套管柱设计与固井
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。
固井基础理论知识
四、 识别套管颜色标记（ＡＰＩ）
H-40 灰色 N-80 红
J-55
K-55
浅绿
深绿
C-95
P-110
棕
白
C-75
L-80
蓝
红/棕/红
U-150
白
五、识别螺纹
螺纹分圆螺纹、偏梯型螺纹和直连型螺纹。其中圆螺纹分有长圆螺 纹和短圆螺纹，扣尖角60、锥度1:16、25.4mm有8扣（8扣/英寸）。 螺纹代号： STC（CSG）——短圆螺纹 LTC（LCSG）——长圆螺纹 BTC（BCSG）——梯型螺纹 XL（XCSG）——直连型螺纹
一、套管柱类型
套管类型见图2。正常压力系统 的井通常仅下三层套管：导管、 表层套管和生产套管。异常压力 系统的井，至少多下一层技术套 管。尾管则是一种不延伸到井口 的套管柱。
（一）导管
导管的作用是在钻表层井眼时将钻井液从地表引导到钻井装 置平面上来。这一层管柱其长度变化较大，在坚硬的岩层中仅用 10～20m，而在沼泽地区则可能上百米。 （二）表层套管
底部沉沙 水泥浆自由水聚积
五、可溶性地层注水泥 水泥浆的滤液及自由水可能溶触地层的盐岩，从而影响水泥浆与地 层的胶结，采取饱和盐水水泥浆或欠饱和盐水水泥浆即可有效地抑制 盐岩层的溶触。 六、高压气井固井 1、 水泥浆在凝固过程中存在“失重”阶段，即水泥浆封固 井段失去液柱压力，但还没有足够的胶结强度时，气体可以乘 虚而入，压差在3.5kpa的条件下气体即可侵入。
（四）生产套管（采油或采气套管） 生产套管的主要作用是将储集层中的油气从套管中采出来， 并用来保护井壁，隔开各层的流体，达到油气井分层测试，分层 采油，分层改造之目的。通常水泥返至产层顶部２００m以上。
（五）尾管 尾管是一种不延伸到井口的套管柱，分为钻井尾管和采油 尾管。它的优点是下入长度短、费用低。在深井钻井中，尾管 另一个突出的优点是，在继续钻进时可以使用异径钻具。在顶 部的大直径钻具比同一直径的钻具具有更高的抗拉伸强度，在 尾管内的小直径钻具具有更高的抗内压力的能力。尾管的缺点 是固井施工困难，尾管的顶部通常要进行抗内压试验，以保证 密封性。
控压套管钻井的固井技术
47大庆长垣油田是一个多层系非均质的陆相油气田，在纵向上各油层的渗透性和孔隙度存在较大的差别，经过多年的注水开发，形成了多压力体系，不同储层间形成较大的层间压差。
套管控压固井就是在完井后，使用原特殊钻井管柱直接固井，不进行其它任何操作的固井作业，要求应用控压套管钻完井技术，减少对钻井区块产量的影响，固井质量满足油田开发要求，保证油田整体开采效果。
1 设计依据注采井不钻关，会带来诸多风险：一是地层压力显著升高；二是不停注时最高压力可能超过大多数井的最低破裂压力，造成负钻井液密度窗口；三是钻井过程中一旦发生水浸，将在注水井和新井之间迅速形成孔道，引发复杂事故；四是固井和侯凝期间，不但要解决高压层防窜问题，还要考虑地层流体冲刷的影响。
1.1 地层数据统计所钻井井区450m范围内施工时破裂压力数值，共5口井存在实测地层破裂压力，平均破裂压力为2.53，最低破裂压力梯度为G223-S31井GⅡ14-GⅡ16小层1.92 MPa/100m。
该区萨、葡、高油层均已注水注聚开发，设计井位于套损区，且钻井时不停注降压，地层压力严重偏高。
