固井技术基础

固井技术基础（量大、多图、易懂）

概述

1、固井的概念

为了达到加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的分层测试及

在整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。

2、固井的目的

1. 封隔易坍塌、易漏失的复杂地层，巩固所钻过的井眼，保证钻井顺利进行；

2. 提供安装井口装置的基础，控制井口喷和保证井内泥浆出口高于泥浆池，以利钻井液流回

泥浆池；

3. 封隔油、气、水层，防止不同压力的油气水层间互窜，为油气的正常开采提供有利条件；

4.保护上部砂层中的淡水资源不受下部岩层中油、气、盐水等液体的污染；

5.油井投产后，为酸化压裂进行增产措施创造了先决有利的条件；

3、固井的步骤

1. 下套管

套管与钻杆不同，是一次性下入的管材，没有加厚部分，长度没有严格规定。为保证固井

质量和顺利地下入套管，要做套管柱的结构设计。根据用途、地层预测压力和套管下入深度设计套管的强度，确定套管的使用壁厚，钢级和丝扣类型。

2. 注水泥

注水泥是套管下入井后的关键工序，其作用是将套管和井壁的环形空间封固起来，以封隔油气水层，使套管成为油气通向井中的通道。

3. 井口安装和套管试压

下套管注水泥之后，在水泥凝固期间就要安装井口。表层套管的顶端要安套管头的壳体。各层套管的顶端都挂在套管头内，套管头主要用来支撑技术套管和油层套管的重量，这对固井水泥未返至地面尤为重要。套管头还用来密封套管间的环形空间，防止压力互窜。套管头还是防喷器、油管头的过渡连接。陆地上使用的套管头上还有两个侧口，可以进行补挤水泥、监控井况。注平衡液等作业。

4. 检查固井质量

安装好套管头和接好防喷器及防喷管线后，要做套管头密封的耐压力检查，和与防喷器联

接的密封试压。探套管内水泥塞后要做套管柱的压力检验，钻穿套管鞋2~3米后（技术套管）

要做地层压裂试验。生产井要做水泥环的质量检验，用声波探测水泥环与套管和井壁的胶结情况。固井质量的全部指标合格后，才能进入到下一个作业程序。

4、固井的方法

1. 内管柱固井

把与钻柱连接好的插头插入套管浮箍或浮鞋的密封插座内，通过钻柱注入水泥进行固井作业，称为内管柱固井。内管柱固井主要用于大尺寸（16″~30″）导管或表层套管的固井。

2. 单级双胶塞固井

首先下套管至预定井深后装水泥头、胶塞（顶塞和底塞），循环水泥，打隔离液，投底塞，再注入水泥浆，然后投顶塞，开始替泥浆。底塞落在浮箍上被击穿。顶底塞碰压，固井结束。

3. 尾管固井

尾管固井是用钻杆将尾管送至悬挂设计深度后，通过尾管悬挂器把尾管悬挂在外层套管上，首先坐封尾管悬挂器，然后开始注水泥、投钻杆胶塞顶替、钻杆胶塞剪断尾管胶塞后与尾管胶塞重合，下行至球座处碰压，固井结束。

==井深结构==

1、井身结构的概念

井身结构是指由直径、深度和作用各不相同，且均注水泥封固环形空间而形成的轴心线重合的一组套管与水泥环的组合。

2、组成及作用

井身结构主要由导管、表层套管、技术套管、油层套管和各层套管外的水泥环等组成。

1.导管：井身结构中下入的第一层套管叫导管。其作用是保持井口附近的地表层。

2.表层套管：井身结构中第二层套管叫表层套管，一般为几十至几百米。下入后，用水泥浆固井返至地面。其作用是封隔上部不稳定的松软地层和水层。

3.技术套管：表层套管与油层套管之间的套管叫技术套管。是钻井中途遇到高压油气水层、漏失层和坍塌层等复杂地层时为钻至目的地层而下的套管，其层次由复杂层的多少而定。作用是封隔难以控制的复杂地层，保持钻井工作顺利进行。

4.油层套管：井身结构中最内的一层套管叫油层套管。油层套管的下入深度取决于油井的完钻深度和完井方法。一般要求固井水泥返至最上部油气层顶部100~150米。其作用封隔油气水层，建立一条供长期开采油气的通道。

5.水泥返高：是指固井时，水泥浆沿套管与井壁之间和环形空间上返面到转盘平面之间的距离。

3、相关术语

1.完钻井深：从转达盘上平面到钻井完成时钻头所钻井的最后位置之间的距离。

2.套管深度：从转盘上平面到套管鞋的深度。

3.人工井底：钻井或试油时，在套管内留下的水泥塞面叫人工井底。其深度是从转盘上平面到人工井底之间的距离。

==固井方法==

1、内管柱固井

如上图所示，把与钻柱连接好的插入头插入套管浮箍/鞋的密封插座内，然后通过钻柱注

水泥进行固井作业，称为内管柱固井。内管柱固井主要用于大尺寸(16″~30″)导管或表层套管

的固井，其优点为：在无大尺寸胶塞、水泥头的情况下，可对大尺寸套管进行固井；通过钻柱注水泥、顶替，可大大减少对水泥浆的污染；减小水泥浆的浪费，有效保证固井质量。

2、单级双胶塞固井

单级双胶塞套管固井是海上钻井最常用的固井方法，它是采用双套管胶塞(顶、底塞)进行

固井的，其工艺流程如图所示。一般地，自升式平台或导管架上的固井使用普通套管胶塞，而浮式平台上的固井使用SSR胶塞。在使用单级双胶塞固井时，套管柱附件主要由浮鞋、浮箍、扶正器和胶塞等组成，各附件的功能在以后的章节里会讲述。

3、尾管固井

尾管固井是用钻杆将尾管送至悬挂设计深度后，通过尾管悬挂器把尾管悬挂在外层套管上，然后开始注水泥作业的固井方法。尾管悬挂器可分为机械式和液压式两种类型，我们通常使用的是液压式尾管悬挂器，其固井工艺流程如上图所示。

4、注水泥塞

要处理井漏、弃井、回填枯竭层位、侧钻和隔绝地层等作业时，就需要注水泥塞技术，平衡水泥塞是最常用的方法。注水泥塞时，首先将钻具下至注水泥塞设计深度的顶部，注水泥并替出水泥浆(要保证管内水泥面高于环空水泥塞面高度)，然后慢慢起出钻具离开水泥塞顶面，循环冲洗干净管柱，使水泥塞留在原位置如上图示。

5、挤水泥

挤水泥是用液压迫使水泥浆进入裸眼或经套管或尾管孔眼进入地层中的注水泥作业，典

型挤水泥作业如上图所示。

==固井水泥浆==

油井水泥是一种水硬性胶凝材料，它与水按一定的比例混合便形成水泥浆，并在井下硬化成具有一定抗压强度和渗透率的水泥石。

1) 水泥水化过程

油井水泥的水化是放热反应，按其水化速度和结构的形成，大致可分为四个过程：起始期、迟缓期、凝结期和硬化期。

A、起始期。在水泥干粉与水混合的几分钟时间内，迅速发生水化反应，有大量水化热生成，在水泥矿物表面上形成一层水化硅酸钙凝胶，因这种作用最初仅在水泥颗粒表面进行，只消耗一部分水，其余的水份充满于水泥颗粒之间，水泥浆具有流动性能。

B、迟缓期。由于最初在水泥矿物表面生成的水化硅酸钙凝胶渗透率非常低，阻止了矿物进一

步水化，而使水化速度明显变慢，此期，水泥浆的流动性能相对比较稳定，水泥浆的泵送入井应在这一时期完成。这一段时间可延续数十分钟到数小时。

C、凝结期。随着水化继续向水泥颗粒的深处发展，矿物表面的水化硅酸钙凝胶胀开，水化过程又加速进行，产生的水化物交互生成网状结构，失去了流动性能，水泥浆进入了凝结时期，这段时间大约需几十分钟。

D、硬化期。随着水化物继续沉积，大量晶体析出，体系的孔隙度、渗透率逐渐降低，强度逐渐增加，硬化成微晶结构的水泥石。这一段时期，随着水泥石渗透率的不断降低，水化反应速度逐渐变慢，但持续时间很长，可达数十天，甚至数年。硬化期的明显特征是强度增长，这也是固井所期求的。

2) 油井水泥常用外加剂

由于井下环境比地面条件恶劣得多，为了使水泥浆广泛地用于油田钻井、完井、修井等作

业中，对水泥浆密度、稠度、稠化时间和抗压强度等都具有更高的要求，采用纯水泥已远远不能满足工艺技术要求，必须依靠外加剂来调节其使用性能。目前，常用外加剂的种类主要有：缓凝剂、降失水剂、分散剂、消泡剂、促凝剂、抗高温强度稳定剂、减轻剂等等，

