固井技术及现场监督

三、影响固井质量的因素
➢ 偏心度的图、公式表达：
S
Rr
10% 0s
R
r
R
式中：
r
S—偏心度
R—井眼半径 sRr1s0% 0
s 10% 0
Rr 10% 0
r—套管半径Rr
ε
ε—套管中心与井眼中h心的偏离距离
21
三、影响固井质量的因素
➢ 保证套管居中的条件：
✓ 良好的井眼条件
✓ 正确选用扶正器
的钻井液。
h
13
三、影响固井质量的因素
➢ 用公式来表达顶替效率：
Vc 100%
V
式中：
η——顶替效率；
Vc——封固段环空水泥充填的容积； V ——封固段环空总容积。
h
14
三、影响固井质量的因素
➢ 顶替作用力分析
水泥浆顶替钻井液，驱动力主要有：泵的压力、 流动的水泥浆对钻井液的粘滞力、水泥浆对钻井液的 浮力。
施工现场依据固井合同管理作业队伍
h
39
二、固井标准
➢石油标准类别
★国际上比较有影响力的石油行业标准有
⊕美国石油协会API标准、
⊕国际标准化组织推荐标准（ISO）。
★国内石油标准有
⊕国家标准、 s 10% 0
⊕石油天然气行业标准、 Rr
⊕各级石油公司企业标准。
h
40
二、固井标准
➢国内固井标准配置情况
➢ 井底电测温度不准，导致设计的实验温度出 现偏差，
✓ 偏高，施工后井下水泥浆超缓凝 ✓ 偏低，施工s时间1不0% 0 够
Rr
h
33
三、影响固井质量的因素
9、固井设计的质量 ➢ 固井设计是固井施工的法律文件； ➢ 执行质量差的固井设计，必然导致差的固井
质量 ；
➢ 影响固井设计质量的因素有：
✓ 设计依据资料的准确性 ✓ 设计理论的科学性 ✓ 设计人员的技术修养
（4）防止套管在后续钻井中发生振动；
（5）封隔循环漏失层和高渗透层。
h
5
一、固井概念
➢ 固井作业的范围？
概括地说，固井作业包括下套管作业和注水泥作业。
➢ 注水泥作业分类
✓ 注水泥作业通常可分为正常注水泥（一次注水泥）和补 救注水泥（二次注水泥）。
✓ 正常注水泥按作业方式分为常规注水泥、内管法注水泥、 分级注水泥、尾管注水泥、回接注水泥、注水泥塞等；
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
标准号
标准名称
SY/T SY/T SY/T SY/T SY SY/T
5396-2000 石油套管现场检验与运输 5724-1995 套管串结构设计 5322-2000 套管柱强度设计方法 5412-2005 下套管作业规程
5467-92 套管柱试压规范 5374.1-2006 固井作业规程 第1部分：常规固井
凝）。
s 10% 0
Rr
h
31
三、影响固井质量的因素
8、电测数据： ➢ 电测数据的精确度直接影响到固井设计、水
泥化验、固井准备等的质量。 ➢ 电测数据偏差大，将误导固井施工，导致固
井质量问题。
s 10% 0
Rr
h
32
三、影响固井质量的因素
➢ 井径电测不准，导致
✓ 水泥浆量设计偏差，水泥浆返高不合格 ✓ 扶正器加放设计偏差，套管不居中
阻碍钻井液运动的力主要有：钻井液本身重力、 套管和井壁对钻井液的粘附力、钻井液本身的粘度和 切力。
h
15
三、影响固井质量的因素
➢ 提高顶替效率的条件、措施有：
✓ 准备良好的井眼条件； ✓ 良好的钻井液性能； ✓ 科学地选用和加放扶正器，提高套管居中度； ✓ 选用性能优良的水泥浆和前置液； ✓ 采用正确的流态顶替； ✓ 活动套管等。
h
34
三、影响固井质量的因素
10、还有： ➢ 水泥浆性能 ➢ 施工人员素质 ➢ 套管、套管附件、固井工具质量及使用 ➢ 钻井设备、注水泥设备、水泥化验设备
s 10% 0
➢ 施工措施、区域固井作业经Rr验、气候等
h
35
第二部分 固井生产组织管理
• 固井合同 • 固井标准 • 固井生产组织
h
3636
h
11
三、影响固井质量的因素
由固井作业的特点知道，固井作业 是一项系统工程，涉及多学科、多工种、 多部门，工序繁、隐蔽性强、风险高， 因此有众多影响固井质量的因素，主要 有：
h
12
三、影响固井质量的因素
1、顶替效率：
➢ 顶替效率概念，是水泥浆注入段水泥浆体积与该段环 空容积的百分比。