统计该地区36口邻井实测地层破裂压力，萨尔图油层地层破裂压力16.0~34.0MPa，地层破裂压力梯度在1.64~3.29MPa/100m之间；葡萄花油层地层破裂压力18.0~32.0MPa，地层破裂压力梯度在1.62~2.92MPa/100m之间；高台子油层地层破裂压力21.0~34.0MPa，破裂压力梯度1.78~2.85MPa/100m。
1.2 管串结构PDC钻头（四刀翼）+直螺杆+钻具止回阀+ 加压防斜工具+转换接头+钻井型套管+旁通阀+胶塞座+钻井型套管+钻井型套管+井口工具。
1.3 井底温度及循环温度计算井底静止温度53℃，循环温度45℃。
2 技术措施固井难点主要在于如何保障全过程压稳，为此应用高密度防窜水泥浆（领浆使用超缓凝）、高效加重冲洗隔离液、全控制压力固井等技术措施。
第12章固井与完井
第十二章固井与完井为了安全钻进和采油的需要，在井眼中下入钢质套管，并在套管和井壁之间注入水泥浆的过程，称为固井。
固井是钻井工程中一个十分重要的环节，它可分为设计和施工两部分，设计部分包括：井身结构设计、套管柱设计和注水泥设计；施工部分包括：下套管和注水泥两部分。
如果固井质量出了问题将给钻井和采油带来许多麻烦（如套管断裂、套管变形、环空串槽），影响井的寿命，甚至使一口井报废。
因此，钻井工程技术人员对固井都是非常重视的，固井设计都是由钻井公司或钻井科进行的，并且由井队钻井技术员复查，尽量作到万无一失。
第一节井身结构井身结构是一口井下入套管的层次、套管尺和下入深度以及相应钻头尺寸的配合。
井身结构设计的依据是地层地质条件、地层孔隙压力和地层破裂压力。
一口井的套管可分为：表层套管（surfacecasing）、技术（中间）套管（protection casing、intermediate casing）和油层套管（production casing、oil string）。
１、表层套管封隔地表疏松层。
２、技术（中间）套管解决钻进过程中难以处理的各种漏、塌、喷等复杂地层问题。
３、油层套管为采油目的而下的套管。
除了要考虑到采油方面的要求外，在钻井方面还应根据地层压力、地层破裂压力以及其它特殊的地质因素来设计。
第二节固井目的1、封隔地下不同油、气、水层，防止串槽；2、为井的投产建立生产通道；3、封闭暂不开采的油、气层；4、为安装井口防喷装置创造条件；5、提供油、气井压力控制的基本条件；6、封闭复杂地层，保护井壁，防止坍塌、井漏等。
第三节固井工艺过程一、下套管套管柱结构casing string structur1、套管2、引鞋——引导套管入井；3、套管鞋——起钻防挂；4、回压阀——套管入井时增加浮力、控制水泥塞高度、防止回流；5、扶正器——扶正套管，提高顶替效率，提高固井质量；6、泥饼刷——提高固井质量；二、注水泥1、注水泥地面设备水泥车、储灰罐、水泥混合漏斗、压风机组、水泥浆管线、水管线、气管线。
固井基础知识
16
二、套管强度
1、套管基本参数
套管的基本参数为套管尺寸、套管壁厚（或单位 长度名义重量）、螺纹类型与套管钢级。 （1）套管尺寸（又叫名义外径或公称直径）：本体外径
4-1/2”, 5”, 51/2”, 65/8”, 7”, 7-5/8”, 8-5/8”, 9-5/8”, 10-3/4”, 11-3/4”, 16”, 28-5/8”, 20”, 30”....
