固井設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)

1、鉆井工程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)編 制: 審 核: 批 準(zhǔn):目錄1. 固井設(shè)計(jì)的重要性22. 固井施工設(shè)計(jì)的內(nèi)容 23. 固井設(shè)計(jì)的原則24. 固井設(shè)計(jì)的步驟34.1 （一）取準(zhǔn)參數(shù) 34.2 （二）制定方案 .34.3 （三）水泥漿配方實(shí)驗(yàn) .34.4 （四）前置液配方與性能 .44.5 （五）參數(shù)計(jì)算 . 44.6 （六）設(shè)備配套和工具準(zhǔn)備 44.7 （七）制定施工步驟 54.8 （八）編寫(xiě)固井施工設(shè)計(jì) .55固井設(shè)計(jì)的計(jì)算方法 55.1 （一）井溫的計(jì)算方法 55.2 （二）井徑計(jì)算 .-65.3 （三）水泥漿量計(jì)算 .65.4 （四）水泥漿流變性計(jì)算 . 75.5 （五）注水泥流動(dòng)計(jì)算 . 75.6

2、 （六）尾管固井有關(guān)計(jì)算 . 115.7（七）雙級(jí)固井有關(guān)計(jì)算 . 126固井設(shè)計(jì)書(shū)還應(yīng)該進(jìn)行的工作 121 固井設(shè)計(jì)的重要性固井設(shè)計(jì)是固井施工的依據(jù)， 是設(shè)計(jì)者的業(yè)務(wù)水平、 施工者的技術(shù)能力的集中體 現(xiàn)。固井設(shè)計(jì)不僅是施工者進(jìn)行作業(yè)的指南， 也是工程發(fā)包單位對(duì)固井施工的過(guò) 程進(jìn)行監(jiān)控的強(qiáng)有力的工具， 也就是說(shuō)， 固井設(shè)計(jì)不僅服務(wù)于乙方， 也同時(shí)服務(wù) 于甲方。2 固井施工設(shè)計(jì)的內(nèi)容完全的固井設(shè)計(jì)要包含如下幾個(gè)方面： 油井的基本情況包括井深、 鉆頭尺寸、 井徑、泥漿密度、套管尺寸、 套管下深、 鉆遇地層； 管串結(jié)構(gòu)； 固井方案與技術(shù)措施； 扶正器安放間距； 水泥漿量與替漿量； 沖洗液與隔離液量；

3、 水泥漿配方與性能； 隔離液、沖洗液配方與性能； 施工壓力預(yù)測(cè)； 施工步驟。3 固井設(shè)計(jì)的原則 平衡壓力原則： 在頂替與侯凝過(guò)程中， 環(huán)空壓力 處于壓力平衡狀態(tài)， 既不會(huì) 壓漏地層，也不會(huì)使 油氣水竄入環(huán)空。 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、計(jì)算依據(jù)充分。 技術(shù)措施要有針對(duì)性。 對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的預(yù)見(jiàn)與處理能力固井設(shè)計(jì)應(yīng)具備以下基礎(chǔ)知識(shí) 1地質(zhì)知識(shí)：能夠簡(jiǎn)要了解封固地層的物理化學(xué)特性。2 油田化學(xué)知識(shí)：對(duì)泥漿體系性能和水泥漿體系與外加劑都應(yīng)有了解。3 力學(xué)知識(shí)：流體力學(xué)知識(shí)和材料力學(xué)知識(shí)。4 機(jī)械知識(shí)：4 固井設(shè)計(jì)的步驟4.1 （一）取準(zhǔn)參數(shù) 工程設(shè)計(jì)要求：一般有水泥漿返深、需封固的產(chǎn)層頂部與底部深度與目的層 性質(zhì)等 井

