固井设计规范(T1)

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六、水泥浆返高常规设计
套管层次
隔水导管 泥线 表层套管 ≤泥线悬挂器 至上层套管鞋以上100～150m 技术/油层套管（单级） 据实际井眼条件调整 第二级至上层套管鞋以上100～150m 技术/油层套管（分级） 油气层顶部以上150m 尾管固井
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首浆返高
尾桨返高
泥面 100～200m 100～200m 300m～500m 油气层顶部以上150m 第一级≥300m 油气层顶部以上150m 尾管顶部以上50～100m
裸眼摩阻系数 0.40。
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注:9 5/8“ 套管管内摩阻系数 0.25，
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。
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4、套管摩阻计算 下套管载荷预测 套管扶正器安放间距计 算完成后，应进行下套 井 号 井 径 套管下深 套管扶正率 下放最小钩 上提最大钩 (M) (%) 载(Ton) 载(Ton) 管摩阻计算。当计算摩 阻超过设计下套管允许 Aa5 9 5/8" 3300 大于60 94 284 阻力时，可适当减少扶 9 5/8" 3800 大于60 116 266 正器的数量，但应满足 套管在主要油、气、水 PH7 7" 4463 大于60 80 228 层及它们的间隔层内的 偏心度小于30%。
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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： 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5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；

h≤
C
d
ρ
C-ρ m
×
H
- 1
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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%。
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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： 2YPC ＞ 2YPm
1+e 1-e

或满足：幂律模式
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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 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
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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.
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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 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” 序号 直井技术套管 直井油气层套管和尾管 1 套管鞋以上的5根套管 套（尾）管鞋以上的五根套管 2 主要封固层位及其上下各3根套管 油、气、水层及间隔层等主要封固段，及其上下各50米套管
e max-----------套管在井眼的最大偏心
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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 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
固井设计规范
中海油服油田化学事业部 2008年8月
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第五讲内容
一、固井设计规范
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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 求。
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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； 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： ρ -ρ
宾汉模式
YPC PVC ＞
nm＞nc
YPm PVm YPm Km

赫-巴模式
YPC KC
＞
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
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， 则以冲洗液封固250m环空所需的用量为准。
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前置液对顶替效率的影响

3 进入上一层套管重叠段3根套管 4 分级箍以下2根、以上3根套管
尾管重叠段内的5根套管、尾管悬挂器以下2根套管 分级箍上下各2根套管
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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。 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。
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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。 Pf：地层破裂压力。
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
固井层次
隔水导管 表层套管 技术套管 油气层套管 尾管固井 裸眼水泥塞 挤水泥作业
无井径资料 150%～200%，250% 80%～150% 100% 150%～200% 50%～80% 50%～75% 75%～100% 30%～50% 20%～50%
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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%。
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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。

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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%。 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。
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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。
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前置液返高(m) 接触时间(min) 7～10 7～10 7～10 150～200 ≥350m ≥400m 100～150m 7～10 7～10 7～10
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 ；
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。
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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 。
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
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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
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顶替速度或流态
6~ 5bpm，塞流 8~5 bpm，塞流 12~5 bpm，塞/层流 高速1.5～1.2m/s；低速0.3m/s； 紊塞流顶替， 8~5 bpm，塞流
九、前置液设计
固井 用量比例 冲洗液和紊流隔离液 2:1 常压地层 冲洗液和紊流隔离液 3:1或4:1 冲洗液和塞流隔离液 4:1或5:1 塞流隔离液 大间隙 小间隙 水泥塞 冲洗液和塞流隔离液 冲洗液和紊流隔离液 冲洗液和紊流隔离液
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有电测井径资料
20%～40% 20%～40% 20%～40% 10%～30%
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
固井层次
隔水导管 表层套管 技术套管 油气层套管 尾管固井 裸眼水泥塞
顶替液
海水，或般土泥浆+海水 海水，或般土泥浆+海水 井浆，或海水 井浆；海水；完井液 井浆 井浆
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
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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； 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： ρ C-ρ d h≤ × H - 1 ρ C-ρ m
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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； 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；