課題:中途測試及完井作業主講:邵玉田單位:大港鉆井培訓中心大港鉆井培訓中心歡迎各油田的朋友課題:中途測試及完井作業主講:邵玉田單位:1中途測試及完井作業一、中途測試1、什么叫中途測試？2、中途測試工具3、中途測試過程4、施工注意事項二、完井作業1、完井方法2、完井方法分類3、下套管固井中途測試及完井作業一、中途測試二、完井作業21、什么叫中途測試？

中途測試是在鉆井過程中對已被鉆開的油氣層進行裸眼測試，又叫鉆桿測試。中途測試在探井中應用較廣泛。優點：能迅速見到油氣流，并可初步確定油、氣層壓力和生產能力，從而采取合適的完井方法，以節約鉆井成本。由于這種方法是在鉆穿油氣層之后立即測試，因而避免了鉆井液對油、氣層的長期污染，有助于取得可靠的油、氣、水資料，有助于提高探井的成功率，加快油、氣田的勘探速度。1、什么叫中途測試？中途測試是在鉆井過程中對32、中途測試工具（1）MFE測試管柱的組成（2）MFE測試管柱主要部件及作用（3）中途測試及原理2、中途測試工具（1）MFE測試管柱的組成4（1）MFE測試管柱的組成

測試管柱的組成及聯接順序為：管鞋+壓力計+篩管+封隔器+安全密封+安全接頭+震擊器+旁通閥+多流測試器+鉆桿（1柱）+反循環接頭+鉆桿至井口（1）MFE測試管柱的組成測試管柱的組成及聯接順序為5（1）MFE測試管柱的組成及形式（1）MFE測試管柱的組成及形式6（2）MFE測試管柱主要部件及作用1）多流測試器2）江斯頓裸眼旁通閥3）安全密封接頭4）鎖緊接頭5）封隔器6）壓力計和壓力計托筒7）重型篩管和開槽尾管8）反循環閥9）震擊器10）安全接頭（2）MFE測試管柱主要部件及作用1）多流測試器71）多流測試器（測試閥）換位機構取樣機構液壓延時機構1）多流測試器（測試閥）換位機構取樣機構液壓延時機構8多流測試器（測試閥）是MFE測試管柱的核心部件，它由：換位機構、液壓延時機構和取樣機構組成。測試閥的組成：原理：在起下管柱時閥是關閉的，只有施加壓縮負荷時，經過延時閥才打開，通過管柱上提下放，可以實現多次開井和關井，而且在延時開井時，地面有自由下墜的開井顯示，這樣可以正確判斷測試閥是處在什么位置上。取樣機構可以在測試結束時取出地層流體的樣品。多流測試器（測試閥）是MFE測試管柱的核心部件，它由：換位機92）江斯頓裸眼旁通閥作用：當測試管柱下井時，主旁通閥有可能關閉，但阻力一旦消失，主旁通閥即可打開，不致造成下井困難。原理：管柱下到預定位置，封隔器坐封后，在打開測試閥的過程中，主旁通閥因受壓縮負荷而首先關閉，測試閥的心軸推動滑套剪斷螺旋銷，關閉副旁通閥同時打開測試閥，測試結束后，對旁通閥施加一定的拉力時，延時機構延時1~2分鐘，打開主旁通閥，使封隔器上、下的壓力平衡，便于封隔器解封。2）江斯頓裸眼旁通閥作用：當測試管柱下井時，主旁通閥有可能關102）裸眼旁通閥組成：它由主旁通閥、副旁通閥和延時機構組成，副旁通閥用螺旋銷固定在打開位置。2）裸眼旁通閥組成：它由主旁通閥、副旁通閥和延時機構組成，副11作用：是封隔器坐封后，卸除鉆壓仍使封隔器保持坐封狀態，不致因上提下放操作MFE而提松。組成：主要由上、下油室，計量滑閥和止回閥組成，它與裸眼封隔器配合使用。3）安全密封作用：是封隔器坐封后，卸除鉆壓仍使封隔器保持坐封狀態，不致因124）鎖緊接頭鎖緊接頭與套管封隔器配合使用，其作用與裸眼測試的安全密封相同。4）鎖緊接頭鎖緊接頭與套管封隔器配合使用135）封隔器①當工具下到設計深度后，下接頭和心軸由支柱或井壁錨支撐，通過上部管柱施加壓力，使滑動頭向下移動，對膠筒加壓。②膠筒的壓力先使它下面的金屬承托杯展平，膠筒繼續壓脹，封住全部間隙，使測試層段與上部井筒隔開。作用：5）封隔器①當工具下到設計深度后，下接頭和心軸由支柱或井壁錨146）壓力計和壓力計托筒

作用：壓力計是記錄井下壓力資料的裝置，安裝在壓力計托筒上，可測量管柱內壓和外壓。工作原理：①測試過程中封隔器一直由安全密封銷定在封隔狀態。②測試完畢，提升管柱，打開旁通，使安全密封解銷，由滑動頭、扣環把膠管拉伸縮回，解封地層，起出工具。6）壓力計和壓力計托筒作用：壓力157）重型篩管和開槽尾管作用：重型篩管用來支撐封隔器和全部測試管柱，在測試中構成地層流體與鉆桿的通道，起過濾網和間隙管的作用。開槽管一般用于套管測試。結構：重型篩管和開槽尾管是鉆有很多孔和槽的管子，接在封隔器下面。7）重型篩管和開槽尾管作用：重型篩管用來支撐封隔器和全部測試168）反循環閥作用：用于測試完畢后反循環出鉆桿內的流體。8）反循環閥作用：179）震擊器作用是一種測試管串的解卡工具。9）震擊器作用是一種測試管串的解卡工具。1810）安全接頭安全接頭在測試管柱中，通常接在封隔器的上邊，震擊器的下邊。當下部工具被卡住，無法解卡時，可以從安全接頭卸開，把下部工具丟在井里取出上部工具。10）安全接頭安全接頭在測試管柱中，通常接在封隔器的上邊，震19（3）中途測試及原理①用鉆桿或油管將測試管柱下入測試層段，在下入過程中，由于測試閥（多流測試器）關閉，鉆柱內被掏空，下至測試層段，利用封隔器將測試段以上的環形空間隔離。②通過地面控制，打開測試閥，這時測試層中的流體在地層與管內壓差作用下，通過篩管流入測試管柱，便可以從地面采集地層流體樣品，進行分析，從而獲得測試層的有關資料。③需要關井測壓力恢復時，仍由地面控制，關閉測試閥即可關井。（3）中途測試及原理①用鉆桿或油管將測試管柱下入測試層段，在20地層測試器工作原理示意圖地層測試器工作原理示意圖213、中途測試過程準備工作下鉆測試封隔器解封反循環起鉆3、中途測試過程準備工作22（1）設備準備工作1）仔細檢查鉆桿，保證長度準確并滿足強度要求；2）在下測試器以前，要檢查好防噴器和節流壓井管匯等地面設備，保證其試壓合格，靈活好用。3）對提升系統、循環系統、指重表、泵壓表進行一次全面檢查，保證處于良好狀態。4）封隔器應坐在井徑規則、堅實致密、離測試層不遠的層段上。5）測試前應進行電測，掌握測試層的準確厚度、深度和井徑，坐封隔器前必須核對鉆具長度，保證坐封位置符合設計要求。6）地面測試設備和測試工具要按施工設計要求準備好，并畫出草圖。（1）設備準備工作1）仔細檢查鉆桿，保證長度準確并滿足強度要23井眼準備①最大井斜、井斜變化率、方位變化率符合井身質量要求，無鍵槽、狗腿井段。②全井井徑基本規則，無明顯臺肩、大肚子、縮徑等阻卡井段。③鉆井液性能必須保證鉆具在靜止不動的測試時間內不卡，井底無沉砂，起下鉆暢通無阻。A、裸眼井準備井眼準備①最大井斜、井斜變化率、方位變化率符合井身質量要求，24B、套管井準備①通井規外徑小于套管內徑6~8mm射孔試油井要求通至人工井底。②裸眼篩管完成井通至套管鞋以上10~15m，然后用油管通至井底。③使用彈性刮管器對全井筒進行清刮。B、套管井準備①通井規外徑小于套管內徑6~8mm射孔試油井要25（2）下鉆測試下鉆操作除按下鉆操作規程外，還應重點注意以下各點：1）防管柱漏失。2）防中途坐封。3）防頓。4）必須按設計加夠液墊。（2）下鉆測試下鉆操作除按下鉆操作規程外，還應重點注意26（3）測試1）坐封前的準備2）封隔器坐封和初開井3）初關井4）二開井5）終關井（3）測試1）坐封前的準備271）坐封前的準備A、觀察環空液面升降速度，為封隔器坐封后環空出現異常情況提供一個參考基數。B、地面防噴器控制系統按要求試壓合格。1）坐封前的準備A、觀察環空液面升降速度，為封隔器坐封后環空282）封隔器坐封和初開井A、裸眼壓縮式封隔器（圖11—27）B、套管封隔器2）封隔器坐封和初開井A、裸眼壓縮式封隔器29A、裸眼壓縮式封隔器的使用①先下放管柱試探井底并記下有摩擦阻力的下放懸重；②上提管柱并記下有摩擦阻力的上提懸重，再下放管柱到底，按不同尺寸的封隔器膠筒要求，逐漸均勻地加壓。下一頁A、裸眼壓縮式封隔器的使用①先下放管柱試探井底并記下有30③膠筒受壓膨脹而緊貼井壁（即坐封），同時旁通閥關閉，多流測試器經延時一定時間后整個管柱自由下落25.4mm（重量指示儀指針閃動），指示井底測試閥已打開。④觀察環空液面穩定不降，表示情況正常，此時，地層中的流體通過篩管進入多流測試器取樣器，最后進入鉆柱內，即可進入正式測試程序。⑤如果環空液面急劇下降，說明封隔器（或測試閥以下的工具）漏失，應立即采取措施消除，否則應起鉆查明原因。③膠筒受壓膨脹而緊貼井壁（即坐封），同時旁通閥關閉，多流測試31B、套管封隔器的使用（卡瓦封隔器）①管柱下到預計坐封隔器的方余處，上提管柱一定距離（依井下工具的情況而定），右旋管柱一定圈數（依井深而定）并保持住扭矩下放管柱。②如果懸重明顯下降，說明卡瓦張開，可繼續加壓至要求的負荷為止。③稍等片刻，如果觀察到重量指示儀指針閃動，環空液面不降，表示封隔器坐封正常，測試閥已打開，即可進行正式測試。B、套管封隔器的使用（卡瓦封隔器）①管柱下到預計坐封隔器的方323）初關井初開井一定時間后，按設計程序進行初關井。對MFE的操作是上提管柱，并觀察重量指示儀出現“自由點”后，繼續上提一定的力，然后重新下放管柱至原來加壓的重量即關井。注：自由點指換位機構不承受拉力時的長度。3）初關井初開井一定時間后，按設計程序進行初關井。注：自由點334）二開井MFE的操作仍是上提管柱通過“自由點”（換位機構不承受拉力時的長度），再壓回到原來加的重量，管柱出現自由下落現象，表示再次開井。4）二開井MFE的操作仍是上提管柱通過“345）終關井（同初關井）對MFE的操作是上提管柱，并觀察重量指示儀出現“自由點”后，繼續上提一定的力，然后重新下放管柱至原來加壓的重量即關井。注：自由點指換位機構不承受拉力時的長度。5）終關井（同初關井）對MFE的操作35（4）封隔器解封測試結束，解封封隔器的操作方式，都是上提管柱超過原懸重一定值，等待一定時間后旁通閥打開，封隔器膠筒收縮而解封。（壓縮封隔器和套管封隔器相同）（4）封隔器解封測試結束，解封封隔器的操36（5）反循環起鉆反循環的作用是把測試期間流入管柱內的流體循環出來。測試管柱起鉆之前，必須要進行反循環，對于裸眼井的反循環要特別小心，為防止意外情況出現，必須要控制反循環速度，最好是產出物被頂出管柱后即改小排量正循環。（5）反循環起鉆反循環的作用是把測試期間流入管柱內的流體循環374、施工注意事項（1）下鉆（2）起鉆（3）測試過程4、施工注意事項（1）下鉆38（1）下鉆（見鉆井工P145頁）測試下鉆操作除按下鉆操作規程外，還應注意以下各點：