1. 水泥浆密度
水灰比指的是配制水泥浆时配浆水的重量与干水泥的重量之比。 水泥浆密度与水灰比直接相关，关系为
注意：
c w (1 m) w cm
干水泥的密度为3.14 g/cm3～3.15 g/cm3，故当水泥浆的密
度为1.85g/cm3～1.90g/cm3时，水灰比约为0.48～0.44。
候凝时间通常为24小时或48小时，也有72小时或几小时的 ，候凝时间的长短视水泥浆凝固及强度增长的快慢而定。 候凝期满后。 测井进行固井质量检测和评价
6
概述
（a）
（b） （c） （d） （e） 图7-2 注水泥工艺流程示意图 （a）循环钻井液 （b）注隔离液和水泥浆 （c）替浆 （d）替浆 （e）碰压 1——压力表 2——上胶塞 3——下胶塞 4——钻井液 5——浮箍 6——引鞋 7——水泥浆 8——隔离液 9——钻井液
铁铝酸四钙：4CaOAl2O3Fe2O3（简写C4AF）。水化速度
仅次于铝酸三钙，早期强度增长快，硬化三天和28天的 强度值差别不大，强度的绝对值也不大。
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一、油井水泥
2. 水泥的水化反应
有关水化反应的说明：
水泥的水化反应是一个不断进行的过程。随着水化的不 断进行，水泥浆从凝胶态逐渐向结晶态发展，最后形成
下套管固井
第一章固井作业的基本认识 (3)第一节固井的作用 (3)第二节固井的目的 (3)第三节注水泥的基本要求： (3)第四节固井的特点 (4)第五节固井的意义 (4)第二章二套管附件与井口工具的认识 (5)第一节套管附件 (5)第二节井口工具： (6)第三节固井图片简介： (7)第三章油井水泥的特点 (10)第一节油井水泥的生产 (10)第二节API基本水泥的种类和级别 (11)第三节油井水泥浆的性能 (12)第四章API套管标准及强度校合 (16)第一节API套管标准 (16)第二节套管柱强度设计与校核 (20)第三节下套管作业程序 (44)第五章固井设计概要 (52)第一节固井设计内容及工程要求 (52)第二节井况资料的准备 (53)第三节固井施工过程 (56)第四节固井施工 (58)第六章提高固井质量方法及检测标准 (63)第一节提高固井质量 (63)第二节固井质量评价方法 (65)第一章固井作业的基本认识第一节固井的作用1、封隔易坍塌、易漏失的复杂地层，巩固所钻过的井眼；2、封隔油、气、水层，防止不同压力的油层之间的互相干扰，为油气的正常开采提供有利条件；3、提供安装井口装置的基础，控制井喷和保证井内泥浆出口高于泥浆池，以利洗井液流回泥浆池；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，这在缺水地区尤其显得重要；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。
第二节固井的目的1、就是将水泥、水以及添加剂按一定的比例混合后，通过固井泵泵送到预定深度的井壁与套管环形空间2、封隔井眼内油、气、和水层。
3、保护套管。
第三节注水泥的基本要求：1、水泥返高和套管内水泥塞高度必须符合地质和工程设计要求；注水泥段环形空间的钻井液应全部被水泥浆顶替干净；2、水泥环应该有足够的强度；3、水泥石应具有良好的密封性能和低渗透性能第四节固井的特点1、固井作业是一次性工程。
2、固井作业是一项系统工程，涉及学科多。
固井名词解释
］井名词解释1.固井：在井内下入一定尺寸的套管，并在井壁与套管环空注入水泥的工艺流程。
2.固井质量：固井结果满足固井目的的程度。
3.低返：环空实际水泥面未达设计深度。
4.套管程序：一口井下入的套管层数、类型、直径及深度等。
5.表层套管：用于封固上部浅气层、坍塌层和流沙层，安装井口装置及悬挂依次下入的各层套管的套管。
6.技术套管：用于封隔不同的压力层系、封隔易坍塌及漏失层等技术复杂层位的套管。
7.生产套管：为生产层建立一条牢固通道、保护井壁、满足分层开采、测试及改造作业而下入的最后一层套管。
8.尾管：用于裸眼井段，乎悬挂在上层套管上而又不延伸到井口的套管。
9.套管强度：指套管承受外载能力的总和（包括抗挤强度、抗内压强度和抗拉强度）。
