《固井完井》PPT课件.ppt

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1、第三章第三章 固井、完井固井、完井第一节第一节固井固井 定定义义：在在钻钻出出的的井井眼眼内内下下入入套套管管，并并在在套套管管与与井井眼眼之之间间注注以以水水泥泥浆浆，使套管与井壁固结在一起的工艺过程，叫固井使套管与井壁固结在一起的工艺过程，叫固井。一、固井的目的一、固井的目的1）封隔地下各油、气、水层，使互不串通。）封隔地下各油、气、水层，使互不串通。2）为井的投产建立生产通道。）为井的投产建立生产通道。3）封闭暂时尚不开采的油气层）封闭暂时尚不开采的油气层4）保保证证井井自自始始自自终终处处于于人人的的控控制制之之下下，当当遇遇紧紧急急情情况况需需要要压压井井时时，不会压裂地层增加问题的

2、严重性。对海洋很重要。不会压裂地层增加问题的严重性。对海洋很重要。5）为安装井口防喷装置创造条件。）为安装井口防喷装置创造条件。6）封隔对钻井液要求相互矛盾的地层。）封隔对钻井液要求相互矛盾的地层。7）钻井时遇到的井塌、井漏、高压层等情况，用调整钻井液性能）钻井时遇到的井塌、井漏、高压层等情况，用调整钻井液性能不易解决或可能留有隐患时，用下套管、注水泥的办法封隔，清不易解决或可能留有隐患时，用下套管、注水泥的办法封隔，清除隐患，保证钻井的顺利进行。除隐患，保证钻井的顺利进行。地层套管水泥二、井身结构二、井身结构定义：是指定义：是指1）下几层套管，即套管层次、尺寸；）下几层套管，即套管层次、尺寸

3、；2）各层套的）各层套的直径是多少及各下多深。直径是多少及各下多深。3）各层套管的水泥返高多少；）各层套管的水泥返高多少；4）套管、钻头直径如何配合，套管、钻头直径如何配合，井身结构设计是钻井工程设计的井身结构设计是钻井工程设计的基础设计，是实施，如图基础设计，是实施，如图8-1。导管套管水泥喇叭口钻井液出口水泥导管（一）、各层套管的功用（一）、各层套管的功用1、导导管管：它它不不属属于于井井身身结结构构各各层层套套管管之之内内。钻钻进进时时需需要要循循环环钻钻井井液液，返返出出的的钻钻井井液液要要经经过过振振动动筛筛、钻钻井井液液槽槽等等固固控控设设备备流流回回，这这就就需需一一个个高高度度

4、。这这时时就就是是利利用用导导管管将将钻钻井井液液出出口口抬抬高高。导管是薄壁管子，下入导管坑中用水泥砂浆固定。导管是薄壁管子，下入导管坑中用水泥砂浆固定。2、表表层层套套管管：为为了了控控制制溢溢流流、井井喷喷等等紧紧急急情情况况，需需要要安安装装井井口口防防喷喷装装置置。这这些些装装置置就就安安装装在在表表层层套套管管上上。井井喷喷关关井井时时的的巨巨大大向向上上载载荷荷就就由由表表层层套套管管承承担担。它它是是无无缝缝钢钢管管，是是第第二二次次下下入井内的套管，直径最大。入井内的套管，直径最大。它的功用是：它的功用是：1）安装井口，承担井喷关井时的向上载荷。）安装井口，承担井喷关井时的向

5、上载荷。2）承担以后几层套管的部分重量。）承担以后几层套管的部分重量。3）加固地表层松软土层、流砂层，保证钻井）加固地表层松软土层、流砂层，保证钻井4）封封隔隔地地层层破破裂裂压压力力小小的的地地层层，防防止止井井喷喷压压井井时时压压裂裂地地层层，见图。见图。3、技技术术套套管管：亦亦称称中中间间套套管管，是是为为了了保保证证钻钻井井工工作作的的顺顺利利进进行行而下的，而下的，其功用是：其功用是：1）按按可可能能使使用用的的最最大大钻钻井井液液密密度度考考虑虑，保保护护有有可可能能被被压压裂裂的的地地层；层；2）封隔漏、塌、喷地层；）封隔漏、塌、喷地层；3）解决上部与下部地层对钻井液密度提出的

6、相互矛盾的要求。）解决上部与下部地层对钻井液密度提出的相互矛盾的要求。4）解决可能出现的各种困难（或复杂）问题。）解决可能出现的各种困难（或复杂）问题。它是下在表层套管与油层之间的。它是下在表层套管与油层之间的。可以下多层，也可以不下，由具体情况条件而定。可以下多层，也可以不下，由具体情况条件而定。浅井：地质条件不复杂，技术套管少或没有浅井：地质条件不复杂，技术套管少或没有深井：地质条件复杂，技术套管层多。深井：地质条件复杂，技术套管层多。技术套管保证满足不等式技术套管保证满足不等式PfPdPp。4、油油层层套套管管：油油井井钻钻完完以以后后下下的的最最后后一一层层套套管管，直直径径最最小。小

