《钻井与完井工程》课件——7固井.
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钻井工程管志川第七章固井和完井ppt课件
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二、井身结构设计的原则
1、有效地保护油气层；
2、有效避免漏、喷、塌、卡等井下复杂事故的发生，保证安 全、快速钻进；
3、当实际地层压力超过预测值而发生井涌时，在一定压力范 围内，具有压井处理溢流的 才干。
三、井身结构设计的基础数据
地层岩性剖面、地层孔隙压力剖面、地层破裂压力剖面、地 层坍塌压力剖面。
（1） ρd≥ρpmax+ Sb
防井涌
（2） (ρdmax-ρpmin)×Dpmin×0.00981≤△P 防压差卡 钻
（3） 防井漏
ρdmax+ Sg + Sf ≤ρfmin
（4） ρdmax+ Sf + Sk ×Dpmax/ Dc1≤ρfc1 漏
防关井井
其中：
ρd —— 钻井液密度， g/cm3；
.
第一节 井身结构设计
主要包括套管层次和每层套管的下深，以及套管和井眼尺 寸的配合。 一、套管的分类及作用 1、表层套管 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。 2、生产套管〔油层套管）
钻达目的层后下入的最后一层套管，用以保护生产层， 提供油气生产通道。 3、中间套管〔技术套管） 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。主要用来封隔井下复杂地层。 4、尾管〔衬管）
由 ρf =ρpmax+ Sb + Sg + Sf
计算出ρf ，在破裂压力曲线上查出ρf 所在的 井深D21 ，即为中间套管下深初选点。
（2〕考虑可能发生井涌
由 ρf =ρpmax+Sb+ Sf + Sk ×Dpmax/ D21
用试算法求 D21；先试取一个D21，计算ρf ； 将计算出的ρf 与D21处查得的ρf 进行比较，若 计算值与实际值相差不大且略小于实际值，可 以确定D21为中间套管初选点。否则，重新进行 试算。
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二、井身结构设计的原则
1、有效地保护油气层；
2、有效避免漏、喷、塌、卡等井下复杂事故的发生，保证安 全、快速钻进；
3、当实际地层压力超过预测值而发生井涌时，在一定压力范 围内，具有压井处理溢流的 才干。
三、井身结构设计的基础数据
地层岩性剖面、地层孔隙压力剖面、地层破裂压力剖面、地 层坍塌压力剖面。
（1） ρd≥ρpmax+ Sb
防井涌
（2） (ρdmax-ρpmin)×Dpmin×0.00981≤△P 防压差卡 钻
（3） 防井漏
ρdmax+ Sg + Sf ≤ρfmin
（4） ρdmax+ Sf + Sk ×Dpmax/ Dc1≤ρfc1 漏
防关井井
其中：
ρd —— 钻井液密度， g/cm3；
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第一节 井身结构设计
主要包括套管层次和每层套管的下深，以及套管和井眼尺 寸的配合。 一、套管的分类及作用 1、表层套管 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。 2、生产套管〔油层套管）
钻达目的层后下入的最后一层套管，用以保护生产层， 提供油气生产通道。 3、中间套管〔技术套管） 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。主要用来封隔井下复杂地层。 4、尾管〔衬管）
由 ρf =ρpmax+ Sb + Sg + Sf
计算出ρf ，在破裂压力曲线上查出ρf 所在的 井深D21 ，即为中间套管下深初选点。
（2〕考虑可能发生井涌
由 ρf =ρpmax+Sb+ Sf + Sk ×Dpmax/ D21
