油田井正注反挤固井施工设计.docx
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油田井正注反挤固井施工设计
构造：
塔里木盆地塔北隆起哈拉哈塘油田跃满区块井别：
开发井井型：
直井
YueM3-2井200.03mm套管正注反挤
固井施工设计
塔里木第四勘探公司固井分公司
2015年4月10日
编
写
单
位
塔里木第四勘探公司
固井分公司
编写
刘惕
日期
2015年4月10日
审核
日期
固井公司审核意见：
钻井公司审核意见：
审批人：
年月日
钻井公司井控科审核意见：
审批人：
年月日
概况：
YueM3-2井位于新疆维吾尔自治区阿克苏地区沙雅县境内，是部署在塔北隆起轮南低凸起西斜坡哈拉哈塘鼻状构造南翼跃满3井区的一口开发井，设计井型为直井，该井井口南偏西方向距YueM3-2井1.37km，井区地表为沙丘地，井口1km范围内暂无居民。
本井设计完钻井深7300米。
二开中完设计井深7172米，实际中完井深7188米，准备下入Ф200.03mm套管正注反挤固井。
依据《YueM3-2井钻井工程设计》及该井实钻情况进行《固井施工设计》的编写。
具体施工，根据现场电测实际情况对施工量、扶正器等进行修正。
本设计一经审批，望各相关单位提前做好相关准备工作，具体落实到每一个环节。
现场措施如有变动应另行提前提出书面通知，妥善协商解决。
1、钻井资料：
1.1基本数据
施工队伍：
四勘70578
钻机类型：
ZJ70LDB
井别：
开发井
井型：
直井
二开设计中完井深：
7172m
实际中完井深：
7188m
1.2井身结构
序号
钻头
套管
规格（mm）
钻深（m）
规格（尺寸×钢级×壁厚mm）
下深（m）
封固井段（m）
1
406.4
1503.6
273.05×M65×11.43
1503.6
0～1503.6
2
241.3
7188
200.03×C110×10.92
7186
0～7188
1.3钻井液性能（氯化钾聚磺）2015.4.2
密度
（g/cm³）
粘度
（s）
塑粘
（mPa.s）
屈服值
（Pa）
初切/终切
（Pa）
失水（ml）
1.27
53
20
7
2.5/8
4.8
泥饼（mm）
PH
含砂（%）
固含（%）
Cl-（mg/l）
Ca2+（mg/l）
0.5
9
0.2
14
16100
420
1.4钻井参数2015.4.2
排量：
30l/s泵压：
18MPa
2、地质资料：
2.1地质分层（实测）
层位
深度（m）
厚度（m）
海拔（m）
地震
地质
DQ
第四系
150
150
810
DN2k
新近系
库车组
2155
2005
-1195
DN1-2k
康村组
2465
310
-1505
DN1j
吉迪克组
2715
250
-1755
DE
古近系苏维依组
2945
230
-1985
DK1bs
白垩系
巴什基奇克组
3495
550
-2535
DK1kp
卡普沙良群
3875
380
-2915
DJ
侏罗系
3900
25
-2940
DT
三叠系
4560
660
-3600
DP
二叠系
5165
605
-4205
DC
石炭系
5405
240
-4445
DD3d
泥盆系东河砂岩段
5518
113
-4555
DS1t
志留系
塔塔埃尔塔格组
6159
641
-5190
DS1k
柯坪塔格组
6387
228
-5435
DO3tr
奥陶系
铁热克阿瓦提组
6515
128
-5560
DO3s
桑塔木组
7170
650
-6210
DO3l
良里塔格组
7205
35
-6245
DO3t
吐木休克组
7220
15
-6260
设计井深
一间房组
7300（▽）
80
-6340
注：
预测深度按地面海拔960m计算，不含补心高，“▽”表示未穿。
2.2后效情况（保留最后一次后效数据）
2015.4.7【后效】6407-6410m,层位:
O3tr,钻头位置:
6887.7m,钻井液静止时间:
55.9h,后效开始时间:
10:
34,后效高峰时间:
10:
54,开泵时间:
8:
22,迟到时间:
151分钟,TG:
0.17↗0.51%,C1:
0.0972↗0.35%,C2:
0.0062↗0.0229%,C3:
0.0025↗0.0051%,iC4:
0.0015%,nC4:
0.0016%,钻井液参数:
相对密度1.27,粘度106s,氯根15000mg/l,出口温度48℃,出口电导2.49s/m,槽面无显示,池体积无变化,VMS分析:
VMS分析:
C1:
0.5243%,C2:
0.0375%,C3:
0.0072%,iC4:
0.0027%,nC4:
0.0051%,iC5:
0.0024%,nC5:
0.0046%。
油气上窜高度:
752.4m,油气上窜速度:
13.5m/h。
2.3油气显示：
井段
层位
层号
厚度
岩性
综合解释
1
6407-6410
O3tr
3
浅灰色含沥青细砂岩
差油层
2
6412-6417
O3tr
5
浅灰色含沥青细砂岩
差油层
3
6243-6250
S1k
7
黑灰色沥青质细砂岩
差油层
4
6150-6154
S1k
4
黑灰色沥青质细砂岩
差油层
5
6163-6164
S1k
1
黑灰色沥青质细砂岩
差油层
6
5870-5873
S1t
3
8.7含沥青细砂岩
差油层
7
3327-3330
K1bs
2
3
-9.1细砂岩
差油气层
8
3454-3458
K1bs
3
4
9.1粉砂岩
差油层
9
2910-2916
E
1
6
9.4粉砂岩
差油气层
2.4井眼及周边情况：
2.4.1井径:
待电测，按井径扩大率10%计算为265.43mm
2.4.2井温：
待电测，实验温度取110℃
2.4.3井下情况：
目前井下正常，不溢不漏。
2.3.4地破实验：
地破试验（井深1515m,密度1.15,加压9.66MPa未破,当量密度1.80）
2.3.5周边情况：
该井井口南偏西方向距YueM3-1井1.37km，井区地表为沙丘地，井口1km范围内暂无居民。
3、固井固井目的及方法
3.1固井目的：
封固已钻裸眼地层，为下步施工创造有利条件。
3.2固井方法
正注反挤固井套管下深：
7170m正注封固井段：
5165～7188m
反挤封固井段0～5165m
4、固井难点与主要技术措施
4.1固井难点
1．难点分析:
1）施工排量受地层承压能力低及环空间隙小等因素的制约，影响顶替效率和固井质量。
2）裸眼段长达5685米，下套管摩阻大，套管下到设计井深难度较大；
3）裸眼封固段长，水泥浆静液柱压力大，相对二叠系处承压能力低，下套管与注替水泥浆过程中很可能发生井漏。
4）下套管及固井施工过程中有可能因井壁垮塌或沉砂造成环空憋堵，导致施工压力过高，无法正常替注到位。
4）注替量大，对固井设备及井队泥浆泵要求高；
5）水泥浆封固井段上下温差大，整体对水泥浆综合性能要求高。
2．主要固井措施:
1）下套管对起下钻遇阻卡及电测缩径井段要细心划眼，做到无阻卡、无沉砂、无垮塌、无漏失、井眼清洁，并采取短起下措施，大排量循环洗井，调整好泥浆综合性能，确保井壁稳定、无沉砂、无阻卡。
2）在下套管过程中，抽间隙时间灌浆，浮箍入井前灌满一次，其余10根灌满一次。
套管在裸眼段静止时间不超过3分钟。
3）采用原钻具组合通井到底，调整好泥浆综合性能，确保井筒稳定。
4）选用优质套管扶正器，按钻井设计来填。
6）下套管前必须换好77/8寸闸板芯子并试压合格。
7）下套管期间为减小漏失发生的可能性，注意控制下套管速度。
表层套管内纯下放速度
大于35秒。
裸眼段下套管速度要求每根大于45秒。
固井建议中途循环井深：
出表套前（1500米处）和裸眼段4000m分别顶通循环。
下套管途中如发生井漏，及时汇报相关部门是否继续下套管，若坚持下套管，应在漏速较小的情况下，严格控制下套管速度，坚持将套管下至井底进行固井。
8）下到底后先小排量顶通，再逐渐提高排量至施工排量循环最少一周将井底稠浆与沉砂循环干净、并排除后效后方可进行施工。
若下套管过程中发生井漏，套管下到位后至少洗井50m3，确保环空通畅后方可进行施工。
9）正注采用常规密度：
阿G水泥+互力硅粉（100:
35），密度1.88g/cm³；反挤采用纯灰阿G级水泥，密度1.90g/cm³。
