1、鉆井工程設計指導書編制：審核：批準：精品文檔目錄1. 22. 23. 24. 34.1（一）取準參數.34.2（二）制定方案.34.3（三）水泥漿配方實驗.34.4（四）前置液配方與性能.44.5（五）參數計算.44.6（六）設備配套和工具準備44.7（七）制定施工步驟.54.8（八）編寫固井施工設計.5555.1（一）井溫的計算方法.55.2（二）井徑計算.65.3（三）水泥漿量計算. 65.4（四）水泥漿流變性計算.75.5（五）注水泥流動計算. 75.6 （六）尾管固井有關計算.115.7 （七）雙級固井有關計算.12612 。歡迎下載精品文檔1 固井設計的重要性固井設計是固井施工的依據

2、， 是設計者的業務水平、 施工者的技術能力的集中體現。固井設計不僅是施工者進行作業的指南， 也是工程發包單位對固井施工的過程進行監控的強有力的工具， 也就是說， 固井設計不僅服務于乙方， 也同時服務于甲方。2 固井施工設計的內容完全的固井設計要包含如下幾個方面：油井的基本情況包括井深、 鉆頭尺寸、井徑、泥漿密度、套管尺寸、套管下深、鉆遇地層；管串結構；固井方案與技術措施；扶正器安放間距；水泥漿量與替漿量；沖洗液與隔離液量；水泥漿配方與性能；隔離液、沖洗液配方與性能；施工壓力預測；施工步驟。3 固井設計的原則平衡壓力原則： 在頂替與侯凝過程中， 環空壓力 處于壓力平衡狀態， 既不會壓漏地層，也不

3、會使 油氣水竄入環空。數據準確、計算依據充分。技術措施要有針對性。對復雜問題的預見與處理能力固井設計應具備以下基礎知識1 地質知識：能夠簡要了解封固地層的物理化學特性。2 油田化學知識：對泥漿體系性能和水泥漿體系與外加劑都應有了解。3 力學知識：流體力學知識和材料力學知識。4 機械知識： 。歡迎下載精品文檔4 固井設計的步驟4.1 （一）取準參數工程設計要求：一般有水泥漿返深、需封固的產層頂部與底部深度與目的層性質等井身結構：井深、鉆頭尺寸、套管尺寸、套管下深套管選型：鋼級、壁厚，套管性能數據可從鉆井設計中得到泥漿性能：密度、流變性能等，從鉆井泥漿日報表或班報表中獲取鉆遇地層：鉆遇地層巖性、地

4、層流體、地層壓力、異常情況井眼參數：井徑，由測井資料獲取；井斜方位4.2 （二）制定方案針對封固地層的特性、鉆井中出現的異常問題及井眼結構制定固井方案和技術措施；對于氣層要考慮采用防氣竄水泥體系，并調整環空液柱結構以保證水泥漿失重以后能壓穩氣層；如果封固段有漏失層存在，則要考慮采用低密度水泥或雙級固井；如果遇到膏鹽層，則需要采用抗鹽的含鹽水泥體系或其它體系；確定頂替方案： 如果不存在漏失層， 建議采用紊流頂替， 否則要通過計算來確定采用紊流、層流或塞流頂替方式；對于定向井，要注重扶正器的設計計算，確保套管的居中度不小于67%；井底靜止溫度若超過110，則水泥漿須假如高溫穩定劑石英砂。4.3 （

5、三）水泥漿配方實驗水泥漿性能的基本要求：能配置成設計要求的水泥漿，不沉降，不起泡；有好的流動性，適宜的初始稠度，一般不大于 30BC；常規密度水泥 24 小時強度不小于 14Mpa，流變性能可通過外加劑進行調整；稠化時間滿足施工要求， 但不應太長，一般得水泥漿稠化時間現場施工時間 60-90min ；對于淺井附加 30min 左右有助于提高固井質量。失水量和游離液控制失水量和游離水的控制 。歡迎下載精品文檔失水：套管注水泥： 100200ml/30min尾管注水泥： 50-100ml/30min氣井固井： 30-50ml/30min游離水：一般直井注水泥，游離液小于1.5%；大斜度井或水平井注

6、水泥或高壓尤其油氣井，游離液控制在04.4 （四）前置液配方與性能沖洗液：具有較低的基漿密度，一般在 1.0-1.03g/cm3 ，如在沖洗液中加研磨性顆粒，密度要提高，但不能高于水泥漿密度；具有很低的粘度，基漿流型接近與牛頓型，有很低的紊流臨界返速，一般在 0.3-0.5m/s ；能夠明顯降低鉆井液的粘度和切力，對環空滯留的鉆井液有一定的滲透力，降低粘土顆粒間的連接力，使鉆井液或泥餅的結構松弛，拆散，易于頂替；應對粘土有一定的抑制性，以保持井壁穩定。隔離液：紊流隔離液適宜于紊流頂替，應有較低的粘度和較低的紊流臨界返速，一般要求紊流接觸時間為 8-10min ，最低也需要有 7min；粘性隔離

