固井设备及工艺 ppt课件
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《固井施工技术》PPT课件
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19
项目 条件
表1-1不同压差下水泥浆的滤失速率
API
失水 温度 压差 平均失水速率
Ml/30 。C MPa
ml/s
平均压降速率 g/cm3.s
350 35 0.7 无
泥
250 35 0.7
饼 150 35 0.7
5.3 3.7 1.12
液柱压力与地层压力达不到平衡 3.水泥浆体系设计不合理
超缓凝﹑外加剂相溶性差﹑ 水泥浆与泥浆相溶性差
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5
出现上述质量问题所采取的补救措施往往需要花费大量的资
金，根据美国在海洋钻井的统计数据可以说明：
表1 质量问题与补救费用
出现机率 补救费用 修补作业费
问
题
（%）
（$）
（$）
返高不足
35
5600
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11
3.水泥浆性能设计
①密度
硅酸盐水泥本身的密度波动范围是：3.05~3.20 g/cm3
其中：
C3S — 3.15 g/cm3
C2S — 3.28 g/cm3
C3A — 3,04 g/cm3
C4AF — 3.77 g/cm3
施工中水泥浆的密度主要与设计的水灰比，外掺料
的密度及加量有关。
②完井开采方式。
裸眼，射孔，酸化，压裂，注水，热采 等。
B.地质条件限制（主要针对体系的选择）
①井深，岩性，井温；
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9
②地层压力，孔隙压力，漏失压力，坍塌 压力；
③有无盐层或腐蚀性流体。 C.施工条件的限制（主要针对注替工艺）
①井眼几何尺寸，注水泥工艺方法； ②混配方法，施工设备能力； ③密度控制能力，完井液处理情况。
《完井固井技术》课件
地层条件
地层条件也是影响固井质量的因素之一， 包括地层的岩性、渗透性、地层压力等。
06
案例分析
某油田固井工程案例
01
案例概述
某油田位于我国东部地区，储量丰富，是重要的石油产地。为了确保油
田的长期稳定生产和提高采收率，需要进行固井工程。
02 03
固井技术应用
在某油田的固井工程中，采用了多种固井技术，包括常规固井、低密度 固井和尾追固井等。这些技术的应用有助于提高油井的密封性能和降低 生产过程中的风险。
压力测试法
通过测量注水压力变化，判断固井质 量。
放射性示踪剂法
利用放射性示踪剂在井壁上的分布， 检测固井质量。
井温测量法
通过测量井壁温度分布，判断固井质 量。
固井质量评价标准
水泥浆密度
水泥浆密度应符合设计要求，以保证固井质 量。
水泥浆胶结强度
水泥浆胶结强度应达到设计要求，以保证井 壁的稳定性。
声波速度
01
适应性原则
02 根据不同的地质条件、工程要求 和环境因素，选择合适的水泥浆 体系和外加剂。
经济性原则
在满足工程要求的前提下，尽量 降低成本，提高经济效益。 03
可行性原则
04 确保固井设计的方案切实可行， 能够顺利实施。
04
固井施工工艺
固井施工流程
下套管阶段
将套管下入井中， 确保套管位置正确 、无损坏。
防砂工艺
采用砾石充填、滤砂管等防砂措施，防止 油气层出砂，保持油气层稳定性。
防腐工艺
采用涂层、缓蚀剂等防腐措施，防止油气 管道和设备腐蚀。
完井设备
钻机
用于钻探和钻开油气层的钻机设 备。
套管头
用于固定和悬挂套管，并承受套 管压力的设备。
地层条件也是影响固井质量的因素之一， 包括地层的岩性、渗透性、地层压力等。
06
案例分析
某油田固井工程案例
01
案例概述
某油田位于我国东部地区，储量丰富，是重要的石油产地。为了确保油
田的长期稳定生产和提高采收率，需要进行固井工程。
02 03
固井技术应用
在某油田的固井工程中，采用了多种固井技术，包括常规固井、低密度 固井和尾追固井等。这些技术的应用有助于提高油井的密封性能和降低 生产过程中的风险。
压力测试法
通过测量注水压力变化，判断固井质 量。
放射性示踪剂法
利用放射性示踪剂在井壁上的分布， 检测固井质量。
井温测量法
通过测量井壁温度分布，判断固井质 量。
固井质量评价标准
水泥浆密度
水泥浆密度应符合设计要求，以保证固井质 量。