10.套管柱：由不同钢级、壁厚、材质和螺纹的多根套管所连接起来下入井中的管柱。
11.前置液：为提高水泥浆顶替钻井液的效率，在钻井液与水泥浆之间注入的一段“液体”。
12.注水泥：通过专用设备将一定密度的水泥浆注到井内的过程。
13.压胶塞：当注入的水泥浆数量达到设计要求时，将胶塞压入井内的过程。
14.替钻井液：用顶替液推动胶塞，将套管内的水泥浆替到套管外的环形空间的过程。
15.碰压：当顶替液量达到套管串浮箍以上的容积时，胶塞座在浮箍上，使套管内压力突然升高的现象。
16.套管试压：为了验证套管串的密封情况而进行的压力试验。
17.敞压候凝：试压结束后，将管内的压力释放掉，等待水泥浆凝结的过程。
18.顶替量：常规套管固井时浮箍以上套管串的内容积。
19.水泥返深：环空水泥面在井下的深度。
20.分级箍：在分级注水泥时，装在套管预定位置具有开启和关闭功能的特殊接箍。
21.浮箍：用于控制胶塞的下行位置并防止水泥浆倒流的装置。
22.浮鞋：引导套管柱顺利入井，减少下入阻力并防止钻井液倒流的装置。
23.尾管悬挂器：用来将尾管悬挂在上一层套管底部并进行注水泥的特殊工具。
24.水泥伞：装在套管下部防止水泥浆下沉的伞状物。
固井技术规范
中国石油天然气集团公司固井技术规范中国石油天然气集团公司工程技术分公司2008年目录第一章总则 (1)第二章固井设计 (1)第一节设计依据和内容 (1)第二节压力和温度 (1)第三节管柱和工具、附件 (2)第四节水泥浆和前置液 (4)第五节注水泥和技术措施 (5)第六节施工组织和应急预案 (6)第三章固井准备 (6)第一节钻井设备 (7)第二节井口准备 (7)第三节井眼准备 (7)第四节套管和工具、附件 (9)第五节水泥和外加剂 (11)第六节固井设备 (12)第七节仪器仪表 (13)第四章固井施工 (13)第一节下套管作业 (13)第二节注水泥作业 (14)第三节施工资料整理 (14)第四节施工过程质量评价 (15)第五章固井质量评价 (16)第一节基本要求 (17)第二节水泥环评价 (17)第三节质量鉴定 (18)第四节管柱试压和井口装定 (18)第六章特殊井固井 (19)第一节天然气井 (19)第二节深井超深井 (21)第三节热采井 (22)第四节定向井、大位移井和水平井 (22)第五节调整井 (23)第六节煤层气井 (24)第七章挤水泥和注水泥塞 (24)第一节挤水泥 (24)第二节注水泥塞 (26)第八章特殊固井工艺 (27)第一节分级注水泥 (27)第二节尾管注水泥 (27)第三节内管法水泥 (29)第九章附则 (29)中国石油天然气集团公司固井技术规范第一章总则第一条固井是钻井工程的关键环节之一，固井质量对于延长油气井寿命和发挥油气井产能具有决定性作用。
为提高固井管理和技术水平，保障作业安全和质量，更好地为勘探开发服务，制定本规范。
第二条固井工程须从设计、准备、施工、检验4个环节严格把关，采用适应地质和油气藏特点及钻井工艺的先进适用固井技术，达到安全、优质、经济、可靠的要求。
第三条固井作业应严格按照固井施工设计执行。
第二章固井设计第一节设计依据和内容第四条应依据地质设计、钻井工程设计、实钻资料和有关技术规定、规范、标准进行固井设计，并在施工前完成设计审批。
固井施工设计与套管固井技术措施浅谈
固井施工设计与套管固井技术措施浅谈摘要：本文结合某井钻井施工实际，围绕该井井身结构及固井技术难点，从井眼准备、设备准备、下套管作业，以及一开、二开套管固井技术进行了论述，以为该井固井施工提供技术参考。
关键词：固井施工；固井技术；设计3固井设计3.1井眼准备电测以前通井、循环，保证电测工具顺利下入。
电测完通井，对起钻遇阻、卡井段、缩径段和井眼曲率变化大的井段反复划眼或进行短起下；下入套管前应在井眼底部打入润滑钻井液，减少下套管摩阻。
井内钻井液性能良好、稳定，符合固井施工要求。
在保证井下安全的前提下，尽量降低粘切，降低含砂量。
下套管前通井及注水泥前，均以较大排量洗井，洗井时间不少于两个循环周。
洗井循环中，应密切注意观察振动筛返出岩屑量的变化、钻井液池液面变化。
同时，应慢速转动钻具防粘卡。
3.2设备准备检查、准备下套管工具：吊卡、大钳、卡瓦、气动卡盘、灌钻井液管线等。
循环系统中用于顶替作业的各钻井液罐（包括储备罐）各闸门应灵活可靠。
