固井基础理论知识
固井基础知识
决定于设计的准确性和准备工作的好坏,受多种因素的综合影响；
影响后续工程的进行； 是一项花钱多的工程；
固井工程是准备时间长（1～2周）、施工时间短（1～2小时）、费
用高（占钻井成本的15% ～ 30%）、工序多、工作量大和技术性强 的工程。
一、固井概论
占 勘 探 开 发 投 资 比 例
高投资
居中（达到环空充填材料几何特征与强度均匀）
替净（实现流体置换完全与界面耦合紧密要求）
压稳（制止地下流体沿水泥基体周界运移窜通）
稳定（特定开采环境下产层枯竭前长期耐久性）
一、固井概论
保证固井质量的重要意义
完井工程和井底完成结构是实现开发效果的基本保证，固井工程是关 键环节； 水泥环层间封隔是后期作业、开采的保证；
除此之外还发生其他二次反应，生成物中有大量的硅酸盐水化产 物及氢氧化钙等。
一、固井概论
（2）水泥凝结与硬化
水泥的硬化分为三个阶段： 溶胶期：水泥与水混合成胶体液，开始发生水化反应，水化产 物的浓度开始增加，达到饱和状态时部分水化物以胶态或微晶 体析出，形成胶溶体系。此时水泥浆仍有流动性。 凝结期：水化反应由水泥颗粒表面向内部深入，溶胶粒子及微 晶体大量增加，晶体开始互相连接，逐渐絮凝成凝胶体系。水 泥浆变稠，直到失去流动性。 硬化期：水化物形成晶体状态，互相紧密连接成一个整体，强 度增加，硬化成为水泥石。
（l）对固井质量的基本要求
– 水泥浆返高和水泥塞高度必须符合设计要求； – 注水泥井段环空内的钻井液顶替干净； – 水泥石与套管及井壁岩石胶结良好； – 水泥凝固后管外不冒油、气、水，不互窜； – 水泥石能经受油、气、水长期的侵蚀。
（2）在固井中常出现的固井质量问题
固井基础知识
第二部分固井基础知识第一章基本概念1、什么叫固井？固井是指向井内下入一定尺寸的套管串，并在其周围注以水泥浆,把套管与井壁紧固起来的工作.2、什么叫挤水泥?是水泥浆在压力作用下注入井中某一特定位置的施工方法。
3、固井后套管试压的标准是什么？5英寸、5 1/2英寸试压15MPa，30分钟降压不超过 0.5MPa，7英寸，9 5/8英寸分别为10MPa和8MPa,30分钟不超过0。
5MPa；10 3/4-13 3/8英寸不超过6MPa，30分钟压降不超0。
5MPa。
4、什么叫调整井？为挽回死油区的储量损失，改善断层遮挡地区的注水开发效果以及调整平面矛盾严重地段的开发效果所补钻井叫调整井。
5、什么叫开发井？亦属于生产井的一种，是指在发现的储油构造上第一批打的生产井.6、什么叫探井？在有储油气的构造上为探明地下岩层生储油气的特征而打的井。
7、简述大庆油田有多少种不同井别的井?有探井、探气井、资料井、检查井、观察井、标准井、生产井、调整井、更新井、定向井、泄压井等.8、什么叫表外储层？是指储量公报表以外的储层（即未计算储量的油层）。
包括:含油砂岩和未划含油砂岩的所有含没产状的储层。
9、固井质量要求油气层底界距人工井底不少于多少米?探井不少于多少米？固井质量要求，调整井、开发井油、气层底界距人工井底不少于25米（探井不少于15米）。
10、调整井（小于等于1500米）按质量标准井斜不大于多少度？探井(小于等于3000米）按质量标准井斜不大于多少度？调整井按质量标准井斜不大于3度。
探井按质量标准井斜不大于5度。
11、调整井（小于等于1500米）井底最大水平位移是多少？探井（小于等于3000米）井底最大水平位移是多少?调整井井底最大水平位移是40米.探井井底最大水平位移80米。
12、目前大庆油田常用的固井方法有哪几种？（1）常规固井（2）双密度固井（变密度固井）（3）双级注固井（4）低密度固井（5）尾管固井13、目前大庆油田形成几套固井工艺？（1）多压力层系调整井固井工艺技术。
固井技术基础
固井技术基础（量大、多图、易懂）概述1、固井的概念为了达到加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的分层测试及在整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。
2、固井的目的1. 封隔易坍塌、易漏失的复杂地层，巩固所钻过的井眼，保证钻井顺利进行；2. 提供安装井口装置的基础，控制井口喷和保证井泥浆出口高于泥浆池，以利钻井液流回泥浆池；3. 封隔油、气、水层，防止不同压力的油气水层间互窜，为油气的正常开采提供有利条件；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；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；3、固井的步骤1. 下套管套管与钻杆不同，是一次性下入的管材，没有加厚部分，长度没有严格规定。
为保证固井质量和顺利地下入套管，要做套管柱的结构设计。
根据用途、地层预测压力和套管下入深度设计套管的强度，确定套管的使用壁厚，钢级和丝扣类型。
2. 注水泥注水泥是套管下入井后的关键工序，其作用是将套管和井壁的环形空间封固起来，以封隔油气水层，使套管成为油气通向井中的通道。
3. 井口安装和套管试压下套管注水泥之后，在水泥凝固期间就要安装井口。
表层套管的顶端要安套管头的壳体。
各层套管的顶端都挂在套管头，套管头主要用来支撑技术套管和油层套管的重量，这对固井水泥未返至地面尤为重要。
套管头还用来密封套管间的环形空间，防止压力互窜。
套管头还是防喷器、油管头的过渡连接。
陆地上使用的套管头上还有两个侧口，可以进行补挤水泥、监控井况。
注平衡液等作业。
4. 检查固井质量安装好套管头和接好防喷器及防喷管线后，要做套管头密封的耐压力检查，和与防喷器联接的密封试压。
探套管水泥塞后要做套管柱的压力检验，钻穿套管鞋2~3米后（技术套管）要做地层压裂试验。
生产井要做水泥环的质量检验，用声波探测水泥环与套管和井壁的胶结情况。
固井质量的全部指标合格后，才能进入到下一个作业程序。
固井技术基础
固井技术基础标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]固井技术基础（量大、多图、易懂）概述1、固井的概念为了达到加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的分层测试及在整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。
2、固井的目的1. 封隔易坍塌、易漏失的复杂地层，巩固所钻过的井眼，保证钻井顺利进行；2. 提供安装井口装置的基础，控制井口喷和保证井内泥浆出口高于泥浆池，以利钻井液流回泥浆池；3. 封隔油、气、水层，防止不同压力的油气水层间互窜，为油气的正常开采提供有利条件；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；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；3、固井的步骤1. 下套管套管与钻杆不同，是一次性下入的管材，没有加厚部分，长度没有严格规定。
为保证固井质量和顺利地下入套管，要做套管柱的结构设计。
