固井设计规范

6、固井前循环钻井液时间
正常情况下，下完套管注水泥浆前应充分、大排量 循环钻井液，循环总量不低于1.5～2倍实际井眼容 积量。最大循环排量应接近于设计替浆时最大排量
现场可根据实际循环返出及井下情况适当延长循环 时间；重点确认：震动筛无沉砂返出、循环泵压稳 定、钻井液性能稳定、井下无漏、涌等情况、气全 量<3%。
Pf：地层破裂压力。
•Pp
•Pa
1.1 平衡压力设计原则
候凝过程 控制失重 防止窜流
Pa + Pc < Pp Pc：地层流体在水泥浆的
流动阻力， 与水泥浆的静胶凝强度发
展有关。
•Pp
•Pa
1. 套管居中：定向井、大斜度井、大位移井或水平 井的油、气、水层及间隔层段套管偏心度小于30% 。
，则以冲洗液封固250m环空所需的用量为准。
前置液对顶替效率的影响
十、固井分级箍位置设计原则
油气层分级箍设置应满足平衡压力固井的要求； 1、高压油气层或低压油气层分级箍设置应满足下列
公式确定：
Pw+P3+P4≥Ph+PPL
h-----------分级箍安放的垂直深度m ρC----------一级水泥浆的密度 g/cm3 ρd----------地层漏失压力或破裂压力等效流体密
A、套（尾）管鞋以上的五根套管；
B、油、气、水层及间隔层等主要封固段及其上下各
50米的套管；
C、尾管重叠段进入上层套管内的ห้องสมุดไป่ตู้根套管、尾管悬
挂器以下2根套管；
D、分级箍上下各2根套管；
3、斜井和水平井的技术套管、油气层套管、尾管的 扶正器安放
应符合直井油气层套（尾）管的安放要求，并计算出主要 封固层段的套管偏心度，并满足以下要求 。
五、环空水泥浆返高设计
1、设计原则
应满足下一步安全钻井或完井作业、油田安全开发 以及今后采取增产措施的需要；
应能有效的封固油、气、水层，以及要求必须封固 的腐蚀性、蠕变、垮塌、漏失等复杂地层；
应满足钻井工程对套管保护提出的特殊要求，如： 提高套管抗挤、抗内压强度或避免套管因过度磨损 而发生断裂等；
YPC---水泥浆的动切力 Pa； YPm---钻井液的动切力 Pa； e------偏心度 无因次； nm----钻井液流动指数无因次； nC-----泥浆流动指数无因次 PVC----泥浆的塑性粘度Pa·S PVm---钻井液的动切力Pa·S KC----水泥浆的稠度系Pa·Sn Km----井液的稠度系数Pa·S
4.2 平衡注水泥基本要素 1. 准确掌握各种地层压力范围值. 2. 设计满足压力控制要求的水泥浆. 3. 准确测定各种入井流体流变性并具有可 调能力.
4. 优化组配环空浆柱结构的密度和流变性.
5. 确保施工水泥浆密度达到设计要求.
