【正文】 第三節(jié) 注水泥技術(shù) 115 （ 2）防止油氣水上竄 ? 采用多級注水泥或兩種流速（上慢下快）的水泥 ? 注完水泥后及時使套管內(nèi)卸壓，并在環(huán)空加回壓 ? 使用膨脹性水泥，防止水泥收縮 ? 使用刮泥器，清除井壁泥餅。 ? 橋堵引起失重，從而引起油氣水上竄； ? 水泥漿凝結(jié)后體積收縮； 收縮率小于 % ? 套管內(nèi)原來有壓力，放壓后使套管收縮 。 310f s sp gH????計算公式： fp— 水泥柱完全失重時的靜液柱壓力， MPa s? — 水泥漿失重時的當(dāng)量密度，通常取 sHm— 水泥漿的高度， g — 重力加速度， m/s2 第三節(jié) 注水泥技術(shù) 112 五、提高注水泥質(zhì)量的措施 第三節(jié) 注水泥技術(shù) 影響注水泥質(zhì)量的因素 （ 1）頂替效率低，產(chǎn)生竄槽 注水泥井段 頂替效率 = 100% 任一截面 頂替效率 = 100% 竄槽： 水泥漿不能將環(huán)空中鉆井液完全替走，而使環(huán)形空間局部出現(xiàn)未被水泥漿封固住的現(xiàn)象。 ③ 頂替鉆井液最高施工壓力 由于采用了不同密度的流體，在套管內(nèi)外形成的壓差， 頂替最高泵壓出現(xiàn)在泵壓前 ，其計算公式： m a x 1 2 cp p p p? ? ?maxp— 最高泵壓， MPa 1p— 環(huán)空最大靜液柱壓力， MPa 2p — 管內(nèi)外流動阻力， MPa cp— 套管內(nèi)靜液柱壓力， MPa 第三節(jié) 注水泥技術(shù) 111 水泥漿完全“失重”時靜液柱壓力 ?水泥漿失重 是指水泥漿發(fā)生物理、化學(xué)變化時不能對地層傳遞有效壓力。 ? 同時也要考慮井眼的實際條件和鉆井泵的類型 。 ① 頂替量計算： 2i4u i iQ K L d?? ?uQ 3m iL midmiK — 頂替液總量， — 不同壁厚段套管長度， — 不同壁厚段套管內(nèi)徑 ， — 不同壁厚段壓縮系數(shù)，一般取 ～ 。 ⑥ 實際注水泥量的確定 在固井施工中，實際注水泥量的確定在水泥漿量設(shè)計的基礎(chǔ)上還要參考下面幾種因素。 ?實際注水泥要依據(jù)測井井徑資料， 平均井徑的計算要取段準確 。 第三節(jié) 注水泥技術(shù) 概述 （ a）循環(huán)鉆井液 （ b）注隔離液和水泥漿 （ c）替漿 （ d）替漿 （ e）碰壓 1— 壓力表 2— 上膠塞 3— 下膠塞 4— 鉆井液 5— 浮箍 6— 引鞋 7— 水泥漿 8— 隔離液 9— 鉆井液 105 四、注水泥設(shè)計與計算 ： 單位體積的水泥漿內(nèi)各種成分的質(zhì)量總和。 密度 ≈ g/cm3 ，環(huán)空高度 ≥ 250m （ 2）隔離液 ： 有效隔開鉆井液與水泥漿；形成平面推進型頂替；對低壓漏失層起緩沖；較高浮力拖曳力。 （ 4）抗鹽水泥 （ 5）抗高溫水泥 （ 6）輕質(zhì)水泥 第三節(jié) 注水泥技術(shù) 100 前置液 將水泥漿與鉆井液隔開，起隔離、緩沖、沖洗作用，可提高固井質(zhì)量。用于高壓氣井。 （ 7）防漏失劑： 瀝青粒、纖維材料等 3/cmg3/cmg第三節(jié) 注水泥技術(shù) 99 特種水泥 （ 1）觸變性水泥： 水泥漿靜止時，形成膠凝狀態(tài)，但流動時膠凝狀態(tài)被破壞，流動性良好。 （ 4）促凝劑： 氯化鈣、硅酸鈉、氯化鉀等 （ 5）減阻劑： β— 奈磺酸甲醛的縮合物、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鈉、 木質(zhì)素磺酸 鈉等。 ?水泥石強度 ? 能支撐和加強套管；能承受鉆柱的沖擊載荷 ? 能承受射孔、酸化壓裂等增產(chǎn)措施作業(yè)壓力 ?水泥石的抗蝕性 ? 主要應(yīng)能抗硫酸鹽腐蝕 第三節(jié) 注水泥技術(shù) 98 水泥外加劑 （ 1）加重劑： 重晶石 、赤鐵粉等，使水泥漿密度達 （ 2）減輕劑： 硅藻土、粘土粉、瀝青粉、玻璃微珠、火山灰等。 ?水泥漿凝結(jié)時間： 從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的時間。 初始 15 ~ 30 min 內(nèi)，稠化值應(yīng)小于 30 BC， 現(xiàn)場總施工時間內(nèi)，稠度在 50 BC以內(nèi)。 ? 水泥漿稠化時間 水泥漿從配制開始到其稠度達到其規(guī)定值所用的時間。 5 時間范圍 /min 初凝 90～ 150 終凝 不遲于90 初凝115～180 終凝 不遲于90 初凝 180～270 終凝 不遲于90 (初凝 )以稠化時間 (終凝 ) 30BC 190 強度 /MPa 不低于 常壓 48h （抗折） 不低于 ～ 常壓 48h （抗折） 不低于 常壓 48h （抗折） 120 186。 2 95177。C 45177。 自由水 (析水 )/％ 171。 177。cm3) 177。C水泥 120186。C水泥 75186。 第三節(jié) 注水泥技術(shù) 91 （ 2）水泥凝結(jié)與硬化 水泥硬化分為三個階段： 溶膠期，凝結(jié)期，硬化期 ? 水泥石主要由三部分組成： — 無定性物質(zhì)（水泥膠），晶體結(jié)構(gòu)，互連成整體。 )(3 332 ACOAlC a O 簡稱?)(4 432322 AFCOFeOAlC a O 簡稱??AC3第三節(jié) 注水泥技術(shù) 90 水泥的水化 水泥與水混成水泥漿后，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成各種水化物， 逐漸由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，使水泥硬化和凝結(jié)，形成水泥石。 第三節(jié) 注水泥技術(shù) 88 油井水泥的主要成分 （ 1）硅酸三鈣 ? 水泥的主要成分，一般的含量為 40%~65% ? 對水泥強度，尤其是 早期 強度有較大影響 ? 高早期強度水泥中含 60%~65%， 緩凝水泥中含 40%~45% （ 2）硅酸二鈣 ? 含量一般在 24%~30%之間 ? 水化反應(yīng)慢 ，強度增長慢；對水泥 最終 強度有影響。 第三節(jié) 注水泥技術(shù) 固井的特點 （ 1）是一次性工程 （經(jīng)常無法采取補救措施） （ 2）是隱蔽性工程 （看不見摸不著） （ 3）一項復(fù)雜工程 （工期短，工序多，技術(shù)強） （ 4）花錢多的工程 （投入大） （ 5）是鉆井工程和完井工程中的一道關(guān)鍵工序 （油井百年大計，固井質(zhì)量第一） 第三節(jié) 注水泥技術(shù) 87 一、油井水泥 波特蘭 (Portland)水泥（硅酸鹽水泥）的一種。 （ 4）凝固后管外不冒油、氣、水，環(huán)空內(nèi)各壓力 體系 不互竄 。 ? 校核第四段下部的抗擠強度： 43441087 stmtFFSLmq? ?? ? ?)(4434????DFFpSdsmcc?安全 ? 最終結(jié)果 ： L4= 600 m , D4=600 m 第二節(jié) 套管柱設(shè)計 82 ? 最終設(shè)計結(jié)果： 下深（ m） 段長（ m） 鋼級 壁厚（ mm） St Sc 0~600 600 N80 600~1700 1100 N80 1700~2700 1000 N80 2700~3500 800 N80 第二節(jié) 套管柱設(shè)計 83 HOMEWORK: 1. 某井用 ， N80、壁厚 ，額定抗擠強度 ,管體抗拉屈服強度 其下部懸掛 194KN的套管，試計算 2. 178mm、 N80、壁厚 ，如果 Sc = ，求在密度 中的允許下入深度。 ? 