从下套管开始，整个固井施工过程中，井口装置应达到既能关闭套管与井眼环空又能关闭钻杆与井眼环空的要求。
认真检查悬吊系统，井口、游车、天车一条线，下套管前应根据大钩负荷更换大绳，确保下套管安全。
3.3下套管作业套管及附件、工具等送井前认真检查：通径、丈量、清洗丝扣，不合格套管严禁下入。
按下入次序对套管进行编号、记录。
套管及附件、工具上钻台时要戴好护丝，严禁碰撞。
下入下部附件时，浮箍及浮箍以下所有套管及附件要涂丝扣胶，套管丝扣使用标准套管螺纹密封脂，以提高套管的气密封能力。
按设计要求安装套管扶正器。
下套管采用套管钳按API规定的最佳扭矩上扣。
严格控制套管下放速度，一般不超过0.46m/s。
下套管中途禁止停顿，根据情况可以在3～5m范围提放管柱，防止粘卡，并时刻注意悬重变化。
下套管操作要平稳，严禁猛刹、猛放。
下放套管遇阻时，一般控制下压载荷不超过井下套管浮重的60％。
上提时保持最小抗拉安全系数不低于1.5。
固井工程
固井工程0 序言固井是油井建井过程中的一个重要环节。
固井工程包括下套管和注水泥两个生产过程。
下套管就是在已经钻成的井眼中按规定深度下入一定直径由某种或几种不同钢级及壁厚的套管组成的套管柱。
注水泥就是在地面上将水泥浆通过套管柱注入到井眼与套管柱之间的环形空间的过程。
水泥将套管柱与井壁岩石牢固的固结在一起，可以将油、气、水层及复杂层位封固起来以利于进一步的钻进和开采。
一口井固井质量的优劣不仅影响到井的继续钻进，而且影响到井今后能否顺利生产，影像到井的采收能力和寿命。
因此，一口井的固井质量，从开始固井设计到具体的施工都该认真对待。
调整更新井固井一直是一个老大难问题，油层段水泥封固质量差，个别井油层段水泥胶结过差，只有通过挤水泥补救来达到射孔作业要求。
这不仅增加了施工周期，极大的降低了工作的效率，从经济角度来讲，也大大的增加了成本。
由此可见，我们必须以技术优势合理解决以上问题，提高调整更新井的固井一次合格率。
1 钻井液问题钻井液性能不过关，失水过大，井壁形成厚的钻井液滤饼。
同时，在滤饼附近还会形成一个具有很稠的、流动性差的钻井液区域，使顶替效率下降，而且由于厚滤饼大大减小了套管外的环形流动面积，在注水泥时也能造成堵塞。
水泥胶结测井表明，钻井液滤饼较厚的井段水泥胶结较差。
2 施工现场可能存在的在问题现场管理不到位，对于很多技术环节和要求不能及时的贯彻和落实，为了片面的追求效率，减少施工时间，降低成本，往往不按正常程序进行。
如：为了节约时间，固井前不对钻井液的性能进行必要调整，下套管前不进行必要的通井，固井前不循环钻井液或者循环时间过短。
导致不能消除钻井液在窄间隙、井壁上的滞留范围，有效降低泥饼厚度，从而大大降低了顶替效率，影响固井质量。
在设备配备方面，某些钻井队储水罐少，而且不修蓄水池，固井用水准备不够充足，导致施工用水中断或供水排量小，施工不连续，不能实现水泥浆大排量顶替，使水泥浆在环空中上返速度过低，达不到设计中的紊流要求，大大降低了顶替效率，这些环节都会影响固井质量。
石油工程课程设计】套管柱及其强度设计
套管径厚比d / δ（外径/壁厚）较大时：失稳破坏； 当套管径厚比较小：套管将发生强度破坏。
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图3-8-2-3 套管 截面的挤毁
2、外挤压载荷及套管的抗挤强度
（2）套管的API抗挤强度
API 5C3通告详细叙述了测定套管抗外挤强度的程序（轴向应力为0 ） 。 在外挤压力作用下，套管断面可能发生三种挤压或弯曲形式：弹性挤压、 塑性挤压和临界强度挤压。三种挤压形式的转化受管体几何形状和材料性能的 制约。如图所示。
API套管规范及强度(5寸套管)
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2、套管的联接
套管柱通常都是由同一外径、相同（或不同）钢级、壁厚的套管用接 箍联接组成的。 联接是由螺纹来实现的，螺纹联接是套管质量和强度检验的重点。 套管螺纹都是锥形螺纹，在API规范中分为五大类。前四类属API 标准， 第五类系非API标准。
类数 1 2 3 4 5