7、。功用以封隔油、气、水层，以及不同物性的油气功用以封隔油、气、水层，以及不同物性的油气层，以利于分层开采，防止底水并形成生产通道，或层，以利于分层开采，防止底水并形成生产通道，或用以封堵不开采的油气层用以封堵不开采的油气层。确定井身结构，确定井身结构，主要根据地质条件、钻井技术水平主要根据地质条件、钻井技术水平和采油、采气的技术要求。首先确定出所需的套管层数，和采油、采气的技术要求。首先确定出所需的套管层数，每层的下人深度和水泥返高，然后再根据采油生产的需要每层的下人深度和水泥返高，然后再根据采油生产的需要确定出油层套管的尺寸，逐层向外再确定各层套管的尺寸确定出油层套管的尺寸，逐层向外再确定各

8、层套管的尺寸和相应的钻头尺寸。和相应的钻头尺寸。套管的层数、每层套管应下人的深度是根据井眼所套管的层数、每层套管应下人的深度是根据井眼所穿过的地层情况确定的。穿过的地层情况确定的。确定的原则确定的原则是保证在继续向深处钻进中，当钻遇高是保证在继续向深处钻进中，当钻遇高压地层而需要提高洗井液的密度时，不致将井筒内裸露的压地层而需要提高洗井液的密度时，不致将井筒内裸露的上部薄弱地层压裂。合理的设计是依据本地区的地层压力上部薄弱地层压裂。合理的设计是依据本地区的地层压力和地层破裂压力两条曲线进行的。和地层破裂压力两条曲线进行的。（二）、井身结构的确定（二）、井身结构的确定1、各层套管下入深度，按地层

9、破裂压力设计各层下入深度。各层套管下入深度，按地层破裂压力设计各层下入深度。2、地地层层的的各各压压力力参参数数是是钻钻井井工工程程设设计计和和施施工工的的基基础础参参数数，依依此才能进行合理的井身结构设计。此才能进行合理的井身结构设计。地层的四个压力参数（或四个压力剖面）即：地层的四个压力参数（或四个压力剖面）即：a、地层压力；、地层压力；b、破裂压力；、破裂压力；c、坍塌压力；、坍塌压力；d、地应力、地应力所所谓谓地地层层压压力力剖剖面面就就是是地地层层压压力力随随井井深深的的变变化化。如如图图8-2，就是随井深的加深而增大的。就是随井深的加深而增大的。3、按实际情况决定各层套管下入深度、

10、按实际情况决定各层套管下入深度如确知井下压力不高，不压裂地层之时，可不如确知井下压力不高，不压裂地层之时，可不必按破裂压力来确定各层套管的下入深度。而按该地区必按破裂压力来确定各层套管的下入深度。而按该地区的实际情况而定，这样节省套管，节省水泥，减少施工的实际情况而定，这样节省套管，节省水泥，减少施工程序。程序。1）导管）导管5-10m2）表层套管，下到地层较坚硬处，一般）表层套管，下到地层较坚硬处，一般50-100m或更深或更深3）技术套管，由具体情况而定）技术套管，由具体情况而定4）油层套管，下到设计井深，由完井方法定）油层套管，下到设计井深，由完井方法定4、水水泥泥返返高高:注注水水泥泥

11、的的目目的的是是为为了了封封隔隔地地层层，也也是是为为了了封封固固地地层层，防防止止以以后后钻钻进进、修修井井等等作作业业时时碰碰撞撞晃晃动动而而脱脱落落，各各层层套套管的水泥返升高度由井底算起。管的水泥返升高度由井底算起。1）表层套管，返至地面）表层套管，返至地面2）技技术术套套管管，返返至至到到拟拟封封闭闭地地层层以以上上50-100m，但但最最少少应应有有150-200m的返高，以固定套管的返高，以固定套管。3）油层套管，水泥通到油层以上）油层套管，水泥通到油层以上50-100m，对高压井的防止漏对高压井的防止漏气，有时返至地面。气，有时返至地面。5、套套管管与与钻钻头头的的配配合合，即

12、即套套管管尺尺寸寸（外外径径）与与钻钻头头直直径径的的配配合合，井井眼眼与与钻钻头有时在头有时在10-20%或更大，但还是按钻头直径来讨论。或更大，但还是按钻头直径来讨论。6、井身结构方案、井身结构方案各方案的表示方法是各方案的表示方法是“表层套管表层套管技术套管技术套管油层套管油层套管”在在确确定定井井身身结结构构时时，尽尽量量节节约约套套管管和和水水泥泥，这这可可以以大大大大地地降降低低成成本本。但但是是在在确确定定探探井井的的井井身身结结构构时时，应应当当根根据据地地层层压压力力、破破裂裂压压力力设设计计各各层层套套管管的的下下入入深深度度，不不应应片片面面追追求求长长裸裸眼眼，尽尽量量

13、把把不不同同压压力力系系统统的的地地层层和和复杂地层段隔住。复杂地层段隔住。套套管管程程序序上上要要留留有有余余地地，即即应应有有备备用用层层，以以便便中中途途改改变变套套管管程程序序时时可可多多下下一一层层技技术术套套管管，这这对对探探井井特特别别重重要要。对对于于地地下下情情况况比比较较熟熟悉悉的的开开发井，可以简单些。发井，可以简单些。表表8-1目前我国油田现场常用的井身结构方案目前我国油田现场常用的井身结构方案7、尾管、尾管，一般，各层管都是由地面下到预计深度，为了，一般，各层管都是由地面下到预计深度，为了节省套管及减轻管柱重量以减少下套管、注水泥的困节省套管及减轻管柱重量以减少下套管