7、液適宜于層流和塞流頂替，隔離液的粘度和切力應大于泥漿而小于水泥漿；隔離液的密度在較大范圍內可以調節， 一般要求介于泥漿和水泥漿之間；隔離液對加重劑要有懸浮能力，這樣才能保持隔離液性能穩定；隔離液應具有溫度穩定性，溫度升高粘度不能降低或降低得很少，才能保持在高溫下對加重劑的懸浮能力；隔離液要具有控制失水能力，一般失水量小于 150ml/30min ，有助于防止井壁坍塌和減少地層損害。4.5 （五）參數 計 算參數計算包括：水泥漿量、前置液量、替漿量、替漿排量和水力計算。一般水泥漿量要在按實際井徑計算的水泥漿量的基礎上附加一定量， 一般表層套管附加量在 100%左右，技術套管和油層套管一般在 10

8、%左右，具體數據主要依據地區經驗。4.6 （六）設備配套和工具準備需要對現場的具體材料、工具、設備和施工能力進行分析，因此，再進行固井設計時，還需考慮現有工具， 現有設備的施工能力， 以獲得一個可行的設計和可行 。歡迎下載精品文檔的設備、工具配套。固井現場設備：水泥車、運灰車、儲灰罐、壓風機、工具車、管匯車地面工具：水泥頭、高壓管線等井下工具：尾管懸掛器、雙級箍、浮鞋、浮箍、扶正器、水泥傘、管外封隔器等4.7（七）制定施工步驟制定施工步驟要分兩方面井隊的準備與施工配合、固井隊的準備與施工。井隊要完成的工作：按固井設計下入套管和附件，下完套管，大排量循環泥漿至少兩周；水、電供應和照明；協助固井隊

9、安裝井口工具；協助替漿計量，負責啟動井隊大泵替漿。固井隊要完成的工作：做好施工人員的崗位分工和職責；按設計準備好敢干灰（與干混藥品混好）與濕混藥品；準備入井好工具附加；準備好水泥車、水泥頭等地面設備與工具；套管下完以后，擺放車輛接管線準備施工；按設計程序進行注水泥施工。4.8 （八）編寫固井施工設計完成以上的步驟之后，就可按規定的格式開始編寫固井施工設計。5 固井設計的計算方法5.1 （一）井溫的計算方法井溫是開展水泥漿實驗的基本條件， 水泥石抗壓強度實驗所用的溫度一般采用井底靜止溫度，水泥漿稠化、失水及流變性等實驗一般采用井底循環溫度。井底靜止溫度：井底循環溫度：經驗公式：Te泥漿出口溫度庫

10、式公式：使用條件：74 T21251/100mGt4.45 /100m 。歡迎下載精品文檔5.2 （二）井徑計算計算平均井徑通過讀井徑曲線，然后用加權平均法計算平均井徑。還有一種方法就是將井徑測井數據文件轉換成文本文件， 再由 EXCEL讀取，通過處理后，求平均值就可得到高精度的平均井徑數據。5.3 （三）水泥漿量計算水泥漿總量：環空水泥漿量計算，根具環空容積的計算方法分為兩種方法一：先按裸眼段實際井徑計算環空容量，再附加一定比例方法二：先給井徑附加一定比例，然后計算裸眼環空容量套管尺寸不同附加系數不同， 套管尺寸越大附加系數越大， 以此來補償計算誤差。套管內水泥量計算Vcp4di2 h式中

11、di 套管內徑， mh水泥塞高度， m人工井底2V bDL4L人工井底長度， m干灰與配漿水量水泥質量水質量水泥漿密度s水泥體積水體積1m3水泥漿需用水泥量Qc (sw )(w )c c 水泥密度， g/cm3w配漿水密度， g/cm3 。歡迎下載精品文檔 s 水泥漿密度， g/cm35.4 （四）水泥漿流變性計算水泥漿屬非牛頓流體， 流變性規律程非線性， 能夠近似描述水泥漿流變性的流變方程有：賓漢方程、冪律方程。賓漢方程 ：0p計算塑性和動切力需要用六速粘度計進行實測，水泥漿一般選用 600r/min 和 300r/min 讀數或 300r/min 和 100r/min 讀數，而前置液一般采

12、用 600r/min 和 300r/min 讀數。計算公式如下：p600300000. 511 21.533 3300 600100300p1.5(300100 )冪律方程：Kn計算公式如下：n2.096 lg 300 / 100K0.511300/ 511nn3.322 lg600 / 300K0.511600/ 1022n判別賓漢和冪律模式的方法：B2001000.5 0.03300100如果 B 值在 0.5 之內，則流變參數可用賓漢模式計算，否則用冪律模式5.5 （五）注水泥流動計算采用何種流型進行頂替， 將對提高頂替效率有著明顯的作用， 一般來說， 采用紊流或塞流頂替效率較高。 不同

