中途测试、完井课件.ppt

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1、课题:中途测试及完井作业,主讲:邵玉田,单位:大港钻井培训中心,大港钻井培训中心欢迎各油田的朋友,中途测试及完井作业,一、中途测试1、什么叫中途测试？2、中途测试工具3、中途测试过程4、施工注意事项,二、完井作业1、完井方法2、完井方法分类3、下套管固井,1、什么叫中途测试？,中途测试是在钻井过程中对已被钻开的油气层进行裸眼测试，又叫钻杆测试。,中途测试在探井中应用较广泛。优点：能迅速见到油气流，并可初步确定油、气层压力和生产能力，从而采取合适的完井方法，以节约钻井成本。由于这种方法是在钻穿油气层之后立即测试，因而避免了钻井液对油、气层的长期污染，有助于取得可靠的油、气、水资料，有助于提高探井

2、的成功率，加快油、气田的勘探速度。,2、中途测试工具,（1）MFE测试管柱的组成（2）MFE测试管柱主要部件及作用（3）中途测试及原理,（1）MFE测试管柱的组成,测试管柱的组成及联接顺序为：管鞋+压力计+筛管+封隔器+安全密封+安全接头+震击器+旁通阀+多流测试器+钻杆（1柱）+反循环接头+钻杆至井口,（1）MFE测试管柱的组成及形式,（2）MFE测试管柱主要部件及作用,1）多流测试器2）江斯顿裸眼旁通阀3）安全密封接头4）锁紧接头5）封隔器6）压力计和压力计托筒7）重型筛管和开槽尾管8）反循环阀9）震击器10）安全接头,1）多流测试器（测试阀）,换位机构,取样机构,液压延时机构,多流测试器

3、（测试阀）是MFE测试管柱的核心部件，它由：换位机构、液压延时机构和取样机构组成。,测试阀的组成：,原理：在起下管柱时阀是关闭的，只有施加压缩负荷时，经过延时阀才打开，通过管柱上提下放，可以实现多次开井和关井，而且在延时开井时，地面有自由下坠的开井显示，这样可以正确判断测试阀是处在什么位置上。取样机构可以在测试结束时取出地层流体的样品。,2）江斯顿裸眼旁通阀,作用：当测试管柱下井时，主旁通阀有可能关闭，但阻力一旦消失，主旁通阀即可打开，不致造成下井困难。原理：管柱下到预定位置，封隔器坐封后，在打开测试阀的过程中，主旁通阀因受压缩负荷而首先关闭，测试阀的心轴推动滑套剪断螺旋销，关闭副旁通阀同时打

4、开测试阀，测试结束后，对旁通阀施加一定的拉力时，延时机构延时12分钟，打开主旁通阀，使封隔器上、下的压力平衡，便于封隔器解封。,2）裸眼旁通阀,组成：它由主旁通阀、副旁通阀和延时机构组成，副旁通阀用螺旋销固定在打开位置。,作用：是封隔器坐封后，卸除钻压仍使封隔器保持坐封状态，不致因上提下放操作MFE而提松。,组成：主要由上、下油室，计量滑阀和止回阀组成，它与裸眼封隔器配合使用。,3）安全密封,4）锁紧接头,锁紧接头与套管封隔器配合使用，其作用与裸眼测试的安全密封相同。,5）封隔器,当工具下到设计深度后，下接头和心轴由支柱或井壁锚支撑，通过上部管柱施加压力，使滑动头向下移动，对胶筒加压。,胶筒的

5、压力先使它下面的金属承托杯展平，胶筒继续压胀，封住全部间隙，使测试层段与上部井筒隔开。,作用：,6）压力计和压力计托筒,作用：压力计是记录井下压力资料的装置，安装在压力计托筒上，可测量管柱内压和外压。,工作原理：测试过程中封隔器一直由安全密封销定在封隔状态。测试完毕，提升管柱，打开旁通，使安全密封解销，由滑动头、扣环把胶管拉伸缩回，解封地层，起出工具。,7）重型筛管和开槽尾管,作用：重型筛管用来支撑封隔器和全部测试管柱，在测试中构成地层流体与钻杆的通道，起过滤网和间隙管的作用。开槽管一般用于套管测试。,结构：重型筛管和开槽尾管是钻有很多孔和槽的管子，接在封隔器下面。,8）反循环阀,作用：用于测

6、试完毕后反循环出钻杆内的流体。,9）震击器,作用是一种测试管串的解卡工具。,10）安全接头,安全接头在测试管柱中，通常接在封隔器的上边，震击器的下边。当下部工具被卡住，无法解卡时，可以从安全接头卸开，把下部工具丢在井里取出上部工具。,（3）中途测试及原理,用钻杆或油管将测试管柱下入测试层段，在下入过程中，由于测试阀（多流测试器）关闭，钻柱内被掏空，下至测试层段，利用封隔器将测试段以上的环形空间隔离。通过地面控制，打开测试阀，这时测试层中的流体在地层与管内压差作用下，通过筛管流入测试管柱，便可以从地面采集地层流体样品，进行分析，从而获得测试层的有关资料。需要关井测压力恢复时，仍由地面控制，关闭测

