煤层气固井技术及增产措施

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1、中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施煤层气固井技术及增产措施煤层气固井技术及增产措施中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施3.13.1煤层气井固井技术煤层气井固井技术3.23.2煤层气井增产措施煤层气井增产措施第三章第三章 煤层气井固井技术及增产措施煤层气井固井技术及增产措施中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施教学重点与教学目的教学重点与教学目的掌握套管柱设计掌握套管柱设

2、计掌握煤层气井固井方法掌握煤层气井固井方法掌握固井材料掌握固井材料掌握煤层气井压裂工艺技术掌握煤层气井压裂工艺技术了解固井的有关计算了解固井的有关计算了解其它增产措施了解其它增产措施中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施Exploring and Drilling for Coalbed methane Gas固井准备中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施哪里可以找到易高产的煤层气?有煤就有气？实际上，大多数煤层气是吸附在煤基质中固井准备中国地质大

3、学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施固井准备1)厚稳定的物质基础,T15煤SH3号较浅，渗透率中等较好，吸附强2)顶底板，寺头断层、地下水分水岭和露头的水动力封堵3)印支期与燕山期变质，无烟煤，镜质组反射率达4.0%,大量煤层气4)热成因气和次生生物成因气5)地下水在补给-运移-汇聚过程中，形成了补给区-径流区-滞流区。逸散带，含气量低；煤层气含量中等，径流区；滞流区高含气量。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施我们如何找到这些气藏呢?地球物理学家通过气

4、藏反射的声波找到它们，计录声波反射回来的时间计算机处理这些数据，构造出地下岩层系统的图像Gas煤层气煤层气声源接收器t = 1 sect = 1.2 sect = 1.42 sec固井准备中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施我们钻一口井进去 ! ! !我们用什么钻井？发现了气藏之后我们该干什么?钻井设备! 固井准备中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施钻井设备是什么？ 一套可以使我们钻入地层的特殊设备。 一套钻井设备由很多不同的部分组成:井架，地

5、基，起重设备，发电机，钻杆，钢罐，泵，岩石碎屑处理设备，还有很多其他部件。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施钻柱钻头起重设备由以下部分组成:天车,游动滑车,游动钢丝绳,和一个用来起降游动钢丝绳的绞车。井架底座井架这幅图画的是钻井设备上的起重设备. 这个设备被用来提升和放下钻柱的。钻柱是一根根10米(30ft)长的钻杆连接起来组成的。待用钻杆在这里，30ft 长的钻杆被一根根加到钻柱上。这样钻柱不停的被加长，可以不停的朝地下钻进。固井准备中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固

6、井技术及增产措施技术及增产措施这是一幅钻头在岩层中钻进的示意图钻柱在地表被驱动旋转，带动井眼底部的钻头旋转。钻头上的“牙齿”把岩石磨成碎屑。钻井泥浆被泵入钻杆内部，从钻头的喷嘴流入环形空间。环形空间是钻杆和井壁之间的空间。泥浆将岩屑循环带到地表，在那里这些岩屑被移除。 中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施钻井泥浆循环3) 泥浆和岩屑混在一起从环形空间向上提升，带到地表。滤网5) 岩屑被从泥浆中滤除，形成岩屑堆。这些岩屑将会被运走并处理。 4) 混合物通过在地表的滤网。1) 干净的泥浆被泵从泥浆池中抽出，注入钻杆当中。2

7、) 泥浆从钻头的流出，进入到钻杆和套管之间的环形空间，把钻头切下的岩屑向上带出。6) 干净的泥浆透过滤网，回到泥浆池。泥浆泵中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施钻井的工序首先用大钻头钻一小段井眼然后钢制的套管被下入井中，并用水泥固定套管的外侧，防止井眼塌陷。0200固井准备中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施下一步，一个小一些的钻头在第一个套管内部开钻。这个钻头从上一个套管的底部钻出一个新的井眼。2000500然后在这个新的井眼中也下套管，并用

8、水泥固定。固井准备中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施如前，再钻一个更小的井眼，再下相应的套管，防止塌陷。固井准备中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施用这种方法，井眼分段钻进，直到目标储层被钻穿。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施他们通过对目标区域进行测井知道是否形成气藏。 测井是用电缆将设备下到井下，记录岩石的物理属性，如电阻，孔隙度，密度，放射性，孔隙压力等等。地

9、质学家如何辨别地层中是否形成气藏？中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施如果有气藏，我们在生产层段下最后一次的套管, 用水泥固定。固井准备中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施然后在井眼内用射孔枪进行射孔，击穿生产层段部分的井壁套管。固井准备中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施在井眼里放入生产气管, 用封隔器把生产层段和上部的套管空间分隔开气管封隔器固井准备中国地质大学中国

10、地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施最后，这口井的气体被采到地面的管线，这些管线把井和地面的生产设备连接起来。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施地面的生产设备将生产出的流体中的水、气分离分离器水气中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施气水分离器水煤层气从那里，煤层气会被进一步提炼，之后被卖到市场上。储气罐固井准备中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤

11、层气井固井技术及增产措施技术及增产措施最后，煤层气产品卖到市场，驱动汽车，为我们的房屋供暖。固井准备中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施根据上面的找气过程根据上面的找气过程根据上面的找气过程根据上面的找气过程固井环节在哪？固井环节在哪？固井环节在哪？固井环节在哪？为什么要固井？为什么要固井？为什么要固井？为什么要固井？中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施煤层气井井深一般为煤层气井井深一般为煤层气井井深一般为煤层气井井深一般为100-1500m(

12、50m)100-1500m(50m)100-1500m(50m)100-1500m(50m)，井，井，井，井较浅，地温和地层压力都比较低，目的层较浅，地温和地层压力都比较低，目的层较浅，地温和地层压力都比较低，目的层较浅，地温和地层压力都比较低，目的层( ( ( (煤层煤层煤层煤层) ) ) )胶结强度低、松散，在煤层段易胶结强度低、松散，在煤层段易胶结强度低、松散，在煤层段易胶结强度低、松散，在煤层段易发生井漏、井壁坍塌形成发生井漏、井壁坍塌形成发生井漏、井壁坍塌形成发生井漏、井壁坍塌形成“ “大肚子大肚子大肚子大肚子” ”，造，造，造，造成产层伤害和影响固井质量。成产层伤害和影响固井质量。

13、成产层伤害和影响固井质量。成产层伤害和影响固井质量。煤层气井钻完以后，向井内下入一定尺煤层气井钻完以后，向井内下入一定尺煤层气井钻完以后，向井内下入一定尺煤层气井钻完以后，向井内下入一定尺寸的套管串，并在其周围注入水泥进行寸的套管串，并在其周围注入水泥进行寸的套管串，并在其周围注入水泥进行寸的套管串，并在其周围注入水泥进行固井。固井。固井。固井。井径扩大井段固井质量井径扩大井段固井质量井径扩大井段固井质量井径扩大井段固井质量为什么要固井为什么要固井为什么要固井为什么要固井中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施封隔疏松易塌

14、、易漏地层；封隔疏松易塌、易漏地层；封隔疏松易塌、易漏地层；封隔疏松易塌、易漏地层；封隔不同压力体系的煤层、含水层，防止相互窜漏，封隔不同压力体系的煤层、含水层，防止相互窜漏，封隔不同压力体系的煤层、含水层，防止相互窜漏，封隔不同压力体系的煤层、含水层，防止相互窜漏，以形成煤层气入井通道；以形成煤层气入井通道；以形成煤层气入井通道；以形成煤层气入井通道；安装井口，便于钻进和采气。安装井口，便于钻进和采气。安装井口，便于钻进和采气。安装井口，便于钻进和采气。固井目的：固井目的：固井目的：固井目的：中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技

15、术及增产措施气层层位多，要求层间封隔质量更高气层层位多，要求层间封隔质量更高气层层位多，要求层间封隔质量更高气层层位多，要求层间封隔质量更高 气层渗透性好，液柱压力稍不平衡就会发生气窜气层渗透性好，液柱压力稍不平衡就会发生气窜气层渗透性好，液柱压力稍不平衡就会发生气窜气层渗透性好，液柱压力稍不平衡就会发生气窜; ; ; ; 煤层气井井径扩大严重，顶替效率差，固井质量难以保证。煤层气井井径扩大严重，顶替效率差，固井质量难以保证。煤层气井井径扩大严重，顶替效率差，固井质量难以保证。煤层气井井径扩大严重，顶替效率差，固井质量难以保证。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固

16、井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施 钻进过程中煤层段可能发生严重剥落或坍塌导致井径扩大钻进过程中煤层段可能发生严重剥落或坍塌导致井径扩大钻进过程中煤层段可能发生严重剥落或坍塌导致井径扩大钻进过程中煤层段可能发生严重剥落或坍塌导致井径扩大，即在煤层段形成，即在煤层段形成，即在煤层段形成，即在煤层段形成“大肚子大肚子大肚子大肚子” ”井眼，使顶替效率降低，井眼，使顶替效率降低，井眼，使顶替效率降低，井眼，使顶替效率降低，水水水水泥浆泥浆泥浆泥浆不能将大井眼段的泥浆顶替干净不能将大井眼段的泥浆顶替干净不能将大井眼段的泥浆顶替干净不能将大井眼段的泥浆顶替干净，在水泥与井壁之间残留部，在水泥

17、与井壁之间残留部，在水泥与井壁之间残留部，在水泥与井壁之间残留部分泥浆分泥浆分泥浆分泥浆. . . .降低了水泥的封固效果。使固井质量降低。降低了水泥的封固效果。使固井质量降低。降低了水泥的封固效果。使固井质量降低。降低了水泥的封固效果。使固井质量降低。固井时易漏失，固井时易漏失，固井时易漏失，固井时易漏失，水泥浆低返水泥浆低返水泥浆低返水泥浆低返。煤层段。煤层段。煤层段。煤层段地层孔隙压力梯度地层孔隙压力梯度地层孔隙压力梯度地层孔隙压力梯度较较较较低，一般小于低，一般小于低，一般小于低，一般小于1.0MPa/100m,1.0MPa/100m,1.0MPa/100m,1.0MPa/100m,即

18、使用清水钻进，在煤层段漏失即使用清水钻进，在煤层段漏失即使用清水钻进，在煤层段漏失即使用清水钻进，在煤层段漏失现象也时有发生，现象也时有发生，现象也时有发生，现象也时有发生，常规水泥浆密度为常规水泥浆密度为常规水泥浆密度为常规水泥浆密度为1.85g/cm1.85g/cm1.85g/cm1.85g/cm3 3 3 3，其液柱压力，其液柱压力，其液柱压力，其液柱压力要比钻井液要比钻井液要比钻井液要比钻井液( ( ( (煤层段钻井液密度一般为煤层段钻井液密度一般为煤层段钻井液密度一般为煤层段钻井液密度一般为1.031.031.031.031.08g/cm1.08g/cm1.08g/cm1.08g/c

19、m3 3 3 3) ) ) )液柱液柱液柱液柱压力高压力高压力高压力高，固井时水泥浆很容易漏失，一方面导致水泥浆低返，固井时水泥浆很容易漏失，一方面导致水泥浆低返，固井时水泥浆很容易漏失，一方面导致水泥浆低返，固井时水泥浆很容易漏失，一方面导致水泥浆低返影响固井质量，另一方面水泥浆渗入煤层对煤层造成伤害。影响固井质量，另一方面水泥浆渗入煤层对煤层造成伤害。影响固井质量，另一方面水泥浆渗入煤层对煤层造成伤害。影响固井质量，另一方面水泥浆渗入煤层对煤层造成伤害。晋城地区的潘晋城地区的潘晋城地区的潘晋城地区的潘2 2 2 2井和晋试井和晋试井和晋试井和晋试1 1 1 1井均发生过固井水泥浆漏失问题。

20、井均发生过固井水泥浆漏失问题。井均发生过固井水泥浆漏失问题。井均发生过固井水泥浆漏失问题。固井技术难点：固井技术难点：固井技术难点：固井技术难点：中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施 水泥浆对煤层造成伤害。固井水泥浆是由水泥、水和外水泥浆对煤层造成伤害。固井水泥浆是由水泥、水和外水泥浆对煤层造成伤害。固井水泥浆是由水泥、水和外水泥浆对煤层造成伤害。固井水泥浆是由水泥、水和外加剂组成的一种硅酸盐胶凝材料。与钻井液相比，水泥浆密加剂组成的一种硅酸盐胶凝材料。与钻井液相比，水泥浆密加剂组成的一种硅酸盐胶凝材料。与钻井液相比，

21、水泥浆密加剂组成的一种硅酸盐胶凝材料。与钻井液相比，水泥浆密度大（度大（度大（度大（1.6-2.6g/cm1.6-2.6g/cm1.6-2.6g/cm1.6-2.6g/cm3 3 3 3) ) ) )。由于煤层易破碎、均质性差、裂。由于煤层易破碎、均质性差、裂。由于煤层易破碎、均质性差、裂。由于煤层易破碎、均质性差、裂缝发育，所以井壁上泥饼质量差，同时在固井过程中渗入煤缝发育，所以井壁上泥饼质量差，同时在固井过程中渗入煤缝发育，所以井壁上泥饼质量差，同时在固井过程中渗入煤缝发育，所以井壁上泥饼质量差，同时在固井过程中渗入煤层的层的层的层的滤液可能与地层水滤液可能与地层水滤液可能与地层水滤液可能

