固井工艺程序

和（式中括号项即为井口内压力）
P o H B ) 0.0098o H i (P p 0.0098
对于气井，井口也有内压力作用于套管。当考虑气体自重及 其压缩性后，套管内任意深度处的内压力为（式中令井深Z 为零即得井口内压力）
Pi Pp / e
1.11510 4 ( H B H )
2.内压力
（1）内压力
确定井口内压力的三种方法是：
1）井口防喷装置（防喷器及压井管线等）许用最高压力。 2）套管鞋处附近地层破裂压力所决定的许用井口压力。
Ps 0.0098 ( f n ) H B
3）下部高压油气喷出时可能出现的井口内压力。
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一、套管外载分析与计算
对于油层套管，分油井与气井采用不同的计算方法。以下是关 于油层套管内压力的计算方法之一 。 对于油井，认为采油初期，产层压力较高，井口有内压力作 用于套管，套管的内压力为井口内压力与原油的液柱压力之
对于表层套管和技术套管，如果在下一井段钻进过程中发
生井涌而进行压井时，套管柱所受的有效内压力最大。
而对于油层套管，油井和气井的情况不一样，要根据采油
、采气工艺情况考虑相关的危险工况。
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一、套管外载分析与计算
径向内压力：
管内流体压力
压裂作业等增产措
施时的压力
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一、套管外载分析与计算
2.内压力
显然，这种不同的外载情况会使套管柱设计的结果不同。
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一、套管外载分析与计算
2.内压力
套管柱所受的内压力主要来自于钻井液、地层流体（油、 气、水）压力以及特殊作业（如压井、酸化压裂、挤水泥 等）时所施加的压力。与外挤压力类似，对内压力也是分
析计算危险工况时的有效内压力。有效内压力为
Pie ＝ Pi － Pob
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。
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
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，再用钻井液把水泥浆 顶替到管外环形空间设计位置的作业称之为注水泥。
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一、套管外载分析与计算
全掏空与非全掏空两种不同的情况下，套管柱所受的有效外压力不一样。 （a）全掏空 （b）非全掏空 对于全掏空情况，有效外压力是井底最大，井口最小（为零）； 图7-3 有效外挤压力对比示意图
对于非全掏空情况，有效外压力是中间大，井口和井底小。 1——外压力 2——支撑内压力 3——有效外压力
sw H L H n (1 ) n
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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
对于技术套管非全掏空的情况，支撑内压力的计 算式为
Pib 0
P n ( H H L ) ib 0.0098
（ 0≤ H ≤ H L ） （ H L＜ H ≤ H B）
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一、套管外载分析与计算
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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
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；
（1）内压力
对于表层套管和技术套管，当在下一井段钻进过程中发生井涌 而进行压井时，套管的内压力为井口内压力与管内流体（钻井 液与涌入流体——气、水、油或混合物）的液柱压力之和。由 于井涌情况的多样性，所以关于套管内压力的计算有多种方法
，常用方法是：
Pi Ps 0.0098n H
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一、套管外载分析与计算
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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 圆度 抗挤 壁厚均匀性 抗拉 抗腐蚀 抗内压 最小的流动阻力 良好的上扣性能及重复互 密封
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。
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一、套管外载分析与计算
2.内压力
（2）支撑外压力
在无水泥段，因钻井液降解及固相沉降，其液柱压力可能降低 对水泥封固段，可能水泥环并不完整，地层压力可能作用于管 柱上，按盐水柱计算支撑外压力可能比实际外压力偏小，但可 使有效内压力偏大而使管柱趋于安全。所以，在支撑外压力计
算中一般无论是水泥面以上还是水泥面以下均按地层盐水柱压
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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 水泥环有可靠的密封 环空封固段不窜、不漏、胶结
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
上胶塞为实心，其作用是隔离顶替用的钻井液与水泥浆；
力也按钻井液液柱压力计算。
Po 0.0098m Z
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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。 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.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
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.
第七章 固
井
1
第七章 固
井
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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
2
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。
向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形
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一、套管外载分析与计算
1.径向外挤压力
HL
（2）支撑内压力
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 力为地层盐水柱压力，根据压力平衡关系 可得漏失面深度为：
Hn
盐 水 钻井液
( H n H L ) n H n sw
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：
1.外挤压力
（3）有效外压力
对于表层套管、油层套管这种可能全掏空的情况，需要按全掏 空考虑的技术套管，有效外压力为
Poe 0.0098m H
对于技术套管非全掏空的情况，有效外压力为
Poe 0.0098m H
（0≤H≤HL）
Poe 0.0098 [ n H L ( n m ) H ] （ H L＜ H ≤ H B）
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
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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
套管柱一般是由几段套管组成。在计算套管自重所产生的轴向
拉力时，通常需要计算的是各段套管顶、底端的轴向拉力。显 然，某段套管顶端的拉力即是其上面一段套管底端的拉力，其
底端的拉力即是其下面一端套管顶端的拉力。
一、套管外载分析与计算
3.轴向拉力
一般情况下，套管柱在入井过程中（即下套管过程中）承受的 拉力最大。这时，除了套管柱的自重外，还有上提下放时的动 载、上提时弯曲井段处的阻力、或者是遇卡上提时多提的拉力
等附加拉力。在计算时，一般只计算套管的自重，将动载、遇
卡上提多提的拉力等附加拉力用设计安全系数考虑，或以其它 方式考虑。
气井：Pi Pp / e
1.11510 4 ( H B H )
0.0098 sw H
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一、套管外载分析与计算
ρsw
ρn
ρsw ρo
ρsw
曲线
注意图中，支撑外压和内压曲线的斜率变化。 对于表层套管或技术套管，有效内压力是井口最小，井底最大；对于油层套 （a） （b） （c） 管，有效内压力是井口最大，井底最小。可见，不同类型的井、不同类型的 图7-4 有效内压力对比示意图 套管，所受外载是不一样的。 （a）表层或技术套管 （b）油井油层套管 （c）气井油层套管 现场有时还采用直接用井口压力 Ps作为整个套管柱有效内压力的方法（即假 设从井口到井底有效内压力均为Ps）。从图可见，对于油层套管，采用这种 1——内压力 2——支撑外压力 3——有效内压力 方法显然是安全的，不过可能有点不经济，但可使内压力计算、进而使套管 36
力计算，即 ：
Pob 0.0098 sw H
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一、套管外载分析与计算
2.内压力 （3）有效内压力
由上所述，可得套管柱有效内压力的计算方法： 对于表层套管和技术套管：
P ( n sw ) H ie P s 0.0098
对于油层套管 油井： P o Ho ) 0.0098 ( sw o )H ie ( P p 0.0098
2、动载
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 到井口时，上部有一段套管外为钻