□ API对套管进行了相应的分级（H、J、K、 N、C、L、P、Q八种共十级）即： H40、 J55、K55、C75、L80、N80、C90、C95、 P110和Q125，前6种类型为抗硫的，其余 为非抗硫的。
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1、基本概念
API套管规范及强度(5寸套管)《甲方钻井手册》P192
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1、基本概念
值得注意的是： ◆ API规定，钢级代号后面的数值乘以1000，即为套管（以kpsi为单 位）的最小屈服强度。这一规定除了极少数例外，也适应于非API 标准的套管。（1MPa=145.04psi；psi：磅/英寸2）
三
点
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4.1、套管强度设计的原则
（3）经济性要好。
由于总的原则的限制，故为了节约成本，往往需要考虑不同钢级、不同壁厚套管的组合设计。 现场一般多为2～3种钢级，壁厚也宜选用2～3种，不能过多。
内管固井作业解读
2、计算实例
30“导管固井示意图
转盘面@m 泥线深度@m 0 73
例题1.某自升式钻井平台，在水 深40米的某区块钻探一口探井, 转盘面至海平面气隙33米， 36"井眼设计钻至143米， 30"套管入泥69米，试计算固 井水泥浆量和顶替量。 （已知条件：以上深度均从海平 面算起，30"固井裸眼附加 250%，内管采用5"钻杆，钻 杆内容积为0.0583bbl/m， 30"×36"井眼环空容积为 1.2622bbl/m。说明：上述 数据可从钻井设计以及相关工具 手册查知。）
名称
3 0 " C sg 3 6 "OH & 30 "Cs g 5 "DP 5"H WDP 裸 眼附 加量
环空 裸眼附加量反 算井径 , 相当于井径 i n
水 泥 浆组 成及 性能 水 泥 浆组 成 水泥 J H"G" 水 泥 浆性 能 密度 造浆率 混合水 计算 套 管 内水 泥塞 容积 套 管 与裸 眼环 空容 积 裸 眼 附加 量 水 泥 浆总 量 纯 水 泥用 量 18 3 6 .9 9 66 混 合 水用 量 添 加 剂需 要量 (单位 :千克 ) 混 合 水准 备量 21 7 .4 0 .30 % 1 .60 % X X 1 72 1 .8 1 72 1 .8 bbl = X 42 .6 4= X 42 .6 4= 34 .57 22 0 1 17 5 = ( ( 7 1.7 1 16 .1 -1 7 1.7 1 1 6.1 1 ) X ) X ) X 0.0 2 87 0.0 5 69 2.4 9 86 = = = = 1 .0 0 2 .0 9 6 .6 1 3 .7 3 1 3.4 2 b b ls b b ls b b ls b b ls b b ls 当 量密 度 (g /m l) m 3, 相 当 于纯 水泥 量 17 2 1.8 sk 7 3 .42 ton 1 5 63 .4 X 5 .30 3 ÷ ÷ 1 .1 75 42 = = = 1 5 63 6 6.7 1 97 .4 3 1 .39 sk ton b b ls m3 ( ( 1 40 .11 1 40 .11 13 0 .1 1 7 1 .7 ) ) 2 5 0% × × × 2 .4 98 6 1 .2 62 1 8 6 .3 4 = = = = = 2 4.9 9 8 6.3 2 15 .9 3 27 .2 1 8 37 b b ls b b ls b b ls b b ls cu ft 15 .86 1.1 75 5.3 03 pp g c uft/sk g al /sk 海水 S /W 4 6 .9 2 % B W OC 早 强剂 CA 9 01 S 1 .6 0 % B W OC 0 .30 % 消泡 剂 CX 6 2L B W OC 140 195
《石油钻探固井技术》PPT课件精选全文
t/s >0
>0 <0 <0
载荷状态 拉伸－内压 压缩－内压 压缩－外挤 拉伸－外挤
影响 z，t z，t z，t z，t
42
3.2 轴向拉力作用下套管抗挤强度的计算 a. 计算公式
z
10Tb A
s
10Ts A
t