22、与地层水作用，生成永久沉淀，对煤层造成作用，生成永久沉淀，对煤层造成作用，生成永久沉淀，对煤层造成作用，生成永久沉淀，对煤层造成严重伤害。用清水钻进，在煤层段形成的泥饼质量差，固井严重伤害。用清水钻进，在煤层段形成的泥饼质量差，固井严重伤害。用清水钻进，在煤层段形成的泥饼质量差，固井严重伤害。用清水钻进，在煤层段形成的泥饼质量差，固井时水泥浆对煤层的伤害更大。时水泥浆对煤层的伤害更大。时水泥浆对煤层的伤害更大。时水泥浆对煤层的伤害更大。降低煤层伤害要与保证固井质量有机结合，对固井水泥浆降低煤层伤害要与保证固井质量有机结合，对固井水泥浆降低煤层伤害要与保证固井质量有机结合，对固井水泥浆降低煤层伤

23、害要与保证固井质量有机结合，对固井水泥浆要求高。由于要求高。由于要求高。由于要求高。由于煤层气井井浅、地层温度低、煤层孔隙压力低煤层气井井浅、地层温度低、煤层孔隙压力低煤层气井井浅、地层温度低、煤层孔隙压力低煤层气井井浅、地层温度低、煤层孔隙压力低，煤层段要求水泥浆具有，煤层段要求水泥浆具有，煤层段要求水泥浆具有，煤层段要求水泥浆具有低密度、低失水和高强度低密度、低失水和高强度低密度、低失水和高强度低密度、低失水和高强度的特点，的特点，的特点，的特点，还要在考虑降低成本的条件下提高固井质量。还要在考虑降低成本的条件下提高固井质量。还要在考虑降低成本的条件下提高固井质量。还要在考虑降低成本的条件

24、下提高固井质量。固井技术难点：固井技术难点：固井技术难点：固井技术难点：中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施在保证固井质量的前提下，尽量控制水泥浆液柱压力，在保证固井质量的前提下，尽量控制水泥浆液柱压力，在保证固井质量的前提下，尽量控制水泥浆液柱压力，在保证固井质量的前提下，尽量控制水泥浆液柱压力，实现近平衡压力达到降低固井作业对煤层的伤害是煤层实现近平衡压力达到降低固井作业对煤层的伤害是煤层实现近平衡压力达到降低固井作业对煤层的伤害是煤层实现近平衡压力达到降低固井作业对煤层的伤害是煤层气井固井的核心。气井固井的核心。

25、气井固井的核心。气井固井的核心。浅层气井及煤层气井固井存在的问题主要是封固后环空浅层气井及煤层气井固井存在的问题主要是封固后环空浅层气井及煤层气井固井存在的问题主要是封固后环空浅层气井及煤层气井固井存在的问题主要是封固后环空气窜。气窜。气窜。气窜。固井技术核心：固井技术核心：固井技术核心：固井技术核心：中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施水泥环要有足够的强度，满足强化作业、增产措施的需要水泥环要有足够的强度，满足强化作业、增产措施的需要水泥环要有足够的强度，满足强化作业、增产措施的需要水泥环要有足够的强度，满足强化作业

26、、增产措施的需要固井作业过程中要能尽量减少对煤储层的伤害固井作业过程中要能尽量减少对煤储层的伤害固井作业过程中要能尽量减少对煤储层的伤害固井作业过程中要能尽量减少对煤储层的伤害由于煤层气井开采周期长，在整个生产过程中要能维持煤由于煤层气井开采周期长，在整个生产过程中要能维持煤由于煤层气井开采周期长，在整个生产过程中要能维持煤由于煤层气井开采周期长，在整个生产过程中要能维持煤产层的地层稳定，同时要能为煤层气采出提供一可靠的上产层的地层稳定，同时要能为煤层气采出提供一可靠的上产层的地层稳定，同时要能为煤层气采出提供一可靠的上产层的地层稳定，同时要能为煤层气采出提供一可靠的上升通道。升通道。升通道。

27、升通道。煤层气井固井要求煤层气井固井要求煤层气井固井要求煤层气井固井要求中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施通过介绍固井技术目的、难点、核心、要求？通过介绍固井技术目的、难点、核心、要求？套管水泥套管水泥中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施一、套管和套管柱一、套管和套管柱一、套管和套管柱一、套管和套管柱套管：优质无缝钢管。套管：优质无缝钢管。套管：优质无缝钢管。套管：优质无缝钢管。一端为公扣，直接车在管体上；一端为公扣，直接车在管体上；一端为公

28、扣，直接车在管体上；一端为公扣，直接车在管体上；一端一端一端一端为带母扣的套管接箍。为带母扣的套管接箍。为带母扣的套管接箍。为带母扣的套管接箍。套管的尺寸系列：套管的尺寸系列：套管的尺寸系列：套管的尺寸系列：APIAPI标准套管：标准套管：4 1/2 4 1/2 ，5 5 ，5 1/2 5 1/2 ，6 5/8 6 5/8 ，7 7 ，7 5/87 5/8，8 8 5/85/8“ “，9 5/89 5/8” ”，10 3/410 3/4“ “，11 3/411 3/4” ”，13 3/813 3/8“ “，1616” ”，18 5/818 5/8，2020；共；共1414种种(114.3-19

29、3.7mm)(114.3-193.7mm)。壁厚：壁厚：5.215.2116.13 mm16.13 mm。小直径的套管直径小一些，大直径的套管直径大一些。小直径的套管直径小一些，大直径的套管直径大一些。另外有非标准的钢级和壁厚。另外有非标准的钢级和壁厚。套管套管套管套管中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施 套管的钢级套管的钢级套管的钢级套管的钢级APIAPIAPIAPI标准：标准：标准：标准：H-40H-40H-40H-40，J-55J-55J-55J-55，K-55K-55K-55K-55，C-75C-75C-75C

30、-75，L-80L-80L-80L-80，N-80N-80N-80N-80，C-C-C-C-90909090，C-95C-95C-95C-95，P-110P-110P-110P-110，Q-125Q-125Q-125Q-125。（数字。（数字。（数字。（数字 1000100010001000为套管的最小为套管的最小为套管的最小为套管的最小屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度 kpsikpsikpsikpsi）。）。）。）。1kpsi=6.8947MPa1kpsi=6.8947MPa1kpsi=6.8947MPa1kpsi=6.8947MPa其中，其中，其中，其中， H-40H-40H-40H-40

31、，J-55J-55J-55J-55，K-55K-55K-55K-55，C-75C-75C-75C-75，L-80L-80L-80L-80，C-90C-90C-90C-90是抗硫是抗硫是抗硫是抗硫的。的。的。的。 连接螺纹的类型连接螺纹的类型连接螺纹的类型连接螺纹的类型APIAPIAPIAPI标准：短圆（标准：短圆（标准：短圆（标准：短圆（STCSTCSTCSTC）、长圆（）、长圆（）、长圆（）、长圆（LTCLTCLTCLTC）、梯形（）、梯形（）、梯形（）、梯形（BTCBTCBTCBTC）、）、）、）、直连型（直连型（直连型（直连型（XLXLXLXL） 套管柱：由同一内径、不同钢级、不同壁厚的

32、套管用接箍套管柱：由同一内径、不同钢级、不同壁厚的套管用接箍套管柱：由同一内径、不同钢级、不同壁厚的套管用接箍套管柱：由同一内径、不同钢级、不同壁厚的套管用接箍连接组成的管柱。特殊情况下也使用无接箍套管柱。连接组成的管柱。特殊情况下也使用无接箍套管柱。连接组成的管柱。特殊情况下也使用无接箍套管柱。连接组成的管柱。特殊情况下也使用无接箍套管柱。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施煤层气井井孔中下入的套管可分为表层套管、中层套管和产层煤层气井井孔中下入的套管可分为表层套管、中层套管和产层煤层气井井孔中下入的套管可分为表层套

33、管、中层套管和产层煤层气井井孔中下入的套管可分为表层套管、中层套管和产层套管（生产套管）三种类型。套管（生产套管）三种类型。套管（生产套管）三种类型。套管（生产套管）三种类型。表层套管表层套管表层套管表层套管: : : :用以封隔上部松软的易塌、易漏地层，安装井口，用以封隔上部松软的易塌、易漏地层，安装井口，用以封隔上部松软的易塌、易漏地层，安装井口，用以封隔上部松软的易塌、易漏地层，安装井口，控制井喷，支撑中层套管和产层套管。控制井喷，支撑中层套管和产层套管。控制井喷，支撑中层套管和产层套管。控制井喷，支撑中层套管和产层套管。中层套管中层套管中层套管中层套管: : : :用以封隔用钻井液难以

34、控制的复杂地层，保证顺用以封隔用钻井液难以控制的复杂地层，保证顺用以封隔用钻井液难以控制的复杂地层，保证顺用以封隔用钻井液难以控制的复杂地层，保证顺利钻井。利钻井。利钻井。利钻井。产层套管产层套管产层套管产层套管: : : :用以将产层与其它地层以及不同压力的产层分隔用以将产层与其它地层以及不同压力的产层分隔用以将产层与其它地层以及不同压力的产层分隔用以将产层与其它地层以及不同压力的产层分隔开，形成煤层气流通通道，保证长期生产，满足开采和储层压开，形成煤层气流通通道，保证长期生产，满足开采和储层压开，形成煤层气流通通道，保证长期生产，满足开采和储层压开，形成煤层气流通通道，保证长期生产，满足开

35、采和储层压裂的要求。裂的要求。裂的要求。裂的要求。 表层套管的下入深度要足以消除钻进问题，但不能将表层套管表层套管的下入深度要足以消除钻进问题，但不能将表层套管表层套管的下入深度要足以消除钻进问题，但不能将表层套管表层套管的下入深度要足以消除钻进问题，但不能将表层套管或中层套管下过打算完井的目标煤层段。或中层套管下过打算完井的目标煤层段。或中层套管下过打算完井的目标煤层段。或中层套管下过打算完井的目标煤层段。套管类型套管类型套管类型套管类型中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施表层套管主要用途：表层套管主要用途：表层套管

36、主要用途：表层套管主要用途：封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；安装井口、悬挂和支封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；安装井口、悬挂和支封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；安装井口、悬挂和支封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。撑后续各层套管。撑后续各层套管。撑后续各层套管。下深位置：根据钻井的目的层深度和地表状况而定，一般为上下深位置：根据钻井的目的层深度和地表状况而定，一般为上下深位置：根据钻井的目的层深度和地表状况而定，一般为上下深位置：根据钻井的目的层深度和地表状况而定，一般为上百米甚至上千米。百米甚至上千米。百米甚至上千米。百米甚至上千米。中层套管主要

37、用途：中层套管主要用途：中层套管主要用途：中层套管主要用途：在表层套管和生产套管之间由于技术要在表层套管和生产套管之间由于技术要在表层套管和生产套管之间由于技术要在表层套管和生产套管之间由于技术要求下入的套管，可以是一层、两层或更多层。求下入的套管，可以是一层、两层或更多层。求下入的套管，可以是一层、两层或更多层。求下入的套管，可以是一层、两层或更多层。主要用来封隔不同地层压力层系或易漏、易塌、易卡等井下复主要用来封隔不同地层压力层系或易漏、易塌、易卡等井下复主要用来封隔不同地层压力层系或易漏、易塌、易卡等井下复主要用来封隔不同地层压力层系或易漏、易塌、易卡等井下复杂地层杂地层杂地层杂地层。产

38、层套管主要用途：产层套管主要用途：产层套管主要用途：产层套管主要用途：用以保护生产层，提供煤层气生产通道。用以保护生产层，提供煤层气生产通道。用以保护生产层，提供煤层气生产通道。用以保护生产层，提供煤层气生产通道。 下深位置：由目的层位置及完井方式而定。下深位置：由目的层位置及完井方式而定。下深位置：由目的层位置及完井方式而定。下深位置：由目的层位置及完井方式而定。套管用途套管用途套管用途套管用途中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施了解了套管的定义后，固井过程要求对井了解了套管的定义后，固井过程要求对井身结构有充分了解

39、才能去采用相应的措施身结构有充分了解才能去采用相应的措施去固井段固井。去固井段固井。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施图图3-8-1-1 套管类型套管类型（a）正常压力井；（正常压力井；（b）异常压力井异常压力井井身结构井身结构井身结构是指一口井井身结构是指一口井下入套管的层次、尺下入套管的层次、尺寸、深度，各层套管寸、深度，各层套管相应的钻头尺寸以及相应的钻头尺寸以及各层套管的水泥返高。各层套管的水泥返高。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措

