固井完井.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 固井与完井,第一节 井身结构设计,主要包括套管层次和每层套管的下深，以及套管和井眼尺寸的配合。,一、套管的分类及作用,1,、表层套管,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。,2,、生产套管（油层套管）,钻达目的层后下入的最后一层套管，用以保护生产层，提供油气生产通道。,3,、中间套管（技术套管）,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。主要用来封隔井下复杂地层。,4,、尾管（衬管）,二、井身结构设计的原则,1,、有效地保护油气层；,2,、有效避免漏、喷、塌、卡等井下复杂事故的发生，保证安全、快速钻进；,3,、当实际地层压力超过预测值而发生井涌时，在一定压力范围内，具有压井处理溢流的,能力。,第二节 注水泥技术,注水泥目的：,固定套管、有效封隔井内的油气水层。,注水泥的基本要求：,（,l,）水泥浆返高和套管内水泥塞高度必须符合设计要求；,（,2,）注水泥井段环形空间内的钻井液全部被水泥浆替走，不存在残留现象；,（,3,）水泥石与套管及井壁岩石有足够的胶结强度，能经受住酸化压裂及下井管柱的冲击；,（,4,）水泥凝固后管外不冒油、气、水，环空内各种压力体系不能互窜；,（,5,）水泥石能经受油、气、水长期的侵蚀。,一、油井水泥,油井水泥是波特兰水泥（硅酸盐水泥）的一种。,对油井水泥的基本要求：,（,1,）水泥能配成流动性良好的水泥浆，且在规定的时间内，,能始终保持这种流动性。,（,2,）水泥浆在井下的温度及压力条件下保持性能稳定；,（,3,）水泥浆应在规定的时间内凝固并达到一定的强度；,（,4,）水泥浆应能和外加剂相配合，可调节各种性能；,（,5,）形成的水泥石应有很低的渗透性能等。,1,、油井水泥的主要成分,（,1,）硅酸三钙,3CaOSiO,2,（简称,C,3,S,）,水泥的主要成份，一般的含量为,40,65,。,对水泥的强度，尤其是早期强度有较大的影响。,高早期强度水泥,中含量可达,60,65,，,缓凝水泥中含量在,40,45,。,（,2,）硅酸二钙,2CaOSiO,2,（简称,C,2,S,），,含量一般在,24,30,之间；,水化反应缓慢，强度增长慢；,对水泥的最终强度有影响。,（,3,）铝酸三钙,3CaOAl,2,O,3,（简称,C,3,A,）,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；,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，其含量可达,15,。,（,4,）铁铝酸四钙,4CaO,2,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,（简称,C,4,AF,），,对强度影响较小，水化速度仅次于,C,3,A,，,早期强度增长较快，含量为,8,12,。,除了以上四种主要成份之外，还有石膏、碱金属的氧化物等,。,2,、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。,（,1,）水泥的水化反应,水泥的主要成分与水发生的水化反应为：,3CaO SiO,2,2H,2,O,2CaO SiO,2,H,2,O,十,Ca(OH),2,2CaO SiO,2,H,2,O,2CaO SiO,2,H,2,O,3CaO Al,2,O,3,6H,2,O,3CaO Al,2,O,3,6H,2,O,4CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,6H,2,O,3CaOAl,2,O,3,6H,2,O,aOFe,2,O,3,H,2,O,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，各种水化产物均逐渐凝聚，使水泥硬化。,（,2,）水泥凝结与硬化,水泥的硬化分为三个阶段：,溶胶期：,水泥与水混合成胶体液，开始发生水化反应，水化产物的浓度开始增加，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。,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。,水泥石主要由三部分组成：,无定性物质（水泥胶），它具有晶体的结构，颗粒尺寸大体在,0,lmm,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。,未水化的水泥颗粒。,3,、油井水泥的分类,（,1,）,API,水泥的分类,A,级：,深度范围,0,1828.8 m,，温度,76.7,。