14、、注水泥的困难程度，采用在上层套管内向下延伸，即只下下边的难程度，采用在上层套管内向下延伸，即只下下边的一段，该方式称为下尾管，这段套管叫尾管。下完尾一段，该方式称为下尾管，这段套管叫尾管。下完尾管，继续钻井时，尾管上的技术套管可能受磨而降低管，继续钻井时，尾管上的技术套管可能受磨而降低强度，以至损坏，所以有可能将尾管按回到地面，所强度，以至损坏，所以有可能将尾管按回到地面，所以尾管上有回接接头。以尾管上有回接接头。三、下套管三、下套管(一一)、套管柱的外载、套管柱的外载1、轴轴向向载载荷荷：主主要要是是拉拉力力。拉拉力力过过大大，将将引引起起连连接接丝丝扣扣（圆圆扣扣）被被拉拉坏坏而而断断裂

15、裂。而而管管体体被被拉拉断断的的情情况况很很少少，不不允允许许存存在在轴轴向向压压力力，只只在在较较少少场场合合下下出出现现受受拉拉压压力力（为为什什么么？防防止止弯弯曲，不居中）曲，不居中）1）浮浮力力：套套管管在在井井内内钻钻井井液液中中因因管管体体排排开开钻钻井井液液而而受受到到浮浮力力。套套管管受受浮浮力力的的效效果果可可以以认认为为是是套套管管的的线线密密度度因因浮浮力力作作用用而而变变小小，其其影影响响用用浮浮力力系系数数计计算算，表表示示管管柱柱受受浮浮力力后后剩剩余余重重量量为为其在空气中重要的百分数。其在空气中重要的百分数。2）自自重重：由由自自重重引引起起的的轴轴几几拉拉力

16、力由由下下而而上上逐逐渐渐增增大大，在在井井口口处处达达到到最最大大（同钻柱）。管柱也可能由几段不同线密度的套管组成，拉力由下式计算：（同钻柱）。管柱也可能由几段不同线密度的套管组成，拉力由下式计算：T=qiLi式中：式中：T井口套管所受到轴向拉力，井口套管所受到轴向拉力，N；qi某种套管在钻井液中的线密度，某种套管在钻井液中的线密度，kg/m；Liqi段长度，段长度，m。3）初初拉拉力力：为为了了防防止止弯弯曲曲，套套管管不不允允许许承承受受轴轴向向压压缩缩力力。实实际际中中，当当套套管管外外水水泥泥没没有有返返升升到到地地层层时时，井井口口以以下下的的一一段段套套管管外外无无水水泥泥固固结

17、结，称称为为自自由由段段，为为了了防防止止自自由由段段套套管管弯弯曲曲，应应在在安安装装套套管管头头固固定定套套管管时时，给给此此段段套套管管以以大大于于其其重重量量的的拉拉力力，即即使使其其处处于于受受拉拉的的状状态态，这这个个力力就就叫叫初初拉拉力力。井井产产资资后后，井井内内温温度度升升高高，自自由由套套管管将将因因热热而而伸伸长长。在在定定初初拉拉力力时时也也应应把把这这段段伸计算进去，这样保证各段都处受拉状态。伸计算进去，这样保证各段都处受拉状态。2、外外挤挤压压力力定定义义：外外挤挤压压力力是是因因为为套套管管柱柱外外流流柱柱压压力力大大于于套套管管内内液液柱柱，压压力力而引起的。

18、外挤压力超过套管抗挤强度时，套管将被挤毁。而引起的。外挤压力超过套管抗挤强度时，套管将被挤毁。受受挤挤程程度度：下下套套管管时时，管管内内外外为为同同一一密密度度的的钻钻井井液液，不不存存在在内内外外液液柱柱压压力（但如为了取得浮力而掏空时而有，但不大）。力（但如为了取得浮力而掏空时而有，但不大）。注注定定环环凝凝固固而而成成为为固固体体后后，一一般般也也还还是是按按原原用用钻钻井井液液密密度度或或盐盐水水考考虑虑其其液液柱柱压压力力；在在试试井井时时，生生产产时时套套管管内内钻钻井井液液排排聘聘书书，井井内内液液柱柱压压力力小小于于管管外外的的。钻钻井井时时发发生生井井漏漏、井井喷喷，使使井

19、井周周钻钻井井液液减减少少而而产产生生外外挤挤力力，由由于于各各种种情情况况都都有有可可能能发发生生，在在考考虑虑外外挤挤力力时时，多多按按套套管管内内全全部部被被掏掏空空，管管外外液液体体按按原打开时间的钻井液密度计算：原打开时间的钻井液密度计算：P=9.8LP套管柱所受外挤压力，套管柱所受外挤压力，Pa；套管外钻井液密度，套管外钻井液密度，kg/m3；L套管柱长度。套管柱长度。由上式看出，外挤力是井底最大，井口最小，为零。由上式看出，外挤力是井底最大，井口最小，为零。3、内内压压力力：来来源源于于内内压压力力（最最大大内内压压力力等等于于地地层层压压力力）或或进进行行压压裂裂等等特特殊殊作