?其主要作用如下：

缓凝剂：主要是延长水泥浆稠化时间或凝结时间。

促凝剂：主要是缩短水泥浆稠化时间以及增大水泥石的早期抗压强度。

降失水剂：主要用以防止水泥浆急剧失水，保护油气层。

减轻剂：主要是降低水泥浆密度，防止水泥浆在低压漏失层发生漏失。

分散剂：用以改善水泥浆的流动性能，有利于水泥浆在低泵速泵压下进入紊流状态。

消泡剂：防止和避免溶解水起泡，稳定水泥浆密度。

抗高温强度稳定剂：在深井、高温情况下，加入硅粉，防止水泥石抗压强度出现热衷退现象。

==浮鞋与浮箍==

1、浮鞋与浮箍

油田开发早期用的是承托环(阻流环)，又称为浮箍，其作用是注水泥时用来控制胶塞的下行位置，以确保管内水泥塞长度、防止水泥浆倒流。但它靠金属与尼龙的密封，密封效果差、承压能力低，因此逐渐被淘汰。浮鞋或浮箍是能产生浮力的套管引鞋或接箍。引鞋是用来引导套管柱沿井筒顺利下到井内，防止套管脚插入井壁岩层，减少下井阻力。

浮鞋除具有引鞋的作用—外回流。在下套管过程中，使环空钻井液保持流动。浮箍也具有防止水泥浆回流的作用，同时还具有在固井时胶塞碰压、限制人工井底的深度和套管柱下底脚水泥塞的高度的作用，从而保证油层套管底部的封固质量。出于浮鞋或浮箍耐高温、密封性和可钻性好，连接方便因而可代替引鞋、套管鞋等。

分类

按套管下井时钻井液进人方式的不同，浮鞋浮箍可分为普通型和自灌型；按回压装置的工作方式又可分为浮球式扣舌板式等。浮箍用于承接胶塞组，使箍鞋间有一段水泥塞，并容纳

套管内壁附着的杂质等，确保水泥浆柱不被替空，从而保证套管鞋外的固井质量。同时可作为防止水泥回流的备用。浮箍是用来控制套管柱内水泥塞的高度，它两端都有扣，可以连接于任意两套管之间，而浮鞋只是一端有母扣，只能位于套管的最前端。

浮箍和浮鞋有水泥式的和金属的，浮鞋一般在套管的最下端，而浮箍一般在浮鞋上端一点，在双级注水泥的时候也会加个浮箍，基本作用就是用来防止注水泥时水泥浆倒返。

==套管==

1、套管分类

1.隔水导管(或导管，包括锤打入桩管)

2.表层套管

3.技术套管(中间套管或保护套管)

4.生产套管或尾管。

2、各种套管作用

1.导管

导管主要用来隔离海水，引导钻头入井和井内泥浆从井口返回泥浆池，封隔海底面以下的疏松易塌地层，用以支承表层、技术和油层套管的重量。

2.表层套管

表层套管用来封隔上部不稳定的松软地层和水层及浅层气，安装井口装置以控制井涌井喷，同时支承技术套管和油层套管或尾管的重量。

3.技术套管或中间套管

技术套管主要用来封隔难以控制的复杂地层以保证钻井工作顺利进行下去。

4.生产套管

生产套管主要用来把生产层和其他地层封隔开，把不同压力的油、气、水层封隔开来，在井内建立一条油、气通路，保证长期生产，并能满足合理开采油、气和酸化压裂等增产措施的要求。

3、尾管柱

按功能为为钻井尾管、生产尾管、回接尾管等

1.钻井尾管：

钻井尾管功能相当于技术套管的尾管称为钻井尾管。

2.用钻井尾管的意义

?封隔漏失层、高压层等；

?节约钻井成本；

?满足使用复合钻具要求；

?控制套管磨损（满足后期回接）。

3.生产尾管

生产尾管功能相当于生产套管的尾管称为生产尾管。

4.使用生产尾管的意义：

?封隔油、气、水层；

?节约钻井成本；

?满足使用复合油管要求；

5.回接尾管：

回接尾管主要用于修复尾管以上套管，回接套管至井口或回接套管至上层套管内任何深度。

6.常见套管串结构

?插入式/内管固井套管串结构常用套管尺寸: 30”、20”、13-3/8”；

?单级固井套管串结构，常用套管尺寸: 13-3/8”、9-5/8”、7”；

?双级固井套管串结构，常用套管尺寸: 13-3/8”、9-5/8”、7”；

?尾管管串结构，常用套管尺寸: 13-3/8”、9-5/8”、7”、5”、4-1/2”；

==固井设备==

1、固井设备基本构成

2、其它设备

单撬泵

批混罐

3、固井泵工作原理

1)基本结构：

固井泵主要包括泵缸、活塞、吸水阀和排水阀等基本部件。

2)工作原理：

?吸入过程：当活塞从（左图所示）的极右位置向左移动时，活塞右侧腔室的容积增大，其中压力降低。吸入口的液体就在大气压力和泵缸内压力的压力差作用下，沿吸入管上升，推开吸入阀进入泵缸。此时，排出阀处于关闭状态。

?排出过程：活塞在到达终点后，活塞即开始由左向右移动，工作腔室的容积逐渐减小，进入泵缸中的液体受到活塞的挤压，使压力迅速增高推开排出阀，将液体排出。此时，吸入阀处于关闭状态。

3、水泥浆混合装置

4、ADC混合系统

5、水泥缓冲罐

工作原理：

?容积缓冲: “蓄水池”作用，平衡平台灰罐输灰的压力和出灰量的波动。

?二次气化:气化气通过气化囊的纤维网孔流入罐内水泥，进行第二次气化(第一次在平台灰罐内)，把水泥变成灰气混合物。

?气灰分离:灰下沉，气上浮至灰罐顶部，通过罐内排气管和平衡阀排出舷外。

?恒压出灰:平衡阀自动调节排气阀的开口大小，使得缓冲罐顶部的压力恒定在6～9PSI。A处的压力＝顶部B处气压(6~9PSI)＋干灰水泥的压力(高度乘密度)。

==套管附件==

1、水泥头

1)套管水泥头

释放下胶塞时，旋转退出释放下挡销，下胶塞在重力和泵送液体推动下离开下胶塞所在内腔(释放指示销有显示)，并沿套管内壁被驱替至套管浮箍上。放上胶塞时，旋转退出释放上挡销，上胶塞在重力和顶替液的推动下，离开上胶塞所在内腔(释放指示销有显示)，驱替水泥浆并清刮套管内壁直到与下胶塞重合、碰压为止。

2)尾管水泥头

尾管水泥头用于尾管固井。尾管水泥头由提升短节、本体、旋转轴承机构、钻杆塞挡销机构、投球机构、钻杆联接短节和阀门管汇等部分组成，如图所示。尾管水泥头主要用于尾管固井，提升短节和旋转轴承机构的作用同钻杆水泥头的对应机构相同。坐挂尾管悬挂器时，旋转投球机构的手柄，顶杆便将球从投球机构内腔顶出，球在重力和泵送液体的推动下，沿钻杆内腔落到悬挂器球座上，在泵压的作用下使尾管悬挂器实现坐挂。释放尾管胶塞时，旋转钻杆塞挡销机构的手柄，使挡销从钻杆塞内腔收回，钻杆塞便在泵送液体的推动下离开钻杆塞所在内腔，沿钻杆内壁落到尾管胶塞座上，在泵压的作用下剪切释放尾管胶塞。

胶塞

2、循环头

循环头用于下套管或尾管中途连接下入套管、顶驱或地面高压管汇上，建立循环的井口工具。

3、插入接头

插入接头与插入式浮鞋或浮箍配套使用，主要用于大尺寸套管的内管固井作业，有直插式和旋转插入式。

4、SSR平衡阀

SSR平衡阀与钻杆水泥头配套使用，主要作用是：平衡SSR水下释放系统管内外压差，避

免胶塞非正常释放。

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==固井质量==

1、注水泥质量要求

1、水泥返高、水泥塞长度和人工井底的规定

油气层固井，设计水泥返高应超过油气层顶界150米，实际封过油气层顶部不少于50米。其中要求合格的水泥环段，对于浅于2000米的井不少于10米，深于2000米的井不少于20米。

