶凝凝过过程程中中的的水水泥泥浆浆柱柱与与土土壤壤层层具具有有相相似似的的固结过程。固结过程。用用Terzaghi 定律来描述水泥浆内的应力状态：

15、定律来描述水泥浆内的应力状态：书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难初始浆柱压力初始浆柱压力地层压力地层压力水泥浆柱压力水泥浆柱压力3.57.0P(MPa)t(hr)abcd2130a-b段：起始期段：起始期 迟缓期迟缓期b-c段：进入凝结期段：进入凝结期 那么，是不是水泥浆柱压力低于那么，是不是水泥浆柱压力低于地层压力就发生气窜呢？地层压力就发生气窜呢？书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难水窜流量的变化规律水窜流量的变化规律水窜

16、时间（水窜时间（min)1060120200水侵速率（水侵速率（ml/min)3.30.90.220.11水导率（水导率（10-4m2)20.77.551.380.69 可以看出：水泥石水导率随水窜时间增加可以看出：水泥石水导率随水窜时间增加而降低，这说明在水侵时间内，水泥浆内部的水而降低，这说明在水侵时间内，水泥浆内部的水化仍在进行，仍在不断封闭着水运移的通道，提化仍在进行，仍在不断封闭着水运移的通道，提高自身的抗窜能力。高自身的抗窜能力。那么，为什么水泥浆柱压力低于地层那么，为什么水泥浆柱压力低于地层压力还不会立即发生气窜呢？压力还不会立即发生气窜呢？书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无

17、涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难气侵阻力气侵阻力水泥浆结构阻止地层流水泥浆结构阻止地层流体进入浆体的能力体进入浆体的能力书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 C.失水与析水失水与析水 失水的危害：失水的危害：（1）水泥浆）水泥浆“瞬凝瞬凝”，导致固井失败。，导致固井失败。（2）水泥水化不充分，造成固井质量差。）水泥水化不充分，造成固井质量差。（3）水泥浆体积减少，诱发油气水窜。）水泥浆体积减少，诱发油气水窜。（4）水泥浆向产层失水，污染油气层。）水泥浆向产层失水

18、，污染油气层。析水的危害：析水的危害：（1）水平井形成连续性水带窜槽。）水平井形成连续性水带窜槽。（2）垂直井形成横向水带和纵向水槽。）垂直井形成横向水带和纵向水槽。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难序号序号浆柱压力浆柱压力（MPa）地层压力地层压力（MPa）压差压差（MPa）失水量失水量（ml）24h声幅值声幅值（）（）13.521.5560026.04.01580039.07.030600410.58.550503511.59.5650013613.011.0780029压力对水泥浆失水量的影响压力对水泥

19、浆失水量的影响注：试验水泥浆浆总量为注：试验水泥浆浆总量为38235ml。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难D.体积减缩体积减缩 水泥内部体积减少：以真空微孔隙的形式分布水泥内部体积减少：以真空微孔隙的形式分布于水泥石中，造成其孔隙压力下降。于水泥石中，造成其孔隙压力下降。水泥表观体积收缩：水泥表观体积收缩：膨胀率（）膨胀率（）时间（时间（d）膨胀率（）膨胀率（）时间时间（d）水泥表观体积水泥表观体积水泥绝对体积水泥绝对体积书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方

20、恨少，事非经过不知难事非经过不知难 总的体积减缩分为两个部分：一部分是外部总的体积减缩分为两个部分：一部分是外部体积收缩，收缩率为体积收缩，收缩率为46；另一部分是结构；另一部分是结构内部收缩，收缩率小于内部收缩，收缩率小于1。体积收缩顺序：。体积收缩顺序：C2S（1）C3S C4AF C3A（16）水泥浆某时刻水化引起的总收缩率：水泥浆某时刻水化引起的总收缩率：水泥浆某时刻失水引起的体积收缩值：水泥浆某时刻失水引起的体积收缩值：水泥浆某时刻水化引起的总体积收缩值：水泥浆某时刻水化引起的总体积收缩值：书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事

21、非经过不知难事非经过不知难水泥总收缩率与时间的关系水泥总收缩率与时间的关系时间时间(h)(h)总收缩率总收缩率()05105010001234765书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 E.“闪凝闪凝”闪凝是指把波特兰水泥熟料单独（即不加石膏）闪凝是指把波特兰水泥熟料单独（即不加石膏）研磨后与水混合，研磨后与水混合，C3A 会迅速发生反应而发生不可会迅速发生反应而发生不可逆转的稠化现象。逆转的稠化现象。产生的原因有两个：产生的原因有两个：一是因研磨时未加入石膏，水泥中含的铝酸盐和一是因研磨时未加入石膏，水泥中含