用试算法求 D21；先试取一个D21，计算ρf ； 将计算出的ρf 与D21处查得的ρf 进行比较，若 计算值与实际值相差不大且略小于实际值，可 以确定D21为中间套管初选点。否则，重新进行 试算。
《完井固井技术》课件
地层条件
地层条件也是影响固井质量的因素之一， 包括地层的岩性、渗透性、地层压力等。
06
案例分析
某油田固井工程案例
01
案例概述
某油田位于我国东部地区，储量丰富，是重要的石油产地。为了确保油
田的长期稳定生产和提高采收率，需要进行固井工程。
02 03
固井技术应用
在某油田的固井工程中，采用了多种固井技术，包括常规固井、低密度 固井和尾追固井等。这些技术的应用有助于提高油井的密封性能和降低 生产过程中的风险。
压力测试法
通过测量注水压力变化，判断固井质 量。
放射性示踪剂法
利用放射性示踪剂在井壁上的分布， 检测固井质量。
井温测量法
通过测量井壁温度分布，判断固井质 量。
固井质量评价标准
水泥浆密度
水泥浆密度应符合设计要求，以保证固井质 量。
水泥浆胶结强度
水泥浆胶结强度应达到设计要求，以保证井 壁的稳定性。
声波速度
01
适应性原则
02 根据不同的地质条件、工程要求 和环境因素，选择合适的水泥浆 体系和外加剂。
经济性原则
在满足工程要求的前提下，尽量 降低成本，提高经济效益。 03
可行性原则
04 确保固井设计的方案切实可行， 能够顺利实施。
04
固井施工工艺
固井施工流程
下套管阶段
将套管下入井中， 确保套管位置正确 、无损坏。
防砂工艺
采用砾石充填、滤砂管等防砂措施，防止 油气层出砂，保持油气层稳定性。
防腐工艺
采用涂层、缓蚀剂等防腐措施，防止油气 管道和设备腐蚀。
完井设备
钻机
用于钻探和钻开油气层的钻机设 备。
套管头
用于固定和悬挂套管，并承受套 管压力的设备。
地层条件也是影响固井质量的因素之一， 包括地层的岩性、渗透性、地层压力等。
06
案例分析
某油田固井工程案例
01
案例概述
某油田位于我国东部地区，储量丰富，是重要的石油产地。为了确保油
田的长期稳定生产和提高采收率，需要进行固井工程。
02 03
固井技术应用
在某油田的固井工程中，采用了多种固井技术，包括常规固井、低密度 固井和尾追固井等。这些技术的应用有助于提高油井的密封性能和降低 生产过程中的风险。
压力测试法
通过测量注水压力变化，判断固井质 量。
放射性示踪剂法
利用放射性示踪剂在井壁上的分布， 检测固井质量。
井温测量法
通过测量井壁温度分布，判断固井质 量。
固井质量评价标准
水泥浆密度
水泥浆密度应符合设计要求，以保证固井质 量。
水泥浆胶结强度
水泥浆胶结强度应达到设计要求，以保证井 壁的稳定性。
声波速度
01
适应性原则
02 根据不同的地质条件、工程要求 和环境因素，选择合适的水泥浆 体系和外加剂。
经济性原则
在满足工程要求的前提下，尽量 降低成本，提高经济效益。 03
可行性原则
04 确保固井设计的方案切实可行， 能够顺利实施。
04
固井施工工艺
固井施工流程
下套管阶段
将套管下入井中， 确保套管位置正确 、无损坏。
防砂工艺
采用砾石充填、滤砂管等防砂措施，防止 油气层出砂，保持油气层稳定性。
防腐工艺
采用涂层、缓蚀剂等防腐措施，防止油气 管道和设备腐蚀。
完井设备
钻机
用于钻探和钻开油气层的钻机设 备。
套管头
用于固定和悬挂套管，并承受套 管压力的设备。
钻井与完井工程完整课件超值
01
随着人工智能和机器学习的发展，自动化钻井技术将进一步提
高钻井效率和安全性，降低人工操作风险。
智能完井技术
02
利用传感器、远程监控等技术实现智能完井，实时监测油藏动
态，提高采收率。
新型钻井液与完井液
03
研发更高效、环保的钻井液与完井液，降低对环境的污染，提
高钻井作业的可持续性。
环保要求对行业的影响
作用
用于保护油气层、防止地层坍塌、携 带岩屑、降低摩擦阻力等，同时对油 气层的渗透性和产能有重要影响。
完井工艺流程
钻孔准备
钻孔设计、钻孔定位、钻孔开钻等。
钻孔施工
钻进、取芯、测井等。
完井作业
下套管、注水泥浆、射孔、排液等。
后期处理
试压、检测、维护等。
完井过程中的问题与处理