2、为了保证套管管鞋封固质量，油层套管采用双塞固井时，阻流环距套管鞋长度不少于10米，技术套管(或先期完成井)，一般为20米，套管鞋位置应尽量靠近井底。

3、油气层底界距人工井底(管内水泥面，浮箍位置)不少于15米，主要是为了满足采油方面

的需要。

4、其中第二条是为了防止上胶塞下行时所刮下的套管内表面上的液膜浆体污染水泥浆，而影响套管鞋附近的水泥封固质量。

2、水泥环质量鉴定

目前我国水泥环质量鉴定一般以声幅测井(CBL，也称水泥胶结测井)为准。声幅相对值在15%(油田现场有的也采用10%)以内为优等，30%为合格；声幅超过30%的井段则视为水泥封固不合格。声幅测井一般在注水泥后24小时到48小时内进行，但对特殊井(如尾管固井、采用缓凝水泥固井等)声幅测井时间可依具体情况而定，现在变密度测井(VDL)也在逐渐普及。

1、井温测井

水泥的水化反应是放热反应，其凝结过程中所放出的热量通过套管传给套管内液体，可使井内温度上升一定数值，如6℃~20℃。而环空中没有水泥的井段，井内温度为正常温度。利用这一特性，可以测定水泥浆在环空中的返高位置，即水泥顶部深度。

2、声幅测井(水泥胶结测井)

声幅测井是根据声学原理所进行的测井。在井下，从测井仪声波发射出声波，声波向四周以近似球形的波阵面发散，通过不同的介质和路线后传播到接收器。最先到达接收器的是沿着套管传播的滑行波(叫套管波)所产生的折射波，其次是传到地层后又传播回来的地层波，尽管在钻井液内声波的传播距离最短，但由于在钻井液内声速相对较低，所以钻井液波(泥浆波)到达最迟。声幅测井记录的是最先到达的套管波的首波幅度。

套管波在传播过程中要向套管内和环形空间散失能量，即声幅要衰减(降低)。套管波的衰减程度和套管内外介质性质及期分布有关。因为管内钻井液的分布及性质是不变的，因此向管内

散失的能量为恒定值。在此基础上的套管波的衰减程度就将取决于管外水泥与套管的胶结情况。实验证明，在其它条件不变的情况下，套管首波幅度的对数与套管周围水泥未胶结部分所占套管周长的百分数之间存在线性关系，即与套管胶结的水泥越多，所接收的声幅越上，而当管外全为钻井液时，所接收的声幅最大。

由测量线路把所接收的声幅大小转变成与之成比例的电压大小，加以记录。沿井深由下而上进行测试，就可得到一条沿井深反映水泥与套管胶结情况的声幅测井曲线。应用声幅测井曲线检测水泥环质量是通过相对幅度进行的(以环空内全为钻井液的自由套管段的声幅值为基准)。

相对幅度=目的段声幅曲线幅度/自由套管段声幅曲线幅度*100%。

3、声波变密度测井

声幅测井测量记录的是套管首波幅度。声波变密度测井(VDL，简称变密度测井)是用接收器将套管波、地层波等声波幅度按到达时间先后全部测量记录，再用一定的方法显示，以评价水泥环质量的测井方法。当进行变密度测井时，同时进行声幅测井。变密度测井因为能够测量记录地层波，因此能够反映出水泥与地层(俗称第二界面)有胶结情况。将变密度测井结果与声幅测井结果对比分析，可以全面地评价水泥环质量。

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==固井技术的现状及发展==

1、概述

固井作业是油气井钻井工程中最重要的环节之一，其主要目的是封隔井眼内的油层、气层和水层，保护油气井套管、增加油气井寿命以及提高油气产量。自1903年开始固井以来经过近100年的努力，国内外固井技术有了很大的的进步。主要表现在:油井水泥的扩充与完善，油

井基本水泥由一两种发展到13种；油井水泥外加剂已发展到14大类200多个品种；普遍采

用计算机控制技术对配浆过程进行连续监控，注水泥设备向操作自动化、密度控制精确化方向发展。

复杂的地层固井技术日趋完善，研究开发了适应高压气井、低压易漏失井、多压力系统以及

深井超深井高温固井配套技术。小井眼固井、水平井固井、分支井固井和大位移固井等特殊工艺井固井技术；研制开发了尾管悬挂器、双级(多级)注水泥器以及扶正器等；固井计算机模拟、仿真与监控技术，提高了固井方案设计、现场施工的准确性、针对性和科学性。

2、国内外固井技术进度情况

(1) 油井水泥与外加剂研究

1、基本水泥。

基本水泥增加了酸溶水泥、高细度水泥、波特兰水泥与高炉矿渣混合物、可储存液体水泥和合成树脂水泥。

2、外加剂

应用油井水泥外加剂已成为解决各种复杂固井问题、提高固井质量和保护油气层的主要技术手段。据美国统计，固井外加剂的用量占油田化学剂的38％。油井水泥外加剂主要进展:

?研制开发了适应更宽温度和密度范围、抗盐和抗高温的高性能降失水剂

?用于深水固井的特殊外加剂

?泡沫水泥浆外加剂

?改善水泥石性能的外加剂

?满足特殊地质条件下的水泥外加剂

(2) 固井技术

1、CemCRETE固井技术

为解决异常压力固井问题，道威尔—斯伦贝谢公司于1998年底研究开发了CemCRETE技术。该技术基于混凝土水泥浆技术，利用颗粒级配原理，通过优化水泥及外掺料颗粒直径分布(PSD)，优选3种以上不同直径的颗粒，使单位体积内固相颗粒增加，尽量降低水泥浆水灰比，提高水泥石的抗压强度和降低水泥石的孔隙度和渗透率。

CemCRETE固井技术应用密度为1.20g/cm3的低密度水泥浆，24h抗压强度大于14MPa，水泥石的渗透率和孔隙度明显小于常规水泥浆阿曼石油开发公司(PDO)采用密度为2.40g/ cm3的高密度水泥浆技术成功地解决了Sarmad 油田井深为4800m的深井膏盐层的高压固井问题。

2、泡沫固井技术

哈里伯顿公司应用泡沫水泥浆替代常规漂珠低密度水泥浆固井取得了良好的现场应用效果。

泡沫水泥浆由净浆、氮气、稳泡剂及水泥浆处理剂组成。国内通过研究，在水泥和配浆水中分别加入两种发泡剂，在混浆时发生化学反应生成氮气，通过稳泡剂使之形成稳定且相互独立的泡沫水泥浆，化学泡沫水泥浆在国内很多油田应用取得了较好的效果。

3、防窜固井技术

人们对环空气(水)窜的形成原因、影响因素、气窜的物理过程、预测方法及防气窜水泥浆体系做了大量的研究工作，先后研究开发了膨胀水泥、延缓胶凝水泥、触变水泥、可压缩水泥和非渗透乳胶水泥等多种防窜水泥浆体系。在防气窜水泥浆性能评价与预测研究方面，国内外有许

固井工艺简介

固井工艺简井深结构图固井按井深结构可分为：1·表层套管固井 2·技术套管固井 3·油层套管固井 4．回接套管固井 1表层套管固井：一般通俗指20 ”133/8”或95/8”套管的固井，其目的是为了封固松软，易垮塔地层，为下部继续钻进作准备。固井工艺一般采用单级固井或内插管固井 A)单级固井指一次性注完设计水泥浆并按设计替浆到位。 B)内插管固井指用专用工具内插管插入插入座后，注浆按设计量返出后，按设计量替浆，起钻循环固井工序

2技术套管固井一般通俗指7”133/8”或95/8”套管的固井，其目的是为了封固下部复杂地层，为下部钻开油气层，做好准备。固井工艺一般采用单级固井，双级固井，悬挂固井。 A)单级固井与表层单级固井相同。 B)双级固井：指由于所封固地层的地层压力相差较大或由于封固断较长所采用的一种特殊固井工艺。采用分级箍分两次注浆的固井工艺。

C)悬挂固井：指由于封固段较长，所下套管悬重较大或由于钻井成本考虑。所采用的一种特殊固井工艺，采用固井专用工具－悬挂器与上层套管下部的连接达到技术固井的目的固井工序

3油层套管固井一般通俗指7”，5”，51/2”或41/2”套管的固井，其目的是为了分隔下部各油气层或油水层，为下部分层开采做好准备。固井工艺一般采用单级固井，双级固井，悬挂固井。其固井工艺过程与技术套管固井相同，但技术措施不同。 4回接固井一般川内常见的是7”回接，其目的是为满足下部油气层开发所需要的套管强度。其固井过程采用固井专用工具－插入筒插入到回接筒内，在固井时必须上提套管建立循环通道。按设计注浆，替浆完后下放套管插入回接筒形成密封。固井工序

