注水泥附件及工艺技术.ppt

,*,Click to edit Master title style,油气井工程设计规范与法规,注水泥附件及工艺技术,摘自,钻井手册,（甲方）,石油工程学院,注水泥附件及工艺技术,一,注水泥有关概念及注水泥技术,二注水泥,三,注水泥的各种工艺方法介绍,四,尾管固井工艺,五,分级注水泥技术,六,挤水泥及注水泥塞,一 注水泥有关概念及注水泥技术,一般通过套管的固井作业称为注水泥，某些称为初级注水泥。它区别于经注水泥后而质量不合格，需再次挤水泥等其它补救注水泥以及其它注水泥塞作业等。因此注水泥在工程上和经济上有其重要的意义。对此所要施行的工程应当从准备、设计和施工上作好周密的计划，慎重的进行施工。当质量上发生问题时，将导致：限制增产措施执行或增产措施失效；使储量计算出偏差；不需开采的流体进入井内；各产层问互为窜聚；使生产层遭受破坏。因此注水泥的重要性不是言过其实的，同时补救挤水泥的再次注水泥，常因技术上的问题，困难很大，而且需要花大量的费用。,1,概念及说明,注水泥附件及工艺技术,一 注水泥有关概念及注水泥技术,注水泥除常规的水泥浆从套管内注入并从环空上返外，还有一些用于特殊情况的注水泥方法。主要有双级或多级注水泥方法，内管注水泥方法，插入管的管外注水泥方法，反循环注水泥方法，延迟凝固注水泥方法和多管注水泥方法。这些方法的使用基于井下特殊情况，分别是当有低破裂梯度存在而水泥要求高返时,(,用双级法,),。大尺寸套,管注水泥用内管法。有低压漏层的大环隙条件用外管法。极易漏失井用反循环法。特殊井为提高充填质量的浅井用延迟法如此等等。这些注水泥方法各异但均属注水泥。,2,注水泥方法概念,注水泥附件及工艺技术,二 注水泥,涉及注水泥方案选择与确定、水泥浆设计与计算，井眼准备、工具附件使用，注水泥装备选择和核算以及注水泥作业程序设计等。常规注水泥井下流程及装置见图。,1,注水泥技术内容,注水泥附件及工艺技术,二 注水泥,注水泥用的地面及井下管串附件说明，见右表。,1,注水泥技术内容,注水泥附件及工艺技术,二 注水泥,注地面注水泥设备与装置如下所述：,水泥散装库存装置，包括储存灰罐，外加剂混拌装置。,散装水泥的运输装置，包括散装水泥运输车，运输船和铁路专用散灰罐。,井场贮水罐，专用固井水罐设施。,泵送设备，水泥浆混配及高压泵送装置可安装在车上,(,包括拖车架上,),，撬装注水泥设备是海上平台及沙漠钻井装置必须配套设备。,泵送设备的高压水泥泵具有不同压力和排量，其功率指标越来越高。水泥混拌的配浆系统也有不断发展。,1,注水泥技术内容,注水泥附件及工艺技术,二 注水泥,1,注水泥技术内容,引鞋及浮箍见图,(,包括浮鞋及阻流环式浮箍等结构,),。,阻流环、浮箍、浮鞋,(a),浮鞋；（,b,）水泥鞋；（,c,）水泥阻流环,（,d,）浮箍；（,e,）阻流环式浮箍,注水泥附件及工艺技术,二 注水泥,1,注水泥技术内容,自灌式浮箍见图：,（,a,）一在下套管过程所形成的自灌，下回压阀旁道开启。上回压阀由中空管作用一直打开阀板，旁道可节流回灌液体速度；,（,b),一在循环钻井液该浮箍形式。,（,c),一通过投球，将中空管下压，上回压凡尔起作用，下回压凡尔旁通道也被关掉，是注水泥中浮箍的工作状态。,自灌式浮箍工作原理,注水泥附件及工艺技术,二 注水泥,1,注水泥技术内容,套管扶正器见图：,三种典型使用的套管扶正器，有常规使用弹簧片式扶正器，带有紊流导向板及刚性扶正器，后者主要用于较大斜度井段。