三、套管扶正器安放间距设计
安放位置应选较致密和井眼较规则井段。 应根据主要封固井段的地层岩性、井眼条件、钻井
接触时间
接触时间定义：是指顶替过程中流体（清洗液、隔离
液和水泥浆）流过环形空间某一点所经历的时间。
➢ 只用冲洗液或紊流隔离液时，要求用量满足 10min 接触时间，其用量可计算如下：
q=10·Qc·60/1000
q－－－－冲洗液用量，m3 Qc－－－-顶替临界排量，L/s
当计算的冲洗液用量在环空中的长度超过250m时
漏失层固井，为保证生产层以上有良好的水泥封固 ，分级箍安放位置可按下列公式计算：
十一、管外水泥膨胀封隔器位置设计原则
按照分层开发的需要，管外水泥膨胀封隔器应设置 在分层开发的相邻生产层、油水层或油气层之间的 井眼较规则的位置；
高压井管外水泥膨胀封隔器应设置在环空尾浆顶部 且井眼较规则的位置，但应准确计算施工压力，合 理选择剪切销钉的压力；
求。
二、固井工艺设计原则
设计原则
1. 平衡压力固井：固井全过程环空压力
应大于地层孔隙压力，不超过主要封固 地层的最小破裂压力。 注水泥顶替过程平衡压力设计原则
压稳：
Pa > Pp + P
Pa：环空静液压力 Pp：地层孔隙压力 P：地层孔隙压力安全附加值
不漏
Pa + Pfa < Pf - P Pfa：流体在环空的流动阻力。
4. 3.1井斜角小于30°的井，按 SY/T5480进行水泥浆流变设计； 5. 3.2井斜角大于30°的井，按偏心环空流变学进行水泥浆流变设计 4. 采用低返速固井，其关键封固井段的环空返速应满足雷诺数的计算
结果要求。
5. 为提高顶替效率，应根据井径、地层稳定性及水泥浆流变参数等因 素确定不同井段的环空水泥浆上返速度。
8、技术套管、油气层套（尾）管固井应进行环空流变学设 计
1. 应依据测定的流变参数确定流变模式，计算冲洗液、隔离液在环空 主要封固段的紊流临界排量和塞流临界排量。
2. 冲洗液、隔离液紊流临界流速应低于水泥浆紊流临界流速，隔离液 允许塞流的临界流速应大于水泥浆的塞流临界流速。
3. 依据所确定的流变模式（幂律、宾汉、赫——巴）计算环空主要封 固段水泥浆的紊流临界排量或塞流临界排量，包括下列两种情况：
2. 提高顶替效率：在满足平衡压力和套管居中的前 提下，顶替钻井液工艺设计应满足水泥浆有效驱 替偏心环空窄间隙钻井液的要求。
3. 安全施工：固井工艺设计应满足固井全过程连续 施工，以避免发生井漏、井喷和异常憋压等现象 。
4. 安全施工：固井工艺设计应满足固井全过程连续 施工，以避免发生井漏、井喷和异常憋压等现象 。
PV ----------套管在铅垂面法向力N PS ----------套管在平均井斜狗腿度平面法向力N
C------------计算过度参数N/m
1个刚性扶正器和1个弹性扶正器间的套管最大偏心 距：
εmax----------套管在井眼内的最大偏心距cm RB-----------井眼半径cm RC-----------套管外径 cm
7、固井前循环和调整钻井液性能
注水泥浆前应充分循环并调整钻井液性能，低粘、 低切、低屈服值，套管内外泥浆密度均匀，使进出 口泥浆密度相对一致。高压井应保证钻井液出口气 全量＜5%。
若现场有充足的钻井液，可提前在泥浆池预配好密 度≥井浆密度且具有低粘、低切、低屈服值的钻井 液30方左右，固井前注入井。
e max-----------套管在井眼的最大偏心 度%
ε max----------套管在井眼内的最大偏心 距cm
RB-------------- 井眼半径cm RP-------------- 套管外径 cm
二个弹性扶正器之间的套管最大偏心距：
ε max----------套管在井眼内的最大偏心距cm RB-------------- 井眼半径cm RP-------------- 套管外径 cm
固井设计规范
第五讲内容
一、固井设计规范