➢ 顶替效率是影响水泥段封固质量的最重要因素之一。 ➢ 顶替效率越高、固井质量越好。 ➢ 提高顶替效率的含义就是用水泥浆尽量驱替干净环空
h
16
三、影响固井质量的因素
井眼 套管
水泥浆
钻井液
（a）
（b）
（c）
旋转套管提高顶替效率示意图
（a）套管不动 （b）套管开始转动 （c）钻井液将被替完
h
17
三、影响固井质量的因素
2、套管居中：
➢ 通常用套管居中度或偏心度来表示，这是提高顶替效 率的最关键因素。
➢ 在相同注替条件下，居中度越高，或是偏心度越低， 顶替效率越高。
✓ 不利于加放扶正器
✓ 不利于注替s水泥1浆0% 0 施工，压力高 Rr
✓ 水泥环薄
h
25
三、影响固井质量的因素
➢ 间距太大，也会带来一系列问题。
✓ 环空返速低，易混浆、不利于驱替 ✓ 增加泵送设备负担 ✓ 射孔效果降低 ✓ 不经济
➢ 合理的环空间隙是3/4～5/2英寸。
s 10% 0
Rr
h
26
h
28
三、影响固井质量的因素
6、地质情况：
是影响井眼质量的关键因素，
✓ 软泥岩、膏泥岩等塑性蠕变地层，易缩径；
✓ 山前高陡构造地层，导致井斜、狗腿等；
✓ 煤层、盐层等坍塌、水溶地层，易形成糖葫 芦
井眼；
s 10% 0
Rr
✓ 多套压力体系地层，存在井漏和压稳问题。
h
29
三、影响固井质量的因素
7、钻井液性能： ➢ 高稠度钻井液和过厚的泥饼，是固井的大敌； ✓ 不利下套管，形成推活塞，易漏 ✓ 开泵压力高，易漏 ✓ 难以驱替，易成混浆、水泥石质量差
✓ 具体地说：为了加固井壁，保证继续安全钻进，封隔 油、气、水层，保证分层试油和合理开采油气，在井 筒内下入优质钢管，并在井筒和钢管环空充填好水泥 的作业。
h
4
一、固井概念
✓ 哈里巴顿公司认为，完成以下任何工作都可被视为固 井作业：
（1）套管的支承和固定；
（2）阻止地层之间的流体窜槽；
（3）防止地下矿物水和各种电解液对套管腐蚀；
固井服务人员的资格要求，
固井设备、工具配套要求，
达到的作业标准，
奖罚等条款。
h
38
一、固井合同
➢合同的执行
钻井现场固井作业合同由钻井监督保存， 作业时钻井监督依照合同检查固井公司执行情况，如人 员资质及持证情况、设备配备情况、作业过程符合要求情况 等， 根据作业表现提出奖惩意见，开具付费结算单据。
表层套管注水泥作业，封固地表疏松层、地表水层 等；
中间套管注水泥作业（也称技术套管），封固目的 层段上部高压、低压、易塌易漏等复杂地层；
油层套管注水泥作业，封固目的层，为油气生产提 供可靠的通道。
h
8
二、固井特点
1、固井作业是一项施工时间短、工序内容多、工 作量大、技术性强的工程。
2、固井作业是一项系统工程。涉及：
☆分产品装备类和工艺操作类 ☆有关固井作业类的国家标准有
⊕GB 10238—2005 油井水泥 ⊕GB/T 19139—2003 油井水泥试验方法
☆石油天然气行业标准2004年开始清理整顿工作， 近年已确认、修制订了一批行业标sR准r，10有% 0 关固井工艺操 作类的见下表
h
41
二、固井标准
序号
4、固井作业是一项高成本的工程。
◎开发井，占钻井费用的1/3；
◎勘探井，占钻井费用的1/5。
h
10
二、固井特点
5、固井作业是一次性工程。
◎正常固井质量不好，一般难以补救；
◎采用挤水泥等办法补救，耗时、耗物、经济损失大、 效果不明显。
6、影响后续作业的工程。固井质量直接影响
◎油气田合理开发；
◎后续钻井的正常进行。
✓ 科学加放扶正器
sRr1s0% 0 10% 0
Rr
h
22
三、影响固井质量的因素
3、水泥浆环空返速、流态 ：
➢ 直接决定着顶替效率的高低； ➢ 紊流顶替是注替水泥浆的首选流态； ➢ 塞流顶替也可以得到较好的驱替效果； ➢ 施工中，如果不能实现紊流顶替和塞流顶替，在安全
（设备、井眼）的条件下，应使用最大泵入排量，这 样也可获得较高的驱替效率。
✓ 补救注水泥有挤水泥作业、重新注水泥作业、注水泥塞
等。
h
6
一、固井概念
✓ 树状图
常规注水泥
注水泥
正常注水泥
（一次注水泥）
补救注水泥
（二次注水泥）
特殊注水泥
注水泥塞 挤水泥 重新注水泥
h
单级注水泥
内插管注水泥 分级注水泥 尾管注水泥 回接注水泥 注水泥塞
