石油钻探固井技术PPT课件.ppt

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*一、油井水泥组成与水化凝结过程1油井水泥的主要矿物成分 硅酸三钙:3CaO?SiO2 简写:C3S 硅酸二钙:2CaO?SiO2 简写:C2S 铝酸三钙:3CaO?Al2O3 简写:C3A 铁铝酸四钙:4CaO?Al2O3?Fe2O3 简写:C4AF 这四种矿物成分占总量的87%以上,各种组分在水泥的水化过程中有不同的特性。故组成水泥的各种组分的比例不同,其水泥的性能也有所不同,即不同类型的水泥。*2矿物成分对水泥性能的影响(1)硅酸三钙:在一般硅酸盐水泥中含量最高,是水泥产生强度的主要化合物。 水化反应速度快,早期强度发展快、最终强度大。(2)硅酸二钙:水化反应慢,强度增长慢,能在长时间内逐渐增大水泥石的强度。*(3)铝酸三钙:是促进水泥快速水化的化合物,是决定水泥初凝和稠化时间的主要因素。对水泥浆的流动性有显著影响,并对硫酸盐的侵蚀十分敏感,因此,高抗硫酸盐水泥必须控制其含量?3%或更低。(4)铁铝酸四钙:水化速度仅次于铝酸三钙,早期强度增长快,但早期强度与最终强度差别不大,且强度的绝对值不大,对水泥强度贡献很小,含量过大可使强度过早减退。C3A和C4AF的生成,主要是为降低水泥生产的烧结温度,加入了Al2O3、Fe2O3。*凝结硬化时间C2SC3SC3AC4AF水泥石强度(4)矿物成分对强度的影响* 通过调节水泥矿物成分的含量,便可获得各种适用于不同要求的油井水泥,如: 性能要求 实现方法 高的早期强度 增加C3A、C3S含量、细磨 缓凝性能好 控制C3A、C2S含量、粗磨 低水化热 限制C3A、C3S含量 高抗硫能力 限制C3A3%,C3A+2C4AF24%*油井水泥的类型(1)API标准A、B、C、D、E、F、G、H、J九个级别。其中,G、H两级为基本水泥。即可通过加入外加剂和/或外掺料达到其它类型的特性,J级水泥目前已有逐步被取消的趋势。(2)现行国家标准按API标准,目前主要有G、H级。J级质量控制标准不严,实际质量不稳定。(3)原国产标准45℃、75℃、95℃、120℃。已不使用*(2)考虑浮力时套管自重拉力浮力考虑方法:浮力系数法,台阶力法(按集中力考虑)计算式(浮力系数法):Tb??套管在钻井液中的重量,KNBF??浮力系数在空气中在钻井液中Tb*1.2 弯曲附加拉力 如果井眼存在较大的井斜变化或狗腿度时,由于套管弯曲效应的影响将增大套管的拉力负荷,特别是在靠近丝扣啮合处,易形成裂缝损坏,由于API套管的连接强度没有考虑弯曲应力,所以设计时应从套管的连接强度中扣除弯曲效应的影响,其计算公式见有关资料。*1.3其它附加拉力 在一般的套管设计中,没有具体考虑附加拉力,而是通过安全系数的选用,将它们包括在内。*2轴向拉力作用下的套管强度(抗拉强度)2.1 轴向拉力作用下套管的失效形式(1) 丝扣(接箍)滑脱(2) 丝扣断裂(3) 管体断裂(4) 氢脆*2.2 套管抗拉强度的选用 抗拉强度=min{丝扣部分抗拉强度,管体抗拉强度} *(三)外挤压力与套管抗挤强度1外挤压力计算1.1 外挤压力的计算 考虑方法:管内按全掏空的最危险状态考虑。 计算方法:Pe??外挤压力,MPaH??计算点深度,m?m??管外泥浆(或盐水)密度,g/cm3Pe*外挤力分布:沿井深增加,最大在井底。 说明:a.水泥环有一定的承载能力,实际的外挤力在水泥面以下要小得多,可分段考虑;b.在有易流动塑性地层的情况下(如盐岩层、泥盐层),套管所受的外挤力应按上覆岩层的压力梯度计算;c.在很多井中,并不可能发生全掏空的外挤状态,故按上面方法计算出的外挤力偏大,这样便可能造成选择套管的浪费。现行的方法是:根据各层套管具体可能出现的最大工况,按有效载荷计算。*1.2 有效外挤压力计算计算方法: Pe=Pc-Pi 其中Pi的计算方法不同,也使得Pe有多种算法。PiPc*2套管的抗挤强度(单一外力作用) 2.1 套管在外挤力下的失效形式 套管径厚比的范围不同,套管破坏的形式也有所不同,其变化相似于受压直杆件的破坏。 细长杆----压弯(失稳) 短粗杆----塑性变形破坏 * 套管按径厚比分类为: 厚壁: D/t?10 中厚壁: 10D/t?30 薄壁: D/t30 D??套管直径;t??套

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