水泥浆胶结强度
水泥浆胶结强度应达到设计要求，以保证井 壁的稳定性。
声波速度
01
适应性原则
02 根据不同的地质条件、工程要求 和环境因素，选择合适的水泥浆 体系和外加剂。
经济性原则
在满足工程要求的前提下，尽量 降低成本，提高经济效益。 03
可行性原则
04 确保固井设计的方案切实可行， 能够顺利实施。
04
固井施工工艺
固井施工流程
下套管阶段
将套管下入井中， 确保套管位置正确 、无损坏。
防砂工艺
采用砾石充填、滤砂管等防砂措施，防止 油气层出砂，保持油气层稳定性。
防腐工艺
采用涂层、缓蚀剂等防腐措施，防止油气 管道和设备腐蚀。
完井设备
钻机
用于钻探和钻开油气层的钻机设 备。
套管头
用于固定和悬挂套管，并承受套 管压力的设备。
石油钻探深井固井技术ppt课件
（3）水泥浆及钻井液的流变性能对水泥浆 的顶替效率有明显的影响；而钻井液的 触变性对顶替效率有明显的作用。
（4）采用塞流态及紊流态注水泥，其顶替 效率是很好的；但是塞流无法消除偏心 套管内水泥浆在各间隙处的返高差异。
பைடு நூலகம்
（六）基础理论
（5）提高水泥浆与钻井液的密度差，对提高水 泥浆的顶替效率有一定的作用；
如果井底的温度高于110度，水泥中应加防止强 度衰减的外加剂。在等于或大于110度时，水 泥初凝时具有正常的抗压强度，但是一定时间 后发生化学变化，失去全部强度。
（2）水泥浆性能
深井水泥浆性能设计的基本原则是： （1）合理的顶替时间。既要使水泥浆缓慢以保
证足够的顶替时间使最后的水泥浆达到尾管的 底部，也要保证温度较低的尾管顶部的水泥浆 能在合理的时间内形成抗压强度； （2）应该是在井底循环温度试验下的水泥浆稠 化时间；
２）防气窜的特种水泥外加剂
（１）膨胀水泥 它是通过凝固水泥的体积膨胀来封微环 空。商业性的膨胀水泥在普通硅酸盐水 泥中加入无水磺化铝酸钙、硫酸钙和石 灰。
２）防气窜的特种水泥外加剂
（２）不渗透水泥 它是在水泥从初凝到凝固之间的过度期间内，
通过水泥结构的物理和化学变化形成一个不渗 透的阻挡层来防止气串。
（2）管柱居中
当水泥浆在环空中向上流动时，管柱居中有助 于提高水泥浆的作用力。另外，水泥浆倾向于 沿阻力较小的环空宽边流动。
（4）泵速
紊流的顶替效果最好，但是如果达不到 紊流，在尽可能高的泵速下顶替较好。
（5）使用隔离液
在深井中，钻井液常是通过大量处理的 水基钻井液或油基钻井液，它们几乎与 水泥浆不相容。试验表明使用隔离液能 够大大改善顶替效果。隔离液必须与钻 井液和水泥浆相容。隔离液的密度低于 水泥浆，但是应比钻井液的密度高 0.12g/cm^3左右。
（4）采用塞流态及紊流态注水泥，其顶替 效率是很好的；但是塞流无法消除偏心 套管内水泥浆在各间隙处的返高差异。
பைடு நூலகம்
（六）基础理论
（5）提高水泥浆与钻井液的密度差，对提高水 泥浆的顶替效率有一定的作用；
如果井底的温度高于110度，水泥中应加防止强 度衰减的外加剂。在等于或大于110度时，水 泥初凝时具有正常的抗压强度，但是一定时间 后发生化学变化，失去全部强度。
（2）水泥浆性能
深井水泥浆性能设计的基本原则是： （1）合理的顶替时间。既要使水泥浆缓慢以保
证足够的顶替时间使最后的水泥浆达到尾管的 底部，也要保证温度较低的尾管顶部的水泥浆 能在合理的时间内形成抗压强度； （2）应该是在井底循环温度试验下的水泥浆稠 化时间；
２）防气窜的特种水泥外加剂
（１）膨胀水泥 它是通过凝固水泥的体积膨胀来封微环 空。商业性的膨胀水泥在普通硅酸盐水 泥中加入无水磺化铝酸钙、硫酸钙和石 灰。
２）防气窜的特种水泥外加剂
（２）不渗透水泥 它是在水泥从初凝到凝固之间的过度期间内，
通过水泥结构的物理和化学变化形成一个不渗 透的阻挡层来防止气串。
（2）管柱居中
当水泥浆在环空中向上流动时，管柱居中有助 于提高水泥浆的作用力。另外，水泥浆倾向于 沿阻力较小的环空宽边流动。
（4）泵速
紊流的顶替效果最好，但是如果达不到 紊流，在尽可能高的泵速下顶替较好。
（5）使用隔离液
在深井中，钻井液常是通过大量处理的 水基钻井液或油基钻井液，它们几乎与 水泥浆不相容。试验表明使用隔离液能 够大大改善顶替效果。隔离液必须与钻 井液和水泥浆相容。隔离液的密度低于 水泥浆，但是应比钻井液的密度高 0.12g/cm^3左右。
《现代固井技术专题》PPT课件
水泥浆体系与井下条件相适应
4. 井下有大套盐岩层使用聚合物外加剂水泥浆体系固井， 既解决盐层大溶性问题又能阻止地层的塑性运动。
5.