固井技术基础

固井技术基础（量大、多图、易懂）概述 1、固井的概念为了达到加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的分层测试及在整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。 2、固井的目的 1. 封隔易坍塌、易漏失的复杂地层，巩固所钻过的井眼，保证钻井顺利进行； 2. 提供安装井口装置的基础，控制井口喷和保证井泥浆出口高于泥浆池，以利钻井液流回泥浆池； 3. 封隔油、气、水层，防止不同压力的油气水层间互窜，为油气的正常开采提供有利条件； 4.保护上部砂层中的淡水资源不受下部岩层中油、气、盐水等液体的污染； 5.油井投产后，为酸化压裂进行增产措施创造了先决有利的条件； 3、固井的步骤 1. 下套管套管与钻杆不同，是一次性下入的管材，没有加厚部分，长度没有严格规定。为保证固井质量和顺利地下入套管，要做套管柱的结构设计。根据用途、地层预测压力和套管下入深度设计套管的强度，确定套管的使用壁厚，钢级和丝扣类型。 2. 注水泥注水泥是套管下入井后的关键工序，其作用是将套管和井壁的环形空间封固起来，以封隔油气水层，使套管成为油气通向井中的通道。 3. 井口安装和套管试压下套管注水泥之后，在水泥凝固期间就要安装井口。表层套管的顶端要安套管头的壳体。各层套管的顶端都挂在套管头，套管头主要用来支撑技术套管和油层套管的重量，这对固井水泥未返至地面尤为重要。套管头还用来密封套管间的环形空间，防止压力互窜。套管头还是防喷器、油管头的过渡连接。陆地上使用的套管头上还有两个侧口，可以进行补挤水泥、监控井况。注平衡液等作业。 4. 检查固井质量安装好套管头和接好防喷器及防喷管线后，要做套管头密封的耐压力检查，和与防喷器联接的密封试压。探套管水泥塞后要做套管柱的压力检验，钻穿套管鞋2~3米后（技术套管）

固井工艺技术

固井工艺技术常规固井工艺内管法固井工艺尾管固井工艺尾管回接固井工艺分级固井工艺选择式注水泥固井工艺筛管（裸眼）顶部注水泥固井工艺封隔器完井及水泥充填封隔器固井工艺注水泥塞工艺预应力固井工艺挤水泥补救工艺技术漏失井固井技术高压井固井技术大斜度井固井技术深井及超深井固井技术长封固段井固井技术小间隙井固井技术糖葫芦井眼固井技术气井固井技术

（一）常规固井工艺常规固井工艺是指在井身质量较好,且井下无特殊复杂情况,封固段较短的封固要求下,将配制好的水泥浆，通过前置液、下胶塞（隔离塞）与钻井液隔离后，一次性地通过高压管汇、水泥头、套管串注入井内，从管串底部进入环空，到达设计位置，以达到设计井段的套管与井壁间的有效封固。套管串结构：引鞋+旋流短节+2根套管+浮箍+套管串。施工流程：注前置液→注水泥浆→压碰压塞（上胶塞）→替钻井液→碰压→候凝。保证施工安全和固井质量的基本条件：（1）井眼畅通。（2）井底干净。（3）井径规则，井径扩大率小于15%。（4）固井前井下不漏失。（5）钻井液中无严重油气侵，油气上窜速度小于10m/h。（6）套管居中，居中度不小于75%。（7）套管与井壁环形间隙大于20mm。（8）钻井液性能在不影响井壁稳定、保证井下压稳的情况下，应保证低粘度、低切力、低密度，具有良好的流动性能。（9）水泥浆稠化时间、流动度等物理性能应满足施工要求。（10）水泥浆和钻井液要有一定密度差，一般要大于0.2。（11）下灰设备、供水设备、注水泥设备、替泥浆设备及高低

压管汇等，性能满足施工要求。（二）内管法固井工艺内管法固井工艺是用下部连接有浮箍插头的小直径钻杆插入套管的插座式浮箍（或插座式浮鞋），与环空建立循环，用水泥车通过钻杆向套管外环空注水泥。采用该工艺注水泥能减少水泥浆在套管内与钻井液的掺混，缩短顶替钻井液时间。用该工艺进行表层时，水泥浆可提前返出，从而减少因附加水泥量过大而造成的浪费和环境污染。该工艺一般用于大直径套管固井。套管串结构：插入式浮鞋+套管串（或：引鞋+1根套管+插入式浮箍+套管串）。钻杆串结构：插头+钻杆扶正器+钻杆串。工艺流程:注入前置液→注水泥浆→替钻井液（替入量比钻杆内容积少0.5m3）→放回压检查回压凡尔是否倒流→上提钻杆循环出多余的水泥浆。 (三)尾管固井工艺尾管固井是指不延伸至井口的套管固井，这段不到井口的套管称做尾管。较短的尾管可座于井底，但绝大部分必须要求实施尾管悬挂，这样管柱不至于大幅度弯曲，利于保证固井质量，便于进行增产作业。悬挂器装在尾管顶部，尾管由尾管悬挂器悬挂于上层套管内壁。尾管固井的主要目的有：经济性；满足使用复合钻具或复合油管；改善钻井或注水泥环空水力条件等。最常用的尾管悬挂器是液压式尾管悬挂器。

固井工程技术基础

目录前言第一章固井概论第一节固井概念第二节固井的目的和要求第二章套管、固井工具、附件和材料第一节API套管标准和规范第二节固井工具、附件第三节固井材料第三章固井工程技术基础第一节固井工艺第二节固井水泥浆第三节注水泥施工程序

第一章固井概述一、固井概念为了达到加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的封层测试及整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒于钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。因此固井包括了两部分：下入套管的工艺和注入水泥浆的工艺叫做固井工艺。固井作业固井作业是通过固井设计，应用配套的固井设备、辅助设备及工具，将油井水泥、水和添加剂按一定的比例混合后，通过固井泵泵注入井，并顶替到预定深度的井壁与套管、（套管与套管）的环形空间内，使套管与井壁、（套管与套管）之间形成牢固粘结。

固井设备总体示意图二、固井目的和要求 1、固井的目的一口油井深达数千米，在钻井过程中常常遇到井漏、井塌、井喷等复杂情况，影响正常钻进，严重时甚至导致井眼报废。遇到上述情况就应下套管固井，封隔好复杂地层后，再继续钻进，直到建立稳定的油气通道为止。因此,为了优质快速钻达目的层，保证油气田的开采，就要采用固井，固井工程的主要目的为： 1）、在钻进过程中封隔易坍塌、易漏失等复杂地层，巩固所钻过的井眼保证钻井顺利进行。

（如图1-1所示），当从A 点钻进至B 点，如果在A 点井深处没下套管固井，那么随着井深的变化，钻达B 点所用泥浆密度在A 点产生的压力就会大于A 点地层破裂压力，造成A 点地层破裂，发生井漏。同理，当从B 点钻进至C 点，如果在B 点井深处没下套管固井，那么随着井深的变化，钻达C 点所用泥浆密度在B 点产生的压力就会大于B 点地层破裂压力，造成B 点地层破裂，发生井漏。 2）、封隔油、气、水层，防止层间互窜。固井工程不仅关系到钻进的速度和成本，还影响到油气田的开发。（如图1-2所示），如果油、气层与水层间水泥固结不好，层间互相窜通，那么会给油气田开发带来很大困难。当油、气层压力大于水层压力时，油、气便会窜入水层内，既污染了水层又影响到油气的产量；当水层压力大于油、气层压力时，水便会图1-1 下套管固井原理示意图图1-2 固井防止层间流体互窜示意图

