单级固井作业.

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1、中海油服油田化学事业部中海油服油田化学事业部 20082008年年8 8月月 单级固井作业单级固井作业 1 1 第七讲内容 l概述 l单级方法 l作业要点 l常见问题 l相关计算 l固井实例 2 2 一、概述 p单级固井？ 采用套管顶、底塞一次注水泥完成的固井作业。 p浆柱结构： 采用首、尾浆封固。首浆密度1.501.75S.G，封 固次要目的层或上部疏松易漏地层；尾浆密度 1.801.90S.G。封固主要目的层或套管鞋井段环 空。 常用套管尺寸： 13-3/8”7” 3 3 单级固井示意图 图1-10 固井工艺流程示意图 4 4 单级双塞固井示意图 图2-7 单级双胶塞固井工艺流程示意图 5

2、 5 二、单级固井法 1、顶底塞 适用范围：自升式钻井平台、钻采综合平台（导管架）和陆地固井 。 l套管附件工具有: 6 6 二、单级固井法 2、水下胶塞 适用范围：半潜式钻井平台、钻井船或特殊的井身结构， 或特殊的复合套管串固井。 l套管附件工具有:同前述，仅胶塞组和水泥头不同 7 7 三、作业要点 l 彻底检查保养水泥头旋塞阀，基地对水泥头整体 和阀门试压检验才送上平台； l 清点固井工具、附件和外加剂等物资； l 检查并做好相关套管附件等记录； l 水泥及钻井水、海水取样送基地，小样复查； l 提前与钻井总监、泥浆工程师和井队做好沟通， 选择并洗好泥浆池，放好配浆水备用。注意检查 海底阀

3、和泥浆池间的阀门密闭情况，严防窜漏。 p 作业前准备 8 8 l 邀请钻井监督到场，监督确认套管胶塞的安装， 记录好胶塞挡销的释放方向和圈数。安装好后， 要固定挡销转动手柄，并做好标记，严防搬动。 l 下套管前，将套管扶正器和循环头吊上钻台，整 理摆放好待用 9 9 p 固井施工阶段 l下套管灌浆时，要保证套管内灌泥浆干净（通过 沉砂池）。若用自动灌浆的附件，在距井底100 200m时务必循环破坏该装置，严防沉砂进入套管 内。 l套管到位后，小排量打通正常（控制泵压小于 2MPa），严禁直接提高到设计循环泵排量；第一 周要求排量比设计的正常循环排量要低，待井底 返出后再提高到大排量循环，防止憋

4、漏。 l油层套管固井前，要求必须调整泥浆性能，在保 证井眼安全的前提下，主要降低粘度、切力，为 提高顶替效率和界面胶结创造最好的条件。 1010 l 对于浅井，为提高顶替效率，在注替量小于套管 内容积的前提下，推荐把底胶塞投在冲洗液前边 。 l 在技术套管中，为确保地漏实验成功，作业时要 考虑套管居中、井底干净和套管鞋地层的因素， 可以适当提高套管鞋处的水泥浆比重。 l 油层固井要利用相关软件对油气层、压力异常层 进行动态压力计算，确保在施工过程中的全程压 力变化满足特定的要求。 l 根据现场的实际情况确定顶替技术，在能够保证 清洗效果的前提下，尽可能采用低返速顶替，减 少作用在薄弱油层或断层

5、上的循环压力。 1111 l 在注替过程中，要求钻台和气测自始至终监视泵 压和井口返出情况。 l 对于油气比较活跃的井，要求在注替全程的动态 当量比重地层的孔隙压力，套管内要蹩压候凝 。 l 对于初探井，最大顶替排量原则要求不大于钻进 时最大返速（钻铤处）的1.2倍，在已有作业经验 的基础上才可突破这一界限。 l 混泵水泥浆前，必须取样留存，在固井20桶水柜 取首浆混合水样，混泵尾桨时取尾浆混合水样， 若用批混罐混浆，混浆前取，要求混合水样品各 10Kg，样品保留至固井结束后48小时以上。 1212 l 混泵水泥浆的过程中，分别于混泵水泥浆初、中 和后期，各取水泥浆样品2-3个，分别置于室温和