（聚合物外加剂在盐层固井专题中有详细介绍）
b. 水泥浆失水量应与地层相适应
最能影响地层稳定的水泥浆性能应该 是水泥浆的失水量，高离子滤液会引起水 敏性地层疏松脱落，可以降低产层的渗透 率，特别是流经易漏失层，形成厚的泥饼 造成桥堵，压破地层是对地层最大的危害。
3率.漏必失须前达地到层10渗m透d，裂定缝的必宽须度达才到能一容
沙砾层渗透率很 纳泥浆
少达到3.5md,泥
浆不会漏入油气
砂层。
1.漏失通常突然 出现，当泥浆密 度超过 1.25gcm3会促 使诱发裂缝的形 成
1.通常为石灰岩 地层
2.上返泥浆突然 全部漏失
漏失前钻头回下 落几英寸或几英 尺，并出现跳钻
一、 固井的目的和意义 二、 地下水对水泥和套管的破坏 三、 水泥浆滤液对水泥和油层的腐蚀 四、 注水泥技术与地层岩性相互适应 五、 消除产层CO2和H2S对固井的影响
一. 固井的目的意义
1. 固井的目的就是要实现水泥对油、气、水 层及其层与层之间的有效封隔；
2. 固井作业是一口井整个施工中最重要的 组成部分，没有任何因素比固井质量对 油井产能的影响更大；
对漏失地层的认识
漏失层分类 1. 疏松或高渗透地层 2. 自然裂缝地层 3. 诱发的垂直或水平裂缝地层 4. 多孔和洞穴地层
漏失层的特征
疏松沙砾层
自然裂缝
诱发裂缝
孔穴地层
1.泥浆池液面逐渐 1.自然裂缝出现
下降
于各种岩层。
2.如继续钻进，可 2.漏失是泥浆池
能回转变为完全 液面逐渐下降。
固井设备及工艺ppt课件
和普通分级箍一样，全通径分级箍接 在套管串设计部位，下入套管串后，在套 管内下入专用工具，用内管注完一级水泥 后，通过专用工具打开循环孔进行第二级 追水泥作业，完成后完毕循环孔，起出专 用工具。
五、注水泥工艺技术
2、尾管注水泥工艺技术
(1) 尾管悬挂器
尾管悬挂器的型号按坐挂方式分为机 械式（包括轨道管式和J形槽式）、液 压式、液压—机械联合式。按锥体机构 分为单锥单液缸、双锥单液缸、双锥双 液缸。按功能分为常规式、封隔式、旋 转式、防腐型。
固井设备及工艺
2015年7月17日
固井技术重要性及存在问题 套管的类型 固井设备及工具 常规注水泥工艺流程 注水泥工艺技术
一、固井技术重要性及存在问题
1、现代固井技术的特点
独立专业体系 多专业交叉 多学科支撑 系统工程 一次性工程 隐蔽性工程 高投资 高风险 百年大计
一般为上百米甚至上千米。 水泥返高： 返升到地面。
16
二、套管柱的类型
2、生产套管（油层套管）
主要用途： 用以保护生产层；提供油气生产通道。 下深位置： 由目的层位置及完井方式而定。 水泥返高： 一般返至拟封固地层以上200m。若拟封层 为高压气层有时也需要返至地面。
17
二、套管柱的类型
3、中间套管（技术套管）
一、固井技术重要性及存在问题
固井可能带来的危害
作业水深：1524m 离岸距离：77km 油 公 司：BP 钻井承包商：越洋钻探公司 固井服务公司：哈里伯顿11人死亡，17人受伤，大面积海 Nhomakorabea受到严重污染
一、固井技术重要性及存在问题
井筒密封性没有建立或失效
环空注水泥质量差，未能封隔油气储层， 导致油气上窜
五、注水泥工艺技术
2、尾管注水泥工艺技术
(1) 尾管悬挂器
尾管悬挂器的型号按坐挂方式分为机 械式（包括轨道管式和J形槽式）、液 压式、液压—机械联合式。按锥体机构 分为单锥单液缸、双锥单液缸、双锥双 液缸。按功能分为常规式、封隔式、旋 转式、防腐型。
固井设备及工艺
2015年7月17日
固井技术重要性及存在问题 套管的类型 固井设备及工具 常规注水泥工艺流程 注水泥工艺技术
一、固井技术重要性及存在问题
1、现代固井技术的特点
独立专业体系 多专业交叉 多学科支撑 系统工程 一次性工程 隐蔽性工程 高投资 高风险 百年大计
一般为上百米甚至上千米。 水泥返高： 返升到地面。
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二、套管柱的类型
2、生产套管（油层套管）
主要用途： 用以保护生产层；提供油气生产通道。 下深位置： 由目的层位置及完井方式而定。 水泥返高： 一般返至拟封固地层以上200m。若拟封层 为高压气层有时也需要返至地面。
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二、套管柱的类型
3、中间套管（技术套管）
一、固井技术重要性及存在问题
固井可能带来的危害
作业水深：1524m 离岸距离：77km 油 公 司：BP 钻井承包商：越洋钻探公司 固井服务公司：哈里伯顿11人死亡，17人受伤，大面积海 Nhomakorabea受到严重污染
一、固井技术重要性及存在问题
井筒密封性没有建立或失效
环空注水泥质量差，未能封隔油气储层， 导致油气上窜
石油钻探固井技术PPT课件
其平衡方程有：
z
t
2
t
r
2
r
z
2
2
2 s
38
在这三个应力中，r << t,故在上面方程中忽略其影响后可 得出方程：
2
2
z s
z s
t s
t s
1
式中，z/s和t/s分别表示轴向应力和周向应力在屈服应力中占的比例。
39
b. 方程意义 反映z 、t与s之关系，表示套管所受多向载荷 时，套管内轴向应力与周向应力的关系。
管生产的尺寸、钢级、壁厚、连接方式等。
目前一般使用的美国API套管规范。其规定的有关性能主要有
。
13
1、尺寸系列（又叫名义外径或公称直径） 41/2，5，51/2，65/8，7，75/8， 85/8，95/8，103/4，113/4，16, 285/8，20，30....
14
2、钢级系列
API钢级有10种：H,J,K,N,C,L,P,Q,X.