什么是固井

什么是固井一、固井：在已钻出的井眼中下入一定尺寸的套管，并在套管与井壁或套管与套管之间的环形空间内注入水泥的工艺过程。二、井身结构包括以下几方面的内容：所下套管的层次、直径、各层套管下入的深度、井眼尺寸（钻头尺寸）、各层套管的水泥反高等。三、设计井深的主要依据：地层压力、地层破坏压力和坍塌压力。四、套管的类型：⒈导管；⒉表层套管；⒊技术套管；⒋生产套管；⒌尾管。五、井深结构设计的原则：①能有效的保护油气层，使油气层不受钻井液的损害；②能够避免漏、喷、塌、卡等复杂情况产生，保证全井顺利钻进，使钻井周期达到最短；③钻达下部高压地层时所用的较高密度的钻井液产生的液柱压力，不至于把上一层套管鞋处薄弱的裸露地层压裂；④下套管过程中，钻井液液柱压力和地层压力之间的压差，不至于造成卡阻套管。六、套管柱的受力：轴向压力、外挤压力和内压力。七、套管柱的附件：⒈引鞋（套管鞋、浮鞋）；⒉回压法；⒊套管扶正器；⒋磁性定位套管； ⒌联顶节。八、水泥熟料主要成分：①硅酸三钙（C3S）；②硅酸二钙（C2S）；③铝酸三钙（C3A）；④铁铝酸四钙（C4AF）。九、水化作用：油井水泥与水混合后，水泥中各种矿物分别与水发生水解和水化反映，某些水化产物还能发生二次反映。十、水化反映的不断进行水泥浆形成水泥石可分为三个阶段：①胶溶期；②凝结期；③硬化期。十一、稠化时间：指油井水泥浆在规定压力和温度条件下，从开始搅拌至稠度达100Bc所需要的时间。十二、稠度：水合水泥混合后会逐渐变稠，变稠的速率。十三、注水泥的设备：水泥车、水泥混合漏斗、水泥分配器、水泥头、胶塞、储灰罐。十四、碰压：胶塞被推至浮箍时，泵压突然升高。十五、注水泥主要工序包括：循环和接地面管汇→打隔离液→顶胶塞→碰压→候凝。十六、提高泥浆的顶替效率：⒈紊流顶替；⒉打前置液；⒊活动套管；⒋调整完井液和水泥浆的性能；⒌使用扶正器。十七、引起油、气、水窜的原因：水泥浆在凝固过程中的失重是导致油、气、水窜的主要原因，井壁存在泥饼、水泥硬化过程体积收缩也是造成油、气、水窜的原因。十八、水泥浆失重：指水泥浆柱在凝固过程中对其下部或地层作用的压力逐渐减小的现象。十九、防止油、气、水窜的措施：①采用两用水泥；②分级注水泥；③减小水泥浆返高；④环空憋压候凝；⑤使用特种水泥。二十、特殊固井技术：习惯上把除了常规一次注水泥技术方法。二十一、特殊固井技术的种类：⑴、内管注水泥；⑵、尾管固井工艺；⑶、分级注水泥技术。二十二、完井：指从打开生产层到把井交付给采油生产期间的全部生产过程。二十三、完井包括：打开生产层、下油层套管固井、射孔到试采的全部工艺过程。二十四、井下复杂情况：钻井作业过程中，由于钻井液的类型与性能选择不当及井身质量较差等原因造成井下钻具的遇阻遇卡、钻进时严重憋跳钻、井漏、井喷等现象，不能维持钻进与其他钻井作业正常进行。二十五、钻井事故：由于检查不周到，违章操作，处理井下复杂情况的措施不当或疏忽大意而造成的钻具折断、顿钻及井喷失火等恶果。

固井基础知识

第二部分固井基础知识第一章基本概念 1、什么叫固井？固井是指向井内下入一定尺寸的套管串，并在其周围注以水泥浆，把套管与井壁紧固起来的工作。 2、什么叫挤水泥？是水泥浆在压力作用下注入井中某一特定位置的施工方法。 3、固井后套管试压的标准是什么？ 5英寸、5 1/2英寸试压15MPa，30分钟降压不超过 0.5MPa，7英寸，9 5/8英寸分别为10MPa和8MPa，30分钟不超过0.5MPa；10 3/4—13 3/8英寸不超过6MPa，30分钟压降不超0.5MPa。 4、什么叫调整井？为挽回死油区的储量损失，改善断层遮挡地区的注水开发效果以及调整平面矛盾严重地段的开发效果所补钻井叫调整井。 5、什么叫开发井？亦属于生产井的一种，是指在发现的储油构造上第一批打的生产井。 6、什么叫探井？在有储油气的构造上为探明地下岩层生储油气的特征而打的井。 7、简述大庆油田有多少种不同井别的井？有探井、探气井、资料井、检查井、观察井、标准井、生产井、调整井、更新井、定向井、泄压井等。 8、什么叫表外储层？是指储量公报表以外的储层（即未计算储量的油层）。包括：含油砂岩和未划含油砂岩的所有含没产状的储层。 9、固井质量要求油气层底界距人工井底不少于多少米？探井不少于多少米？固井质量要求，调整井、开发井油、气层底界距人工井底不少于25米（探井不少于15米）。 10、调整井（小于等于1500米）按质量标准井斜不大于多少度？探井（小于等于3000米）按质量标准井斜不大于多少度？调整井按质量标准井斜不大于3度。探井按质量标准井斜不大于5度。

11、调整井（小于等于1500米）井底最大水平位移是多少？探井（小于等于3000米）井底最大水平位移是多少？调整井井底最大水平位移是40米。探井井底最大水平位移80米。 12、目前大庆油田常用的固井方法有哪几种？（1）常规固井（2）双密度固井（变密度固井）（3）双级注固井（4）低密度固井（5）尾管固井 13、目前大庆油田形成几套固井工艺？（1）多压力层系调整井固井工艺技术。（2）水平井固井工艺技术。（3）斜直井固井工艺技术。（4）小井眼固井工艺技术。（5）深井及长封井固井工艺技术。（6）欠平衡固井工艺技术。 14、水泥头是用来完成注水泥作业的专业工具，常用的有哪几种？（1）简易水泥头；（2）单塞水泥头；（3）双塞水泥头；（4）尾管固井水泥头。 15、5 1/2″水泥头销子直径为多少毫米？ 5 1/2″水泥头销子直径为24mm。 16、常用的套管有哪些规格？ 5″、5 1/2″、7″、7 5/8″、8 5/8″、9 5/8″、10 3/4″、12 3/4″、13 3/8″、20″等。 17、简述技术套管及油层套管的作用？技术套管是封隔复杂地层，保证固井顺利进行，安装井口装置，支承油层套管重量，必要时可当油层套管使用。油层套管是封隔油、气、水层与其它不同压力的地层，如因保护套管形成油气通道，满足开采和增产措施的需要。 18、常用扶正器的规格有哪些？ 5×5 1/4，5 1/2×7 1/2，5 1/2×8 1/2，5 1/2×9 3/4，9 5/8×12 1/4，13 3/8×17 3/4。 19、上胶塞的作用是什么？（1）在管内隔开水泥浆和泥浆或清水；

固井工艺技术

(一) 常规固井工艺常规固井工艺是指在井身质量较好，且井下无特殊复杂情况，封固段较短的封固要求下，将配制好的水泥浆，通过前置液、下胶塞(隔离塞)与钻井液隔离后，一次性地通过高压管汇、水泥头、套管串注入井内，从管串底部进入环空，到达设计位置，以达到设计井段的套管与井壁间的有效封固。套管串结构：引鞋 +旋流短节 +2根套管+浮箍+套管串。施工流程：注前置液7注水泥浆7压碰压塞(上胶塞)7替钻井液保证施工安全和固井质量的基本条件: 井眼畅通。井底干净。井径规则，井径扩大率小于15% 固井前井下不漏失。套管居中，居中度不小于 75% 钻井液性能在不影响井壁稳定、保证井下压稳的情况下，应保证低粘度、低切力、低密度，具有良好的流动性能。 (9)水泥浆稠化时间、流动度等物理性能应满足施工要求。 (11 )下灰设备、供水设备、注水泥设备、替泥浆设备及高低压管钻井液中无严重油气侵，油气上窜速度小于 10m/h 。 (7) 套管与井壁环形间隙大于 20mm (8) (10)水泥浆和钻井液要有一定密度差，一般要大于 0.2。

汇等，性能满足施工要求。（二）内管法固井工艺内管法固井工艺是用下部连接有浮箍插头的小直径钻杆插入套管的插座式浮箍（或插座式浮鞋），与环空建立循环，用水泥车通过钻杆向套管外环空注水泥。采用该工艺注水泥能减少水泥浆在套管内与钻井液的掺混，缩短顶替钻井液时间。用该工艺进行表层时，水泥浆可提前返出，从而减少因附加水泥量过大而造成的浪费和环境污染。该工艺一般用于大直径套管固井。套管串结构：插入式浮鞋+套管串（或：引鞋+1根套管+插入式浮箍+套管串）。钻杆串结构：插头+钻杆扶正器+钻杆串。工艺流程：注入前置液T注水泥浆T替钻井液（替入量比钻杆内容积少 0.5m3）T放回压检查回压凡尔是否倒流T上提钻杆循环出多余的水泥浆。（三）尾管固井工艺尾管固井是指不延伸至井口的套管固井，这段不到井口的套管称做尾管。较短的尾管可座于井底，但绝大部分必须要求实施尾管悬挂，这样管柱不至于大幅度弯曲，利于保证固井质量，便于进行增产作业。悬挂器装在尾管顶部，尾管由尾管悬挂器悬挂于上层套管内壁。尾管固井的主要目的有：经济性；满足使用复合钻具或复合油管；改善钻井或注水泥环空水力条件等。最常用的尾管悬挂器是液压式尾管悬挂器。套管串结构：引鞋+1根套管+ 浮箍+1根套管+浮箍+1根套管+球座短节（含托篮）+尾管串+尾管悬挂器总成+送入钻杆。工艺流程:按作业规程下入尾管及送入钻杆到设计位置T开泵循环 7投球7憋压剪断座挂销钉悬挂器座挂7倒扣7憋压剪断球座销钉循环钻井液T注前置液T注水泥浆T释放钻杆胶塞T替钻井液 7碰压7上提中心管循环出多余的水泥浆7起钻候凝。（四）尾管回接固井工艺