7、试阀即可关井。,地层测试器工作原理示意图,3、中途测试过程,准备工作下钻测试封隔器解封反循环起钻,（1）设备准备工作,1）仔细检查钻杆，保证长度准确并满足强度要求；2）在下测试器以前，要检查好防喷器和节流压井管汇等地面设备，保证其试压合格，灵活好用。3）对提升系统、循环系统、指重表、泵压表进行一次全面检查，保证处于良好状态。4）封隔器应坐在井径规则、坚实致密、离测试层不远的层段上。5）测试前应进行电测，掌握测试层的准确厚度、深度和井径，坐封隔器前必须核对钻具长度，保证坐封位置符合设计要求。6）地面测试设备和测试工具要按施工设计要求准备好，并画出草图。,井眼准备,最大井斜、井斜变化率、方位变化率

8、符合井身质量要求，无键槽、狗腿井段。全井井径基本规则，无明显台肩、大肚子、缩径等阻卡井段。钻井液性能必须保证钻具在静止不动的测试时间内不卡，井底无沉砂，起下钻畅通无阻。,A、裸眼井准备,B、套管井准备,通井规外径小于套管内径68mm射孔试油井要求通至人工井底。裸眼筛管完成井通至套管鞋以上1015m，然后用油管通至井底。使用弹性刮管器对全井筒进行清刮。,（2）下钻,测试下钻操作除按下钻操作规程外，还应重点注意以下各点：1）防管柱漏失。2）防中途坐封。3）防顿。4）必须按设计加够液垫。,（3）测试,1）坐封前的准备2）封隔器坐封和初开井3）初关井4）二开井5）终关井,1）坐封前的准备,A、观察环空

9、液面升降速度，为封隔器坐封后环空出现异常情况提供一个参考基数。B、地面防喷器控制系统按要求试压合格。,2）封隔器坐封和初开井,A、裸眼压缩式封隔器（图1127）B、套管封隔器,A、裸眼压缩式封隔器的使用,先下放管柱试探井底并记下有摩擦阻力的下放悬重；上提管柱并记下有摩擦阻力的上提悬重，再下放管柱到底，按不同尺寸的封隔器胶筒要求，逐渐均匀地加压。,下一页,胶筒受压膨胀而紧贴井壁（即坐封），同时旁通阀关闭，多流测试器经延时一定时间后整个管柱自由下落25.4mm（重量指示仪指针闪动），指示井底测试阀已打开。观察环空液面稳定不降，表示情况正常，此时，地层中的流体通过筛管进入多流测试器取样器，最后进入钻

10、柱内，即可进入正式测试程序。如果环空液面急剧下降，说明封隔器（或测试阀以下的工具）漏失，应立即采取措施消除，否则应起钻查明原因。,B、套管封隔器的使用（卡瓦封隔器）,管柱下到预计坐封隔器的方余处，上提管柱一定距离（依井下工具的情况而定），右旋管柱一定圈数（依井深而定）并保持住扭矩下放管柱。如果悬重明显下降，说明卡瓦张开，可继续加压至要求的负荷为止。稍等片刻，如果观察到重量指示仪指针闪动，环空液面不降，表示封隔器坐封正常，测试阀已打开，即可进行正式测试。,3）初关井,初开井一定时间后，按设计程序进行初关井。对MFE的操作是上提管柱，并观察重量指示仪出现“自由点”后，继续上提一定的力，然后重新下放

11、管柱至原来加压的重量即关井。,注：自由点指换位机构不承受拉力时的长度。,4）二开井,MFE的操作仍是上提管柱通过“自由点”（换位机构不承受拉力时的长度），再压回到原来加的重量，管柱出现自由下落现象，表示再次开井。,5）终关井（同初关井）,对MFE的操作是上提管柱，并观察重量指示仪出现“自由点”后，继续上提一定的力，然后重新下放管柱至原来加压的重量即关井。,注：自由点指换位机构不承受拉力时的长度。,（4）封隔器解封,测试结束，解封封隔器的操作方式，都是上提管柱超过原悬重一定值，等待一定时间后旁通阀打开，封隔器胶筒收缩而解封。（压缩封隔器和套管封隔器相同）,（5）反循环起钻,反循环的作用是把测试期

12、间流入管柱内的流体循环出来。测试管柱起钻之前，必须要进行反循环，对于裸眼井的反循环要特别小心，为防止意外情况出现，必须要控制反循环速度，最好是产出物被顶出管柱后即改小排量正循环。,4、施工注意事项,（1）下钻（2）起钻（3）测试过程,（1）下钻（见钻井工P145页）,测试下钻操作除按下钻操作规程外，还应注意以下各点：1）防管柱漏失。丝扣涂高温密封脂，上紧丝扣。观察环空液面变化和测试管柱在井口的排气反应，以便及时地发现管柱漏失，采取措施加以排除，避免下到底后因漏失而被迫起钻。2）防中途坐封。套管测试使用的封隔器是自带卡瓦依靠顺时针旋转一定扭矩而坐封的，虽然它带有“J”形槽控制装置，但如果操作不当

13、也会中途坐封。因此，下钻过程中务必使井下管柱不能旋转。3）防顿。下钻要平稳，控制在15柱每小时。遇阻下压不得超过50KN，并要求迅速上提钻具，绝对不要重负荷长时间压着等待措施，时间长会把测试阀打开，管柱内进入过量钻井液而被迫起钻。4）必须按设计加够液垫。下钻过程中最好逐根立柱加满液垫，切忌下入立柱过多，加速太猛，使大量空气难以排尽，造成加满假象。,（2）起钻,在起钻时应注意以下几点：1）起钻速度不宜太快，及时灌满泥浆。2）为防止出现复杂情况，起钻要求旋绳卸扣或液压大钳卸扣。3）如果出现只能上提不能下放管柱的情况时，下放负荷不能太大，下压时间不能过长，要防止测试阀在起钻中途被打开使样品跑掉。4）