4、身結(jié)構(gòu)：井深、鉆頭尺寸、套管尺寸、套管下深 套管選型：鋼級(jí)、壁厚，套管性能數(shù)據(jù)可從鉆井設(shè)計(jì)中得到 泥漿性能：密度、流變性能等，從鉆井泥漿日?qǐng)?bào)表或班報(bào)表中獲取 鉆遇地層：鉆遇地層巖性、地層流體、地層壓力、異常情況 井眼參數(shù)：井徑，由測(cè)井資料獲取；井斜方位4.2 （二）制定方案 針對(duì)封固地層的特性、鉆井中出現(xiàn)的異常問(wèn)題及井眼結(jié)構(gòu)制定固井方案和技術(shù)措施； 對(duì)于氣層要考慮采用防氣竄水泥體系， 并調(diào)整環(huán)空液柱結(jié)構(gòu)以保證水泥漿失重 以后能壓穩(wěn)氣層； 如果封固段有漏失層存在，則要考慮采用低密度水泥或雙級(jí)固井； 如果遇到膏鹽層，則需要采用抗鹽的含鹽水泥體系或其它體系； 確定頂替方案： 如果不存在漏失層， 建議

5、采用紊流頂替， 否則要通過(guò)計(jì)算來(lái)確 定采用紊流、層流或塞流頂替方式； 對(duì)于定向井，要注重扶正器的設(shè)計(jì)計(jì)算，確保套管的居中度不小于67% 井底靜止溫度若超過(guò)110C，則水泥漿須假如高溫穩(wěn)定劑 一石英砂。4.3 （三）水泥漿配方實(shí)驗(yàn)水泥漿性能的基本要求： 能配置成設(shè)計(jì)要求的水泥漿，不沉降，不起泡； 有好的流動(dòng)性，適宜的初始稠度，一般不大于 30BC 常規(guī)密度水泥 24小時(shí)強(qiáng)度不小于 14Mpa， 流變性能可通過(guò)外加劑進(jìn)行調(diào)整； 稠化時(shí)間滿足施工要求，但不應(yīng)太長(zhǎng)，一般得水泥漿稠化時(shí)間二現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間 + 60-90min ;對(duì)于淺井附加30min左右有助于提高固井質(zhì)量。 失水量和游離液控制 失水量和游

6、離水的控制 失水： 套管注水泥： 100200ml/30min 尾管注水泥： 50-100ml/30min 氣井固井： 30-50ml/30min 游離水： 一般直井注水泥，游離液小于 1.5%； 大斜度井或水平井注水泥或高壓尤其油氣井，游離液控制在 04.4 （四）前置液配方與性能沖洗液： 具有較低的基漿密度，一般在1.0-1.03g/cm3，如在沖洗液中加研磨性顆粒，密度要提高，但不能高于水泥漿密度； 具有很低的粘度，基漿流型接近與牛頓型，有很低的紊流臨界返速，一 般在 0.3-0.5m/s ； 能夠明顯降低鉆井液的粘度和切力，對(duì)環(huán)空滯留的鉆井液有一定的滲透 力，降低粘土顆粒間的連接力，使

7、鉆井液或泥餅的結(jié)構(gòu)松弛，拆散，易于頂替； 應(yīng)對(duì)粘土有一定的抑制性，以保持井壁穩(wěn)定。隔離液： 紊流隔離液適宜于紊流頂替，應(yīng)有較低的粘度和較低的紊流臨界返速， 一般要求紊流接觸時(shí)間為 8-10min ，最低也需要有 7min； 粘性隔離液適宜于層流和塞流頂替，隔離液的粘度和切力應(yīng)大于泥漿而 小于水泥漿； 隔離液的密度在較大范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)， 一般要求介于泥漿和水泥漿之間； 隔離液對(duì)加重劑要有懸浮能力，這樣才能保持隔離液性能穩(wěn)定； 隔離液應(yīng)具有溫度穩(wěn)定性，溫度升高粘度不能降低或降低得很少，才能 保持在高溫下對(duì)加重劑的懸浮能力； 隔離液要具有控制失水能力，一般失水量小于150ml/30min，有助于防止