,B,级：,深度范围,0,1828.8 m,，属中热水泥，温度至,76.7,，有中抗硫和高抗硫两种。,C,级：,深度范围,0,1828.8 m,，温度至,76.7,，高早期强度水泥，分普通、中抗硫及高抗硫三种。,D,级：,深度范围,1828.8,3050 m,，温度,76,127,，用于中温、中压条件，分为中抗硫及高抗硫两种。,E,级：,深度范围,3050,4270 m,，温度,76,143,，用于高温、高压条件，分为中抗硫及高抗硫两种。,F,级：,深度范围为,3050,4880 m,，温度,110,160,，用于超高温和超高压条件，分为中抗硫及高抗硫两种。,G,级及,H,级：,深度范围为,0,2440 m,，温度,0,93,，分为中抗硫及高抗硫两种。,J,级：,深度范围为,3660,4880 m,，温度,49,160,。,（,2,）国产以温度系列为标准的油井水泥,二、水泥浆性能与固井工程的关系,1,、水泥浆性能,水泥浆密度,干水泥密度,3.05,3.20 g,cm,3,，,水泥完全水化需要的水为水泥重量的,20,左右；,使水泥浆能流动加水量应达到水泥重量的,45,50,；,水泥浆密度,1.80,1.90 g,cm,3,之间。,水灰比,：,水与干水泥重量之比,。,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。,API,标准：从开始混拌到水泥浆稠度达到,100 BC,（水泥稠度单位）所用的时间。,API,标准中规定在初始的,15,30 min,时间内，稠化值应当小于,30 BC,。好的稠化情况是在现场总的施工时间内，水泥浆的稠度在,50 BC,以内。,水泥浆的失水,一般用,30,分钟的失水量表示。,水泥浆的凝结时间,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。以便于尽快开始下一道工序。通常希望固完井候凝,8hr.,左右，水泥浆开始凝结成水泥石，其抗压强度可达,2.3MPa,以上即可开始下一次开钻。,水泥石强度,能支撑和加强套管。,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。,水泥石的抗蚀性,主要应抗硫酸盐腐蚀。,2,、水泥的外加剂,（,1,）加重剂：,重晶石、赤铁粉等。可使水泥浆密度达到,2.3 g,cm,3,。,（,2,）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 g,m,3,。,（,3,）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,）促凝剂：,氯化钙、硅酸钠、氯化钾等。,（,5,）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,）降失水剂：,羧甲基羟乙基纤维素、丙烯酸胺、粘土等。,（,7,）防漏失剂：,沥青粒、纤维材料等。,3,、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,三、前置液,将水泥浆与钻井液隔开，起到隔离、缓冲、清洗的作用，可提高固井质量。,1,、冲洗液：,低粘度、低剪切速率、低密度。用于有效冲洗井壁及套管壁，清洗残存的钻井液及泥饼。,2,、隔离液：,有效隔开钻井液与水泥浆，以便形成平面推进型的顶替效果。通常为粘稠液体。,四、提高注水泥质量的措施,1,、对注水泥质量的基本要求,（,l,）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,）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。,2,、影响注水泥质量的因素,（,1,）顶替效率低，产生窜槽。,注水泥段：,注水泥段任一截面：,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：,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。,（,2,）水泥浆凝结过程中油气水上窜,引起油气水上窜的原因：,水泥浆失重：,水泥浆柱在凝结过程中对其下部或地层所作用的压力,逐渐减小的现象。,桥堵引起失重,，从而引起油气水上窜；,水泥浆凝结后体积收缩,；收缩率小于,0.2%,。,套管内原来有压力，放压后使套管收缩。,泥饼的存在,，影响地层,水泥间（第二界面）的胶结。,3,、提高注水泥质量的措施,（,1,）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；,注水泥过程中活动套管；,调节注水泥速度，使水泥浆在环空呈紊流状态；,调整水泥浆性能。加大钻井液与水泥浆的密度差；,降低钻井液粘度和切力。