问题
包括井壁坍塌、地层出砂、油气层污染等。
03
完井工程概述
完井工程定义与特点
完井工程定义
完井工程是石油工业中钻井工程的最后一个阶段，涉及到完 成井筒的钻探和完成油气井的装备，为油气开采和生产做好 准备。
完井工程特点
完井工程具有系统性和复杂性，涉及多个专业领域，包括钻 井、地质、油藏、采油、机械、电子等。同时，完井工程需 要适应各种复杂的地质和工程条件，确保油气井的长期稳定 生产和安全。
钻井与完井工程 完整课件
目录
• 钻井工程概述 • 钻井工艺与技术 • 完井工程概述 • 完井工艺与技术 • 钻井与完井工程案例分析 • 钻井与完井工程未来发展展望
01
钻井工程概述
钻井工程定义与特点
总结词
钻井工程是石油天然气勘探开发中的重要环节，具有高风险、高投入、高技术 含量的特点。
钻井与完井工程(西南石油大学课件)
钻井新技术
深井超深井技术（Deep well Drilling)
高温高压的钻井液技术 高温高压的固井技术 深井钻柱、套管柱强度设计 深井提高钻速技术 深井井斜控制技术
钻井新技术
水平井钻井技术（Horizontal well)
定义
长半径（2-6/30m、半径：300m-900m） 中半径（8-20/30m、半径：86m-215m） 短半径 (5-10/m、半径：10m-20m)
国外钻井水平
世界水平段最长纪录
Ｍaersk油气公司1991.11在北海、丹麦海域 Tvra West Bravo油田钻成一口水平井、测深 4768ｍ、垂深2266ｍ、水平段长2501ｍ创当时 世界水平段最长纪录。
水平位移最大的大位移井
Statoil公司在施达福油田钻成一口水平井、测 深7028ｍ，垂深2681ｍ、水平位移6086ｍ创世 界纪录
钻井新技术
大位移井 ERD Drilling Tech. (Extended Reach Displacement)
理论问题
井身轨迹优化 井壁稳定理论 摩阻分析 扭矩测量及分析 环空流体学及环空携岩 钻柱强度分析
钻井新技术
欠平衡钻井技术(Underbalanced Drilling)
钻井设计
地质设计： 构造、井口坐标、目的层、岩性描
述、地质录井要求 工程设计：
钻井设备、井身结构、钻头设计、钻柱设 计、钻井液设计、水力参数设计、套管强度设 计、井口装置、钻井施工措施
井身结构(Casing Program)
一开：第一次开钻 二开：固表层套管后在开钻 三开： 。。。
oil zone
钻井与完井工程
主讲：付 建 红 电话：13980789799 E _mail：fujianhong@
中国石油大学钻井工程第七章+固井与完井张辉.
依据：钻下部井段所预计的最大井内 压力不致压裂中间套管鞋处的裸露地 层。
Pmax ≤ Pf2
D1：表层套管下深 D2：中间套管下深 D3：尾管下深
（1）不考虑发生井涌
由 f pmax Sb Sg S f
计算出ρf ，在破裂压力曲线查 出ρf 所在的井深 D21 ， D21即为中间套管下入井深初选 点。
井身结构—油井基础，全井骨架 固井工程—套管柱设计和注水泥 不仅关系全井能否顺利钻进完井，而且关系能否顺利生产和寿 命。 2006年3月25日，重庆开县罗家2井，套管破损，地下井漏， H2S喷出，12000人紧急疏散，2口井报废。 井身结构设计是钻井工程的基础设计。
第一节 井身结构设计
一、套管的分类及作用 二、井身结构设计原则 三、井身结构设计基础数据 四、裸眼井段应满足的力学平衡 五、井身结构设计方法（举例） 六、套管尺寸和井眼尺寸选择
Байду номын сангаас
三、井身结构设计基础数据
• 4个剖面：
孔隙压力剖面 破裂压力剖面 坍塌压力剖面 漏失压力剖面
• 6 个设计系数：
抽吸压力系数Ｓｂ：0.024~0.048 g/cm3
激动压力系数Ｓｇ：0.024~0.048 g/cm3
压裂安全系数Ｓｆ：0.03~0.06 g/cm3
井涌允量 Ｓｋ：0.05~0.08 g/cm3
表层套管鞋处承受压力当量密度：
fE
p2
Sb
Sf
D2 D1
Sk
试算：试取 D1，