20、作业业（最最大大内内压压力力等等于于地地面面泵泵的的出出口口压压力力）。由由于于管管外外还还有有外外挤挤压压力力，将将抵抵消消一一部部分分内内压压力力，故故内内压压力力是是井井口口最最大大，由由井井口向下愈来愈小。口向下愈来愈小。4、附附加加外外载载：不不确确定定因因素素，如如动动载载，井井壁壁摩摩擦擦力力，弯曲应力等，弯曲应力等，多以安全系数的方式计入多以安全系数的方式计入。（二）套管的强度设计（二）套管的强度设计1、安全系数：、安全系数：目前国内都是采用目前国内都是采用API标准的套管，标准的套管，抗拉安全系数抗拉安全系数ST，抗挤安全系数抗挤安全系数SC，抗内压安全系数抗内压安全系数Si

21、，在水泥环部位的抗挤安全系数降到。，在水泥环部位的抗挤安全系数降到。2、等等安安全全系系数数法法：套套管管柱柱由由数数段段强强度度不不同同（钢钢线线或或壁壁厚厚不不同同，也也可可能能是是连连接接丝丝扣扣的的长长度度、扣扣型型不不同同，或或兼兼而而有有之之）的的套套管管组成。组成。各段套管的危险断面处的各段套管的危险断面处的安全系数是相等的安全系数是相等的。3、等等拉拉力力余余量量法法：不不同同强强度度的的套套管管用用相相同同的的安安全全系系数数，则则其其为为安安全全而而储储备备的的强强度度的的绝绝对对值值是是不不同同的的，即即强强度度越越大大，强强度度余余量越大。量越大。对对一一下下井井的的套

22、套管管柱柱来来说说，对对自自重重以以外外的的载载荷荷，只只能能决决定定于于其其中中的的最最薄薄弱弱环环节节，即即拉拉力力余余量量最最小小的的断断面面，其其余余强强度度大大的的套套管的较大余量则毫无用处。管的较大余量则毫无用处。为为了了充充分分利利用用管管柱柱强强度度，应应采采用用等等拉拉力力余余量量法法。即即使使每每种种强强度度的的套套管管的的拉拉力力强强度度余余量量都都相相等等。依依此此来来进进行行设设计计。拉拉力力余余量以量以200-250KN为宜。为宜。4、双轴应力法：、双轴应力法：等安全系数法与等拉力余量法皆是分别计算抗等安全系数法与等拉力余量法皆是分别计算抗挤与抗拉，认为它们之间互相

23、无影响。对管柱较短时是属此情挤与抗拉，认为它们之间互相无影响。对管柱较短时是属此情况，井口拉力最大，井底外挤力最大，中间两者都不大，只要况，井口拉力最大，井底外挤力最大，中间两者都不大，只要满足上、底强度即可，但根据第四强度理论，拉力与外挤力联满足上、底强度即可，但根据第四强度理论，拉力与外挤力联合作用时，抗挤强度将降低，所以合作用时，抗挤强度将降低，所以套管柱较长时，计算抗挤强套管柱较长时，计算抗挤强度时，必需考虑因拉力带来的抗挤强度的降低度时，必需考虑因拉力带来的抗挤强度的降低。(三三)、套管柱下部结构、套管柱下部结构（1）引引鞋鞋：装装在在套套管管柱柱底底部部的的圆圆锥锥形形带带循循环环

24、孔孔的的短短节节，如如图图8-3所所示示，起起引引导导套套管管的的作作用用，防防止止套套管管插插入入井井壁壁或或刮刮挤挤井井壁壁的的泥泥饼饼，多多用用生生铁铁、硬硬木木水水泥制成，以便钻头钻掉。泥制成，以便钻头钻掉。（2）套套管管鞋鞋：用用套套管管接接箍箍做做成成，下下端端成成45度度内内斜斜坡坡，引引导导钻钻具具的的接接头头、钻钻头上提时挂碰套管的底端，最后一层套管可不装，图头上提时挂碰套管的底端，最后一层套管可不装，图8-4。（3）旋旋流流短短节节，见见图图8-5，作作用用有有利利于于将将钻钻井井液液、水水泥泥浆浆旋旋流流上上返返，提提高高顶顶替效率，保证注水泥浆的质量。替效率，保证注水泥

25、浆的质量。（4）套套管管回回压压凡凡尔尔，图图8-6，作作用用在在下下套套管管时时减减轻轻套套管管的的重重量量，注注水水泥泥过过程程中中其其结结束束后后，防防止止水水泥泥浆浆、钻钻井井液液回回流流，保保证证水水泥泥浆浆的的上上返返高高度度，在在技技套套、油套上使用，装在旋流短节之上。油套上使用，装在旋流短节之上。（5）承承托托环环也也叫叫生生铁铁圈圈，是是控控制制水水泥泥塞塞高高度度的的，有有的的与与（4）做做成成一一体体，也也是要钻掉的。是要钻掉的。（6）扶正器：如图）扶正器：如图8-7，作用使套管层，提高固井质量，在斜井中必须使用。，作用使套管层，提高固井质量，在斜井中必须使用。(四四)、