14、起钻完毕，取出压力记录卡片、温度计、取样器。取样器中的流体样品是有压力的，要用专用装置处理。,（3）测试过程 注意事项,测试过程中要：防止井喷、防止着火和人身伤亡事故。,1、防井喷,应保证井控装置好用，管线畅通，试压合格。储备足够的重钻井液量。测试工具的井口控制头能承受可能出现的最高压力。在高压高产天然气井使用常规测试管柱测试时，最好在管柱中增装安全阀，以防止流动期间上部管柱意外断落造成管柱内井喷失控而难于处理。测试工具下钻和起钻中，应有人观察记录井筒内和地面钻井液总量，特别注意总量剧增的异常情况。起钻防止抽吸井喷，遇小井径径段时要放慢上起速度，起钻中保持环空钻井液灌满。如果遇到“灌不进”时，

15、应耐心等待上部环空钻井液通过测试器旁通阀流到封隔器以下的井段。,2、防着火,开井流动和反循环管柱内的油气工作应放在白天进行，遇雷雨、大风等恶劣气候尽量不要进行测试工作。柴油机的排气管必须装灭火装置。所有的电路开关必须是防暴。禁止在钻台上及周围吸烟、用明火。测试期间，应准备消防、可燃气体报警器；在钻台上下安装起消防作用的泥浆枪和喷水装置。及时清除钻台上下的原油等可燃物质。,3、防人身伤亡事故,所有活动管汇应用安全链或绳索栓牢。在井口接工具、紧扣、坐封转动时密切注视转盘以上的管柱各处丝扣倒扣的情况。防止因丝扣倒扣造成管柱落井或落物伤人。如果需要松掉活动管汇来转动测试管柱，必须把活动管汇松掉的自由端

16、用棕绳捆牢在管柱上，以避免转动时伤人。用卡瓦转动管柱后，在有扭矩的状态下，上提管柱时当心管柱反转甩出卡瓦伤人。管线内留有压力时，不要捶击由壬；打开或关闭阀门时亦应缓慢。现场应配有硫化氢监测仪。如果使用氮气做气垫，其含氧量必须低于2。,二、完井作业,1、完井方法定义2、分类3、下套管固井,4、油井水泥规范和类别5、水泥浆的性能6、油井水泥的外加剂和前置液7、注水泥工艺,1、完井方法,完井方法是指油气井井筒与油气层的连通方式，以及为实现特定连通方式所采用的井身结构、井口装置和有关的技术措施。,2、完井方法的分类,（先期裸眼完井、后期裸眼完井、筛管完井 和筛管砾石填充完井）,完井方法分为,套管完井,

17、裸眼完井,（套管射孔完井、尾管射孔完井）,1）射孔完井法（含尾管射孔完井法）是指钻穿油气层后，下入生产套管并在环形空间注水泥，用射孔器射穿套管、水泥和部分产层，构成井筒与产层的通道。,、套管射孔完井,套管射孔完井是钻穿油层直至设计井深，然后下油层套管至油层底部注水泥固井，最后射孔，射孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层某一深度，建立起油流的通道。,优点：套管射孔完井既可选择性地射开不同压力、不同物性的油层，以避免层间干扰，还可避开夹层水、底水和气顶，避开夹层的坍塌，具备实施分层注采和选择性压裂或酸化等分层作业的条件。,、尾管射孔完井,尾管射孔完井是在钻头钻至油层顶界后，下技术套管注水泥固井，然后

18、用小一级的钻头钻穿油层至设计井深，用钻具将尾管送下并悬挂在技术套管上。尾管和技术套管的重合段一般不小于50m。,优点：a、尾管射孔完井由于在钻开油层以前上部地层已被技术套管封固，可以采用与油层相配伍的钻井液以平衡压力、低平衡压力的方法钻开油层，有利于保护油层。b、可以减少套管重力和油井水泥的用量，从而降低完井成本，目前较深的油气井大多采用此方法完井。,2）、裸眼完井法,裸眼完井方式有两种完井工序：先期裸眼完井法 后期裸眼完井法,裸眼完井的最主要特点是油层完全裸露，因而油层具有最大的渗流面积。这种井称为水动力学完善井，其产能较高。裸眼完井虽然完善程度高，但使用局限性很大。砂岩油气层，中、低渗透层

19、大多需要压裂改造，裸眼完成即无法进行。砂岩中大都有泥页岩夹层，遇水多易坍塌而堵塞井筒。,使用条件：碳酸盐岩油气层，包括裂缝性油气层，大多使用裸眼完井。,先期裸眼完井法,先期裸眼完井法是在油层顶部下入技术套管并固井，然后钻开生产层试油投产。,适用条件：有的厚油层适合于裸眼完成，但上部有气顶或顶界邻近又有水层时，也可以将技术套管下过油气界面，使其封隔油层的上部分，然后裸眼完井。必要时再射开其中的含油段，国外称为复合型完井方式。,后期裸眼完井法,后期裸眼完井法是在钻穿产层以后，将油层套管下至产层顶部注水泥完井。,注：后期裸眼完井固井时，为防止水泥浆损害套管鞋以下的油层，通常在油层段垫砂或者替入低失水