根据用途、地层预测压力和套管下入深度设计套管的强度，确定套管的使用壁厚，钢级和丝扣类型。
2. 注水泥注水泥是套管下入井后的关键工序，其作用是将套管和井壁的环形空间封固起来，以封隔油气水层，使套管成为油气通向井中的通道。
3. 井口安装和套管试压下套管注水泥之后，在水泥凝固期间就要安装井口。
表层套管的顶端要安套管头的壳体。
各层套管的顶端都挂在套管头内，套管头主要用来支撑技术套管和油层套管的重量，这对固井水泥未返至地面尤为重要。
套管头还用来密封套管间的环形空间，防止压力互窜。
套管头还是防喷器、油管头的过渡连接。
陆地上使用的套管头上还有两个侧口，可以进行补挤水泥、监控井况。
注平衡液等作业。
4. 检查固井质量安装好套管头和接好防喷器及防喷管线后，要做套管头密封的耐压力检查，和与防喷器联接的密封试压。
探套管内水泥塞后要做套管柱的压力检验，钻穿套管鞋2~3米后（技术套管）要做地层压裂试验。
固井讲义
固井工艺第一章前言一、固井概念及固井工程的特点在一口井的井眼和套管之间注入水泥的过程称为固井。
固井的主要目的是封堵环形空间，环形空间中的水泥环阻止了地层流体的流动，并达到地层之间相互隔离的目的。
固井工程的特点：（1）固井作业是一次性工程，如质量不好一般难以补救，即使采用挤水泥的方法补救，却耗时、耗物，造成不必要的经济损失。
（2）固井作业是一项系统工程、隐蔽工程，涉及的学科多、内容多，且主要流程在井下，施工时未知因素较多，有一定风险。
（3）固井质量直接影响油气田安全合理开发或后继钻井的正常进行。
（4）固井工程是一项时间短，费用高，工序内容多，工作量大和技术性强的工程。
固井工程的主要内容为下套管和注水泥两大部分。
下面着重介绍注水泥工艺。
二、油气井注水泥的目的和注水泥质量的基本要求1、油气井注水泥的目的套管注水泥、尾管注水泥、挤水泥和打水泥塞等注水泥作业，其目的和要求完全不同，但究其基本要求有以下三方面：一是如何使环形空间完全充满水泥浆；二是如何使水泥浆在注替和凝结过程中压稳油、气、水层，不产生井漏，并封隔好油、气、水层；三是保护生产管柱（各类型套管柱）。
注水泥可分为以下两类，即正常注水泥(称为一213次注水泥)和补救注水泥(称为二次注水泥)。
对于钻井工程来讲，主要涉及一次注水泥，注水泥的目的主要有以下几方面：（1）封隔油、气、水层，阻止地层间流体相互窜流，保护生产层；（2）封隔严重漏失层或其它坍塌等复杂地层；（3）支撑套管和防止地下流体对套管的腐蚀。
2、注水泥质量的基本要求根据注水泥封隔油、气、水层，保护生产层和加固井壁的主要目的，注水泥质量的基本要求如下：（1）水泥浆返高和套管内水泥塞高度必须符合地质和工程设计要求，过高和过低都是不允许的；（2）注水泥段环形空间的钻井液应全部被水泥浆顶替干净，即在封固井段无钻井液窜槽存在；（3）水泥环与套管和井壁间有足够的胶结强度，能经受住酸化压裂等增产措施；（4）水泥石应具有良好的密封性能和低渗透性能，能较好地防止油、气、水窜及油气水的长期侵蚀和破坏。
【钻井工程】固井工程技术基础
目录前言第一章固井概论第一节固井概念第二节固井的目的和要求第二章套管、固井工具、附件和材料第一节API套管标准和规范第二节固井工具、附件第三节固井材料第三章固井工程技术基础第一节固井工艺第二节固井水泥浆第三节注水泥施工程序第一章固井概述一、固井概念为了达到加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的封层测试及整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒于钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。
因此固井包括了两部分：下入套管的工艺和注入水泥浆的工艺叫做固井工艺。
固井作业固井作业是通过固井设计，应用配套的固井设备、辅助设备及工具，将油井水泥、水和添加剂按一定的比例混合后，通过固井泵泵注入井，并顶替到预定深度的井壁与套管、（套管与套管）的环形空间内，使套管与井壁、（套管与套管）之间形成牢固粘结。
固井设备总体示意图二、固井目的和要求1、固井的目的一口油井深达数千米，在钻井过程中常常遇到井漏、井塌、井喷等复杂情况，影响正常钻进，严重时甚至导致井眼报废。
遇到上述情况就应下套管固井，封隔好复杂地层后，再继续钻进，直到建立稳定的油气通道为止。
因此,为了优质快速钻达目的层，保证油气田的开采，就要采用固井，固井工程的主要目的为：1）、在钻进过程中封隔易坍塌、易漏失等复杂地层，巩固所钻过的井眼保证钻井顺利进行。
（如图1-1所示），当从A点钻进至B点，如果在A点井深处没下套管固井，那么随着井深的变化，钻达B点所用泥浆密度在A点产生的压力就会大于A点地层破裂压力，造成A点地层破裂，发生井漏。
同理，当从B点钻进至C点，如果在B点井深处没下套管固井，那么随着井深的变化，钻达C点所用泥浆密度在B点产生的压力就会大于B点地层破裂压力，造成B点地层破裂，发生井漏。
图1-1 下套管固井原理示意图2）、封隔油、气、水层，防止层间互窜。
固井工程不仅关系到钻进的速度和成本，还影响到油气田的开发。
（如图1-2所示），如果油、气层与水层间水泥固结不好，层间互相窜通，那么会给油气田开发带来很大困难。
固井技术基础
固井技术基础（量大、多图、易懂）概述1、固井的概念为了达到加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的分层测试及在整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。
2、固井的目的1. 封隔易坍塌、易漏失的复杂地层，巩固所钻过的井眼，保证钻井顺利进行；2. 提供安装井口装置的基础，控制井口喷和保证井内泥浆出口高于泥浆池，以利钻井液流回泥浆池；3. 封隔油、气、水层，防止不同压力的油气水层间互窜，为油气的正常开采提供有利条件；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；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；3、固井的步骤1. 下套管套管与钻杆不同，是一次性下入的管材，没有加厚部分，长度没有严格规定。
为保证固井质量和顺利地下入套管，要做套管柱的结构设计。
根据用途、地层预测压力和套管下入深度设计套管的强度，确定套管的使用壁厚，钢级和丝扣类型。
2. 注水泥注水泥是套管下入井后的关键工序，其作用是将套管和井壁的环形空间封固起来，以封隔油气水层，使套管成为油气通向井中的通道。
3. 井口安装和套管试压下套管注水泥之后，在水泥凝固期间就要安装井口。
表层套管的顶端要安套管头的壳体。
各层套管的顶端都挂在套管头内，套管头主要用来支撑技术套管和油层套管的重量，这对固井水泥未返至地面尤为重要。
套管头还用来密封套管间的环形空间，防止压力互窜。
套管头还是防喷器、油管头的过渡连接。
陆地上使用的套管头上还有两个侧口，可以进行补挤水泥、监控井况。
注平衡液等作业。