26、下套管、下套管1、准备；、准备；2、下套管、下套管四、注水泥四、注水泥(一一)、流程、流程1）下完套管以后，循环钻井液洗井）下完套管以后，循环钻井液洗井(a)；2）(b)(放入下胶塞或放入下胶塞或）打隔离液，注入水泥浆；）打隔离液，注入水泥浆；3）水水泥泥浆浆注注完完以以后后，放放（上上）胶胶塞塞，替替入入钻钻井井液液。下下胶胶塞塞到到底底被被挡挡住住之之后后，水水泥泥浆浆瞥瞥破破下下胶胶塞塞，自自其其孔孔中中流流出出，从从管管外外环环空空上上返返(c)；4）替替钻钻井井液液到到（上上）胶胶塞塞下下行行至至与与生生铁铁圈圈（下下胶胶塞塞）相相碰碰时时，注注水泥工作结束。两塞相碰叫碰压，此时泵压

27、突然升高水泥工作结束。两塞相碰叫碰压，此时泵压突然升高(d)；5）如如果果水水泥泥返返得得很很高高，可可以以用用双双级级注注水水泥泥，即即把把注注水水泥泥工工作作分分成成两步来做，每一步的做法与上述相同。还有分级注水水泥。两步来做，每一步的做法与上述相同。还有分级注水水泥。(一一)、流程、流程8(二二)、注水泥设备、注水泥设备1）水泥车：是一种专用车辆，车上装有出口压力较高的泵，供）水泥车：是一种专用车辆，车上装有出口压力较高的泵，供注水泥之用。注水泥之用。2）水泥混合漏斗见图）水泥混合漏斗见图6-18，一般是经漏斗配成的水泥浆立即打，一般是经漏斗配成的水泥浆立即打入井中。这样密度无法精确控制

28、。新的设备是配浆部分自成体入井中。这样密度无法精确控制。新的设备是配浆部分自成体系，配好后在体系里循环，调整好密度后才打入井中。系，配好后在体系里循环，调整好密度后才打入井中。3）胶塞：用来隔离套管内水泥浆与钻井液，不使相混，刮净管）胶塞：用来隔离套管内水泥浆与钻井液，不使相混，刮净管内壁上附着的钻井液或水泥浆。内壁上附着的钻井液或水泥浆。4）灰罐、灰罐车，用以盛装水泥。）灰罐、灰罐车，用以盛装水泥。(三三)、油井水泥、油井水泥油油井井中中使使用用最最多多的的水水泥泥为为硅硅酸酸盐盐水水泥泥，它它与与建建筑筑用用水水泥泥类类似似，不不同同点点为油井水泥要求较快凝固，较高的早期强度，及能耐地下水

29、的腐蚀等。为油井水泥要求较快凝固，较高的早期强度，及能耐地下水的腐蚀等。1、API级别定义及使用范围级别定义及使用范围目目前前API标标准准的的水水泥泥级级别别分分为为A、B、C、D、E、F、G、H、J级级，每每一级别都有每一级别的成份要求，以及的使用的范围。一级别都有每一级别的成份要求，以及的使用的范围。a、定定义义：A、B、C、D、E与与F级级油油井井水水泥泥，是是硅硅酸酸钙钙为为主主要要成成分分的的水水泥泥熟熟料料，加入适量石膏和助磨剂，磨细制成的产品。加入适量石膏和助磨剂，磨细制成的产品。在在粉粉磨磨与与混混合合D、E、F级级水水泥泥般般的的过过程程中中，允允许许掺掺加加适适宜宜的的调

30、调凝凝剂剂，并要求助磨剂对强度没有负面影响。并要求助磨剂对强度没有负面影响。G、H级级油油井井水水泥泥，主主要要成成分分与与前前面面相相同同。加加入入适适量量的的石石膏膏或或石石膏膏和和水水，磨磨细细制制成成的的产产品品，在在粉粉磨磨与与混混合合G、H级级水水泥泥过过程程中中不不允允许许掺掺加加任任何何其它外加物。其它外加物。J级油井水泥，符合标准规定的级油井水泥，符合标准规定的J级水泥的物理性质的产品。级水泥的物理性质的产品。b、使用范围：、使用范围：A级：级：深度：井深，温度至深度：井深，温度至76.7，无特殊性能要求，仅有普通型（，无特殊性能要求，仅有普通型（O）；）；B级级：井井深深，

31、温温度度76.7，中中热热水水泥泥分分为为中中抗抗硅硅酸酸盐盐和和高高抗抗硫硫酸酸盐盐（MSR）（）（HSR）。）。C级级：，：，76.7属早强水泥，分普通、中和高抗硫酸盐型。属早强水泥，分普通、中和高抗硫酸盐型。D级级：，76-127为为基基本本水水泥泥加加缓缓凝凝剂剂，用用于于中中温温条条件件，分分中中和和高高抗抗硫硫酸酸盐盐型。型。E级级：3050-4270m，76-143，同上用于高温高压条件。，同上用于高温高压条件。F级级：3050-4880m，110-160，同上，用于超高压条件。，同上，用于超高压条件。G级级及及H级级：0-2440m，0-93，为为两两种种基基本本水水泥泥，分分