,各式套管扶正器,（,a,）常规直形不电焊扶正器；,（,b,）适用定向井大斜度井段；,（,c,）具有紊流导向片,注水泥附件及工艺技术,二 注水泥,1,注水泥技术内容,套管刮泥器见图：,套管刮泥器,(a),定位箍；,(b),环式刮泥器,(,往复式,),；,(c),针形刮泥器,(,往复式,),；,(d),旋转式刮泥器,注水泥附件及工艺技术,二 注水泥,1,注水泥技术内容,上下胶塞见图：,上下胶塞,(a),上塞,(b),下塞,注水泥附件及工艺技术,二 注水泥,1,注水泥技术内容,胶塞刮集的混合泥浆段,胶塞所起的刮集段的混合污染泥浆见图，说明双塞施工重要性，以及要求阻流环至少保持距套管鞋,20,30m,。,注水泥附件及工艺技术,二 注水泥,1,注水泥技术内容,套管封隔引鞋,套管封隔引鞋见图：,注水泥附件及工艺技术,二 注水泥,1,注水泥技术内容,地层封隔接箍见图：,此种工具按正规完成第一次注水泥后，投重力塞打开,11,，在剪断销钉,10,过程打开套下移，钻井液通过定压单流阀进入胶筒,14,，涨开胶筒，在,9MPa,压力下，限压套销钉剪断，限压套上移，则注水泥孔打开，可进行二级注水泥。碰压过程关闭塞使关闭销钉,5,剪断，关闭套下行与爪套一起下移，形成永久关闭。,注水泥附件及工艺技术,二 注水泥,1,注水泥技术内容,具有典型三通管的,双塞水泥头见图：,注水泥附件及工艺技术,二 注水泥,2,注水泥设计主要应考虑的问题,获得合理设计，泌须考虑影响注水泥的因素。应考虑影响水泥浆设计因素，而对关键的一次性注水泥施工设计，应考虑如下项目见表。,注水泥附件及工艺技术,二 注水泥,3,注水泥工艺设计包括的内容与程序,地质及工程所提出的固井目的和要求，并依据己知井下条件参数及顶计的参数，进行初步方案设计；包括初算水泥量，替浆量及顶定水泥浆配方的流变性试验测定和计算以及压力计算。,获取井径资料，电测地层及产层数据。实际钻井液性能。地层孔隙压力和破裂压力。确定的套管下深和套管结构排列数据，规定水泥应封隔位置。这样就能完成实施的注水泥设计。它包括实际注替水泥浆量，驱替钻井液流型，临界流速，临界排量，全过程的流动压力变化，时间计算。由此校核注水泥的压力平衡和施工时间与现场实测稠化时间的安全性。最后规定注入程序以及排量、压力控制等。,最后作业质量评价包括测井温、声幅及变密度测井和套管试压。,注水泥附件及工艺技术,二 注水泥,4,常规注水泥井下管串附件的选择,一般情况下，引鞋,(,套管鞋或浮鞋,),，浮箍,(,阻流环,),，于产层段加入井壁刮泥器，设计加入套管扶正器；其它情况还可能使用套管鞋封隔工具，水泥伞以及分接箍和套管外封隔器等。使用工具及附件还有水泥头和上下胶塞。水泥头具有多种类型，分单塞及双塞连续式水泥头，胶塞顶装在水泥头内，施工中不因装胶塞而中停。较为先进的水泥头是能提放和转动管柱结构。在附件使用上，应当推行双塞固井，因为单个上塞注水泥方法，其刮集的泥浆膜所形成污染段泥浆往往被置于套管鞋环空关键的位置上。,所有用于连结在套管柱上的附件，在选择使用时应注意,:,钢级和强度应与使用井段套管要求一致，外径不能大于接箍外径尺寸,(,扶正器除外,),，内径不能小于下入套管的最小内径。