高温高压井固井设计原则

水泥浆性能设计要求
自由水的测量： 8. 自由水的测量： 规范中只要求确定G级和H级水泥的自由水， 在API 规范中只要求确定G级和H级水泥的自由水， 但在大斜度井中注水泥， 但在大斜度井中注水泥，自由水是一个主要的考虑因 素，因为套管顶部一侧的液体成为井内流体窜槽的通 在高温井中测试自由水的步骤， 道。在高温井中测试自由水的步骤，把水泥浆加热到 井低循环温度，而后冷却到194℉ 90℃）， 194℉（ ），再把它 井低循环温度，而后冷却到194℉（90℃），再把它 倒入250ml 的量筒用塑料薄摸把顶部封闭以防蒸发。 倒入250ml 的量筒用塑料薄摸把顶部封闭以防蒸发。 最后按API规范要求，在室温73 API规范要求 73± 最后按API规范要求，在室温73±2℉ 22.8℃±1.1℃） （22.8℃±1.1℃） 把量筒保持与注水泥的井眼具有 相同的倾斜角，静置2hr,析出水量。（ 2hr,析出水量。（API 相同的倾斜角，静置2hr,析出水量。（API SPEC 10 第五版） 第五版）
水泥浆性能设计要求
失水控制） （失水控制）
（1) （2) （3) （4)
渗透率极低的地层：200ml/30min; 渗透率极低的地层： 渗透率低的地层：100~ 渗透率低的地层：100~200ml/30min; 渗透率高的地层（＞100md）：35～ （＞100md）：35 渗透率高的地层（＞100md）：35～100ml/min; 对裂缝石灰岩存在孔穴和裂缝使用高失水量： 对裂缝石灰岩存在孔穴和裂缝使用高失水量： 300～800ml/min迅速形成滤饼 避免井漏。 迅速形成滤饼， 300～800ml/min迅速形成滤饼，避免井漏。 如果地层渗透率足够高，使用中到高的失水量： （5) 如果地层渗透率足够高，使用中到高的失水量： 200～ 200～500ml/30min.
高温高压概念
哈里巴Leabharlann Baidu提出
温度：地层温度＞150℃（大于300℉）属于高 温度：地层温度＞150℃（大于300℉） 300℉ 温，地层温度＞180℃属于超高温； 地层温度＞180℃属于超高温； 属于超高温 压力：地层孔隙压力＞ 压力：地层孔隙压力＞69MPa(10000psi) 或地 层孔隙压力系数＞1.80为高压。 层孔隙压力系数＞1.80为高压。 为高压
水泥浆性能设计要求
温度和压力数据的准确性十分重要。注水泥， 4. 温度和压力数据的准确性十分重要。注水泥，最关键的 决定因素之一是确定井底循环温度。 决定因素之一是确定井底循环温度。在高温条件下只要 循环温度有如±5℃之差的变化 之差的变化， 循环温度有如±5℃之差的变化，稠化时间发生大幅度的 突变。 突变。温差产生后果的代价是很高的。
抗压强度实验。 5. 抗压强度实验。 恢复钻进、 恢复钻进、射孔等对于抗压强度的要求是非常重要 的。当井下循环温度大大地超过水泥柱顶部温度 水泥柱顶部强度的增长可能成问题。 时，水泥柱顶部强度的增长可能成问题。当固尾管 时常常发生这种现象。 时常常发生这种现象。在这种情况下还应该测量水 泥柱顶部抗压强度的增长。 泥柱顶部抗压强度的增长。
高温高压深井固井设计基本原则
2. 抗高温水泥浆设计 注意配方、性能、水泥量：选用API水泥， API水泥 注意配方、性能、水泥量：选用API水泥，合理的缓凝 衰退的外加剂和加重材料。 剂，防止强度 衰退的外加剂和加重材料。例如温度高于 110℃， 强度衰退剂。 110℃，可选用硅粉作防止 强度衰退剂。根据使用经 各用17.5%的粗、 17.5%的粗 验，各用17.5%的粗、细硅粉的配方有较好的流动性和防 窜效果。细目硅粉的波特兰水泥在315℃ 315℃有 窜效果。细目硅粉的波特兰水泥在315℃有3年以上的强 度稳定性。 度稳定性。 3. 超深井尾管固井水泥浆设计重点在于解决尾管尾管顶部 的水泥强度发展问题。 的水泥强度发展问题。 4. 大套岩盐层固井设计关键技术是使用阴离子聚合物水泥 浆。
高温高压井潜在的问题
地层孔隙压力/破裂压力窗口窄（ 地层孔隙压力 破裂压力窗口窄（钻井液密度安 破裂压力窗口窄 全窗口小）， ），井漏 全窗口小），井漏 井身结构复杂， 井身结构复杂，