Pccdc 2t
s
Pcd c 2t
Pcc
Ps
Pc
1
3 4
Tb Ts
2
1 2
Tb Ts
补救作业费用与基本注水泥作业费的比值为:
表层套管固井：55％
技术套管固井：15％
尾 管 固 井 ：120％ 产 层 固 井 ：84％
(3) 材料用量大，成本高。 一般为钻井总成本的1530％。
9
第一节 井身结构设计
一.井身结构设计的内容
套管的层次； 各层套管的尺寸与下入深度； 井眼尺寸(钻头尺寸)与深度； 水泥返高。
6
概述
5.固井工艺流程
(1) 井眼准备；钻井至预定井深后测井、通井并清洗井眼(循 环钻井液12周)起钻、下套管、安装水泥头及注水泥地面管 汇再循环钻井液12周；
(2) 打隔离液或前置液(一般用量为环空高度100m左右)； (3) 释放下胶塞注水泥(领浆、中浆、尾浆)； (4) 释放上胶塞替钻井液; (5) 碰压(上胶塞下行至套管承托环,泵压突然升高,通常 5.0
在钻井液中
Tb
在空气中
27
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。
石油工作者必备--下套管与固井
193．什么是插入式固井？答：插入式固井一般是在下大直径的套管时进行。
套管下完后，在钻杆下边接一个插入接头，然后把钻具下入套管内。
下完钻后，再把插入接头插在套管下边的插入座里边。
水泥浆通过钻杆经插入座和引鞋返出，入环空。
这就是插入式固井。
194．插入式固井与普通固井相比具有那些优点？答：其优点主要是：1缩水注水泥浆时间和替钻井液时间；2可以有效地防止水泥浆与钻井液在套管内发生混浆；3由于水泥浆只经过钻杆，因此可以有效地防止套管灌“香肠”。
195．进行插入式固井都要做好哪些准备工作？答：除做好普通固井的准备工作外，还要做好下列四项准备工作：1准备一套插入座与插入接头，并注意检查插入接头的密封圈是否完好，与插入座的内径是否匹配；2准备一个与钻杆外径和套管内径相匹配的扶正器，目前现场上主要用两种尺寸，和；3准备一块下钻杆时放在套管接箍上的钻杆吊卡垫叉，目前现场上也只用两种和；4为节约时间，防止固井前开泵困难在开钻之前，最好先把固井时用的钻杆接成立柱，以便下完套管后即可顺利下钻。
196．下套管之前都应该做好哪些准备工作？答：1井眼准备，认真进行通井或划眼，处理好钻井液，保证下套管畅通无阻；2工具准备，包括套管吊卡，套管大钳（或钳头），灌钻井液管线及配合接头，管线上的控制闸门，遇阻时用的循环接头，相应尺寸的套管头及卡瓦，上扣用的旋绳及吊套管的绳索，套管扶正台及配件等；3材料准备，主要有水泥添加剂和水泥，备足固井用水；4技术措施准备，计算好水泥用量及替钻井液量，做好稠化及凝固试验，订好施工步骤；5设备准备，除固井车、供水车之外，井队的两大泵也必须完好，保证注灰、循环或钻井液时不出任何故障。
197．5"油层套管和技术套管在结构上都有哪些不同之处？答：5"油层套管结构是：5"生铁引鞋+1或2个单根+回压凡尔+套管根数+磁性定位短节+套管数根至井口。
技术套管结构是：可钻式引鞋（有时内装回压凡尔）+1或2个单根＋可钻式回压凡尔＋套管根数＋分级箍（有时也可不加）＋套管数根至井口。
第三章固井、完井
a、定义：A、B、C、D、E与F级油井水泥，是硅酸钙为主要成分的水泥熟料， 加入适量石膏和助磨剂，磨细制成的产品。 在粉磨与混合D、E、F级水泥般的过程中，允许掺加适宜的调凝剂， 并要求助磨剂对强度没有负面影响。
G、H级油井水泥，主要成分与前面相同。加入适量的石膏或石膏和 水，磨细制成的产品，在粉磨与混合 G、H级水泥过程中不允许掺加任何 其它外加物。
a、地层压力；b、破裂压力；c、坍塌压力；d、地应力
所谓地层压力剖面就是地层压力随井深的变化。如图 8-2 ， 就是随井深的加深而增大的。
3、按实际情况决定各层套管下入深度 如确知井下压力不高，不压裂地层之时，可不
必按破裂压力来确定各层套管的下入深度。而按该地区
的实际情况而定，这样节省套管，节省水泥，减少施工 程序。
三、下套管
(一)、套管柱的外载 1、轴向载荷：主要是拉力。拉力过大，将引起连接丝扣（圆