在空气中
பைடு நூலகம்26
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。
27
1.3 其它附加拉力 在一般的套管设计中，没有具体考虑附加拉力，
次的余地。 要考虑到工艺技术水平以及管材、钻头等的库存情况。 地质复杂情况、取岩心尺寸要求、井眼曲率等。
12
第二节 套管柱设计
一、套管规范简介 套管受到各种类型外力作用，须具有一定强度。 外载大小、类型不同，所需的强度要求也不同，须有一系列
z
t
2
t
r
2
r
z
2
2
2 s
38
在这三个应力中，r << t,故在上面方程中忽略其影响后可 得出方程：
2
2
z s
z s
t s
t s
1
式中，z/s和t/s分别表示轴向应力和周向应力在屈服应力中占的比例。
39
b. 方程意义 反映z 、t与s之关系，表示套管所受多向载荷 时，套管内轴向应力与周向应力的关系。
管生产的尺寸、钢级、壁厚、连接方式等。
目前一般使用的美国API套管规范。其规定的有关性能主要有
。
13
1、尺寸系列（又叫名义外径或公称直径） 41/2，5，51/2，65/8，7，75/8， 85/8，95/8，103/4，113/4，16, 285/8，20，30....
14
2、钢级系列
API钢级有10种：H,J,K,N,C,L,P,Q,X.
在空气中
பைடு நூலகம்26
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。
27
1.3 其它附加拉力 在一般的套管设计中，没有具体考虑附加拉力，
次的余地。 要考虑到工艺技术水平以及管材、钻头等的库存情况。 地质复杂情况、取岩心尺寸要求、井眼曲率等。
12
第二节 套管柱设计
一、套管规范简介 套管受到各种类型外力作用，须具有一定强度。 外载大小、类型不同，所需的强度要求也不同，须有一系列
《现代固井技术专题》课件
挑战
现代固井技术面临的挑战包括提高固结质量、降低成本、减少环境污染等方面 。同时，随着油气资源的不断开发，地层条件越来越复杂，对固井技术的要求 也越来越高。
PART 02
现代固井材料与工具
高性能水泥浆体系
高强度水泥
采用高强度水泥作为主要胶凝 剂，提高水泥浆的抗压强度和
抗折强度。
低密度水泥浆
通过添加减轻剂等材料，降低 水泥浆的密度，提高其流动性 和稳定性。
随着环保意识的增强，现代固井技术 需要满足环保与可持续发展的要求。
详细描述
在固井施工过程中，应优先选择环保 材料，减少废弃物的产生，同时合理 利用资源，降低能耗和资源消耗，实 现绿色施工和可持续发展。
未来固井技术的发展方向与挑战
总结词
未来固井技术的发展方向包括提高技术可靠 性、降低成本、适应复杂环境和满足高标准 要求等。
抗渗水泥浆
通过优化配方，提高水泥浆的 抗渗性能，减少油气水等流体 对水泥环的渗透。
耐高温水泥浆
能够承受高温环境，保持优良 的物理性能和稳定性。
新型固井材料
弹性材料
01
在固井中使用弹性材料，如橡胶颗粒、弹性微球等，以提高水
泥环的抗冲击和抗拉伸能力。
防腐材料
02
采用防腐涂层、缓蚀剂等材料，提高固井材料的防腐性能，延
案例一
美国某油田的固井技术应用
案例二
俄罗斯某气田的固井技术应用
案例三
澳大利亚某煤田的固井技术应用
案例总结与启示
总结
通过以上案例分析，可以看出现代固井 技术在国内外油田、气田和煤田中得到 了广泛应用，提高了开采效率和安全性 。
VS
启示
现代固井技术的应用需要综合考虑地质、 工程和经济等多方面因素，加强技术创新 和研发，提高固井质量和使用寿命，为能 源工业的发展提供有力支持。
现代固井技术面临的挑战包括提高固结质量、降低成本、减少环境污染等方面 。同时，随着油气资源的不断开发，地层条件越来越复杂，对固井技术的要求 也越来越高。
PART 02
现代固井材料与工具
高性能水泥浆体系
高强度水泥
采用高强度水泥作为主要胶凝 剂，提高水泥浆的抗压强度和
抗折强度。
低密度水泥浆
通过添加减轻剂等材料，降低 水泥浆的密度，提高其流动性 和稳定性。
随着环保意识的增强，现代固井技术 需要满足环保与可持续发展的要求。
详细描述
在固井施工过程中，应优先选择环保 材料，减少废弃物的产生，同时合理 利用资源，降低能耗和资源消耗，实 现绿色施工和可持续发展。
未来固井技术的发展方向与挑战
总结词
未来固井技术的发展方向包括提高技术可靠 性、降低成本、适应复杂环境和满足高标准 要求等。
抗渗水泥浆
通过优化配方，提高水泥浆的 抗渗性能，减少油气水等流体 对水泥环的渗透。
耐高温水泥浆
能够承受高温环境，保持优良 的物理性能和稳定性。
新型固井材料
弹性材料
01
在固井中使用弹性材料，如橡胶颗粒、弹性微球等，以提高水
泥环的抗冲击和抗拉伸能力。
防腐材料
02
采用防腐涂层、缓蚀剂等材料，提高固井材料的防腐性能，延
案例一
美国某油田的固井技术应用
案例二
俄罗斯某气田的固井技术应用
案例三
澳大利亚某煤田的固井技术应用
案例总结与启示
总结
通过以上案例分析，可以看出现代固井 技术在国内外油田、气田和煤田中得到 了广泛应用，提高了开采效率和安全性 。
VS
启示
现代固井技术的应用需要综合考虑地质、 工程和经济等多方面因素，加强技术创新 和研发，提高固井质量和使用寿命，为能 源工业的发展提供有力支持。
《固井设备及工艺》课件
润滑工作
按照规定对设备的润滑部位进行润 滑，保证设备正常运转。
定期保养
月度保养
对固井设备进行全面检查，包括 电气系统、液压系统等，确保设
备性能良好。
季度保养
对固井设备进行深度保养，包括 更换磨损件、清洗内部等。
年度保养
对固井设备进行全面检修，对设 备进行全面检测和调整。
常见故障排除
电气故障
检查电气线路、元件是否正常，排除电气故障。
固井工艺的改进
总结词
固井工艺的改进是提高固井质量和效率的重要手段，包括优化固井方案、改进固井设备、提高固井技术等。
详细描述