10）为平衡管内外静液柱压差，有效降低施工压力，需配重浆有效量50方，密度1.60g/cm3
11）本层套管抗拉安全系数仅为1.57，为确保套管抗拉安全，现场做好井眼准备，确保套管安全下入。
下套管过程中禁止猛提猛放，坐卡瓦时缓慢上提下放。
必要时注水泥作业可以考虑不碰压。
12）正注施工后候凝24小时，待水泥浆终凝后进行挤水泥施工。
3．井控安全措施
1）固井全过程中坚持“发现溢流立即关井，怀疑溢流关井检查”。
2）下套管、固井前按要求必须测油气上窜速度，高压油、气、水井，下套管前必须压稳。
当地层漏失压力和孔隙压力差值很小容易发生井漏时，油井固井应控制油气上窜速度小于15m/h，全烃值一般控制在5%以内。
3）下套管前必须更换与井筒管柱相同的封井器封芯，并按要求必须试压合格，否则不允许进行下步施工。
4）下套管前井口必须准备好内防喷工具，否则不允许下步施工。
5）钻井队井控装备必须试压合格，能够正常使用。
6）固井设计中充分考虑由于水泥浆“失重”而引起的井底压力损失，进行压稳计算，在施工全过程中要压稳地层。
如不能压稳要采取关井蹩压候凝方式。
7）下完套管后，应充分循环，排除后效，确保油气上窜速度及烃值符合相关技术要求。
8）采用平衡压力固井，优化设计施工排量，保持施工的排量和压力稳定，确保施工及候凝整个过程的压力平衡，防止井漏、溢流等复杂情况的发生。
9）下套管、固井期间如发现溢流，立即按井控细则进行关井，然后再进行处置。
10）如发生井控险情，固井施工人员要听从钻井队的指挥，有条不紊进行撤离。
5、套管柱强度校核与扶正器安放位置
5.1套管串组合
序号
名称
尺寸×钢级×壁厚
扣型
数量
长度
下入深度
1
浮鞋
BC
1
0.5
7186
2
套管
200.03×C110×10.92
BC
6
66
7185.5
3
浮箍
BC
1
0.5
7119.5
4
套管
200.03×C110×10.92
BC
1
11
7119
5
承托环
7108
6
套管
200.03×C110×10.92
BC
n
7109
7108
7
套余
-1
5.2强度校核
序号
外径（mm）
段长（m）
段重（KN）
累重（KN）
抗拉安全系数
抗外挤安全系数
抗内压安全系数
1
200.03
7170
3747
3747
1.57
1.08
2.19
5.3扶正器按放位置：
套管程序
钻头mm
井段m
扶正器型号
加法
扶正器数量
Ф200.03mm
油层套管
241.3
0-1500
77/8″×91/2″
每5根1只刚扶
刚扶30只
1500-5165
77/8″×91/2″
每5根1只铝扶
铝扶74只
5165-7170
77/8″×91/2″
每3根1只铝扶
铝扶67只
6、固井工艺设计
6.1水泥浆、配浆水、水泥用量：
裸眼段内容按钻头扩大率10%计算为55.3L/m，
正注裸眼段平均井容为：
23.9L/m，273.05mm套管内容：
49.2L/m，200.03mm套管闭排：
31.4L/m，200.03mm套管内容：
24.9L/m。
正注水泥浆量：
级别
项目
单位环容（L/m）
段长（m）
段容积（m3）
附加量（m3）
水泥浆用量（m3）
需水量（m3）
干灰量（t）
设计比重（g/cm3）
正注
裸眼段
23.9
2005
48
50
20
66
1.88
水泥塞
24.9
78
1.9
口袋
55.3
2
0.1
到井水泥量：
阿G水泥+互力硅粉（100:
35）：
80吨
需配水量（考虑罐底及损耗）：
42方
反挤水泥浆量：
级别
项目
单位环容（L/m）
段长（m）
段容积（m3）
附加量（m3）
水泥浆用量（m3）
需水量（m3）
干灰量（t）
设计比重（g/cm3）
反挤
重合段
17.8
1503
27
114.5
69
153
1.90
裸眼段
23.9
3662
87.5
到井水泥量：
阿G水泥：
160吨
需配水量（考虑罐底及损耗）：
110方
注：
实际水泥浆量按电测后实际井径数据校核。
6.2隔离液用量：
隔离液类型
密度（g/cm3）
设计长度（m）
所需用量（m3）
基液类型
前置液
1.30
300
8
加重隔离液
后置液
1.03
100