扣）被拉坏而断裂。而管体被拉断的情况很少，不允许存在 轴向压力，只在较少场合下出现受拉压力（为什么？防止弯 曲，不居中） 1）浮力：套管在井内钻井液中因管体排开钻井液而受到浮力。 套管受浮力的效果可以认为是套管的线密度因浮力作用而变 小，其影响用浮力系数计算，表示管柱受浮力后剩余重量为 其在空气中重要的百分数。
它是下在表层套管与油层之间的。 可以下多层，也可以不下，由具体情况条件而定。
浅井：地质条件不复杂，技术套管少或没有
深井：地质条件复杂，技术套管层多。 技术套管保证满足不等式Pf≥Pd≥Pp。
4、油层套管：油井钻完以后下的最后一层套管，直径最 小。 功用以封隔油、气、水层，以及不同物性的油气 层，以利于分层开采，防止底水并形成生产通道，或
弯曲应力等，多以安全系数的方式计入。
钻井工程理论与技术 第七章 固井和完井
∆PN = + ρ p min − Sb 0.00981Dmin
在地层压力曲线上找出 的下深 D 。 2
ρpper 所在的深度即为中间套管
3、求钻井尾管下入深度的初选点 D 、 31
根据中间套管鞋处的地层破裂压力当量密度 ρ f 2 ，求 出继续向下钻进时 裸眼井段所允许的最大地层压力当量密度： 裸眼井段所允许的最大地层压力当量密度：
五、井身结构设计方法 1、求中间套管下入深度的初选点 、 （1）不考虑发生井涌 ） 由 ρf = ρpm + Sb + Sg + S f ax 计算出 ρf ，在破裂压力曲线上查出 ρf 所在的井 即为中间套管下入井深的初选点。 深 D ，即为中间套管下入井深的初选点。 21 （2）考虑可能发生井涌 ） 由 ρf = ρpm + Sb + S f + Sk * Dpm / D ax ax 21 用试算法求 D ；先试取一个 D ，计算 ρf ， 21 21 比较， 将计算出的 ρf 与 D 所查得的 ρf 比较，若计算值与实 21 际值相差不大且略小于实际值， 际值相差不大且略小于实际值，可以确定 D 为中间套管 21 的初选点，否则，重新进行试算。 的初选点，否则，重新进行试算。 一般情况下，在新探区，取以上（ ）、（ ）、（2） 一般情况下，在新探区，取以上（1）、（ ）两 的较大值。 种条件下的 D 的较大值。 21
：最小地层孔隙压力所处的井深，m （当有多个最小 最小地层孔隙压力所处的井深， 地层压力点时，取最大井深） 地层压力点时，取最大井深） • 若 ∆P < ∆P ，则确定 D 为中间套管的下入深度 D 。 21 2 N • 若 ∆P > ∆P ，则中间套管应小于初选点的深度，需根据压 则中间套管应小于初选点的深度， N 差卡钻条件确定中间套管的下深。 差卡钻条件确定中间套管的下深。 求在压差 ∆P 条件下所允许的最大地层压力为： N 条件下所允许的最大地层压力为：
固井管柱组合及固井方法
固井管柱组合及固井方法
固井是石油钻井过程中的一个重要环节，其目的是将钻井液从井眼中排出，同时防止地下水和油气从井眼中泄漏。
固井管柱组合及固井方法是固井过程中需要考虑的关键因素。
固井管柱组合是指在固井过程中使用的管柱的组合方式。
一般来说，固井管柱组合包括钻杆、套管和固井管。
钻杆是用于钻井的管柱，套管是用于固定井壁的管柱，固井管则是用于固定固井环节的管柱。
在固井过程中，需要根据井深、井眼直径、地层情况等因素来选择合适的管柱组合方式。
固井方法是指在固井过程中采用的技术方法。
常见的固井方法包括水泥固井、环空固井和封隔剂固井等。
水泥固井是最常见的固井方法，其原理是将水泥浆注入井眼中，形成一个固体水泥环，从而达到固定井壁和封堵井眼的目的。
环空固井是一种新型的固井方法，其原理是在井眼中注入一种特殊的环空固井材料，形成一个环空固井环，从而达到固定井壁和封堵井眼的目的。
封隔剂固井是一种针对高温高压井的固井方法，其原理是在井眼中注入一种特殊的封隔剂，形成一个封隔层，从而达到固定井壁和封堵井眼的目的。
在选择固井管柱组合及固井方法时，需要考虑多种因素。
首先，需要
根据井深、井眼直径、地层情况等因素来选择合适的管柱组合方式。
其次，需要根据井眼中的钻井液类型和性质来选择合适的固井方法。
最后，需要考虑固井后的井壁稳定性和封堵效果，以及固井过程中可能出现的问题和风险。
总之，固井管柱组合及固井方法是固井过程中需要考虑的关键因素。
在选择固井管柱组合及固井方法时，需要综合考虑多种因素，以确保固井过程的顺利进行和固井效果的达到。