20、、高粘度的钻井液，以防止水泥浆下沉。,3）、割缝衬管（筛管）完井（一）,使用条件：a、在低压、低渗不产水的单一裂缝性产层，或井壁较为破碎的灰岩产层中使用，能避免完井过程中水泥浆和射孔作业对产层的损害。b、在一般情况下，不提倡使用筛管完井。,割缝衬管完井方式也有两种完井工序：用同一尺寸钻头钻穿油层后，套管柱下端连接衬管下入油层部位，通过套管外封隔器和注水泥接头固井封隔油层顶界以上的环形空间。该完井方式井下衬管损坏后无法修理或更换。,4）、割缝衬管完井（二）,钻头钻至油层顶界后，先下技术套管注水泥固井，再从技术套管中下入直径小一级的钻头钻穿油层至设计井深。最后在油层部位下入预先割缝的衬管，依靠衬管

21、顶部的衬管悬挂器（卡瓦封隔器），将衬管悬挂在技术套管上，并密封衬管和套管之间的环形空间，使油气通过衬管的割缝流入井筒。,优点：a、采用这种完井工序，油层不会遭受固井水泥浆的损害，可以采用与油层相配伍的钻井液或其他保护油层的钻井技术钻开油层，当割缝衬管发生磨损或失效时也可以起出修理或更换。b、割缝衬管的防砂机理是允许一定大小的、能被原油携带至地面的细小砂粒通过，而把较大的砂粒阻挡在衬管外面，大砂粒在衬管外形成“砂桥”，达到防砂的目的。“砂桥”处流速较高，小砂粒不能停留在其中。“砂桥”具有较好的流通能力，同时又起到保护井壁骨架砂的作用。,5）砾石充填完井,定义：砾石充填完井是在油层部位的井眼下入绕

22、丝筛管，然后用充填液将在地面上预先选好的砾石泵送至绕丝筛管与井眼或与套管之间的环形空间内，构成一个砾石充填层，以阻挡油层砂流入井筒，达到保护井壁、防砂入井之目的。最后，封隔筛管以上的环形空间完井。使用条件：在结构疏松、出砂严重、厚度大且不含水的单一油层使用，可消除注水泥和射孔作业对油层的损害。,砾石充填完井一般使用不锈钢绕丝筛管，而不用割缝衬管。其原因：一是割缝衬管的缝口宽度由于受强度的限制，最小为0.5mm。因此，割缝衬管只适用于中、粗砂粒油层。而绕丝筛管的缝隙宽度最小可达0.12mm，故其适用范围要大得多；二是绕丝筛管是由绕丝形成一种连续缝隙，流体通过筛管时几乎没有压力降。绕丝筛管的断面为

23、梯形，外窄内宽，具有一定的“引剖”作用，轻微的堵塞可被产出流体疏通。裸眼完井和射孔完井都可以充填砾石。称为裸眼和套管砾石充填。,、裸眼砾石充填完井方式,在地质条件允许使用裸眼而又需要防砂时，就应该采用。其工序是钻头钻达油层顶界以上3m后，下技术套管注水泥固井，再用小一级的钻头钻穿水泥塞，钻开油层至设计井深，然后更换扩张式钻头将油层部位的井径扩大到技术套管外径的1.52倍，以确保充填砾石时有较大的环形空间，增加防砂层的厚度，提高防砂效果。一般砾石层的厚度不小于50mm。,图3-8-4-6 裸眼砾石充填完井示意图,套管砾石填充完井方式,套管砾石填充的完井方式工序是：钻头钻穿油层至设计井深后，下油层

24、套管于油层底部，注水泥固井，然后对油层部位射孔。要求采用高孔密（30孔/m左右）、大孔径（20mm左右）射孔，以增大充填流通面积，有时还把套管外的油层砂冲掉，以便向孔眼外的周围油层填入砾石，避免砾石和地层砂混合而增大渗流阻力。由于高密度充填（高粘充填液）紧实，充填效率高，防砂效果好，有效期长，故当前大多采用高密度充填。,图3-8-4-7 套管砾石充填完井示意图,6）化学固砂完井,化学固砂完井是以各种材料（水泥浆、酚醛树脂等）为胶结剂，以轻质油为增孔剂，以各种硬质颗粒（石英砂、核桃壳等）为支撑剂，按一定比例搅拌均匀后，挤入套管外堆集于出砂层位。凝固后形成具有一定强度和渗透性的人工井壁防止油层出砂

25、。或者不加支撑剂，直接将胶结剂挤入套管外出砂层位，将疏松砂岩胶结牢固防止油层出砂。例如 辽河油田的高温化学固砂剂，主要是在注蒸汽井上使用，可以耐温350以上。此外，加拿大阿尔伯达研究中心（ARC）用聚合物等材料制成的化学固砂剂可防细粉沙。化学固砂虽然是一种防砂方法，但在使用上有其局限性，仅适用于单层及薄层，防砂油层一般以5m左右为宜，不宜用在大厚层或长井段防砂。,（1）裸眼完井方式 裸眼完井是一种最简单的水平井完井方式。即：技术套管下至预计的水平段顶部，注水泥固井封隔，然后换小一级钻头钻水平井段至设计长度完井，如图。,图3-8-4-8 裸眼水平井示意图,裸眼完井主要用于碳酸盐岩等坚硬不坍塌地层