4. 检查固井质量安装好套管头和接好防喷器及防喷管线后，要做套管头密封的耐压力检查，和与防喷器联接的密封试压。
探套管内水泥塞后要做套管柱的压力检验，钻穿套管鞋2~3米后（技术套管）要做地层压裂试验。
生产井要做水泥环的质量检验，用声波探测水泥环与套管和井壁的胶结情况。
固井工程基础
二、常规套管、尾管柱
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一、井身结构（1）
井身结构 是指一口井中下入 套管的层数； 各层套管的尺寸及 下入深度； 管外水泥浆的返回 高度； 以及与各层套管尺 寸相配合的钻头直 径。
转盘面 @
0.00
m
30" & 13-3/8" 水泥返高：海底泥线 200% 裸眼附加量 15.8ppg 水泥浆 2400psi/24hr 30" X52, 1" 壁厚, Drilquip 13-3/8"首浆返高 海底泥线 100% 裸眼附加量 首浆:12.7ppg 13-3/8"尾浆返高 @ 695.00 m 尾浆: 15.6 ppg,2865psi/24hr
图3-1 固井设备总体示意图 6
图2-1 固井水泥浆充填示意图
一、固井工程基础（2）
特点 是一口油气井建井过程中的关键环节； 多工种联合施工的作业； 是一项应用科学； 是一次性工程； 是隐蔽性工程，主要流程在井下； 直接影响后续工程的进行； 施工时间短，工序内容多，作业量大、技术 性强的工程。
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海上常用的井身结构
钻头 套管 理论 钻头 套管 英寸 英寸 间隙值 英寸 名称 in in mm in 36"-42" 36"-42"( 水 隔水导管 ( 水力式 50.8-101. 30" 力式牙轮扩 （导管） 牙轮扩 6 孔器 ) 孔器 ) 28"-30"( 水 表层套管 26" 20" 63.5 力式牙轮扩 孔器 ) 技术套管 17 1/2" 13 3/8" 39.68 ( 保护套管) 12 1/4" 9 5/8" 20.64 生产套管 8 1/2" 6" 7" 5" 10.72 5.55 17 1/2" 12 1/4" 8 1/2" 6"
固井基础讲解
3、固井工程的特殊性 ➢是一次性工程,如果质量不好,一般情况下难以补救; ➢ 是隐蔽性工程,主要流程在井下,施工时不能直接观察, 质量控制往往决定于设计的准确性和准备工作的好坏, 受多种因素的综合影响;
➢ 影响后续工程的进行; ➢ 是一项花钱多的工程; ➢ 施工时间短,工序内容多,作业量大,是技术强的工程。
• 地面高压管汇 • 地面低压管线
• 井下分隔器
➢ 水泥承留器 ➢ RTTS分隔器 ➢ 桥塞
• 常用固井附件包括： 浮箍、浮鞋、扶正器、胶塞
刚性
弹性
固井材料 ➢ 水泥 ➢ 添加剂
水泥
目前国内外使用的油井水泥主要是硅酸盐水泥， 主要成分为水硬性硅酸钙。
根据不同井况的需要，API水泥分A至H八个级别。 此外还根据水泥抗硫酸盐能力进行分类，分为普通 型(O)、中抗硫型(MSR)和高抗硫型(HSR) 水泥分类：
固井基础知识介绍
固井工程基础介绍
固井工程基础介绍
➢固井概述 ➢固井工艺 ➢固井设备及工具 ➢固井材料
一、概述
1. 固井概念及常规作业程序 2. 固井的目的 3. 固井工程的特殊性 4. 固井质量评价
1、固井概念
狭义：向井内下入套管，并向井 眼和套管之间的环形空间注入 水泥的施工作业称之为固井。
• 固井泵车（撬）
• 批混车
• 灰罐车
固井工具
• 水泥头 • 循环头 • 地面高压管汇 • 地面低压管线 • 井下分隔器 • 固井附件
• 水泥头
套管水泥头（双塞）示意图 1－顶盖；2－密封圈；3－本体；4－释 放挡销；5－释放指示销；6－套管联接 短节
• 循环头
当套/尾管下入中途或下入套/尾管过 程中遇阻时，将循环头下端的套管扣或 分体短节连接于套管顶部，循环头上端 的接头连接于钻台至泥浆泵的管线上， 建立泥浆循环。
固井技术基础
固井技术基础(量大、多图、易懂)概述1、固井的概念为了达到加固井壁,保证继续安全钻进,封隔油、气与水层,保证勘探期间的分层测试及在整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管,并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业,称为固井工程。
2、固井的目的1、封隔易坍塌、易漏失的复杂地层,巩固所钻过的井眼,保证钻井顺利进行;2、提供安装井口装置的基础,控制井口喷与保证井内泥浆出口高于泥浆池,以利钻井液流回泥浆池;3、封隔油、气、水层,防止不同压力的油气水层间互窜,为油气的正常开采提供有利条件;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;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;3、固井的步骤1、下套管套管与钻杆不同,就是一次性下入的管材,没有加厚部分,长度没有严格规定。
为保证固井质量与顺利地下入套管,要做套管柱的结构设计。
根据用途、地层预测压力与套管下入深度设计套管的强度,确定套管的使用壁厚,钢级与丝扣类型。
2、注水泥注水泥就是套管下入井后的关键工序,其作用就是将套管与井壁的环形空间封固起来,以封隔油气水层,使套管成为油气通向井中的通道。
3、井口安装与套管试压下套管注水泥之后,在水泥凝固期间就要安装井口。
表层套管的顶端要安套管头的壳体。
各层套管的顶端都挂在套管头内,套管头主要用来支撑技术套管与油层套管的重量,这对固井水泥未返至地面尤为重要。
套管头还用来密封套管间的环形空间,防止压力互窜。
套管头还就是防喷器、油管头的过渡连接。
陆地上使用的套管头上还有两个侧口,可以进行补挤水泥、监控井况。
注平衡液等作业。
4、检查固井质量安装好套管头与接好防喷器及防喷管线后,要做套管头密封的耐压力检查,与与防喷器联接的密封试压。
探套管内水泥塞后要做套管柱的压力检验,钻穿套管鞋2~3米后(技术套管)要做地层压裂试验。
生产井要做水泥环的质量检验,用声波探测水泥环与套管与井壁的胶结情况。
固井质量的全部指标合格后,才能进入到下一个作业程序。
固井基础知识
一、固井概论
保证固井质量的重要意义
完井工程和井底完成结构是实现开収效果的基本保证，固井工程是关 键环节；
水泥环层间封隑是后期作业、开采的保证； 水泥环严密的层间分隑是实现分层开采作业的前提； 潜在的固井质量问题引収的工程事故：套管腐蚀、井漏等； 后期开采诸如射孔、压裂、酸化、高温蒸汽吞吐多次循环及井下复杂
• 下套管 – 套管由接箍和本体组成。
– 套管柱由单根套管+浮箍+引鞋
一、固井概论
单根套管示意图 1——接箍 2——套管本体
一、固井概论
• 注水泥
– 下完套管之后，把水泥浆泵入套管内，再用钻井液把水泥浆顶 替到管外环形空间设计位置的作业称之为注水泥。
• 碰压：当其坐落在已坐亍浮箍上的下胶塞上之后，地面压力将徆快 上升一定值（称为碰压），该信号说明水泥浆已顶替到位，施工结 束。
