固井设备及工艺

2015年7月专业实习——固井设备及工艺
三、固井设备及工具
• 旋流短节：使水泥浆旋流上 返，以利于提高顶替效率， 保证注水泥质量。 • 回压凡尔：下套管过程中减 轻套管重量；注水泥过程中
防止水泥浆倒流，保证水泥
浆上返高度。 • 承托环：控制水泥塞高度。
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
三、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。 16
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
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） 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
多专业
多学科
数学 经济 管理工程
百年大计
信息工程
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 勘 探 开 发 投 资 比 例
各 专 业 投 资 比 例
某 深 探 井 投 资 比 例
在整个建井工程技术投资中， 固井投资比例在20-30%。 在整个建井工程中，只有固井 工程中的套管和水泥浆留在油 气井中。
水泥浆易受污染
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
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
复杂层间有效封隔能力不强
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。
有 办 法 无 把 握
长寿命封固质量无法确保
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
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
三、固井设备及工具
1、套管柱下部结构
• • 引鞋：引导套管入井，防止套管插入井壁或刮削井壁。 套管鞋：引导钻具顺利进入套管，防止钻具的接头、钻头被套 官底部挂住。
三、固井设备及工具
2、注水泥设备
• 注水泥设备包括：水泥车、水泥 罐车、供液车和压塞车。
水泥车 供液、 压塞 综合 车 水泥罐车
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
三、固井设备及工具
3、注水泥工具
• 注水泥工具包括：水泥头 、顶胶塞、分级箍。
顶胶塞
(a) 单塞水泥头 (b) 双塞水泥头（c) 钻杆水泥头
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
五、注水泥工艺技术
（2）分级箍的类型 根据分级箍循环孔的打开与关 闭方式的不同，分级箍可分为机 械式分级箍、液压分级箍和全通 径分级箍。 1）机械式分级箍 利用机械式分级箍由打开滑 套、关闭滑套、剪切球、防转 动装置和本体等部件组成，另 外还包括打开塞、关闭塞。
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
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
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
二、套管柱的类型
4、尾管（衬管）
是在已下入一层技术套管后采用，即在裸 眼井段下套管、注水泥，而套管柱不延伸到井口。 主要用途：减轻下套管时钻机的负荷和固井 后套管头负荷；节省套管和水泥。 一般适用于深井和超深井。 下深位置：必须依据井身结构设计原则来进 行合理设计。 水泥返高：返至衬管或者尾管悬挂器处，把 尾管悬挂器与上层套管紧密连接在一起。 19
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
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 地质 材料 油气井工程 力学 冶金 化学 机械
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
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
油气在深水平台上点燃
– 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）
主要用来封隔不同地层压力层系或易漏、易 塌、易卡等井下复杂地层。 下深位置： 在表层套管和生产套管之间由于技术要求下 入的套管，可以是一层、两层或更多层，因此每 层的下深都必须依据井身结构设计原则来进行合 理设计。 水泥返高： 一般返至拟封固地层以上50～200m。若拟封层为 高压气层需要返至地面。 18
挡销
水泥浆
联顶节
套管头
套管串
扶正器
浮箍 浮鞋
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
四、常规注水泥工艺流程
2、常规固井注水泥工艺流程
打前置液
注水泥浆
顶胶塞
替钻井液
32
碰压
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
四、常规注水泥工艺流程
装水泥头、循环洗井
放下底胶塞、打隔离液
注水泥浆
压顶胶塞
井筒中替换成洗井液
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
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
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
五、注水泥工艺技术
1、多级注水泥工艺技术
利用注水泥分级箍，把水泥浆分成两级（或三级）进行固井的方式称为分
级固井。
（1） 分级固井的应用范围
① 一次注水泥封固段太长，顶替泵压过高，一般注水泥设备难以满足施工 要求。 ② 低压易漏失井固井时，由于一次封固段太长，环空压力过高，容易引起 固井漏失和污染产层。 ③ 因一次封固段太长，上下温度太大，水泥浆性能无法保证固井要求。 ④ 油气分布不均，不连续且中间间隔距离太长时。 分级固井是油气层保护和长封固段固井的有效手段之一，分级箍也常与管 外封隔器配合使用。
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
三、固井设备及工具
扶正器：使套管在井内居中，
保证管外水泥环均匀分布。分 为弹性扶正器和刚性扶正器。
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
三、固井设备及工具
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
三、固井设备及工具
有时还会用到封隔器、水泥伞等
水泥伞
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
充氮水泥可能稳定性差，氮气
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
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
三、固井设备及工具
分级箍
分级固井技术附件
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
四、常规注水泥工艺流程
1、注水泥管串结构
压力表 胶塞 顶替液 压塞液 水泥头
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
五、注水泥工艺技术
① 把接有分级箍的套管串下入井内后循环洗井；② 注前置液和水泥进行第一级固井；③ 一级水泥浆注完后，压入一级胶塞。一级胶塞可顺利通过分级箍下行，到达浮箍后实现碰压， 完成第一级注水泥；④ 投入打开塞（重力下行），打开塞作于打开滑套上，加压剪断铜制剪 切球从而打开分级箍旁通孔，循环冲洗掉分级箍以上多余的水泥浆，循环等待一级水泥浆有 一定的胶凝强度；⑤ 通过分级箍旁通孔进行第二级注水泥作业；⑥ 二级注水泥完毕后压入 关闭塞，关闭塞坐封在关闭塞滑套上，加压剪断剪切球，关闭分级箍通孔并实现碰压；⑦ 关 井侯凝；⑧ 钻掉分级箍内的关闭塞和打开塞。
浮鞋和浮箍 (Float Shoe and Float Collar)
浮鞋联接在套管串的最下部，其下部形状与引鞋相似，可以引导套管 顺利下入，浮鞋内部有一个单流阀（浮阀），其作用是下套管过程中可增 大浮力，减小大钩负荷，同时在顶替完毕后，防止水泥浆反流入套管内。 自动灌浆式浮鞋（或浮箍）可实现下套管过程中的自动灌浆，当环空压 力与套管内压力达到一定值后，浮阀自动开启以实现自动灌浆。 浮箍的作用与浮鞋类似，其主要作用是防止水泥浆反流入套管内并实 现碰压。
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
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。
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Leabharlann Baidu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
2015年7月专业实习——固井设备及工艺
二、套管柱的类型
3、中间套管（技术套管）
主要用途：
碰压
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
五、注水泥工艺技术
1、多级注水泥工艺技术 2、尾管注水泥工艺技术 3、内插管注水泥工艺技术 4、水泥浆管外封隔器固井技术 5、挤注水泥和打水泥塞