固井技术基础

. . . ... 固井技术基础（量大、多图、易懂）概述、固井的概念1为了达到加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的分层测试及在整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。、固井的目的2封隔易坍塌、易漏失的复杂地层，巩固所钻过的井眼，保证钻井顺利进行； 1. 2. 提供安装井口装置的基础，控制井口喷和保证井泥浆出口高于泥浆池，以利钻井液流回泥浆池；，为油气的正常开采提供有利条件；油气水层间互窜 3. 封隔油、气、水层，防止不同压力的保护上部砂层中的淡水资源不受下部岩层中油、气、盐水等液体的污染； 4.进行增产措施创造了先决有利的条件；油井投产后，为酸化压裂 5.、固井的步骤3下套管1. 套管与钻杆不同，是一次性下入的管材，没有加厚部分，长度没有严格规定。为保证固井质量和顺利地下入套管，要做套管柱的结构设计。根据用途、地层预测压力和套管下入深度设。使用壁厚，钢级和丝扣类型计套管的强度，确定套管的注水泥2. 注水泥是套管下入井后的关键工序，其作用是将套管和井壁的环形空间封固起来，以封隔油气水层，使套管成为油气通向井中的通道。井口安装和套管试压3. 下套管注水泥之后，在水泥凝固期间就要安装井口。表层套管的顶端要安套管头的壳体。各层套管的顶端都挂在套管头，套管头主要用来支撑技术套管和油层套管的重量，这对固井水泥未返至地面尤为重要。套管头还用来密封套管间的环形空间，防止压力互窜。套管头还是防喷器、

油管头的过渡连接。陆地上使用的套管头上还有两个侧口，可以进行补挤水泥、监控井况。注平衡液等作业。检查固井质量4. 安装好套管头和接好防喷器及防喷管线后，要做套管头密封的耐压力检查，和与防喷器联接的密封试压。探套管水泥塞后要做套管柱的压力检验，钻穿套管鞋2~3米后（技术套管）.. .. z. . . . ... 声波探测水泥环与套管和井壁的胶结情检验，用地层压裂试验。生产井要做水泥环的质量要做。固井质量的全部指标合格后，才能进入到下一个作业程序。况、固井的方法4管柱固井1. 通过钻柱注入水泥进行固井作业，把与钻柱连接好的插头插入套管浮箍或浮鞋的密封插座，″）导管或表层套管的固井。16″~30称为管柱固井。管柱固井主要用于大尺寸（ 2. 单级双胶塞固井，循环水泥，打隔离液，投底塞，再（顶塞和底塞）首先下套管至预定井深后装水泥头、胶塞上被击穿。顶底塞碰压，固井结束。注入水泥浆，然后投顶塞，开始替泥浆。底塞落在浮箍尾管固井3. 尾管固井是用钻杆将尾管送至悬挂设计深度后，通过尾管悬挂器把尾管悬挂在外层套管后与尾顶替、钻杆胶塞剪断尾管胶塞上，首先坐封尾管悬挂器，然后开始注水泥、投钻杆胶塞处碰压，固井结束。球座管胶塞重合，下行至 ====井深结构、井身结构的概念1井身结构是指由直径、深度和作用各不相同，且均注水泥封固环形空间而形成的轴心线重合

固井技术基础精编版

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固井技术基础（量大、多图、易懂）概述 1、固井的概念为了达到加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的分层测试及在整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。 2、固井的目的 1. 封隔易坍塌、易漏失的复杂地层，巩固所钻过的井眼，保证钻井顺利进行； 2. 提供安装井口装置的基础，控制井口喷和保证井内泥浆出口高于泥浆池，以利钻井液流回泥浆池； 3. 封隔油、气、水层，防止不同压力的油气水层间互窜，为油气的正常开采提供有利条件； 4.保护上部砂层中的淡水资源不受下部岩层中油、气、盐水等液体的污染； 5.油井投产后，为酸化压裂进行增产措施创造了先决有利的条件； 3、固井的步骤 1. 下套管套管与钻杆不同，是一次性下入的管材，没有加厚部分，长度没有严格规定。为保证固井质量和顺利地下入套管，要做套管柱的结构设计。根据用途、地层预测压力和套管下入深度设计套管的强度，确定套管的使用壁厚，钢级和丝扣类型。 2. 注水泥注水泥是套管下入井后的关键工序，其作用是将套管和井壁的环形空间封固起来，以封隔油气水层，使套管成为油气通向井中的通道。 3. 井口安装和套管试压下套管注水泥之后，在水泥凝固期间就要安装井口。表层套管的顶端要安套管头的壳体。各层套管的顶端都挂在套管头内，套管头主要用来支撑技术套管和油层套管的重量，这对固井水泥未返至地面尤为重要。套管头还用来密封套管间的环形空间，防止压力互窜。套管头还是防喷器、油管头的过渡连接。陆地上使用的套管头上还有两个侧口，可以进行补挤水泥、监控井况。注平衡液等作业。 4. 检查固井质量安装好套管头和接好防喷器及防喷管线后，要做套管头密封的耐压力检查，和与防喷器联接的密封试压。探套管内水泥塞后要做套管柱的压力检验，钻穿套管鞋2~3米后（技术套管）要

固井工程技术基础

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第一章固井概述一、固井概念为了达到加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的封层测试及整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒于钢管环固井设备总体示意图空充填好水泥的作业，称为固井工程。因此固井包括了两部分：下入套管的工艺和注入水泥浆的工艺叫做固井工艺。固井作业固井作业是通过固井设计，应用配套的固井设备、辅助设备及工具，将油井水泥、水和添加剂按一定的比例混合后，通过固井泵泵注入井，并顶替到预定深度的井壁与套管、（套管与套管）的环形空间内，使套管与井壁、（套管与套管）之间形成牢固粘结。

二、固井目的和要求 1、固井的目的一口油井深达数千米，在钻井过程中常常遇到井漏、井塌、井喷等复杂情况，影响正常钻进，严重时甚至导致井眼报废。遇到上述情况就应下套管固井，封隔好复杂地层后，再继续钻进，直到建立稳定的油气通道为止。因此,为了优质快速钻达目的层，保证油气田的开采，就要采用固井，固井工程的主要目的为： 1）、在钻进过程中封隔易坍塌、易漏失等复杂地层，巩固所钻过的井眼保证钻井顺利进行。（如图1-1所示），当从A点钻进至B点，如果在A点井深处没下套管固井，那么随着井深的变化，钻达B点所用泥浆密度在A点产生的压力就会大于A点地层破裂压力，造成A点地层破裂，发生井漏。同理，当从B点钻进至C点，如果在B点井深处没下套管固井，那么随着井深的变化，钻达C点所用泥浆密度在B点产生的压力就会大于B点地层破裂压力，造成B点地层破裂，发生井漏。图1-1 下套管固井原理示意图

固井工程技术基础复习过程

固井工程技术基础

（如图1-1所示），当从A点钻进至B点，如果在A点井深处没下套管固井，那么随着井深的变化，钻达B点所用泥浆密度在A点产生的压力就会大于A点地层破裂压力，造成A点地层破裂，发生井漏。同理，当从B点钻进至C点，如果在B点井深处没下套管固井，那么随着井深的变化，钻达C点所用泥浆密度在B点产生的压力就会大于B点地层破裂压力，造成B点地层破裂，发生井漏。 2）、封隔油、气、水层，防止层间互窜。固井工程不仅关系到钻进的速度和成本，还影响到油气田的开发。（如图1-2所示），如果油、气层与水层间水泥固结不好，层间互相窜通，那么会给油气田开发带来很大困难。当油、气层压力大于水层压力时，油、气便会窜入水层内，既污染了水层又影响到油气的产量；当水层压力大于油、气层压力时，水便会图1-1 下套管固井原理示意图图1-2 固井防止层间流体互窜示意图

