固井技术基础
固井基本知识
固井基本知识一、固井工程的重要性油气井注水泥技术是一门多学科组成的应用科学。
包括地质学，石油工程（钻井、测井、测试、采油、油井增产等工程），机械，化学，力学（流体力学）和电子等学科。
涉及的基础科学知识和工程技术面广，这就要求我们在工作实践中要勤于学习，刻苦钻研，不断学习，不断提高。
固井是钻井工程中一道重要的工序，也是最后一道工序。
固井工程专业化程度高，对油气井建成起关键性作用。
往往因固井质量问题使油气井不能正常生产甚至报废。
固井质量对延长油气井寿命和发挥油气井产能具有重要作用。
固井质量关系到油气田有效勘探和开发。
固井是一种系统工程。
固井工程应从设计、准备、施工和检验等环节严格把关，采用适应地质和油气藏等特点及钻井工艺先进、适用的固井技术，实现安全、优质、经济、可靠的目的。
二、油气井注水泥的历史1、美国石油工业传统上是以1859年锥克（Drake）井的钻进为起点。
2、直到1903年才在加利福尼亚劳木波斯油田使用水泥封堵油层上部的水层。
据说法兰克和联合石油公司把50袋纯硅酸盐水泥混合好后，用捞沙筒送到井下预定位置，后凝28天以后把井内水泥钻掉，再钻穿油层后完井，而水层已被有效封固。
于是该方法成为可行，不久后便在加利福尼亚州有同样为题的油田中传插使用起来。
3、早期的捞沙筒法及油管法在1910年被A.A贝金斯（A.A Perkins)在加州油田提出的双塞法水泥法所代替。
近代注水泥技术也就由此产生。
由于贝金斯公司的服务范围仅限于加州以内，所以其他地区的注水泥方法也以不同的方式出现。
俄克拉何马州1920年哈里伯顿在海威特油田提出了一种新的注水泥方法。
而把套管下在油气层顶部，进行注水泥作业，待水泥凝固后，再钻井下部的油气层完井。
并且开始使用了原始的混浆方法和注水泥设备。
在常规套管固井中双塞注水泥方式目前仍在使用，不同的是经过不断改进和完善而已（木塞、胶塞、压胶塞液等）。
三注水泥分类常规套管注水泥、尾管注水泥、分级注水泥水井地热井处理井大口径井眼一次注水泥（即常规注水泥）永冻层注水泥特种条件下注水泥海上结构注水泥热采井注水泥内管法注水泥水平井注水泥空气钻钻井注水泥通过可溶性地层注水泥挤水泥二次注水泥打水泥塞重新注水泥尾管注水泥：套管串低于井口的注水泥作业。
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。
固井基础理论知识
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。
固井工程技术基础复习过程
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。
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。
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
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二、套管强度
1、套管基本参数
套管的基本参数为套管尺寸、套管壁厚（或单位 长度名义重量）、螺纹类型与套管钢级。 （1）套管尺寸（又叫名义外径或公称直径）：本体外径
4-1/2”, 5”, 51/2”, 65/8”, 7”, 7-5/8”, 8-5/8”, 9-5/8”, 10-3/4”, 11-3/4”, 16”, 28-5/8”, 20”, 30”....