40、施套套管管井井径径钻钻头头尺尺寸寸常常用用组组合合中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施1 1、能能有有效效的的保保护护产产层层，使使不不同同压压力力梯梯度度的的产产气气层层不不受受泥泥浆浆污污染染损害。损害。2 2、应应避避免免漏漏、喷喷、塌塌、卡卡等等复复杂杂情情况况产产生生，为为全全井井顺顺利利钻钻进进创创造条件，使钻井周期最短。造条件，使钻井周期最短。3 3、钻钻下下部部高高压压地地层层是是所所用用的的较较高高密密度度泥泥浆浆产产生生的的液液柱柱压压力力，不不致压裂上一层套管处薄弱的裸露地层。致压裂上一层套管处薄

41、弱的裸露地层。4 4、下套管过程中，井内泥浆液柱压力和地层压力之间的压差，、下套管过程中，井内泥浆液柱压力和地层压力之间的压差，不致产生压差卡套管事故不致产生压差卡套管事故 井身结构确定的原则及依据井身结构确定的原则及依据中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施对井身结构有了一定的了解，固井？设计套管柱？中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施 1)1)1)1)套管柱受力计算套管柱受力计算套管柱受力计算套管柱受力计算 下入井内的套管柱，在固井和以后的生

42、产过程中下入井内的套管柱，在固井和以后的生产过程中下入井内的套管柱，在固井和以后的生产过程中下入井内的套管柱，在固井和以后的生产过程中, , , ,受到各种外受到各种外受到各种外受到各种外载的综合作用。其中最主要的是载的综合作用。其中最主要的是载的综合作用。其中最主要的是载的综合作用。其中最主要的是轴向拉力、外挤压力和内压力。轴向拉力、外挤压力和内压力。轴向拉力、外挤压力和内压力。轴向拉力、外挤压力和内压力。（1 1 1 1）轴向拉力）轴向拉力）轴向拉力）轴向拉力套管柱在井内承受的轴向拉力主要由套管柱套管柱在井内承受的轴向拉力主要由套管柱套管柱在井内承受的轴向拉力主要由套管柱套管柱在井内承受的

43、轴向拉力主要由套管柱的自重和井内钻井液浮力组成。由下至上逐渐增大，井口处达到的自重和井内钻井液浮力组成。由下至上逐渐增大，井口处达到的自重和井内钻井液浮力组成。由下至上逐渐增大，井口处达到的自重和井内钻井液浮力组成。由下至上逐渐增大，井口处达到最大，其值可由下式计算最大，其值可由下式计算最大，其值可由下式计算最大，其值可由下式计算式中式中式中式中: : : :WW井口处的轴向拉力（井口处的轴向拉力（井口处的轴向拉力（井口处的轴向拉力（N N N N）；）；）；）； L L- - - -套管柱长度（套管柱长度（套管柱长度（套管柱长度（ m m m m ）；）；）；）； q q包括接箍在内套管每米

44、重量包括接箍在内套管每米重量包括接箍在内套管每米重量包括接箍在内套管每米重量N/m) ;N/m) ;N/m) ;N/m) ; mm井内钻井液密度井内钻井液密度井内钻井液密度井内钻井液密度(kg/m(kg/m(kg/m(kg/m3 3 3 3) ;) ;) ;) ; g-g-套管钢材密度套管钢材密度套管钢材密度套管钢材密度(kg/m(kg/m(kg/m(kg/m3 3 3 3) ) ) )。套管柱受力分析套管柱受力分析套管柱受力分析套管柱受力分析中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施2)2)2)2)外挤压力外挤压力外挤压力

45、外挤压力套管柱所受外挤压力，主要是钻井液液柱压力套管柱所受外挤压力，主要是钻井液液柱压力套管柱所受外挤压力，主要是钻井液液柱压力套管柱所受外挤压力，主要是钻井液液柱压力或地层流体压力。其值由上而下逐渐增大。外挤压力可由或地层流体压力。其值由上而下逐渐增大。外挤压力可由或地层流体压力。其值由上而下逐渐增大。外挤压力可由或地层流体压力。其值由上而下逐渐增大。外挤压力可由下式计算下式计算下式计算下式计算: : : :式中：式中：式中：式中： PcPcPcPc: :井下套管柱在某一点所受的外挤压力井下套管柱在某一点所受的外挤压力 mm: :固井时钻井液密度固井时钻井液密度(kg/m(kg/m3 3 )

46、 ) f f: :地层流体密度地层流体密度(kg/m(kg/m3 3) )H H1 1: :水泥返高以上套管柱长度水泥返高以上套管柱长度(m)(m)H H2 2: :水泥封固段内套管柱长度水泥封固段内套管柱长度(m)(m)g:g:重力加速度重力加速度(9.81m/s(9.81m/s2 2) ) 上式计算所得外挤压力减去套管内流体所产生的压上式计算所得外挤压力减去套管内流体所产生的压力，则为该点套管实际所承受的外挤压力。力，则为该点套管实际所承受的外挤压力。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施3)3)3)3)内压力内压力

47、内压力内压力 内压力是井下套管柱受到套管内流体施加的压力内压力是井下套管柱受到套管内流体施加的压力内压力是井下套管柱受到套管内流体施加的压力内压力是井下套管柱受到套管内流体施加的压力以及特殊作业以及特殊作业以及特殊作业以及特殊作业( ( ( (如压裂、挤水泥如压裂、挤水泥如压裂、挤水泥如压裂、挤水泥) ) ) )所施加的压力。由于地层压所施加的压力。由于地层压所施加的压力。由于地层压所施加的压力。由于地层压力难以预先确定，所以套管柱内压力确定是困难的。力难以预先确定，所以套管柱内压力确定是困难的。力难以预先确定，所以套管柱内压力确定是困难的。力难以预先确定，所以套管柱内压力确定是困难的。由于煤

48、层气井较浅，地层压力较小由于煤层气井较浅，地层压力较小由于煤层气井较浅，地层压力较小由于煤层气井较浅，地层压力较小一般石油套管的抗内压强度都大于抗外挤强度，内压力的确一般石油套管的抗内压强度都大于抗外挤强度，内压力的确一般石油套管的抗内压强度都大于抗外挤强度，内压力的确一般石油套管的抗内压强度都大于抗外挤强度，内压力的确定及套管抗内压设计的问题不突出，可以不进行内压力计算定及套管抗内压设计的问题不突出，可以不进行内压力计算定及套管抗内压设计的问题不突出，可以不进行内压力计算定及套管抗内压设计的问题不突出，可以不进行内压力计算但对于某些高压煤层，进行内压力计算也是必要的。但对于某些高压煤层，进行

49、内压力计算也是必要的。但对于某些高压煤层，进行内压力计算也是必要的。但对于某些高压煤层，进行内压力计算也是必要的。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施对于在高压煤层区所钻的煤层气井，以井口压力及套管内、外压差之和对于在高压煤层区所钻的煤层气井，以井口压力及套管内、外压差之和对于在高压煤层区所钻的煤层气井，以井口压力及套管内、外压差之和对于在高压煤层区所钻的煤层气井，以井口压力及套管内、外压差之和来计算有效内压力。来计算有效内压力。来计算有效内压力。来计算有效内压力。当套管内、外钻井液密度相等时，整个套管柱内压力相等，即

50、为井口压当套管内、外钻井液密度相等时，整个套管柱内压力相等，即为井口压当套管内、外钻井液密度相等时，整个套管柱内压力相等，即为井口压当套管内、外钻井液密度相等时，整个套管柱内压力相等，即为井口压力力力力; ; ; ;当套管柱内、外钻井液密度不等时，则套管内压力为井口压力及套当套管柱内、外钻井液密度不等时，则套管内压力为井口压力及套当套管柱内、外钻井液密度不等时，则套管内压力为井口压力及套当套管柱内、外钻井液密度不等时，则套管内压力为井口压力及套管内、外压力差之和。管内、外压力差之和。管内、外压力差之和。管内、外压力差之和。在井深在井深在井深在井深L1L1L1L1处套管的内压力处套管的内压力处套

51、管的内压力处套管的内压力P P P PL1L1L1L1的计算式如下的计算式如下的计算式如下的计算式如下式中式中式中式中P P P PL1L1L1L1：井深井深井深井深L1L1L1L1处套管内压力处套管内压力处套管内压力处套管内压力(Pa);(Pa);(Pa);(Pa);GbGbGbGb: : : :上覆岩石压力梯度（上覆岩石压力梯度（上覆岩石压力梯度（上覆岩石压力梯度（Pa/m);Pa/m);Pa/m);Pa/m);L:L:L:L:井深井深井深井深(m);(m);(m);(m);L1:L1:L1:L1:计算点井深计算点井深计算点井深计算点井深(m);(m);(m);(m);GgGgGgGg:

52、: : :天然气压力梯度天然气压力梯度天然气压力梯度天然气压力梯度Pa/m);Pa/m);Pa/m);Pa/m); mm:套管外钻井液密度套管外钻井液密度套管外钻井液密度套管外钻井液密度(kg/m(kg/m(kg/m(kg/m3 3 3 3););););g:g:g:g:重力加速度重力加速度重力加速度重力加速度(9.81m/s(9.81m/s(9.81m/s(9.81m/s2 2 2 2) ) ) )中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施套套套套管管管管柱柱柱柱设设设设计计计计是是是是在在在在套套套套管管管管柱柱柱柱受受

53、受受力力力力分分分分析析析析的的的的基基基基础础础础上上上上，再再再再根根根根据据据据套套套套管管管管本本本本身身身身所具有的强度，建立一个安全经济的平衡关系，通式为所具有的强度，建立一个安全经济的平衡关系，通式为所具有的强度，建立一个安全经济的平衡关系，通式为所具有的强度，建立一个安全经济的平衡关系，通式为安全系数安全系数安全系数安全系数外载外载外载外载套管强度套管强度套管强度套管强度1.1.1.1.首首首首先先先先根根根根据据据据套套套套管管管管柱柱柱柱在在在在不不不不同同同同井井井井深深深深所所所所受受受受外外外外载载载载（外外外外挤挤挤挤压压压压力力力力、轴轴轴轴向向向向拉拉拉拉力和内

54、压力），可根据井下具体情况计算出来；力和内压力），可根据井下具体情况计算出来；力和内压力），可根据井下具体情况计算出来；力和内压力），可根据井下具体情况计算出来；2.2.2.2.安安安安全全全全系系系系数数数数确确确确定定定定：根根根根据据据据套套套套管管管管强强强强度度度度的的的的计计计计算算算算方方方方法法法法、室室室室内内内内套套套套管管管管强强强强度度度度实实实实验验验验、井井井井下下下下套套套套管管管管柱柱柱柱受受受受力力力力状状状状况况况况以以以以及及及及套套套套管管管管柱柱柱柱设设设设计计计计方方方方法法法法等等等等并并并并结结结结合合合合经经经经验验验验来确定。来确定。来确定。

55、来确定。3.3.3.3.根据上式计算不同井深所需套管强度。根据上式计算不同井深所需套管强度。根据上式计算不同井深所需套管强度。根据上式计算不同井深所需套管强度。4.4.4.4.由由由由通通通通式式式式算算算算出出出出不不不不同同同同井井井井深深深深所所所所需需需需套套套套管管管管强强强强度度度度，再再再再由由由由“ “套套套套管管管管强强强强度度度度数数数数据据据据表表表表” ”查查查查出出出出各各各各井井井井段段段段所所所所需需需需的的的的不不不不同同同同钢钢钢钢级级级级、壁壁壁壁厚厚厚厚和和和和扣扣扣扣型型型型的的的的套套套套管管管管，这这这这样样样样便便便便可设计出所需的套管柱。可设计出

56、所需的套管柱。可设计出所需的套管柱。可设计出所需的套管柱。套管柱的设计套管柱的设计套管柱的设计套管柱的设计中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施(1) (1) 确定不同外载安全系数确定不同外载安全系数确定不同外载安全系数确定不同外载安全系数安安安安全全全全系系系系数数数数取取取取值值值值抗外挤安全系数：抗外挤安全系数：抗外挤安全系数：抗外挤安全系数：1.001.001.501.50，常用的为，常用的为，常用的为，常用的为1.1251.125抗拉安全系数：抗拉安全系数：抗拉安全系数：抗拉安全系数：1.501.502.002

57、.00，常用的为，常用的为，常用的为，常用的为1.801.80抗内压安全系数：抗内压安全系数：抗内压安全系数：抗内压安全系数：1.001.001.751.75，常用的为，常用的为，常用的为，常用的为1.101.10有关研究单位经过实验研究给出了一般安全系数的范围：有关研究单位经过实验研究给出了一般安全系数的范围：有关研究单位经过实验研究给出了一般安全系数的范围：有关研究单位经过实验研究给出了一般安全系数的范围：中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施2 2、套管柱等安全系数设计法、套管柱等安全系数设计法、套管柱等安全系数设