,注水泥附件及工艺技术,三 注水泥的各种工艺方法介绍,1,内管柱注水泥方法,（,1,）选用原因,井深较浅而且是大井眼大尺寸套管时，尤其在无大尺寸胶塞，为防止注水泥及替泥浆过程在管内发生窜槽。顶替泥浆量过大、时间长。,该方法可以防止产生过大的上顶力，因较大承压截面积，在环空略有堵塞时，极易造成套管因上顶力大于管体重量而向上移动。,在未能获得实测井径情况，可以保证使水泥返至地面,(,在下入表层套管的情况下,),。,大尺寸的技术套管亦可采用内管注水水泥方法。,注水泥附件及工艺技术,三 注水泥的各种工艺方法介绍,1,内管柱注水泥方法,（,2,）内管法注水泥井下主要工具结构,内管注水泥装置,注水泥附件及工艺技术,三 注水泥的各种工艺方法介绍,1,内管柱注水泥方法,（,3,）其它结构,内管注水泥装置之二,在套管下部配特殊接箍，为插入接箍有供钻杆内管插入用的插座，注水泥完，由钻杆胶塞替水泥浆，提出钻杆靠下部舌形凡尔控制回流。其结构见图。,注水泥附件及工艺技术,三 注水泥的各种工艺方法介绍,2,非常规通过或不通过套管注水泥方法介绍,（,1,）内管注水泥方法见本节,“,内管注水泥方法,”,（,2,）管外主水泥法,在漏失严重的低压力带，于导管，表层固井，常规的套管注水泥方法，其水泥浆不能返出地面，采用井筒与套管环空插入小尺寸油管的一种充填式灌注浆方法。如漏失严重还需注入低密度水泥或触变性水泥浆，结构见图。,注水泥附件及工艺技术,三 注水泥的各种工艺方法介绍,2,非常规通过或不通过套管注水泥方法介绍,（,3,）反循环注水泥方法,由于紊流注水泥可能压漏地层，同时井口上部漏失性小或具有上一层套管条件，当改变管柱浮箍浮鞋结构，则可从井口环空注入水泥，这种方法更容易使用多种组合水泥浆柱。对下部地层有最小的流动压降，同时免除水泥浆顶不出套管高水泥塞事故危机。主要困难是判断水泥量与充填环空位置，一般为保证套管鞋水泥环质量，注水泥量不易掌握，也在管内留有较高们水泥塞。方法见图。,注水泥附件及工艺技术,三 注水泥的各种工艺方法介绍,2,非常规通过或不通过套管注水泥方法介绍,（）延迟凝固注水泥方法,为了获得特殊要求，均匀性高的水泥环质量，具有条件的井，采用该方法，首先通过钻杆，注入较长凝固时间的缓凝水泥浆，起钻后下入底端封闭的套管柱，下入未凝固的水泥浆井段内，靠管柱挤压水泥浆上溢，而完成注水泥的环空充填作业，挤压过程套管内依据悬重变化灌入钻井液。这种不停地下套管使水泥浆环空上返过程，具有充分活动套管时间，从而提供良好环空水泥质量。这种方法主要用于无油管完成井，且井深与温度均有一定限制，结构见图。,注水泥附件及工艺技术,四 尾管固井工艺,1,概述,尾管是不延仲至井口套管的一种注水泥方法，较短的尾管可座于井底，但绝大部分必需要求实施尾管悬挂，这样可保证环空水泥质量，而且管柱不弯曲，便于进行增产作业。尾管顶部为悬挂器,(,内设喇叭口及回接筒和悬挂机构,),。它挂于上层套管内壁上，与上层套管悬挂重叠长度一般控制在,50,150m,。,200,250m,长度属超长重叠的特殊情况。还有特殊尾管段形式，不与上层悬挂重叠，而靠水泥环支持，称为,“,保护性,”,尾管，它在处理大漏层，异常压力层，严重坍塌层，键槽井段使用，亦属于钻进尾管范筹。,尾管具有较高的经济效益，又改善管柱设计的轴向载荷，具有再钻进改善水力条件以及降低注水泥环空流动阻力的各种优点，近年来在井身结构设计上广泛采用。