现代固井技术讲座 Seminar on Modern Cementing Technology 张张明深(中国海洋石油)现代固井技术的理论基础和现场经验第三部分现代固井技术现场应用的技术保证（一 ）现代固井技术现场应用的技术保证1. 技术管理和技术素质2. 现代固井技术现场施工设计模式3. 固井工程师如何面对固井应急情况4. 现代固井技术现场计算模式1. 技术管理和技术素质（一）以固井工程师为核心的的现代固井技术 管 理体系（二）固井工程师和固井监督在施工中的作用以固井工程师为核心的现场固井技术管理体系1） 固井工程师（固井项目组长）是固井 施工的组织者；2） 固井工程师对一口井固井质量负责；2） 固井工程师对固井实行全方位管理;4） 关键环节固井工程师在场监督和控制 ；5） 充分发挥固井工程师的核心作用。固井监督在固井工作中的作用1. 精通固井业务，熟悉钻井体系及其相关技术，对固井设计提出正确的方案； 2. 了解国内外固井发展情况，精通和熟悉在用固井材 料，控制材料使用； 3. 高瞻远瞩检查有关固井全过程的准备工作和施工情况，善于发现问题提出指导性的意 见； 4. 积极和热情地支持固井工程师和施工人员的创造性 意见,和他们一起圆满完成固井任务。固井工程师和固井监督 必须全面掌握现场钻井等四项相关资料n钻井资料知多少？ 1）钻井进度 2）井眼参数 3）钻具组合 4）泥浆返速 5）泥浆泵效率及排量 6）泥浆池状况泥浆池容积 7）BOP试压资料 8) 钻井水储存能力 9) 供灰系统和储存能力 10)特殊设备资料全面掌握现场钻井等四项相关资钻井资料的应用 1.水泥浆密度设计地层当量密度水泥浆密度漏失当量密度 2. 隔离液密度设计地层当量密度隔离液密度水泥浆密度 3. 确定安全泵速安全钻进钻铤周围返速 4. 计算注水泥和替浆速度注替泵速钻铤周围返速5. 特殊固井工艺需要如下尾管、双级注水泥、挤水泥、水泥塞等等全面掌握现场钻井等四项相关资测井资料知多少?n地层温度测试详细资 料n环形容积n油气水分布n地层压力应用范围 计算井底静止温度 转化井底循环温度 计算水泥浆量 控制水泥浆性能 设计浆注组成和压力地层温度测试资料应用举例 计算井底静止温度井深2343m循环时间环时间2.5h停止循环时间环时间7.5hNo.176停止循环时间环时间12.5hNo.280 停止循环时间环时间16.25hNo.385 井底地层层温度90.5 注水泥温度梯度2.71 /100m地层温度测试详细资料对数法求井底静止温度全面掌握现场钻井等四项相关资n地质资料知多少？ 特殊岩性 地层压力 垮塌层 薄弱层及其当量密度 漏失层及其当量密度如何应用n设计前置液n设计水泥浆性能n设计防窜工艺n控制激动压力n套管鞋定位n扶正器定位n双级注水泥器定位等2. 现代固井技术现场施工设计模式现代固井施工设计模式指南 模拟井设计模式外国公司固井设计的依据API试验程序(API test schedule):套管/尾 管注水泥温度梯度(Temp Grad)和注水泥井 底静止温度和井底循环温度:因为固井设计的目的是如何使用添加剂， 而添加剂 是为井底循环温度配套使用的。 外国公司固井设计的六步内容n套管固井结构图（Well schematic)n隔离液和冲洗液设计（Space & Flush)n水泥浆配方设计(cement program)n一口井的材料清单(cementing material summary)n分层套管固井水泥浆化验数据(Laboratory Report)n材料功能介绍(product descriptions)外国公司固井设计的优点n1. 固井设计以温度为主要依据是非常明确的n固井结构图包含了固井的大部分施工数据， 令人一目了然n材料先进，功能齐全，性能可靠，与井温适 应性相当强外国公司固井设计的弊病n1. 