– 3CaO·SiO2＋2H2O2CaO·SiO2·H2O+Ca(OH)2 – 2CaO·SiO2＋H2O 2CaO·SiO2·H2O – 3CaO·Al2O3＋6H2O 3CaO·Al2O3·6H2O – 4CaO·Al2O3·Fe2O3＋6H2O
3CaO·Al2O3·6H2O＋CaO·Fe2O3·H2O 除此之外还収生其他二次反应，生成物中有大量的硅酸盐水化产 物及氢氧化钙等。
工冴发化等都影响水泥环密封性能可靠程度，直接影响油气井开采寿 命。
一、固井概论
1.5 固井工程的特殊性
是一次性工程，如果质量丌好，一般情冴下难以补救； 是隐蔽性工程，主要流程在井下，施工时丌能直接观察,质量控制往往
决定亍设计的准确性和准备工作的好坏,叐多种因素的综合影响； 影响后续工程的迚行； 是一项花钱多的工程； 固井工程是准备时间长（1～2周）、施工时间短（1～2小时）、费
固井技术基础
固井技术基础（量大、多图、易懂）概述1、固井的概念为了达到加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的分层测试及在整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。
2、固井的目的1. 封隔易坍塌、易漏失的复杂地层，巩固所钻过的井眼，保证钻井顺利进行；2. 提供安装井口装置的基础，控制井口喷和保证井内泥浆出口高于泥浆池，以利钻井液流回泥浆池；3. 封隔油、气、水层，防止不同压力的油气水层间互窜，为油气的正常开采提供有利条件；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；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；3、固井的步骤1. 下套管套管与钻杆不同，是一次性下入的管材，没有加厚部分，长度没有严格规定。
为保证固井质量和顺利地下入套管，要做套管柱的结构设计。
根据用途、地层预测压力和套管下入深度设计套管的强度，确定套管的使用壁厚，钢级和丝扣类型。
2. 注水泥注水泥是套管下入井后的关键工序，其作用是将套管和井壁的环形空间封固起来，以封隔油气水层，使套管成为油气通向井中的通道。
3. 井口安装和套管试压下套管注水泥之后，在水泥凝固期间就要安装井口。
表层套管的顶端要安套管头的壳体。
各层套管的顶端都挂在套管头内，套管头主要用来支撑技术套管和油层套管的重量，这对固井水泥未返至地面尤为重要。
套管头还用来密封套管间的环形空间，防止压力互窜。
套管头还是防喷器、油管头的过渡连接。
陆地上使用的套管头上还有两个侧口，可以进行补挤水泥、监控井况。
注平衡液等作业。
4. 检查固井质量安装好套管头和接好防喷器及防喷管线后，要做套管头密封的耐压力检查，和与防喷器联接的密封试压。
探套管内水泥塞后要做套管柱的压力检验，钻穿套管鞋2~3米后（技术套管）要做地层压裂试验。
生产井要做水泥环的质量检验，用声波探测水泥环与套管和井壁的胶结情况。
固井工程技术基础
目次媒介第一章固井概论第一节固井概念第二节固井的目标和请求第二章套管.固井对象.附件和材料第一节API套管标准和规范第二节固井对象.附件第三节固井材料第三章固井工程技巧基本第一节固井工艺第二节固井水泥浆第三节灌水泥施工程序第一章固井概述一.固井概念为了达到加固井壁,保证中断安全钻进,封隔油.气和水层,保证勘察时代的封层测试及全部开采进程中合理的油气临盆等目标而下入优质钢管,并在井筒于钢管环空充填好水泥的功课,称为固井工程.是以固井包括了两部分：下入套管的工艺和注入水泥浆的工艺叫做固井工艺.固井功课固井功课是经由过程固井设计,运用配套的固井装备.帮助装备及对象,将油井水泥.水和添加剂按必定的比例混杂后,经由过程固井泵泵注入井,并顶替到预定深度的井壁与套管.（套管与套管）的环形空间内,使套管与井壁.（套管与套管）之间形成稳固粘结.固井装备总体示意图二.固井目标和请求1.固井的目标一口油井深达数千米,在钻井进程中常常碰到井漏.井塌.井喷等庞杂情形,影响正常钻进,轻微时甚至导致井眼报废.碰到上述情形就应下套管固井,封隔好庞杂地层后,再中断钻进,直到树立稳固的油气通道为止.是以,为了优质快速钻达目标层,保证油气田的开采,就要采用固井,固井工程的重要目标为：1）.在钻进进程中封隔易坍塌.易漏掉等庞杂地层,巩固所钻过的井眼保证钻井顺遂进行.（如图1-1所示）,当从A 点钻进至B 点,假如在A 点井深处没下套管固井,那么跟着井深的变化,钻达B 点所用泥浆密度在A 点产生的压力就会大于A 点地层决裂压力,造成A 点地层决裂,产生井漏.同理,当从B 点钻进至C 点,假如在B 点井深处没下套管固井,那么跟着井深的变化,钻达C 点所用泥浆密度在B 点产生的压力就会大于B 点地层决裂压力,造成B 点地层决裂,产生井漏.2）.封隔油.气.水层,防止层间互窜.固井工程不仅关系到钻进的速度和成本,还影响到油气田的开辟.（如图1-2所示）,假如油.气层与水层间水泥凝聚不好,层间互相窜通,那么会给油气田开辟带来很大艰苦.当油.气层压力大于水层压力时,油.气便会窜入水层内,既污染了水层又影响到油气的产量;当水层压力大于油.气层压力时,水便会窜入油气层内,造成油田开辟早期出水,轻微时会水淹损坏全部油气田.是以,必须确保固井质量,对地层内不同类型的流体有用封隔.3）.支持套管和井口装配,树立油气通图1-1 下套管固井道理示意图图1-2 固井防止层间流体互窜示意图道.钻完井工艺请求固井后套管与地层间在水泥感化下应具有优越的胶结,因为固井后水泥环不仅要支持套管的重量,并且要推却安装在套管上井口装配的重量,预备下一次开钻或完井投产（如图1-3所示）.若水泥封固质量差,则会导致套管下沉或井口装配的不稳固,影响正常功课或油气通道的树立.4）破坏上部砂层中的淡水资本不受下部岩层中油.气.盐水等液体的污染;5）油井投产后,为酸化压裂进行增产措施创造了先决有利前提;2.固井的请求套管在一口井的总成本中,往往是各单项成本中最高的一项.而固井工程是钻井工程中最症结庞杂的功课,是百年大计.固井质量的利害关系到油井可否正常投产和油田寿命的长短.固井质量的症结地点就是下入井内的套管柱的强度和环形空间的密封问题.是以对于固井的请求必须作到以下几个方面：1.套管柱的设计必须保证该套管串的任何部位在响应的井段有足够抗拉.抗挤.抗内压强度,以保证下入井内的套管不断.不裂.不变形;2.套管柱的衔接必须保证用划定的上扣扭矩上紧丝扣,保证套管衔接的密封性;3.环形空间的水泥环请求平均和中断封固到估计的深度,且请求水泥环与井壁及套管之间胶结和密封优越,以保证环形空间不窜.不漏,知足油气井正常临盆和分层功课的请求.第二章套管.固井对象.附件和材料一.API套管标准和规范1.长度标准：2.API套管钢级标准的分类是以套管材质的最小屈从强度为根据的.API标准许可7种级别的钢材用作油井套管材料.这7种钢材分离是H－40.J－55.C－75.N－80.C－95.P－110.Q－125.V－150.