26、，特别是一些垂直裂缝地层，如美国奥斯汀白垩系地层。,7）水平井完井方式,图3-8-4-9 割缝衬管完井示意图,（2）割缝衬管完井方式 割缝衬管完井是将割缝衬管悬挂在技术套管上，依靠悬挂封隔器封隔管外的环形空间。割缝衬管要加扶正器，以保证衬管在水平井眼中居中，如图。主要适用于不宜用套管射孔完井，又要防止裸眼完井时地层坍塌。采用此方法的井，因为完井方式简单，既可防止井塌，还可将水平井段分成若干段进行小型措施，当前水平井多采用此方式完井。,（3）射孔完井方式 这种完井方式将层段分隔开，可以进行分层增产及注水作业，可在稀油和稠油层中使用，是一种非常实用的完井方法。,图3-8-4-10 水平井射孔完井示

27、意,技术套管下过直井段注水泥固井后，在水平井段内下入完井尾管并注水泥固井。完井尾管和技术套管应重合100m左右，最后在水平井段射孔。,（4）管外封隔器完井方式 管外封隔器完井是依靠管外封隔实施层段的分隔，它可以按层段进行作业和生产控制，这对于注水开发的油田尤为重要。管外封隔器的完井方法，可以分三种形式，如图。,完井方式的选择,完井方式的选择主要是针对单井而言。虽单井属于同一油藏类型，但其所处地理位置不同，所选择完井方式也不尽相同。如果油藏有气顶、底水，若采用裸眼完成，技术套管则应将气顶封隔住，再钻开油层，而不钻开底水层；若采用套管射孔完成，则应避射气顶和底水。如果油藏有边水，套管射孔完成时，油

28、田开发要充分利用边水驱动作用，避射开油水过渡带。要综合油藏类型、渗流特征和原油性质进行完井方式选择。,、砂岩油气藏,砂岩分为层状、块状和岩性油藏。在陆相沉积地层中，层状油层所占比例大。块状或岩性油层的物性、原油性质和压力系统大致是一致的，因而完井方式无须作特殊考虑。但层状油层，特别是多套层系同井合采时，就应认真考虑其完井方式。,砂岩油藏从原油粘度来分，可分稀油、稠油。陆相沉积地层的特点是层系多、渗透率偏低，而且地层能量低。稀油大多需要注水，补充地层能量开发，而且多套层系都要进行压裂增产措施。这类砂岩油藏只宜采用套管射孔完成，不应采用裸眼或割缝衬管等方式完井，因为裸眼或割缝衬管完井都无法分层注水

29、或分层压裂。,、碳酸盐岩油气藏,碳酸盐岩油藏按渗流特征可分为孔隙性和裂缝性或裂缝和孔隙双重介质油藏。孔隙性油层需要进行酸化或压裂酸化增产措施，因而多采用套管射孔完井。碳酸盐岩气藏也分为孔隙性和裂缝性气藏。这两种气藏大多有底水，孔隙性气藏采用套管射孔完井，也需要酸化或压裂酸化增产措施。底水裂缝性气藏同样需要酸化和控制底水措施，宜采用套管射孔完井，有时也可选用裸眼完井。,、火成岩、变质岩等油藏,这类油藏是指火山岩、安山岩、喷发岩、花岗岩、片麻岩等油藏，这类油藏都属于次生古潜山油藏，是由生油层的原油运移至上述岩石的裂缝或孔穴中而形成的油藏，这种类型油藏都为坚硬的岩石，可按裂缝性碳酸盐岩油藏完井，即套

30、管完井或裸眼完井。,3、下套管固井,（1）什么是固井？（2）固井的目的（3）井身结构（4）下套管（5）固井,（1）什么是固井？,固井是向井内下入一定尺寸的套管串，并在其周围注以水泥浆，把套管与井壁紧固起来的工作。,（2）固井的目的,封隔疏松、易漏、易塌等地层，封隔油、气、水层，防止互相串槽。,（3）井身结构,井身结构包括：下入井内的套管层次，各层套管的尺寸和下入深度，各层套管相应的钻头尺寸以及管外水泥返高。,（4）下套管,1）套管柱的受力分析2）套管柱下部结构,1）套管柱的受力分析,下入井内的套管柱，主要受轴向力、外挤压力和内压力三种力的作用。,2）套管柱下部结构,a 引鞋 b 套管鞋 c 旋

31、流短节 d 浮箍 e 凡尔球 f 生产套管 g 扶正器,a、引鞋,作用：引导套管入井，防止套管底部插入井壁岩层。,b、套管鞋,作用：在起下钻时引导钻具进入套管，防止钻具接头、接箍和钻头碰挂套管柱底端。,c、旋流套管,作用：是使水泥浆旋流上返，以提高顶替效率，保证注水泥质量。,d、套管回压凡尔,作用：是在注水泥结束后，阻止水泥浆倒流，保证水泥返高；其次在下套管中使管内掏空，以增加套管柱的浮力。,e、承托环,作用：是承坐胶塞，控制水泥返高。,f、套管扶正器,作用：是使套管在井眼内居中，保证套管周围的水泥浆分布均匀，此外，还有刮掉井壁上疏松泥饼的作用。,g、油层定位短节,作用：是以它为记号，用磁性定