計算最大內(nèi)壓力，篩選符合抗內(nèi)壓要求的套管 抗內(nèi)壓強度 查手冊 篩選套管鋼級： C75 , L80 , N80 , C90 ,C95 , P110 將鋼級按成本排序： N80 C75 L80 C90 C95 P110 m a x S M Pa? ? ?3/cmg第二節(jié) 套管柱設(shè)計 72 ?按抗擠設(shè)計下部套管段，水泥面以上雙向應(yīng)力校核 （ 1） 計算最大外擠力， 選擇第一段套管 查表： m a x10 . 0 0 9 8 1 4 4 . 6 3 6= 4 4 . 6 3 6 1 . 0 = 4 4 . 6 3 6o c dc o c cp D M P ap p S M P a???? ? ?1111180 , 10 .36 , 23 4 / ,48 .40 ,30 07 , 26 11 .1cs stN t mmq K N mp MPaF K N F K N?????第二節(jié) 套管柱設(shè)計 73 （ 2） 選擇第二段套管； 選低一級套管，第一段抗拉強度校核 查表： 第二段套管可下深度 D2，第一段套管長度 L1 2222280 , 9 , 795 / ,37. 301 ,268 , 230 cs s tN t m m q KN mp M P aF KN F KN? ? ????221 1 22925 981350 0 290 0 600cdcpDmSL D D m???? ? ? ? ?取 D2 = 2900 m 第二節(jié) 套管柱設(shè)計 74 ? 雙向應(yīng)力強度校核，最終確定 D2 和 L1 D2 =2900 m ＞ 2800 m , 超過水泥面，考慮雙向應(yīng)力 危險截面 ： 水泥面 2800 m 處 ? ?1 1 2 22222228001 ( 2800) ( ) 1 981 2800dBsmBmsmc c cscccccKF K q L q D K NFFFp p M PaFpSp??? ? ?? ? ? ???? ? ?? ? ? ???不安全 第二節(jié) 套管柱設(shè)計 75 解決辦法： 將第一段套管向上延伸至水泥面以上。 通式： 套管強度 ≥ 外載 安全系數(shù) ? 水泥面以上套管抗擠強度考慮雙向應(yīng)力影響 ? 軸向拉力通常按套管在空氣中的重力計算； 當(dāng)考慮雙向應(yīng)力時，按浮重計算。 側(cè)重點： 抗拉（下入較淺），抗內(nèi)壓（井噴關(guān)井），抗外擠（下入井深） 技套 特點：下入深度大，在其中下入油管，特別注意后期生產(chǎn)可能出現(xiàn)的 各種情況。 側(cè)重點： 主要考慮內(nèi)壓設(shè)計 。 （ 3）另最大載荷法、 AMOCO法、西德 BEB法及前蘇聯(lián)方法等。 設(shè)計原則 ? 滿足強度要求，在任何危險截面上都應(yīng)滿足下式： 套管強度 ≥ 外載 安全系數(shù) ? 應(yīng)滿足鉆井作業(yè)、油氣開發(fā)和產(chǎn)層改造需要 ? 承受外載時應(yīng)有一定儲備能力 ? 經(jīng)濟性要好，多選擇 2～ 3種鋼級、 2～ 3種壁厚，不能過多 ? 安全系數(shù) — 抗外擠安全系數(shù) Sc= — 抗內(nèi)壓安全系數(shù) Si= — 套管抗拉強度（抗滑扣）安全系數(shù) St= 第二節(jié) 套管柱設(shè)計 68 常用套管柱設(shè)計方法 （ 1）等安全系數(shù)法 各危險截面最小安全系數(shù)等于或大于規(guī)定的安全系數(shù)。 內(nèi)壓載荷及套管抗內(nèi)壓強度 第二節(jié) 套管柱設(shè)計 第二節(jié) 套管柱設(shè)計 套管內(nèi)全掏空 載荷 井深 載荷 井深 套管內(nèi)壓載荷 套管外載荷 載荷 井深 有效內(nèi)壓載荷 套管內(nèi)液面 井身結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 套管柱設(shè)計 套管內(nèi)部分掏空 載荷 井深 載荷 井深 套管內(nèi)壓載荷 套管外載荷 載荷 井深 有效內(nèi)壓載荷