等获得的孔隙压力 由破压预测、漏失试验、钻井液使用获得的破裂 或漏失压力 由钻井液使用、井壁稳定性观察、岩性实验获得 的坍塌压力
18
主要设计内容、依据、要求
温度资料
API规范表及计算公式 实测完钻,开发井温度及井底温度 地区经验 计算机模拟器
19
主要设计内容、依据、要求外加剂资料与使用规则 Nhomakorabea——
水泥浆设计影响因素
井眼条件（井深与井温）：决定水泥选型 （级别、特性） 岩性与压力：决定体系特征要求（密度、外 掺料选择） 压力与温度：决定设计实验参数，决定性能 要求
出现几率 补救费用 修补作业费用 % ＄ ＄
35 25 5 5 5600 26100 3000 25900 9930 1960 6525 150 1295
单井修补费用
8
例:B.补救作业成本与基本注水泥作业费用关系（同上）
基本作业费 补救作业费 补救基本费用 作业类型 % ＄ ＄ 表层固井 技套固井 尾管固井 产层固井 18100 52200 22200 23800 9930 7600 26600 19900 55 15 120 84
23
水泥浆性能参数与固井作业关系
析水率
体系悬浮稳定性－－多相不稳定体系中固相受阻
沉降 V=2(ρ s-ρ w)g.ds2/9η 体系均匀程度－－上、下密度差，水化反应前后体 积差别回落程度
强度一致性－－整体水泥柱的支撑与卸载能力
内部缺陷－－测井声波响应一致性 核心要求BP沉降系数≤1%或K ≤1.4% 调控原则：增大液相粘度，增大固相比表面，合理 外掺料粒度级配
保持水泥浆的基本物理性能,达到需改善的性能指标, 外加剂间具有良好配伍性; 设计的水灰比下,体系不发生离析与沉降 初始稠度控制在30BC内; 具有干混/湿混能力,干混在规定储存期内不失效;湿 混易溶于水,不产生气泡,陈化混合液体对设计性能无 明显影响 有一定加量可控范围,加入量,浓度波动,处理效能不 与设计方向相反; 指明适应水泥级别,成本合理; 对人身环境无毒害,不腐蚀套管
2
常用井身结构
■20套管（100m)、133/8套管
(1800m)封固上部松散地层
■95/8套管(4650-5050m)见膏泥 岩下，封固上部低压地层 ■7套管（5695-5750m），封固 复合盐岩层 ■5套管（5860-6000m）封固下 第三系低砂岩、白垩系和侏罗
系
3
质量要求
满足开 采工艺, 延长生 产寿命 支撑保 护套管 目的
层间隔绝,密封,无窜流 符合返高设计 足够的强度与耐腐蚀能力
4
主要质量问题
1.平衡失控——漏失与窜流 2.置换不彻底，顶替不完全——窜槽
3.腐蚀性体流体侵蚀——应力开裂,热应力崩溃
5
提高固井质量技术要求
1.居中、替净、压稳、封严
2.完善的水泥浆设计(体系、性能、浆柱结构)
3.科学化注水泥设计（作业计划与合理施工参数) 4.过程控制与系统优化(材质、装备、监控、评价、反馈)
26
水泥浆性能参数与固井作业关系
抗压强度
加固套管柱的支撑载荷能力－－降低轴向载荷 ，提高径向承 载能力 钻进与射孔时保护套管－－高强度与适当韧性吸收振动冲击 能量 压裂时限制压力区域扩展－－ 使压裂能量在环空中损失减小， 提高压裂效能 测井声波传播速度－－高强度，使声波反射能减小，衰减率 大，测井响应好 核心要求：规定WOC时间内，抗压强度≥11MPa 调控原则：准确确定顶界BHCT，合理使用早强剂和缓凝剂
调控原则与减阻剂或非增粘缓凝剂配伍使用，改善颗粒级配，形成表面护 胶膜 ，依靠惰性材料合理级配堵孔，利用比表面电性吸附自由水
25
水泥浆性能参数与固井作业关系
稠化时间
BHCT下可泵性变化－－安全可泵长短,作业安全性因子>1-2个 小时 油井水泥质量－－净水泥浆基本物理性能是否符合要求 外加剂影响与可靠性－－单独或复配使用加量,浓度范围,单 调性与反向异常检验 配方合理性检验－－曲线规整度反映水化特性优劣 核心要求:过渡时间 ≤30分钟,厂字型或直角稠化 调控原则:按套管、尾管挤水泥规程、确定升温速率,BHCT尽 可能接近作业条件,BHP按泥浆压力梯度与压耗梯度总和计算。
体积分数 0.41
造 浆 率 0.778 0.778 0.878 0.698 0.698 0.698 0.758 0.698
核心要求：体系聚结稳定性浆体体积＝凝固体积
调控原则：在规定水灰比下合理加入加重减轻材 料及外加剂
22
水泥浆性能参数与固井作业关系
流变性
顶替流态要求－－达到设计流态下的临界排量 降低循环压耗－－受地层承压能力限制的流动阻力， 泵注当量，循环密度 地面施工密度控制－－好的流变性使配浆更容易 核心要求： 调控原则BHCT下无沉降现象 剪切速率下粘度计读值
各部分相 互关连， 影响 设计方案 对最终结 果影响 （好的计 划是成功 前提）的 决定作用
配 方 设 计
设备选择与施工计划
32
水泥浆设计影响因素
施工计划的科学依据
井眼条件 岩性井深
致 密 性 —— 失 水 完 整 性 —— 诱 裂 流 体 特 性 腐 蚀 敏 感 性 储 层 —— 保 护
压
孔 隙 压 力 —— 防 窜
10
水泥浆设计的约束条件
3.工艺条件可行性

