固井工艺技术介绍

钻井研究院
前 言
一次作业成功率
DRI
固井的关键技术要求
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，可以省略后期补救作业
有效封隔
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
长寿命
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
钻井研究院
前 言
DRI
现代固井技术的科学内涵
现代固井工程，隶属于油气井工程二级学科，是油气 井工程二级学科的一个主要分支。涉及到地质学、力学、 化学、油气井工程、机械工程、冶金工程、材料科学与工 程、管理科学、经济学等多学科，是一个系统工程。 现代固井工程，从工程实际角度，可以划分为固井工 艺技术与方法、固井水泥浆体系和固井装备与质量控制三 个单元。
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钻井研究院
第一单元
固井工艺技术
DRI
尾管固井
其工艺流程为：按作业规程下入尾管及送入钻杆到设计位 置→开泵循环→投球→憋压剪断座挂销钉，悬挂器座挂→旋转
转盘进行倒扣，观察转盘扭矩并记录旋转圈数→若旋转圈数已
超过反扣接头丝扣圈数且转盘扭矩降低则试提中心管→若悬重 减少且基本等于空钻杆浮重，证明倒扣成功→下放钻柱加压80
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钻井研究院
第一单元
固井工艺技术
DRI
分级固井
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一级注水泥
憋压关孔
二级碰压
憋压脱落
一级碰压
开孔
常规分 级固井
免钻分 级固井
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第一单元
固井工艺技术
DRI
尾管固井
尾管固井是指不延伸至井口的套管固井，这段不到井口的 套管称做尾管。 较短的尾管可做于井底，但绝大部分必须要求实施尾管悬 挂，这样管柱不至于大幅度弯曲，利于保证固井质量，便于进 行增产作业。 悬挂器装在尾管顶部，尾管由尾管悬挂器挂于上层套管内 壁。还有特殊的尾管形式，不悬挂于上层套管，而靠水泥环支 持，称做“保护性”尾管，主要用于处理大漏层、异常高压层 、严重坍塌层、键槽井段等，亦属于钻进尾管范畴。 尾管悬挂固井的主要目的有：经济性要求；满足使用复合 钻具或复合油管；改善钻井或注水泥环空水力条件等。
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钻井研究院
第一单元
固井工艺技术
DRI
水平井及半程固井
优点： （1）既能以筛管工艺完井，水泥浆不污染油气层，又 能有效封固产层以上地层，保护产层与上部油气水层的有 效封隔，提高筛管完井的油井寿命。 （2）该工艺比下套管固井后再下入筛管的常规筛管完 井增大了筛管尺寸，使筛管尺寸和上部套管相同，有利于 开发作业和增产。
……
钻井研究院
前 言
于美国路易斯安那州海洋Maconda探区 作业水深：1524米
DRI
固井可能带来的危害
区 块：Mississippi Canyon Block 252 位
离岸距离：77公里
油 公 司：BP 钻井承包商：越洋钻探公司（Transocean） 固井服务公司：哈里伯顿
2010年4月20日晚上22:00左右，BP公司位于 墨西哥湾的“深水地平线（Deepwater 墨西哥湾MC252井喷漏油事故发 生在固井后替海水作业时，固井失败 是事故的直接原因 Horizon）”钻井平台Missssippi Canyon 252#01井发生井喷爆炸着火事故，造成11人死亡， 17人受伤，大面积海域受到严重污染
空（固井质量极差）上窜，在上部
储层发育且盖层封闭性较好的地层 中形成了不同规模的“人工气藏”
钻井研究院
前 言
DRI
固井可能带来的危害
墨西哥湾的OCS地区，大约有15500口生产 井、关闭井及临时废弃井。据统计，有 6692口井约43%至少有一层套管环空带压 。在这些环空带压的井中，共有10153层套 管环空带压，其中47.1%属于生产套管带压 ，16.3%属于技术套管带压，26.2%属于表 层套管带压，10.4%属于导管带压。 大部分井下入几层套管柱，从而使判定环空 带压的原因与采取有针对性的补救措施困难 ，每口井补救费用高达100多万美元
钻井研究院
前 言
DRI
固井可能带来的危害
固井失败是事故的直接原因