计算 fE ≤查得ρfE（井深D1）,
Sk
试算法：
先试取一个 D31，计算 pper ， 若计算 pper与实际值接近且略大，
则 D31 为尾管初选点，否则重试。
Pmax ≤ Pf2
D1：表层套管下深 D2：中间套管下深 D3：尾管下深
（1）不考虑发生井涌
由 f pmax Sb Sg S f
计算出ρf ，在破裂压力曲线查 出ρf 所在的井深 D21 ， D21即为中间套管下入井深初选 点。
井身结构—油井基础，全井骨架 固井工程—套管柱设计和注水泥 不仅关系全井能否顺利钻进完井，而且关系能否顺利生产和寿 命。 2006年3月25日，重庆开县罗家2井，套管破损，地下井漏， H2S喷出，12000人紧急疏散，2口井报废。 井身结构设计是钻井工程的基础设计。
第一节 井身结构设计
一、套管的分类及作用 二、井身结构设计原则 三、井身结构设计基础数据 四、裸眼井段应满足的力学平衡 五、井身结构设计方法（举例） 六、套管尺寸和井眼尺寸选择
Байду номын сангаас
三、井身结构设计基础数据
• 4个剖面：
孔隙压力剖面 破裂压力剖面 坍塌压力剖面 漏失压力剖面
• 6 个设计系数：
抽吸压力系数Ｓｂ：0.024~0.048 g/cm3
激动压力系数Ｓｇ：0.024~0.048 g/cm3
压裂安全系数Ｓｆ：0.03~0.06 g/cm3
井涌允量 Ｓｋ：0.05~0.08 g/cm3
表层套管鞋处承受压力当量密度：
fE
p2
Sb
Sf
D2 D1
Sk
试算：试取 D1，
计算 fE ≤查得ρfE（井深D1）,
Sk
试算法：
先试取一个 D31，计算 pper ， 若计算 pper与实际值接近且略大，
则 D31 为尾管初选点，否则重试。
石油钻探固井技术PPT课件
其平衡方程有：
z
t
2
t
r
2
r
z
2
2
2 s
38
在这三个应力中，r << t,故在上面方程中忽略其影响后可 得出方程：
2
2
z s
z s
t s
t s
1
式中，z/s和t/s分别表示轴向应力和周向应力在屈服应力中占的比例。
39
b. 方程意义 反映z 、t与s之关系，表示套管所受多向载荷 时，套管内轴向应力与周向应力的关系。
管生产的尺寸、钢级、壁厚、连接方式等。
目前一般使用的美国API套管规范。其规定的有关性能主要有
。
13
1、尺寸系列（又叫名义外径或公称直径） 41/2，5，51/2，65/8，7，75/8， 85/8，95/8，103/4，113/4，16, 285/8，20，30....
14
2、钢级系列
API钢级有10种：H,J,K,N,C,L,P,Q,X.
在空气中
பைடு நூலகம்26
1.2 弯曲附加拉力 如果井眼存在较大的井斜变化
或狗腿度时，由于套管弯曲效应 的影响将增大套管的拉力负荷， 特别是在靠近丝扣啮合处，易形 成裂缝损坏，由于API套管的连接 强度没有考虑弯曲应力，所以设 计时应从套管的连接强度中扣除 弯曲效应的影响，其计算公式见 有关资料。
27
1.3 其它附加拉力 在一般的套管设计中，没有具体考虑附加拉力，
次的余地。 要考虑到工艺技术水平以及管材、钻头等的库存情况。 地质复杂情况、取岩心尺寸要求、井眼曲率等。
12
第二节 套管柱设计
一、套管规范简介 套管受到各种类型外力作用，须具有一定强度。 外载大小、类型不同，所需的强度要求也不同，须有一系列
z
t
2
t
r
2
r
z
2
2
2 s
38
在这三个应力中，r << t,故在上面方程中忽略其影响后可 得出方程：
2
2
z s
z s
t s
t s
1
式中，z/s和t/s分别表示轴向应力和周向应力在屈服应力中占的比例。
39
b. 方程意义 反映z 、t与s之关系，表示套管所受多向载荷 时，套管内轴向应力与周向应力的关系。
管生产的尺寸、钢级、壁厚、连接方式等。
目前一般使用的美国API套管规范。其规定的有关性能主要有
。
13
1、尺寸系列（又叫名义外径或公称直径） 41/2，5，51/2，65/8，7，75/8， 85/8，95/8，103/4，113/4，16, 285/8，20，30....