,（,2,）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。,第三节 完井技术,完井工艺过程：,钻开生产层、确定完井井底结构、安装井底（下套管固井或下入筛管）、使井眼与产层连通并安装井口装置等。,一、钻开储集层,储集层的两个突出特点：,储集有一定压力的油气水；,地层孔隙和裂缝比较发育，具有较好的原始渗透率。,对钻开储集层的技术要求：,保护油气层，防止钻井液污染；,控制油气层，防止不必要的井喷，安全钻开储集层。,1,、钻开后储集层储油性质的变化,一般，井内液柱压力大于地层压力。在毛细管力和正压差作用下，钻井液中的液相和固相进入储层岩石孔隙或裂缝之中，造成孔道堵塞，使储集层受到污染。,水侵：,钻井液中的自由水侵入储层的现象。,泥侵：,钻井液中固相物质侵入储层的现象。,（,1,）水侵对油气层的损害,使储层中的粘土成分膨胀，使油流通道缩小；,破坏油流的连续性，使单相流动变为多相流动，增加油流阻力；,产生水锁效应，增加油流阻力；,在地层孔隙中生成沉淀物。,（,2,）泥侵对油气层的损害,钻井液直接进入较大的储层孔隙，形成堵塞；,形成内泥饼，造成永久性损害；,2,、钻开后储集层岩石力学性质的变化,储集层被钻开之后，打破了原来的力学平衡状态，岩石发生侧向变形，从而对储集层结构造成影响。,对于孔隙较多、较大的砂岩储层，影响不太明显；,对于裂缝性储集层，影响明显。当产生侧向变形时，有些微小裂缝的张开程度明显减小。使储集层的渗透率降低。,长期的采油生产，使储层内压力下降，砂岩的骨架受力增加，砂岩会被压碎而造成出砂。,3,、钻开储集层的方法,采用合理的钻井液体系，避免水侵和泥侵的危害；,采用合理的钻井液密度，采用平衡或欠平衡压力钻井；,采用良好的井身结构，减少储集层浸泡时间；,在其他生产环节中也尽量防止污染,使用低失水、低密度水泥浆；,减少试油或其他作业中的关井、压井次数。,二、油气井完井井底结构类型,1,、对完井的要求,（,1,）最大限度地保护储集层，防止对储集层造成伤害。,（,2,）减少油气流进入井筒时的流动阻力。,（,3,）有效地封隔油气水层，防止各层之间的互相干扰。,（,4,）克服井塌或产层出砂，保障油气井长期稳产，延长井的寿命。,（,5,）可以实施注水、压裂、酸化等增产措施。,（,6,）工艺简单、成本低。,2,、完井井底结构,（,1,）裸眼完井法,让储集层裸露，只在储集层以上用套管封固的完井方法。,先期裸眼完井：,先固井，后打开储集层。,后期裸眼完井：,先打开储集层，后固井。,裸眼完井的适用范围：,只适用于在孔隙型、裂缝型、裂缝,-,孔隙型或孔隙,-,裂缝型坚固的均质储集层中使用。,适合于井中只有单一的储集层，不需分层开采，无含水含气夹层的井。,裸眼完井法的优点：,排除了上部地层的干扰，可以在受污染最小的情况下打开储集层（,先期裸眼完井,）。,在打开储集层的阶段如遇到复杂情况，可及时提起钻具到套管内进行处理，避免事故的进一步复杂化。,缩短了储集层在洗井液中的浸泡时间，减少了储集层的受伤害程度。,由于是在产层以上固井，消除了高压油气对封固地层的影响，提高了固井质量。储集层段无固井中的污染。,裸眼完井法的缺点,适应面窄，不适应于非均质、弱胶结的产层，不能克服井壁坍塌、产层出砂对油井生产的影响。,不能克服产层间的干扰，如油、气、水的互相影响和不同压力体系的互相干扰。,油井投产后难以实施酸化、压裂等增产措施。,先期裸眼完井法是在打开产层之前封固地层，但此时尚不了解生产层的真实情况，如果在打开产层的阶段出现特殊情况，会给后一步的生产带来被动。,后期裸眼完井没有避免洗井液和水泥浆对产层的污染和不利影响。,（,2,）射孔完井法,是使用最多的完井方法。,主要优点：,能比较有效地封隔和支持疏松易塌的生产层。,能够分隔不同压力和不同特点的油气层。,可进行无油管完井和多油管完井。,主要不足：,打开生产层和固井的过程中，钻井液和水泥浆对生产层的侵害较严重。,油气流入井内的阻力较大。,分为单管射孔完成、多管射孔完成、尾管射孔完成、封隔器射孔完成等方法。,（,3,）防砂完井,裸眼砾石充填完井,在钻开产层之前下套管固井，然后钻开产层并在产层段扩眼，下入筛管，在井眼与筛管间的环空中充填砾石。砾石和筛管对地层的出砂起阻挡作用。,管内砾石充填完井,在出砂井段下筛管，在筛管和油层套管之间的环空中充填砾石。,人工井壁完井,利用渗透性的可凝固材料注入到出砂层，形成阻挡砂粒的人工井壁。,渗透性固井射孔完井法：,用渗透性良好的材料注入套管和地层之间，再用小功率射孔弹射开套管但不破坏注入的渗透层；,渗透性衬管完井法：,在衬管与裸眼之间注入渗透性材料；,渗透性工人井壁完井法：,在裸眼井段注入渗透性材料形成人工井壁。,3,、完井井口装置,1,油管悬挂器；,2,油管头；,3,油管；,4,套管悬挂器；,5,套管头；,6,油层套管；,7,技术套管；,8,密封圈；,9,套管悬挂器；,10,套管头；,11,表层套管。,