一、固井工艺设计依据
主要依据
1. 设计的井深结构或实际的井深结构、套管规范、下入深度 及固井水泥的返高要求；
2. 实钻地层岩性和地质分层数据； 3. 油、气、水层或其他要求封固地层的孔隙压力梯度和温度
梯度； 4. 要求封固地层的最小破裂压力梯度； 5. 井径、井斜及方位等井眼基本数据； 6. 实钻井眼的钻井液性能数据和钻井工程概况； 7. 地质和钻井工程或生产开发工程对固井提出的其他特殊要
应满足抵御海洋恶劣环境和保护环境所提出的要求 ；
应符合平衡压力固井原则；
六、水泥浆返高常规设计
•注：返高设计要参考浆柱动静态下的经验计算公式
七、水泥浆附加量设计
•注：水泥浆的附加量可根据实钻情况适当调整。
八、顶替水泥浆设计
九、前置液设计
•注：考虑防漏窜，地层孔隙压力＜前置液液柱压力＜地层破裂压力 ；
3、冲洗液、隔离液的使用
冲洗液、隔离液的性能和用量，参照本章节前述执 行。
4、固井胶塞的使用
单级固井应使用双塞，深井、大位移井、水平井应 使用三塞，分级固井的第一级固井应使用双塞。
5、U型管效应
技术套管或油气层套（尾）管固井，应考虑U型管 效应的作用，计算环空水泥浆上返最大排量与设计 排量之比值应小于1.25。
漏失井的管外水泥膨胀封隔器应按下列公式计算安 放位置：
十二、提高水泥浆环空顶替效率的工艺设计
1、套管偏心度 套管在注意封固段井眼偏心度应≤30%。
2、钻井液性能的调整
为达到固井作业要求，固 井前应充分循环和调整好 钻井液性能，尽量满足下 列关系式：
或满足：幂律模式 nm＞nc
宾汉模式
赫-巴模式
下套管载荷预测
•注:9 5/8“ 套管管内摩阻系数
0.25，裸眼摩阻系数 0.40。
四、平衡压力固井设计
✓ 计算固井注替过程中不同阶段环空流体的静液柱 压力，和流动摩阻压力，其环空总压力应大于地 层孔隙压力，不超过主要封固地层的破裂压力。
✓ 冲洗液、隔离液的密度、返高和返速以及分级箍 或管外封隔器的安放位置应满足钻井工程要求和 井内压力系统设计要求。
液性能以及钻井实际情况，确定套管扶正器的安放 间距和使用数量。 推荐以下位置“2根套管装1只”
现场实际经验原则
1. 甲方认定的上部目的层段顶以上至少100m（气层要求至少 200m）到井底每3根套管加放2个弹性扶正器；
2. 主要分隔层、夹层，适当补加弹性/刚性扶正器
3. 对于没有特殊封固要求（即非目的层封固段）的前置浆封固 段要求两层套管重叠段间的封固段至少加放4个弹性扶正器 ，裸眼段至少加放2个弹性扶正器，整个前置浆封固段加放 弹性扶正器总数不少于6个。
εV ---------套管在铅垂面偏心距cm εS ---------套管在平均井斜狗腿度平面偏心距cm
PV ----------套管在铅垂面法向力N PS ----------套管在平均井斜狗腿度平面法向力N
C------------计算过度参数N/m
4、套管摩阻计算
套管扶正器安放间距计 算完成后，应进行下套 管摩阻计算。当计算摩 阻超过设计下套管允许 阻力时，可适当减少扶 正器的数量，但应满足 套管在主要油、气、水 层及它们的间隔层内的 偏心度小于30%。
度g/cm3
ρm----------一级固井前钻井液密度g/cm3 H------------漏失地层垂直深度m
2、设计中应考虑固井工具及附件的作业能力和施工 安全：
井斜小于或等于30°宜采用重力开孔式分级箍。井 斜大于30°宜采用液压开孔式分级箍；
分级箍应安放在岩性致密、不垮塌、井径规则的井 段；
4. 据上措施，参照cemSAIDS模拟实际井眼轨迹的结果，再作适 当的调整。
5. 具体情况根据油层位置和地质情况，现场进行适当调整。
2、直井油气层套管和尾管
应根据主要封固井段的地层岩性、井眼条件、钻井 液性能以及钻井实际情况，确定套管扶正器的安放 间距和使用数量。以下情况每2根套管宜安装1只 符合要求的弹性扶正器或/和刚性扶正器：