1. 水泥浆密度
水灰比指的是配制水泥浆时配浆水的重量与干水泥的重量之比。 水泥浆密度与水灰比直接相关，关系为
注意：
c w (1 m) w cm
干水泥的密度为3.14 g/cm3～3.15 g/cm3，故当水泥浆的密
度为1.85g/cm3～1.90g/cm3时，水灰比约为0.48～0.44。
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
6
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 7——水泥浆 8——隔离液 9——钻井液
铁铝酸四钙：4CaOAl2O3Fe2O3（简写C4AF）。水化速度
仅次于铝酸三钙，早期强度增长快，硬化三天和28天的 强度值差别不大，强度的绝对值也不大。
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一、油井水泥
2. 水泥的水化反应
有关水化反应的说明：
水泥的水化反应是一个不断进行的过程。随着水化的不 断进行，水泥浆从凝胶态逐渐向结晶态发展，最后形成
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。
固井工程技术基础
的目的井固、1 求要和的目井固 、二
-4-
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用井深 用井深 氢化硫抗 氢化硫抗 氢化硫抗 用井温低 用井温低 用井温低 氢化硫抗 氢化硫抗 氢化硫抗 氢化硫抗 毁挤抗高 毁挤抗高 用井深 用井深 用井深 途用 家厂 铁 日 新 友住
59CA-KN 09CA-KN 58CA-KN 08CA-KN 011-P 08-N 55K 55H 5 5J 59-C
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环色白夹色蓝天 环色白夹色棕 环色蓝夹色茶 环色蓝夹色橙 环色白夹色红 环色白夹色黄 环色褐夹色青 环色红夹色青 环色褐夹色黄 环色橙夹色黄 环色紫夹色黄 环色红夹色黄 环色白夹色红粉 环色褐夹色红粉 环色红粉夹色白 环色黄夹色白 环色褐夹色白 色涂箍接
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（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。
固井工程基础详解
7"尾管挂@
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2845.00 m
9-5/8"套管鞋@ 12-1/4"井眼@
2995 m 3000 m
9-5/8"套管 47#,N-80, BTC
7"尾管29＃,N80, BTC
7"尾管鞋@ 8-1/2" 井眼设计井深@
3595.00 m 3600.00 m
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井身结构的确定
主要取决于井位所在 的地层条件； 目的层的深度； 现有钻井技术水平和 采油采气工艺的技术 要求；
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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"
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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。
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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、51/2英寸试压15MPa，30分钟降压不超过?0.5MPa，7英寸，95/8英寸分别为10MPa和8MPa，30分钟不超过0.5MPa；103/4—133/8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。
