1、固井设计规范固井设计规范第五讲内容第五讲内容一、固井设计规范一、固井设计规范一、固井工艺设计依据 p 主要依据主要依据 1.设计的井深结构或实际的井深结构、套管规范、下入深度设计的井深结构或实际的井深结构、套管规范、下入深度及固井水泥的返高要求；及固井水泥的返高要求；2.实钻地层岩性和地质分层数据；实钻地层岩性和地质分层数据；3.油、气、水层或其他要求封固地层的孔隙压力梯度和温度油、气、水层或其他要求封固地层的孔隙压力梯度和温度梯度；梯度；4.要求封固地层的最小破裂压力梯度；要求封固地层的最小破裂压力梯度；5.井径、井斜及方位等井眼基本数据；井径、井斜及方位等井眼基本数据；6.实钻井眼的钻井液
2、性能数据和钻井工程概况；实钻井眼的钻井液性能数据和钻井工程概况；7.地质和钻井工程或生产开发工程对固井提出的其他特殊要地质和钻井工程或生产开发工程对固井提出的其他特殊要求。求。二、固井工艺设计原则p设计原则设计原则 1.平衡压力固井：平衡压力固井：固井全过程环空压力应大于地层孔隙压力，不超过主要封固地层的最小破裂压力。l注水泥顶替过程平衡压力设计原则 PpPa1.1 1.1 平衡压力设计原则平衡压力设计原则l候凝过程l控制失重l防止窜流lPa+Pc PplPc：地层流体在水泥浆的流动阻力，l与水泥浆的静胶凝强度发展有关。PpPa1.1.套管居中：定向井、大斜度井、大位移井或水平套管居中：定向井
3、、大斜度井、大位移井或水平井的油、气、水层及间隔层段套管偏心度小于井的油、气、水层及间隔层段套管偏心度小于30%30%。2.2.提高顶替效率：在满足平衡压力和套管居中的前提高顶替效率：在满足平衡压力和套管居中的前提下，顶替钻井液工艺设计应满足水泥浆有效驱提下，顶替钻井液工艺设计应满足水泥浆有效驱替偏心环空窄间隙钻井液的要求。替偏心环空窄间隙钻井液的要求。3.3.安全施工：固井工艺设计应满足固井全过程连续安全施工：固井工艺设计应满足固井全过程连续施工，以避免发生井漏、井喷和异常憋压等现象。施工，以避免发生井漏、井喷和异常憋压等现象。4.4.安全施工：固井工艺设计应满足固井全过程连续安全施工：固井
4、工艺设计应满足固井全过程连续施工，以避免发生井漏、井喷和异常憋压等现象。施工，以避免发生井漏、井喷和异常憋压等现象。4.2 4.2 平衡注水泥基本要素平衡注水泥基本要素1.1.准确掌握各种地层压力范围值准确掌握各种地层压力范围值.2.2.设计满足压力控制要求的水泥浆设计满足压力控制要求的水泥浆.3.3.准确测定各种入井流体流变性并具有可准确测定各种入井流体流变性并具有可调能力调能力.4.4.优化组配环空浆柱结构的密度和流变性优化组配环空浆柱结构的密度和流变性.5.5.确保施工水泥浆密度达到设计要求确保施工水泥浆密度达到设计要求.三、套管扶正器安放间距设计三、套管扶正器安放间距设计l安放位置应选
5、较致密和井眼较规则井段。l应根据主要封固井段的地层岩性、井眼条件、钻井液性能以及钻井实际情况，确定套管扶正器的安放间距和使用数量。l 推荐以下位置“2根套管装1只”p 现场实际经验原则现场实际经验原则1.甲方认定的上部目的层段顶以上至少100m（气层要求至少200m）到井底每3根套管加放2个弹性扶正器；2.主要分隔层、夹层，适当补加弹性/刚性扶正器3.对于没有特殊封固要求（即非目的层封固段）的前置浆封固段要求两层套管重叠段间的封固段至少加放4个弹性扶正器，裸眼段至少加放2个弹性扶正器，整个前置浆封固段加放弹性扶正器总数不少于6个。4.据上措施，参照cemSAIDS模拟实际井眼轨迹的结果，再作适