13、的頂替流型要求的頂替速度和頂替液體的性能是不一樣的，因此，在進行注水泥設計時，首先應明確可采用的頂替流速范圍，然后依據此流速范圍， 考慮水泥漿的性能的調節能力， 選擇合理的頂替流態， 再進行水泥漿設計。一個合理的流速范圍，應考慮如下幾個方面： 。歡迎下載精品文檔1 井眼的穩定性，是否有易漏、易坍塌等復雜地層，這些層位對環空返速的限制情況，這些數據可從區塊或臨井資料獲得；2 正常鉆井過程中的環空返速情況；3 裸眼段井徑變化對返速的限制， 如果井徑變化較大， 存在所謂的 “ 大肚子 ”，一般要求返速不能太大，以免進一部沖蝕井壁；4 套管居中情況，當套管居中度不好時，應避免使用塞流頂替；5 井斜情況

14、，大斜度井和水平井注水泥，應盡量避免使用塞流頂替；漿泵與注水泥設備的工作能力。頂替流態的選擇主要是考慮在現有配漿能力下能否配出在上述流速范圍內達到紊流或塞流狀態的水泥和前置液。頂替流態的選擇原則：1 首先考慮使用紊流進行頂替，如果不能實現紊流則考慮使用塞流或低速頂替；2 在兩者均無法實現的情況下， 盡量采用高速下的層流頂替， 而且建議使用紊流前置液，以彌補水泥漿不能達到紊流的缺陷。目前關于流動計算的方法比較多，有 API 推薦方法， DOWELL計算方法等，在這里介紹 API 方法。剪切速率：1.7032 N0.51N旋轉粘度計轉數 ,rpm 剪切速率 ,S-1 粘度計刻度盤讀數 剪切應力，

15、Pa當量直徑：DEDHDPDE當量直徑， cmDH外管內徑， cmDP內管外徑， cmn冪律模式K ' K 3n 14na. 流變參數n n，n 修正的流型指數K 修正的稠度系數， mPaSnb. 雷諾數管內流動：D nV2 n'8000Re800n' K 'V 12.73Q。D2歡迎下載精品文檔8000 DE nV 2 n 'Re環空流動：800n' K '式中： Re雷諾數V 12.73QQ排量， l/sDH 2DP2 流體密度， g/cm3V流速， m/s不同的冪律流體的 n值，對應不同的臨界雷諾數，決定流動是屬于層流或是紊流。c.

16、 壓力降計算層流：管內流動：0.2 f LV 2PD環空流動：P0.2 f LV 2DE摩擦系數 f的計算：16fRe式中： f 范寧摩擦系數；L 流動長度， m; P 壓力降， Mpa；紊流：摩擦系數可由圖查得，壓力降公式與層流相同。 。歡迎下載精品文檔d. 紊流臨界排量：管內：D 2800n'1ReK ' ( 2n ')Qc1273 8000 D n '環空：22n'1( 2 n')QcDHDP800ReK '12738000 (DHDP ) n'e. 塞流：根據現場經驗，塞流條件Re 100, 則最大的允許排量是：管內：22

17、n'1ReK '(2 n ')QcDHDP80012738000( DH DP ) n'環空：22n'1K '(2n ')QcDHDP80012.7380 (DHDP )n '賓漢模式a. 郝斯數與雷諾數右圖給出了層流區賓漢流體的雷諾數 Re對應摩阻系數 f 之間的關系，郝斯數和雷諾數定義如下：DVRe6.71管內：P0 D 2He222.17 P環空：Re6.71 D EVP20 D EHe2 22.17 P。歡迎下載精品文檔b. 壓力降計算摩阻系數可由上圖牛頓流體的紊流線（粗黑線）和層流線 He 線（虛線）的焦點讀出。獲得 f

18、 值后，可計算壓力降。c. 臨界雷諾數上圖中 He 線和牛頓流體紊流線的交點即是臨界雷諾數Rec。d. 臨界排量D Re c P管內：Qc85.42環空：( DHD P ) Re c PQc85.42e. 塞流允許的最大排量塞流控制的雷諾數為 100管內：Qc1.17 DP環空：Qc1.17 ( D HD P ) P5.6 （六）尾管固井有關計算 送放鉆具總回縮距LL1L2L3LiKWi L /( EA)式中：L 總回縮距， m；Li 分別代表送放鉆具在尾管作用下的伸長量、憋壓引起的鉆具伸長量和下壓鉆具的壓縮量， m；Wi分別代表尾管浮重、憋壓引起的作用力和下壓鉆具重力，N。其中，機械式尾管掛 W2=0；液壓式尾管掛W2=D2P/4；L送放鉆具長度， m；K校正系數，一般取0.85-0.95 ；E鋼的彈性模量， Gpa；一般取 0.2095Gpa;A鉆具截面積， mm2；D鉆具內徑， mm；P座掛所憋壓力， Mpa。歡迎下載精品文檔 憋壓球在泥漿中的自由降落速度式中： V球自由下落速度， m/s；g 重力加速度， 9.80665m2/s ； b 球的密度， Kg/l ； m 泥漿密度， Kg/l ； m