在固井工艺的改进方面，可以采取多种措施，例如优化固井方案，根据实际情况制定更加合理的固井计划；改进 固井设备，提高设备的可靠性和稳定性；提高固井技术，例如采用先进的钻井技术、提高钻井液质量等。这些措 施能够提高固井的质量和效率，降低固井成本，为油田的开发提供有力支持。
液压故障
检查液压系统各部件是否正常，排除液压故障。
机械故障
检查机械部分是否有异常声响、磨损等，及时修 复或更换。
04
固井工艺优化与创新
新型固井材料的研发
总结词
新型固井材料的研发是固井工艺优化的重要方向，可以提高固井质量和效率。
详细描述
随着科技的不断发展，新型固井材料的研发成为可能，例如高强度、高韧性、 耐高温、耐腐蚀的固井材料，这些材料能够提高固井的质量和效率，降低固井 成本，为固井工艺的优化提供有力支持。
THANKS
05
固井设备与工艺的发展趋势
高效能、低能耗的固井设备
总结词
随着能源需求的日益增长和环保意识 的提高，高效能、低能耗的固井设备 已成为行业发展趋势。
按照规定对设备的润滑部位进行润 滑，保证设备正常运转。
定期保养
月度保养
对固井设备进行全面检查，包括 电气系统、液压系统等，确保设
备性能良好。
季度保养
对固井设备进行深度保养，包括 更换磨损件、清洗内部等。
年度保养
对固井设备进行全面检修，对设 备进行全面检测和调整。
常见故障排除
电气故障
检查电气线路、元件是否正常，排除电气故障。
固井工艺的改进
总结词
固井工艺的改进是提高固井质量和效率的重要手段，包括优化固井方案、改进固井设备、提高固井技术等。
详细描述
在固井工艺的改进方面，可以采取多种措施，例如优化固井方案，根据实际情况制定更加合理的固井计划；改进 固井设备，提高设备的可靠性和稳定性；提高固井技术，例如采用先进的钻井技术、提高钻井液质量等。这些措 施能够提高固井的质量和效率，降低固井成本，为油田的开发提供有力支持。
液压故障
检查液压系统各部件是否正常，排除液压故障。
机械故障
检查机械部分是否有异常声响、磨损等，及时修 复或更换。
04
固井工艺优化与创新
新型固井材料的研发
总结词
新型固井材料的研发是固井工艺优化的重要方向，可以提高固井质量和效率。
详细描述
随着科技的不断发展，新型固井材料的研发成为可能，例如高强度、高韧性、 耐高温、耐腐蚀的固井材料，这些材料能够提高固井的质量和效率，降低固井 成本，为固井工艺的优化提供有力支持。
THANKS
05
固井设备与工艺的发展趋势
高效能、低能耗的固井设备
总结词
随着能源需求的日益增长和环保意识 的提高，高效能、低能耗的固井设备 已成为行业发展趋势。
《固井施工技术》PPT课件
1.要有完善的水泥浆设计 包括: 体系， 性能 ， 浆柱结构。 2.科学化的注水泥设计
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三.水泥浆设计
1.水泥浆设计的约束条件 A.了解油藏特性（主要针对尾浆） ①水泥浆所在位置深度的油，气，水流体 性质； ②完井开采方式。 裸眼，射孔，酸化，压裂，注水，热采 等。 B.地质条件限制（主要针对体系的选择） ①井深，岩性，井温；
27
美国修斯公司实验证明： 用API搅拌器搅拌35秒 稠化时间 — 2:44 螺杆搅拌器搅拌5分钟 稠化时间— 5:12 由此证明，水泥浆的稠化时间必须按 API标准规定的实验方法进行，否则将会给 施工带来不可挽回的损失。
28
API标准对水泥浆稠化实验有比较严 格的程序，稠化实验中要确定的基本参数 主要有：井深，地温梯度（井底静止温度 或井底最高循环温度），完井时泥浆密度。 在已知这三个基本参数后，可参照API标 准给出的实验方案进行试验。
33
稠化时间的确定
稠化时间 = 施工时间 + 1～2小时安全因子； 安全因子 — 深井（>5000M）一般取2～3小时； 分级注水泥 — 实验中还必须有1小时或更长的 停机时间 ； 对于符合要求的稠化曲线其过渡时间的稠度应 ≤30min
21
d.地层的渗透性（或渗滤介质）
水泥浆失水量的大小不但与水泥浆的体系有关，而且 与地层的岩性以及渗滤介质有关。 API标准中给出了计算及：
Q30 QT
5.477 T
其中： Q30— 30分钟的失水量， QT — T分钟的失水量， T — T分钟 （分钟） 公式在325目筛网，7MPa压差下通过实验结果进行计 算获得，从计算结果分析，它并不代表真实的井下失水情 况，仅能作为一个相对的衡量指标。那么水泥浆通过实验 获得的失水量与井下实际的失水情况有什么关系。针对这 个问题进行的研究表明： 22
8
三.水泥浆设计
1.水泥浆设计的约束条件 A.了解油藏特性（主要针对尾浆） ①水泥浆所在位置深度的油，气，水流体 性质； ②完井开采方式。 裸眼，射孔，酸化，压裂，注水，热采 等。 B.地质条件限制（主要针对体系的选择） ①井深，岩性，井温；
27
美国修斯公司实验证明： 用API搅拌器搅拌35秒 稠化时间 — 2:44 螺杆搅拌器搅拌5分钟 稠化时间— 5:12 由此证明，水泥浆的稠化时间必须按 API标准规定的实验方法进行，否则将会给 施工带来不可挽回的损失。
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API标准对水泥浆稠化实验有比较严 格的程序，稠化实验中要确定的基本参数 主要有：井深，地温梯度（井底静止温度 或井底最高循环温度），完井时泥浆密度。 在已知这三个基本参数后，可参照API标 准给出的实验方案进行试验。
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稠化时间的确定
稠化时间 = 施工时间 + 1～2小时安全因子； 安全因子 — 深井（>5000M）一般取2～3小时； 分级注水泥 — 实验中还必须有1小时或更长的 停机时间 ； 对于符合要求的稠化曲线其过渡时间的稠度应 ≤30min
21
d.地层的渗透性（或渗滤介质）