1）防管柱漏失。絲扣涂高溫密封脂，上緊絲扣。觀察環空液面變化和測試管柱在井口的排氣反應，以便及時地發現管柱漏失，采取措施加以排除，避免下到底后因漏失而被迫起鉆。

2）防中途坐封。套管測試使用的封隔器是自帶卡瓦依靠順時針旋轉一定扭矩而坐封的，雖然它帶有“J”形槽控制裝置，但如果操作不當也會中途坐封。因此，下鉆過程中務必使井下管柱不能旋轉。

3）防頓。下鉆要平穩，控制在15柱每小時。遇阻下壓不得超過50KN，并要求迅速上提鉆具，絕對不要重負荷長時間壓著等待措施，時間長會把測試閥打開，管柱內進入過量鉆井液而被迫起鉆。

4）必須按設計加夠液墊。下鉆過程中最好逐根立柱加滿液墊，切忌下入立柱過多，加速太猛，使大量空氣難以排盡，造成加滿假象。（1）下鉆（見鉆井工P145頁）測試下鉆操作除按39（2）起鉆在起鉆時應注意以下幾點：1）起鉆速度不宜太快，及時灌滿泥漿。2）為防止出現復雜情況，起鉆要求旋繩卸扣或液壓大鉗卸扣。3）如果出現只能上提不能下放管柱的情況時，下放負荷不能太大，下壓時間不能過長，要防止測試閥在起鉆中途被打開使樣品跑掉。4）起鉆完畢，取出壓力記錄卡片、溫度計、取樣器。取樣器中的流體樣品是有壓力的，要用專用裝置處理。（2）起鉆在起鉆時應注意以下幾點：40（3）測試過程

——注意事項測試過程中要：防止井噴、防止著火和人身傷亡事故。（3）測試過程

——注意事項測411、防井噴應保證井控裝置好用，管線暢通，試壓合格。儲備足夠的重鉆井液量。測試工具的井口控制頭能承受可能出現的最高壓力。在高壓高產天然氣井使用常規測試管柱測試時，最好在管柱中增裝安全閥，以防止流動期間上部管柱意外斷落造成管柱內井噴失控而難于處理。測試工具下鉆和起鉆中，應有人觀察記錄井筒內和地面鉆井液總量，特別注意總量劇增的異常情況。起鉆防止抽吸井噴，遇小井徑徑段時要放慢上起速度，起鉆中保持環空鉆井液灌滿。如果遇到“灌不進”時，應耐心等待上部環空鉆井液通過測試器旁通閥流到封隔器以下的井段。1、防井噴應保證井控裝置好用，管線暢通，試壓合格。422、防著火開井流動和反循環管柱內的油氣工作應放在白天進行，遇雷雨、大風等惡劣氣候盡量不要進行測試工作。柴油機的排氣管必須裝滅火裝置。所有的電路開關必須是防暴。禁止在鉆臺上及周圍吸煙、用明火。測試期間，應準備消防、可燃氣體報警器；在鉆臺上下安裝起消防作用的泥漿槍和噴水裝置。及時清除鉆臺上下的原油等可燃物質。2、防著火開井流動和反循環管柱內的油氣工作應放在白天進行，遇433、防人身傷亡事故所有活動管匯應用安全鏈或繩索栓牢。在井口接工具、緊扣、坐封轉動時密切注視轉盤以上的管柱各處絲扣倒扣的情況。防止因絲扣倒扣造成管柱落井或落物傷人。如果需要松掉活動管匯來轉動測試管柱，必須把活動管匯松掉的自由端用棕繩捆牢在管柱上，以避免轉動時傷人。用卡瓦轉動管柱后，在有扭矩的狀態下，上提管柱時當心管柱反轉甩出卡瓦傷人。管線內留有壓力時，不要捶擊由壬；打開或關閉閥門時亦應緩慢。現場應配有硫化氫監測儀。如果使用氮氣做氣墊，其含氧量必須低于2％。3、防人身傷亡事故所有活動管匯應用安全鏈或繩索栓牢。44二、完井作業1、完井方法定義2、分類3、下套管固井4、油井水泥規范和類別5、水泥漿的性能6、油井水泥的外加劑和前置液7、注水泥工藝二、完井作業1、完井方法定義4、油井水泥規范和類別451、完井方法完井方法是指油氣井井筒與油氣層的連通方式，以及為實現特定連通方式所采用的井身結構、井口裝置和有關的技術措施。1、完井方法完井方法是指油氣井井筒與油462、完井方法的分類（先期裸眼完井、后期裸眼完井、篩管完井和篩管礫石填充完井）完井方法分為套管完井裸眼完井（套管射孔完井、尾管射孔完井）2、完井方法的分類（先期裸眼完井、后期裸眼完井、篩管完井471）射孔完井法（含尾管射孔完井法）