外国公司的固井设计纯粹是一份固井材 料清单；n2. 最大的弊病是没有任何固井施工措施；n3. 提供的所谓固井工程师或专家实际上是 一个泵工。外国公司固井设计的弊病n4. 外国公司承包的固井作业主要是靠它材 料的优势来取得良好的胶结质量，但对于施 工工艺来说，100%的成功率是没有保证的 。事故不少，而且是十分严重的如:n 混合水老化，套管“灌香肠”等事例在中国 海域作业区是最严重的事故。n 我们在长期的固井实践中形成的一套新的 施工设计模式充分体现了现代固井技术的进 步。现代固井技术施工设计模式1） 体现了固井工程师对固井全过程的管理 2） 体现了固井施工程序的完整性 3） 体现了每个关键程序的严密措施和准确数据 4） 对关键环节固井工程师在场监控 5） 体现了新技术新方法在固井中的应用。现代固井施工设计模式指南1. 固井作业的主要难点一般是防漏、防窜、漏窜同时发生，或泥浆性能严重影响顶替效率等。 2. 井眼准备扩径、除气、要求测井后一定要通井等。 3. 调整泥浆性能重点要求调整与下套管和开泵有关性能，如 塑性粘度和屈服值。现代固井施工设计模式指南4. 下套管措施重点是套管在不同情况的下放速度。 5. 下套管中途循环目的是破坏泥浆结构，要求规定次数与 泵速。 6. 下完套管后的循环计划避免产生过高激动压力，压漏地层，如何开 泵，规定泵速。现代固井施工设计模式指南7. 重叠段小间隙大裸眼固井要求，使用等容量换浆法。 8. 水泥浆准备与混拌程序如何保证水泥浆质量是水泥浆准备的核心。科学混拌程 序的应用是保证水泥浆质量的关键。 9. 水泥浆特殊试验数据从地层的复杂性和施工需要而考虑的项目。现代固井施工设计模式指南10. 固井安全泵速的应用塞流循环、低速循环还是其他方法循环 11. 井口操作与监督重点在于控制上下胶塞以及尾管胶塞的 释放 12. 释放胶塞程序强调工程师在场指挥、监督和判断 13. 替浆技术的应用重点在于控制泵速、泵压现代固井施工设计模式指南14. 水泥浆候凝技术的应用候凝方法需要计算水泥浆的失重效率，一般取在1hr.内水泥浆变为水柱压力 15. 质量保证和安全等等应用的主要技术和关键环节的监控 16. 应急措施现代固井技术现场施工设计模式模拟井设计模式2006井9-5/8”尾管固井 现场固井施工设计12-1/4”井况（模拟井）井眼12.25”3690m钻铤钻铤 返速1.13m/s,气测值测值 68%（34003680m）外层层套管11.75”，套管鞋3385m漏失当量2.25尾管9-.625”下深3689m,尾管顶顶界3250m泥浆浆性能密度.1.92，PV(mPa.s)40, YP(lb/100ft2)31.25, 六速：R600，R300，R200，R100分别为别为 ：74，45，38，27地质测质测 井含气井段34003680m水泥浆浆密度2.10，BHST150，BHCT1201. 9-5/8”尾管固井主要难点分析1） 如果泥浆静止过长，开泵破坏泥浆凝胶结构时 薄弱层当量密度经 计算可增至2.43，大于漏失当量密度2.25而井漏发生。2）本井是非常规套管小间隙。如果井眼用钻井返速计算，那么套管环形间隙 处返速2.78m/s，大大超过1.13 的安全返 速会产生过大激动压力。3）允许的激动压力范围经计算仅为0.14psi/ft,井漏可能 随时发生。2.井眼准备（扩径、除气、测井后通井等） 1）要求井壁稳定，无沉砂，无严重缩径和扩 径，井径低于 12.25”要扩径。 2）最后一次通井尽可能将气测值降到小于5%。 3）每次测井作业后一定要通井，保持井眼畅通。 4）最后一次通井调整泥浆性能（根据调整泥浆性能进行）。 5）最后一次通井用2-3/4”通径规通钻杆内径并检查钻 杆质量，必要时用超声波检验。 3.