22、的铝酸盐和硫酸盐相互作用而造成的。硫酸盐相互作用而造成的。二是因水泥中石膏的含量和熟料的活性不匹配，二是因水泥中石膏的含量和熟料的活性不匹配，在早期水化阶段在早期水化阶段 C3A与水过多地反应（即与水过多地反应（即C3A 的溶的溶解度大而解度大而 C3S 和石膏的溶解度小）而造成的。和石膏的溶解度小）而造成的。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 F.“假凝假凝”假凝是因水泥中存在的半水石膏或可溶性无水石假凝是因水泥中存在的半水石膏或可溶性无水石膏的过量溶解，膏的过量溶解，（有时也会因水泥与外加剂不相容造（有时

23、也会因水泥与外加剂不相容造成絮凝而引起），成絮凝而引起），使浆体液相成为过饱和硫酸盐溶液，使浆体液相成为过饱和硫酸盐溶液，导致石膏快速结晶析出针状二水石膏而形成网状结构导致石膏快速结晶析出针状二水石膏而形成网状结构.假凝使浆体刚性迅速增加，但无大量热放出；立假凝使浆体刚性迅速增加，但无大量热放出；立即搅拌，刚性消除，塑性又恢复。即搅拌，刚性消除，塑性又恢复。解决的方法有：降低粉磨温度、控制产品质量、解决的方法有：降低粉磨温度、控制产品质量、调整水泥外加剂品种和加量等。调整水泥外加剂品种和加量等。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过

24、不知难事非经过不知难水化伴随现象水化伴随现象与固井工程的关系与固井工程的关系可能造成的后果可能造成的后果放出水化热放出水化热形成微环隙形成微环隙二界面胶结质量差，环空气窜二界面胶结质量差，环空气窜胶凝失重胶凝失重环空压力系统失衡环空压力系统失衡环空气窜，甚至失控而井喷环空气窜，甚至失控而井喷失水与析水失水与析水“闪凝闪凝”，水化不充分，水化不充分固井问题多，污染油层，窜槽固井问题多，污染油层，窜槽体积减缩体积减缩形成微环隙，水泥面下移形成微环隙，水泥面下移二界面胶结质量差，环空气窜二界面胶结质量差，环空气窜“闪凝闪凝”蹩泵蹩泵固井事故固井事故“假凝假凝”泵压升高泵压升高固井事故固井事故书山有路

25、勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难四、油井水泥性能与测四、油井水泥性能与测量量密度密度流动性能流动性能稠化时间稠化时间强度强度失水量失水量自由水自由水抗腐蚀能力抗腐蚀能力渗透率渗透率书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难五、影响油井水泥性能的因素五、影响油井水泥性能的因素矿物组分矿物组分水泥细度水泥细度水灰比水灰比温度温度压力压力书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事

26、非经过不知难一、前置液一、前置液二、外加剂二、外加剂 第三节第三节 前置液与外加剂前置液与外加剂书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难前置液前置液水基钻井液前置液水基钻井液前置液油基钻井液前置液油基钻井液前置液冲洗液冲洗液隔离液隔离液粘性粘性紊流型紊流型化学型化学型研磨型研磨型粘滞型粘滞型粘弹型粘弹型一、前置液一、前置液书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难二、外加剂二、外加剂缓凝剂缓凝剂速凝剂速凝剂早强剂早强剂分散剂分散剂降失水剂

27、降失水剂加重剂加重剂减轻剂减轻剂膨胀剂膨胀剂热稳定剂热稳定剂增韧剂增韧剂书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难第四节第四节 固井质量检固井质量检测测 目前的固井质量检测方法：目前的固井质量检测方法：声幅测井（声幅测井（CBL）变密度测井（变密度测井（VDL 井温测井井温测井 水泥胶结评价测井（水泥胶结评价测井（CET）书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难A.声幅测井（声幅测井（CBL）发射发射器器 接收接收器器3ft地层地层水泥环

28、水泥环套管套管发射发射20kHz声波脉冲信号声波脉冲信号胶结好，声幅小；胶结差，声幅大。胶结好，声幅小；胶结差，声幅大。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 典典型型声声幅幅测测井井图图示示深深度度m水泥浆密度为水泥浆密度为1.752.10g/cm3声幅声幅(15%,30%,为固井质量合格为固井质量合格声幅声幅15，为固井质量优质，为固井质量优质声幅声幅30，为固井质量不合格，为固井质量不合格水泥浆密度水泥浆密度1.75g/cm3声幅声幅(20%,40%,为固井质量合为固井质量合格格声幅声幅20%，为固井质量优