是指鉆穿油氣層后，下入生產套管并在環形空間注水泥，用射孔器射穿套管、水泥和部分產層，構成井筒與產層的通道。1）射孔完井法（含尾管射孔完井法）

是指鉆穿油氣層后，下入48①、套管射孔完井套管射孔完井是鉆穿油層直至設計井深，然后下油層套管至油層底部注水泥固井，最后射孔，射孔彈射穿油層套管、水泥環并穿透油層某一深度，建立起油流的通道。優點：套管射孔完井既可選擇性地射開不同壓力、不同物性的油層，以避免層間干擾，還可避開夾層水、底水和氣頂，避開夾層的坍塌，具備實施分層注采和選擇性壓裂或酸化等分層作業的條件。①、套管射孔完井套管射孔完井是鉆穿油層直至設49②、尾管射孔完井尾管射孔完井是在鉆頭鉆至油層頂界后，下技術套管注水泥固井，然后用小一級的鉆頭鉆穿油層至設計井深，用鉆具將尾管送下并懸掛在技術套管上。尾管和技術套管的重合段一般不小于50m。優點：a、尾管射孔完井由于在鉆開油層以前上部地層已被技術套管封固，可以采用與油層相配伍的鉆井液以平衡壓力、低平衡壓力的方法鉆開油層，有利于保護油層。b、可以減少套管重力和油井水泥的用量，從而降低完井成本，目前較深的油氣井大多采用此方法完井。②、尾管射孔完井尾管射孔完井是在鉆頭鉆至油層502）、裸眼完井法裸眼完井方式有兩種完井工序：①先期裸眼完井法②后期裸眼完井法裸眼完井的最主要特點是油層完全裸露，因而油層具有最大的滲流面積。這種井稱為水動力學完善井，其產能較高。裸眼完井雖然完善程度高，但使用局限性很大。砂巖油氣層，中、低滲透層大多需要壓裂改造，裸眼完成即無法進行。砂巖中大都有泥頁巖夾層，遇水多易坍塌而堵塞井筒。使用條件：碳酸鹽巖油氣層，包括裂縫性油氣層，大多使用裸眼完井。2）、裸眼完井法裸眼完井方式有兩種完井工序：51①先期裸眼完井法

先期裸眼完井法是在油層頂部下入技術套管并固井，然后鉆開生產層試油投產。適用條件：有的厚油層適合于裸眼完成，但上部有氣頂或頂界鄰近又有水層時，也可以將技術套管下過油氣界面，使其封隔油層的上部分，然后裸眼完井。必要時再射開其中的含油段，國外稱為復合型完井方式。①先期裸眼完井法先期裸眼完井法是在油層52②后期裸眼完井法

后期裸眼完井法是在鉆穿產層以后，將油層套管下至產層頂部注水泥完井。

注：后期裸眼完井固井時，為防止水泥漿損害套管鞋以下的油層，通常在油層段墊砂或者替入低失水、高粘度的鉆井液，以防止水泥漿下沉。②后期裸眼完井法后期裸眼完井法是在鉆穿533）、割縫襯管（篩管）完井（一）使用條件：a、在低壓、低滲不產水的單一裂縫性產層，或井壁較為破碎的灰巖產層中使用，能避免完井過程中水泥漿和射孔作業對產層的損害。b、在一般情況下，不提倡使用篩管完井。割縫襯管完井方式也有兩種完井工序：①用同一尺寸鉆頭鉆穿油層后，套管柱下端連接襯管下入油層部位，通過套管外封隔器和注水泥接頭固井封隔油層頂界以上的環形空間。該完井方式井下襯管損壞后無法修理或更換。3）、割縫襯管（篩管）完井（一）使用條件：割縫襯管完井方式也544）、割縫襯管完井（二）

②鉆頭鉆至油層頂界后，先下技術套管注水泥固井，再從技術套管中下入直徑小一級的鉆頭鉆穿油層至設計井深。最后在油層部位下入預先割縫的襯管，依靠襯管頂部的襯管懸掛器（卡瓦封隔器），將襯管懸掛在技術套管上，并密封襯管和套管之間的環形空間，使油氣通過襯管的割縫流入井筒。4）、割縫襯管完井（二）②鉆頭鉆至油層頂界后，先下技55優點：a、采用這種完井工序，油層不會遭受固井水泥漿的損害，可以采用與油層相配伍的鉆井液或其他保護油層的鉆井技術鉆開油層，當割縫襯管發生磨損或失效時也可以起出修理或更換。b、割縫襯管的防砂機理是允許一定大小的、能被原油攜帶至地面的細小砂粒通過，而把較大的砂粒阻擋在襯管外面，大砂粒在襯管外形成“砂橋”，達到防砂的目的。“砂橋”處流速較高，小砂粒不能停留在其中。“砂橋”具有較好的流通能力，同時又起到保護井壁骨架砂的作用。優點：565）礫石充填完井定義：礫石充填完井是在油層部位的井眼下入繞絲篩管，然后用充填液將在地面上預先選好的礫石泵送至繞絲篩管與井眼或與套管之間的環形空間內，構成一個礫石充填層，以阻擋油層砂流入井筒，達到保護井壁、防砂入井之目的。最后，封隔篩管以上的環形空間完井。使用條件：在結構疏松、出砂嚴重、厚度大且不含水的單一油層使用，可消除注水泥和射孔作業對油層的損害。5）礫石充填完井定義：礫石充填完井是在油層部位的井眼下入繞絲57礫石充填完井一般使用不銹鋼繞絲篩管，而不用割縫襯管。其原因：一是割縫襯管的縫口寬度由于受強度的限制，最小為0.5mm。因此，割縫襯管只適用于中、粗砂粒油層。而繞絲篩管的縫隙寬度最小可達0.12mm，故其適用范圍要大得多；二是繞絲篩管是由繞絲形成一種連續縫隙，流體通過篩管時幾乎沒有壓力降。繞絲篩管的斷面為梯形，外窄內寬，具有一定的“引剖”作用，輕微的堵塞可被產出流體疏通。裸眼完井和射孔完井都可以充填礫石。稱為裸眼和套管礫石充填。礫石充填完井一般使用不銹鋼繞絲篩管，58①、裸眼礫石充填完井方式在地質條件允許使用裸眼而又需要防砂時，就應該采用。其工序是鉆頭鉆達油層頂界以上3m后，下技術套管注水泥固井，再用小一級的鉆頭鉆穿水泥塞，鉆開油層至設計井深，然后更換擴張式鉆頭將油層部位的井徑擴大到技術套管外徑的1.5~2倍，以確保充填礫石時有較大的環形空間，增加防砂層的厚度，提高防砂效果。一般礫石層的厚度不小于50mm。圖3-8-4-6裸眼礫石充填完井示意圖①、裸眼礫石充填完井方式在地質條件允59②套管礫石填充完井方式套管礫石填充的完井方式工序是：鉆頭鉆穿油層至設計井深后，下油層套管于油層底部，注水泥固井，然后對油層部位射孔。要求采用高孔密（30孔/m左右）、大孔徑（20mm左右）射孔，以增大充填流通面積，有時還把套管外的油層砂沖掉，以便向孔眼外的周圍油層填入礫石，避免礫石和地層砂混合而增大滲流阻力。由于高密度充填（高粘充填液）緊實，充填效率高，防砂效果好，有效期長，故當前大多采用高密度充填。圖3-8-4-7套管礫石充填完井示意圖②套管礫石填充完井方式套管礫石填充的完井方式606）化學固砂完井

化學固砂完井是以各種材料（水泥漿、酚醛樹脂等）為膠結劑，以輕質油為增孔劑，以各種硬質顆粒（石英砂、核桃殼等）為支撐劑，按一定比例攪拌均勻后，擠入套管外堆集于出砂層位。凝固后形成具有一定強度和滲透性的人工井壁防止油層出砂。或者不加支撐劑，直接將膠結劑擠入套管外出砂層位，將疏松砂巖膠結牢固防止油層出砂。例如遼河油田的高溫化學固砂劑，主要是在注蒸汽井上使用，可以耐溫350℃以上。此外，加拿大阿爾伯達研究中心（ARC）用聚合物等材料制成的化學固砂劑可防細粉沙。化學固砂雖然是一種防砂方法，但在使用上有其局限性，僅適用于單層及薄層，防砂油層一般以5m左右為宜，不宜用在大厚層或長井段防砂。6）化學固砂完井化學固砂完井是以各種材料61（1）裸眼完井方式裸眼完井是一種最簡單的水平井完井方式。即：技術套管下至預計的水平段頂部，注水泥固井封隔，然后換小一級鉆頭鉆水平井段至設計長度完井，如圖。圖3-8-4-8裸眼水平井示意圖裸眼完井主要用于碳酸鹽巖等堅硬不坍塌地層，特別是一些垂直裂縫地層，如美國奧斯汀白堊系地層。