2.5
配浆水
6.3顶替量计算：
（含后置液）
管柱类型
外径
mm
壁厚
mm
段长
M
单位容积
l/m
段容积
M3
附加系数
%
累计段容积m3
套管
200.03
10.92
7109
24.9
177
2
180.2
7、替浆排量计算：
计算原则：
以钻进时钻井液在196.9mm钻铤处上返速度为依据，井径：
265.43mm。
V上返＝12.7×Q泵/（d井2－d钻柱2）＝12.7×30/（26.542-19.692）=1.2m/s
施工排量：
Q＝1.2×（26.542-202）/12.7＝28.8L/s
施工排量设计为：
29L/s,具体排量根据现场实际情况而定。
8、施工压力计算：
1）井底压力:
P=0.00981×7188×1.27≈89.4（MPa）
2）施工压力预计
管内循环压耗计算
其中：
hf：
管内流动水力损失高度；mλ：
流体摩阻系数l：
长度；m
d：
内径；mV：
流速；m/sρ：
流体密度；g/cm3
套管串内压降分段计算如下表：
管内
排量（l/s）
长度（m）
内径（m）
内容（l/m）
流速（m/s）
流体密度g/cm3
λ
管内压降（MPa）
井浆段
29
4992
0.17819
24.9
1.163
1.27
0.08
1.927
重浆段
29
2000
0.17819
24.9
1.163
1.6
0.08
0.972
隔离液
29
100
0.17819
24.9
1.163
1.03
0.08
0.031
水泥浆
29
78
0.17819
24.9
1.163
1.88
0.08
0.045
共计
2.975
管外循环压耗计算
其中：
hf：
管外流动水力损失高度；mλ：
流体摩阻系数l：
长度；mDo：
外管内径；mdi：
内管外径；mV：
流速；m/sρ：
流体密度；g/cm3
套管串管外压降分段计算如下表：
管外（环空）
排量（l/s）
内管外径m
外管内径m
长度m
当量直径m
环容（l/m）
流速（m/s）
流体密度g/cm3
λ
管内压降（MPa）
1#
29
0.20003
0.25019
1503
0.0502
17.73
1.636
1.27
0.08
4.07
2#
29
0.20003
0.26534
3262
0.0653
23.86
1.215
1.27
0.08
3.75
3#
29
0.20003
0.26534
400
0.0653
23.86
1.215
1.30
0.08
0.47
4#
29
0.20003
0.26534
2005
0.0653
23.86
1.215
1.88
0.08
3.41
共计
11.70
合计沿程阻力损失为：
2.975+11.7=14.675Mpa
3）替浆完管内、外液柱压差△P1:
管外液柱压力
P外=0.00981×（1.27×4765+1.30×400+1.88×2005）≈101.4（MPa）
管内液柱压力
P内=0.00981×（1.03×100+1.88×78+1.60×2000+1.26×4992）＝96.5（MPa）
△P1=P外-P内=4.9MPa
需密度1.60g/cm3重浆有效量50m3
4）施工最高泵压：
P最高＝P1+△P1=14.675+4.9=19.575MPa
碰压增压：
P增=3～5（MPa）
预计施工最高压力P=19.575+3～5≈22.6～24.6（MPa）
9、压稳计算：
固完井后按不漏计算水泥浆（尾浆）失重计算得井底压力
P1=0.00981×（1.27×4765+1.30×400+1.07×2005）≈85.5（MPa）
尾浆失重时，管外液柱压力小于井底压力4Mpa，建议关井候凝。
若在二叠系底部发生井漏失返，液面在井口
P2=0.00981×（5165×1.27+2005×1.07）≈85.4（MPa）
尾浆失重时，管外液柱压力小于井底压力，建议关井候凝。
井队派专人观察套压表，做好记录。
如果液面不在井口，则一直坚持环空吊罐。
10、掏空计算
浮力系数：
1-（1.27/7.85）=0.838
按下完套管灌满钻井液计算：
3747×0.838=3140KN