8、井壁坍塌和減少地層損害。4.5 （五）參 數(shù) 計(jì) 算參數(shù)計(jì)算包括：水泥漿量、前置液量、替漿量、替漿排量和水力計(jì)算。 一般水泥漿量要在按實(shí)際井徑計(jì)算的水泥漿量的基礎(chǔ)上附加一定量， 一般表層套 管附加量在 100%左右，技術(shù)套管和油層套管一般在 10%左右，具體數(shù)據(jù)主要依據(jù) 地區(qū)經(jīng)驗(yàn)。4.6 （六）設(shè)備配套和工具準(zhǔn)備需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的具體材料、工具、設(shè)備和施工能力進(jìn)行分析，因此，再進(jìn)行固井設(shè) 計(jì)時(shí)，還需考慮現(xiàn)有工具， 現(xiàn)有設(shè)備的施工能力， 以獲得一個(gè)可行的設(shè)計(jì)和可行的設(shè)備、工具配套固井現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備：水泥車(chē)、運(yùn)灰車(chē)、儲(chǔ)灰罐、壓風(fēng)機(jī)、工具車(chē)、管匯車(chē) 地面工具：水泥頭、高壓管線等井下工具：尾管懸掛器、雙級(jí)箍、浮鞋

9、、浮箍、扶正器、水泥傘、管外封隔器等4.7 （七）制定施工步驟制定施工步驟要分兩方面井隊(duì)的準(zhǔn)備與施工配合、固井隊(duì)的準(zhǔn)備與施工。井隊(duì)要完成的工作： 按固井設(shè)計(jì)下入套管和附件，下完套管，大排量循環(huán)泥漿至少兩周； 水、電供應(yīng)和照明； 協(xié)助固井隊(duì)安裝井口工具； 協(xié)助替漿計(jì)量，負(fù)責(zé)啟動(dòng)井隊(duì)大泵替漿。固井隊(duì)要完成的工作： 做好施工人員的崗位分工和職責(zé)； 按設(shè)計(jì)準(zhǔn)備好敢干灰（與干混藥品混好）與濕混藥品； 準(zhǔn)備入井好工具附加； 準(zhǔn)備好水泥車(chē)、水泥頭等地面設(shè)備與工具； 套管下完以后，擺放車(chē)輛接管線準(zhǔn)備施工； 按設(shè)計(jì)程序進(jìn)行注水泥施工。4.8 （八）編寫(xiě)固井施工設(shè)計(jì)完成以上的步驟之后，就可按規(guī)定的格式開(kāi)始編寫(xiě)固井

10、施工設(shè)計(jì)。5固井設(shè)計(jì)的計(jì)算方法5.1 （一）井溫的計(jì)算方法井溫是開(kāi)展水泥漿實(shí)驗(yàn)的基本條件，水泥石抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)所用的溫度一般采用井 底靜止溫度，水泥漿稠化、失水及流變性等實(shí)驗(yàn)一般采用井底循環(huán)溫度。井底靜止溫度：7=町4（3></7/100井底循環(huán)溫度：經(jīng)驗(yàn)公式:泥漿出口溫度庫(kù)式公式: 使用條件:7； =-50.6+ 8.05 Gf +1.342- 0.122')x774°CW T< 212°C51C /100mW Gtw 4.45 C /100m5.2 （二）井徑計(jì)算計(jì)算平均井徑通過(guò)讀井徑曲線，然后用加權(quán)平均法計(jì)算平均井徑NdD =iL-Z2 A:i