固井作业培训
培训效果评估与反馈
培训效果评估方 法：通过考试、 实际操作等方式 对学员进行评估
培训效果反馈途 径：通过学员反 馈表、座谈会等 方式收集学员的 意见和建议
培训效果改进措 施：根据评估结 果和反馈意见， 制定相应的改进 措施
培训效果跟踪与 评估：对改进后 的培训效果进行 跟踪和评估，确 保培训质量不断 提高
固井作业安全注意事项
遵守相关法律法 规和标准
严格遵守安全操 作规程
确保设备设施完 好无损
加强员工安全培 训和教育
定期进行安全检 查和评估
及时报告和处理 安全隐患
06 固井作业案例分析
成功案例介绍
案例名称：某 油田固井作业
成功案例
案例背景：该 油田地质条件 复杂，对固井
作业要求高
作业过程：详 细介绍固井作 业的流程和技
05 固井作业安全规范
固井作业安全规定
固井作业前必 须进行安全检 查，确保设备、 工具、材料等 符合安全要求。
固井作业过程 中，必须遵守 相关安全操作 规程，确保人 员和设备安全。
固井作业后， 必须对现场进 行清理，确保 无残留物，防 止对环境造成
污染。
固井作业人员 必须经过专业 培训，掌握相 关技能和知识， 确保作业安全。
固井液基础知识
固井液的作用：保护油气层，防 止井喷，提高固井质量
固井液的分类：水泥浆、漂珠浆、 低密度水泥浆等
固井液的组成：基浆、加重材料、 悬浮剂、缓凝剂等
固井液的配制与使用：根据地层 特性和施工要求进行配制，控制 固井液性能参数，确保固井质量
固井工具基础知识
钻头：用于钻井的钻头，根据地层和井 深选择合适的类型和尺寸
案例经验总结
案例背景介绍
固井基础-注水泥工艺
1.现场水泥浆稠化时间试验温度主要取（井底循环温度）。
2.实际施工时间与稠化时间的关系是稠化时间=现场施工时间+（60~90min）。
3.高温条件下会造成水泥石强度的衰退，采取加入硅粉的办法，控制强度衰退，硅粉，石英砂被称为（热稳定剂）。
硅粉的加入量一般控制在（25%~30%）之间。
4.固井作业，注水泥前所选用的前臵液，要具有良好（相容性）。
5.注水泥顶替过程中，可能发生（U型管）效应。
6.什么是U型管效应？U型管效应再某种程度上由于注入的水泥浆密度大于钻井液密度，形成套管内外静液柱差，当这种压差超过管内外沿程流动阻力损失时在管内形成了“液柱”的自由落体。
7.使用内管注水泥方法的好处可以防止注水泥及替泥浆过程在管内发生窜槽。
解决顶替泥浆量过大，时间长问题。
可以防止产生过大的上顶力，防止套管向上移动。
可以保证使水泥返出地面。
节省固井成本，节约水泥用量。
8.正规非连续式注水泥程序？第一级按正常套管注水泥方法，注完水泥并碰压后，井口卸压，证实下部浮鞋浮箍工作可靠，水泥浆不回流。
则再投入打开塞，打开分级箍注水泥孔眼，可进行第二级注水泥工作。
注水泥前可调整处理井下钻井液性能。
二级注水泥结束后臵入关闭塞，碰压并使注水泥孔永久关闭。
9.正规非连续式注水泥第一级水泥返深一般距分级箍（200m）。
10.打开塞的下落速度现场一般按照（1m/s）计算。
11.注水泥塞的目的？处理钻井过程中的井漏。
定向井的侧钻和造斜。
堵塞报废井及回填枯竭层位。
提供衬管测试工具的承座基础。
隔绝地层。
12．固井后，出现水泥塞的可能原因有哪些？钻井液性能不好，石粉沉淀，出现假塞现象；套管长度与实际长度不符；浮箍、浮鞋失灵，敞压时管内回流水泥浆；替泥浆时，泥浆中混有水泥浆。
13. 施工哨子有几声？分别是怎样规定的？施工哨子有五声。
第一声哨，循环准备哨。
参加施工的人员全部到位，注水泥车开始循环，下灰车开始充气；第二声哨，注水泥开始；第三声哨，注水泥结束；第四声哨，替钻井液开始；第五声哨，替钻井液结束。
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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。
4、固井的方法1、内管柱固井把与钻柱连接好的插头插入套管浮箍或浮鞋的密封插座内, 通过钻柱注入水泥进行固井作业,称为内管柱固井。