,注水泥附件及工艺技术,四 尾管固井工艺,1,概述,注水泥附件及工艺技术,四 尾管固井工艺,1,概述,注水泥附件及工艺技术,四 尾管固井工艺,典型尾管悬挂装置,（）卡块式悬挂器见图,作用原理是在上层套管顶设有承接悬挂的特殊接箍。卡块受弹簧片作用，卡块进入,特殊接箍台阶凹槽内而悬挂。销钉剪断即完成。,注水泥附件及工艺技术,四 尾管固井工艺,典型尾管悬挂装置,（,2,）,“,”,形槽悬挂器见图,作用原理：当下至设计深度后，上提,0.3,0.5m,，依靠弹簧片与外层套管内壁的摩擦力，以反时针方向转动，,J,槽内导向销钉由短槽进入长槽，此时下放钻具，卡瓦在锥套处张开而悬挂在外层套管内壁上。,注水泥附件及工艺技术,四 尾管固井工艺,典型尾管悬挂装置,（,3,）轨道（迹）式悬挂器见图,作用原理：悬挂本体开有长短轨道槽，卡瓦处于短槽内，通过转环机构，转向销钉由短槽进入长槽，卡瓦上行至锥套而张开，卡紧而悬挂。因此下尾管过程应控制上提高度，否则引起转向而中途悬挂，只有重新提放，使进入短槽而卡瓦复位，方可继续下尾管。,注水泥附件及工艺技术,四 尾管固井工艺,典型尾管悬挂装置,（,4,）液压式悬挂器见图,作用原理：投球至球座，加压使液体进入液缸剪断销钉后，推动液缸环塞套，带动卡瓦上行至锥套而张开，这时下放钻具，而使卡瓦卡牢产生悬挂。由井口增大整压值，再剪断球座销钉，球座套下落而恢复循环。可先倒扣然后注水泥，替液推动钻杆胶塞与中空胶塞重合最后在球座处碰压，球座接头见图。,注水泥附件及工艺技术,四 尾管固井工艺,典型尾管悬挂装置,（,5,）贝克公司液压尾管悬挂头见图,作用原理：悬挂头结构本体有两排卡瓦，卡瓦下端有三个压缩弹簧。液缸机构接在仲缩接头以下，液缸仲出后，卡簧卡住不能缩回，指环也不上移，悬挂头卡瓦便可伸出。下放钻具，使尾管悬挂。,操作程序,:,尾管下至设计井深，投球憋压卡瓦卡外层套管,(,坐挂步骤,),。通过伸缩接头找中和点,(,零轴向力点,),，倒开反扣螺纹；注水泥顶替泥浆，碰压，最后起出送入钻具及送入工具。,注水泥附件及工艺技术,四 尾管固井工艺,典型尾管悬挂装置,（,6,）,RP,型尾管悬挂器,这是一种比较新型设计结构的尾管挂，在尾管注水泥过程，可以上下及转动尾管。,RP,型安放器，旋转水泥接头使尾管有,6m,范围上下活动。下部配接,TIW-J,机械悬挂器。,操作程序,:,尾管十剪切释放,(,安全,),接头,+J,型悬挂器,+,具有安放接箍的,RP,花键接头。,注水泥附件及工艺技术,四 尾管固井工艺,3,关于尾管注水泥技术,（,1,）比较常规注水泥，尾管注水泥所具有的技术难点,常规尾管作业，于尾管座挂后，尾管一般不能活动。,尾管作业普遍情况是间隙小和水泥量少。,只能是单塞注水泥，不易保持喇叭口及尾管鞋处环空水泥质量，某些情况不能使用胶塞。这样更易造成接触污染。,尾管段套管容易偏贴靠井壁，居中度差。,小间隙及悬挂结构，造成局部环空过水面积小，要求水泥浆更高清洁度。,要求较常规注水泥控制更高的水泥浆滤失量。,注替水泥结束后，为保证送入钻具的安全起出，要求冲洗多余部分水泥浆,(,当返高超过尾管挂时,),。因此设计尾管注水泥浆应有较长的稠化时间，但又不允许造成过低的早期强度。,注水泥附件及工艺技术,四 尾管固井工艺,3,关于尾管注水泥技术,（,2,）提高尾管环空水泥环质量的主要方法及措施,井下条件允许，可选用能转动及上下活动结构的尾管挂。,应保持加入足够数量的套管扶正器，这比常规全井下套管注水泥更为重要。