固井候凝时间短，胶结强度不足：采用哈里伯顿公 司的充氮水泥浆，另外水泥浆用量可能不够，返高 不足，导致油气从尾管悬挂器涌入井筒。该井完井 泥浆密度约1.9g/cm3 ，海水密度为1.03 g/cm3。 海水深1544.8米
忽视了压力测试中的异常显示：候凝16.5h后进行
级箍、机械压差双作用分级箍。
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钻井研究院
第一单元
固井工艺技术
DRI
分级固井 分级固井适用范围
（1）一次要求注水泥量过大的井。 （2）封固段过长的井。 （3）地层破裂压力系数低的井。 （4）地层渗透性滤失严重的井。 （5）封固段中有严重漏失层的井。 （6）下部有高压层，固井候凝期间需要防止候凝失重的井。 （7）上下封隔层距离较远，而中间不需水泥封隔的井。 （8）井深，套管过长，上部需要水泥封固支承的井。 （9）可利用分级箍与套管外封隔器配合，完成筛管顶部注水 泥、封隔器完井及各种堵漏工艺的施工。
第一单元
固井工艺技术
DRI
振动固井
•激振胶塞的研究 •企业动态期号
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钻井研究院
提 纲
DRI
第一单元：固井工艺技术
第二单元：水泥浆技术
第三单元：固井附件及设备 第四单元：固井质量检测
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钻井研究院
第二单元
水泥浆技术
DRI
►油井水泥浆是以水为连续相以水泥颗粒为分散相的高 浓度固相颗粒水基悬浮体。 ►水泥浆化学是固井工程理论与化学之间的边缘科学，
前 言
DRI
固井可能带来的危害
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
钻井研究院
第一单元
固井工艺技术
DRI
水平井及半程固井
吐哈油田水平井固井 大斜度井水平井固井技术介绍 水平井选择性完井
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钻井研究院
第一单元
固井工艺技术
DRI
水平井及半程固井
筛管顶部注水泥固井（半程固井）工艺是根据开发要 求，在裸眼井段下入筛管，只将筛管顶部套管注水泥固井, 以保证不污染封固段以下的产层，达到增产的目的。该工 艺在水平井完井中使用的较多，适用于全井下套管，也适 用于尾管。 工艺特点：在套管串结构中，在筛管上部分别安装盲 管、封隔器、分级注水泥器，固井前将封隔器胀开，打开 分级箍进行注水泥，然后关闭分级箍。
前 言
DRI
固井在钻井工程中的经济份额
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。
某重点深探井工程技术投资比例
钻井研究院
提 纲
DRI
第一单元：固井工艺技术
第二单元：水泥浆化验
第三单元：固井附件及设备 第四单元：固井质量评价
钻井研究院
前 言
DRI
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
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
前 言
DRI
固井的目的是什么？
1、安装井口装置：控制钻进过程中遇到的高压油气水层； 2、巩固疏松井段，隔离复杂地层； 3、封隔地下油气水层，防止上下串通； 4、封隔暂不开采的油气层； 5、钻井或作业中出现井喷时，不会因压井而压裂地层； 6、为油气生产建立长期稳定的通道；
7、油气井抢险作业。
钻井研究院
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钻井研究院
第一单元
固井工艺技术
DRI
吐哈油田常用固井工艺介绍：
常规固井
分级固井 固井工艺
尾管固井
水平井及 半程固井
振动固井
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钻井研究院
第一单元
固井工艺技术
DRI
常规固井
常规固井工艺是用水泥车、下灰车及其他地面设备配 置好水泥浆，通过前置液、下胶塞（隔离塞）与钻井液隔 离后，一次性地通过水泥头、套管串注入井内，从管串底 部进入环空，到达设计位置，以达到设计井段的套管与井 壁间的有效封固。 固井施工流程： 注前置液→注水泥浆→压碰压塞（上胶塞） →替钻井 液→碰压→候凝。
～100kN于悬挂处→憋压剪断球座销钉→开泵进行循环钻井液→
注前置液→注水泥浆→释放钻杆胶塞→替钻井液→钻杆塞与空 心耦合（耦合前降低替入排量） →碰压→放回压，检查浮箍是 否倒流→上提中心管，循环出多余的水泥浆→起钻候凝。