6、当的调整。5.具体情况根据油层位置和地质情况，现场进行适当调整。2 2、直井油气层套管和尾管、直井油气层套管和尾管l应根据主要封固井段的地层岩性、井眼条件、钻井液性能以及钻井实际情况，确定套管扶正器的安放间距和使用数量。以下情况每2根套管宜安装1只符合要求的弹性扶正器或/和刚性扶正器：A、套（尾）管鞋以上的五根套管；B、油、气、水层及间隔层等主要封固段及其上下各 50米的套管；C、尾管重叠段进入上层套管内的5根套管、尾管悬 挂器以下2根套管；D、分级箍上下各2根套管；3、斜井和水平井的技术套管、油气层套管、尾管的斜井和水平井的技术套管、油气层套管、尾管的扶正器安放扶正器安放l应符合直井油气层套
7、（尾）管的安放要求，并计算出主要封固层段的套管偏心度，并满足以下要求。e max-套管在井眼的最大偏心度%max-套管在井眼内的最大偏心距cmRB-井眼半径cmRP-套管外径 cml二个弹性扶正器之间的套管最大偏心距：二个弹性扶正器之间的套管最大偏心距：max-套管在井眼内的最大偏心距cmRB-井眼半径cmRP-套管外径 cmPV-套管在铅垂面法向力NPS-套管在平均井斜狗腿度平面法向力NC-计算过度参数N/ml1 1个刚性扶正器和个刚性扶正器和1 1个弹性扶正器间的套管最大偏心个弹性扶正器间的套管最大偏心距：距：max-套管在井眼内的最大偏心距cmRB-井眼半径cmRC-套管外径 cmV-套
8、管在铅垂面偏心距cmS-套管在平均井斜狗腿度平面偏心距cmPV-套管在铅垂面法向力NPS-套管在平均井斜狗腿度平面法向力NC-计算过度参数N/m4 4、套管摩阻计算套管摩阻计算l套管扶正器安放间距计算完成后，应进行下套管摩阻计算。当计算摩阻超过设计下套管允许阻力时，可适当减少扶正器的数量，但应满足套管在主要油、气、水层及它们的间隔层内的偏心度小于30%。注:9 5/8“套管管内摩阻系数 0.25，裸眼摩阻系数 0.40。四、平衡压力固井设计四、平衡压力固井设计计算固井注替过程中不同阶段环空流体的静液柱计算固井注替过程中不同阶段环空流体的静液柱压力，和流动摩阻压力，其环空总压力应大于地压力，和流
9、动摩阻压力，其环空总压力应大于地层孔隙压力，不超过主要封固地层的破裂压力层孔隙压力，不超过主要封固地层的破裂压力。冲洗液、隔离液的密度、返高和返速以及分级箍或管外封隔器的安放位置应满足钻井工程要求和井内压力系统设计要求。五、环空水泥浆返高设计五、环空水泥浆返高设计1 1、设计原则、设计原则l 应满足下一步安全钻井或完井作业、油田安全开发以及今后采取增产措施的需要；l 应能有效的封固油、气、水层，以及要求必须封固的腐蚀性、蠕变、垮塌、漏失等复杂地层；l 应满足钻井工程对套管保护提出的特殊要求，如：提高套管抗挤、抗内压强度或避免套管因过度磨损而发生断裂等；l 应满足抵御海洋恶劣环境和保护环境所提出
10、的要求；l 应符合平衡压力固井原则；六、水泥浆返高常规设计六、水泥浆返高常规设计注：注：返高设计要参考浆柱动静态下的经验计算公式七、水泥浆附加量设计七、水泥浆附加量设计注：水泥浆的附加量可根据实钻情况适当调整。八、顶替水泥浆设计八、顶替水泥浆设计九、前置液设计九、前置液设计注：注：考虑防漏窜，地层孔隙压力前置液液柱压力前置液液柱压力地层破裂压力；接触时间接触时间p接触时间定义：是指顶替过程中流体（清洗液、隔离液和水泥浆）流过环形空间某一点所经历的时间。只用冲洗液或紊流隔离液时，要求用量满足只用冲洗液或紊流隔离液时，要求用量满足10min 10min 接触时间，其用量可计算如下：接触时间，其用量
11、可计算如下：q=10Qc60/1000 q冲洗液用量，m3 Qc-顶替临界排量，L/sl 当计算的冲洗液用量在环空中的长度超过250m时，则以冲洗液封固250m环空所需的用量为准。前置液对顶替效率的影响前置液对顶替效率的影响十、固井分级箍位置设计原则十、固井分级箍位置设计原则p油气层分级箍设置应满足平衡压力固井的要求；1、高压油气层或低压油气层分级箍设置应满足下列公式确定：Pw+P3+P4Ph+PPLh-分级箍安放的垂直深度mC-一级水泥浆的密度 g/cm3d-地层漏失压力或破裂压力等效流体密度g/cm3m-一级固井前钻井液密度g/cm3H-漏失地层垂直深度m2 2、设计中应考虑固井工具及附件