小间隙,固井工艺复杂 小间隙,
17 1/2″ 13 3/8″
钻井液性能差， 钻井液性能差，清除 水泥浆体系复杂， 水泥浆体系复杂，
高温高压深井固井设计基本原则
（不同公司在高温井中水泥浆设计） 不同公司在高温井中水泥浆设计） 1.美国西方公司在高温井中水泥浆设计： 1.美国西方公司在高温井中水泥浆设计： 美国西方公司在高温井中水泥浆设计 BHCT132℃： 级水泥+35%硅粉+0.8%降失水剂+0.75% +35%硅粉+0.8%降失水剂+0.75%的缓 BHCT132℃：H级水泥+35%硅粉+0.8%降失水剂+0.75%的缓 凝剂+0.02%消泡剂+46%淡水，配成常规密度的水泥浆。 +0.02%消泡剂+46%淡水 凝剂+0.02%消泡剂+46%淡水，配成常规密度的水泥浆。 BHCT190℃： 级水泥+35%硅粉+0.8%降失水剂+0.4% +35%硅粉+0.8%降失水剂+0.4%分散 BHCT190℃： H级水泥+35%硅粉+0.8%降失水剂+0.4%分散 适量的缓凝剂+0.02%消泡剂+加重材料， +0.02%消泡剂 剂+适量的缓凝剂+0.02%消泡剂+加重材料，配成高密度的 水泥浆。 水泥浆。 2.中东阿布扎比地区在BHCT超过221℃的水泥浆设计： 中东阿布扎比地区在BHCT超过221℃的水泥浆设计： 中东阿布扎比地区在BHCT超过221℃的水泥浆设计 G+35%硅粉+0.5%降失水剂+3.5%缓凝剂 改性磺化液体） 硅粉+0.5%降失水剂+3.5%缓凝剂（ G+35%硅粉+0.5%降失水剂+3.5%缓凝剂（改性磺化液体） +3.5%的增强剂+20.6L/袋的水 的增强剂+20.6L/袋的水， +3.5%的增强剂+20.6L/袋的水，可配成如下性能的水泥 ——淡水水泥浆密度 淡水水泥浆密度： 造浆率：43L/袋 浆——淡水水泥浆密度：2.53g/cm3，造浆率：43L/袋， 稠花时间3 50，抗压强度： 稠花时间3：50，抗压强度：34.5MPa/24hr@238℃
高温高压深井固井设计基本原则
稠花时间=泵送时间+1小时的安全余量。 +1小时的安全余量 5. 稠花时间=泵送时间+1小时的安全余量。 6. 对尾管固井都根据尾管顶部的BHST和压力做水泥浆强度试验从而规 对尾管固井都根据尾管顶部的BHST和压力做水泥浆强度试验从而规 BHST 定最短的候凝时间。顶部强度不得低于500psi/24hr 3.5MPa/24hr）。 500psi/24hr（ 定最短的候凝时间。顶部强度不得低于500psi/24hr（3.5MPa/24hr）。 控制水泥浆失水量。用于层间的封隔， 7. 控制水泥浆失水量。用于层间的封隔，不管是技术套管还是生产套管规定 水泥浆失水量在100mL以下；尾管固井30mL以下。 100mL以下 30mL以下 水泥浆失水量在100mL以下；尾管固井30mL以下。 尾管顶部按国外的先进方法留60~152m的水泥塞。 60~152m的水泥塞 8. 尾管顶部按国外的先进方法留60~152m的水泥塞。 顶替速度应小于1.5m/min 1.5m/min。 符合国外专家提出的低替速技术, 9. 顶替速度应小于1.5m/min。 符合国外专家提出的低替速技术,他们已经验 证过,如果泵速在0.79~1.29m /min,可能破坏井眼 激动压力压漏地层。 可能破坏井眼, 证过,如果泵速在0.79~1.29m3/min,可能破坏井眼,激动压力压漏地层。 隔离液密度低于水泥浆而高于钻井液至少0.12g/cm 10. 隔离液密度低于水泥浆而高于钻井液至少0.12g/cm3，隔离液长度占环形空 230m接触时间不少于10min。 接触时间不少于10min 间230m接触时间不少于10min。 处理泥浆按国外的最佳要求：泥浆塑性粘度≦5.7帕 泥浆屈服值≦ 11. 处理泥浆按国外的最佳要求：泥浆塑性粘度≦5.7帕；泥浆屈服值≦2.39 泥浆失水量≦5mL。 帕；泥浆失水量≦5mL。 如果地层含有H 12. 如果地层含有H2S和CO2应按复杂井处理 13. 如果是大套盐膏层或长尾管长水泥浆段固井应使用新的固井方法
水泥、 水泥、外加剂品种多
12 1/4″ 9 5/8″ 8 1/2″ 7″ 5 7/8″ 5″
3.95mm
