固井质量问题及其原因分析

三、固井质量影响因素分析-地层条件
（3）地层流体特性
包括组分、状态(静态、动态)，可影响水泥浆的
正常凝结过程，妨碍其形成优质、完整的水泥环；另
外，可通过化学腐蚀作用破坏水泥石的化学、力学稳
定性从而影响水泥环的长期密封性能。
（4）地层气窜潜力
不同气窜潜力的地层，需要使用不同的防窜水泥 浆体系，并采取适当的压稳防窜候凝措施。
良好胶结，形成优质、完整、具有良
好层间封隔能力的水泥环，进而密封
环空、实现层间封隔的工艺过程。 上午11时38分
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一、概 述
固井目的： 钻井：封隔井下复杂情况，如塑性盐层、高 压水层、大段泥页岩以及疏松破碎带等，为泥浆 循环提供良好的井眼通道，为顺利进行后续钻井 作业奠定基础，从而防止井眼失稳，减少井下复 杂和事故，以缩短建井周期，降低油气勘探开发 成本。
（1）体系 可根据不同的分类指标进行分类。不同体系具 有不同的特殊性能，以满足封隔不同地层的需要。
（2）稳定性
目前，主要考核指标为失水、析水和悬浮稳定 性（水泥石柱上下的密度差）。失水、析水、水泥 石柱上下的密度差越小，体系越稳定。水泥浆体系 稳定是安全施工、候凝过程压稳、形成优质水泥环
的重要物质基础。
的薄弱环节，即水泥石本体 ，或水泥石与地层、
套管之间的连接界面、 。
地 层