（它们的最小屈从强度分离是40,000psi.55,000psi.75,000psi.80,000psi.95,000psi.110,000psi.125,000psi.150,000psi.PSI是磅/英寸2的代号.1psi＝1磅/英寸2＝0.07031公斤/厘米2＝0.07031KSC.是以,换算成公制单位时,它们的最小屈从强度分离是2812.4公斤/厘米2.3867.05 公斤/厘米2.5624.8公斤/厘米2.6679.45公斤/厘米27734.1公斤/厘米2.8788.75公斤/厘米2.10546.5公斤/厘米2.）API套管钢级代号及其最小屈从强度列表如下：API套管分为有接箍套管和无接箍套管（代号XCSG）两种.API有接箍套管丝扣分为长圆扣（LCSG）.短圆扣(SCSG).梯形扣(BCSG) 对象接头扣（TJ）即偏梯扣.VAM扣即梯形扣（统一尺寸的套管,梯形扣接箍外径比VAM扣接箍外径大,但扣型雷同,可以交换）.此外还有RL－4型扣.LS型扣.LS－2型扣.LS－2HP型扣等等.API无接箍套管丝扣分为奥米加扣型.管端平展线扣型（无接箍套管扣,英文为EXTREME－LINE FORM）等.4.API套管标记：1）.API钢级代号和色彩标记钢级代号色彩标记H－40 J－55 K－55 C－75 N－80 C－95 P－110 HJKC－75NC－95P无色彩一条浅绿色环带二条浅绿色环带兰色,特别情形接箍为兰色,且中央有一黑色环带一条红色环带兰色（棕色特别情形用）,特别情形接箍为兰色,且中间有一黑色环带白色（离接箍0.6米处）2）.API扣型代号扣型长圆扣短圆扣梯形扣无接箍代号LCSG SCSG BCSG XCSG 3).套管辨认标记图2-1套管辨认标记圆螺纹套管标记（示范）API直连型螺纹套管标记（示范）.API套管VAM扣（示范）厂家用途钢级接箍涂色厂家用途钢级接箍涂色新日铁深井用NT-95DS 白色夹褐色环住友深井用SM-150G 紫色夹白色环深井用NT-125DS 白色夹黄色环高抗挤毁SM –95T 茶色夹红色环深井用NT-150DS 白色夹粉红色环抗挤抗硫SM-95TS 茶色夹蓝色环高抗挤毁NT-95HS 粉红色夹褐色环低温井用SM-80L 红色夹黄色环高抗挤毁NT-110HS 粉红色夹白色环低温井用SH-95L 茶色夹黄色环抗硫化氢NT-80SS 黄色夹红色环日本钢管一般井H55 黑色抗硫化氢NT-85SS 黄色夹紫色环防硫J55 草禄色抗硫化氢NT-90SS 黄色夹橙色环一般井K55 禄色抗硫化氢NT-95SS 黄色夹褐色环防硫C75-2 蓝色低温井用NT-80LS 青色夹红色环高强度N-80 红色低温井用NT-95LS 青色夹褐色环高强度C-95 褐色低温井用NT-110LS 黄色夹白色环高强度P-110 白色住友抗硫化氢SM-80S 红色夹白色环防硫NK-AC80 红色夹蓝色抗硫化氢SM-90S 橙色夹蓝色环防硫NK-AC85 红色夹蓝白色环抗硫化氢SM-95S 茶色夹蓝色环防硫NK-AC90 红色夹蓝色环2条深井用SM-95G 棕色夹白色环防硫NK-AC95 褐色夹蓝色环深井用SM-125G 天蓝色夹白色环高抗拉NK-T95 褐色夹白色环二.固井对象.附件井口对象平日包括：套管水泥头.尾管水泥头.钻杆水泥头.快速接头.轮回优等一）.固井对象1.水泥头水泥头是灌水泥施工进程的井口联接装配,用于联接套管（或钻杆）和灌水泥管汇;水泥头还用来安装胶塞,经由过程胶塞释放挡销机构控制胶塞的释放,并根据胶塞释放指导销断定胶塞是否释放.1）.套管水泥头套管水泥头：在套管固井时用于衔接套管及地面固井管线,同时供给容纳1-2个套管胶塞空间配有响应释放机构.2）.尾管水泥头尾管水泥头由晋升短节.本体.扭转轴承机构.钻杆塞挡销机构.投球机构.钻杆联接短节和阀门管汇等部分构成,（如图2-4所示）.图2-3 套管水泥头（双塞）1－顶盖;2－密封圈;3－本体;4－释放挡销;5－释放指导销;6－套管联接短节尾管水泥头重要用于尾管固井,晋升短节和扭转轴承机构的感化同钻杆水泥头的对应机构雷同.坐挂尾管吊挂器时,扭转投球机构的手柄,顶杆便将球从投球机构内腔顶出,球在重力和泵送液体的推进下,沿钻杆内腔落到吊挂器球座上,在泵压的感化下使尾管吊挂器实现坐挂.释放尾管胶塞时,扭转钻杆塞挡销机构的手柄,使挡销从钻杆塞内腔收回,钻杆塞便在泵送液体的推进下分开钻杆塞地点内腔,沿钻杆内壁落到尾管胶塞座上,在泵压的感化下剪切释放尾管胶塞.3）钻杆水泥头钻杆水泥头：在半潜式钻井平台常规套管固井时运用,重要功效是衔接井口送入对象与固井管线,并供给容纳钻杆胶塞及/或剪切球的空间,配有响应释放机构.2.快速接头：用于衔接套管与套管水泥头.平日快速接头下段为对应套管扣,上端为快速扣.3.内管扶正器：内管固井或其相似固井功课顶用于扶正钻具在套管内居中度.常为单弓型4.轮回头采用快速接头联接的套管轮回头钻杆扣×套管扣轮回头1502扣×套管扣轮回头轮回头是鄙人套管或尾管半途衔接于下入套管或尾管柱上树立轮回的井口对象,（如图2-5所示）.当套/尾管下入半途或下入套/尾管进程中遇阻时,将轮回头下端的套管扣或分体短节衔接于套管顶部,轮回头上端的接头衔接于钻台至泥浆泵的管线上,树立泥浆轮回.5.内管灌水泥插入头内管灌水泥插入头重要用于钻井进程中大尺寸表层套管固井功课的对象.（如图2-6所示）,内管灌水泥插入头重要由插入头.密封圈和钻杆衔接扣等部分构成.当表层套管下到设计井深后,在钻柱底部衔接内管灌水泥插入头,下钻并插入与之合营的套管鞋密封插座内,便可预备固井.图2-6 内管灌水泥插入头示意图6.双级固井分级箍图2－6双级固井分级箍示意图分级箍母扣端分级箍本体封闭滑套的剪切销钉封闭滑套的锁紧螺丝轮回孔6个3/8" 剪切销钉–用于液压方法打开分级箍(标记为 A1, A2, A3, A4, A5, A6)2个3/4"剪切销钉 - 用于机械方法打开分级箍(标记为“B”)2 个打开滑套的锁紧螺丝(标记为“C”)2 个 3/8"机械打开滑套的锁紧螺丝(标记为“D”)公扣端7.尾管吊挂器SYX-A型Φ244.5×Φ177.8（9-5/8"×7"）尾管吊挂器为单液缸.双锥体.双排卡瓦.液压坐挂式吊挂器.它重要由以下几部分构成：如图2-7所示a.吊挂器本体总成：由锥体.液缸.活塞.卡瓦等件构成.球憋压的方法实现坐挂.运用时合营专用的送入对象,将尾管吊挂器及尾管下入到井内设计深度.投球,当球到达球座后憋压,压力经由过程吊挂器本体上的传压孔传到液缸内,压力推进活塞上行,剪断液缸剪钉,再推进推杆支持套,并带动卡瓦上行,卡瓦沿锥面涨开,楔入吊挂器锥体和上层套管之间的环状间隙里,当钻具下放时,尾管重量被支持在上层套管上.中断打压,憋通球座,树立正常轮回.然落后行倒扣.灌水泥.替浆功课.最后将送入对象和密封芯子提离吊挂器并轮回出过剩水泥浆,起钻,候凝.二）. 套管附件1.浮鞋.浮箍套管浮鞋装在套管柱底部引诱套管柱入井,防止套管柱底部插入井壁后遇阻;套管浮箍装在浮鞋以上2～3根套管处,为胶塞供给碰压地位,当上胶塞到达浮箍时,泵压会忽然升高,这时刻解释胶塞已碰压,固井替浆停止.不管浮鞋/箍,两者都具有一个单流阀机构（图4-24）,该阀可防止固井停止后套管环空内的流体进入套管内,同时,在管串入井时还可削减大钩载荷.