11、 x還有一種方法就是將井徑測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成文本文件, 處理后，求平均值就可得到高精度的平均井徑數(shù)據(jù)。再由EXCELS取，通過(guò)5.3 （三）水泥漿量計(jì)算 水泥漿總量：叭七+1斥 環(huán)空水泥漿量計(jì)算，根具環(huán)空容積的計(jì)算方法分為兩種方法一：先按裸眼段實(shí)際井徑計(jì)算環(huán)空容量，再附加一定比例方法二：先給井徑附加一定比例，然后計(jì)算裸眼環(huán)空容量乙二笊（。燈滬）k套管尺寸不同附加系數(shù)不同，套管尺寸越大附加系數(shù)越大，以此來(lái)補(bǔ)償計(jì)算誤差 套管內(nèi)水泥量計(jì)算2Vcp di h4式中di 套管內(nèi)徑，m h水泥塞高度，m 人工井底V b D 2 L 4L人工井底長(zhǎng)度，m干灰與配漿水量水泥漿密度水泥質(zhì)量+水質(zhì)量水泥體積+水體

12、積1m3水泥漿需用水泥量p c水泥密度，g/cm3p w配漿水密度，g/cm3p s 水泥漿密度，g/cm35.4 （四）水泥漿流變性計(jì)算水泥漿屬非牛頓流體，流變性規(guī)律程非線性，能夠近似描述水泥漿流變性的流變 方程有：賓漢方程、幕律方程。賓漢方程:計(jì)算塑性和動(dòng)切力需要用六速粘度計(jì)進(jìn)行實(shí)測(cè)，水泥漿一般選用600r/min和300r/min 讀數(shù)或300r/min 和100r/min 讀數(shù)，而前置液一般采用 600r/min和300r/min讀數(shù)。計(jì)算公式如下：p 60030000-51 1 2 30060001.533 3 1003001.5( 300100 )幕律方程：計(jì)算公式如下:n 2.0

13、96 lg 300 / 100K 0.51 1 300 /51 1n n 3.322 lg 600 / 300K 0.511 600 /1022n判別賓漢和幕律模式的方法：B 旦_0.5 0.03300100如果B值在0.5之內(nèi)，則流變參數(shù)可用賓漢模式計(jì)算，否則用幕律模式5.5 （五）注水泥流動(dòng)計(jì)算采用何種流型進(jìn)行頂替，將對(duì)提高頂替效率有著明顯的作用，一般來(lái)說(shuō)，采用紊流或塞流頂替效率較高。不同的頂替流型要求的頂替速度和頂替液體的性能是不 一樣的，因此，在進(jìn)行注水泥設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)明確可采用的頂替流速范圍，然后 依據(jù)此流速范圍，考慮水泥漿的性能的調(diào)節(jié)能力，選擇合理的頂替流態(tài)，再進(jìn)行 水泥漿設(shè)計(jì)。一

14、個(gè)合理的流速范圍，應(yīng)考慮如下幾個(gè)方面：1井眼的穩(wěn)定性，是否有易漏、易坍塌等復(fù)雜地層，這些層位對(duì)環(huán)空返速的限 制情況，這些數(shù)據(jù)可從區(qū)塊或臨井資料獲得；2正常鉆井過(guò)程中的環(huán)空返速情況；3裸眼段井徑變化對(duì)返速的限制，如果井徑變化較大，存在所謂的“大肚子 一般要求返速不能太大，以免進(jìn)一部沖蝕井壁；4套管居中情況，當(dāng)套管居中度不好時(shí)，應(yīng)避免使用塞流頂替；5井斜情況，大斜度井和水平井注水泥，應(yīng)盡量避免使用塞流頂替；漿泵與注 水泥設(shè)備的工作能力。頂替流態(tài)的選擇主要是考慮在現(xiàn)有配漿能力下能否配出在上述流速范圍內(nèi)達(dá)到 紊流或塞流狀態(tài)的水泥和前置液。頂替流態(tài)的選擇原則：1首先考慮使用紊流進(jìn)行頂替，如果不能實(shí)現(xiàn)紊流