已知浮鞋浮箍的最大反向承压为25MPa，安全系数取2.5最大掏空深度为：
=102×25/（2.5×1.27）=803m
按掏空500m（约45根套管），按此计算可减少大钩负荷为：
24.9×500×1.27×0.00981=155KN
按设计掏空500m，此时管内外压差为：
500×1.27×0.00981=6.2MPa
11、下套管速度计算
套管允许下放速度计算公式如下：
钻时环空返速
（m/s）
7-7/8″套管与10-3/4″套管环容（l/m）
7-7/8″套管与裸眼环容（l/m）
1.00
17.8
23.9
7-7/8″套管闭排（l/m）
10-3/4″套管内下放速度
（m/s）
9-1/2″裸眼内下放速度（m/s）
31.4
0.44
0.55
通过计算：
在10-3/4″套管内，每根套管下放速度19s，考虑安全系数每根套管下放速度为35s。
在裸眼内，每根套管下放速度20s，考虑安全系数每根套管下放速度为45s。
12、施工工艺流程：
正注固井施工：
序号
操作内容
工作量（m3）
密度
g/cm3
排量l/S
压力MPa
施工时间mim
累计时间mim
1
管汇试压
25
5
5
2
注前置液
10
1.30
25
10
15
4
注水泥浆
50
1.88
25
20
35
5
注后置液
2.5
1.03
25
5
40
6
替重浆
50
1.60
30
15
55
7
替井浆
130.2
1.27
30
90
145
8
碰压
9
放压检查回流
反挤固井施工：
内容
工作量
（m3）
密度
（g/cm3）
排量
（L/s）
压力
（MPa）
施工时间
（min）
累计时间
（min）
1
管汇试压
25
2
试挤清水
5
1.03
15
10
10
3
挤水泥浆
114.5
1.90
25
90
100
4
替清水
0.5
1.01
25
5
105
13、施工准备
13.1钻井队方面
●对动力、传动系统、提升系统、刹车系统、控制系统、循环系统、钻井仪表作好全面检查、维修、保养、换新工作，特别是泥浆泵，确保下套管、固井的安全、连续。
●严格执行通井制度，用原钻具通井，按打钻时排量循环洗井，确保井壁稳定、无沉砂、无阻卡。
正式起钻前调整好泥浆性能，保证固井前井眼稳定，循环正常，确保套管能顺利下到设计井深。
●下套管前必须保证井眼稳定，若发生井漏，则先堵漏，并配好储备泥浆，保证施工的正常进行。
●按有关标准和规定检查套管附件如浮鞋、浮箍、承托环、套管扶正器等的尺寸、扣型、型号、性能、质量和工作状况是否满足设计和施工要求。
●对到井套管逐根通径，查扣，清洗丝扣，丈量并按入井顺序排序，编号造册。
钻井队应提前对工具附件进行合扣，确保入井管串连接强度。
●附件上下应涂好丝扣胶按规定扭矩上扣，套管上钻台前在地面把丝扣擦洗干净，其它每根套管在地面上均匀涂抹套管密封脂。
●严格控制套管下放速度，在10-3/4″套管内，每根套管下放速度为35s。
在裸眼内，每根套管下放速度为45s。
●在下套管过程中，抽间隙时间灌浆，浮箍入井前必须灌满，其余10根灌满一次。
●下套管遇阻卡时，禁止猛提、猛压，应及时通知施工指挥人员处理。
●下套管过程中，指定专人负责观察泥浆出口，及时汇报井口返浆情况。
●井口精心操作，严禁管内外落物。
●下套管时，仔细核对入井套管的根数、标号；下完套管后，清点场地上套管编号及数量，确保下入管串准确无误。
●按设计要求安放套管扶正器，所有工具附件入井时必须要求工具服务人员现场进行技术服务；工具附件入井时严禁碰撞，更不允许在本体上打大钳。
●下套管时工具应提前检查好，应准备好易损件备用。
●泥浆储备量必须大于钻井液顶替量，以防施工时井漏有进无出。
●下套管完，甩一柱127mm钻杆作为注水泥浆管线。
●提前接好供泥浆管线到灰罐附近的水泥车上备用。
●循环系统确保在25MPa内正常工作。
13.2固井队方面
●水泥化验必须遵循先做小样，再配大样，再做大样复查的实验程序，如大样不能满足施工安全要求应整改到要求后方可进行注水泥施工。
●根据现场作业进度和固井施工设计的要求，配制隔离液和水泥浆
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