固井基础理论知识
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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。
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
一水泥车 CPT-N4 CPT-Y4
T815 AC-400型 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
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。
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。
三、瓦林搅拌器
四、抗压强度机
五、旋转粘度仪
历史上一般认为一位英国瓦匠约瑟夫·亚斯波 丁（Joseph Aspd）in是硅酸盐水泥的发明者，他在 1824年发表了一份关于类似灰色岩石物质称为“水 泥”的专利，该成分在水中能够水化和硬化，所以
称之为水硬性材料，这是我们所知道的最早的硅酸
盐水泥。
一、分类
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。
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。
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来自百度文库
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）。
（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。
井 眼，in
36
26
24
181/2,20
171/2 15, 171/2 121/4,15
121/4 91/2,121/4 81/2,105/8 83/8,97/8 77/8,83/4 63/4, 83/4
6, 77/8 6, 77/8
三、安全系数的确定
１、抗内压
1.125
根据采油作业压力、管材进行选择
（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。
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
（六）组合套管柱 组合套管柱是各段套管的重量和钢级不同，但其外径相同。
（七）异径套管柱 异径套管柱是从上到下各段套管的外径不同的套管柱
二、通用套管、井眼尺寸
套 管，in
30
20 185/8 16 133/8 113/4 103/4 95/8 85/8 75/8
7 65/8 51/2 5 41/2
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·Al2O3≤8%）和高抗硫酸协型（ HSR，铝酸三钙 3CaO·Al2O3≤3%）
（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
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。
２、抗外挤
1.8
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、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。
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
一水泥车 CPT-N4 CPT-Y4
T815 AC-400型 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
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。
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。
三、瓦林搅拌器
四、抗压强度机
五、旋转粘度仪
历史上一般认为一位英国瓦匠约瑟夫·亚斯波 丁（Joseph Aspd）in是硅酸盐水泥的发明者，他在 1824年发表了一份关于类似灰色岩石物质称为“水 泥”的专利，该成分在水中能够水化和硬化，所以
称之为水硬性材料，这是我们所知道的最早的硅酸
盐水泥。
一、分类
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。
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。
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来自百度文库
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）。
（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。
井 眼，in
36
26
24
181/2,20
171/2 15, 171/2 121/4,15
121/4 91/2,121/4 81/2,105/8 83/8,97/8 77/8,83/4 63/4, 83/4
6, 77/8 6, 77/8
三、安全系数的确定
１、抗内压
1.125
根据采油作业压力、管材进行选择
（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。
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
（六）组合套管柱 组合套管柱是各段套管的重量和钢级不同，但其外径相同。
（七）异径套管柱 异径套管柱是从上到下各段套管的外径不同的套管柱
二、通用套管、井眼尺寸
套 管，in
30
20 185/8 16 133/8 113/4 103/4 95/8 85/8 75/8
7 65/8 51/2 5 41/2
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·Al2O3≤8%）和高抗硫酸协型（ HSR，铝酸三钙 3CaO·Al2O3≤3%）
（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
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。
２、抗外挤
1.8
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。