15、則考慮使用塞流或低速頂替；2在兩者均無(wú)法實(shí)現(xiàn)的情況下，盡量采用高速下的層流頂替，而且建議使用紊流 前置液，以彌補(bǔ)水泥漿不能達(dá)到紊流的缺陷。目前關(guān)于流動(dòng)計(jì)算的方法比較多，有 API推薦方法，DOWEL計(jì)算方法等，在這 里介紹API方法。剪切速率:1.7032N0.51N旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)，rpm丫 一剪切速率,S-19 粘度計(jì)刻度盤(pán)讀數(shù) t剪切應(yīng)力，Pa 當(dāng)量直徑：DeDh DpDE-當(dāng)量直徑，cmDH外管內(nèi)徑，cmDP內(nèi)管外徑，cm幕律模式K'n3n 14na.流變參數(shù)n' = n，n'修正的流型指數(shù)K'修正的稠度系數(shù)，mPaSnb.雷諾數(shù)管內(nèi)流動(dòng):n 2 n

16、9;8000 D Vn'800 K'Re 8000 deV n環(huán)空流動(dòng)：式中：Re雷諾數(shù)C排量，l/sP 流體密度，g/cm3V 流速，m/s800n K'QV 12.73£一2DhDp不同的幕律流體的n'值，對(duì)應(yīng)不同的臨界雷諾數(shù)，決定流動(dòng)是屬于層流或是紊 流。Re(c)臨畀雷i若數(shù)3000從0.P5至1.000.850 9431000.750.8432000 6507433000 550,6534000.450.5435000J50.4436000 250.3437000 000.2438000.2f-LVc.壓力降計(jì)算 層流： 管內(nèi)流動(dòng)：環(huán)空流動(dòng):

17、0.2 f LV De摩擦系數(shù)f的計(jì)算:16ReX4-xZzJ J 7“ j曲* - * Jf 亠 ”b* ",-描甫七-1. 7 ,、-J. 0J式中：f范寧摩擦系數(shù); L 流動(dòng)長(zhǎng)度，m;P 壓力降，Mpa紊流：摩擦系數(shù)可由圖查得， 壓力降公式與層流相同。d.紊流臨界排量:管內(nèi):環(huán)空:QciD2800n'ReK' 可1273 8000 Dn'Qc1Dh2 Dp2800n' ReK' (2 n')12738000 (Dh Dp)n'e.塞流:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，塞流條件 Re= 100,則最大的允許排量是:管內(nèi):Qc2 2Dh DP1

18、273800n' ReK'8000 (Dh Dp)"1(2 n')環(huán)空:1QcDh2 DP2800n'K'(2 n')12.7380 (Dh Dp)"賓漢模式a.郝斯數(shù)與雷諾數(shù)右圖給出了層流區(qū)賓漢流體的雷諾數(shù) Re對(duì)應(yīng)摩阻系數(shù) 雷諾數(shù)定義如下：管內(nèi):環(huán)空:ReHeDV6.71PoD222.17 P2Re6.71EHe20 De22.17面麗1&* _Itf|妙諾日盟性僥揮枯峯常諾樂(lè)，K«-之間的關(guān)系，郝斯數(shù)和:期瑙<K4翹b. 壓力降計(jì)算He線（虛摩阻系數(shù)可由上圖牛頓流體的紊流線（粗黑線）和層流線 線）的焦點(diǎn)讀出。獲得f值后，可計(jì)算壓力降。c. 臨界雷諾數(shù)Rea上圖中He線和牛頓流體紊流線的交點(diǎn)即是臨界雷諾數(shù)d.臨界排量管內(nèi):Qc DReCP85.42環(huán)空：Q( DHDP ) Re C PC85.42e.塞流允許的最大排量塞流控制的雷諾數(shù)為100管內(nèi)：Qc 1.17 D P環(huán)空：Qc 1.17(dh Dp) P5.6 （六）尾管固井有關(guān)計(jì)算送放鉆具總回縮