29、质，为固井质量优质声幅声幅40%，为固井质量不合格，为固井质量不合格书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难B.变变密密度度测测井井发射发射器器 接收器接收器（CBL）接收器接收器（VDL）5ft3ft地层地层水泥环水泥环套管套管发射声脉冲速率：发射声脉冲速率：10-12脉冲脉冲/s 固井一界面胶结好，二界面胶结差，则套管波信号弱，地固井一界面胶结好，二界面胶结差，则套管波信号弱，地层波信号也弱；一二界面胶结都好，则套管波信号弱，地层层波信号也弱；一二界面胶结都好，则套管波信号弱，地层波信号强。一界面胶结差，则很难

30、判断二界面的胶结情况。波信号强。一界面胶结差，则很难判断二界面的胶结情况。（VDL）书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难变密度测井图解释变密度测井图解释（a）无水泥的自由套管密度测井）无水泥的自由套管密度测井 （b）注有水泥段套管密度测井）注有水泥段套管密度测井书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难C.井温测井井

31、温测井tH井温曲线井温曲线水泥面水泥面主要用途：主要用途：确定水泥返确定水泥返高，作为水泥充填程度高，作为水泥充填程度的补充解释。的补充解释。测井时间：测井时间：固井后固井后1224hr内，过早或过晚内，过早或过晚都会影响测量结果。都会影响测量结果。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难D.水泥胶结评价测井（水泥胶结评价测井（CET）CET在在360圆周上每隔圆周上每隔45共安排了共安排了8 个换能个换能器，并呈螺旋分布排列，这器，并呈螺旋分布排列，这8个换能器既是发射器又个换能器既是发射器又是接收器。是接收器。

32、声波脉冲的衰减率取决于环空介质的声阻抗：声波脉冲的衰减率取决于环空介质的声阻抗：套管外为钻井液时，其声阻抗小，衰减很慢；套管套管外为钻井液时，其声阻抗小，衰减很慢；套管外为水泥浆时，其声阻抗较大，衰减很快；而且，外为水泥浆时，其声阻抗较大，衰减很快；而且，水泥石的强度越高，其声阻抗越大，声波能量衰减水泥石的强度越高，其声阻抗越大，声波能量衰减越快，即衰减能反映水泥石的强度。越快，即衰减能反映水泥石的强度。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 第五节第五节 提高固井质量的技术提高固井质量的技术提高固井质量主要应从

33、三个方面入手：提高固井质量主要应从三个方面入手：一是一是提高对钻井液的顶替效率提高对钻井液的顶替效率二是二是防止固井后油气水外窜防止固井后油气水外窜三是三是提高水泥环界面胶结与密封质量提高水泥环界面胶结与密封质量书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 尽管固井顶替机理的研究历史已尽管固井顶替机理的研究历史已60余年，但鉴于其余年，但鉴于其复杂性，目前仍不十分深入。主要体现在复杂性，目前仍不十分深入。主要体现在 实验方面：按照动力学相似原理要求，室内模拟的实验方面：按照动力学相似原理要求，室内模拟的参数需要与相应的

34、现场数值相匹配，但难度很大。参数需要与相应的现场数值相匹配，但难度很大。理论方面：难以建立一套准确描述任意井下条件的理论方面：难以建立一套准确描述任意井下条件的动态模型和定量分析法。动态模型和定量分析法。实用方面：现场施工参数很难同室内测量参数相吻实用方面：现场施工参数很难同室内测量参数相吻合。合。一、提高对钻井液的顶替效率一、提高对钻井液的顶替效率书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难A.顶替效率：顶替效率：无量纲顶替时间：无量纲顶替时间：t*tQ/V钻井钻井液液（d）（c）（b）（a）水泥水泥浆浆顶替界面变化

35、情况顶替界面变化情况Z=LZ=0入口入口出口出口书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 B.顶替时的作用力与反作用力顶替时的作用力与反作用力 钻井液的钻井液的阻力阻力和水泥浆的和水泥浆的驱动力驱动力是保证两相是保证两相流体顶替效果的基本因素。流体顶替效果的基本因素。钻井液本身的粘度、切力钻井液本身的粘度、切力套管和井壁对钻井液的粘附力套管和井壁对钻井液的粘附力钻井液本身的重力钻井液本身的重力泵的压力泵的压力水泥浆对钻井液的浮力水泥浆对钻井液的浮力流动的水泥浆对钻井液的粘滞力流动的水泥浆对钻井液的粘滞力活动套管引起

36、的牵引力活动套管引起的牵引力驱动力驱动力阻阻 力力书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难塞塞流流层层流流紊紊流流流态示意图流态示意图C.顶替流态顶替流态书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难120钻井液钻井液水泥环水泥环套管套管窄隙处钻井液窜槽示意图窄隙处钻井液窜槽示意图 S=50%时，窄隙时，窄隙处的钻井液窜槽占处的钻井液窜槽占 整整个圆周的个圆周的1/3，测井测井声幅值高达声幅值高达36%。D.套管偏心度的影响套管偏心度的影响套