58、计法、套管柱等安全系数设计法 套套管管柱柱设设计计方方法法有有等等安安全全系系数数法法、边边界界负负荷荷法法和和最最大大载载荷荷法法。目前国内外普通用等安全系数法。目前国内外普通用等安全系数法。 所所谓谓等等安安全全系系数数法法，即即在在套套管管柱柱上上各各段段的的最最小小安安全全系系数数等等于于 （或大于）所规定的某个安全系数值。（或大于）所规定的某个安全系数值。图图3-8-2-6套管柱受力示意图套管柱受力示意图 轴向拉力、外挤压力及内压轴向拉力、外挤压力及内压力在套管柱各截面上不是均匀力在套管柱各截面上不是均匀分布的。轴向拉力自下而上增分布的。轴向拉力自下而上增加；外挤压力自下而上减小；加

59、；外挤压力自下而上减小；内压力从有效内压力（内压力内压力从有效内压力（内压力与外挤压力的差值）来看，一与外挤压力的差值）来看，一般总的趋势自下而上增加。般总的趋势自下而上增加。 中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施 在设计中为了达到既安全又经济的原则，在设计中为了达到既安全又经济的原则，整个套管柱整个套管柱应由不同钢级、壁厚和扣型的套管所组成，应由不同钢级、壁厚和扣型的套管所组成，使各段套管使各段套管柱最小安全系数等于（或大于）所规定的安全系数值柱最小安全系数等于（或大于）所规定的安全系数值（即等安全系数法）。（即等安

60、全系数法）。为了避免反复计算和设计，为了避免反复计算和设计，在煤层气井中，先对下在煤层气井中，先对下部（自下而上）进行抗挤设计，而后对上部（自下而上）部（自下而上）进行抗挤设计，而后对上部（自下而上）进行抗拉设计，最后校核抗内压强度。进行抗拉设计，最后校核抗内压强度。在煤层压力较高的煤层气井，则首先进行抗内压在煤层压力较高的煤层气井，则首先进行抗内压设计，选出满足抗内压强度的套管，然后再进行抗挤和设计，选出满足抗内压强度的套管，然后再进行抗挤和抗拉设计。抗拉设计。 中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施掌握基础数据包括套

61、管尺寸、下入深度、钻井液密度、掌握基础数据包括套管尺寸、下入深度、钻井液密度、掌握基础数据包括套管尺寸、下入深度、钻井液密度、掌握基础数据包括套管尺寸、下入深度、钻井液密度、水泥返高及套管强度性能表。水泥返高及套管强度性能表。水泥返高及套管强度性能表。水泥返高及套管强度性能表。根据外挤压力和抗拉安全系数确定下部第一段套管的钢根据外挤压力和抗拉安全系数确定下部第一段套管的钢根据外挤压力和抗拉安全系数确定下部第一段套管的钢根据外挤压力和抗拉安全系数确定下部第一段套管的钢级和壁厚。级和壁厚。级和壁厚。级和壁厚。式中式中式中式中H1H1H1H1：第一段套管下入深度：第一段套管下入深度：第一段套管下入深

62、度：第一段套管下入深度; ; ; ;P Pb b: :套管在井底所受外挤压力套管在井底所受外挤压力套管在井底所受外挤压力套管在井底所受外挤压力(Pa);(Pa);(Pa);(Pa); mm:套管外钻井液密度套管外钻井液密度套管外钻井液密度套管外钻井液密度(kg/m(kg/m3 3); );g:g:重力加速度重力加速度重力加速度重力加速度(9.81m/s(9.81m/s2 2）套管柱的设计步骤和方法套管柱的设计步骤和方法套管柱的设计步骤和方法套管柱的设计步骤和方法: : : :中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施下部第一

63、段套管的抗外挤强度必须大于或等下部第一段套管的抗外挤强度必须大于或等下部第一段套管的抗外挤强度必须大于或等下部第一段套管的抗外挤强度必须大于或等于井底外挤压力与抗外安全系数之积，即于井底外挤压力与抗外安全系数之积，即于井底外挤压力与抗外安全系数之积，即于井底外挤压力与抗外安全系数之积，即式中式中式中式中: :P Pc1c1: :第一段套管的抗外挤强度第一段套管的抗外挤强度第一段套管的抗外挤强度第一段套管的抗外挤强度(Pa);(Pa);S Sc c: :抗外挤安全系数抗外挤安全系数抗外挤安全系数抗外挤安全系数。根据根据根据根据Pc1Pc1 则可由套管强度性能表中选出下部第一段则可由套管强度性能表

64、中选出下部第一段则可由套管强度性能表中选出下部第一段则可由套管强度性能表中选出下部第一段套管。套管。套管。套管。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施确定第二段套管可下深度和第一段套管的实际确定第二段套管可下深度和第一段套管的实际确定第二段套管可下深度和第一段套管的实际确定第二段套管可下深度和第一段套管的实际下入深度。下入深度。下入深度。下入深度。 由于外挤压力愈往上愈小，第二段套管可选纲级由于外挤压力愈往上愈小，第二段套管可选纲级由于外挤压力愈往上愈小，第二段套管可选纲级由于外挤压力愈往上愈小，第二段套管可选纲级或壁厚

65、较低的套管，其可下深度由下式确定或壁厚较低的套管，其可下深度由下式确定或壁厚较低的套管，其可下深度由下式确定或壁厚较低的套管，其可下深度由下式确定式中式中式中式中H H2 2：第二段套管的可下深度：第二段套管的可下深度：第二段套管的可下深度：第二段套管的可下深度(m) ;(m) ; P Pc1c1: :第二段套管的抗外挤强度第二段套管的抗外挤强度第二段套管的抗外挤强度第二段套管的抗外挤强度(Pa);(Pa);第一段套管实际下入长度由下式确定第一段套管实际下入长度由下式确定第一段套管实际下入长度由下式确定第一段套管实际下入长度由下式确定L1L1H1H1H2H2式中式中式中式中L1L1：第一段套管

66、实际下入长度：第一段套管实际下入长度：第一段套管实际下入长度：第一段套管实际下入长度(m)(m) o o中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施按抗拉强度设计确定上部各段套管。按抗拉强度设计确定上部各段套管。按抗拉强度设计确定上部各段套管。按抗拉强度设计确定上部各段套管。设自下而上第设自下而上第设自下而上第设自下而上第i i段以上各段套管总重量为段以上各段套管总重量为段以上各段套管总重量为段以上各段套管总重量为该段套管抗拉强度为该段套管抗拉强度为该段套管抗拉强度为该段套管抗拉强度为P Pji ji , ,第第第第i i段套

67、管顶截面的抗拉安段套管顶截面的抗拉安段套管顶截面的抗拉安段套管顶截面的抗拉安全系数为全系数为全系数为全系数为S ST T，则第，则第，则第，则第i i段套管长度的计算公式为段套管长度的计算公式为段套管长度的计算公式为段套管长度的计算公式为 式中式中式中式中L L L Li i i i: : : :第第第第i i i i段套管可下入长度段套管可下入长度段套管可下入长度段套管可下入长度(m);(m);(m);(m);Q Q Q Qbibibibi：第：第：第：第i i i i段套管单位长度浮重段套管单位长度浮重段套管单位长度浮重段套管单位长度浮重(N/m);(N/m);(N/m);(N/m);P

68、P P Pjijijiji：第：第：第：第i i i i段套管的抗拉强度段套管的抗拉强度段套管的抗拉强度段套管的抗拉强度(N);(N);(N);(N);S S S ST T T T：抗拉安全系数：抗拉安全系数：抗拉安全系数：抗拉安全系数; ; ; ; 第第第第i i i i段以下各段套管的总重量段以下各段套管的总重量段以下各段套管的总重量段以下各段套管的总重量(N)(N)(N)(N)中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施抗内压安全系数校核。抗内压安全系数校核。抗内压安全系数校核。抗内压安全系数校核。式中式中式中式中P P

69、i i: :井口套管的抗内压强度井口套管的抗内压强度井口套管的抗内压强度井口套管的抗内压强度(Pa);(Pa); P Ps s: :井口内压力井口内压力井口内压力井口内压力(Pa);(Pa); S Si i: :抗内压安全系数。抗内压安全系数。抗内压安全系数。抗内压安全系数。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施我们对套管设计的受力分析有了一定了解，现在？中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施几个概念与标准几个概念与标准几个概念与标准几个概念与标准

70、 油井水泥：油井水泥：油井水泥：油井水泥：是封固井眼与套管环空的主要材料，由于井下温是封固井眼与套管环空的主要材料，由于井下温是封固井眼与套管环空的主要材料，由于井下温是封固井眼与套管环空的主要材料，由于井下温度和压力与地表有很大差别，因此油井水泥与普通建筑水泥度和压力与地表有很大差别，因此油井水泥与普通建筑水泥度和压力与地表有很大差别，因此油井水泥与普通建筑水泥度和压力与地表有很大差别，因此油井水泥与普通建筑水泥在矿物成分、理化性质等方面都有较大的差别。为了区分固在矿物成分、理化性质等方面都有较大的差别。为了区分固在矿物成分、理化性质等方面都有较大的差别。为了区分固在矿物成分、理化性质等方面

71、都有较大的差别。为了区分固井用水泥与普通建筑水泥，把固井用水泥叫做油井水泥。井用水泥与普通建筑水泥，把固井用水泥叫做油井水泥。井用水泥与普通建筑水泥，把固井用水泥叫做油井水泥。井用水泥与普通建筑水泥，把固井用水泥叫做油井水泥。水泥浆：水泥浆：水泥浆：水泥浆：油井水泥配制成的可泵送的浆体，叫水泥浆。油井水泥配制成的可泵送的浆体，叫水泥浆。油井水泥配制成的可泵送的浆体，叫水泥浆。油井水泥配制成的可泵送的浆体，叫水泥浆。注水泥：注水泥：注水泥：注水泥：水泥浆通过套管内注入井，再用钻井液或清水将水水泥浆通过套管内注入井，再用钻井液或清水将水水泥浆通过套管内注入井，再用钻井液或清水将水水泥浆通过套管内注

72、入井，再用钻井液或清水将水泥浆顶入套管与井眼环空某一预定高度的作业。泥浆顶入套管与井眼环空某一预定高度的作业。泥浆顶入套管与井眼环空某一预定高度的作业。泥浆顶入套管与井眼环空某一预定高度的作业。水泥返高：水泥返高：水泥返高：水泥返高：水泥面在套管与井眼环空的高度。水泥面在套管与井眼环空的高度。水泥面在套管与井眼环空的高度。水泥面在套管与井眼环空的高度。 固井材料固井材料固井材料固井材料中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施1 1 1 1、油井水泥的主要成分、油井水泥的主要成分、油井水泥的主要成分、油井水泥的主要成分（1

73、1 1 1）硅酸三钙）硅酸三钙）硅酸三钙）硅酸三钙3CaO3CaO3CaO3CaO SiO2SiO2SiO2SiO2。（。（。（。（简称简称简称简称C3SC3SC3SC3S）l l水泥的主要成份，一般的含量为水泥的主要成份，一般的含量为水泥的主要成份，一般的含量为水泥的主要成份，一般的含量为 4040404065656565。l l对水泥的强度，尤其是早期强度有较大的影响。对水泥的强度，尤其是早期强度有较大的影响。对水泥的强度，尤其是早期强度有较大的影响。对水泥的强度，尤其是早期强度有较大的影响。l l高高高高早早早早期期期期强强强强度度度度水水水水泥泥泥泥中中中中含含含含量量量量可可可可达达

74、达达6060606065656565，缓缓缓缓凝凝凝凝水水水水泥泥泥泥中含量在中含量在中含量在中含量在4040404045454545。（2 2 2 2）硅酸二钙）硅酸二钙）硅酸二钙）硅酸二钙2CaO2CaO2CaO2CaO SiO2SiO2SiO2SiO2（简称简称简称简称C2SC2SC2SC2S），），），），l l含量一般在含量一般在含量一般在含量一般在2424242430303030之间；之间；之间；之间；l l水化反应缓慢，强度增长慢；水化反应缓慢，强度增长慢；水化反应缓慢，强度增长慢；水化反应缓慢，强度增长慢；l l对水泥的最终强度有影响。对水泥的最终强度有影响。对水泥的最终强度有

75、影响。对水泥的最终强度有影响。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施（3 3 3 3）铝酸三钙）铝酸三钙）铝酸三钙）铝酸三钙3CaO3CaO3CaO3CaO Al2O3Al2O3Al2O3Al2O3（简称（简称（简称（简称C3AC3AC3AC3A）促进水泥快速水化；促进水泥快速水化；促进水泥快速水化；促进水泥快速水化；其含量是决定水泥初凝和稠化时间的主要因素；其含量是决定水泥初凝和稠化时间的主要因素；其含量是决定水泥初凝和稠化时间的主要因素；其含量是决定水泥初凝和稠化时间的主要因素；对水泥浆的流变性及早期强度有较大影响；