32、中中、高高抗抗，当当掺掺入入促促凝凝剂或缓凝剂，能适应较大范围变化的井深和温度条件使用，用得较多。剂或缓凝剂，能适应较大范围变化的井深和温度条件使用，用得较多。J级级：3660-4880m，49-166，仅有普通型。，仅有普通型。2、国内油井水泥标准（钻井手册甲方下）、国内油井水泥标准（钻井手册甲方下）国产水泥标准是以温度系列为标准的油井水泥国产水泥标准是以温度系列为标准的油井水泥国家标准（国家标准（GB）分别为）分别为45、75、95及及1201988年重新审定与年重新审定与API标准系列共同执行。标准系列共同执行。标号标号井深井深温度温度水灰比水灰比密度密度3、成分、成分：硅酸盐水泥，典型

33、的氧化物分析，：硅酸盐水泥，典型的氧化物分析，CaO64.77%SiO222.43%Fe2O34.10%Al2O34.76%MgO1.14%SO31.67%K2O0.08%烧失量烧失量0.54%水泥熟料中主要四种成分：水泥熟料中主要四种成分：典型典型API水泥成分水泥成分级别级别C3SC2SC3AC4AFA53248(+)8B47325(-)12C581688D及及E2654212G及及H5030512水泥熟料中四种水泥熟料中四种“活性成分活性成分”化合物水化时对强度的影响是化合物水化时对强度的影响是:4.水泥的水化水泥的水化水泥熟料成分与水发生水化时，将生成四种主要化合物：水泥熟料成分与水发

34、生水化时，将生成四种主要化合物：即：即：C3AC3SC2SC4AF1）水泥与水化合，水泥矿物与水发生作用，其水解和水）水泥与水化合，水泥矿物与水发生作用，其水解和水化反应主要形式有：化反应主要形式有：2）水泥固化的三个阶段：水泥固化的三个阶段：（1）胶溶期）胶溶期（2）凝结期）凝结期（3）硬化期）硬化期5、温温度度的的影影响响，温温度度对对水水泥泥浆浆性性能能的的影影响响是是很很大大的的，高高的的温温度度使使水水泥泥的的水水化化速速度度加加快快，从从而而在在极极短短的的时时间间里里失失去去流流动动性性能能。高高温温度度使使水水化化产产物物的的晶晶粒粒变变粗粗大大，而而使使水水的的强强度度显显著

35、著降降低。低。所以要根据地层情况选择相应的级别水泥。所以要根据地层情况选择相应的级别水泥。5、油井水泥浆的性能、油井水泥浆的性能固固井井时时的的注注水水泥泥作作业业，时时间间短短，工工作作量量大大，往往往往在在一一个个小小时时左左右右的的时时间间里里将将上上千千吨吨的的水水泥泥注注入入井井中中。这这就就要要求求注注入入期期间间，水水泥泥浆浆保保持持流流动动状状态态，而而当当作作业业完完成成后后，又又希希望望水水泥泥尽早凝固。尽早凝固。1）密密度度：干干水水泥泥的的密密度度为为3，水水泥泥浆浆的的密密度度取取决决于于水水灰灰比比，50%时，水泥浆的密度可达到时，水泥浆的密度可达到3。2）稠化时间

36、）稠化时间定定义义：油油井井水水泥泥在在规规定定压压力力与与温温度度条条件件下下，从从混混拌拌开开始始至至水水泥泥浆稠度达浆稠度达100个稠度单位（个稠度单位（BC）的时间）的时间。水泥浆稠度单位水泥浆稠度单位（BC）：是用高温高压稠化仪测得）：是用高温高压稠化仪测得当量稠度单位当量稠度单位ABc：用常压稠化仪测得：用常压稠化仪测得当稠度单位小于当稠度单位小于30BC时，时，BC与与ABc的关系为的关系为BC0.69=ABC稠化时间试验条件：稠化时间试验条件：30常压常压初初始始稠稠度度为为开开始始配配浆浆后后初初期期时时间间水水泥泥浆浆的的流流动动性性，API要要求求在在15-30min内内

37、稠稠度度值值小小于于30BC，现现场场施施工工总总控控制制在在10BC以内。以内。好好的的流流动动性性能能在在整整个个注注替替水水泥泥过过程程中中应应保保持持在在低低的的稠稠度度，现场总控制在现场总控制在50BC以内。以内。水水泥泥浆浆的的稠稠化化时时间间应应比比预预计计的的注注水水泥泥作作业业时时间间多多1小小时时，不合要求时，用外加剂调整不合要求时，用外加剂调整。3）失水量（或滤失量）失水量（或滤失量）为为了了易易于于用用泵泵将将水水泥泥浆浆泵泵入入井井内内，水水泥泥浆浆中中的的水水大大大大超超过过了了水水泥泥水水化化所所需需的的水水，这这些些自自由由水水当当遇遇到到渗渗透透性性大大的的地

38、地层层时时，将将发发生生失失水水。失失水水过过大大会会使使水水泥泥浆浆急急剧剧变变稠稠，泵泵压压升升高高，给给施施工工造造成成困困难难。失失水水过过大大，对对油油气气也也要要造造成成很很大大的的伤伤害害，对对产产油油气不利，所以要控制，加一些化学剂降失水。气不利，所以要控制，加一些化学剂降失水。失失水水量量的的测测定定：API规规定定在在或或压压差差下下，测测定定水水泥泥浆浆滤滤失失量量，时间为时间为30min。油田经验是：满足控制气窜水泥：失水油田经验是：满足控制气窜水泥：失水200ml（）（）6.9MPa,30min深井尾管作业水泥：深井尾管作业水泥：300ml高压挤水泥作业水泥：高压挤水