7）水平井完井方式（1）裸眼完井方式圖3-8-4-8裸眼水平井示意圖62圖3-8-4-9割縫襯管完井示意圖（2）割縫襯管完井方式

割縫襯管完井是將割縫襯管懸掛在技術套管上，依靠懸掛封隔器封隔管外的環形空間。割縫襯管要加扶正器，以保證襯管在水平井眼中居中，如圖。主要適用于不宜用套管射孔完井，又要防止裸眼完井時地層坍塌。采用此方法的井，因為完井方式簡單，既可防止井塌，還可將水平井段分成若干段進行小型措施，當前水平井多采用此方式完井。圖3-8-4-9割縫襯管完井示意圖（2）割縫襯63（3）射孔完井方式這種完井方式將層段分隔開，可以進行分層增產及注水作業，可在稀油和稠油層中使用，是一種非常實用的完井方法。

圖3-8-4-10水平井射孔完井示意技術套管下過直井段注水泥固井后，在水平井段內下入完井尾管并注水泥固井。完井尾管和技術套管應重合100m左右，最后在水平井段射孔。（3）射孔完井方式圖3-8-4-10水平井射孔完64（4）管外封隔器完井方式

管外封隔器完井是依靠管外封隔實施層段的分隔，它可以按層段進行作業和生產控制，這對于注水開發的油田尤為重要。管外封隔器的完井方法，可以分三種形式，如圖。

圖3-8-4-11套管外封隔器及割縫襯管完井示意圖圖3-8-4-12套管外封隔器及滑套完井示意圖

圖3-8-4-13套管外封隔器及襯管射孔完井示意圖

（4）管外封隔器完井方式圖3-8-4-11套管外65完井方式的選擇完井方式的選擇主要是針對單井而言。雖單井屬于同一油藏類型，但其所處地理位置不同，所選擇完井方式也不盡相同。如果油藏有氣頂、底水，若采用裸眼完成，技術套管則應將氣頂封隔住，再鉆開油層，而不鉆開底水層；若采用套管射孔完成，則應避射氣頂和底水。如果油藏有邊水，套管射孔完成時，油田開發要充分利用邊水驅動作用，避射開油水過渡帶。要綜合油藏類型、滲流特征和原油性質進行完井方式選擇。完井方式的選擇完井方式的選擇主要是針66Ⅰ、砂巖油氣藏砂巖分為層狀、塊狀和巖性油藏。在陸相沉積地層中，層狀油層所占比例大。塊狀或巖性油層的物性、原油性質和壓力系統大致是一致的，因而完井方式無須作特殊考慮。但層狀油層，特別是多套層系同井合采時，就應認真考慮其完井方式。

Ⅰ、砂巖油氣藏砂巖分為層狀、塊狀和巖67砂巖油藏從原油粘度來分，可分稀油、稠油。陸相沉積地層的特點是層系多、滲透率偏低，而且地層能量低。稀油大多需要注水，補充地層能量開發，而且多套層系都要進行壓裂增產措施。這類砂巖油藏只宜采用套管射孔完成，不應采用裸眼或割縫襯管等方式完井，因為裸眼或割縫襯管完井都無法分層注水或分層壓裂。砂巖油藏從原油粘度來分，可分稀油、稠油68Ⅱ、碳酸鹽巖油氣藏碳酸鹽巖油藏按滲流特征可分為孔隙性和裂縫性或裂縫和孔隙雙重介質油藏。孔隙性油層需要進行酸化或壓裂酸化增產措施，因而多采用套管射孔完井。碳酸鹽巖氣藏也分為孔隙性和裂縫性氣藏。這兩種氣藏大多有底水，孔隙性氣藏采用套管射孔完井，也需要酸化或壓裂酸化增產措施。底水裂縫性氣藏同樣需要酸化和控制底水措施，宜采用套管射孔完井，有時也可選用裸眼完井。Ⅱ、碳酸鹽巖油氣藏碳酸鹽巖油藏按滲流特征69Ⅲ、火成巖、變質巖等油藏這類油藏是指火山巖、安山巖、噴發巖、花崗巖、片麻巖等油藏，這類油藏都屬于次生古潛山油藏，是由生油層的原油運移至上述巖石的裂縫或孔穴中而形成的油藏，這種類型油藏都為堅硬的巖石，可按裂縫性碳酸鹽巖油藏完井，即套管完井或裸眼完井。Ⅲ、火成巖、變質巖等油藏這類油藏是指火703、下套管固井（1）什么是固井？（2）固井的目的（3）井身結構（4）下套管（5）固井3、下套管固井（1）什么是固井？71（1）什么是固井？固井是向井內下入一定尺寸的套管串，并在其周圍注以水泥漿，把套管與井壁緊固起來的工作。（1）什么是固井？固井是向井內下入一定72（2）固井的目的封隔疏松、易漏、易塌等地層，封隔油、氣、水層，防止互相串槽。（2）固井的目的封隔疏松、易漏、易塌等地73（3）井身結構

井身結構包括：下入井內的套管層次，各層套管的尺寸和下入深度，各層套管相應的鉆頭尺寸以及管外水泥返高。（3）井身結構井身結構包括：74（4）下套管1）套管柱的受力分析2）套管柱下部結構（4）下套管1）套管柱的受力分析751）套管柱的受力分析下入井內的套管柱，主要受軸向力、外擠壓力和內壓力三種力的作用。1）套管柱的受力分析下入井內的套管柱，主762）套管柱下部結構a引鞋b套管鞋c旋流短節d浮箍e凡爾球f生產套管g扶正器2）套管柱下部結構a引鞋b套管鞋77a、引鞋作用：引導套管入井，防止套管底部插入井壁巖層。a、引鞋作用：78b、套管鞋作用：在起下鉆時引導鉆具進入套管，防止鉆具接頭、接箍和鉆頭碰掛套管柱底端。b、套管鞋作用：79c、旋流套管作用：是使水泥漿旋流上返，以提高頂替效率，保證注水泥質量。c、旋流套管作用：80d、套管回壓凡爾作用：是在注水泥結束后，阻止水泥漿倒流，保證水泥返高；其次在下套管中使管內掏空，以增加套管柱的浮力。d、套管回壓凡爾作用：81e、承托環作用：是承坐膠塞，控制水泥返高。e、承托環作用：82f、套管扶正器