6、 恒温水浴锅中养护观察凝固情况。 l 如果胶塞不碰压，首先要确认胶塞是否正常释放 ，顶替量是否正确。如果正常释放，但替量明显 不够的情况下可以尝试多替一些碰压。 l 技术套管固井，如果不碰压，又没有异常情况， 顶替到设计最大替量后，直接检查回流结束固井 。 l 固井后，放压检查回流。无回流后，即结束固井 作业。如果回流不止，泵回流量入井，憋压候凝1 -2小时再检查，直至无回流才结束固井作业。 1313 l 对于井况相对复杂的作业，施工前应充分考虑可 能出现的不正常情况，参照QHSE体系的JSA分析方 法，提前做好分析和预案，力戒无的放矢、乱中 出乱。 1414 p作业结束后 l固井结束后，通常

7、采用憋压方式进行候凝。根据 防窜等工艺技术要求，有些井需要采取循环候凝 或者环空憋压候凝等技术措施。 l候凝24小时后，用顶替液或相同密度的钻井液钻 套管附件及水泥塞； l按照厂家推荐的参数钻除套管胶塞和浮箍、浮鞋 等附件，对于井斜较大的井，要注意观察和收集 胶塞碎片，确保胶塞碎片完全返出井筒。 1515 l测完固井质量才做套管/尾管试压及其他作业。 l固井结束后，要及时检查和保养水泥头，防止未 清洗干净的水泥块堵塞管线和阀门。 l固井结束后，要及时保养和维护好固井设备，保 证试压合格，为下一开钻进时的套管试压和地层 泄漏试验做好准备。 1616 四、常见问题 l 套管到位后开不了泵？ 序号常

8、见问题处理办法 1套管串内进入沙子 泥块等杂物 尝试开泵憋通以建立循环 ，如果确实不行，则起套 管清除杂物或者更换浮箍 、浮鞋； 2单流阀（自动灌浆 ）被卡死 3泥浆太脏 使用泥浆净化设备，清除 泥浆中的固相，再使用干 净的泥浆尝试建立循环 4井深，温度高，泥 浆胶凝强度大 缓慢上下活动套管，同时 开泵尝试建立循环 1717 序号常见问题处理办法 1循环排量太大 降低循环排量，上下活动套 管串，控制漏失速度较慢或 不出现漏失； 2 开泵或泵速提升 太快 循环开始时，泵速一定不能 太快，待返出正常后，再提 高循环泵速； 3 泥浆中岩屑、沙 子含量高 开启泥浆净化设备，尽量清 除泥浆中的固相，保证

9、循环 进出口泥浆密度的均匀和一 致。 2.循环时憋泵、憋漏地层？ 1818 循环时发生明显漏失？ l 采用小粒径堵漏材料堵漏； l 逐渐循环提升泵速到设计循环排量，避免草率 固井； l 判断漏层位置，重新调整固井设计。 1919 注水泥时发生明显漏失？ 设计水泥浆量不变 ； 在保证施工安全的前提下，若时间允许， 尽量采用塞流顶替泥浆 2020 l相关计算 l（一）计算说明 l单级固井施工计算通常需要考虑如下内容： l水泥量； l配水泥浆用水量； l水泥浆密度和造浆量； l顶替量； l顶替最高泵压； l作用于地层上的静液柱压力（破裂压力和孔隙压力）； l对套管的顶升压力。 2121 1.环空容积

10、 l井径仪的类型对计算 的水泥量有影响，也 对水泥的返高有影响 。 l计算出的环形空间容 积，加上附加量（根 据现场经验通常为10 至15） 2222 p井径仪 l两臂和三臂（探测臂统一 动作）可能测出的井经偏 小 l（两臂井径仪也可能测出 的井径偏大）。特别是对 呈椭园形状斜井情况更是 如此（图2-1）。 l最好采用四臂井径仪（各 自独立的臂）。 图2-1 2323 l无论采用电测井经还是采用钻头尺寸都应根据经 验取附加系数。一般仅对裸眼注水泥段计算时采 用附加系数。这一附加量是考虑到弥补漏向地层 的水泥量。当要求水泥返到地面时，采用一定附 加量以保证水泥达到地面。 l选用附加量时必须认真加

11、以考虑。如果井内存在 有易于破裂的薄弱层，附加水泥量（提高了水泥 面）由于增加了静液柱压力和摩阻力，可能会引 起地层破裂。 l最后一步是计算留在套管鞋处引鞋与浮箍之间的 水泥量。这就是套管内的容积。应把这一水泥量 与裸眼容积量和附加量相加。 2424 l2.密度、造浆率和混合水 l水泥混合水、密度和造浆量是根据固井化验部分 提供的计算方法来确定的。对于固井通常是计算 混配用水量。用水量为配浆用水、隔离液和预冲 洗液，罐内残留水量和顶替用水的总和。 2525 l3.顶替量图2-3 l单级固井胶塞碰压的顶替量 就是简单计算套管的内容积 。通常就是将单位套管内容 积乘以其长度（如果管子内 径不完全一