37、管偏心度：套管偏心度：书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难E.井径扩大的影响井径扩大的影响 顶替模拟实验发现：当顶替模拟实验发现：当k15%时，切开井时，切开井筒断面可见由井径小到井径大的扩大处，形成筒断面可见由井径小到井径大的扩大处，形成钻井液、前置液、水泥浆相互混掺的滞留区，钻井液、前置液、水泥浆相互混掺的滞留区，水泥浆凝固后的强度很低，两个界面的密封性水泥浆凝固后的强度很低，两个界面的密封性能也很差。能也很差。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非

38、经过不知难事非经过不知难影响顶替效率的因素还有：影响顶替效率的因素还有：顶替时间和紊流接触时间顶替时间和紊流接触时间流变性能流变性能密度差密度差活动套管与否活动套管与否泥饼、胶凝物和固相沉积泥饼、胶凝物和固相沉积“死泥浆死泥浆”的影响的影响书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难提高顶替效率的方法：提高顶替效率的方法：井眼状况井眼状况套管居中套管居中流变设计流变设计活动套管活动套管书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难二、防止固井后油

39、气水窜二、防止固井后油气水窜提高固井后水泥浆柱压力提高固井后水泥浆柱压力环空加回压环空加回压控制水泥返高控制水泥返高采用防气窜水泥固井采用防气窜水泥固井书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难三、提高水泥环界面胶结与密封质量三、提高水泥环界面胶结与密封质量 第一类是常用的物理或机械方法第一类是常用的物理或机械方法。为解决油气井环为解决油气井环空胶结质量问题，国内外学者先后研究并提出了紊流顶替、空胶结质量问题，国内外学者先后研究并提出了紊流顶替、壁面剪切、活动套管、膨胀挤压、纤维增韧、用刮泥器等固壁面剪切、活动套管、

40、膨胀挤压、纤维增韧、用刮泥器等固井技术方法。这些方法的出现对油气井环空封隔无疑是十分井技术方法。这些方法的出现对油气井环空封隔无疑是十分有益的，但鉴于固井二界面问题的复杂性和现场施工条件的有益的，但鉴于固井二界面问题的复杂性和现场施工条件的局限性，面对我国油气井泥饼质量差和井径不规则这两大客局限性，面对我国油气井泥饼质量差和井径不规则这两大客观事实，它们各自所能达到的效果是比较有限的，表现为目观事实，它们各自所能达到的效果是比较有限的，表现为目前国内固井一界面胶结良好而固井二界面胶结质量问题依然前国内固井一界面胶结良好而固井二界面胶结质量问题依然较为突出。较为突出。书山有路勤为径，书山有路勤为

41、径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难 第二类是特殊的第二类是特殊的MTC方法。方法。MTC是一项是一项20世纪世纪90年代世界前沿的固井技术，它解决了钻井液与水泥浆的相容性年代世界前沿的固井技术，它解决了钻井液与水泥浆的相容性问题。事实上，若采用目前国内采用的一般钻井液法，因钻井问题。事实上，若采用目前国内采用的一般钻井液法，因钻井时仍用常规钻井液，对解决固井二界面封隔问题显然不会有明时仍用常规钻井液，对解决固井二界面封隔问题显然不会有明显作用；若采用全部钻井液或部分钻井液法（多功能钻井液），显作用；若采用全部钻井液或部分钻井液法（多功能

42、钻井液），因弱化井径不规则和泥饼较厚这两个复杂性问题而可实现固井因弱化井径不规则和泥饼较厚这两个复杂性问题而可实现固井二界面封固系统的整体胶结，但整个环空的二界面封固系统的整体胶结，但整个环空的MTC固化体脆裂、固化体脆裂、高温性能变异等固有问题又会因射孔而导致更为严重的层间互高温性能变异等固有问题又会因射孔而导致更为严重的层间互窜，影响油气开采效果甚至报废井，这在一定程度上却制约了窜，影响油气开采效果甚至报废井，这在一定程度上却制约了MTC的综合应用效果的综合应用效果，也难以得到推广应用。因此也难以得到推广应用。因此，目前目前MTC大多用来固技术套管或作充填浆，而很少用来固油层套管。大多用来固技术套管或作充填浆，而很少用来固油层套管。书山有路勤为径，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟学海无涯苦作舟书到用时方恨少，书到用时方恨少，事非经过不知难事非经过不知难*水泥环界面胶结强度发展规律水泥环界面胶结强度发展规律