预应力固井工艺技术优点及必要性

预应力固井工艺技术优点及必要性一、预应力固井技术：预应力固井概念:预应力固井就是给套管施加一定强度的拉应力，使套管在此状态下被水泥凝结，当温度升高时，就可抵消一部分套管受热产生的压应力。从而提高套管的耐温极限，减缓或避免注蒸汽造成的套管破坏。预应力固井技术是国内外稠油开采普遍采用的技术。由于注蒸汽热采，随着温度变化，套管内的应力亦反复变化，致使本体与螺纹联结受到破坏。在中原内蒙油田稠油开采条件下，油层套管所受热应力都在550Mpa以上，所施加的预应力就是要部分抵消注蒸汽后套管所产生的巨大热应力（压应力），保持套管处于弹性受力范围内，而不发生塑性变形而损坏。管柱由于温度变化其压缩应力是2.482Mpa/℃,应力计算的经验公式如下: σ压=2.482ΔT; 式中:σ压-----因温度增加形成的压应力,Mpa； ΔT——增加的温度，℃

现在国内胜利油田、辽河油田和新疆油田均采用一次地锚提拉预应力固井技术。二、稠油热采井预应力固井优点及必要性注蒸汽热采是开发稠油的主要手段，在注蒸汽井中，套管需要承受300--350℃的高温，而N80套管允许的温度变化只有222℃，P110套管允许温度变化值为305℃。在干度较高的情况下，井底温度更高，特别是油层部位的套管直接裸露在热蒸汽中，严重影响套管寿命。温度引起轴向载荷以及形成弯曲破坏是套管柱方面的主要问题，温升超过套管的耐温极限就能使套管产生弯曲变形及错断。解决方法是应尽可能保持管外水泥返地面。在套管选择方面，使用具有较大拉力强度的梯形螺纹，同时采用预应力固井施工。另外，套管受热伸长，在套管与水泥石之间产生间隙，破坏水泥环质量，形成窜槽段，致使地层封隔不严，增大热损失，加剧套管损坏，严重降低油井的使用寿命，并会影响稠油产量，增加油田成本。应用预应力固井技术可以减缓套管的损坏速度，延长油井的使用寿命，提高稠油产量。所以预应力固井技术是稠油热采中必不可少的关键技术。预应力可抵抗高温的变化，减少热应力及套管的蠕动（由于套管和水泥环受热膨胀率不同，套管变形大时易对水泥环造成破坏，形成窜槽），保护套管和水泥环不受破坏。河南油田泌浅67区块2004年至2005年投产88口井，其中预应力施工43口，没有进行预应力

固井滑套分段压裂工艺简介

1.固井滑套分段压裂简介该工艺技术是贝壳休斯公司在固井技术的基础上结合了开关式固井滑套而形成的多层分段压裂完井技术。该技术利用可开关式固井滑套选择性的放置在油层位置，固井完成后，利用钻杆，油管或连续油管代开关工具将滑套打开，然后用同一趟管柱进行压裂作业。该压裂完井体系可根据油藏产层情况，选择多个CM滑套，实现多层压裂投产或选择性压裂开采。该完井体系中CM系列滑套内外表面进行了特殊镀层处理，保证了工具开关性能。该技术可应用到任何利用压裂措施投产的井。另外，根据以后生产的需要还可以调整油藏层间矛盾。提高油藏的利用率。 2.作业步骤 1）根据油藏产层情况，确定各CM滑套位置； 2）按照确定的深度将滑套和套管管柱一趟下入井内，然后进行常规固井； 3）下入压裂和滑套开关服务工具，有选择性地打开滑套进行压裂作业。 4）压裂完一层之后，通过上提下放管柱将压裂层位滑套关闭，随后打开下一层滑套进行压裂。 5）所有层位压裂完成之后，通过上提下放管柱将所有需要生产的层位的滑套打开，起出管柱，进行生产。 6）在生产过程中，如果出现产水层或者由于别的原因，需要将某个层位关闭，可下入滑套开关工具将其关闭。如果还需打开，还可以下入开关工具将其打开。 3.优点： 1）随套管一趟下入，无需射孔。压裂作业一趟连续完成，节省了时间。 2）无需射孔，无需额外的封隔器卡层，节省了成本。 3）压裂完成之后套管内保持通径，方便了以后的修井作业。 4）滑套可以多次开关：根据生产需要，滑套可以随时关闭和打开，大大增强了其实用性。 5）在每一层压裂后，可以关闭滑套，保护地层不受污染。

4. 可用规格尺寸尺寸(in) 压力级别(psi) 温度级别(°F) 抗拉强度(lb) 抗扭力(ft-lb) 2 3/8 96,000 1,782 2 7/8 140,000 3,500 3 1/2 10,000 375 182,600 4,000 4 7,500 291,900 5,700 4 1/2 8,200 32 5 270,000 6,000 5 7,300 315,000 5,500 5 1/2 6,300 351,000 6,200 7 7,000 300 628,000 8,700 5. 图例 CM 滑套示意图 CM 滑套进行特殊涂层处理之后，水泥固井图

固井基础-注水泥工艺

1.现场水泥浆稠化时间试验温度主要取（井底循环温度）。 2.实际施工时间与稠化时间的关系是稠化时间=现场施工时间+（60~90min）。 3.高温条件下会造成水泥石强度的衰退，采取加入硅粉的办法，控制强度衰退，硅粉，石英砂被称为（热稳定剂）。硅粉的加入量一般控制在（25%~30%）之间。 4.固井作业，注水泥前所选用的前臵液，要具有良好（相容性）。 5.注水泥顶替过程中，可能发生（U型管）效应。 6.什么是U型管效应？ U型管效应再某种程度上由于注入的水泥浆密度大于钻井液密度，形成套管内外静液柱差，当这种压差超过管内外沿程流动阻力损失时在管内形成了“液柱”的自由落体。 7.使用内管注水泥方法的好处可以防止注水泥及替泥浆过程在管内发生窜槽。解决顶替泥浆量过大，时间长问题。可以防止产生过大的上顶力，防止套管向上移动。可以保证使水泥返出地面。节省固井成本，节约水泥用量。 8.正规非连续式注水泥程序？第一级按正常套管注水泥方法，注完水泥并碰压后，井口卸压，证实下部浮鞋浮箍工作可靠，水泥浆不回流。则再投入打开塞，打开分级箍注水泥孔眼，可进行第二级注水泥工作。注水泥前可调整处理井下钻井液性能。二级注水泥结束后臵入关闭塞，碰压并使注水泥孔永久关闭。

9.正规非连续式注水泥第一级水泥返深一般距分级箍（200m）。 10.打开塞的下落速度现场一般按照（1m/s）计算。 11.注水泥塞的目的？处理钻井过程中的井漏。定向井的侧钻和造斜。堵塞报废井及回填枯竭层位。提供衬管测试工具的承座基础。隔绝地层。 12．固井后，出现水泥塞的可能原因有哪些？钻井液性能不好，石粉沉淀，出现假塞现象；套管长度与实际长度不符；浮箍、浮鞋失灵，敞压时管内回流水泥浆；替泥浆时，泥浆中混有水泥浆。 13. 施工哨子有几声？分别是怎样规定的？施工哨子有五声。第一声哨，循环准备哨。参加施工的人员全部到位，注水泥车开始循环，下灰车开始充气；第二声哨，注水泥开始；第三声哨，注水泥结束；第四声哨，替钻井液开始；第五声哨，替钻井液结束。 14.注水泥施工时间、可泵时间、侯凝时间的关系是：施工时间<可泵时间<侯凝时间 15.表层固井的作用？ 1封隔上部不稳定的松软地层和水层 2安装井口装臵，控制井喷 3支撑技术套管与油层套管的重量 4保护淡水。