39、泥作业水泥：50-150ml一般常规一次注水泥：一般常规一次注水泥：300-500ml原浆水泥失水量一般在原浆水泥失水量一般在800-2000ml以上。以上。4）凝结时间：）凝结时间：从液态到固体（水泥石）的时间从液态到固体（水泥石）的时间。5）水水泥泥石石强强度度：环环空空水水泥泥石石的的功功用用是是封封隔隔地地层层，支支撑撑与与加加固固套套管管使使能能耐耐受受钻钻进进时时的的冲冲击击载载荷荷，所所必必须须要要有有一一定定的的强强度度，不不致致于于被被射射孔孔破破碎碎。一一般般认认为为：24小小时时后后的的抗抗压压强强度度达达到到足足够够了了。不不同同级级别别的的水水泥泥，其其强强度度值值是

40、是不不同同的的，手手册册上上可可以以查查得得，G级级水水泥泥，43，24小小时养护强度，。时养护强度，。6、水泥浆性能调节、水泥浆性能调节1）缓缓凝凝剂剂：当当井井较较深深，井井温温过过高高，水水泥泥浆浆的的稠稠化化时时间间短短不不够够用用时时，应加缓凝剂调节。应加缓凝剂调节。如如铁铁铬铬木木质质磺磺酸酸盐盐、CMC、硅硅藻藻土土、聚聚羟羟基基有有机机酸酸和和糖糖衍生物，本质素衍生物。衍生物，本质素衍生物。作作用用机机理理：是是通通过过表表面面吸吸附附或或生生成成表表面面沉沉淀淀起起作作用用，这这种种表表面面沉沉积积非非常常致致密密，能能延延迟迟水水化化作作用用的的发发展展速速度度。普普通通糖

41、糖类类属属表表面面沉沉淀淀一一类类，与与石石灰灰溶溶液液化化合合生生成成糖糖质质酸酸钙钙。高高分分子子，使使水水泥颗粒形成溶剂化外壳，保持水泥的分散性，防止它的聚结。泥颗粒形成溶剂化外壳，保持水泥的分散性，防止它的聚结。2）速速凝凝剂剂（促促凝凝剂剂）：施施工工时时间间不不长长，则则需需要要加加快快凝凝固固缩缩短短稠稠化化时间。时间。如如CaCl2、NaCl、水水玻玻璃璃等等。主主要要是是加加速速Ca(OH)2和和C-S-H凝凝胶生成速度，即对胶生成速度，即对C3S和和C2S作用。作用。3）降降滤滤失失水水剂剂：般般土土，CMC，FLAC，LW，LW2作作用用机机理理，形成薄膜或胶粒，阻止水泥

42、浆内自由水析出及先期脱水；形成薄膜或胶粒，阻止水泥浆内自由水析出及先期脱水；使使水水泥泥浆浆颗颗粒粒间间水水产产生生粘粘性性，滤滤液液粘粘度度增增加加就就使使得得滤滤失失速速度降低，达到降失水作用。度降低，达到降失水作用。4）减阻剂）减阻剂，用于降低水泥浆的视粘度，使之易于泵入。，用于降低水泥浆的视粘度，使之易于泵入。5）膨膨胀胀剂剂：由由于于它它的的膨膨胀胀，增增加加了了水水泥泥石石的的体体积积，从从而而减减少少了由于水泥在凝固中体积变化而失去的重力。了由于水泥在凝固中体积变化而失去的重力。6）分散剂）分散剂，使水泥分散好，易流动，易水化，提高质量。，使水泥分散好，易流动，易水化，提高质量。

43、(四四)、注水泥质量、注水泥质量1、注水泥的质量要求、注水泥的质量要求1）水泥要高，符合要求；）水泥要高，符合要求；2）水水泥泥要要高高，符符合合要要求求，阻阻流流环环距距离离套套管管鞋鞋应应大大于于20m；3）水水泥泥环环固固封封良良好好，不不漏漏油油、漏漏气气，用用变变密密度度测测井井或或声声波测井合格，好多油田的合格率不高；波测井合格，好多油田的合格率不高；4）试压合格：）试压合格：10-15MPa，30分钟内下降少于；分钟内下降少于；5）射孔后油水层不窜通。（窜槽）射孔后油水层不窜通。（窜槽）第二节第二节油气井完成油气井完成油油气气井井完完成成是是钻钻井井工工作作的的最最后后一一个个环

44、环节节，也也是是油油气气井井投投产产前前的的一一个个重重要要环环节节，主主要要包包括括：钻钻开开油油气气层层、确确定定完完井井方方法、安装井口及井底装置和试油。法、安装井口及井底装置和试油。一、钻开油气层一、钻开油气层1）对低层要予以充分保护；）对低层要予以充分保护；2）对高压层，也要保护不使生产层受到伤害；）对高压层，也要保护不使生产层受到伤害；3）对探井来说，见到油气层后，要立即电测，减少浸泡；）对探井来说，见到油气层后，要立即电测，减少浸泡；4）采用优质的保护油气层的钻井液，减少对产层的伤害。）采用优质的保护油气层的钻井液，减少对产层的伤害。1、钻井液对油气层的损害、钻井液对油气层的损害

