《石油工业概论》教案-固井作业 教案

授课章节项目/任务钻井施工过程钻进工程/一次开钻授课方式理论课□实践课□理实课eq\o\ac(□,√)其他□授课次数第次授课内容固井作业计划课时2教学目标与要求知识目标：掌握油井水泥类型及性能；掌握固井施工步骤。能力目标：能够进行固井作业。素质目标：能够独立分析问题、解决问题。教学重点与难点重点：油井水泥类型及性能难点：固井施工步骤处理方法：以案例驱动，激发学生学习兴趣；依据钻井工程设计资料、图片、案例等方法处理重难点问题教学资源多媒体教室、资源库和在线课平台、现场资料和专业技术标准等教学过程主题/任务/活动教学方法/教具时间分配导课案例驱动/现场案例10min油井水泥类型及性能案例分析/现场案例40min固井施工步骤视频演示/操作视频40min总结讲解10min作业/技能训练分析固井施工过程及注意事项？。教学评估课前任务评估、课前测验、课堂表现、小组评价、课堂测验、课后作业等。教研室主任签名：年月日教学设计导课：本节课我们学习固井作业，固井作业是指向井眼和套管之间的环形空间，注入水泥的施工作业。是钻完井作业过程中，不可缺少的一个重要环节。本节课重点内容注水泥施工工序，为了能够更好地注入水泥，我们有必要了解油井水泥的类型及水泥浆的性能。首先我们学习油井水泥的类型。1.油井水泥油井水泥是一种硅酸盐水泥。油井水泥的工作环境是在地下，温度高，压力大，条件比较复杂，而且需要在地下存在很长时间，是与普通建筑水泥不同的特殊种类的水泥。API标准把油井水泥分为9个级别：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊ。我国标准也按上述分为9个级别，并分为普通型、中抗硫酸盐型、和高抗硫酸盐型３类。2.油田现场对水泥浆性能的具体要求（1）水泥能配成流动性良好的水泥浆，且在规定的时间内，能始终保持这种流动性；（2）水泥浆在井下的温度及压力条件下保持性能稳定；（3）水泥浆应在规定的时间内凝固并达到一定的强度；（4）水泥浆应能和外加剂相配合，可调节各种性能；（5）形成的水泥石应有很低的渗透性能等。3水泥浆性能与固井工程的关系对固井工程有较大影响的水泥浆性能包括：水泥浆的密度、水泥浆的稠化时间、初凝时间、水泥浆的失水、水泥石初凝的强度及水泥的抗腐蚀性能等。当通过调节水泥的化学成分不能完全满足固井工程的要求时，就要加入水泥的外加剂来调节。（1）水泥浆的密度水泥干灰的密度一般为3.05～3.20g/cm3，所以水泥浆的密度取决于水灰比（水与干水泥的重量之比）。水泥浆的水灰比必须保持在一定范围，过小则流动性差，泵送阻力大；过大则将引起水泥颗粒下沉，水泥石强度下降，密封性变差。（2）水泥浆的稠化时间水泥浆的稠化时间是指水泥浆从配制开始到其稠度达到其规定值所用的时间。API标准中规定在初始的15～30min内，稠化值应当小于３０ＢＣ。水泥浆配制好后，随着水化反应的进行，水泥浆逐渐变稠，流动性变差。在注水泥时用泵注入及顶替过程中，可能会出现水泥浆流动越来越困难，直到不能被泵入。因此，注水泥的全过程必须在水泥浆稠化之前完成，稠化时间决定了施工作业的时间。对于施工周期长的深井注水泥，应当有较长的水泥浆稠化时间，否则可能会出现注水泥施工过程中的“贯肠”，从而使固井质量变差，甚至使全井报废。（3）水泥浆的失水水泥浆中的自由水，通过井壁渗透入地层的现象称为失水。一般未经处理的水泥浆的失水量可达１００ｍＬ／３０ｍｉｎ。大量失水将会使水泥浆急剧变稠，流动性降低，严重时造成卡死套管和憋泵的危险，并会污染油气层。因此固井时应调整好水泥浆性能，降低失水量，必要时加入降失水剂。（4）水泥浆的凝结时间水泥浆配制完，即开始水化，从液体转变为固态的时间就是水泥浆的凝结时间。这一时间不同于稠化时间，水泥浆的凝结时间大于稠化时间。水泥浆的凝结时间对施工有较大的影响，即从注水泥到套管被封固后可承担一定的负荷的这一段时间，就决定了固井完成到进行下一个工序所用的时间。对于封固表层及技术套管，水泥尽可能有早期较高的强度，以便尽快开始下一道工序。一般情况，表层套管水泥候凝时间是12h。（5）水泥石强度API标准采用油井水泥试验的抗压强度作为水泥质量的指标，它检验水泥力学特性，能更接近水泥环的实际受力情况。水泥石的抗压强度应满足支撑套管轴向载荷，承受钻井和射孔等的震击，应能承受钻柱的冲击载荷，承受酸化、压裂等增产措施作业的压力。各种水泥标准中都给出了水泥的极限强度及早期的强度，如ＡＰＩ标准中规定表层水泥浆实验性能，水泥石强度要求24h达到35MPa。4固井施工（1）固井作业准备钻井队HSE管理员，对固井承包商进行安全告知，由值班干部负责组织固井施工期间的协作工作，固井现场指挥勘查井场，指挥车辆就位，摆放合理，设置警戒区，固井承包商对钻井队进行安全告知，编制固井施工HSE指导书，制定安全措施和应急预案，检查确保循环系统工作正常，检查确保固井设备工作正常，安装井口工具，连接高压管线，按规定安装保险绳，确保紧固可靠，钻井监督组织召开钻井、固井、录井人员参加的技术交底会，明确现场施工指挥人、安全人员及各岗位人员。通报下套管固井准备，固井施工程序，安全注意事项和异常情况下的应急措施，（2）固井施工工序试压：用100L/min排量冲管线，出水后关闭水泥头旋塞阀，先用150-200L/min排量憋压，当压力达到最高施工压力的二分之一时，停泵观察，无异常后，用100L/min排量试压到最高施工压力的1.2至1.5倍，停泵观察，无异常后泄压，压力值为零后打开相关的阀门。注水泥：将设计好的水泥浆注入。碰压：当顶替液剩余2000至3000L时，采用300-500L/min排量碰压，碰压附加值一般控制在3-5MPa。关井侯凝：放回水，浮鞋浮箍密封良好，若浮鞋浮箍失灵，应使管内压力高于管外压力2-3MPa。关井侯凝（3）固井质量评价套管试压：试压的套管柱小于或等于φ244.5的试压值