水泥石 套 管
二、环空窜流的形态及其成因
水泥石 本体
窜流 通道
固井 界面
•大肚子、窄边死泥浆、指进泥浆窜槽 •候凝，地层流体窜槽、侵入 •自由水通道、严重分层 •水泥水化裂缝，收缩、膨胀 •水泥石破碎解体，高温、冲击、射孔
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一、概 述
固井目的： 完井：提供良好的井眼条件。 只有层间封隔良好的井眼，才能实施分层作
业，如分层测试等；才能实施酸化、压裂等强化
开采措施；才能根据油田长期开发的需要选用适 宜的开采方式，如分层开采、分组开采等。
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一、概 述
固井目的：
开发：提供良好的油气流通道；防止油气
三、固井质量影响因素分析-钻井液
（3）流变性(粘度、切力、触变性) 是否利于顶替，可影响水泥浆对其的顶替效 率。是否利于降低循环压耗，影响平衡注水泥。 （4）滤饼质量 薄而韧且容易被冲洗液分散的滤饼有利于安 全下套管、提高水泥对地层、套管的胶结能力， 从而提高联结界面的胶结、密封质量。
三、固井质量影响因素分析-套管
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出现 时间
候 凝
凝结后
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三、固井质量影响因素分析
固井是一项涉及多学科的系统工程，影响因素 多，且各因素之间相互影响、相互制约，既可单独 作用影响固井质量，也可综合作用影响固井质量， 因此，要提高固井质量，必须对固井质量影响因素 及其作用机理形成全面、清晰的认识，只有这样才 能在固井工程设计和固井作业时对其进行全面的掌 握和控制，从而获得优良的固井质量。
的长期密封性能。
三、固井质量影响因素分析-钻井液
（1）类型(油基、水基、脂基等) 不同类型的钻井液在地层和套管表面的润湿 性，可影响水泥石对地层、套管的界面胶结强度
及密封能力，从而影响第一、第二界面的层间封
隔能力。 （2）密度 影响环空浆柱结构、平衡注水泥设计等与井 底有效压力相关的各个环节，如压稳和防漏。
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一、概 述
固井的特点
一次性工程,如果固井质量不好,或出现固井事故，
难以补救，且补救费用高；
隐蔽工程,主要流程在井下,施工时不能直接观察,
施工时间短。 受多种因素的综合影响； 费用高，花钱多； 承前启后，钻井-采油；
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一、概 述
层间封隔失败的后果 环空窜流：在注水泥作业后，由于水泥浆体系 设计不合理，或固井工程设计不合理，或注水泥施 工操作不合理，水泥浆未能完全充满待封固的环形
技术交流
固井质量问题 及其原因分析
20010年8月
主要内容
1、概述 2、环空窜流的类型及成因 3、固井质量影响因素分析 4、固井系统工程设计理念 5、单项技术
6、常见固井质量问题及其原因
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一、概 述
固井，就是在钻井作业钻达一定 的井深以后，在井眼中下入套管，把 水泥浆注入到套管外环形空间（简称 环空）某预定位置，并使其在预定时 间内迅速硬化、凝结，与地层、套管
因素及其作用机理、作用规律有系统、科学、全面
的认识。
只有这样，才能在进行固井工
程设计和固井作业时，对其进行全
面的掌握和控制，掐断环空窜流形
成的渠道，有效防止环空窜流，从
而获得优良的固井质量。
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二、环空窜流的形态及其成因
环空窜流的两个必要条件 动力←层间压差：客观存在、改变不了 通道←水泥与地层、套管胶结形成良好层间封隔中
求，都可以归结为：
套 管：有足够的强度，能承受井下多种外力
的作用，耐腐蚀、不断、不裂、不变形。 水泥环：良好的层间封隔，不出现环空窜流。 可根据层间封隔效果判定固井质量的原因。
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二、环空窜流的形态及其成因
固井的主要目的是层间封隔，一旦出现环空
窜流，就表明层间封隔失败，因此，要实现固井
资源散失而提高采收率；防止油气藏能量散失而
延长自喷生产时间，降低油气生产成本；防止套
管外油、气、水互窜而影响油气井的正常生产，并
节约修井费用；支撑、保护套管，防止套管因受 力或受地层流体腐蚀而损坏，确保油气井寿命满足 油田长期开发的需要；便于实施压裂、酸化、分 层注水、分层开采等强化开采措施等。
一、概 述
环空窜流的危害
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一、概 述
环空窜流的危害
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美国
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一、概 述
环空窜流的危害
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一、概 述
环空窜流的危害
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一、概 述
环空窜流的危害：
钻井：由于不能有效封隔井下的复杂地层，将
影响后续钻井作业的顺利进行，从而影响油气井的
（6）凝结过程中的防窜能力
水泥浆具有适当的防窜能力，既有利于在候凝
过程中压稳地层流体、防止地层流体侵入环空、降
低固井质量，又有利于降低体系的成本。
（7）水泥石强度及长期稳定性
水泥石强度应足以支撑、保护套管，并满足后
续施工的需要。主要体现为抗高温强度衰退和抗地
层流体腐蚀的能力。
三、固井质量影响因素分析-水泥浆
三、固井质量影响因素分析-水泥浆
（3）流变性
可影响现场配浆、平衡注水泥、顶替流速、
流态以及最终的顶替效率。 （4）施工安全性 合理的稠化时间，既可确保注水泥施工操作 安全进行，又可缩短候凝时间。
（5）适应性
对材料性能的微小变化、温度波动、液灰比
波动有较强的适应性，影响施工的安全、效率及
质量。
三、固井质量影响因素分析-水泥浆
三、固井质量影响因素分析-作业要求
（1）返高 影响水泥浆的量、浆柱结构、顶替流速流 态度以及候凝过程中的压稳。 （2）后续强化开采措施 对返高及拟实施强化开采措施井段的水泥 石强度、固井质量有特殊要求。
三、固井质量影响因素分析-作业要求
（3）后期工况变化 不同的井别，有不同的后期工况变化，但 都要求水泥环具有良好的长期密封性能。 水泥浆凝结后，井内温度、压力的变化可
空间，或未能形成优质、完整的水泥环，或未与欲
封固井段的地层、套管良好胶结，不能在油气井正
常生产寿命期间有效密封环空而导致井口冒油、气、
水，或油、气、水在地下层间互窜的现象。
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一、概 述
层间封隔失败的后果：环空窜流