32、位的电测方法测出接箍的位置，为准确的射开油气层提供依据。,（5）固井,1）注水泥设备2）注水泥施工工序,1）注水泥设备,a、用途：注水泥是用一套设备和管汇，把水泥浆泵送到套管与井壁的环形空间预计的位置，达到封固生产层和复杂层的目的。b、组成：主要包括水泥车、混合漏斗、水泥分配器、水泥头、胶塞、水泥供应设备等。,2）注水泥施工工序,A、套管下至预定井深后，装上水泥头循环钻井液，接好各台水泥车注水泥的地面管汇。B、打隔离液、注水泥。C、碰压。D、侯凝。,4、油井水泥规范和类别,1）标准API标准10油井水泥材料和实验规范中提出九个级别的分类，即A，B，C，D，E，F，G，H和J共九个级别。我国标准

33、亦按API规定为九个级别，并可分为普通型（O）、中抗硫酸盐型（MSR）和高抗硫酸盐型（HSR）三类。我国油井水泥生产还保留温度系列的标准，分45，75，95和120四种油井水泥。,2）特种水泥（不属于API标准）,火山灰水泥、火山灰石灰水泥、树脂水泥（塑料水泥）、石膏水泥、柴油水泥、膨胀水泥、铝酸钙水泥、高铝水泥、胶乳水泥、高寒水泥等。在API标准10c对这类水泥含义及类别作如下概述：胶凝水泥：通过加入一定量膨润土改性的水泥。石膏水泥：主要由水化CaSO4组成的水泥。高铝水泥：即钙铝水泥。早强水泥：相当API，C级或ASTM，类水泥，具有较高的早期强度。高温水泥：在高温条件下具有热稳定性的水泥

34、。水硬性水泥：在水下与水发生化学反应而凝结固化类水泥。,3）其它的水泥有：,纯净水泥（原浆水泥）：不含添加剂的基本水泥。普通水泥：系指普通建筑水泥或波特兰水泥。波特兰矿渣水泥：波特兰水泥与矿渣按规定标准混合的水泥。波特兰火山灰水泥：由波特兰水泥或波特兰矿渣水泥与火山灰组成的水硬性水泥。缓凝水泥：加入缓凝剂而增长稠化时间的水泥。加重水泥：超过正常水泥浆密度，含有加重剂的水泥。抗硫水泥：高于普通水泥符合API标准10抗硫要求的水泥。,4）油井水泥使用的基本要求为：,1、水泥浆流动性好；2、水泥浆在井下温度和压力条件下保持稳定性；3、水泥浆注入并被置替至规定位置后，能控制在要求时间内凝固，固化后原始

35、体积变化极小；4、水泥浆在配制和注入时，它的密度可允许通过外加剂来调节，并保持要求的强度、流动性能和稠化时间；5、当地层含有盐溶液和硫酸盐水溶液时，要求水泥石具有一定的抗蚀性；6、凝固的水泥石强度发展较快，短期内达到要求的抗压强度和较低的渗透性，同时还具有塑性；适应于射孔需要，不产生过多水泥石裂缝；7、要求同一品种水泥的化学成分及其矿物组成不应有过大差别，以保持水泥质量的稳定，而且还应容易接受外加剂的处理。,5）API水泥级别及使用范围,API水泥成分A，B，C，D，E与F级油井水泥，是在水硬性硅酸钙为主要成分的水泥熟料中，加入适量的石膏和 助磨剂磨细制成的。G，H级油井水泥，是在水硬性硅酸钙

36、为主要成分的水泥熟料中，加入适量的石膏或石膏和水磨细制成的。,API水泥使用范围如下：,A级：深度范围018288m，温度至767，无特殊性能要求。B级：深度范围018288m，温度至767，属中热水泥，分为中抗硫酸盐（MSR）和高抗硫酸盐型（HSR）。C级：深度范围018288m，温度至767，属早强水泥，分普通、中抗硫酸盐和高抗硫酸盐型。D级：深度范围182883050m，温度在76127，用于中温中压条件，分为中抗硫酸盐（MSR）和高抗硫酸盐型（HSR）。E级：深度范围30504270m，温度在76143，用于高温高压条件，分为中抗硫酸盐（MSR）和高抗硫酸盐型（HSR）。F级：深度范围

37、30504880m，温度在110160，用于超高温高压条件，分为中抗硫酸盐（MSR）和高抗硫酸盐型（HSR）。G，H级：深度范围02440m，温度093，分为中抗硫酸盐（MSR）和高抗硫酸盐型（HSR）。当掺入促凝剂或缓凝剂，能适应较大范围的井深和温度条件。J级：深度范围36604880m，温度在49-160，仅有普通型。,1）水泥浆应具备以下特性：,1、能配成需要密度的水泥浆，不沉降和具有好的流动度，适宜的初始稠度，且均质和不起泡。2、易混合与泵送，分散性好，摩擦阻力小；3、流动性好，顶替效率高；4、在注水泥、候凝、硬化期间应保持需要的物理及化学性能；5、水泥浆在固化过程中不受油气水的侵染，