7
一、固井概念
✓ 按注水泥封固目的还可分为，
三、影响固井质量的因素
5、井眼质量
➢ 主要指：
✓ 井眼轨迹好坏、狗腿度大小
✓ 井径扩大率、糖葫芦井段多少
✓ 泥浆清洁情况
✓ 遇阻卡情况 ✓ 井壁稳定性
s 10% 0
Rr
✓ 产层的压稳情况等等h 。
27
三、影响固井质量的因素
➢ 是固井质量好坏的决定因素之一： ✓ 是固井设计的依据 ✓ 下套管是否顺利 ✓ 套管是否居中 ✓ 能否的得到较高的顶替效率
SY/T SY/T SY/T SY/T SY/T SY/T SY/T SY/T
5374.2-2006 5504.1-2005 5504.2-2005 5406-1999 6544-2003 6592-2004 6466-2000 6394-1999
固井作业规程 第2部分：特殊固井
油井水泥外加剂评价方法 第1部分：缓凝剂
固井技术 及
现场监督
h
1
主要内容
• 固井概述
• 固井生产组织管理
• 固井技术
• 固井质量评价
• 案例
h
2
第一部分 固井概述
• 固井概念 • 固井特点 • 影响固井质量的因素
h
3
一、固井概念
➢ 什么是固井？或是固井作业？
✓ 简单地说：固井是将一层钢管（套管）下入到井内预 定深度，再在钢管和井壁之间注入水泥浆封固的作业。
现行有效 现行有效 2004年井标准
➢固井标准规范固井施工作业
现场固井作业的组织实施者，应充分利用固井 现有的国家标准、石油天然气行业标准以及各级油 公司的企业标准，规范和指导固井作业。
h
43
三、固井生产组织
1.材料组织与管理
➢ 材料上井：钻井监督根据钻井进度提醒业主，或 业主根据钻井进度，结合钻井设计、现场钻井实 况，开具甲方材料单据交物资运输公司，由运输 公司装车送井。
➢ 要得到较高的顶替效率，通常要求居中度必须不小于
s 10% 0
67％。
Rr
h
18
三、影响固井质量的因素
➢ 居中度及其与顶替关系的图、公式表达：
式中：
W—窄边间隙 R上H层—套井管眼内直径径或
RC—套管内径
h
19
三、影响固井质量的因素
sRr1s0% 0 10% 0
Rr
s 10% 0
Rr
h
20
s 10% 0
Rr
✓ 水泥环界面胶结质量差，易窜槽
h
30
三、影响固井质量的因素
➢ 注水泥作业前必须对钻井液性能进行适当的 调整，达到固井要求，才有利于提高顶替效 率，保证固井质量。
➢ 固井对钻井液性能的要求为：低失水、强抑
制能力，低粘度、切力，高悬浮、高携砂能
力，优质泥饼、优良流变性sR、r细10% 0分散（反絮
◎学科多，地质、石油、机械、化学、流体力学和电 子等学科；
◎部门多，有组织管理、供应运输、现场施工等多部 门；
◎内容多，有施工准备、下套管、注水泥等作业。
h
9
二、固井特点
3、固井作业是一项隐蔽性工程。
◎主要流程在井下，不能直接观察； ◎质量控制决定于设计的准确性和准备工作；
◎施工未知因素多、风险高。
s 10% 0
Rr
h
23
三、影响固井质量的因素
➢ 决定水泥浆返速、流态的要素：
✓ 泥浆性能 ✓ 前置液性能 ✓ 水泥浆性能 ✓ 井眼条件 ✓ 设备条件
h
24
三、影响固井质量的因素
4、环空间隙：
➢ 指套管外壁与井眼、或上层套管内壁的单边间
距。
➢ 窄环空间隙，不利于固井质量。
✓ 不利于下套管，磨阻大、活塞效应大
一、固井合同
➢合同的签订
通过招标、议标等方式确定中标固井公司→ 有行使甲方固井生产组织管理权力的业主单位， 根据招标井的情况、固井公司投标书的承诺以及合同 格式，起草合同→ 经业主和中标固井公司双方认可，签订固井作业 合同。
h
37
一、固井合同
➢合同内容
合同中除了通常的格式条款外，还包括
承担作业井的服务内容（固井设计、水泥化验、现场 施工、资料编写等），
油井水泥外加剂评价方法 第2部分：降失水剂
油井水泥减租剂评价方法
s
10% 0
油井水泥浆性能要求
Rr
固井质量评价方法
油井水泥石抗高温性能评价方法
油井水泥与外加剂h （外掺料）干混作业方法
备注
现行有效 现行有效 现行有效 2005年7月发布 现行有效 2006年7月发布
2006年7月发布 2005年7月发布 2005年7月发布