76、对水泥浆的流变性及早期强度有较大影响；对水泥浆的流变性及早期强度有较大影响；对水泥浆的流变性及早期强度有较大影响；对硫酸盐极为敏感；对于有较高早期强度的水泥，其含对硫酸盐极为敏感；对于有较高早期强度的水泥，其含对硫酸盐极为敏感；对于有较高早期强度的水泥，其含对硫酸盐极为敏感；对于有较高早期强度的水泥，其含量可达量可达量可达量可达15151515。（4 4 4 4）铁铝酸四钙）铁铝酸四钙）铁铝酸四钙）铁铝酸四钙4CaO4CaO4CaO4CaO Al2O3Al2O3Al2O3Al2O3 Fe2O3Fe2O3Fe2O3Fe2O3（简称（简称（简称（简称C4AFC4AFC4AFC4AF），），），），

77、对强度影响较小，水化速度仅次于对强度影响较小，水化速度仅次于对强度影响较小，水化速度仅次于对强度影响较小，水化速度仅次于C3AC3AC3AC3A，早期强度增长较快，含量为早期强度增长较快，含量为早期强度增长较快，含量为早期强度增长较快，含量为8 8 8 812121212。除了以上四种主要成份之外，还有石膏、碱金属的氧化除了以上四种主要成份之外，还有石膏、碱金属的氧化除了以上四种主要成份之外，还有石膏、碱金属的氧化除了以上四种主要成份之外，还有石膏、碱金属的氧化物等。物等。物等。物等。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措

78、施2 2 2 2、水泥的水化、水泥的水化、水泥的水化、水泥的水化水泥与水混合成水泥浆后，与水发生化学反应，生成水泥与水混合成水泥浆后，与水发生化学反应，生成水泥与水混合成水泥浆后，与水发生化学反应，生成水泥与水混合成水泥浆后，与水发生化学反应，生成各种水化产物。逐渐由液态变为固态，使水泥硬化和各种水化产物。逐渐由液态变为固态，使水泥硬化和各种水化产物。逐渐由液态变为固态，使水泥硬化和各种水化产物。逐渐由液态变为固态，使水泥硬化和凝结，形成水泥石。凝结，形成水泥石。凝结，形成水泥石。凝结，形成水泥石。（1 1 1 1）水泥的水化反应）水泥的水化反应）水泥的水化反应）水泥的水化反应 水泥的主要成分

79、与水发生的水化反应为：水泥的主要成分与水发生的水化反应为：水泥的主要成分与水发生的水化反应为：水泥的主要成分与水发生的水化反应为：3CaO3CaO3CaO3CaO SiO2 SiO2 SiO2 SiO22H2O2H2O2H2O2H2O2CaO2CaO2CaO2CaO SiO2 SiO2 SiO2 SiO2 H2O H2O H2O H2O十十十十Ca(OH)2Ca(OH)2Ca(OH)2Ca(OH)22CaO2CaO2CaO2CaO SiO2 SiO2 SiO2 SiO2H2O H2O H2O H2O 2CaO 2CaO 2CaO 2CaO SiO2 SiO2 SiO2 SiO2 H2O H2O

80、 H2O H2O3CaO3CaO3CaO3CaO Al2O3 Al2O3 Al2O3 Al2O36H2O 6H2O 6H2O 6H2O 3CaO 3CaO 3CaO 3CaO Al2O3 Al2O3 Al2O3 Al2O3 6H2O 6H2O 6H2O 6H2O4CaO4CaO4CaO4CaO Al2O3Al2O3Al2O3Al2O3Fe2O3Fe2O3Fe2O3Fe2O36H2O 6H2O 6H2O 6H2O 3CaO 3CaO 3CaO 3CaO Al2O3Al2O3Al2O3Al2O3 6H2O6H2O6H2O6H2OCaOCaOCaOCaO Fe2O3Fe2O3Fe2O3Fe2O3 H

81、2OH2OH2OH2O 除此之外还发生其他二次反应，生成物中有大量除此之外还发生其他二次反应，生成物中有大量除此之外还发生其他二次反应，生成物中有大量除此之外还发生其他二次反应，生成物中有大量的硅酸盐水化产物及氢氧化钙等。在反应的过程中，的硅酸盐水化产物及氢氧化钙等。在反应的过程中，的硅酸盐水化产物及氢氧化钙等。在反应的过程中，的硅酸盐水化产物及氢氧化钙等。在反应的过程中，各种水化产物均逐渐凝聚，使水泥硬化。各种水化产物均逐渐凝聚，使水泥硬化。各种水化产物均逐渐凝聚，使水泥硬化。各种水化产物均逐渐凝聚，使水泥硬化。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井

82、固井技术及增产措施技术及增产措施（2 2 2 2）水泥凝结与硬化）水泥凝结与硬化）水泥凝结与硬化）水泥凝结与硬化溶溶溶溶胶胶胶胶期期期期：水水水水泥泥泥泥与与与与水水水水混混混混合合合合成成成成胶胶胶胶体体体体液液液液，开开开开始始始始发发发发生生生生水水水水化化化化反反反反应应应应，水水水水化化化化产产产产物物物物的浓度的浓度的浓度的浓度开始增加，达到饱和状态时部分水化物以胶态或微晶体开始增加，达到饱和状态时部分水化物以胶态或微晶体开始增加，达到饱和状态时部分水化物以胶态或微晶体开始增加，达到饱和状态时部分水化物以胶态或微晶体析出，形成胶溶体系。此时水泥浆仍有流动性。析出，形成胶溶体系。此时

83、水泥浆仍有流动性。析出，形成胶溶体系。此时水泥浆仍有流动性。析出，形成胶溶体系。此时水泥浆仍有流动性。凝结期：水化反应由水泥颗粒表面向内部深入，溶胶粒子及微晶凝结期：水化反应由水泥颗粒表面向内部深入，溶胶粒子及微晶凝结期：水化反应由水泥颗粒表面向内部深入，溶胶粒子及微晶凝结期：水化反应由水泥颗粒表面向内部深入，溶胶粒子及微晶体大量增加，晶体开始互相连接，逐渐絮凝成凝胶体系。水泥体大量增加，晶体开始互相连接，逐渐絮凝成凝胶体系。水泥体大量增加，晶体开始互相连接，逐渐絮凝成凝胶体系。水泥体大量增加，晶体开始互相连接，逐渐絮凝成凝胶体系。水泥浆变绸，直到失去流动性。浆变绸，直到失去流动性。浆变绸，直

84、到失去流动性。浆变绸，直到失去流动性。硬化期：水化物形成晶体状态，互相紧密连接成一个整体，强度硬化期：水化物形成晶体状态，互相紧密连接成一个整体，强度硬化期：水化物形成晶体状态，互相紧密连接成一个整体，强度硬化期：水化物形成晶体状态，互相紧密连接成一个整体，强度增加，硬化成为水泥石。增加，硬化成为水泥石。增加，硬化成为水泥石。增加，硬化成为水泥石。（3 3 3 3）水泥石组成）水泥石组成）水泥石组成）水泥石组成无无无无定定定定性性性性物物物物质质质质（水水水水泥泥泥泥胶胶胶胶），它它它它具具具具有有有有晶晶晶晶体体体体的的的的结结结结构构构构，颗颗颗颗粒粒粒粒尺尺尺尺寸寸寸寸大大大大体体体体在

85、在在在0.lmm0.lmm0.lmm0.lmm左右，互相连接成一个整体。左右，互相连接成一个整体。左右，互相连接成一个整体。左右，互相连接成一个整体。氢氧化钙晶体，是水化反应的产物。氢氧化钙晶体，是水化反应的产物。氢氧化钙晶体，是水化反应的产物。氢氧化钙晶体，是水化反应的产物。未水化的水泥颗粒。未水化的水泥颗粒。未水化的水泥颗粒。未水化的水泥颗粒。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施A A级：深度范围级：深度范围 0 01828.8 m1828.8 m，温度，温度76.776.7。B B级：深度范围级：深度范围 0 0

86、1828.8 m1828.8 m，属中热水泥，温度至，属中热水泥，温度至 76.776.7，有中抗硫和高抗硫两种。，有中抗硫和高抗硫两种。C C级：深度范围级：深度范围0 01828.8 m1828.8 m，温度至，温度至 76.776.7，高早期强，高早期强度水泥，分普通、中抗硫及高抗硫三种。度水泥，分普通、中抗硫及高抗硫三种。D D级：深度范围级：深度范围1828.81828.83050 m3050 m，温度，温度7676127127，用于中，用于中温、中压条件，分为中抗硫及高抗硫两种。温、中压条件，分为中抗硫及高抗硫两种。E E级：深度范围级：深度范围 305030504270 m427

87、0 m，温度，温度7676143143，用于高，用于高温、高压条件，分为中抗硫及高抗硫两种。温、高压条件，分为中抗硫及高抗硫两种。F F级：深度范围为级：深度范围为 305030504880 m4880 m，温度，温度 110110160160，用，用于超高温和超高压条件，分为中抗硫及高抗硫两种。于超高温和超高压条件，分为中抗硫及高抗硫两种。G G级及级及H H级：深度范围为级：深度范围为 0 02440 m2440 m，温度，温度0 09393，分为，分为中抗硫及高抗硫两种。中抗硫及高抗硫两种。J J级：深度范围为级：深度范围为 366036604880 m4880 m，温度，温度49491

88、60160。 APIAPI水泥的分类水泥的分类中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施国产以温度系列为标准的油井水泥国产以温度系列为标准的油井水泥中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施1 1、水泥浆性能、水泥浆性能水泥浆密度水泥浆密度干水泥密度干水泥密度 3.053.053.20 g3.20 gcm3cm3，水泥完全水化需要的水为水泥重量的水泥完全水化需要的水为水泥重量的2020左右；左右；使水泥浆能流动加水量应达到水泥重量的使水泥浆能流动加水量应达

89、到水泥重量的45455050；水泥浆密度水泥浆密度1.801.80 1.90 g1.90 gcm3cm3之间。之间。水灰比：水与干水泥重量之比。水灰比：水与干水泥重量之比。水泥浆的稠化时间水泥浆的稠化时间水泥浆从配制开始到其稠度达到其规定值所用的时间。水泥浆从配制开始到其稠度达到其规定值所用的时间。APIAPI标准：从开始混拌到水泥浆调度达到标准：从开始混拌到水泥浆调度达到 100 BC100 BC（水泥稠（水泥稠度单位）所用的时间。度单位）所用的时间。APIAPI标准中规定在初始的标准中规定在初始的 151530 min30 min时间内，稠化值应当时间内，稠化值应当小于小于 30 BC30

90、 BC。好的稠化情况是在现场总的施工时间内，水。好的稠化情况是在现场总的施工时间内，水泥浆的稠度在泥浆的稠度在50 BC50 BC以内。以内。水泥浆性能与固井的关系水泥浆性能与固井的关系中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施水泥浆的失水水泥浆的失水 一般用一般用3030分钟的失水量表示。分钟的失水量表示。水泥浆的凝结时间水泥浆的凝结时间从液态转变为固态的时间。从液态转变为固态的时间。对于封固表层及技术套管，希望水泥能有早期较高的强度。以对于封固表层及技术套管，希望水泥能有早期较高的强度。以便于尽快开始下一道工序。通常希望

91、固完井候凝便于尽快开始下一道工序。通常希望固完井候凝 8 8 左右，水泥左右，水泥浆开始凝结成水泥石，其抗压强度可达浆开始凝结成水泥石，其抗压强度可达2.3MPa2.3MPa以上即可开始下以上即可开始下一次开钻。一次开钻。水泥石强度水泥石强度能支撑和加强套管。能支撑和加强套管。能承受钻柱的冲击载荷。能承受钻柱的冲击载荷。能承受酸化、压裂等增产措施作业的压力。能承受酸化、压裂等增产措施作业的压力。水泥石的抗蚀性水泥石的抗蚀性C3AC3A 3%3%，C4AF+2C3A C4AF+2C3A 24%24%加入矿渣、石英砂等提高抗硫能力。加入矿渣、石英砂等提高抗硫能力。中国地质大学中国地质大学( (武汉

92、武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施2 2、水泥的外加剂、水泥的外加剂（1 1）加重剂）加重剂：重晶石、赤铁粉等。可使水泥浆密度达到 2.3 gcm3。（2 2）减轻剂）减轻剂：硅藻土、粘土粉、沥青粉、玻璃微珠、火山灰等。可使水泥浆的密度降到l 45 gm3。（3 3）缓凝剂）缓凝剂：丹宁酸钠、酒石酸、硼酸、铁铬木质素磺酸盐、羧甲基羟乙基纤维素等。（4 4）促凝剂）促凝剂：氯化钙、硅酸钠、氯化钾等。（5 5）减阻剂：）减阻剂：奈磺酸甲醛的缩合物、铁铬木质素磺酸盐、木质素磺化钠等。（6 6）降失水剂）降失水剂：羧甲基羟乙基纤维素、丙烯酸胺、粘土等。（7

93、7）防漏失剂：）防漏失剂：沥青粒、纤维材料等。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施3 3、特种水泥、特种水泥（1）触变性水泥：当水泥浆静止时，形成胶凝状态，但在流动时，胶凝状态被破坏，它的流动性是良好的。（2）膨胀水泥：水泥浆凝固时，体积略有膨胀。一般用于高压气井。（3）防冻水泥：用于地表温度较低地区的表层套管固井。（4）抗盐水泥（5）抗高温水泥（6）轻质水泥中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施提高注水泥质量的措施提高注水泥质量的措施1 1、对