水泥浆失水量的大小不但与水泥浆的体系有关，而且 与地层的岩性以及渗滤介质有关。 API标准中给出了计算及：
Q30 QT
5.477 T
其中： Q30— 30分钟的失水量， QT — T分钟的失水量， T — T分钟 （分钟） 公式在325目筛网，7MPa压差下通过实验结果进行计 算获得，从计算结果分析，它并不代表真实的井下失水情 况，仅能作为一个相对的衡量指标。那么水泥浆通过实验 获得的失水量与井下实际的失水情况有什么关系。针对这 个问题进行的研究表明： 22
《钻井与完井工程》课件——7固井.
特点：瞬时地、单一地作用在套管上。
产生原因：
起下钻时速度变化产生的动载 阻、卡套管时提拉动载 摩擦动载 碰压动载 密度差产生的附加拉力
18
一、套管外载分析与计算 作用在套管上的主要载荷应是：
轴向力：自重、浮力 外挤压力 内压力
19
一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 管外钻井液液柱压力:（水泥不返
12
第一节 套管及套管柱强度设计
13
序言
套管柱的主要功能 对套管的要求
抗挤 抗拉 抗内压
圆度 壁厚均匀性 抗腐蚀 最小的流动阻力
密封
良好的上扣性能及重复互 换性能
耐磨（硬度指标）
14
序言
套管柱的组成 由不同强度的套管段组成
原因：
套管受到各种类型外力作用，须具有一定 强度。 外载大小、类型不同，所需的强度要求也 不同，须有一系列不同尺寸、不同强度的 套管。即套管系列。
➢ 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
7
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
因此，要计算支撑内压力，首先要知道漏失面的深度。
24
一、套管外载分析与计算
1.径向外挤压力 （2）支撑内压力
HL Hn
漏失面深度确定：假设下一次钻进钻至下 一层套管的下入深度（下一井段的目的井 深）时发生井漏，并假设漏失层的孔隙压
产生原因：
起下钻时速度变化产生的动载 阻、卡套管时提拉动载 摩擦动载 碰压动载 密度差产生的附加拉力
18
一、套管外载分析与计算 作用在套管上的主要载荷应是：
轴向力：自重、浮力 外挤压力 内压力
19
一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 管外钻井液液柱压力:（水泥不返
12
第一节 套管及套管柱强度设计
13
序言
套管柱的主要功能 对套管的要求
抗挤 抗拉 抗内压
圆度 壁厚均匀性 抗腐蚀 最小的流动阻力
密封
良好的上扣性能及重复互 换性能
耐磨（硬度指标）
14
序言
套管柱的组成 由不同强度的套管段组成
原因：
套管受到各种类型外力作用，须具有一定 强度。 外载大小、类型不同，所需的强度要求也 不同，须有一系列不同尺寸、不同强度的 套管。即套管系列。
➢ 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
7
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
因此，要计算支撑内压力，首先要知道漏失面的深度。
24
一、套管外载分析与计算
1.径向外挤压力 （2）支撑内压力
HL Hn
漏失面深度确定：假设下一次钻进钻至下 一层套管的下入深度（下一井段的目的井 深）时发生井漏，并假设漏失层的孔隙压
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减小风险的措施
水泥综合性能检测，选择综合性 能好的水泥浆体系
精确施工
套管居中措施
安装6个扶正器 未考虑其它套管居中措施
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
环空水泥密封性差
充氮水泥体系复杂，影响因素多 水泥浆体积少，易受污染（设
计62桶，实际充氮水泥45桶） 未加降失水剂、泡沫稳定剂 未进行全面的室内实验 充氮水泥可能稳定性差，氮气
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
固井设备及工艺
2015年7月17日
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
固井技术重要性及存在问题 套管的类型 固井设备及工具 常规注水泥工艺流程 注水泥工艺技术
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
1、现代固井技术的特点
独立专业体系 多专业交叉 多学科支撑 系统工程 一次性工程 隐蔽性工程 高投资 高风险 百年大计
井筒密封性没有建立或失效
– 环空注水泥质量差，未能封隔油气储层， 导致油气上窜
– 套管鞋装置失效，未能阻止油气上窜
未能及时监测到油气上窜，井控失效
– 负压力测试解读错误，油气井完整性未满 足要求，就进行下一步的施工
– 井控监督未及时下达指令 – 紧急停车系统失效，造成油气点燃
油气在深水平台上点燃
多专业
多学科
地质
力学
化学
数学
材料
冶金
机械
经济
油气井工程 信息工程
管理工程
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
高投资
占
各
勘
专
探
业
开 发 投
投 资
资
比
比
例
例
某 在整个建井工程技术投资中，
深
固井投资比例在20-30%。
探
井 投
在整个建井工程中，只有固井
资
工程中的套管和水泥浆留在油
– 导流至泥浆天然气分离装置时天然气泄漏 至钻机平台
– 消防系统未能组织油气点燃
紧急封井器未能及时密封–紧急封井器未能封住井口2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
选择充氮水泥的原因
窄密度窗口，降低液柱压力
可能存在的风险
泡沫稳定性差 水泥浆体积少（总共62桶） 水泥浆易受污染