作用：是使套管在井眼內居中，保證套管周圍的水泥漿分布均勻，此外，還有刮掉井壁上疏松泥餅的作用。f、套管扶正器作用：83g、油層定位短節作用：是以它為記號，用磁性定位的電測方法測出接箍的位置，為準確的射開油氣層提供依據。g、油層定位短節作用：84（5）固井1）注水泥設備2）注水泥施工工序（5）固井1）注水泥設備851）注水泥設備a、用途：注水泥是用一套設備和管匯，把水泥漿泵送到套管與井壁的環形空間預計的位置，達到封固生產層和復雜層的目的。b、組成：主要包括水泥車、混合漏斗、水泥分配器、水泥頭、膠塞、水泥供應設備等。1）注水泥設備a、用途：862）注水泥施工工序A、套管下至預定井深后，裝上水泥頭循環鉆井液，接好各臺水泥車注水泥的地面管匯。B、打隔離液、注水泥。C、碰壓。D、侯凝。2）注水泥施工工序A、套管下至預定井深后，裝上水泥頭循環鉆井874、油井水泥規范和類別1）標準API標準10《油井水泥材料和實驗規范》中提出九個級別的分類，即A，B，C，D，E，F，G，H和J共九個級別。我國標準亦按API規定為九個級別，并可分為普通型（O）、中抗硫酸鹽型（MSR）和高抗硫酸鹽型（HSR）三類。我國油井水泥生產還保留溫度系列的標準，分45℃，75℃，95℃和120℃四種油井水泥。4、油井水泥規范和類別1）標準882）特種水泥（不屬于API標準）火山灰水泥、火山灰石灰水泥、樹脂水泥（塑料水泥）、石膏水泥、柴油水泥、膨脹水泥、鋁酸鈣水泥、高鋁水泥、膠乳水泥、高寒水泥等。在API標準10c對這類水泥含義及類別作如下概述：膠凝水泥：通過加入一定量膨潤土改性的水泥。石膏水泥：主要由水化CaSO4組成的水泥。高鋁水泥：即鈣鋁水泥。早強水泥：相當API，C級或ASTM，Ⅲ類水泥，具有較高的早期強度。高溫水泥：在高溫條件下具有熱穩定性的水泥。水硬性水泥：在水下與水發生化學反應而凝結固化類水泥。2）特種水泥（不屬于API標準）火山灰水泥、火山灰石灰水泥、893）其它的水泥有：純凈水泥（原漿水泥）：不含添加劑的基本水泥。普通水泥：系指普通建筑水泥或波特蘭水泥。波特蘭礦渣水泥：波特蘭水泥與礦渣按規定標準混合的水泥。波特蘭火山灰水泥：由波特蘭水泥或波特蘭礦渣水泥與火山灰組成的水硬性水泥。緩凝水泥：加入緩凝劑而增長稠化時間的水泥。加重水泥：超過正常水泥漿密度，含有加重劑的水泥。抗硫水泥：高于普通水泥符合API標準10抗硫要求的水泥。3）其它的水泥有：純凈水泥（原漿水泥）：不含添加劑的基本水泥904）油井水泥使用的基本要求為：1、水泥漿流動性好；2、水泥漿在井下溫度和壓力條件下保持穩定性；3、水泥漿注入并被置替至規定位置后，能控制在要求時間內凝固，固化后原始體積變化極小；4、水泥漿在配制和注入時，它的密度可允許通過外加劑來調節，并保持要求的強度、流動性能和稠化時間；5、當地層含有鹽溶液和硫酸鹽水溶液時，要求水泥石具有一定的抗蝕性；6、凝固的水泥石強度發展較快，短期內達到要求的抗壓強度和較低的滲透性，同時還具有塑性；適應于射孔需要，不產生過多水泥石裂縫；7、要求同一品種水泥的化學成分及其礦物組成不應有過大差別，以保持水泥質量的穩定，而且還應容易接受外加劑的處理。4）油井水泥使用的基本要求為：1、水泥漿流動性好；915）API水泥級別及使用范圍①API水泥成分A，B，C，D，E與F級油井水泥，是在水硬性硅酸鈣為主要成分的水泥熟料中，加入適量的石膏和助磨劑磨細制成的。G，H級油井水泥，是在水硬性硅酸鈣為主要成分的水泥熟料中，加入適量的石膏或石膏和水磨細制成的。5）API水泥級別及使用范圍①API水泥成分92②API水泥使用范圍如下：A級：深度范圍0—1828·8m，溫度至76·7℃，無特殊性能要求。B級：深度范圍0—1828·8m，溫度至76·7℃，屬中熱水泥，分為中抗硫酸鹽（MSR）和高抗硫酸鹽型（HSR）。C級：深度范圍0—1828·8m，溫度至76·7℃，屬早強水泥，分普通、中抗硫酸鹽和高抗硫酸鹽型。D級：深度范圍1828·8—3050m，溫度在76—127℃，用于中溫中壓條件，分為中抗硫酸鹽（MSR）和高抗硫酸鹽型（HSR）。E級：深度范圍3050—4270m，溫度在76—143℃，用于高溫高壓條件，分為中抗硫酸鹽（MSR）和高抗硫酸鹽型（HSR）。F級：深度范圍3050—4880m，溫度在110—160℃，用于超高溫高壓條件，分為中抗硫酸鹽（MSR）和高抗硫酸鹽型（HSR）。G，H級：深度范圍0—2440m，溫度0—93℃，分為中抗硫酸鹽（MSR）和高抗硫酸鹽型（HSR）。當摻入促凝劑或緩凝劑，能適應較大范圍的井深和溫度條件。J級：深度范圍3660—4880m，溫度在49-160℃，僅有普通型。②API水泥使用范圍如下：A級：深度范圍0—1828·8m，931）水泥漿應具備以下特性：1、能配成需要密度的水泥漿，不沉降和具有好的流動度，適宜的初始稠度，且均質和不起泡。2、易混合與泵送，分散性好，摩擦阻力小；3、流動性好，頂替效率高；4、在注水泥、候凝、硬化期間應保持需要的物理及化學性能；5、水泥漿在固化過程中不受油氣水的侵染，失水量小，固化后不滲透；6、水泥漿具有足夠快的早期強度；7、提供足夠大的套管、水泥、地層間的膠結強度；8、具有抗地層水的腐蝕能力；9、滿足射孔強度要求；10、滿足所要求條件下的稠化時間和抗壓強度。5、水泥漿的性能1）水泥漿應具備以下特性：1、能配成需要密度的水泥漿，不沉降942）針對注水泥的技術要求應著重考慮：1、水泥漿要適應深度條件大幅度變化的需要，尤其是一種類型級別水泥，既滿足高溫又要適應低溫。而注水泥時水泥漿所受的環境壓力變化，亦在常壓至100MPa大范圍內的變化。2、水泥漿必須具有良好的流動性和可泵性。3、能夠配成需要的水泥漿密度。配制水泥漿密度在0·9~2·45g/m3范圍內可調。4、水泥漿固化后能防止在高溫（110℃以上）環境下強度衰退。5、水泥環主要起到以下作用：承受下井各層套管柱的軸向載荷；要求水泥凝結過程有最小失水量和體積收縮，有效地封隔油氣層；抗腐蝕性好，并對套管起保護作用。2）針對注水泥的技術要求應著重考慮：1、水泥漿要適應深度條件953）水泥漿的水灰比①、水泥漿的可泵性和流動性能水泥與水混合能配成均質漿體，適應泵送及最低流動阻力，且漿體穩定、水泥顆粒不沉降，又不能離析出超過規定的清液。應具有合理的水灰比（W/C）。最小用水量：任何一種級別水泥混合后，粘度低于30Bc水泥漿所需用的水量；最大用水量：以250ml量筒，配漿靜置2h后分離出清液應小于3.5ml為條件，此時配漿所用的水量。3）水泥漿的水灰比①、水泥漿的可泵性和流動性能96各類型級別水泥的用水量總控制在最小用水量和最大用水量之間。水灰比高，流動性好，抗壓強度低。低于最小水量時，流動性高于30Bc就不可泵送。常以控制水泥漿在注替水泥過程能保持15～30Bc指標來考慮用水量。API各級別水泥規定的水灰比，包括兩方面的要求，即30Bc與3.5ml的兩個控制指標,API水泥析水測定只對G,H這兩個基本水泥規定了不超過3.5ml標準。級別ABCDEFGHg/cm31.871.871.781.971.961.941.8951.974水灰比0.460.460.560.380.380.380.440.38API純水泥水灰比各類型級別水泥的用水量總控制在最小用水量和最大用水量之間。水97②、水灰比的影響上述規定的最小用水量遠大于化學計算水泥水化和凝固所用水量。正常情況下水泥用水量是水泥質量的25%（W/C=0.25），與具有可泵性的最小水灰比0.38比較，水泥漿還將存在一定量的自由水，這些水在純凈水泥中常依靠水泥的細度（粒度）來控制。A或C級水泥的平均粒度約在150~200m2/g左右。水灰比能影響造漿率和抗壓強度。增高水灰比獲得較大的造漿量，同時又要求水泥不沉降，當混合量超過最大水量時，一般采用增充劑防止水泥顆粒的沉降，其中水的含量起到實際增大造漿量的作用。發生沉降的臨界條件是控制自由水試驗值不超過3.5ml。②、水灰比的影響上述規定的最小用水量遠大于化學計算水泥水化和98③、水泥漿的密度凈水泥漿密度范圍總受到最大和最小用水量的限制。但在實際注水泥作業時一般不總是采用凈水泥漿，大多數使用經外加劑處理的水泥漿。由于地層承壓能力不同所以對水泥漿密度有較大范圍的要求。因此從密度概念上來說，與正常水灰比條件下密度對比，低于正常密度的稱為低密度水泥漿，高于正常密度者稱為高密度水泥漿（正常密度為1.78~1.98g/cm3）。③、水泥漿的密度凈水泥漿密度范圍總受到最大和最小用水量的限制99通常獲得較低密度水泥漿有兩種方法Ⅰ、采用膨潤土（粘土）或化學硅酸鹽型填充劑和過量水；Ⅱ、采用低密度外加劑材料如火山灰、玻璃微珠或氮氣等。超低密度水泥漿的主要代表類型為泡沫水泥及微珠水泥。泡沫水泥漿密度范圍為0.84~1.32g/cm3。微珠水泥漿密度范圍為1.08~1.44g/cm3。獲得高密度水泥漿更多的方法是采用摻入加重劑；加砂可獲得密度為2.16g/cm3，加重晶石可獲得密度為2.28g/cm3，加赤鐵礦可獲得密度為2.4g/cm3.。通常獲得較低密度水泥漿有兩種方法Ⅰ、采用膨潤土（粘土）或化學100④水泥漿失水控制凈水泥在滲透層受壓時，促使水泥漿失水（脫水），致使水泥漿增稠或“聚凝”造成憋泵。不同作業類型在6.9MPa壓差、時間30min條件下的失水量控制為：1）套管注水泥推薦失水量控制在100~200ml/min；2）尾管注水泥及擠水泥推薦失水量控制在50~150ml/min；3）有效控制氣竄推薦失水量控制在30~50ml/min；4）50~200ml/min失水量一般認為是最佳控制失水標準。④水泥漿失水控制凈水泥在滲透層受壓時，促使水泥漿失水（脫水）101⑤水泥漿流變性除了套管居中度、頂替排量、膠凝強度和密度差外，流態是實現水泥漿對環空鉆井液有效頂替的一個重要因素。當排量一定時水泥漿流體的流動剖面取決于流動狀態，而流動狀態又取決于流變參數。因此在給定條件下，如何合理地調整流變參數，獲得最佳頂替效率，是非常關鍵的。流變參數主要由范氏粘度計測定。各種處理劑影響是多方面的，木質素磺酸鹽緩凝劑有降低粘度作用，纖維素衍生物將增大水泥漿粘度，分散劑可以減少化學成分影響的表觀粘度，這些分散劑都能降低賓漢塑性流體的屈服強度，同時流體的塑性粘度取決于固相含量，化學處理劑則不易影響塑性粘度值。⑤水泥漿流變性除了套管居中度、頂替排量、膠凝強度和密度差外，102⑥水泥漿容積變化在常壓下，水泥漿凝結由液態向固態轉化時其收縮率大約為2%，線性膨脹大約為0.1%，為此大部分水泥漿的用水量應使所配出的水泥漿的體積等于其凝固后水泥石的體積，同時沒有自由水分離出來。API定義的最大用水量為：與任何一種水泥混合成的水泥漿，其凝固后體積等于水泥漿體積，而其分離出自由水量少于1.5%。水泥漿容積變化與水灰比、造漿量、水泥的比表面積（水泥顆粒大小）有關。過大的容積收縮將影響水泥與套管及地層間的固結。在水泥中使硫酸鈣與鋁酸三鈣（C3A）反應生成艾丁依特，它的晶體晶格占據的空間比原反應組分的要大，從而使水泥石膨脹，因此C3A量不應低于5%。⑥水泥漿容積變化在常壓下，水泥漿凝結由液態向固態轉化時其收縮103⑦水泥漿稠化時間Ⅰ）水泥漿稠化時間試驗的溫度條件計算：溫度梯度=（BHST-27℃）/（0.01H）式中BHST—井底靜止溫度，℃；H—井深，m。現場水泥漿稠化時間試驗的溫度主要取井底循環溫度。為滿足套管注水泥的條件，以到達井底的時間作為養護升溫的時間。Ⅱ）稠化時間的控制。可以通過使用促凝劑與緩凝劑，同時考慮其它綜合性能對水泥質量的影響及經濟成本，綜合控制稠化時間。稠化時間是現場施工時間再加1~1.5h。而稠化時間所規定的稠化值不是取100Bc，而是根據施工具體情況取稠化值在50~70Bc內。⑦水泥漿稠化時間Ⅰ）水泥漿稠化時間試驗的溫度條件計算：104⑧水泥漿固化后的性能Ⅰ、水泥石的抗壓強度從工程角度來看，水泥石的抗壓強度應滿足支承套管軸向載荷，承受鉆進與射孔等的震擊以及承受壓裂施工的壓力。Ⅱ、水泥候凝時間一般情況下，表層套管水泥候凝時間是12h，（個別取18~24h）。技術套管的水泥候凝時間為12~14h；油層套管的水泥候凝時間主要取24h。技術套管試壓取4.1~10.4MPa;生產套管試壓取4.1~10.4MPa。水泥候凝時間在現場取決于允許測聲幅時間，當獲得的聲幅合理時，就可再次進行施工。⑧水泥漿固化后的性能Ⅰ、水泥石的抗壓強度105⑨、高溫條件下水泥石的強度衰退正常條件下，水泥在井下凝固，繼續水化時強度增加，但當井溫超過110℃后，經過一定時間后將使強度值下降。溫度越高其強度衰退速度也越快。110~120℃衰退緩慢，230℃時一個月內造成強度破壞，310℃時在幾天內就造成強度破壞，其中膨潤土體系高水灰比水泥高溫穩定性更差。加入硅粉可控制強度衰退，因此稱硅粉和石英砂為熱穩定劑，加量在25%~30%范圍內效果較好，加量在5%~10%時比不加硅粉的情況更壞。⑨、高溫條件下水泥石的強度衰退正常條件下，水泥在井下凝固，繼1066、油井水泥的外加劑和前置液各級水泥只有采取加入外加劑的方法，才能使設計與配制的水泥漿適應各種條件下注水泥的要求以及達到質量標準。1）外加劑應用的主要目的是：調整水泥漿稠化時的密度、失水、流變性，增容，增加抗壓強度和保持高溫下強度熱穩定性等等。2）油井水泥外加劑主要可分為以下幾類：緩凝劑、促凝劑、降失水劑、加重劑、增充劑（減輕劑）、降阻劑（分散劑）和特種添加劑。6、油井水泥的外加劑和前置液各級水泥只有采取加入外加劑的方法107例如：鉆井井深1829~7620m范圍內所遇到的井底靜止溫度約為76.7~260℃。為防止水泥凝結過快要在其中加入緩凝劑，否則這些水泥只能安全用到井深2438m。溫度增加比井深（壓力）增加更能縮短水泥稠化時間，緩凝劑必須與水泥本身及其他添加劑相適應。油井水泥（例如D和E類）所用的緩凝劑為木質素磺酸鹽、樹膠、淀粉、弱有機酸和纖維素衍生物之類的化合物。在現場使用之前，必須進行水泥試驗。由于有這種問題，所以就研制了APIG類和H類水泥，在制造它們時不允許加入緩凝劑。這些出廠的基本水泥可用到井深2438m，與緩凝劑有效配合后可在深度9144m井內使用。使用需高水灰比的添加劑時，需多加入一些緩凝劑以取得合適的稠化時間。例如：鉆井井深1829~7620m范圍內所遇到的井底靜止溫度1083）目前用作緩凝劑的化學產品