浮鞋浮箍单流阀单回压阀浮鞋双回压阀浮鞋可插入对象式浮箍（内管固井）单回压阀浮箍可插入对象式浮箍2.胶塞1）.套管胶塞套管胶塞（图4-25）重要用于自升式平台和导管架上的套管固井,底塞（红色）用来隔离水泥浆与前置液,防止前行水泥浆在出套管浮箍前受污染;顶塞（黄色）用来把顶替液与水泥浆离图4-25 套管胶塞顶.底塞隔,防止后面的水泥浆受顶替液的污染,同时顶塞还用来碰压,指导固井替浆停止.2）.尾管胶塞组尾管胶塞（图4-27）衔接在尾管送入对象中间管下端的接箍上,钻杆胶塞经由过程尾管水泥头进行投放,刮去钻杆内的水泥浆并与尾管胶塞复合后,剪切释放尾管胶塞.尾管胶塞下行顶替水泥浆至球座后碰压.3.套管扶正器套管扶正器（图4-28）有弹性和刚性之分,它们的感化是扶正套管,进步套管在井眼中的居中度,使套管与井壁环空的水泥浆充填平均,保证固井质量.套管扶正器平日安放在油层.水层高低,井径不规矩处,浮鞋.浮箍的高低,尾管重叠段等地位.焊接式扶正器n用于所有的常规井n一体式搭钮可推却较大负荷n高等弹性弓板n自锁式搭钮销钉可防止松脱n超强度焊接非焊接式扶正器n超过 API 10D 标准请求n弓板固定坚固n环板强度高.搭钮壮实n自锁式搭钮销钉易安装且不会松脱双弓扶正器n较好的扶正后果利于顶替刚性弹性图4-28 套管扶正器图4-27 尾管胶塞组n入井磨阻小n削减卡钻.管柱易于运动n增长接触面,削减弓板压入井壁的深度螺旋刚性扶正器•确保任何井斜下的扶正后果•极好的扰流机能•在井眼曲率较大的井段和产层经常与弹性扶正器一路运用机械减阻对象4.扶正器止动环图4-29所示为多种类型的扶正器止动环.止动环装在套管本体上,限制套管扶正器高低运动,确保水泥浆重点封隔规模.图4-29 扶正器止动环5.Weatherford-Gemoco(威德福—吉母壳分级箍三）.固井材料1.API油井水泥及规范根据API规范划定:油井水泥分为8个级别A.B.C.D.E.F.G.H;油井水泥分为3大类:通俗型(O).中抗硫酸盐型(MSR)和高抗硫酸盐型(HSR)（见表2-1）.近年来, 国外波特兰水泥已从原有的A.B.C.D.E.F.G和H级简化为5种, 即A.B.C.G.H级水泥用于井温76℃以下的井; G.H级水泥用于井温大于76℃的井.在固井功课中, G级水泥经由过程参加快凝剂懈弛凝剂可用于低.中.高温井, 实用于全井段所有套管层次的固井功课.（见表2-1）表2-1API规范10A油井水泥级别界说2.油井水泥添加剂因为井下情形比地面前提良好得多,为了使水泥浆普遍地用于油田钻井.完井.修井等功课中,对水泥浆密度.稠度.稠化时光和抗压强度等都具有更高的请求,采用纯水泥已远远不能知足工艺技巧请求,必须依附外加剂来调节其运用机能.1.水泥添加剂的种类今朝常用外加剂的种类重要有：缓凝剂.降掉水剂.疏散剂.消泡剂.促凝剂.抗高温强度稳固剂.减轻剂等等,其重要感化如下：缓凝剂：主如果延伸水泥浆稠化时光或凝聚时光.促凝剂：主如果缩短水泥浆稠化时光以及增大水泥石的早期抗压强度.降掉水剂：重要用以防止水泥浆急剧掉水,破坏油气层.减轻剂：主如果下降水泥浆密度,防止水泥浆在低压漏掉层产生漏掉.疏散剂：用以改良水泥浆的流淌机能,有利于水泥浆在低泵速泵压下进入紊流状况.消泡剂：防止和避免消融水起泡,稳固水泥浆密度.抗高温强度稳固剂：在深井.高温情形下,参加硅粉,防止水泥石抗压强度消失热阑珊现象.2.塔里木油田固井常用添加剂塔里木油田经由多年来的固井实践,重要选用了3大类型的固井添加剂,根本上知足了深井.庞杂井固井施工对水泥浆机能的请求.①.兰德（LANDY）系列添加剂：LANDY-806L和LANDY-89L两个系列,重要用于中高温井（80～120℃）.②.欧美科（OMEX）系列添加剂：OMEX－FS-23L系列,重要用于高温井（120～140℃）.③.斯伦贝谢（Schlumberger）D168高温系列添加剂：重要用于超高温井（160~180℃）.第三章固井工程技巧基本油.气井固井：是将油井水泥.水以及添加剂按必定的比例混杂后,经由过程固井泵泵送到预定深度的井壁与套管.（套管与套管）的环形空间内,使套管与井壁.（套管与套管）之间稳固粘结,具有必定强度且密封优越（图3-1所示）.一.固井工艺1.井身构造图3-1 固井水泥浆充填示意图图3-2 井身构造示意图井身构造（图3-2）是指套管层次和每层套管的下入深度.水泥浆的返高及套管和井眼尺寸的合营.井身构造不但关系到钻井工程的整体效益,还直接影响油井的质量和寿命.各层套管的具体感化为：①导管：树立表层钻进的泥浆轮回.②表层套管：用于封隔上部不稳固的松软地层和水层,安装井口装配,控制井喷和支持技巧套管与油层套管的重量.③技巧套管/尾管：用以分隔难以控制的庞杂地层,保证钻井工作顺遂.技巧套管/尾管不是必定要下的,争夺不下或少下技巧套管/尾管.④油层套管/尾管：用以把临盆层和其他地层封离隔,把不同压力的油.气.水层封隔起来,在井内树立一条油.气通路.保证长期临盆,并能知足合理开采油.气和增产措施的请求.2.固井办法及工艺流程1）.内管柱固井（插入法固井）如图3-3所示,把与钻柱衔接好的插入头插入套管浮箍/鞋的密封插座内,然后经由过程钻柱灌水泥进行固井功课,称为插入法固井.内管柱固井重要用于大尺寸（16″~30″）导管或表层套管的固井,其长处为：图3-3 插入法固井示意图①在无大尺寸胶塞.水泥头的情形下,可对大尺寸套管进行固井.②经由过程钻柱灌水泥.顶替,可大大削减对水泥浆的污染.③减小水泥浆的糟蹋,有用保证固井质量.在大套管内用钻柱对套管进行固井功课的办法称为内插法固井.因为内管柱内径相对很小,不仅可以提嵬峨直径套管的注速,削减替浆有利于精确控制替浆量.并且可以避免水泥浆在套管内混浆和串槽.内插法固井重要用于大直径的表层套管和技巧套管的固井.（对象如图示）.2）内插法固井技巧要点（1）插管头规格（Ф130.Ф105.Ф90等）mmФmax=（132.7.86.59.63.62）cm2 = S头（2）插管座深度H<36.36m时,需加7″钻铤1柱（约27m）,插管座深度H>36.36m时,可不加7″钻铤,但照样加1柱最好,.总之：（W方钻杆+W钻杆+W钻铤）之总重量≥（0.01LMPa+C）×S头（3）水泥石抗压强度>3.5MPa时可以钻水泥塞（抗压强度由室内实验得知）.3) 内插法固井工艺流程管串构造浮鞋（引鞋）+套管1根+浮箍（带配套插管座）+套管;固井工艺流程（1）.下原钻具通井,对缩径及阻卡井段卖力扩划眼,大排量洗井,保证井下清洁.井眼畅通;（2）.下套管,按管串构造下送到位;（3）.下内管构造：插入头+5″钻柱（等）;（4）.将内管插入插座,开泵轮回,检讨插入接头与插座密封是否优越;（5）.施工：地面管汇试压—注前置液—灌水泥浆至返出—替清水;（6）.将内管起出,检讨是否有回流;（7）.候凝（可立刻装井口）.4) 套管上浮盘算w：----------套管每米重量 kg/mv i：----------套管内容l/mv o：---------套管闭排l/mρm：---------泥浆密度g/cm3ρc：---------水泥浆密度g/cm3L：---------- 套管长度ml：----------- 水泥塞长度mW 套管重量kg W= w*LW m管内泥浆的重量kg W m=ρm*（L-l）* v iW p管内水泥浆的重量kg W p=ρc*l* v iW f水泥浆对套管的浮力kg W f=ρc*L* v o 当W f大于或等于或略小于W+ W m+ W p,套管就有上浮的可能.