94、注水泥质量的基本要求、对注水泥质量的基本要求（l l）对固井质量的基本要求）对固井质量的基本要求水泥浆返高和水泥塞高度必须符合设计要求；注水泥井段环空内的钻井液顶替干净；水泥石与套管及井壁岩石胶结良好；水泥凝固后管外不冒油、气、水，不互窜；水泥石能经受油、气、水长期的侵蚀。（2 2）在固井中常出现的固井质量问题）在固井中常出现的固井质量问题井口有冒油、气、水的现象。不能有效地封隔各种层位，开采时各种压力互窜。因固结质量不良在生产中引起套管变形，使井报废等。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施2 2、影响注水泥质量的因素

95、、影响注水泥质量的因素（1 1）顶替效率低，产生窜槽。）顶替效率低，产生窜槽。 注水泥段： 注水泥段任一截面：窜槽：窜槽：由于水泥浆不能将环空中的钻井液完全替走，而使环形空间局部出现未被水泥浆封固住的这种现象。形成窜槽的原因：形成窜槽的原因：套管不居中；井眼不规则；水泥浆性能及顶替措施不当。接触时间、顶替速度及流态、水泥浆流变性等。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施3 3、提高注水泥质量的措施、提高注水泥质量的措施（1 1）提高顶替效率，防止窜槽；）提高顶替效率，防止窜槽；采用套管扶正器，改善套管居中条件；注水泥过程

96、中活动套管，增大水泥浆流动的牵引力调整水泥浆性能，使其容易顶替钻井液；注水泥过程中使水泥浆在环空的流动形成紊流或塞流，有利于水泥浆的顶替；在注水泥前，打入一定量的隔离液或清洗液，增加二者的密度差，形成有利的“漂浮”。 （2 2）防止油气水上窜）防止油气水上窜采用多级注水泥或两种凝速（上慢下快）的水泥；注完水泥后及时使套管内卸压，并在环空加回压；使用膨胀性水泥，防止水泥收缩；使用刮泥器，清除井壁泥饼。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施根据我们对水泥的大概了解，煤层气井需要啥样的固井水泥？中国地质大学中国地质大学( (武

97、汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施适合于煤层气井固井的油井水泥主要有适合于煤层气井固井的油井水泥主要有API系系列的列的A级水泥级水泥,G级水泥和在这两种水泥中加入级水泥和在这两种水泥中加入降重剂的低密度水泥。降重剂的低密度水泥。煤层气井固井的油井水泥煤层气井固井的油井水泥煤层气井固井的油井水泥煤层气井固井的油井水泥中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施1）A级水泥：级水泥：是以水硬性硅酸盐为主要成分的是以水硬性硅酸盐为主要成分的水泥熟料，加入适量石膏和助磨剂磨制成的水水泥熟

98、料，加入适量石膏和助磨剂磨制成的水泥。泥。特点：特点：施工无特殊要求时用于井深施工无特殊要求时用于井深1830m以以内的煤层气井，当水灰比为内的煤层气井，当水灰比为0.46时，每吨水泥时，每吨水泥可配制密度为可配制密度为1870kg/m3的纯水泥浆的纯水泥浆0. 67m3。纯水泥石。纯水泥石24h抗压强度为抗压强度为17MPa以上。以上。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施2)G级水泥级水泥：是以水硬性硅酸盐为主要成分：是以水硬性硅酸盐为主要成分的水泥熟料，加入适量的石膏或石膏及水，的水泥熟料，加入适量的石膏或石膏及水

99、，磨细制成的水泥。在粉磨和混合水泥过程磨细制成的水泥。在粉磨和混合水泥过程中不允许掺加任何其它外加剂。中不允许掺加任何其它外加剂。特点：特点：用于井深用于井深2440m以内的煤层气井。当以内的煤层气井。当水灰比为水灰比为0.44时，每吨水泥可配制密度为时，每吨水泥可配制密度为1890kg/m3的纯水泥浆的纯水泥浆0.65m3。纯水泥石。纯水泥石24h抗压强度为抗压强度为16MPa以上。以上。 中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施3) 空心微珠低密度水泥空心微珠低密度水泥:是由基本油井水泥加是由基本油井水泥加入空心微珠配

100、制而成的水泥。入空心微珠配制而成的水泥。 特点：特点：空心微珠的加量根据井下实际情况空心微珠的加量根据井下实际情况 确定，当空心微珠重量与水泥重量之比为确定，当空心微珠重量与水泥重量之比为30-50%，水灰比为，水灰比为0.7-0.8，不加入其它外，不加入其它外 加剂时，其水泥浆密度可在加剂时，其水泥浆密度可在1100-1500kg/m3之间调整。水泥石之间调整。水泥石24h抗压强度可达到抗压强度可达到3.2- 7.0MPa之间。之间。 中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施概念：概念：水灰比水灰比:配制水泥浆时，水与水

101、泥的重量比。配制水泥浆时，水与水泥的重量比。水泥浆的主要成分是水泥、水和化学剂。水泥浆的主要成分是水泥、水和化学剂。为了满足固井施工和后期作业的要求，配制的为了满足固井施工和后期作业的要求，配制的水泥浆必须达到所规定的性能要求。水泥浆必须达到所规定的性能要求。 水泥浆性能及调整水泥浆性能及调整水泥浆性能及调整水泥浆性能及调整中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施1)1)水泥浆密度水泥浆密度水泥浆密度水泥浆密度: :是指单位体积水泥浆的质量，单位是指单位体积水泥浆的质量，单位是指单位体积水泥浆的质量，单位是指单位体积水泥浆

102、的质量，单位kg/mkg/m3 3。施工要求：施工要求：施工要求：施工要求：水泥浆密度不能低于该井段钻井液的密度，也不能大于地层水泥浆密度不能低于该井段钻井液的密度，也不能大于地层水泥浆密度不能低于该井段钻井液的密度，也不能大于地层水泥浆密度不能低于该井段钻井液的密度，也不能大于地层破裂压力梯度当量钻井液密度。破裂压力梯度当量钻井液密度。破裂压力梯度当量钻井液密度。破裂压力梯度当量钻井液密度。水泥浆密度过低，水泥石强度低，水泥浆密度过高容易水泥浆密度过低，水泥石强度低，水泥浆密度过高容易水泥浆密度过低，水泥石强度低，水泥浆密度过高容易水泥浆密度过低，水泥石强度低，水泥浆密度过高容易压漏地层，对

103、煤层造成伤害。压漏地层，对煤层造成伤害。压漏地层，对煤层造成伤害。压漏地层，对煤层造成伤害。 煤储层压力较低，在保证水泥石具有足够强度的前提下，煤储层压力较低，在保证水泥石具有足够强度的前提下，煤储层压力较低，在保证水泥石具有足够强度的前提下，煤储层压力较低，在保证水泥石具有足够强度的前提下，应尽量降低水泥浆密度。应尽量降低水泥浆密度。应尽量降低水泥浆密度。应尽量降低水泥浆密度。降低水泥浆密度的方法主要有降低水泥浆密度的方法主要有降低水泥浆密度的方法主要有降低水泥浆密度的方法主要有: :提高水灰比、加入降重材料提高水灰比、加入降重材料提高水灰比、加入降重材料提高水灰比、加入降重材料( (如空心

104、微珠、粉煤灰等如空心微珠、粉煤灰等如空心微珠、粉煤灰等如空心微珠、粉煤灰等) )。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施2 2）水泥浆失水：水泥浆失水：水泥浆失水：水泥浆失水：是指水泥浆滤液进入地层的多少，单位是指水泥浆滤液进入地层的多少，单位是指水泥浆滤液进入地层的多少，单位是指水泥浆滤液进入地层的多少，单位mLmL。水泥浆失水过大，在注水泥过程中水泥浆出现水泥浆失水过大，在注水泥过程中水泥浆出现水泥浆失水过大，在注水泥过程中水泥浆出现水泥浆失水过大，在注水泥过程中水泥浆出现“ “瞬凝瞬凝瞬凝瞬凝” ”; ;降低水泥浆

105、流动性能降低水泥浆流动性能降低水泥浆流动性能降低水泥浆流动性能; ;滤液进入煤层增大对煤层的伤害。滤液进入煤层增大对煤层的伤害。滤液进入煤层增大对煤层的伤害。滤液进入煤层增大对煤层的伤害。要严格控制水泥浆失水量！要严格控制水泥浆失水量！要严格控制水泥浆失水量！要严格控制水泥浆失水量！在生产层套管固井时，失水量一般不要超过在生产层套管固井时，失水量一般不要超过在生产层套管固井时，失水量一般不要超过在生产层套管固井时，失水量一般不要超过200mL200mL。降低水泥浆失水是向水泥浆中加入降失水剂。降低水泥浆失水是向水泥浆中加入降失水剂。降低水泥浆失水是向水泥浆中加入降失水剂。降低水泥浆失水是向水泥

106、浆中加入降失水剂。常用的降失水剂有乙基合成龙胶、羧甲基乙基纤维素和萘黄常用的降失水剂有乙基合成龙胶、羧甲基乙基纤维素和萘黄常用的降失水剂有乙基合成龙胶、羧甲基乙基纤维素和萘黄常用的降失水剂有乙基合成龙胶、羧甲基乙基纤维素和萘黄酸钠盐等。酸钠盐等。酸钠盐等。酸钠盐等。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施3 3）水泥浆稠化时间及初始稠度：）水泥浆稠化时间及初始稠度：）水泥浆稠化时间及初始稠度：）水泥浆稠化时间及初始稠度：水泥浆的稠化时间水泥浆的稠化时间水泥浆的稠化时间水泥浆的稠化时间: :指水泥浆在规定的温度和压力条件下，

107、从开始搅拌至指水泥浆在规定的温度和压力条件下，从开始搅拌至指水泥浆在规定的温度和压力条件下，从开始搅拌至指水泥浆在规定的温度和压力条件下，从开始搅拌至稠度达到稠度达到稠度达到稠度达到100BC100BC所需要的时间。所需要的时间。所需要的时间。所需要的时间。水泥浆的初始稠度水泥浆的初始稠度水泥浆的初始稠度水泥浆的初始稠度: :水泥浆配浆后开始阶段的流动性能。水泥浆配浆后开始阶段的流动性能。水泥浆配浆后开始阶段的流动性能。水泥浆配浆后开始阶段的流动性能。一般要求在一般要求在一般要求在一般要求在35-30min35-30min内，其稠度值应小于内，其稠度值应小于内，其稠度值应小于内，其稠度值应小于

108、30BC30BC。实际施工时希望控制在实际施工时希望控制在实际施工时希望控制在实际施工时希望控制在10BC10BC以内。以内。以内。以内。水泥浆稠化时间和初始稠度是表明水泥浆流动特性的指标，稠化时间水泥浆稠化时间和初始稠度是表明水泥浆流动特性的指标，稠化时间水泥浆稠化时间和初始稠度是表明水泥浆流动特性的指标，稠化时间水泥浆稠化时间和初始稠度是表明水泥浆流动特性的指标，稠化时间应一般控制在注水泥施工时间加应一般控制在注水泥施工时间加应一般控制在注水泥施工时间加应一般控制在注水泥施工时间加1-1.5h1-1.5h之内。之内。之内。之内。泥浆稠化时间可用速凝剂和缓凝剂调整。泥浆稠化时间可用速凝剂和缓

109、凝剂调整。泥浆稠化时间可用速凝剂和缓凝剂调整。泥浆稠化时间可用速凝剂和缓凝剂调整。缩短水泥浆的稠化时间可加入速凝剂，如氯化钙、氯化钠、甲酰缩短水泥浆的稠化时间可加入速凝剂，如氯化钙、氯化钠、甲酰缩短水泥浆的稠化时间可加入速凝剂，如氯化钙、氯化钠、甲酰缩短水泥浆的稠化时间可加入速凝剂，如氯化钙、氯化钠、甲酰胺、硅酸钠、铝酸钠等胺、硅酸钠、铝酸钠等胺、硅酸钠、铝酸钠等胺、硅酸钠、铝酸钠等; ;要延长其稠化时间时可加入缓凝剂，如丹宁酸钠、硼酸、腐植酸铁、磺要延长其稠化时间时可加入缓凝剂，如丹宁酸钠、硼酸、腐植酸铁、磺要延长其稠化时间时可加入缓凝剂，如丹宁酸钠、硼酸、腐植酸铁、磺要延长其稠化时间时可加

110、入缓凝剂，如丹宁酸钠、硼酸、腐植酸铁、磺化褐煤等。化褐煤等。化褐煤等。化褐煤等。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施水泥石抗压强度水泥石抗压强度水泥石抗压强度水泥石抗压强度: :指水泥浆凝固后变成固体指水泥浆凝固后变成固体指水泥浆凝固后变成固体指水泥浆凝固后变成固体( (水泥石水泥石水泥石水泥石) )所能承受压力的大小，单位所能承受压力的大小，单位所能承受压力的大小，单位所能承受压力的大小，单位MPaMPa。抗压强度表明了井下水泥环的力学性质，水泥环必须具有足抗压强度表明了井下水泥环的力学性质，水泥环必须具有足抗压强度