14
2、钢级系列
API钢级有10种：H,J,K,N,C,L,P,Q,X.
在空气中
பைடு நூலகம்26
1.2 弯曲附加拉力 如果井眼存在较大的井斜变化
或狗腿度时，由于套管弯曲效应 的影响将增大套管的拉力负荷， 特别是在靠近丝扣啮合处，易形 成裂缝损坏，由于API套管的连接 强度没有考虑弯曲应力，所以设 计时应从套管的连接强度中扣除 弯曲效应的影响，其计算公式见 有关资料。
27
1.3 其它附加拉力 在一般的套管设计中，没有具体考虑附加拉力，
次的余地。 要考虑到工艺技术水平以及管材、钻头等的库存情况。 地质复杂情况、取岩心尺寸要求、井眼曲率等。
12
第二节 套管柱设计
一、套管规范简介 套管受到各种类型外力作用，须具有一定强度。 外载大小、类型不同，所需的强度要求也不同，须有一系列
最新完井固井技术PPT课件
水泥头
（6）胶塞
– 是由内嵌铸铁或铝和易钻料的橡胶制成，带 有尾翼：注水泥后被钻掉。
第三节 注水泥固井工艺
一、概述
1、注水泥施工要求
• 注水泥施工后要形成一个完整的水泥环， 使水泥与套管、水泥与井壁固结好，水泥 胶结强度高，油气水层封隔好、不窜、不 漏。
• 要达到以上要求，就必须全面周密考虑各 种影响因素，精心设计、精心施工。
浮箍
（3）扶正器
– 固定在套管外壁上，靠它的弹性钢片扶正套 管柱，使套管在井眼里居中，从而注水泥时 套管柱四周的水泥环厚度均匀。
（4）联顶节
– 是用来联接套管头和地面固井设备水泥头的。 联顶节有一定的长度。调节联顶节下入钻台 转盘面以下的深度（联入），来控制套管头 露出地面的距离。一般对于低洼井，套管头 的露出高度应高一些，以便于安装采油装置。
油管与套管环空应定期注缓蚀剂以降低对套管内腐蚀521主要问题地层压力低且裂缝发育油层既是裂缝层也是漏失层在钻井和固井过程中造成大量漏失使油层部位未封固或封固不好影响油井生产同时由于水泥浆上返高度不够用先期完井的方法将技术套管下到油气层顶部然后采取尾管射孔或割缝衬管完井2其它方法541主要问题注蒸汽是当前开采稠油最有效的方法之一由于热采井在生产期将承爱高温条件套管和水泥会受到严峻考验蒸汽注入温度可达360度套管受热内部产生压应力当超过材料屈服极限时套管将发生断裂或破蒸汽注入或停止多次反复会导致接箍漏失和螺纹滑脱损坏随温度升高水泥石的抗压强度会大幅度下降从而失去对套管的支撑密闭作用耐高温水泥提高水泥浆的热稳定性选用g级水泥加30石英砂热采井环空全部封固热采井套管破坏与完井方法密切相关
1、拉力
• 由套管本身重量所引起。越靠上部的套管承受 的拉力越大，套管柱越长，套管的尺寸越大， 上部套管承受的拉力越大。
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12
第一节 套管及套管柱强度设计
13
序言
套管柱的主要功能 对套管的要求
抗挤 抗拉 抗内压
圆度 壁厚均匀性 抗腐蚀 最小的流动阻力
密封
良好的上扣性能及重复互 换性能
耐磨（硬度指标）
14
序言
套管柱的组成 由不同强度的套管段组成
原因：
套管受到各种类型外力作用，须具有一定 强度。 外载大小、类型不同，所需的强度要求也 不同，须有一系列不同尺寸、不同强度的 套管。即套管系列。