举例解释：Φ508mm,壁厚12.7mm,重量158.5kg/m,内容182.92 l/m,闭排202.69 l/m,泥浆密度1.05g/cm3,水泥浆密度1.90 g/cm3,长度200m,水泥塞40m,可否上浮.套管的重量=158.5×200=31700（kg）管内泥浆的重量=182.92×1.05×（200-40）=30731（kg）管内水泥浆的重量=182.92×1.90×40=13902（kg）共重=76333 kg浮力=202.69×1.9×200=77020（kg）在这种情形下就有上浮安全为避免套管上浮,水泥浆密度极限值=76333/200/202.69=1.88 g/cm35)避免套管上浮的措施：（1）充分轮回洗井,使环空畅通;（2）控制灌水泥浆的速度,水泥浆上返阻力越大,上浮可能性越大;（3）保证固井质量的前提下,密度不能超过极限值;（4）水泥浆有较好的流淌性;（5）充分隔离,避免泥浆与水泥浆互相污染而使流淌性变差;（6）下套管时掏空必定的深度,插入钻具下到位后,再灌入重泥浆.6) 留意事项起钻之前,盘算好套管柱总长,调剂钻进深度,确保联顶节座于钻盘面上;盘算插入钻具的长度;盘算施加于插入座的压力值,其值取最高施工压力与插头密封面之断面积的乘积,再乘以1.2的系数;按下套管请求下入套管,最后要掏空必定的深度不灌浆;下入插头及钻具;接好方钻杆,慢放,接近插座地位时开泵,当钻井液灌满套管内环空时停泵;迟缓下放钻具对中插座,不雅察指重表加压到预定值,做方入标记;开泵,不雅察井口返浆情形及泵压,并留意套管内环空钻井液是否外溢,方入标记是否上移,若不外溢,不上移,压稳刹把,轮回固井;若套管内环空外溢不止,或方入标记上移,应恰当增长压力,但不要超过插座临盆商给出的最大值.若无效,应提起钻具轮回,慢转慢放,从新对插座;在全部固井时代（注.替浆时代）,要时刻留意悬重表变化,套管及钻具是否上移,发明平常,立刻采取措施.7) 应急措施现场应备有耐压轮回头,假如从新对插座无效,起出钻具及插头,改为常规固井;现场应备有外管灌水泥对象,若消失灌水泥进程当中插头密封掉效,可恰当加大压力,若轻微掉效,可停注,或拨出插头后回压凡尔掉效,采用管外灌水泥补救井口;时刻留意指重表,若套管上浮引起悬重轻微削减,应恰当上提钻具,避免压力过大使插座毁伤.常规插管固井工艺有弊端：如插管或浮鞋（浮箍）密封不严.为了避免这一问题特别推出《顶端密封双管灌水泥装配》,供固井工程选用.(1) 顶端密封双管灌水泥装配示意图(2)固井工艺流程①.下原钻具通井,对缩径及阻卡井段卖力扩划眼,大排量洗井,保证井下清洁.井眼畅通;②.管串需带浮鞋或浮箍,不需密封和插座.下套管,按管串构造下送到位;③.灌泥浆时不宜过满,接顶端密封双管灌水泥装配,后下钻杆;④.下内管构造：下光管5″钻柱即可,不须调长（钻杆比浮鞋至井口的距离短1—5m即可）;⑤.再将灌水泥接头串接在钻杆顶部,坐入密封座内,如钻杆太轻是可把压板加上;⑥.接好井口管汇,开泵逐渐加大排量轮回;⑦.施工：地面管汇试压—注前置液—注混浆或水泥浆至返出—替清水;⑧.将内管起出,检讨是否有回流;若浮鞋（或浮箍）掉效,只需从内管内.外替清水,使水泥浆面在钻杆深度以下即可,待水泥浆稠化后,立刻起出内管——钻杆.⑨.候凝（可立刻装井口）.2）.单级固井（单塞和双塞固井）陆地固井一般采用单级单塞固井较多,单级双胶塞套管固井是海上钻井最常用的固井办法,它是采用双套管胶塞（顶.底塞）进行固井的,其工艺流程如图3-4所示.图3-4单级双胶塞固井工艺流程示意图单级固井（单胶塞或双胶塞固井）时,套管柱附件重要由浮鞋.浮箍.扶正器和胶塞等构成.3).双级固井根据工程.地质和井下前提来肯定是否采用双级固井.①.双级灌水泥前提和目标鄙人列情形下常运用双级固井:(1)当井底地层无法推却水泥浆柱所产生的静液柱压力;(2)灌水泥后环空静液柱压力大于套管抗外挤压力;(3)有轻微漏掉层, 一次灌水泥无法避开漏层时;。
现代固井技术理论基础课件
•现代固井技术理论基础
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波特兰水泥强度衰退
波特兰水泥实质上是硅酸钙材料。通常占材料总量的 80%，主要成分是C3S和C2S。这两种化合物的水化物 都是硅酸钙(CS)的水化物和氢氧化钙(CH)，即
2 C3S+6H→ C3S2H3+3CH 2 C2S+4H→ C2S3H3+CH 通常称为“C–S–H凝胶”（硅酸钙凝胶）在常温 下稳定，在高温下变质，强度下降渗透率增大。这种 现象称作“强度衰退”（Strength retrogression) 波特兰水泥强度衰退的临界温度是 110℃（230 ℉）
2. 从理论上讲，固井已经成为一门由多学科组成的科学。这个 结论是不可否定的。它包含化学、地质、物理、石油、机械和电工 学。每一门学科对实现固井目标都是很重要的。固井作业是一口井 整个施工中重要的组成部分，没有任何因素比固井质量对油井产能 的影响更大，因此固井技术要更新观念。
•现代固井技术理论基础
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——2. 波特兰水泥在高温下强度衰退
在高温下强度衰退是API波特兰水泥具有的特性之 一。这个特性是在1935年被发现的。波特兰水泥强度 衰退与如下原因有关： （1） 波特兰水泥的成分 （2） 衰退的根本原因 （3） 衰退的主要特征 （4） 解决的办法
•现代固井技术理论基础
为什么固井技术有研究不完的课题
——现代固井技术诠释
3. 从固井的发展史来看，固井中的重大问题是逐步被认识的。尽管在上世纪40 年代发现高温下水泥强度衰退，60年代发现固井后气窜等等，但都没有得到 完善的解释和彻底的解决办法。固井理论是在逐步发展，固井方法是在逐步 完善的。 固井理论和工艺只有在实践中得到发展，也只有在实践中得到提高。 因此固井技术有研究不完的课题。
固井基础理论知识
（三）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。
（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。
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 保加利亚：OW、OW-SR 中国等效采用API标准1988年制定完了GBZ38-88
四、 识别套管颜色标记（ＡＰＩ）
H-40 J-55 K-55 C-75 L-80
灰色 浅绿 深绿 蓝 红/棕/红
N-80
红
C-95
棕
P-110
白
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）。
讲课：杨全盛
一、固井工程的概念
利用水泥充填套管 与井壁空间的作业。