表8—3常用水泥緩凝劑材料常用量木質素緩凝劑0.1~1.0①木質素碳酸鈣、有機酸0.1~2.5①羧甲基羥乙基纖維素（CMHEC）0.1~1.5①鹽飽和度6.35~7.26Kg①單位為干水泥質量的百分數3）目前用作緩凝劑的化學產品

表8—3常用水泥緩凝劑材料1094）速凝劑用于淺井、低溫地層，特別是地層溫度低于37.78℃時水泥漿內要求加入速凝劑以縮短稠化時間及增加早期強度。在配漿設備運轉良好的條件下，通過使用速凝劑，基本水泥的強度在4h后就可達3.5MPa，這是一般固結與支承套管所需的最低強度。表8—4常用水泥速凝劑速凝劑（①為水質量的百分數）用量（干水泥量的）％水泥種類使用方法氯化鈣，片狀、粉末、無水2~4任何一種API水泥干粉或加入水中氯化鈉3~10①1.5~5任何一種API水泥干粉或加入水中半水石膏20~100APIA,B,C,G或H類水泥只能干用硅酸鈉(Na2SO2)1~75APIA,B,C,G或H類水泥干粉或加入水中加減阻劑低水灰比水泥漿0.5~1.0APIA,B,C,G或H類水泥干粉或加入水中海水APIA,B,C,D,E,G或H類水泥用作配漿水4）速凝劑用于淺井、低溫地層，特別是地層溫度低于37.78℃1105）用APIA類，B類、G類或H類水泥以正常水灰比所配出的純水泥漿的相對密度要大于1.80。不少地層不能承受這種密度水泥漿的長液柱壓力。因此，要使用減輕劑來降低水泥漿相對密度。這類添加劑還可以降低水泥漿成本和增加造漿量，有時還能降低失水量。通過加水和低密度固體或同時加入二者都可以降低水泥漿相對密度。表8—5給出了幾種常用油井水泥減輕劑5）用APIA類，B類、G類或H類水泥以正常水灰比所配111材料類型一般用量膨潤土混合膨潤土水泥預水化膨潤土水泥改性膨潤土水泥高膠性含鹽膨潤土水泥2%~16%①硅藻土10%，20%，30%或40%①天然碳氫化合物硬瀝青煤每袋水泥加0.45~22.68Kg每袋水泥加2.27~22.68Kg每袋水泥加2.27~9.07Kg膨脹珍珠巖氮氣0~70%(由相對密度\溫度和壓力決定)其他人造火山巖火山灰膨潤土水泥硅酸鹽每袋水泥加10.89Kg變量每袋水泥加0.45~3.40Kg①為干水泥質量的百分數表8—5常用油井水泥減輕劑材料類型一般用量膨潤土硅藻土10%，20%，30%或40%①1126）水泥漿內加入（降阻劑）減阻劑可改善其流動性能。被分散的水泥漿具有較低的粘度，在較低泵壓下可達到紊流，因此所需泵的功率較小，并且能減少井漏及水泥漿先期脫水。減阻劑還能降低水泥漿的動切力。材料類型用量（每袋水泥所用）Kg聚合物團環長鏈0.14~0.230.23~0.68氯化鈉0.45~7.26木質素黃酸鈣，有機酸（緩凝劑和減阻劑）0.23~0.68表8—6常用水泥減阻劑。6）水泥漿內加入（降阻劑）減阻劑可改善其流動性能1137）用降失水劑減少水泥漿的失水量