丘东气井固井技术研究与应用

丘东气井固井技术研究与应用摘要：近年丘东气田由于地层漏失、层间压差大导致层间纵向及横向窜流等因素的影响，先后实验应用了常规固井、分级固井等多种固井工艺及水泥浆技术。但该气田固井质量一直比较差。通过对该气田储层物性、地层压力及地层水特性等方面的研究，2012年研究出新的水泥浆体系并且在丘东48、丘东50等井取得了很好的效果，大幅提高了固井质量。关键词：丘东气田气井固井固井质量防窜性一、丘东气田地质特征 1.储层物性丘东储层岩类以岩屑砂岩、长石岩屑砂岩为主，主要孔隙为粒间溶孔，次为粒内溶孔。丘东气田在钻井中曾多次发生泥浆漏失，漏失量从数十方至数百方不等，最高漏失量达到1420.0m3（丘东4井）。发生漏失的层位主要在西山窑组。这些情况表明在一些储层段裂缝比较发育。裂缝基本特征：据岩心观察丘东气田储层裂缝发育情况有如下基本特征：裂缝以构造缝为主，裂缝一般较窄，多在0.1mm左右，裂缝面较平整。裂缝发育密度变化较大，以半填充为主，延伸长度有限，主要是层内缝，少见穿层裂缝。 2.气藏特征丘东凝析气田由四个凝析气藏组成，即自上而下分别为J2q、J2s、J2x上和J2x下四个凝析气藏。每个气藏均有独立的压力系统和气水界面，许多砂体在延伸至气水界面之前就已尖灭，因此四个气藏均为具边水的岩性～构造圈闭凝析气藏。气井产层段在侏罗系中统七克台组（J2q）、三间房组（J2s）和西山窑组（J2x），埋深在2381.0～3679.0m，主力产层在西山窑组中部。二、固井技术难点 1.气窜 J2x层上部的J2q层地层压力高于J2x层，部分井J2q层段下部紧靠J2x气层存在水层或气水同层；而J2x层存在6-7套气层，各层压力不同，固井过程中，井漏与防窜矛盾突出。 2.井漏下部存在欠压层固井易发生井漏三、新型水泥浆体系的研究

固井技术

注水泥（固井技术）第一节. 注水泥设计和计算的基本条件和参数 1. 注水泥设计的主要条件与参数: (1)井所在区域; (2)海域水深, 转盘到海平面高度, 转盘到泥线高度; (3)设计井深(测量井深和垂直井深); (4)井眼轨迹, 造斜点, 最大井斜角; (5)井的性质, 探井还是生产井; (6)油气层估计深度; (7)薄弱地层的破裂压力值, 高孔隙地层压力; (8)井底 (9)钻井液类型及主要性能; (10)套管资料； (11)套管程序; (12)其它条件； 2. 通过实验应取得的参数与资料: (1)水泥浆类型; (2)水泥浆密度; (3)流变性能; (4)自由水含量; (5)失水量; (6)可泵时间; (7)稠化时间; (8)抗压强度; (9)混合水需要量; (10)水泥造浆量; (11)添加剂种类及加入量(固体添加剂为重量百分比, 液体添加剂为体积百分比)。第二节. 注水泥质量控制和安全措施 1. 根据注水泥设计和计算参数作出完全符合井况和钻井作业要求的固井设计。 2. 井眼准备必须达到: ①井壁稳定、不垮塌、不漏失; ②通过循环和处理后钻井液性能稳定, 井眼畅通无阻卡; ③岩屑清除彻底; ④地层孔隙压力, 薄弱地层破裂压力准确; ⑤通过循环建立正确的循环压力。为此,要求在完钻后彻底通井划眼, 大排量循环, 彻底清除岩屑。一般规定,大斜度井固井, 尾管固井, 在电测后至下套管(尾管)前循环通井不少于2～3次。 3. 套管程序必须符合地层情况, 同一井段不得出现两套以上的地层压力,

套管鞋一定要坐在坚硬地层。 4. 海上作业, 一般规定, 浮箍至浮鞋之间不得少于两根套管; 浮箍位于油气层底界以下不少于25米。 5. 水泥返高面必须满足产层和复杂地层的封固要求, 一般应根据目的层性质确定水泥返高面: (1)常压油气层固井, 水泥返到油气层顶界以上至少150米; (2)高压油气层固井, 水泥返到油气顶界以上至少300米; (3)隔水套管、表层套管固井, 水泥必须返到泥面; (4)技术套管固井, 水泥一般返到上层套管鞋内以上100米左右; (5)尾管固井, 水泥返至尾管顶部。 6. 根据油田经验, 确定裸眼容积附加数, 保证产层封固要求。规定如下: (1)隔水管套固井, 按钻头直径计算的环空容积附加数为200％; (2)表层套管固井, 按钻头直径计算的环空容积附加数为100％; (3)技术套管和油层套管, 按钻头直径计算的环空容积附加数为50％; (4)尾管固井, 按钻头直径计算的环空容积附加数为30％; (5)如果采用电测环形容积, 南海西部地区附加数取5％～10％, 渤海地区取30％左右。 7. 保证水泥浆质量: (1)根据井温和地层液体性质选择水泥类别。如果地层液体中含有硫酸盐溶液, 必须选择高抗硫酸盐型油井水泥; (2)根据井底静止温度,确定是否使用防止水泥强度衰退的添加剂。例如井底静止温度达110℃时会导致水泥石强度的热衰退, 因此超过110℃时的井必须在水泥中加入水泥重量的35％～40％的硅粉; (3)根据井底循环温度选用缓凝剂和其它添加剂。井底循环温度预测不准会导致添加剂的错误选择, 以致造成水泥浆闪凝或超缓凝; (4)重视水质检查是保证水泥浆质量的关键因素之一。例如用淡水配水泥浆, 钻井平台的钻井水应作氯根检验, 凡氯根含量超过500 PPm, 必须更换钻井水。海上用泥浆池配混合水时, 一定要将泥浆池清洗干净, 否则, 会因钻井液材料而影响水泥浆质量; (4) 必须保证现场材料与化验用材料的性能和质量的一致性。 8. 水泥浆体系必须符合地层和施工要求。海上固井作业常用的水泥浆体系有如下几种: (1)普通海水水泥浆体系, 适用于无特殊要求的导管固井和作表层套管尾随水泥浆; (2)低失水水泥浆体系, 适用于技术套管固井作尾随水泥浆; (3)低密度、高早期强度水泥浆体系, 适用于大斜度井固井, 全面提高水泥石强度; (4)触变水泥浆体系, 适用于漏失层固井。当触变水泥浆进入漏失层时, 前缘的流速减慢并开始形成一种胶凝结构。最后由于流动阻力增加, 漏失层被堵塞。一旦水泥浆凝固, 漏失层将被有效地封堵; (5)延迟胶凝强度水泥浆体系, 适用于气层固井。 9. 套管注水泥, 打水泥塞或挤水泥, 都必须进行水泥浆性能试验。 10. 水泥浆主要性能必须满足地层和作业要求: (1)水泥浆密度, 必须大于钻井液密度。在地层承受能力较大的情况下, 对

2021年固井工程技术基础

目录欧阳光明（2021.03.07）前言第一章固井概论第一节固井概念第二节固井的目的和要求第二章套管、固井工具、附件和材料第一节API套管标准和规范第二节固井工具、附件第三节固井材料第三章固井工程技术基础第一节固井工艺第二节固井水泥浆第三节注水泥施工程序第一章固井概述一、固井概念为了达到加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的封层测试及整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒于钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。因此固井包括了两部分：下入套管的工艺和注入水泥浆的工艺叫做固井工艺。固井作业固井作业是通过固井设计，应用配套的固井设备、辅助设备及工具，将油井水泥、水和添加剂按一定的比例混合后，通过固井泵

固井设备总体示意图泵注入井，并顶替到预定深度的井壁与套管、（套管与套管）的环形空间内，使套管与井壁、（套管与套管）之间形成牢固粘结。二、固井目的和要求 1、固井的目的一口油井深达数千米，在钻井过程中常常遇到井漏、井塌、井喷等复杂情况，影响正常钻进，严重时甚至导致井眼报废。遇到上述情况就应下套管固井，封隔好复杂地层后，再继续钻进，直到建立稳定的油气通道为止。因此,为了优质快速钻达目的层，保证油气田的开采，就要采用固井，固井工程的主要目的为： 1）、在钻进过程中封隔易坍塌、易漏失等复杂地层，巩固所钻过的井眼保证钻井顺利进行。

（如图1-1所示），当从A点钻进至B点，如果在A点井深处没下套管固井，那么随着井深的变化，钻达B点所用泥浆密度在A点产生的压力就会大于A点地层破裂压力，造成A点地层破裂，发生井漏。同理，当从B点钻进至C点，如果在B点井深处没下套管固井，那么随着井深的变化，钻达C点所用泥浆密度在B点产生的压力就会大于B点地层破裂压力，造成B点地层破裂，发生井漏。 2）、封隔油、气、水层，防止层间互窜。固井工程不仅关系到钻进的速度和成本，还影响到油气田的开发。（如图 1-2所示），如果油、气层与水层间水泥固结不好，层间互相窜通，那么会给油气田开发带来很大困难。当油、气层压力大于水层压力时，油、气便会窜入水层内，既污染了水层又影响到油气的产量；当水层压力大于油、气层压力图1-1 下套管固井原理示意图图1-2 固井防止层间流体互窜示意图