38、失水量小，固化后不渗透；6、水泥浆具有足够快的早期强度；7、提供足够大的套管、水泥、地层间的胶结强度；8、具有抗地层水的腐蚀能力；9、满足射孔强度要求；10、满足所要求条件下的稠化时间和抗压强度。,5、水泥浆的性能,2）针对注水泥的技术要求应着重考虑：,1、水泥浆要适应深度条件大幅度变化的需要，尤其是一种类型级别水泥，既满足高温又要适应低温。而注水泥时水泥浆所受的环境压力变化，亦在常压至100MPa大范围内的变化。2、水泥浆必须具有良好的流动性和可泵性。3、能够配成需要的水泥浆密度。配制水泥浆密度在09245g/m3范围内可调。4、水泥浆固化后能防止在高温（110以上）环境下强度衰退。5、水泥

39、环主要起到以下作用：承受下井各层套管柱的轴向载荷；要求水泥凝结过程有最小失水量和体积收缩，有效地封隔油气层；抗腐蚀性好，并对套管起保护作用。,3）水泥浆的水灰比,、水泥浆的可泵性和流动性能水泥与水混合能配成均质浆体，适应泵送及最低流动阻力，且浆体稳定、水泥颗粒不沉降，又不能离析出超过规定的清液。应具有合理的水灰比（W/C）。最小用水量：任何一种级别水泥混合后，粘度低于30Bc水泥浆所需用的水量；最大用水量：以250ml量筒，配浆静置2h后分离出清液应小于3.5ml为条件，此时配浆所用的水量。,各类型级别水泥的用水量总控制在最小用水量和最大用水量之间。水灰比高，流动性好，抗压强度低。低于最小水量

40、时，流动性高于30Bc就不可泵送。常以控制水泥浆在注替水泥过程能保持1530Bc指标来考虑用水量。,API各级别水泥规定的水灰比，包括两方面的要求，即30Bc与3.5ml的两个控制指标,API水泥析水测定只对G,H这两个基本水泥规定了不超过3.5ml标准。,API纯水泥水灰比,、水灰比的影响,上述规定的最小用水量远大于化学计算水泥水化和凝固所用水量。正常情况下水泥用水量是水泥质量的25%（W/C=0.25），与具有可泵性的最小水灰比0.38比较，水泥浆还将存在一定量的自由水，这些水在纯净水泥中常依靠水泥的细度（粒度）来控制。A或C级水泥的平均粒度约在150200m2/g左右。水灰比能影响造浆率

41、和抗压强度。增高水灰比获得较大的造浆量，同时又要求水泥不沉降，当混合量超过最大水量时，一般采用增充剂防止水泥颗粒的沉降，其中水的含量起到实际增大造浆量的作用。发生沉降的临界条件是控制自由水试验值不超过3.5ml。,、水泥浆的密度,净水泥浆密度范围总受到最大和最小用水量的限制。但在实际注水泥作业时一般不总是采用净水泥浆，大多数使用经外加剂处理的水泥浆。由于地层承压能力不同所以对水泥浆密度有较大范围的要求。因此从密度概念上来说，与正常水灰比条件下密度对比，低于正常密度的称为低密度水泥浆，高于正常密度者称为高密度水泥浆（正常密度为1.781.98g/cm3）。,通常获得较低密度水泥浆有两种方法,、采

42、用膨润土（粘土）或化学硅酸盐型填充剂和过量水；、采用低密度外加剂材料如火山灰、玻璃微珠或氮气等。超低密度水泥浆的主要代表类型为泡沫水泥及微珠水泥。泡沫水泥浆密度范围为 0.841.32g/cm3。微珠水泥浆密度范围为1.081.44g/cm3。获得高密度水泥浆更多的方法是采用掺入加重剂；加砂可获得密度为2.16g/cm3，加重晶石可获得密度为2.28g/cm3，加赤铁矿可获得密度为2.4g/cm3.。,水泥浆失水控制,净水泥在渗透层受压时，促使水泥浆失水（脱水），致使水泥浆增稠或“聚凝”造成憋泵。不同作业类型在6.9MPa压差、时间30min条件下的失水量控制为：1）套管注水泥推荐失水量控制在

43、100200ml/min；2）尾管注水泥及挤水泥推荐失水量控制在50150ml/min；3）有效控制气窜推荐失水量控制在3050ml/min；4）50200ml/min失水量一般认为是最佳控制失水标准。,水泥浆流变性,除了套管居中度、顶替排量、胶凝强度和密度差外，流态是实现水泥浆对环空钻井液有效顶替的一个重要因素。当排量一定时水泥浆流体的流动剖面取决于流动状态，而流动状态又取决于流变参数。因此在给定条件下，如何合理地调整流变参数，获得最佳顶替效率，是非常关键的。流变参数主要由范氏粘度计测定。各种处理剂影响是多方面的，木质素磺酸盐缓凝剂有降低粘度作用，纤维素衍生物将增大水泥浆粘度，分散剂可以减少

44、化学成分影响的表观粘度，这些分散剂都能降低宾汉塑性流体的屈服强度，同时流体的塑性粘度取决于固相含量，化学处理剂则不易影响塑性粘度值。,水泥浆容积变化,在常压下，水泥浆凝结由液态向固态转化时其收缩率大约为2%，线性膨胀大约为0.1%，为此大部分水泥浆的用水量应使所配出的水泥浆的体积等于其凝固后水泥石的体积，同时没有自由水分离出来。API定义的最大用水量为：与任何一种水泥混合成的水泥浆，其凝固后体积等于水泥浆体积，而其分离出自由水量少于1.5%。水泥浆容积变化与水灰比、造浆量、水泥的比表面积（水泥颗粒大小）有关。过大的容积收缩将影响水泥与套管及地层间的固结。在水泥中使硫酸钙与铝酸三钙（C3A）反应