45、（1）钻井液的侵入）钻井液的侵入钻钻井井液液在在一一定定的的压压差差作作用用下下，在在打打开开油油气气层层的的瞬瞬时时将将会会侵侵入入油油气气层层的的孔孔隙隙、裂裂缝缝中中。教教材材上上叫叫泥泥侵侵，这这时时是是固固相相、液液相相一一起起侵侵入入。随随着着时时间间的的推推移移，进进入入地地层层孔孔道道的的钻钻井井液液会会在在地地层层孔孔道道内内形形成成内内形形泥泥饼饼，特特别别是是所所加加入入进进去去的的固固相相粒粒子子，粘粘土土颗粒、加重剂，钻屑等将会对地层造成永久性的堵塞。颗粒、加重剂，钻屑等将会对地层造成永久性的堵塞。侵入深度一般在侵入深度一般在10-30mm，有的甚至达，有的甚至达30

46、0mm，影响因素有：，影响因素有：压差：压差大，则严重；压差：压差大，则严重；地层性质：油气层渗透率大，固相侵入严重；地层性质：油气层渗透率大，固相侵入严重；钻井液的固相含量：含量越多，颗粒越细，则在堵塞越严重。钻井液的固相含量：含量越多，颗粒越细，则在堵塞越严重。（2）钻井液滤液侵入对油气层的损害）钻井液滤液侵入对油气层的损害油气层中的粘土矿物吸水膨胀，分散，运移；油气层中的粘土矿物吸水膨胀，分散，运移；与与地地层层的的水水、岩岩石石生生产产化化学学反反应应，产产生生化化学学沉沉淀淀物物，堵塞油气通道；堵塞油气通道；破破坏坏油油气气流流的的连连续续性性，产产生生水水锁锁，增增加加井井眼眼周周

47、围围油油气气流动阻力；流动阻力；产生乳化，增加阻力；产生乳化，增加阻力；润湿反转。润湿反转。2、保护油气层的措施、保护油气层的措施1）针针对对油油气气层层特特点点，采采用用合合理理的的完完井井方方法法，提提高高钻钻井井速速度度，加加快快测测井井、固固井、试油等完井作业，井、试油等完井作业，减少钻井液对油气层的浸泡时间减少钻井液对油气层的浸泡时间。2）选选择择合合理理的的钻钻井井液液密密度度，控控制制井井内内压压差差，采采用用平平衡衡钻钻井井技技术术，提提高高了了钻钻速，减少了浸泡时间。速，减少了浸泡时间。3）使使用用低低固固相相、无无固固相相等等优优质质钻钻井井液液，控控制制失失水水量量，提提

48、高高钻钻井井液液的的选选壁壁能能力（改善滤饼质量）。力（改善滤饼质量）。4）运运用用屏屏蔽蔽暂暂堵堵技技术术，即即在在钻钻井井液液加加入入一一定定量量的的暂暂堵堵剂剂（桥桥塞塞粒粒子子）、填填充充充充粒粒，如如石石灰灰粉粉，树树脂脂等等让让其其在在打打开开钻钻油油气气的的瞬瞬间间，很很快快地地层层内内浅浅处处架架桥桥，填填充充迅迅速速，建建立立致致密密的的内内滤滤饼饼，并并形形成成外外滤滤饼饼，其其K很很小小，阻阻因因液液相相的的进进一一步步侵侵入入，完完井井后后，利利用用其其它它手手段段来来解解除除这这种种暂暂堵堵，恢恢复复产产量量，达到保护油气层的目的。达到保护油气层的目的。5）使使用用表

49、表面面活活性性剂剂处处理理钻钻井井液液，降降低低滤滤液液的的表表面面张张力力，而而减减少少油油气气流流动动的的阻力。阻力。6）提提高高钻钻井井液液的的滤滤液液与与地地层层的的配配伍伍性性。提提高高矿矿化化度度加加入入防防膨膨剂剂，防防止止地地层层粘土矿物水化膨胀。粘土矿物水化膨胀。二、完井方法二、完井方法针针对对目目的的层层的的地地质质条条件件，如如有有的的坚坚硬硬，有有的的易易坍坍塌塌，有有的的出出砂砂严严重重，有有的的有有底底水水等等，一一口口井井完完钻钻后后所所采采取取的的不不同同的的生生产产层层与井眼的连通方式及井底结构形式就是完井方法。与井眼的连通方式及井底结构形式就是完井方法。确确

50、定定一一口口井井的的完完井井方方法法是是油油田田开开发发者者的的任任务务，而而不不由由钻钻井井者定。者定。所有完井方法均须满足：所有完井方法均须满足：能有效地连通油气层与井眼，油气流入井眼的阻力小；能有效地连通油气层与井眼，油气流入井眼的阻力小；有效地封隔油气水层，防止互相窜扰；有效地封隔油气水层，防止互相窜扰；对不同性质的各油气层，能满足分层开采和管理的要求；对不同性质的各油气层，能满足分层开采和管理的要求；克服油气层井壁坍塌和出砂影响，保证油气长期稳定的生产；克服油气层井壁坍塌和出砂影响，保证油气长期稳定的生产；能进行压裂、酸化等增产措施，便于修井；能进行压裂、酸化等增产措施，便于修井；工