12、的作业能力和施工、设计中应考虑固井工具及附件的作业能力和施工安全：安全：l井斜小于或等于30宜采用重力开孔式分级箍。井斜大于30宜采用液压开孔式分级箍；l分级箍应安放在岩性致密、不垮塌、井径规则的井段；l漏失层固井，为保证生产层以上有良好的水泥封固，分级箍安放位置可按下列公式计算：十一、管外水泥膨胀封隔器位置设计原则十一、管外水泥膨胀封隔器位置设计原则l按照分层开发的需要，管外水泥膨胀封隔器应设置在分层开发的相邻生产层、油水层或油气层之间的井眼较规则的位置；l高压井管外水泥膨胀封隔器应设置在环空尾浆顶部且井眼较规则的位置，但应准确计算施工压力，合理选择剪切销钉的压力；l漏失井的管外水泥膨胀封隔
13、器应按下列公式计算安放位置：十二、提高水泥浆环空顶替效率的工艺设计十二、提高水泥浆环空顶替效率的工艺设计1 1、套管偏心度、套管偏心度l套管在注意封固段井眼偏心度应30%。2 2、钻井液性能的调整、钻井液性能的调整l为达到固井作业要求，固井前应充分循环和调整好钻井液性能，尽量满足下列关系式：l或满足：幂律模式 nmncl宾汉模式 l赫-巴模式 YPC-水泥浆的动切力 Pa；YPm-钻井液的动切力 Pa；e-偏心度 无因次；nm-钻井液流动指数无因次；nC-泥浆流动指数无因次PVC-泥浆的塑性粘度PaSPVm-钻井液的动切力PaSKC-水泥浆的稠度系PaSnKm-井液的稠度系数PaS 3 3、冲
14、洗液、隔离液的使用、冲洗液、隔离液的使用l 冲洗液、隔离液的性能和用量，参照本章节前述执行。4 4、固井胶塞的使用、固井胶塞的使用l 单级固井应使用双塞，深井、大位移井、水平井应使用三塞，分级固井的第一级固井应使用双塞。5 5、U U型管效应型管效应l 技术套管或油气层套（尾）管固井，应考虑U型管效应的作用，计算环空水泥浆上返最大排量与设计排量之比值应小于1.25。6 6、固井前循环钻井液时间、固井前循环钻井液时间l 正常情况下，下完套管注水泥浆前应充分、大排量循环钻井液，循环总量不低于1.52倍实际井眼容积量。最大循环排量应接近于设计替浆时最大排量l 现场可根据实际循环返出及井下情况适当延长
15、循环时间；重点确认：震动筛无沉砂返出、循环泵压稳定、钻井液性能稳定、井下无漏、涌等情况、气全量3%。7 7、固井前循环和调整钻井液性能、固井前循环和调整钻井液性能l 注水泥浆前应充分循环并调整钻井液性能，低粘、注水泥浆前应充分循环并调整钻井液性能，低粘、低切、低屈服值，套管内外泥浆密度均匀，使进出低切、低屈服值，套管内外泥浆密度均匀，使进出口泥浆密度相对一致。高压井应保证钻井液出口气口泥浆密度相对一致。高压井应保证钻井液出口气全量全量5%5%。l 若现场有充足的钻井液，可提前在泥浆池预配好密若现场有充足的钻井液，可提前在泥浆池预配好密度度井浆密度且具有低粘、低切、低屈服值的钻井井浆密度且具有低
16、粘、低切、低屈服值的钻井液液3030方左右，固井前注入井。方左右，固井前注入井。8、技术套管、油气层套（尾）管固井应进行环空流变学设、技术套管、油气层套（尾）管固井应进行环空流变学设计计1.应依据测定的流变参数确定流变模式，计算冲洗液、隔离液在环空主要封固段的紊流临界排量和塞流临界排量。2.冲洗液、隔离液紊流临界流速应低于水泥浆紊流临界流速，隔离液允许塞流的临界流速应大于水泥浆的塞流临界流速。3.依据所确定的流变模式（幂律、宾汉、赫巴）计算环空主要封固段水泥浆的紊流临界排量或塞流临界排量，包括下列两种情况：4.3.1井斜角小于30的井，按 SY/T5480进行水泥浆流变设计；5.3.2井斜角大于30的井，按偏心环空流变学进行水泥浆流变设计4.采用低返速固井，其关键封固井段的环空返速应满足雷诺数的计算结果要求。5.为提高顶替效率，应根据井径、地层稳定性及水泥浆流变参数等因素确定不同井段的环空水泥浆上返速度。