111、表明了井下水泥环的力学性质，水泥环必须具有足抗压强度表明了井下水泥环的力学性质，水泥环必须具有足够的抗压强度，以保证后期作业够的抗压强度，以保证后期作业够的抗压强度，以保证后期作业够的抗压强度，以保证后期作业( (如压裂如压裂如压裂如压裂) )的顺利进行和长期的顺利进行和长期的顺利进行和长期的顺利进行和长期生产过程中的层间封隔作用。生产过程中的层间封隔作用。生产过程中的层间封隔作用。生产过程中的层间封隔作用。封固技术套管时，水泥石的抗压强度不得低于封固技术套管时，水泥石的抗压强度不得低于封固技术套管时，水泥石的抗压强度不得低于封固技术套管时，水泥石的抗压强度不得低于3.5MPa3.5MPa封固

112、产层套管时，其抗压强度不得低于封固产层套管时，其抗压强度不得低于封固产层套管时，其抗压强度不得低于封固产层套管时，其抗压强度不得低于7.0MPa7.0MPa压裂时，水泥石的抗压强度不能低于压裂时，水泥石的抗压强度不能低于压裂时，水泥石的抗压强度不能低于压裂时，水泥石的抗压强度不能低于14.0MPa.14.0MPa.中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施针对煤层气固井水泥有所了解后，选择固井方法？中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施煤层气井固井特点

113、煤层气井固井特点煤层气井固井特点煤层气井固井特点: :煤层裂隙和微裂缝发育，固井水泥浆对煤层裂隙和微裂缝发育，固井水泥浆对煤层裂隙和微裂缝发育，固井水泥浆对煤层裂隙和微裂缝发育，固井水泥浆对煤层污染大，保护煤层要求高；煤层污染大，保护煤层要求高；煤层污染大，保护煤层要求高；煤层污染大，保护煤层要求高；煤储层压力和破裂压力低，易发生井漏，要求水泥浆液柱煤储层压力和破裂压力低，易发生井漏，要求水泥浆液柱煤储层压力和破裂压力低，易发生井漏，要求水泥浆液柱煤储层压力和破裂压力低，易发生井漏，要求水泥浆液柱压力低压力低压力低压力低; ;煤层破碎，均质性差，易垮塌造成煤层段井径大，固井水煤层破碎，均质性差

114、，易垮塌造成煤层段井径大，固井水煤层破碎，均质性差，易垮塌造成煤层段井径大，固井水煤层破碎，均质性差，易垮塌造成煤层段井径大，固井水泥环厚泥环厚泥环厚泥环厚; ;煤层气井一般都要先压裂后投产，要求水泥封固好，水泥煤层气井一般都要先压裂后投产，要求水泥封固好，水泥煤层气井一般都要先压裂后投产，要求水泥封固好，水泥煤层气井一般都要先压裂后投产，要求水泥封固好，水泥环强度高。环强度高。环强度高。环强度高。煤层气井固井不能完全照搬油气井的固井方法，应以保护煤层气井固井不能完全照搬油气井的固井方法，应以保护煤层气井固井不能完全照搬油气井的固井方法，应以保护煤层气井固井不能完全照搬油气井的固井方法，应以保

115、护煤层为主要出发点。煤层为主要出发点。煤层为主要出发点。煤层为主要出发点。固井方法固井方法固井方法固井方法中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施国内外研究和实践证明，煤层气井固井宜采用以下几种固井方国内外研究和实践证明，煤层气井固井宜采用以下几种固井方国内外研究和实践证明，煤层气井固井宜采用以下几种固井方国内外研究和实践证明，煤层气井固井宜采用以下几种固井方法。法。法。法。1 1）常规水泥控制返高）常规水泥控制返高）常规水泥控制返高）常规水泥控制返高常规水泥控制返高：常规水泥控制返高：常规水泥控制返高：常规水泥控制返高：

116、指采用普通油气井水泥配制密度为指采用普通油气井水泥配制密度为指采用普通油气井水泥配制密度为指采用普通油气井水泥配制密度为18501850kg/mkg/m3 3左右的水泥浆来封固煤层。左右的水泥浆来封固煤层。左右的水泥浆来封固煤层。左右的水泥浆来封固煤层。进行注水泥设计时以进行注水泥设计时以进行注水泥设计时以进行注水泥设计时以煤储层压力煤储层压力煤储层压力煤储层压力为主要依据，以水泥浆液柱压为主要依据，以水泥浆液柱压为主要依据，以水泥浆液柱压为主要依据，以水泥浆液柱压力与煤储层压力基本平衡为目的，确定水泥返高。力与煤储层压力基本平衡为目的，确定水泥返高。力与煤储层压力基本平衡为目的，确定水泥返高

117、。力与煤储层压力基本平衡为目的，确定水泥返高。将水泥浆失水控制在将水泥浆失水控制在将水泥浆失水控制在将水泥浆失水控制在200mL200mL以内，以降低对煤层的伤害。以内，以降低对煤层的伤害。以内，以降低对煤层的伤害。以内，以降低对煤层的伤害。 为了保证水泥环有足够的强度，能经受压裂和煤层气井长期生为了保证水泥环有足够的强度，能经受压裂和煤层气井长期生为了保证水泥环有足够的强度，能经受压裂和煤层气井长期生为了保证水泥环有足够的强度，能经受压裂和煤层气井长期生产的考验，水泥一般要返至煤层顶板以上产的考验，水泥一般要返至煤层顶板以上产的考验，水泥一般要返至煤层顶板以上产的考验，水泥一般要返至煤层顶板

118、以上300300500m500m。 固井方法固井方法固井方法固井方法中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施2)2)低密度水泥浆固井低密度水泥浆固井低密度水泥浆固井低密度水泥浆固井低密度水泥固井：低密度水泥固井：低密度水泥固井：低密度水泥固井：普通油气井解决固井作业中井漏和对煤层伤害问题的一普通油气井解决固井作业中井漏和对煤层伤害问题的一普通油气井解决固井作业中井漏和对煤层伤害问题的一普通油气井解决固井作业中井漏和对煤层伤害问题的一种有效方法。低密度水泥浆种有效方法。低密度水泥浆种有效方法。低密度水泥浆种有效方法。低密度水

119、泥浆( (约约约约1.34g/cm1.34g/cm3 3) )是指密度低于常规油气井水泥浆是指密度低于常规油气井水泥浆是指密度低于常规油气井水泥浆是指密度低于常规油气井水泥浆密度密度密度密度( (约约约约1.85g/cm1.85g/cm3 3 ) )。宗旨：宗旨：宗旨：宗旨：降低水泥浆液柱压力对煤层的伤害。降低水泥浆液柱压力对煤层的伤害。降低水泥浆液柱压力对煤层的伤害。降低水泥浆液柱压力对煤层的伤害。技术关键：技术关键：技术关键：技术关键：水泥降重材料的选择和水泥浆配方的研究。水泥降重材料的选择和水泥浆配方的研究。水泥降重材料的选择和水泥浆配方的研究。水泥降重材料的选择和水泥浆配方的研究。根据

120、不同的降密度材料，常用的低密度水泥有空心微珠水泥、泡沫水泥和根据不同的降密度材料，常用的低密度水泥有空心微珠水泥、泡沫水泥和根据不同的降密度材料，常用的低密度水泥有空心微珠水泥、泡沫水泥和根据不同的降密度材料，常用的低密度水泥有空心微珠水泥、泡沫水泥和火山灰水泥等。火山灰水泥等。火山灰水泥等。火山灰水泥等。空心微珠水泥浆、粉煤灰水泥浆，是在水泥浆配制时加入固体降重材料空心微珠水泥浆、粉煤灰水泥浆，是在水泥浆配制时加入固体降重材料空心微珠水泥浆、粉煤灰水泥浆，是在水泥浆配制时加入固体降重材料空心微珠水泥浆、粉煤灰水泥浆，是在水泥浆配制时加入固体降重材料泡沫水泥浆、充气水泥浆是在水泥浆配制时加入发

121、泡剂或空气。泡沫水泥浆、充气水泥浆是在水泥浆配制时加入发泡剂或空气。泡沫水泥浆、充气水泥浆是在水泥浆配制时加入发泡剂或空气。泡沫水泥浆、充气水泥浆是在水泥浆配制时加入发泡剂或空气。加入固体降重材料的低密度水泥石强度高、施工工艺技术简单、成本低加入固体降重材料的低密度水泥石强度高、施工工艺技术简单、成本低加入固体降重材料的低密度水泥石强度高、施工工艺技术简单、成本低加入固体降重材料的低密度水泥石强度高、施工工艺技术简单、成本低泡沫水泥浆和充气水泥石强度低、施下工艺复杂、成本高。泡沫水泥浆和充气水泥石强度低、施下工艺复杂、成本高。泡沫水泥浆和充气水泥石强度低、施下工艺复杂、成本高。泡沫水泥浆和充气

122、水泥石强度低、施下工艺复杂、成本高。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施对于煤层气井固井宜使用固体降重材料的低密度水泥浆。对于煤层气井固井宜使用固体降重材料的低密度水泥浆。对于煤层气井固井宜使用固体降重材料的低密度水泥浆。对于煤层气井固井宜使用固体降重材料的低密度水泥浆。在使用固体降重材料的低密度水泥浆中，加入粉煤灰对降在使用固体降重材料的低密度水泥浆中，加入粉煤灰对降在使用固体降重材料的低密度水泥浆中，加入粉煤灰对降在使用固体降重材料的低密度水泥浆中，加入粉煤灰对降低水泥浆密度效果低，其水泥浆密度只能控制在低水泥浆密

123、度效果低，其水泥浆密度只能控制在低水泥浆密度效果低，其水泥浆密度只能控制在低水泥浆密度效果低，其水泥浆密度只能控制在l.60g/cml.60g/cm3 3 , ,不能满足煤层气近平衡固井的要求不能满足煤层气近平衡固井的要求不能满足煤层气近平衡固井的要求不能满足煤层气近平衡固井的要求空心微珠低密度水泥浆水泥石强度高、密度低，能有效地空心微珠低密度水泥浆水泥石强度高、密度低，能有效地空心微珠低密度水泥浆水泥石强度高、密度低，能有效地空心微珠低密度水泥浆水泥石强度高、密度低，能有效地降低水泥浆的液柱压力，对煤层污染小，是较为理想的煤降低水泥浆的液柱压力，对煤层污染小，是较为理想的煤降低水泥浆的液柱压

124、力，对煤层污染小，是较为理想的煤降低水泥浆的液柱压力，对煤层污染小，是较为理想的煤层气井固井水泥浆。层气井固井水泥浆。层气井固井水泥浆。层气井固井水泥浆。 空心微珠低密度水泥浆固井技术空心微珠低密度水泥浆固井技术空心微珠低密度水泥浆固井技术空心微珠低密度水泥浆固井技术中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施空心微珠：空心微珠：空心微珠：空心微珠：粉煤灰燃烧过程中的熔融灰分在表面张力作用粉煤灰燃烧过程中的熔融灰分在表面张力作用粉煤灰燃烧过程中的熔融灰分在表面张力作用粉煤灰燃烧过程中的熔融灰分在表面张力作用下团缩而成的空心球体

125、。下团缩而成的空心球体。下团缩而成的空心球体。下团缩而成的空心球体。空心微珠主要物化性能空心微珠主要物化性能空心微珠主要物化性能空心微珠主要物化性能中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施3)3)分级注水泥分级注水泥分级注水泥分级注水泥分级注水泥固井分级注水泥固井分级注水泥固井分级注水泥固井是针对低压低渗储层的固井技术。是针对低压低渗储层的固井技术。是针对低压低渗储层的固井技术。是针对低压低渗储层的固井技术。它是在套管柱中加上一个分级注水泥接头也叫它是在套管柱中加上一个分级注水泥接头也叫它是在套管柱中加上一个分级注水泥接头

126、也叫它是在套管柱中加上一个分级注水泥接头也叫分级分级分级分级箍箍箍箍，分级注水泥接头安放在煤层以上，分级注水泥接头安放在煤层以上，分级注水泥接头安放在煤层以上，分级注水泥接头安放在煤层以上200-250m200-250m。优点是可降低水泥浆液柱对煤层的压力，从而降低优点是可降低水泥浆液柱对煤层的压力，从而降低优点是可降低水泥浆液柱对煤层的压力，从而降低优点是可降低水泥浆液柱对煤层的压力，从而降低固井时出现井漏的可能性，有利于保护煤层，保证固井时出现井漏的可能性，有利于保护煤层，保证固井时出现井漏的可能性，有利于保护煤层，保证固井时出现井漏的可能性，有利于保护煤层，保证固井安全，提高固井质量。固