内管柱固井主要用于大尺寸(16″~30″)导管或表层套管的固井。
2、单级双胶塞固井首先下套管至预定井深后装水泥头、胶塞(顶塞与底塞),循环水泥,打隔离液,投底塞,再注入水泥浆,然后投顶塞,开始替泥浆。
底塞落在浮箍上被击穿。
顶底塞碰压,固井结束。
3、尾管固井尾管固井就是用钻杆将尾管送至悬挂设计深度后,通过尾管悬挂器把尾管悬挂在外层套管上,首先坐封尾管悬挂器,然后开始注水泥、投钻杆胶塞顶替、钻杆胶塞剪断尾管胶塞后与尾管胶塞重合,下行至球座处碰压,固井结束。
==井深结构==1、井身结构的概念井身结构就是指由直径、深度与作用各不相同,且均注水泥封固环形空间而形成的轴心线重合的一组套管与水泥环的组合。
2、组成及作用井身结构主要由导管、表层套管、技术套管、油层套管与各层套管外的水泥环等组成。
1、导管:井身结构中下入的第一层套管叫导管。
其作用就是保持井口附近的地表层。
2、表层套管:井身结构中第二层套管叫表层套管,一般为几十至几百米。
下入后,用水泥浆固井返至地面。
其作用就是封隔上部不稳定的松软地层与水层。
3、技术套管:表层套管与油层套管之间的套管叫技术套管。
就是钻井中途遇到高压油气水层、漏失层与坍塌层等复杂地层时为钻至目的地层而下的套管,其层次由复杂层的多少而定。
作用就是封隔难以控制的复杂地层,保持钻井工作顺利进行。
4、油层套管:井身结构中最内的一层套管叫油层套管。
油层套管的下入深度取决于油井的完钻深度与完井方法。
一般要求固井水泥返至最上部油气层顶部100~150米。
其作用封隔油气水层,建立一条供长期开采油气的通道。
5、水泥返高:就是指固井时,水泥浆沿套管与井壁之间与环形空间上返面到转盘平面之间的距离。
3、相关术语1、完钻井深:从转达盘上平面到钻井完成时钻头所钻井的最后位置之间的距离。
2、套管深度:从转盘上平面到套管鞋的深度。
3、人工井底:钻井或试油时,在套管内留下的水泥塞面叫人工井底。
其深度就是从转盘上平面到人工井底之间的距离。
==固井方法==1、内管柱固井如上图所示,把与钻柱连接好的插入头插入套管浮箍/鞋的密封插座内,然后通过钻柱注水泥进行固井作业,称为内管柱固井。
内管柱固井主要用于大尺寸(16″~30″)导管或表层套管的固井,其优点为:在无大尺寸胶塞、水泥头的情况下,可对大尺寸套管进行固井;通过钻柱注水泥、顶替,可大大减少对水泥浆的污染;减小水泥浆的浪费,有效保证固井质量。
2、单级双胶塞固井单级双胶塞套管固井就是海上钻井最常用的固井方法,它就是采用双套管胶塞(顶、底塞)进行固井的,其工艺流程如图所示。
一般地,自升式平台或导管架上的固井使用普通套管胶塞,而浮式平台上的固井使用SSR胶塞。
在使用单级双胶塞固井时,套管柱附件主要由浮鞋、浮箍、扶正器与胶塞等组成,各附件的功能在以后的章节里会讲述。
3、尾管固井尾管固井就是用钻杆将尾管送至悬挂设计深度后,通过尾管悬挂器把尾管悬挂在外层套管上,然后开始注水泥作业的固井方法。
尾管悬挂器可分为机械式与液压式两种类型,我们通常使用的就是液压式尾管悬挂器,其固井工艺流程如上图所示。
4、注水泥塞要处理井漏、弃井、回填枯竭层位、侧钻与隔绝地层等作业时,就需要注水泥塞技术,平衡水泥塞就是最常用的方法。
注水泥塞时,首先将钻具下至注水泥塞设计深度的顶部,注水泥并替出水泥浆(要保证管内水泥面高于环空水泥塞面高度),然后慢慢起出钻具离开水泥塞顶面,循环冲洗干净管柱,使水泥塞留在原位置如上图示。
5、挤水泥挤水泥就是用液压迫使水泥浆进入裸眼或经套管或尾管孔眼进入地层中的注水泥作业,典型挤水泥作业如上图所示。
==固井水泥浆==油井水泥就是一种水硬性胶凝材料,它与水按一定的比例混合便形成水泥浆,并在井下硬化成具有一定抗压强度与渗透率的水泥石。
1) 水泥水化过程油井水泥的水化就是放热反应,按其水化速度与结构的形成,大致可分为四个过程:起始期、迟缓期、凝结期与硬化期。
A、起始期。
在水泥干粉与水混合的几分钟时间内,迅速发生水化反应,有大量水化热生成,在水泥矿物表面上形成一层水化硅酸钙凝胶,因这种作用最初仅在水泥颗粒表面进行,只消耗一部分水,其余的水份充满于水泥颗粒之间,水泥浆具有流动性能。
B、迟缓期。
