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。

图1-1 下套管固井原理示意图

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。当

油、气层压力大于水层压力时，油、气便会窜

入水层内，既污染了水层又影响到油气的产

量；当水层压力大于油、气层压力时，水便会

图1-2 固井防止层间流体互窜示意图

窜入油气层内，造成油田开发早期出水，严重时会水淹破坏整个油气田。因此，必须

确保固井质量，对地层内不同类型的流体有效封隔。

3）、支撑套管和井口装置，建立油气通

道。

钻完井工艺要求固井后套管与地层间在水泥

作用下应具有良好的胶结，因为固井后水泥环不

仅要支撑套管的重量，而且要承受安装在套管上

井口装置的重量，准备下一次开钻或完井投产

（如图1-3所示）。若水泥封固质量差，则会导

致套管下沉或井口装置的不稳定，影响正常作业

或油气通道的建立。

4）保护上部砂层中的淡水资源不受下部岩层中

图1-3套管固井后井口连接示意图油、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条件；

2、固井的要求

套管在一口井的总成本中，往往是各单项成本中最高的一项。而固井工程是钻井工程中最关键复杂的作业，是百年大计。固井质量的好坏关系到油井能否正常投

产和油田寿命的长短。固井质量的关键所在就是下入井内的套管柱的强度和环形空

间的密封问题。因此对于固井的要求必须作到以下几个方面：

1、套管柱的设计必须保证该套管串的任何部位在相应的井段有足够抗拉、抗

挤、抗内压强度，以保证下入井内的套管不断、不裂、不变形；

2、套管柱的连接必须保证用规定的上扣扭矩上紧丝扣，保证套管连接的密封

性；

3、环形空间的水泥环要求均匀和连续封固到预计的深度，且要求水泥环与井

壁及套管之间胶结和密封良好，以保证环形空间不窜、不漏，满足油气井

正常生产和分层作业的要求。

第二章套管、固井工具、附件和材料

一、API套管标准和规范

1、长度标准：

2、钢级标准：

API套管钢级标准的分类是以套管材质的最小屈服强度为依据的。API标准允许7种级别的钢材用作油井套管材料。这7种钢材分别是H－40、J－55、C －75、N－80、C－95、P－110、Q－125、V－150。（它们的最小屈服强度分别是40,000psi、55,000psi、75,000psi、80,000psi、 95,000psi、110,000psi、125,000psi、150,000psi。

PSI是磅/英寸2的代号。1psi＝1磅/英寸2＝0.07031公斤/厘米2＝

0.07031KSC。因此,换算成公制单位时,它们的最小屈服强度分别是2812.4公斤

/厘米2、3867.05 公斤/厘米2、5624.8公斤/厘米2、6679.45公斤/厘米27734.1公斤/厘米2、8788.75公斤/厘米2、10546.5公斤/厘米2。）

API套管钢级代号及其最小屈服强度列表如下：

API管材钢级的物理机械性能

3、API套管丝扣规范：

API套管分为有接箍套管和无接箍套管（代号XCSG）两种。

API有接箍套管丝扣分为长圆扣（LCSG）、短圆扣(SCSG)、梯形扣(BCSG) 工具接头扣（TJ）即偏梯扣、VAM扣即梯形扣（同一尺寸的套管，梯形扣接箍外