其目的在于：

Ⅰ、防止水泥漿在滲透性地層先期脫水；

Ⅱ、保護水敏性地層；

Ⅲ、改善擠水泥作業。

純G或H類水泥漿在30min內API失水量大于1000ml。8）降失水劑的主要作用是：Ⅰ、形成薄膜或膠粒，阻止水泥漿內自由水析出及先期脫水；Ⅱ、改善顆粒級配，改變水泥漿保存及圈閉自由水能力的大小。表8—7為常用水泥漿降失水劑7）用降失水劑減少水泥漿的失水量

其目的在于：

Ⅰ、防止水泥114添加劑類型與作用建議用量水泥種類使用方法有機聚合物（纖維素），形成膠粒0.5%~1.5%各種API水泥干混合有機聚合物（減阻劑），改善顆粒級配及形成膠粒0.5%~1.25%各種API水泥干混合或與水混合羧甲基羥乙基纖維，形成膠粒0.3%~1.0%各種API水泥干混合乳膠添加劑（35），形成薄膜3.79dm3/袋各種API水泥干混合或與水混合膨潤土水泥+減阻劑，改善顆粒級配12%~16%膠質土0.7%~1.0%減阻劑各種API或A，P，H類水泥成批混合表8—7為常用水泥漿降失水劑添加劑類型與作用建議用量水泥種類使用方法有機聚合物（纖維素）1158）外加劑的主要類型與作用原理①、促凝劑的作用原理促凝劑的機理還處于研究階段。有人認為CaCl2促進水化早期化合物聚積速度加快。另外有理論認為CaCl2的加速機理含有相似的擴散過程，OH-從外界較快地擴散進富含Ca2+的溶液中，加速氫氧化鈣的沉降和硅酸鈣的分解。②、降失水劑的作用原理降失水劑使得水泥漿隙間水產生粘性，濾失速度隨濾液粘度增加而降低；降失水劑能形成薄膜或膠粒，阻止水泥漿內自由水析出。8）外加劑的主要類型與作用原理①、促凝劑的作用原理1169）緩凝劑的作用原理作用方式以通過表面吸附或生成表面沉淀起作用，這種表面沉淀非常致密，能延遲水化作用的發展速度。化學類緩凝劑產品所具有的副作用為分散作用。緩凝劑的作用原理如下：1）吸附——分散作用。2）濕潤及潤滑。3）微細氣泡被外阻劑分子包圍并與水泥質點吸附相同極性的電荷，其電性斥力使得水泥顆粒分散。9）緩凝劑的作用原理作用方式以通過表面吸附或生成表面沉淀起作117添加劑對水泥物理性能的影響添加劑性質膨潤土硅藻土火山灰砂加重劑速凝劑氯化鈉緩凝劑減阻劑降失水劑防漏劑密度減少增加②②②②②①需水量少多②②①①①①粘度減少增多①①①①①①①②②①稠化時間減少增多①①②②①②①①早期強度減少增多①①①②②②①①①最終強度減少增多②②①①①①①①耐久性減少增多①①②①失水量減少增多②①①①②①①稍有效果②效果顯著和主要用途添加劑對水泥物理性能的影響添加劑膨潤土硅藻11810）注水泥的前置液①、前置液的基本特性為提高水泥漿頂替鉆井液效率，改善水泥環質量，在鉆井液與水泥漿之間注入一段“液體”，這種特殊的液體稱為水泥漿的前置液。前置液是屬于注水泥作業中使用的一種特殊外加劑，由于它不是添加于水泥或水泥漿中，因此作為外加劑范圍有其特殊性。按其性質分為沖洗液及隔離液。它在驅替鉆井液過程中起到隔離、緩沖、沖洗和稀釋鉆井液的作用，從而提高水泥漿的頂替效率。10）注水泥的前置液①、前置液的基本特性119Ⅰ、沖洗液

沖洗液通常為在水中加入表面活性劑或用鉆井液稀釋混配而成的一種液體，具有沖洗和稀釋作用。沖洗液主要作用是沖洗和稀釋被頂替的鉆井液。沖洗液的作用特點是：Ⅰ）稀釋和分散鉆井液，防止鉆井液絮凝和膠凝；Ⅱ）有效沖洗井壁及套管壁的泥漿和疏松泥餅，提高水泥與它們間的膠結強度；Ⅲ）作為鉆井液與水泥漿之間的緩沖劑，并防止水泥漿與鉆井液直接接觸而產生污染。Ⅰ、沖洗液

沖洗液通常為在水中加入表面活性劑或用鉆井液稀釋混120沖洗液（沖洗型及稀釋型）應具有的性能及標準如下：Ⅰ）有較低的基液密度（1.0~1.03Kg/m3）接近牛頓流體的流動特性;Ⅱ）對井壁疏松泥餅應具有一定的滲透力,降低粘土粒子間的連接力,使之易于被沖洗剝落;Ⅲ）具有相應懸浮能力,防止沖蝕的泥餅堆積,加有陰離子型表面活性劑而分散包圍粘土粒子,使它們由于靜電斥力而不相互聚集;Ⅳ）稀釋鉆井液而改變流變特性,使之能在較低流動速度下達到紊流;沖洗液的臨界流速標準應在0.3~0.5m/s范圍內或更小；Ⅴ）當與鉆井液接觸摻合時，應降低鉆井液的粘度和切力，使之易于被頂替，要求沖洗液具有較低的塑性粘度（μp）；Ⅵ）要求對水泥漿失水、稠化時間不產生過大影響，應與鉆井液和水泥漿具有良好的相容性；Ⅶ）屬沖洗型，可在流體中加入惰性固體粒子，增強沖刷效果，因此基液密度不受1.03Kg/m3限制，但其密度保持小于水泥漿密度0.12Kg/m3以上；Ⅷ）不應對套管產生腐蝕。沖洗液（沖洗型及稀釋型）應具有的性能及標準如下：Ⅰ）有較低的121Ⅱ、隔離液隔離液為粘度、密度和靜切力均可調節的粘稠流體。它主要用于隔離及平面驅替鉆井液，常用于塞流頂替注水泥設計中。隔離液可分為粘性隔離液與紊流隔離液。注水泥與沖洗液同時進行時，用于沖洗液之后，水泥漿之前。Ⅱ、隔離液隔離液為粘度、密度和靜切力均可調節122隔離液的作用特點是：（a）形成平面推進頂替鉆井液，適應塞流注水泥；紊流隔離液亦可產生平面驅替鉆井液效果；（b）存在低壓層井段及漏失問題的井以及要求控制高失水的井可作緩沖液；（c）易控制井下地層不穩定；（d）有效地隔開鉆井液與水泥漿，避免水泥漿的接觸污染，防止鉆井液的絮凝稠化；（e）具有浮力效應及拖曳力，加強頂替效果。隔離液的作用特點是：123紊流隔離液的性能標準為：（a）具有紊流沖刷功能；（b）在較低的臨界流速下能產生紊流；（c）能攜帶固體顆粒，接近牛頓流體特性；（d）不腐蝕套管，與鉆井液、水泥漿能夠相容。紊流隔離液的性能標準為：（a）具有紊流沖刷功能；124②、前置液設計按照測水泥漿流變性的方法測定前置液的流變性能，并依據水泥漿設計的頂替流型，確定使用的前置液類型。（1）沖洗液滿足10min接觸時間的計算公式：q1＝10Qc（60）Q1—沖洗液用量，m3；Qc—臨界排量，m3/s。（2）同時使用沖洗液與隔離液：q2＝10Qc（60）q2—沖洗液與隔離液總量，兩種液體容積比按2：1配量，m3。q2總量控制按不超過環空高度300m為準。②、前置液設計按照測水泥漿流變性的方法測定前置液的125③、前置液劑類型常用的沖洗液：（1）表面活性劑水溶液（稀釋原井漿配制而成）；（2）焦磷酸鈉水溶液（加量2.5~3.0kg/m3）（3）硅酸鈉加部分纖維素混合物（1.08kg/m3）；（4）1%表面活性劑及2%分散劑的混合液（主要用于油基鉆井液中）；（5）CMC水溶液及淡水、海水等。常用的隔離液：（1）水溶液加入4.8%D—115，以重晶石調整密度；（2）水溶液加入23.7%D—104，加重晶石；（3）水溶液加入1%D—112，加重晶石，15%硅藻土；（4）水溶液加入胍膠或短乙基纖維素。③、前置液劑類型常用的沖洗液：常用的隔離液：1267、注水泥工藝水泥漿設計水泥漿設計是注水泥技術的基礎。其設計是密度、造漿率、容積、用水量的計算；還要考慮完井井深、井溫、井眼條件和鉆井復雜問題對水泥漿的影響，還要解決注水泥關鍵工序的頂替問題。正確的水泥漿設計取決于對井下條件和對各種影響因素認識的深度和準確性。7、注水泥工藝水泥漿設計1271）、水泥漿性能設計的壓力條件①）壓力條件與稠化時間實驗表明，常壓至20.68MPa范圍內，其壓力因素對水泥抗壓強度、稠化時間有較大影響，超過該范圍，壓力增大，其影響作用減少，水泥漿受壓取決于液柱壓力，液柱壓力計算公式如下：P液=0.0981(γH/10)式中P液—液柱壓力，MPaγ—液體密度，kg/m3H—計算壓力點深度，m。實際水泥漿在井下受壓還包括流體流動所產生的流動阻力ΔP，因此水泥漿受壓應是：P水泥漿受壓=P液+ΔP1）、水泥漿性能設計的壓力條件①）壓力128②）平衡壓力設計概念平衡壓力設計是指：注替水泥漿過程產生的總環空水泥漿壓力應小于最薄弱地層的破裂壓力。驅替水泥漿到設計位置后，要使水泥漿在凝固失重條件下不受油氣侵竄，就要求其靜液柱壓力梯度大于地層孔隙壓力梯度值。②）平衡壓力設計概念平衡壓力設計是指：注替水泥漿過程產生的總1292）、水泥漿使用的井溫條件A）地面配漿溫度混合水超過38℃將縮短稠化時間，低于15℃將延遲水泥凝固。API標準設計配漿溫度規定為27℃，即井口溫度為27℃。B）井底靜止溫度和水泥漿循環溫度井底靜止溫度與區域地溫梯度有關。API選擇2.733℃/100m作為一般情況來計算井底靜止溫度,其簡化后的計算公式為:BHST=27+0.027H式中BHST—井底靜止溫度，℃；H—井深，m。井下循環溫度與靜止溫度有相互對應關系，API公報RP10B推薦了靜止溫度與注水泥及擠水泥溫度關系。2）、水泥漿使用的井溫條件A）地面配漿溫度130C）溫度與水泥選擇(選擇方式參見圖8-4)