比
例
气井中。
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
高风险：小问题带来大麻烦
井喷——灾难性后果（墨西哥湾事故） 灌香肠、插旗杆——整井报废，单井段报废，经济损失巨大 挤毁套管——整井报废，单井段报废，经济损失巨大 油气水窜——单井段报废，降低开发效益 环空带压——开发隐患，增加作业成本、环境危害 超缓凝——延长作业时间、增加作业成本 返高不够——降低封固质量，增加补救作业成本 过早套损——单井报废，增加作业成本，降低开发效益 ……
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
固井可能带来的危害
作业水深：1524m 离岸距离：77km 油 公 司：BP 钻井承包商：越洋钻探公司 固井服务公司：哈里伯顿
11人死亡，17人受伤，大面积海域受到严重污染
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
水泥浆的失水量过大（失水为 302mL/30min，标准规定为50mL/30min）
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
套管鞋内密封失效，密封装置失效
套管鞋内装置未能 封隔油气
套管鞋内2道密封失效（套管内 水泥和浮箍阀）
充氮水泥易受污染，氮气从浆体 中上窜
会上窜 8 ½”井眼下7”套管，接箍处水泥
顶替效率问题以及水泥环薄
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
水泥浆体系存在的问题
委托独立实验室对固井水泥浆进行了超过 500次的实验
充氮水泥中50％的泡沫地面条件下不稳定
约18.5％的泡沫水泥（井下条件）不稳定
哈里伯顿公司的充氮水泥浆的屈服值过低 （135℉时的屈服值为2 1b/100ft2）
台 H6-1 井 339.7mm 表 层 套 管 固 完井候凝时，北东方向约 250 米冒气水后目前情况
台 6-7井 273mm表层套 管固 完井候凝时，地表窜出盐 水和水溶气
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
2、现代固井技术面临形势
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
固井后16小时替海水作业，单流 阀承受21.4MPa的上顶力，可能 造成单流阀损坏
井口封隔器未安装锁止滑套，密 封系统出现致命的缺陷。
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
固井可能带来的危害
涩北气田气层埋藏浅，分布井段长（408.0-1738.2m），层数多（54-79），气水界面复杂, 浅层气、浅层盐水活跃。台H6-1井、台6-7井，一开钻至800m下入表层套管固井后，候凝过 程中套管外地表窜出盐水和水溶气，被迫报废
一、固井技术重要性及存在问题
3、现代固井技术存在问题
复杂井一次作业成功率有待提高
提高固井一次作业成功率，是确保工程技术安全的关键，
是提高固井质量的保障，省略后期补就作业。
有 办
复杂层间有效封隔能力不强
法
实现层间有效封隔，是后续安全钻井的保障，是提高开
发效益的保障。
无
长寿命封固质量无法确保
把 握
固井的长期封固质量，是延长油气井寿命的关键，是提
高单井综合经济效益的关键。
核心问题：密封完整性 结构完整性 腐蚀完整性
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
固井技术重要性及存在问题 套管的类型 固井设备及工具 常规注水泥工艺流程 注水泥工艺技术
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二、套管柱的类型
1、表层套管 主要用途： 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层； 安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。 下深位置： 根据钻井的目的层深度和地表状况而定，
一般为上百米甚至上千米。 水泥返高： 返升到地面。
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二、套管柱的类型
2、生产套管（油层套管）
主要用途： 用以保护生产层；提供油气生产通道。 下深位置： 由目的层位置及完井方式而定。 水泥返高： 一般返至拟封固地层以上200m。若拟封层 为高压气层有时也需要返至地面。
水泥综合性能检测，选择综合性 能好的水泥浆体系
精确施工
套管居中措施
安装6个扶正器 未考虑其它套管居中措施
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
环空水泥密封性差
充氮水泥体系复杂，影响因素多 水泥浆体积少，易受污染（设
计62桶，实际充氮水泥45桶） 未加降失水剂、泡沫稳定剂 未进行全面的室内实验 充氮水泥可能稳定性差，氮气
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
固井设备及工艺
2015年7月17日
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
固井技术重要性及存在问题 套管的类型 固井设备及工具 常规注水泥工艺流程 注水泥工艺技术
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
1、现代固井技术的特点
独立专业体系 多专业交叉 多学科支撑 系统工程 一次性工程 隐蔽性工程 高投资 高风险 百年大计
井筒密封性没有建立或失效
– 环空注水泥质量差，未能封隔油气储层， 导致油气上窜