调整泥浆性能 （与下套管和开泵有关性能）1）适当降低塑性粘度pv值，本井维持 3035cp 2）适当降低泥浆静切力YP值，本井要求低于15Pa(31.25 lb/100ft2)4. 下套管措施 （套管在不同情况的下放速度）1. 当尾管进入泥线悬挂器时： 30s/根 2. 尾管回接套进入泥线悬挂器： 22.7min/柱 （27m) 3. 平均速度： 4.7min/柱（27m)5.中途循环 （次数与泵速，破坏泥浆凝胶结构）1）每15根套管循环一次 2）每400500m钻杆循环一次 3）下至外层套管鞋循环泥浆，不少于30min. 4) 安全泵速。初开泵不得超过正常泵速的 50%。6.循环措施 （如何开泵，泵速）1）下完尾管先活动35次后低速开泵（ 10spm) 2） 按要求用塞流循环0.34m/s,241L/min7.大容量隔离液（等容量换浆法） （按小间隙大裸眼固井要点的应用）按井眼环形容积计算隔离液量（附加100%）隔离液种类：Dual-spacer。（双作用隔离液 用重晶石加重，或用锰矿粉调节）密度1.95（大于泥浆密度）说明： Dual-Spacer 可用于水基泥浆和油基 泥浆隔离液。可用淡水、海 水、高盐盐水甚至饱和盐水配制，流变性能低到在低排量下紊流 泵送。可适当加一些般土粉（bentonite)或海泡石（ sepiolite)改善隔离液在井下的稳 定性。8. 水泥浆设计和混拌计划对如下项目给出具体内容1) 返高特殊设计2) 水泥浆体系3) 水泥浆配方4) 混拌方法5）混拌程序的应用1) 返高特殊设计在高温高压井固井技术中指出，非常规 套管结构小间隙，水泥浆有回落趋势，唯一 解决办法是在注水泥一定要符合设计要求的 密度。尾管顶部留100150m水泥塞。2) 水泥浆体系 （选用合适的防窜水泥浆体系）拟用乳胶水泥浆体系密度设计： 2.10材料代号：Latex-20003) 水泥浆配方API G （HRS)/清水高抗硫酸盐盐水泥/清水SSA-1#1 细细目硅粉SSA-2#2粗目硅粉Hi-dense#3加重材料Micromax加重材料稳稳定剂剂Latex-2000乳胶Stabilizer-434C乳胶稳稳定剂剂Halad-344L延迟迟胶凝材料Halad-413L降失水剂剂Scr-100L缓缓凝剂剂HR-25L高温稳稳定剂剂D-Air3消泡剂剂（4) 混拌方法（保证水泥浆质量）批量混合水泥浆使用批量混合池，按设计方法进水泥和添加 剂，中途做稠化时间试验。根据试验情况决 定加重。5）科学混拌程序的应用按序号进行 1)装足清水- 2)清洗容器- 3)消泡剂D-Air3 - 4)表面活性剂434C- 5)乳胶Latex-2000- 6)缓凝剂SCR-100L- 7)高温稳定剂HR-25L-氯根1000mg/L 用检查过的水清洗容器 低速循环约15min 低速加入 低速循环 低速循环 低速循环科学混拌程序的应用8) 加入延迟胶凝材料 Halad- 344L 9）加入降失水剂Halad- 413L用低速循环用低速循环科学混拌程序的应用10) 取上述混合水样加硅粉、 加重材料和 它的稳定剂 做稠化时间试验，连续 23h还未稠化，中止试验，开始在批量混 合池配制高 密度 水泥浆，不断测量浆体密度。科学混拌程序的应用11) 每隔15秒加一次混 硅粉水泥 12) Micromax- 13) 加重材料 Hidense#3-高速混合后转为中 速搅拌，测密度用 micromax调节9.本井所需水泥浆特殊试验项目 （从地层的复杂性和施工需要考虑）1）混合水延迟稠化时间试验12hr（须考虑深井作业 套管是否顺利问题）2) 温度5稠化时间试验125 和115 （高温作 业必须考虑稠化时间突变）3）尾管顶部强度试验120 8hr和12hr.4）停泵安全试验.（假设停泵维修约30分钟）10. 安全泵速设计（用塞流循环是本次 固井的特殊需