概述
3、固井工程步骤
注水泥 ➢ 下完套管之后，把水泥浆泵入套管内，再ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
➢ 水泥头：安装在套管柱的最上端，内装有上、下胶塞。
下胶塞的作用是与隔离液（一种专门配制的液体，用以隔离钻井液 与水泥浆）一道，将水泥浆与钻井液隔离开，防止钻井液接触水泥 浆后影响水泥浆的性能。下胶塞为中空，顶部有一层橡胶膜，该膜 在压力作用下可压破
15
序言
套管柱的类型 表层套管 技术套管（中间套管） 生产套管（油层套管） 尾管（技术尾管、生产尾管） 回接套管
16
一、套管外载分析与计算
1、静载 特点：长期作用、联合作用在套管上。 类型： 轴向拉力 径向外挤压力 径向内压力 弯曲附加拉力 温差应力
17
一、套管外载分析与计算
2、动载
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。包括下套管和 注水泥。
3
概述
2、工艺介绍 下套管 注水泥 候凝 检测评价
4
概述
3、固井工程的步骤
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
图7-1 单根套管示意图 1——接箍 2——套管本体
5
➢表层套管：井漏造成全掏空 ➢ 技术套管：井漏发生，但不可能造成发生全漏空的情况
，因此技术套管的下部还有支撑内压力作用 ➢ 油层套管：一般在采油后期产层压力降得很低的时候产
生最大有效外压力（开发后期可能抽油或气举采油）， 因为这时套管内的内压力会降得很低。若近似认为内压 力为零，则其受载情况与表层套管类似，即为全掏空。
Po 0.0098 mZ
23
一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 （2）支撑内压力
对于表层套管、油层套管这种可能全掏空的情况，支撑内压力 为零。
对于技术套管非全掏空的情况，在漏失面以上（即井深小于漏 失面深度的套管段），支撑内压力为零，在漏失面以下（即井 深大于漏失面深度的套管段）作用有管内钻井液液柱压力。
➢ 候凝时间通常为24小时或48小时，也有72小时或几小时的 ，候凝时间的长短视水泥浆凝固及强度增长的快慢而定。 候凝期满后。
测井进行固井质量检测和评价
7
概述
（a）
（b）
（c）
（d）
（e）
图7-2 注水泥工艺流程示意图
（a）循环钻井液 （b）注隔离液和水泥浆 （c）替浆 （d）替浆 （e）碰压
1——压力表 2——上胶塞 3——下胶塞 4——钻井液 5——浮箍 6——引鞋
水泥环有可靠的密封
环空封固段不窜、不漏、胶结 良好，能经受高压挤注的考验
11
概述
7、固井工程的特殊性
(1)是一次性工程,如果质量不好,一般情况下难以补救; (2)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; (3)影响后续工程的进行; (4)是一项花钱多的工程; (5)施工时间短,工序内容多,作业量大,是技术强的工程.