井眼几何尺寸、注水泥作业工艺方法、地面施工装备、 配制手段、水泥浆混配条件、方式、密度控制能力、钻井 液特性及处理能力、施工队伍素质、监控与事后评价技术 主要体现在环空流体组成结构和性能要求方面
4.成本限制

陆地海洋钻机租用资金占用及比例投资回报率及收回 周期
紊流顶替PV<50MPa.S.YP<1MPa 低速顶替-
析水要求
满足
失水控制要求
稠化时间要求 抗压强度要求
PV>100MPa.S.YP>10～15Pa
30
水泥浆性能参数与固井作业关系
体系组成结构
冲洗液+领浆+尾浆+压塞液
31
水泥浆设计影响因素
固井水泥浆设计
设计计划
目 的 要 求 井 眼 条 件 作 业 类 型 体 系 基 材 选 择 注 替 计 划
6
水泥浆设计的系统工程概念
矿场生产关系
钻 井 眼
评 价 测 井
下 套 管
注 水 泥
质 量 评 价
后 续 作 业
用户控制 (独立)
服务公司 (独立)
测井公司控制 (独立)
独立控制方式很难保证固进质量
7
例:A .与表层套管注水泥质量有关的补救费用(美.海洋钻井）
问 题
返 高 不 足 管 鞋 出 水 顶 替 窜 槽 气 窜
27
例：抗压强度0.35MPa时支撑能力（每米水泥环）
套管外径 ( ″ )
51/2
7
75/8 85/8 95/8 103/4 113/8
63 ~ 95
198 130 117 103 85 82 悬挂长度 ~ ~ ~ ~ ~ ~ m 325 228 190 163 141 141
28
水泥浆性能参数与固井作业关系
20
水泥浆性能参数与固井作业关系
密度
地层压力－－平衡防漏与防窜
Eρ
c-
Eρ
m≥0.24CM3
固化强度－－支撑保护套管能力剪切固结强度 （公认标准）增产措施有效程度、水力固结强 度（非标准指标） 致密性--层间隔绝能力≤0.1*10μ m2
外观收缩程度－－声波测井胶结指数10cm
用水量与稳定性－－固相体积分数 0.35～0.8
液态
泵压排量及顶替流态 设计性能波动 安全施工
失水量：ml/30min.7MPa 稠化时间(T.T):h:min
14
主要工程性能参数
对套管保护能力
抗压强度 MPa 渗透率
md
固态
耐久性 封隔能力 测井响应
15
主要设计内容、依据、要求
注水泥设计内容
设计条件的确定（井温、压力、井眼几何尺 寸） 水泥浆容积计算（返高、段长、充填量、灰 量、水量、造浆率） 顶替液量（阻流环位，套内容积） 施工压力、排量及平衡校核（液体流变性、 顶替流态、排量、压耗、井口压力） 作业时间与设备配置要求及注替顺序 水泥浆配方（外掺料、外加剂、工程性能参 数指标）
9
水泥浆设计的约束条件
1.油藏特性要求

(气、水、油流体性质，裸眼、射孔、筛选完井方式， 酸化、压裂、聚合物驱、注水、热采开发方式的要求，主 要体现在尾浆性能要求方面）
2.地质条件限制
（岩性、井深、井温、地层压力、孔隙压力、漏失压力、 坍塌压力、地层水气等腐蚀性介质类型、钻井液条件—— 主要体现在体系选型、结构和设计条件方面）
12
主要工程性能参数
1.旧标准:(GB-206-78)
密 度: g/cm3 流 动 度: cm
凝结时间：h:min 初凝 终凝
抗折强度: MPa
13
主要工程性能参数
2.API规范(API spec.10)
密度:g/cm3 析水率：% 自由水含量 流变性：τ γ 曲线 动态平衡
体系稳定性
渗透率
致密率－－ 渗流能力（服从达西定律），限制流体通过能力 孔隙封闭程度－－抗渗透，抗浸湿特性，提高抗腐蚀能力 核心要求：>1.4MPa，不渗透 调控原则：降低用水量，总化学收缩量，使用超细堵孔材料
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水泥浆性能参数与固井作业关系
配方设计程序
井场水泥 井场外加剂 核实密度 不 满 足 流变性要求 井场水
5.地区矿业开采法规
主要是对井下水资源保护和海洋环保的要求