,井径与下入尾管尺寸应合理，其水泥环的厚度至少应大于,16 mm,。,应使用和设计好注水泥的前后隔离液。,当深井尾管作业时，钻具所形成高的注替水泥的井口表压力，而只宜采用塞流顶替，设计好隔离液的性能，保持水泥浆与泥浆有一定密度差,0.24 g/cm,3,。,严格控制水泥浆失水。,应保持注入水泥浆的均匀性，当水泥浆量小时，宜采取批量混配。并要求注入的水泥浆量记量准确，同时也要求替量准确。,注水泥附件及工艺技术,四 尾管固井工艺,3,关于尾管注水泥技术,（,2,）提高尾管环空水泥环质量的主要方法及措施,提出送下接头,(,反扣中心管,),冲洗喇叭口处多余水泥浆，应按尾管作业的技术条例规定。起出送入钻具，应随时灌好井内泥浆，维持井筒内的稳定的静液柱压力。,当地层不漏失，尾管的浮箍，浮鞋的回压作用可靠，应设计足够量的附加水泥，这样既可满足接触时问要求，又可保证喇叭口处水泥环质量。,如果要求能尽快冲洗出多余水泥浆，可采取反循环冲洗，但设计应核算由于反循环所产生过大压力，是否会压漏地层。,特殊长尾管注水泥，并有漏失层，可用两级注水泥。第一级采用正规的尾管注水泥方法。使用量保持封过漏失层并尽可能接近上层套管鞋。第二级作用是用标准挤水泥封隔器下至距喇叭口上,20,30 m,处，进行挤水泥使重叠段尾管充满水泥。,应当用尾管喇叭口处温度条件水泥凝固时问作为候凝时问。在尾泛喇叭口处及管内钻水泥塞，不应带钻挺，并应取较低转动速度，保持水泥环胶结，所测声幅质量才能真正反映出实际水泥环状况。,注水泥附件及工艺技术,四 尾管固井工艺,有关尾管注水泥方法图示,（）常规尾管注水泥方法的流程,注水泥附件及工艺技术,四 尾管固井工艺,有关尾管注水泥方法图示,（）存在漏失或有气条件，采用带封隔器的尾管悬挂装置挤水泥方法,注水泥附件及工艺技术,五 分级注水泥技术,分级注水泥,它是利用一种可以打开并可关闭的特殊接箍，在一口井使注水泥作业分成二级或三级完成，该特殊接箍称为分接箍,(,或分级箍,),。采取分级注水泥方法主要出于一次要求注入过大的水泥量；环空形成水泥柱过长，有过大静液柱压差或地层不能承受长段水泥柱液柱压力；在上部某层需要有不受泥浆污染的水泥封固；当上下有封隔层，但中问不需水泥封隔时；下部有气层为防止过大失重等原因。,分级注水泥工艺有三种类型,:,（）正规的非连续式的双级注水泥,;,（）非正规连续式的双级注水泥,;,（）三级注水泥。,注水泥附件及工艺技术,五 分级注水泥技术,分级注水泥,分接箍作用原理见图,注水泥附件及工艺技术,五 分级注水泥技术,正规非连续式双级注水泥程序,当第一级按正常套管注水泥方法，注完水泥并碰压后，井口卸压，证实下部浮鞋浮箍工作可靠，水泥浆不回流。则再投入打开塞，打开分级箍注水泥孔眼，可进行第二级注水泥工作。当分级箍孔眼打开恢复循环，可依据井下情况，立即或延迟开始进行第二级注水泥工作。注水泥前可调整处理井下钻井液性能。按设计注入前置液及水泥浆，注水泥结束后置入关闭塞，碰压并使注水泥孔永久关闭。,非连续式双级注水泥流程见图,注水泥附件及工艺技术,五 分级注水泥技术,正规非连续式双级注水泥程序,连续式双级注水泥流程见图,当一级水泥返至设计深度，按间隔量置入打开塞，随后注入二级水泥，在第一级水泥被替至顶计位置时，这时打开塞己打开分级箍上注水泥孔,(,打开塞为第二级水泥浆所推送,),二级水泥由孔返出，计算好间隔量随之置入关闭塞，由此达到顶替出二级水泥并碰压和关闭注水泥孔眼。