11.1mm
气窜的潜在性
一 高温高压深井固井设计基本原则
1 高温高压深井固井设计的基本原则包含对如下问题的考虑 1）高温高压深井固井的难点分析 井底循环温度（BHCT） 2）井底循环温度（BHCT）的准确计算 3）高密度水泥浆的稳定性设计 4）提高技术套管固井质量问题 大段、 5) 大段、多套岩盐层复合盐层固井关键技术的应用 6）提高深井固井成功率的有效措施 窄压力窗口（易喷易漏） 7）窄压力窗口（易喷易漏）井固井要求 8）深井尾管长水泥段温差过大如何固井的问题
水泥浆性能设计要求
失水实验。在失水实验中是在1000psi 7MPa)的压差进 1000psi（ 6. 失水实验。在失水实验中是在1000psi（7MPa)的压差进 行的。控制失水就是控制滤饼的渗透率。 行的。控制失水就是控制滤饼的渗透率。动态条件下的 失水量比静态的失水量高， 失水量比静态的失水量高，目前可在动态中测量失水 量。 在作业中控制失水的要求和程度是很关键的， 在作业中控制失水的要求和程度是很关键的，下面给出 了挤水泥失水量的具体要求， 了挤水泥失水量的具体要求，也适用于套管固井。
二 水泥浆性能设计要求
水泥浆材料的来源：水泥、添加剂和水都要从现场提取。 1. 水泥浆材料的来源：水泥、添加剂和水都要从现场提取。 2. 实验室水泥浆准备对水和水泥温度要求：从API规范10的 实验室水泥浆准备对水和水泥温度要求： API规范10的 规范10 第一版的27℃ 3℃已改为22.8℃±1.1℃。 27℃± 已改为22.8℃ 第一版的27℃±3℃已改为22.8℃±1.1℃。 稠化时间：在高温下，水泥浆达到70Bc(Bearden 70Bc(Bearden稠度单 3. 稠化时间：在高温下，水泥浆达到70Bc(Bearden稠度单 到达100Bc的过度时间尽可能少，15～25min最合适 100Bc的过度时间尽可能少 最合适。 位）到达100Bc的过度时间尽可能少，15～25min最合适。 因此设计要和泵送技术挂起钩。 因此设计要和泵送技术挂起钩。 当然充填水泥浆，过度时间也不能超过1Hr 1Hr。 当然充填水泥浆，过度时间也不能超过1Hr。
高温高压概念
塔里木油田油气井一般比较深， 塔里木油田油气井一般比较深，地层压 力较高，温度梯度较低。结合油田实际， 力较高，温度梯度较低。结合油田实际， 认定地层孔隙压力＞ (10000psi)， 认定地层孔隙压力＞69MPa (10000psi)， 或地层孔隙压力系数＞1.80， 或地层孔隙压力系数＞1.80，井底温度 ＞130℃（BHCT＞110℃）都为高温高压 130℃（BHCT＞110℃） 井。
水泥浆性能设计要求
流变性： 7. 流变性： 特别指出的是，因为泵注水泥时， 特别指出的是，因为泵注水泥时，水泥常常 承受的是较低的剪切速率， 承受的是较低的剪切速率，目前主要使用的 是较低转速的读数，特别是200rpm 200rpm和 是较低转速的读数，特别是200rpm和100rpm 的读数。只要有可能， 的读数。只要有可能，现在的水泥流变性都 是在井下循环温度下测量的。 是在井下循环温度下测量的。
1级为高温高压井，定义是油藏的压力为15000psi， 级为高温高压井，定义是油藏的压力为15000psi， 15000psi 温度为350℉（176℃）； 温度为350℉ 176℃）； 350 2级为“超”高温高压井，油藏压力为20000psi，温 级为“ 高温高压井，油藏压力为20000psi， 20000psi 度为400℉ ），墨西哥湾的深水油气井都属 度为400℉（204℃ ），墨西哥湾的深水油气井都属 400 于2级； 3级为“极端”高温高压井，油藏压力高达30000psi, 级为“极端”高温高压井，油藏压力高达30000psi, 温度高达500℉ 温度高达500℉（260℃ ）。 500
一、高温高压概念
斯伦贝谢公司提出
温度
正常：＜121℃ 正常：＜121℃ ：＜ 高温：121高温：121-232 ℃
密度
正常：＜2.016g/cm 正常：＜2.016g/cm3 ：＜ 加重：2.016加重：2.016-2.34g/cm3
高温高压概念
贝克休斯公司把高温高压作业分为3 贝克休斯公司把高温高压作业分为3级