【石油工程课程设计】套管柱及其强度设计 杨明合.pptVIP

石油工程设计—固井工程设计 杨明合 石油工程学院 （四）注水泥工艺技术 设计内容： 1、替浆量计算 ；2、水泥量计算 ；3、流变学计算 ； 4、压稳计算 ；5、动态模拟 ； * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 四、注水泥工艺 （一）注水泥技术的内容和要求 1、主要内容 选择水泥类型； 设计水泥浆性能； 选择水泥外加剂（或外掺料）； 井眼准备； 注水泥工艺设计； （一）注水泥技术的内容和要求 2、基本要求 水泥浆返高和套管内水泥塞必须符合设计要求； 注水泥段环空的泥浆应全部被水泥浆顶替干净，不窜槽； 水泥环（水泥石）有足够的连接强度和封固性能，不发生油气水窜，能经受住酸化、压裂等； 水泥石能抗（油、气、水的长期）腐蚀。 （重点） （二）API油井水泥分级方法 1、分级 鉴于油井水泥特殊的使用环境及对性能的要求，建立了专门的油井水泥分级方法。 目前API水泥分A、B、C、D、E、F、G 和H八个级别，每种水泥适用于不同的井况，此外还根据水泥抗硫酸盐能力进行分类。分为： ■ 普通型（O） ■ 中抗硫型（MSR） ■ 高抗硫型（HSR）。 （二）API油井水泥分级方法 基本类型水泥 （二）API油井水泥分级方法 （二）API油井水泥分级方法 （二）API油井水泥分级方法 2、适用范围 级别 深度范围（m） 温度（OC） 说明 A 0～1830 B 0～1830 C 0～1830 D 1830～3050 E 3050～4270 F 3050～4880 G、H 0～2440 0～93 为两种基本水泥，分中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型。当加入促凝剂或缓凝剂时，能适应较大范围的井深和温度变化 基本类型水泥 （三）油井水泥的物理性能 为了保证施工安全并提高固井质量，水泥浆以及最终所形成的水泥石必须满足一定的性能要求。性能包括： ◆ 水泥浆密度 ◆ 水泥浆稠化时间 ◆ 水泥浆流变性 ◆ 水泥浆失水量 ◆ 水泥浆稳定性 ◆ 水泥石抗压强度 ◆ 水泥石渗透率 其中常测定的是前六项性能 （三）油井水泥的物理性能 1、 水泥浆密度 作 用： 满足平衡压力要求； 保证获得最好的水泥浆性能； 基本要求：注水泥期间既不井漏又不井喷。 测 量：用泥浆密度计（国外还有加压密度计）。 影响因素：水灰比；外掺料（指密度调节剂）用量。 （三）油井水泥的物理性能 1、水泥浆密度 水灰比是指配制水泥浆时配浆水的重量与干水泥的重量之比。 水泥浆密度（ ? ）与水灰比（m）直接相关，关系为 注意： 干水泥的密度（ ?c ）为3.14 g/cm3～3.15 g/cm3，故当水泥浆的密度为1.85g/cm3～1.90g/cm3时，水灰比约为0.48～0.44。 当干水泥中所混合的外加剂加量较大、尤其是为了调节水泥浆密度掺了加重剂或减轻剂（又称为外掺料）时，上式中干水泥密度取水泥和这些外加剂及/或外掺料混合后的固相混合物平均密度。这时，m为水固比。 （三）油井水泥的物理性能 2、 水泥浆的稠化时间 定义：在井下温度压力条件下，从给水泥浆加温加压时起至水泥浆稠度达100Bc（Bc为稠度单位）所经历的时间称为水泥浆的稠化时间。 作用：保证施工安全。 要求：整个注水泥施工作业能够在稠化时间以内完成，并包含一定的安全系数。一般：施工时间+1小时 稠化时间。 测量：常压稠度仪；高温高压稠度仪 。测定“稠度-时间”曲线，当稠度达到100Bc时的时间。Bc为稠度单位。 影响因素：水灰比；温度与压力；外加剂； （三）油井水泥的物理性能 3、 水泥浆流变性 概念：水泥浆在外加剪切应力作用下流动变形的特性。 作用： 计算流动阻力，选择施工装置和设备，防止井压漏，保证施工安全； 实现紊流或塞流顶替，提高顶替效率。 要求：有利于提高顶替效率。 测量：旋转粘度计、高温高压流变仪（模拟井下温度压力测定）。 计算：流变参数；临界流速，用流变参数衡量 。 影响因素：水灰比；温度与压力；外加剂。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 4、套管柱强度设计 4.1、套管强度设计的原则 总的原则：在最经济的条件下使井眼得到可靠的保护。 这个设计不但要能保证在钻进时的安全性，更要能保证在整个油井使用期间的安全性。从这二点来讲，套管的设计是相当复杂的一个工作。 ● 对开发井，可以设计出成本最低的套管柱（以成本优先）； ● 对勘探井，则往往需按最大估算应力来设计（安全为主）。 总之，安全的保障越大，那么费用就越高的