,注水泥附件及工艺技术,六 挤水泥及注水泥塞,挤水泥概念及目的,挤水泥是一种补救注水泥或修井作业。利用液体压力挤压水泥浆，使之进入地层缝隙或地层孔隙的一种方法。目的在于水泥环对地层间和套管间造成密封。针对油井的具体情况，挤水泥目的是,:,补救注水泥不合格井，挤堵窜槽，补救水泥返高不够以及套管与水泥石及地层间的,缝隙。,控制油气比，使油层与相近的气层分隔开。,封堵油层下边水层，控制大量出水和气。,修补套管腐蚀孔洞或挤堵炮眼。,封堵漏层。,在多层注入井对其中一层或多层封堵，使注入液进入顶计层段。,处理报废层，井的液体流窜，堵炮眼或裸眼完成井的枯竭层。,注水泥附件及工艺技术,六 挤水泥及注水泥塞,挤水泥概念及目的,典型挤水泥作业见图,注水泥附件及工艺技术,六 挤水泥及注水泥塞,注水泥塞技术,（）注水泥塞的目的及用途,注水泥塞目的及用途主要有以下几种情况：,处理钻井过程中的井漏；,定向钻井的侧钻和造斜；,堵塞报废井及回填枯竭层位；,提供衬管式测试工具的承座基础；,隔绝地层。,注水泥附件及工艺技术,六 挤水泥及注水泥塞,注水泥塞技术,（,2,）注水泥塞注意事项,注水泥塞特点在于要将相对体积小的水泥浆置于大的井眼中去，而流经管道均比套管小，因此存在泥浆污染、冲稀、升温快、流阻大，压差大易失水等一系列问题。,应当注意的事项,a.,应有井径资料，优选一个规则井段，并在要求允许的范围内，避开垮塌，大肚子。渗滤大的井段注水泥塞，尤应注在坚硬地层处。,b.,掌握准确的设计量与记录量，仔细计算水泥，水，外加剂和顶替最，尤其实际施工记录量要准确，水泥量的附加数要求，考虑注替过程被冲稀或污染影响水泥塞质量问题。,c.,应当配制密度较高的水泥浆，进行批量配制要求均匀程度好和流动性能好，井下静止温度超过,120,时，应掺入,35%,硅粉。,d.,使用足够数量的隔离液。,e.,有条件使用刮泥器，活动管柱及替泥浆时应转动钻具,(,或油管,),。,f.,有条件应使用钻杆胶塞及胶塞座。,g.,注替水泥浆完毕，上提钻具应慢，防止过大抽汲作用而引起污染。,注水泥附件及工艺技术,六 挤水泥及注水泥塞,注水泥塞技术,（,3,）注水泥塞方法,平衡塞法,平衡塞发是最常用的方法之一。将钻具,(,或油管,),下至注水泥塞设计深度底部，注水泥然后替出水泥浆，管内留够水泥容积，使水泥面高于环空水泥塞面高度，慢慢起出钻具使水泥塞留在原位置。一般起离塞顶面,20,30m,，冲洗,(,或反循环,),。施工注意下入钻具其环空与管具内有关前后隔离液，水泥浆和钻井液实现平衡。,注水泥附件及工艺技术,六 挤水泥及注水泥塞,注水泥塞技术,（,3,）注水泥塞方法,倾筒法,倾卸简装一定量水泥浆，由电缆送至注水泥深度，该井下部,(,顶计水泥塞下部,),，先压入一只固定桥塞。在该深度通过机械方法或电流法使倾筒开关打开，上提倾卸筒水泥浆倾到出。,注水泥附件及工艺技术,六 挤水泥及注水泥塞,注水泥塞技术,（,3,）注水泥塞方法,双塞法,与一次注水泥的双塞固井相似，而该双塞用于钻杆内，该井在顶计水泥塞下部先下入,桥塞。管柱底部有特殊挡圈，下胶塞可通过挡圈而从钻杆内脱出。上胶塞则被胶塞座阻挡，也通过并口泵压突增判断水泥己顶替出，并由该塞控制水泥浆回流。然后上提钻具反循环冲洗管内水泥及管外多余水泥浆。,注水泥附件及工艺技术,谢谢！,