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生产油气。
三、固井的起源和发展
1、美国1903年在加利福尼亚劳姆博斯油田使用水泥浆 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，用捞沙桶送到井内，28天以后把井内的 水泥钻掉，再钻完油层后完井。
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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。
3、70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，如出现固井故障，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。
（API G类或H类水泥）
当这些熟料成分与水发生水化时，将生成四种主要化合物。
凝固硅酸盐水泥中的化合物 化合物 化学式 标准代号
铝酸三钙 硅酸三钙 B-硅酸二钙 铁铝酸四钙
3CaO· 2O3 Al 3CaO· 2 SiO 2CaO· 2 SiO 4CaO· 2O3· 2O3 Al Fe
C3A C3S C2S C4AF
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104kg/cm2至210kg/cm2，基本上消除了 由于地层压力原因造成的套管损坏。
一、钻井资料 1、井身结构 2、下套管前钻井液性能 3、钻井复杂情况描述
二、地质资料 1、油、气、水、盐层及油顶、油底位置 2、地质分层 3、地层压力及破裂压力
三、测井资料
五、固井施工难点与措施 1、施工难点 2、对应措施
1、井径数据
2、井斜数据 3、井温数据 四、本次固井目的和方法
六、套管柱设计
讲课：杨全盛
一、固井工程的概念 利用水泥充填套管 与井壁空间的作业。
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生产油气。
三、固井的起源和发展 1、美国1903年在加利福尼亚劳姆博斯油田使用水泥浆 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，用捞沙桶送到井内，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。
1、套管柱设计条件
2、套管柱设计及强度校核结果 3、入井管串结构及扶正器位置设计
七、水泥浆设计 1、水泥浆体系和性能设计 2、冲洗液和隔离液设计 3、水泥浆流变性能设计
八、相关施工参数计算 1、水泥浆量与水泥量计算 2、管柱内顶替量预算 3、最高施工压力预测 4、失重压力计算
5、施工时间计算
6、送放钻具回缩距计算
技术要求 若Pm＜10.85lb/gal，则屈服值＜10lb/100ft2
得分
钻井液屈服值
若Pm＜10.85lb/gal-15.03 lb/gal，则屈服值＜16lb/100ft2 若Pm＞15.03 lb/gal，则屈服值＜30lb/100ft2
2
钻井液塑性粘度 钻井液滤失量 钻井液循环 水泥浆密度波动范围 前置液接触时间 水泥浆化验 水泥浆滤失量 注替浆量 注替排量 注替排量 套管扶正器 活动套管 固井作业中间停止时间 碰压 试压过程中复杂情况
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。
（三）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。
（1）乳胶是降失水泥剂发展至今最好的降失水剂之一。乳胶是乳化聚合 物属于颗粒材料，粒度在2-5μm之间。固井用的乳胶是聚乙烯类产品： ①醋酸乙烯脂、乙烯-丁二烯树脂：可用到50℃ ②苯乙烯-西二烯树脂：可用到176℃ 乳胶是固相聚合物颗粒的水分散体，靠表面活性剂保护胶体。 表面活性剂如Stabilizer434B可用到160℃； Stabilizer434C可用到193℃ （2）水泥溶性聚合物：控制失水，降低滤饼的渗透率 ①纤维素衍生物，如羟乙基纤维素 ②非离子人工合成聚合物 ③阴离子人工合成聚合物 ④阳离子聚合物
2、水泥浆失重的几种要素 ①水泥浆脱水 ②水泥浆胶凝
③水化发展 ⑤水泥浆体积收缩效应
④水泥颗粒沉降及游离水上升
3、解决方法 ①平衡压力固井技术，即钻井液、冲洗液或 隔离液及失重状态下的水泥浆静液柱压力之 和要大于地层孔隙压力。 ②加入水泥添加剂 ③借助机械方法 加裸眼封隔器 井口环空加回压 ④ 使用气密封套管
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 保加利亚：OW、OW-SR 中国等效采用API标准1988年制定完了GBZ38-88 由于水泥石在地下存在化学腐蚀现象，主要是受Na2S04物质的腐蚀，尤其当温 度在0℃-84℃范围时腐蚀较为严重，因此水泥又细分为中抗硫酸盐型（MSR，铝酸 三钙3CaO· 2O3≤8%）和高抗硫酸协型（HSR，铝酸三钙3CaO· 2O3≤3%） Al Al 另外还有其他特种水泥：火山灰水泥、火山灰石灰水泥、胶乳水泥、高寒水泥、 铝酸钙水泥、石膏水泥、树脂水泥或塑料水泥、柴油水泥
二、水泥的主要成分 水泥化学性能 给出了油井用硅酸盐水泥典型 的氧化物分析。
氧 化 物 二氧化硅 氧化钙 三氧化二铁 三氧化二铝 氧化镁 三氧化硫 氧化钾 烧失量 （SiO2） （CaO） （Fe2O3） （Al2O3） （MgO） （SO3） （K2O）
百 分 比 22.43 64.77 4.10 4.76 1.14 1.67 0.08 0.54
七、高温井固井工艺 井温＞110℃时，易使水泥石强度衰退，因此必须在水泥浆内掺 混30-40%细硅粉。
1、利用声波测井方法
根据仪器组合和测量源 距的不同，可分为CBL、 VDL、SBT、CET、VSI、 CAST（图）
2、根据固井施工作业记录评估施工质量 根据固井施工作业记录评估施工质量
参数
对种类有限的各级水泥只有采取加入外加剂的方 法，才能使设计与现制的水泥浆适应多种条件下注 水泥要求，外加剂应用的主要目的是：调整水泥浆 的稠化时间、密度、失水、流变性、增容、析水率、 渗透率、线性体积变化，增加抗压强度和保持高温 条件下强度热稳定性等。
随着降失水剂的应用，各种改善水泥浆性能的添加剂在发展。目前水 泥添加剂可分为以下11大类。 1、速凝剂：缩短凝固时间，加快强度发展。如CaCl2，加速C3S的水 化作用。 2、缓凝剂：延长凝固时间。如木质素黄酸盐，吸附在硅酸钙水化物 上，影响其水化作用。 3、填充剂：降低密度、提高造浆率。如膨润土（般土粉）和微球 等等。 4、加重剂：增加水泥浆密度。如钛铁矿、赤铁矿和重晶石等。
一水泥车
CPT-N4
T815 AC-400型
CPT-Y4
沃尔沃
二、供水车
三、运灰车
混拌设备
一稠化仪：高温高压稠化仪
二、失水仪：高温 高压失水仪
常压稠化仪
三、瓦林搅拌器