12、致，则分段计算 累加）。管子内容积可通过 查表求出。顶替量应为从泵 的出口到阻流环（通常是浮 箍）之间的容积。顶替量也 应有少量的附加值以补偿混 在顶替液中空气的压缩量及 考虑到泵的上水效率等因素 。 图2-3 2626 4.碰压压力 最高碰压为管内与环形空间静液柱压力之 差。根据不同的泵排量还应加上克服摩阻 压力的附加压力值。 摩阻压力最好根据“U型管效应”的顶替模 拟计算来确定（可以采用软件模拟计算） 。 计算最高碰压可有助于确定所需泵的类型 ，核对水泥头的承压能力在施工中是否满 足需要，检查最高压力是否小于套管抗内 压强度。 2727 l5.作用在地层上的静液柱压力（破裂压力和地层 孔隙

13、压力） l为了确保井下安全，有必要确定在注水泥过程中 及施工完毕后是否会发生溢流或压裂地层。通过 对井内危险井段静液柱压力进行计算来确定井下 的安全性。这种计算首先是近似的计算，但是在 存在压漏薄弱地层的可能性时计算摩阻压力特别 重要。由于在一次注水泥施工中静液柱压力和摩 阻压力是连续发生变化的，所以唯一适合的方法 是利用注水泥模拟计算程序。 2828 l为了计算静液柱压力，要采用下面公式 ： lPh0.052H l式中： lPh静液柱压力，磅力英寸2； l液体密度，磅加仑； lH = 密度的液体液柱高度，英尺。 2929 l如果井眼内有几种液体就应分段计算，则分为各 段液体液柱压力的总和。假

14、设注水泥做业完成后 ，环空内的浆柱有j种液体，各自的密度为j， 对应的液柱高度为hj，任意井深处的压力为 l 或式中： lm井深x处以上环空井段所包含的浆体种数； lj、hj分别为第j种浆体所对应的密度和液 柱高度。 3030 将井深x处的静液压力与该井深处的地层压力及 地层破裂压力对比，即 若 井涌 若 井漏 固井设计要确保静液柱压力在孔隙压力与破裂压 力之间，即要压稳，又不能压漏。应注意到水泥 浆柱产生的静液柱压力随时间而减小。 3131 6.产生套管顶升的压力 在某些固井施工中，存在着将套管顶起的危险性。在下列 条件下有发生这种现象的可能： l 套管柱重量较轻； l 套管长度较短； l

15、大直径套管； l 水泥浆密度高； l 顶替液密度低； l 环形空间摩阻大； l 环形空间堵塞； l 井口有回压。 3232 l当表层套管和导管固井时常遇到第2条至第5条中 的情况。如图2-4中的井眼条件计算顶升力如下： l在静态条件下： lF = (PhAo)(Wc+Wd) l式中： lPh指井内液体的静液压力，磅力英寸2； lAo指套管外截面积，英寸2； lWc指套管重量，磅； lWd指套管内液体重量，磅。 3333 l开泵时，必须将作用在内截面积上的泵压加到上 式中 lF = (PhAo)+(PpAi)(Wc+Wd) l式中： lAi指套管内截面积，英寸2； lPp指胶塞碰时的泵压（也是管

16、内外压差）， 磅力英寸2。 lF是受力之差。如果该值为正，则套管可能被顶 出井眼。在给定AF为0的条件下对Pp求解就得出套 管会被顶升的临界泵压。除非套管事先加以紧固 ，否则固井人员应确保作业时泵压不超过这一泵 压。 3434 l（二）计算实例 l例题1：对于图2-4中介绍的这口井进行下列 计算。以下给出有关井眼的资料。 l井的资料图2-4 l表层套管：13-38英寸（54.50磅英尺） 下至1700英尺。 l裸眼：12-14英寸至4950英尺 l套管：9-58英寸（36. 00磅英尺） l附加量：25 l管内水泥塞长度：42英尺 l水泥面：进入13-38英寸套管300英尺 l尾浆返深：4450英尺 l前导浆：13