固井

固井

第一章概述

一、固井工程的概念

利用水泥充填套管与井壁环形空间的作业。

图1 固井注水泥作业示意图

二、固井的目的

1、加固井壁，保证继续安全钻进。

2、封隔油气水层，保证勘探期间的分层试油及在整个开采过程中合理的油气生产。

三、固井的起源和发展

1、美国1903年在加里福尼亚劳木波斯油田使用水泥浆封堵井

内油层上部的水层，法兰克和联合石油公司把50袋硅酸盐水泥混合好后，用捞沙筒送到井内，28天以后把井内的水泥钻掉，再钻完油层后完井。

2、中国则在1200年前则在顿钻打成的井中用桐油加石灰（CaO）加固环隙，用以开采天然气。

1910年可以在600—900米深的井内进行固井。

3、657年前（1937年）API（美国石油学会）标准化委员会成立。

4、此后产生了固井专用设备水泥车，化验设备和水泥外加剂。发展了各种条件下的固井工具和固井工艺。

5、科学化固井

固井是钻井工作的最后一道工序，它的成功与否意义非常重大，轻则造成成本浪费，重则造成开采失败，因此各采油国都十分重视固井工作的研究。它是一门多学科组成的应用科学，是地质、石油、机械、化学、流体力学和电子学科等科学水平的集中体现。

第二章套管设计

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。

（三） 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。

（四） 表层套管

表层套管下入深度一般在30～150m ，通常水泥浆返至地表．用来防护浅水层污染，封隔浅层流砂、砾石层及浅层气．同时用来安装井口防喷器以便继续钻进，它也是井口设备（套管头及采油树）的唯一支撑件，以及悬挂依次下入的各层套管（包括采油管柱）载荷。

（五） 技术套管

技术套管用来隔离坍塌地层及高压水层，防止井径扩大，减

(b)

(a)

套管类型

(a)正常压力井；(b)异常压力井

少阻卡及键槽的发生，以便继续钻进。技术套管还用来分隔不同的压力层系，以便建立正常的钻井液循环。它也为井控设备的安装、防喷，防漏及悬挂尾管提供了条件，对油层套管还具有保护作用。

（六）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。

（七）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。

（八）组合套管柱

组合套管柱是各段套管的重量和钢级不同，但其外径相同。

（九）异径套管柱

异径套管柱是从上到下各段套管的外径不同的套管柱。

二、通用的套管、井眼尺寸

通用的套管、井眼尺寸

三、安全系数的确定

１、抗内压 1.125

根据采油作业压力、管材进行选择

２、抗外剂 1.8

Ａ根据实际地层压力确定

Ｂ根据上履地层压力系数0.0235Ｍpa/m（用于岩膏层井段）确定。

Ｃ根据开发经验确定

中原油田经过26年的开发，发现仅用上履地层压力设计是不够的，对于岩膏层的易塑性变形的地层，最大外挤力达到上履压力系数的3.5倍，因此开发了厚壁套管，即TP130TT，外径152mm，

壁厚16.9mm，与10.5/P110比较，抗外挤强度提高由104升至210kg/cm2，基本上消除了由于地层压力原因造成的套管损坏。

四、识别套管颜色标记（ＡＰＩ）

H-40 灰色N-80 红

J-55 浅绿C-95 棕

K-55 深绿P-110 白

C-75 蓝U-150 白

L-80 红/棕/红

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

第三章固井设备（图）

一、水泥车

T815 AC-400型

CPT-N4

CPT-Y4

二、供水车

三、运灰车

四、混灰设备

第四章化验设备（图略）

一、稠化仪：高温高压稠化仪

常压稠化仪

二、失水仪：高温高压失水仪

三、瓦林搅拌器

四、抗压强度机

五、旋转粘度仪

第五章水泥

历史上一般认为一位英国瓦匠约瑟夫〃亚斯波丁（Joseph Aspdin）是硅酸盐水泥的发明者，他在1824年发表了一份关于类似灰色岩石物质称为“水泥”的专利，该成分在水中能够水化和硬化，所以称之为水硬性材料，这是我们所知道的最早的硅酸盐水泥。

一、分类

●ASTM（美国材料试验学会）分为：1、2、3、4、5

●API（美国石油学会）（1953年公布第一份油井水泥标准）：

A、B、C、D、E、F、G、H、J

●俄罗斯：OW-1、OW-2、OW-3、OW-4、OW-5

●罗马尼亚：S1、S2、S3

●匈牙利：Hmfpc、Fmfpc