127、井安全，提高固井质量。固井安全，提高固井质量。固井安全，提高固井质量。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施 4)4)绕煤层固井绕煤层固井绕煤层固井绕煤层固井绕煤层固井：绕煤层固井：绕煤层固井：绕煤层固井：指在注水泥过程中，当水泥返到目的指在注水泥过程中，当水泥返到目的指在注水泥过程中，当水泥返到目的指在注水泥过程中，当水泥返到目的煤层底部时，利用套管柱上安装的绕煤层固井工具将煤层底部时，利用套管柱上安装的绕煤层固井工具将煤层底部时，利用套管柱上安装的绕煤层固井工具将煤层底部时，利用套管柱上安装的绕煤层固井工具将水泥浆引

128、入井内，在非目的煤层部位又将水泥浆引到水泥浆引入井内，在非目的煤层部位又将水泥浆引到水泥浆引入井内，在非目的煤层部位又将水泥浆引到水泥浆引入井内，在非目的煤层部位又将水泥浆引到环空。环空。环空。环空。优点：优点：优点：优点：水泥浆不与煤层接触，避免了水泥浆渗入煤层水泥浆不与煤层接触，避免了水泥浆渗入煤层水泥浆不与煤层接触，避免了水泥浆渗入煤层水泥浆不与煤层接触，避免了水泥浆渗入煤层造成对煤层伤害。造成对煤层伤害。造成对煤层伤害。造成对煤层伤害。适用范围：适用范围：适用范围：适用范围：对于单煤层或主煤层较厚的多煤层，采用对于单煤层或主煤层较厚的多煤层，采用对于单煤层或主煤层较厚的多煤层，采用对于

129、单煤层或主煤层较厚的多煤层，采用绕煤层固井是一种较好的方法。绕煤层固井是一种较好的方法。绕煤层固井是一种较好的方法。绕煤层固井是一种较好的方法。国内目前绕煤层固井的工具，有待于进一步研究。国内目前绕煤层固井的工具，有待于进一步研究。国内目前绕煤层固井的工具，有待于进一步研究。国内目前绕煤层固井的工具，有待于进一步研究。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施经济高效学习？还需要注意什么？中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施1)1)水泥量计算水泥量计

130、算水泥量计算水泥量计算水泥浆总量按下式计算水泥浆总量按下式计算水泥浆总量按下式计算水泥浆总量按下式计算VcVc=V=Vc1c1+V+Vc2c2式中式中式中式中: : VcVc: :注入水泥总量注入水泥总量注入水泥总量注入水泥总量(L)(L) V Vc1c1: :环空水泥浆量环空水泥浆量环空水泥浆量环空水泥浆量(L)(L) V Vc2c2: :管内水泥塞用量管内水泥塞用量管内水泥塞用量管内水泥塞用量(L)(L)固井的有关计算固井的有关计算固井的有关计算固井的有关计算中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施中国地质大学中国地质

131、大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施水泥用量计算按下式计算水泥用量计算按下式计算水泥用量计算按下式计算水泥用量计算按下式计算QcQc二二二二(1. 05(1. 05一一一一1.10) 1.10) Vc/qVc/q式中式中式中式中QcQc总水泥袋数总水泥袋数总水泥袋数总水泥袋数; ; q q每袋水泥配成水泥浆的容积，可根每袋水泥配成水泥浆的容积，可根每袋水泥配成水泥浆的容积，可根每袋水泥配成水泥浆的容积，可根据配方实测并计算。据配方实测并计算。据配方实测并计算。据配方实测并计算。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气

132、井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施2)2)配浆用水量计算配浆用水量计算配浆用水量计算配浆用水量计算配浆用水量按下式计算配浆用水量按下式计算配浆用水量按下式计算配浆用水量按下式计算VH=Qcm式中式中VH:理论用水量理论用水量(m3); m:水灰比水灰比; Qc:总水泥量总水泥量(t)。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施3)3)替泥浆量计算替泥浆量计算替泥浆量计算替泥浆量计算替泥浆量按下式计算替泥浆量按下式计算替泥浆量按下式计算替泥浆量按下式计算 Vu=0.7854K (lVu=0.7854K (l1

133、1d d1 12 2+ l+ l2 2d d2 22 2 + l + ln nd dn n2 2) )式中式中式中式中Vu:Vu:替泥浆总量替泥浆总量替泥浆总量替泥浆总量(L);(L);l l1 1，l ln n ：不同壁厚套管长度：不同壁厚套管长度：不同壁厚套管长度：不同壁厚套管长度(m);(m);d d1 1， d dn n不同壁厚套管内径不同壁厚套管内径不同壁厚套管内径不同壁厚套管内径(cm);(cm);KK压缩系数，一般取压缩系数，一般取压缩系数，一般取压缩系数，一般取1. 031. 03。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措

134、施技术及增产措施4)注水泥流动阻力降计算注水泥流动阻力降计算注水泥井口压力为压力表指示的读数，它包括注水泥井口压力为压力表指示的读数，它包括管内外的循环流动阻力及管内外静液柱压差。管内外的循环流动阻力及管内外静液柱压差。替泥浆的最大压力，还包括胶塞接触阻流环替泥浆的最大压力，还包括胶塞接触阻流环碰压时的突增压力。碰压时的突增压力。经验数据经验数据:地面管汇流动阻力取地面管汇流动阻力取0.5MPa，碰压突增压力取碰压突增压力取3.0-5.0MPa。管内压力降按下式计算管内压力降按下式计算 P10.00981hfh hf f= = (l (l1 1v v1 12 2/d/d1 1+l+ln nv

135、vn n2 2/d/dn n)/2g)/2g实际计算时，取套管内径和流速的平均值。实际计算时，取套管内径和流速的平均值。式中式中式中式中P P P P1 1 1 1: : : :管内流动阻力产生的压力降管内流动阻力产生的压力降管内流动阻力产生的压力降管内流动阻力产生的压力降( ( ( (MPaMPaMPaMPa) ) ) ): : : :管内流体密度管内流体密度管内流体密度管内流体密度(g (g (g (g / /cmcmcmcm3 3 3 3 ); ); ); );h h h hf f f f: : : :管内流动水力损失高度管内流动水力损失高度管内流动水力损失高度管内流动水力损失高度(m)

136、 ;(m) ;(m) ;(m) ;: : : :流体摩阻系数，一般取流体摩阻系数，一般取流体摩阻系数，一般取流体摩阻系数，一般取0.025-0.030;0.025-0.030;0.025-0.030;0.025-0.030;l1l1l1l1，lnlnlnln: : : :不同壁厚套管长度不同壁厚套管长度不同壁厚套管长度不同壁厚套管长度(m);(m);(m);(m);d1d1d1d1， dndndndn: : : :不同壁厚套管内径不同壁厚套管内径不同壁厚套管内径不同壁厚套管内径(m);(m);(m);(m);v1v1v1v1， vnvnvnvn: : : :不同壁厚套管内流体流速不同壁厚套管内

137、流体流速不同壁厚套管内流体流速不同壁厚套管内流体流速( ( ( (m/sm/sm/sm/s) ;) ;) ;) ;G:G:G:G:重力加速度重力加速度重力加速度重力加速度(9.81m/s(9.81m/s(9.81m/s(9.81m/s2 2 2 2) ) ) )中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施环空压力降按下式计算环空压力降按下式计算环空压力降按下式计算环空压力降按下式计算 P P2 2=0.00981hf =0.00981hf hfhf = = (H(H1 1v v1 12 2/(D/(D1 1-d)+H-d)+H

138、2 2v v2 22 2 /(D /(D2 2-d)/-d)/(2g)(2g)式中式中式中式中P P2:2:环空流动阻力产生的压力降环空流动阻力产生的压力降环空流动阻力产生的压力降环空流动阻力产生的压力降( (MPaMPa) ;) ; : :环空流体密度环空流体密度环空流体密度环空流体密度(g/cm(g/cm3 3); ); hfhf : :环空流动水力损失高度（环空流动水力损失高度（环空流动水力损失高度（环空流动水力损失高度（mm） : :流体摩阻系数流体摩阻系数流体摩阻系数流体摩阻系数, ,一般取一般取一般取一般取0.025;0.025;H H1 1: :裸眼井段长度裸眼井段长度裸眼井段长

139、度裸眼井段长度(m);(m); D D1:1:裸限井段平均井径裸限井段平均井径裸限井段平均井径裸限井段平均井径(m): (m): D D2 2: :外层套管内径外层套管内径外层套管内径外层套管内径(m); (m); d: d:套管外径套管外径套管外径套管外径(m);(m); v v1 1: :裸眼井段环空平均流速裸眼井段环空平均流速裸眼井段环空平均流速裸眼井段环空平均流速(m/S)(m/S) v v2:2:双层套管环空平均流速双层套管环空平均流速双层套管环空平均流速双层套管环空平均流速(m/S)(m/S) g g重力加速度重力加速度重力加速度重力加速度(9. 81m/s(9. 81m/s2 2

140、) )中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施套管内外静液柱压差按下式计算套管内外静液柱压差按下式计算式中式中:P3套管内外静液往压差套管内外静液往压差(MPa) ; :套管内外水泥浆平均密度套管内外水泥浆平均密度(g/cm3 ) : 顶替用钻井液密度顶替用钻井液密度(g/cm3) H套管外水泥浆高度套管外水泥浆高度(m)。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施注水泥最高泵压注水泥最高泵压注水泥最高泵压注水泥最高泵压按下式进行校核按下式进行校核按下式

141、进行校核按下式进行校核P Pmaxmax=P=P1 1+P+P2 2+P+P3 3+(3+(35 5) )式中式中式中式中: : P Pmaxmax：注水泥最高泵压注水泥最高泵压注水泥最高泵压注水泥最高泵压( (MPaMPa) ) 3 35 5 MPaMPa系指碰压突增载荷。系指碰压突增载荷。系指碰压突增载荷。系指碰压突增载荷。为了控制最高泵压，现场施工中常常在替浆末期为了控制最高泵压，现场施工中常常在替浆末期为了控制最高泵压，现场施工中常常在替浆末期为了控制最高泵压，现场施工中常常在替浆末期降低泵入排量。降低泵入排量。降低泵入排量。降低泵入排量。这样可有效降低环空流动阻力产生的压降，保证施这

142、样可有效降低环空流动阻力产生的压降，保证施这样可有效降低环空流动阻力产生的压降，保证施这样可有效降低环空流动阻力产生的压降，保证施工安全。对计算值进行校核，当环空流动阻力产生工安全。对计算值进行校核，当环空流动阻力产生工安全。对计算值进行校核，当环空流动阻力产生工安全。对计算值进行校核，当环空流动阻力产生的压降的压降的压降的压降P P2 2加环空静液柱压力加环空静液柱压力加环空静液柱压力加环空静液柱压力P P3 3小于地层破裂压力时，小于地层破裂压力时，小于地层破裂压力时，小于地层破裂压力时，则不会压漏地层。则不会压漏地层。则不会压漏地层。则不会压漏地层。中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉

143、) ) 第第 三章煤层气井固井三章煤层气井固井技术及增产措施技术及增产措施水泥浆的密度，必须严格控制在一定范围之内。密度低水泥浆的密度，必须严格控制在一定范围之内。密度低水泥浆的密度，必须严格控制在一定范围之内。密度低水泥浆的密度，必须严格控制在一定范围之内。密度低了，水泥浆的性能保不住；密度高了，会压漏地层，污了，水泥浆的性能保不住；密度高了，会压漏地层，污了，水泥浆的性能保不住；密度高了，会压漏地层，污了，水泥浆的性能保不住；密度高了，会压漏地层，污染或封死煤层。染或封死煤层。染或封死煤层。染或封死煤层。入井的水泥浆量也必须精确计量，压力是多少？瞬间排入井的水泥浆量也必须精确计量，压力是多

144、少？瞬间排入井的水泥浆量也必须精确计量，压力是多少？瞬间排入井的水泥浆量也必须精确计量，压力是多少？瞬间排量多大？流量多少？都要及时观察并汇总这些数据。量多大？流量多少？都要及时观察并汇总这些数据。量多大？流量多少？都要及时观察并汇总这些数据。量多大？流量多少？都要及时观察并汇总这些数据。水泥浆封固段高低误差超出规定的界限，该封的封不住水泥浆封固段高低误差超出规定的界限，该封的封不住水泥浆封固段高低误差超出规定的界限，该封的封不住水泥浆封固段高低误差超出规定的界限，该封的封不住，该固的固不了，麻烦就大了，重者不仅会导致煤层气，该固的固不了，麻烦就大了，重者不仅会导致煤层气，该固的固不了，麻烦就大了，重者不仅会导致煤层气，该固的固不了，麻烦就大了，重者不仅会导致煤层气井报废，甚至会污染煤层气产层，影响勘探的发现。井报废，甚至会污染煤层气产层，影响勘探的发现。井报废，甚至会污染煤层气产层，影响勘探的发现。井报废，甚至会污染煤层气产层，影响勘探的发现。密度、排量、总量密度、排量、总量密度、排量、总量密度、排量、总量固井技术固井技术固井技术固井技术