由于最初在水泥矿物表面生成的水化硅酸钙凝胶渗透率非常低,阻止了矿物进一步水化,而使水化速度明显变慢,此期,水泥浆的流动性能相对比较稳定,水泥浆的泵送入井应在这一时期完成。
这一段时间可延续数十分钟到数小时。
C、凝结期。
随着水化继续向水泥颗粒的深处发展,矿物表面的水化硅酸钙凝胶胀开,水化过程又加速进行,产生的水化物交互生成网状结构,失去了流动性能,水泥浆进入了凝结时期,这段时间大约需几十分钟。
D、硬化期。
随着水化物继续沉积,大量晶体析出,体系的孔隙度、渗透率逐渐降低,强度逐渐增加,硬化成微晶结构的水泥石。
这一段时期,随着水泥石渗透率的不断降低,水化反应速度逐渐变慢,但持续时间很长,可达数十天,甚至数年。
硬化期的明显特征就是强度增长,这也就是固井所期求的。
2) 油井水泥常用外加剂由于井下环境比地面条件恶劣得多,为了使水泥浆广泛地用于油田钻井、完井、修井等作业中,对水泥浆密度、稠度、稠化时间与抗压强度等都具有更高的要求,采用纯水泥已远远不能满足工艺技术要求,必须依靠外加剂来调节其使用性能。
目前,常用外加剂的种类主要有:缓凝剂、降失水剂、分散剂、消泡剂、促凝剂、抗高温强度稳定剂、减轻剂等等,►其主要作用如下:缓凝剂:主要就是延长水泥浆稠化时间或凝结时间。
促凝剂:主要就是缩短水泥浆稠化时间以及增大水泥石的早期抗压强度。
降失水剂:主要用以防止水泥浆急剧失水,保护油气层。
减轻剂:主要就是降低水泥浆密度,防止水泥浆在低压漏失层发生漏失。
分散剂:用以改善水泥浆的流动性能,有利于水泥浆在低泵速泵压下进入紊流状态。
消泡剂:防止与避免溶解水起泡,稳定水泥浆密度。
抗高温强度稳定剂:在深井、高温情况下,加入硅粉,防止水泥石抗压强度出现热衷退现象。
==浮鞋与浮箍==1、浮鞋与浮箍油田开发早期用的就是承托环(阻流环),又称为浮箍,其作用就是注水泥时用来控制胶塞的下行位置,以确保管内水泥塞长度、防止水泥浆倒流。
但它靠金属与尼龙的密封,密封效果差、承压能力低,因此逐渐被淘汰。
浮鞋或浮箍就是能产生浮力的套管引鞋或接箍。
引鞋就是用来引导套管柱沿井筒顺利下到井内,防止套管脚插入井壁岩层,减少下井阻力。
浮鞋除具有引鞋的作用—外回流。
在下套管过程中,使环空钻井液保持流动。
浮箍也具有防止水泥浆回流的作用,同时还具有在固井时胶塞碰压、限制人工井底的深度与套管柱下底脚水泥塞的高度的作用,从而保证油层套管底部的封固质量。
出于浮鞋或浮箍耐高温、密封性与可钻性好,连接方便因而可代替引鞋、套管鞋等。
分类按套管下井时钻井液进人方式的不同,浮鞋浮箍可分为普通型与自灌型;按回压装置的工作方式又可分为浮球式扣舌板式等。
浮箍用于承接胶塞组,使箍鞋间有一段水泥塞,并容纳套管内壁附着的杂质等,确保水泥浆柱不被替空, 从而保证套管鞋外的固井质量。
同时可作为防止水泥回流的备用。
浮箍就是用来控制套管柱内水泥塞的高度,它两端都有扣,可以连接于任意两套管之间,而浮鞋只就是一端有母扣,只能位于套管的最前端。
浮箍与浮鞋有水泥式的与金属的,浮鞋一般在套管的最下端,而浮箍一般在浮鞋上端一点,在双级注水泥的时候也会加个浮箍,基本作用就就是用来防止注水泥时水泥浆倒返。
==套管==1、套管分类1、隔水导管(或导管,包括锤打入桩管)2、表层套管3、技术套管(中间套管或保护套管)4、生产套管或尾管。
2、各种套管作用1、导管导管主要用来隔离海水,引导钻头入井与井内泥浆从井口返回泥浆池,封隔海底面以下的疏松易塌地层,用以支承表层、技术与油层套管的重量。
2、表层套管表层套管用来封隔上部不稳定的松软地层与水层及浅层气,安装井口装置以控制井涌井喷,同时支承技术套管与油层套管或尾管的重量。
3、技术套管或中间套管技术套管主要用来封隔难以控制的复杂地层以保证钻井工作顺利进行下去。
4、生产套管生产套管主要用来把生产层与其她地层封隔开,把不同压力的油、气、水层封隔开来,在井内建立一条油、气通路,保证长期生产,并能满足合理开采油、气与酸化压裂等增产措施的要求。
3、尾管柱按功能为为钻井尾管、生产尾管、回接尾管等1、钻井尾管:钻井尾管功能相当于技术套管的尾管称为钻井尾管。
2、用钻井尾管的意义•封隔漏失层、高压层等;•节约钻井成本;•满足使用复合钻具要求;•控制套管磨损(满足后期回接)。
3、生产尾管生产尾管功能相当于生产套管的尾管称为生产尾管。