– 套管鞋装置失效，未能阻止油气上窜
未能及时监测到油气上窜，井控失效
– 负压力测试解读错误，油气井完整性未满 足要求，就进行下一步的施工
– 井控监督未及时下达指令 – 紧急停车系统失效，造成油气点燃
油气在深水平台上点燃
多专业
多学科
地质
力学
化学
数学
材料
冶金
机械
经济
油气井工程 信息工程
管理工程
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
高投资
占
各
勘
专
探
业
开 发 投
投 资
资
比
比
例
例
某 在整个建井工程技术投资中，
深
固井投资比例在20-30%。
探
井 投
在整个建井工程中，只有固井
资
工程中的套管和水泥浆留在油
– 导流至泥浆天然气分离装置时天然气泄漏 至钻机平台
– 消防系统未能组织油气点燃
紧急封井器未能及时密封–紧急封井器未能封住井口2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
选择充氮水泥的原因
窄密度窗口，降低液柱压力
可能存在的风险
泡沫稳定性差 水泥浆体积少（总共62桶） 水泥浆易受污染
比
例
气井中。
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
高风险：小问题带来大麻烦
井喷——灾难性后果（墨西哥湾事故） 灌香肠、插旗杆——整井报废，单井段报废，经济损失巨大 挤毁套管——整井报废，单井段报废，经济损失巨大 油气水窜——单井段报废，降低开发效益 环空带压——开发隐患，增加作业成本、环境危害 超缓凝——延长作业时间、增加作业成本 返高不够——降低封固质量，增加补救作业成本 过早套损——单井报废，增加作业成本，降低开发效益 ……
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
固井可能带来的危害
作业水深：1524m 离岸距离：77km 油 公 司：BP 钻井承包商：越洋钻探公司 固井服务公司：哈里伯顿
11人死亡，17人受伤，大面积海域受到严重污染
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
水泥浆的失水量过大（失水为 302mL/30min，标准规定为50mL/30min）
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
套管鞋内密封失效，密封装置失效
套管鞋内装置未能 封隔油气
套管鞋内2道密封失效（套管内 水泥和浮箍阀）
充氮水泥易受污染，氮气从浆体 中上窜
会上窜 8 ½”井眼下7”套管，接箍处水泥
顶替效率问题以及水泥环薄
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
水泥浆体系存在的问题
委托独立实验室对固井水泥浆进行了超过 500次的实验
充氮水泥中50％的泡沫地面条件下不稳定
约18.5％的泡沫水泥（井下条件）不稳定
哈里伯顿公司的充氮水泥浆的屈服值过低 （135℉时的屈服值为2 1b/100ft2）
台 H6-1 井 339.7mm 表 层 套 管 固 完井候凝时，北东方向约 250 米冒气水后目前情况
台 6-7井 273mm表层套 管固 完井候凝时，地表窜出盐 水和水溶气
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
2、现代固井技术面临形势
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
固井后16小时替海水作业，单流 阀承受21.4MPa的上顶力，可能 造成单流阀损坏
井口封隔器未安装锁止滑套，密 封系统出现致命的缺陷。
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
一、固井技术重要性及存在问题
固井可能带来的危害
涩北气田气层埋藏浅，分布井段长（408.0-1738.2m），层数多（54-79），气水界面复杂, 浅层气、浅层盐水活跃。台H6-1井、台6-7井，一开钻至800m下入表层套管固井后，候凝过 程中套管外地表窜出盐水和水溶气，被迫报废
一、固井技术重要性及存在问题
3、现代固井技术存在问题
复杂井一次作业成功率有待提高
提高固井一次作业成功率，是确保工程技术安全的关键，
是提高固井质量的保障，省略后期补就作业。
有 办
复杂层间有效封隔能力不强
法
实现层间有效封隔，是后续安全钻井的保障，是提高开
发效益的保障。
无
长寿命封固质量无法确保
把 握
固井的长期封固质量，是延长油气井寿命的关键，是提
高单井综合经济效益的关键。
核心问题：密封完整性 结构完整性 腐蚀完整性
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
固井技术重要性及存在问题 套管的类型 固井设备及工具 常规注水泥工艺流程 注水泥工艺技术
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
二、套管柱的类型
1、表层套管 主要用途： 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层； 安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。 下深位置： 根据钻井的目的层深度和地表状况而定，
一般为上百米甚至上千米。 水泥返高： 返升到地面。
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
二、套管柱的类型
2、生产套管（油层套管）
主要用途： 用以保护生产层；提供油气生产通道。 下深位置： 由目的层位置及完井方式而定。 水泥返高： 一般返至拟封固地层以上200m。若拟封层 为高压气层有时也需要返至地面。