井溫是一項重要參數。一般將計算的循環溫度（井底）作為稠化試驗的溫度條件，而靜止溫度作為選擇水泥類型級別以及是否加入石英砂等的依據，并以井下溫度分布來指導現場注水泥施工。C）溫度與水泥選擇(選擇方式參見圖8-4)

井溫是一項重1313）水泥漿的密度設計1）制約與影響水泥漿密度的因素各級水泥有其最佳配漿密度，設計時要求前置液的密度大于鉆井液的密度，水泥漿的密度大于前置液的密度；不壓漏地層，不受油氣水的侵蝕和干擾；適當控制頂替靜壓差；控制失水及游離水，控制水泥石的抗壓強度，要求保持其基本密度。2）調節水泥漿密度的主要方法主要方法有增大水灰比、采用低密度的外加劑、加入加重劑、加入分散劑等。3）水泥漿的密度設計1）制約與影響水泥漿密度的因素1324）水泥漿的臨界流速臨界流速涉及到水泥外加劑、密度設計與造漿率等方面因素。水泥漿的設計應首先滿足在井下平衡情況下，達到良好的頂替效率、足夠的稠化時間和基本的抗壓強度。4）水泥漿的臨界流速臨界流速涉及到水1335）水泥漿設計考慮的水泥石支持強度a）滿足最小支持強度規定最小抗壓強度達到3.5MPa，現場的改善措施有：提高尾隨水泥漿密度、規定最小的候凝時間、降低候凝時的管內壓力、適量加入促凝劑。b）熱穩定性凡井下靜止溫度超過110℃時，均應加入硅粉或石英砂作為穩定劑，加入量應控制在28%~40%，二氧化硅含量不小于90%。c）水泥石抗腐蝕性硫酸鹽是腐蝕水泥石的主要化合物，水泥石的腐蝕速率與地層水中硫酸鹽濃度有關，也與溫度有關。在27~49℃時腐蝕最強，超過82℃時腐蝕作用減弱或甚微。5）水泥漿設計考慮的水泥石支持強度a）滿足最小支持強度1346）水泥漿設計的現場計算（a）水泥漿密度計算：（b）1m3水泥漿所需水泥量Q—所需水泥質量，1000kg；yC—水泥密度，kg/m3ys—水泥漿密度，kg/m3yw—水的相對密度。6）水泥漿設計的現場計算（a）水泥漿密度計算：（b）1m3水135（c）1m3水泥漿需用的水泥袋數（已知每袋水泥50kg及水泥漿密度yc）：袋數=29.3(yc-yw)（d）每袋水泥需水量（每袋水泥50kg）：Vw——每袋水泥用水量，L。（e）已知水灰比m，求1m3水泥漿需用水泥Q：（c）1m3水泥漿需用的水泥袋數（已知每袋水泥50kg及水泥136（f）已知水灰比m，計算水泥漿密度ys（g）已知水灰比m，求1m3水泥漿需用水量Vw：（h）每袋水泥（50kg）配成密度為ys的水泥漿的體積Vs：（f）已知水灰比m，計算水泥漿密度ys（g）已知水灰比m，求137（i）水泥加重計算水泥漿密度從ys提高到ys’，1m3水泥漿需用加重劑的質量Qg：式中yg—加重劑的密度，kg/m3；（j）加入加重劑Q2（密度yg）的混合水泥料密度yn的計算：Q—加重混合水泥總量（Q=Q1+Q2）Q1—水泥質量，1000kg；Q2—加入加重劑質量，1000kg（i）水泥加重計算式中yg—加重劑的密度，kg138（k）加重水泥漿容積計算：式中Vn——50kg加料水泥的配漿量，L；yn——加料水泥漿？密度，kg/m3；y′s——加料水泥漿密度，kg/m3；？？（k）加重水泥漿容積計算：式中Vn——50kg加料水1397、注水泥工藝及方法1）注水泥有關概念及注水泥分類一般通過套管的固井作業稱為注水泥，某些稱為初級注水泥。注水泥方法分為常規注水泥和特殊注水泥。常規注水泥是水泥漿從套管內注入并從環空上返。特殊注水泥方法主要有雙級注水泥、內管注水泥、插入管的管外注水泥、反循環注水泥、延遲注水泥和多管注水泥等。7、注水泥工藝及方法1）注水泥有關概念及注水泥分類1402）注水泥技術內容注水泥設計主要應考慮的問題有：考慮項目影響因素井眼井深、溫度梯度、井徑、井斜及方位變化、地層特殊巖性、復雜井段鉆井液類型、性能、密度與設計水泥漿的相容性套管尺寸、壁厚、下入深度、浮箍、阻流環、引鞋位置、扶正器、刮泥器、分級注水泥或尾管懸掛器位置套管下入處理下入速度、中途循環、注水泥前洗井時間、排量水泥漿水泥漿設計、類型、水泥量、配漿方式、外加劑及水泥漿流變性能、前置液設計、試驗要求配漿設備水泥車（水泥泵）臺數、混合形式、單雙塞、注水泥的套管活動方式、頂替液、排量、頂替流態設計勞動組織人員配置及參加單位職責表8-9注水泥設計考慮的因素2）注水泥技術內容考慮項目影響因素井眼1413）注水泥工藝設計的內容與程序（a）根據地質及工程所提出的固井目的和要求，并依據已知井下條件和預計的參數，進行初步方案設計，包括初算水泥量、替漿量、預定水泥漿配方的流變性試驗以及壓力計算。（b）獲取井徑資料、電測地層及產層數據、實際鉆井液性能、地層孔隙壓力和破裂壓力、確定的套管下深和套管結構排列數據、水泥應封隔位置。這樣就能完成注水泥設計。（c）最后的作業質量評價包括測井溫、聲幅及變密度測井和套管試壓。具體施工時，應隨井下情況變化而及時修改設計方案。3）注水泥工藝設計的內容與程序（a）根據地質及工程所提出的固1424）注水泥參數的確定