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钻井研究院
第一单元
固井工艺技术
DRI
尾管固井
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尾管悬挂器
钻井研究院
前 言
现代固井工程是石
DRI
现代固井技术与其他专业关系
油工程技术领域的一个
重要环节，并形成独立
专业体系。与地质、钻 井、完井、测井、井下 作业、油气田开发等各 个专业有着密切关系。
钻井研究院
前 言
DRI
固井在钻井工程中的经济份额
钻完井工程占勘探开发投资比例
美国建井各专业投资比例
钻井研究院
试压，发现测试数据表现异常，但未引起重视 过早替入海水：BP公司为赶进度，过早下令用海水
替换隔水管中的泥浆，导致井内液柱压力不足以平
衡地层压力，从而引发地层液体涌入井筒。
钻井研究院
前 言
DRI
固井可能带来的危害
土库曼斯坦阿姆河右岸气田固井
在统计的193口井中，水泥未返到井口的有97口， 占总井数的50.3% 盐膏层套管挤毁10口，占总井数的5.18％
专门研究如何用化学方法解决固井过程中遇到的问题。
具体地说，水泥浆化学就是通过研究水泥浆的组成和性 能，且予以科学地控制和调整，最终达到封隔地层、保 护储层和支撑套管的目Leabharlann Baidu。
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钻井研究院
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钻井研究院
第一单元
固井工艺技术
DRI
常规固井 常规固井基本条件
（1）井眼通畅，井底干净。 （2）井径规则，井径扩大率小于15%。 （3）固井前井下不漏失。 （4）钻井液中无严重油气侵，油气上窜速度小于10m/h。 （5）套管居中，居中度不小于75%。 （6）套管与井壁环形间隙大于20mm。 （7）钻井液性能在不影响井壁稳定、保证井下压稳的情况下， 应保证低粘度、低切力、低密度、具有良好的流动性能。 （8）水泥浆稠化时间、流动度等性能应满足施工要求。 （9）水泥浆和钻井液要有一定密度差，一般要大于0.24g/cm3。
钻井研究院
DRI
固井工艺技术介绍
吐哈钻井工艺研究院
王学良
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钻井研究院
前 言
DRI
什么是固井？
固井是在已钻成的井眼内下入套 管柱，然后在套管与井壁之间的环形 空间内注入水泥浆，在套管的下段部 分或全部环空，将套管与地层固结在 一起的工艺过程。
——高等院校“十一五”规划教材《钻井工程》
钻井研究院
在扬古伊和皮尔古伊气田区域，由
于Yan-10井、Pir-7井、Pir-5井等井
在揭开目的层后发生强烈井喷，不 仅造成井眼报废，更为严重的是使 大量天然气沿报废井眼或套管外环


井口带压的井（发生环空气窜）有39口，占总井数
的20.2% 生产套管固井候凝时发生气窜有14口，占总井数的 7.3% 盐膏层段固井质量不合格150口，占总井数的77.7 ％
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钻井研究院
第一单元
固井工艺技术
DRI
水平井及半程固井
在套管串上设计 免钻盲板、免钻分级 箍，在一定压差下先 憋脱分级箍、再使盲 板内部组件破碎，下 油管时将其通至井底， 节省小钻具作业程序。
筛管顶部固井（半程固井）完井 结 合 免钻分级固井
套管
分级箍 套管外封隔器 盲板 筛管
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钻井研究院
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钻井研究院
第一单元
固井工艺技术
DRI
常规固井
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钻井研究院
第一单元
固井工艺技术
DRI
分级固井
分级固井工艺是把可以通过地面控制打开和关闭的一种特
殊工具串于套管中的一定位置，在固井时使注水泥作业分 两次（级）或多次（级）施工完成。 分级注水泥器简称分级箍，是分级注水泥作业的专用工具 ，主要分为机械式分级箍、压差式分级箍、机械压差双作 用分级箍三种类型。由于机械压差双作用分级箍可替代压 差式分级箍，所以常用的分级箍只有两种，即：机械式分