22
一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 （1）外压力
在水泥面（环空内水泥的顶面）以上应按钻井液液柱压力计算 对于水泥封固段，当发生上述最大有效外压力时，管外环空中
的水泥已经凝固，水泥环（水泥浆在环空内凝固后的环状水泥 石称为水泥环）应有助于套管承受外压力，但难于准确计算， 因此从安全角度考虑现场上一般将水泥面以下水泥环段的外压 力也按钻井液液柱压力计算。
特点：瞬时地、单一地作用在套管上。
产生原因：
起下钻时速度变化产生的动载 阻、卡套管时提拉动载 摩擦动载 碰压动载 密度差产生的附加拉力
18
一、套管外载分析与计算 作用在套管上的主要载荷应是：
轴向力：自重、浮力 外挤压力 内压力
19
一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 管外钻井液液柱压力:（水泥不返
上胶塞为实心，其作用是隔离顶替用的钻井液与水泥浆；
破膜：下胶塞坐落在浮箍上后，在压力作用下破膜
6
概述
3、固井工程步骤
碰压：当其坐落在已坐于浮箍上的下胶塞上之后，地面压力将 很快上升一定值（称为碰压），该信号说明水泥浆已顶替到位 ，施工结束。
侯凝： ➢ 注入井内的水泥浆要凝固并达到一定强度后才能进行后续 的钻井施工或是其它施工，因此，注水泥施工结束后，要 等待水泥浆在井内凝固，该过程称为候凝；
到井口时，上部有一段套管外为钻 井液。该段套管称为自由套管） 水泥浆液柱压力 地层中流体压力 易流动岩层的侧压力等
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一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 有效外压力：
Poe Po Pib
式中 Poe——有效外压力； Po——外压力； Pib——支撑内压力。
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一、套管外载分析与计算
1.径向外挤压力 有效外压力：
因此，要计算支撑内压力，首先要知道漏失面的深度。
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一、套管外载分析与计算
1.径向外挤压力 （2）支撑内压力
HL Hn
漏失面深度确定：假设下一次钻进钻至下 一层套管的下入深度（下一井段的目的井 深）时发生井漏，并假设漏失层的孔隙压
第七章 固 井
1
第七章 固 井
概述 第一节 套管及套管柱强度设计 第二节 油井水泥 第三节 影响注水泥质量的因素
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概述
1、固井工程的概念 为了加固井壁，保证继续钻进，封隔油、气和
水层，保证勘探期间的分层试油及在整个开采中合理 的油气生产，为此下入优质钢管，并在井筒与钢管环 空充填好水泥的作业，称为固井工程。
7——水泥浆 8——隔离液 9——钻井液
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概述
4、固井目的
封隔易塌、易漏等复杂地层，保证钻井顺利 进行 封隔油气水层，建立油气流出通道，防止产 层间互窜 进行增产措施 安装井口
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概述
5、固井内容
套管与下套管 水泥与注水泥
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概述
6、对固井质量的要求
套管有足够的强度
能承受井下各种外力作用，抗 腐蚀、不断、不裂、不变形
第一节 套管及套管柱强度设计
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序言
套管柱的主要功能 对套管的要求
抗挤 抗拉 抗内压
圆度 壁厚均匀性 抗腐蚀 最小的流动阻力
密封
良好的上扣性能及重复互 换性能
耐磨（硬度指标）
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序言
套管柱的组成 由不同强度的套管段组成
原因：
套管受到各种类型外力作用，须具有一定 强度。 外载大小、类型不同，所需的强度要求也 不同，须有一系列不同尺寸、不同强度的 套管。即套管系列。
概述
3、固井工程步骤
注水泥 ➢ 下完套管之后，把水泥浆泵入套管内，再ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
➢ 水泥头：安装在套管柱的最上端，内装有上、下胶塞。
下胶塞的作用是与隔离液（一种专门配制的液体，用以隔离钻井液 与水泥浆）一道，将水泥浆与钻井液隔离开，防止钻井液接触水泥 浆后影响水泥浆的性能。下胶塞为中空，顶部有一层橡胶膜，该膜 在压力作用下可压破
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序言
套管柱的类型 表层套管 技术套管（中间套管） 生产套管（油层套管） 尾管（技术尾管、生产尾管） 回接套管
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一、套管外载分析与计算
1、静载 特点：长期作用、联合作用在套管上。 类型： 轴向拉力 径向外挤压力 径向内压力 弯曲附加拉力 温差应力
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一、套管外载分析与计算
2、动载
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。包括下套管和 注水泥。
3
概述
2、工艺介绍 下套管 注水泥 候凝 检测评价
4
概述
3、固井工程的步骤
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
图7-1 单根套管示意图 1——接箍 2——套管本体
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➢表层套管：井漏造成全掏空 ➢ 技术套管：井漏发生，但不可能造成发生全漏空的情况
，因此技术套管的下部还有支撑内压力作用 ➢ 油层套管：一般在采油后期产层压力降得很低的时候产
生最大有效外压力（开发后期可能抽油或气举采油）， 因为这时套管内的内压力会降得很低。若近似认为内压 力为零，则其受载情况与表层套管类似，即为全掏空。
Po 0.0098 mZ
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一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 （2）支撑内压力
对于表层套管、油层套管这种可能全掏空的情况，支撑内压力 为零。
对于技术套管非全掏空的情况，在漏失面以上（即井深小于漏 失面深度的套管段），支撑内压力为零，在漏失面以下（即井 深大于漏失面深度的套管段）作用有管内钻井液液柱压力。
➢ 候凝时间通常为24小时或48小时，也有72小时或几小时的 ，候凝时间的长短视水泥浆凝固及强度增长的快慢而定。 候凝期满后。
测井进行固井质量检测和评价
7
概述
（a）
（b）
（c）
（d）
（e）
图7-2 注水泥工艺流程示意图
（a）循环钻井液 （b）注隔离液和水泥浆 （c）替浆 （d）替浆 （e）碰压
1——压力表 2——上胶塞 3——下胶塞 4——钻井液 5——浮箍 6——引鞋
水泥环有可靠的密封
环空封固段不窜、不漏、胶结 良好，能经受高压挤注的考验
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概述
7、固井工程的特殊性
(1)是一次性工程,如果质量不好,一般情况下难以补救; (2)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; (3)影响后续工程的进行; (4)是一项花钱多的工程; (5)施工时间短,工序内容多,作业量大,是技术强的工程.