地下窜流 隐蔽

窜至地面 明显
套管；环空窜流通道；高压层；低压层；
（8）水泥环的力学、热学性能 在油井生产过程中，水泥环所处环境条件不可
避免地要发生变化，如由热采引起的温度变化，由
酸化、压裂引起的压力变化，以及由蒸汽吞吐引起
的周期性应力等。
水泥石应具有一定的力学、热学性能，以适应
不同的井型，其作业要求和难点也有所不同， 可根据具体情况制定相应的技术标准，并选用适 宜的技术措施。
三、固井质量影响因素分析-井眼条件
（2）井眼参数 主要包括井深、井径、返高及上层套管程序， 可影响环空浆柱结构、注水泥过程中的环空流动压 耗、顶替流速、流态以及水泥浆、冲洗液、隔离液 的用量。 （3）井眼质量 包括井径规则程度、井眼光滑程度、井径扩大 率，以及井眼的清洁、畅通程度等。 可影响安全下套管、环空流动压耗，以及水泥 浆的量及其对钻井液的顶替效率。
化，从而影响油气田的正常生产及合理开发，甚至
造成严重事故，如断块复活导致套管成片地被破坏； 套管得不到水泥环的良好保护，易被地层流体、 注入流体腐蚀损坏，从而影响油气井的正常生产， 甚至无法满足油田长期开发的需要。
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一、概 述
固井质量要求：
不论是钻井、完井还是开发，对固井质量的要
建井周期和建井成本，甚至影响整个区块的勘探、
开发进程 。
完井：由于地层之间未能得到良好的层间封隔，
将无法根据油田长期开发的需要，进行分层测试、
分层开采等分层作业。
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一、概 述
环空窜流的危害：
开发：难以进行分层测试、分层开采或分
组开采等措施，致使部分储量难以动用，不Hale Waihona Puke Baidu于
提高产量和采收率；油气藏本身的能量、资源
（1）表面粗糙度及清洁度
影响水泥与套管之间的界面胶结能力，从而影
响层间封隔效果。
（2）抗拉、承压及耐腐蚀能力
影响套管的安全以及油气井的生产寿命。 （3）套管丝扣连接 丝扣连接强度对于安全下套管、套管柱抗拉强 度有重要影响。丝扣连接的密封能力对气井的安全
生产有重要影响。
三、固井质量影响因素分析-水泥浆
影响水泥石与地层、套管的界面胶结及密封能
力，从而影响水泥环的长期密封性能。
三、固井质量影响因素分析-作业要求
（3）后期工况变化 高温下水泥石强度衰退、解体，导致水泥环
密封性能失效。
水泥石耐腐蚀能力不足，水泥石所处化学环
境的变化，如地层水离子组分发生变化，均可影
响水泥石的化学、力学稳定性，从而影响水泥环
•井壁残存泥饼 •套管、地层表面油湿 •微环隙，管内憋压候凝 •地层流体动态干扰 •界面胶结破坏，PT变化、冲击
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二、环空窜流的形态及其成因
•死泥浆、泥饼
注水泥
•套管、地层表面油湿 •自由水通道、分层 •水泥水化裂缝 •地层流体侵入 •动态水干扰 •管内憋压、微环隙 •提前作业、动井口 •水泥石破碎解体 •界面胶结破坏
将通过窜流通道散失，不利于提高产量和采收率；
高压地层水将通过窜流通道进入油气藏，影响
油气资源在地下分布、运移，甚至对油气藏造成
严重的破坏，如油气层水淹。
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一、概 述
环空窜流的危害：
开发：酸液、压裂液等注入流体通过窜流通
道进入非目的层，将降低增产措施的实施效果，同
时，注入流体乱窜将使波及地区的地层压力发生变
的目的，必须有效防止环空窜流。
环空窜流是一个非常复杂的物理、化学作用
过程，影响因素多，且各因素之间相互影响、相
互制约；既可由某些因素单独作用形成，也可由
某些因素综合作用形成；不同的影响因素，其作
用时间、作用方式、作用原理都有所不同。
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二、环空窜流的形态及其成因
因此，要防止环空窜流，需对其本身、其影响
三、固井质量影响因素分析-井眼条件
（4）环空间隙
影响水泥浆对钻井液的顶替流速、流态，从而影
响顶替效率，以及平衡注水泥设计。
另外，小间隙水泥环抗冲击能力较弱，其长期密 封性能对水泥石的力学及厚度有特殊要求。 （5）井内温度、压力 影响水泥浆的流变性、稳定性和注水泥施工的安 全性，以及水泥石的强度等性能。
三、固井质量影响因素分析-地层条件
（1）地层岩性剖面
可影响水泥与地层之间的界面胶结及密封能力，
从而影响固井第二界面的层间封隔质量。
（2）地层压力 可影响环空浆柱结构、水泥浆体系性能、平衡注 水泥施工设计、顶替流速、流态和在候凝过程中压稳 地层流体、防止地层流体窜槽等一系列影响固井质量 的关键环节。
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三、固井质量影响因素分析
根据固井作业涉及的对象分 固 井 质 量 影 响 因 素 井眼条件 地层条件 作业目的 套管 钻井液 水泥浆 前置液 注水泥施工

三、固井质量影响因素分析-井眼条件
（1）井眼类型 根据井眼剖面形状，可分为常规直井、定向 井、水平井、特殊结构井等； 根据钻井目的，可分为探井、评价井、开发 井、调整井、注入井等； 根据井下复杂情况，可分为高温高压深井、 超深井，低压易漏井，热采井、小间隙井等。