45、生成艾丁依特，它的晶体晶格占据的空间比原反应组分的要大，从而使水泥石膨胀，因此C3A量不应低于5%。,水泥浆稠化时间,）水泥浆稠化时间试验的温度条件计算：温度梯度=（BHST-27）/（0.01H）式中 BHST井底静止温度，；H井深，m。现场水泥浆稠化时间试验的温度主要取井底循环温度。为满足套管注水泥的条件，以到达井底的时间作为养护升温的时间。）稠化时间的控制。可以通过使用促凝剂与缓凝剂，同时考虑其它综合性能对水泥质量的影响及经济成本，综合控制稠化时间。稠化时间是现场施工时间再加11.5h。而稠化时间所规定的稠化值不是取100Bc，而是根据施工具体情况取稠化值在5070Bc内。,水泥浆固化后

46、的性能,、水泥石的抗压强度从工程角度来看，水泥石的抗压强度应满足支承套管轴向载荷，承受钻进与射孔等的震击以及承受压裂施工的压力。、水泥候凝时间一般情况下，表层套管水泥候凝时间是12h，（个别取1824h）。技术套管的水泥候凝时间为1214h；油层套管的水泥候凝时间主要取24h。技术套管试压取4.110.4MPa;生产套管试压取4.110.4MPa。水泥候凝时间在现场取决于允许测声幅时间，当获得的声幅合理时，就可再次进行施工。,、高温条件下水泥石的强度衰退,正常条件下，水泥在井下凝固，继续水化时强度增加，但当井温超过110后，经过一定时间后将使强度值下降。温度越高其强度衰退速度也越快。11012

47、0衰退缓慢，230时一个月内造成强度破坏，310时在几天内就造成强度破坏，其中膨润土体系高水灰比水泥高温稳定性更差。加入硅粉可控制强度衰退，因此称硅粉和石英砂为热稳定剂，加量在25%30%范围内效果较好，加量在5%10%时比不加硅粉的情况更坏。,6、油井水泥的外加剂和前置液,各级水泥只有采取加入外加剂的方法，才能使设计与配制的水泥浆适应各种条件下注水泥的要求以及达到质量标准。1）外加剂应用的主要目的是：调整水泥浆稠化时的密度、失水、流变性，增容，增加抗压强度和保持高温下强度热稳定性等等。2）油井水泥外加剂主要可分为以下几类：缓凝剂、促凝剂、降失水剂、加重剂、增充剂（减轻剂）、降阻剂（分散剂）和

48、特种添加剂。,例如：,钻井井深18297620m范围内所遇到的井底静止温度约为76.7260。为防止水泥凝结过快要在其中加入缓凝剂，否则这些水泥只能安全用到井深2438m。温度增加比井深（压力）增加更能缩短水泥稠化时间，缓凝剂必须与水泥本身及其他添加剂相适应。油井水泥（例如D和E类）所用的缓凝剂为木质素磺酸盐、树胶、淀粉、弱有机酸和纤维素衍生物之类的化合物。在现场使用之前，必须进行水泥试验。由于有这种问题，所以就研制了API G类和H类水泥，在制造它们时不允许加入缓凝剂。这些出厂的基本水泥可用到井深2438m，与缓凝剂有效配合后可在深度9144m井内使用。使用需高水灰比的添加剂时，需多加入一些

49、缓凝剂以取得合适的稠化时间。,3）目前用作缓凝剂的化学产品表83 常用水泥缓凝剂,单位为干水泥质量的百分数,4）速凝剂用于浅井、低温地层，特别是地层温度低于37.78时水泥浆内要求加入速凝剂以缩短稠化时间及增加早期强度。在配浆设备运转良好的条件下，通过使用速凝剂，基本水泥的强度在4h后就可达3.5MPa，这是一般固结与支承套管所需的最低强度。表84 常用水泥速凝剂,5）用API A类，B类、G类或H类水泥以正常水灰比所配出的纯水泥浆的相对密度要大于1.80。不少地层不能承受这种密度水泥浆的长液柱压力。因此，要使用减轻剂来降低水泥浆相对密度。这类添加剂还可以降低水泥浆成本和增加造浆量，有时还能降

50、低失水量。通过加水和低密度固体或同时加入二者都可以降低水泥浆相对密度。,表85 给出了几种常用油井水泥减轻剂,为干水泥质量的百分数,表85 常用油井水泥减轻剂,6）水泥浆内加入（降阻剂）减阻剂可改善其流动性能。被分散的水泥浆具有较低的粘度，在较低泵压下可达到紊流，因此所需泵的功率较小，并且能减少井漏及水泥浆先期脱水。减阻剂还能降低水泥浆的动切力。,表86常用水泥减阻剂。,7）用降失水剂减少水泥浆的失水量其目的在于：、防止水泥浆在渗透性地层先期脱水；、保护水敏性地层；、改善挤水泥作业。纯G或H类水泥浆在30min内API失水量大于1000ml。,8）降失水剂的主要作用是：、形成薄膜或胶粒，阻止水