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一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 （1）外压力
在水泥面（环空内水泥的顶面）以上应按钻井液液柱压力计算 对于水泥封固段，当发生上述最大有效外压力时，管外环空中
的水泥已经凝固，水泥环（水泥浆在环空内凝固后的环状水泥 石称为水泥环）应有助于套管承受外压力，但难于准确计算， 因此从安全角度考虑现场上一般将水泥面以下水泥环段的外压 力也按钻井液液柱压力计算。
特点：瞬时地、单一地作用在套管上。
产生原因：
起下钻时速度变化产生的动载 阻、卡套管时提拉动载 摩擦动载 碰压动载 密度差产生的附加拉力
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一、套管外载分析与计算 作用在套管上的主要载荷应是：
轴向力：自重、浮力 外挤压力 内压力
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一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 管外钻井液液柱压力:（水泥不返
上胶塞为实心，其作用是隔离顶替用的钻井液与水泥浆；
破膜：下胶塞坐落在浮箍上后，在压力作用下破膜
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概述
3、固井工程步骤
碰压：当其坐落在已坐于浮箍上的下胶塞上之后，地面压力将 很快上升一定值（称为碰压），该信号说明水泥浆已顶替到位 ，施工结束。
侯凝： ➢ 注入井内的水泥浆要凝固并达到一定强度后才能进行后续 的钻井施工或是其它施工，因此，注水泥施工结束后，要 等待水泥浆在井内凝固，该过程称为候凝；
到井口时，上部有一段套管外为钻 井液。该段套管称为自由套管） 水泥浆液柱压力 地层中流体压力 易流动岩层的侧压力等
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一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 有效外压力：
Poe Po Pib
式中 Poe——有效外压力； Po——外压力； Pib——支撑内压力。
21
一、套管外载分析与计算
1.径向外挤压力 有效外压力：
因此，要计算支撑内压力，首先要知道漏失面的深度。
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一、套管外载分析与计算
1.径向外挤压力 （2）支撑内压力
HL Hn
漏失面深度确定：假设下一次钻进钻至下 一层套管的下入深度（下一井段的目的井 深）时发生井漏，并假设漏失层的孔隙压
第七章 固 井
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第七章 固 井
概述 第一节 套管及套管柱强度设计 第二节 油井水泥 第三节 影响注水泥质量的因素
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概述
1、固井工程的概念 为了加固井壁，保证继续钻进，封隔油、气和
水层，保证勘探期间的分层试油及在整个开采中合理 的油气生产，为此下入优质钢管，并在井筒与钢管环 空充填好水泥的作业，称为固井工程。
7——水泥浆 8——隔离液 9——钻井液
8
概述
4、固井目的
封隔易塌、易漏等复杂地层，保证钻井顺利 进行 封隔油气水层，建立油气流出通道，防止产 层间互窜 进行增产措施 安装井口
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概述
5、固井内容
套管与下套管 水泥与注水泥
10
概述
6、对固井质量的要求
套管有足够的强度
能承受井下各种外力作用，抗 腐蚀、不断、不裂、不变形