完井固井工藝技術(shù)

1、固井工藝技術(shù),目 錄,一、基本概念 二、固井工藝技術(shù) 三、水泥漿體系 四、固井施工與過程控制 五、影響固井質(zhì)量的因素,一、基本概念,1、固井,在已經(jīng)鉆成的井眼內(nèi)下入一定尺寸的套管串，并在套管串與井壁之間環(huán)形空間注入水泥漿進(jìn)行封固的作業(yè)。,2、固 井 特 點,是一次性工程 （經(jīng)常無法采取補(bǔ)救措施） 是隱蔽性工程 （看不見摸不著） 是一項復(fù)雜的工程 （技術(shù)關(guān)聯(lián)點多面廣） 是成本消耗大、花錢多的工程 （投入大） 是整個采油工程中的一道關(guān)鍵工序 (油井百年大計，固井質(zhì)量第一）,3、固井的目的,封隔疏松、易塌、易漏等復(fù)雜地層；封隔、油氣、水層，防止互相串通；形成油氣通道；安裝井口裝置，控制油氣流。以利于

2、安全鉆進(jìn)和保證油井的長期生產(chǎn),4、井 身 結(jié) 構(gòu),每口井都要根據(jù)鉆探目的和地質(zhì)情況制定合理的井身結(jié)構(gòu)。它包括下入井內(nèi)的套管層次、各層套管的尺寸和下入深度,5、套管分類及作用,根據(jù)用途不同分：導(dǎo)管（隔水管）、表層套管、技術(shù)套管、生產(chǎn)套管。,二、1、固井工藝技術(shù),1、一次注水泥技術(shù) 2、分級注水泥技術(shù) 3、篩管頂部注水泥技術(shù) 4、尾管注水泥技術(shù) 5、管外封隔器工藝技術(shù) 6、熱采井地錨工藝技術(shù) 7、內(nèi)管注水泥工藝技術(shù) 8、管外注水泥技術(shù) 9、反循環(huán)注水泥技術(shù) 10、延遲凝固注水泥技術(shù) （主要應(yīng)用在 小尺寸的內(nèi)插管、套管補(bǔ)貼等，最好應(yīng)用超細(xì)水泥）,2、注水泥設(shè)計,設(shè)計依據(jù)：井別：油井、氣井、注水井、注

3、氣井、注汽井油層壓力：高壓層、低壓層、漏失層（地層裂縫帶）腐蝕性氣體或液體：含h2s、co2、高礦化度地下水注水泥返高：長井段注水泥、水泥返至地面 注水泥選擇：水泥漿性能：高、中、低密度、緩凝、耐高溫、耐 腐蝕注水泥方式：一次注水泥、多級注水泥、套管外封 隔器注水泥（水泥充填封隔器）,1、一次注水泥技術(shù),一次把水泥漿從套管內(nèi)注入并從環(huán)形空間返出的注水泥作業(yè)。目前大多數(shù)固井施工都采用一次注水泥技術(shù)。,管串結(jié)構(gòu) 引鞋+旋流套管+回壓閥+套管串+聯(lián)頂節(jié),它是利用一種可以打開可關(guān)閉的特殊接箍把注水泥施工分成二次或三次完成的技術(shù) 。,2、分級注水泥技術(shù),壓差式,機(jī)械式,分級箍,浮箍,引鞋,旋流短節(jié),分級

4、箍在直井中的應(yīng)用,分級箍,浮箍,引鞋,旋流短節(jié),一級固井,二級固井,(沒有特殊工藝要求盡量不要選擇分級固井),分級固井容易發(fā)生的問題,問題解決方法,1、應(yīng)用壓力激動多次操作的方式，或聽從工具方服務(wù)人員的建議操作！ 2、一級碰壓要緩慢，在開啟分級箍前放壓檢驗倒返情況，然后再碰壓開啟分級箍循環(huán)！二級碰壓發(fā)現(xiàn)倒返要反復(fù)頂壓-放壓操作，最后采取蹩壓侯凝（定時放壓）的辦法！ 3、一級固井水泥量要按環(huán)孔容積精確計算，隔離液要做混合污染試驗，分級箍以上套管要加鋼性扶正器等?。ㄅR盤固井和高青固井）,盲引鞋,分級箍,旋流短節(jié),水泥傘,浮箍,（1）管串結(jié)構(gòu),盲引鞋,（2）一級注水泥封隔漏層,分級箍,旋流短節(jié),水泥

5、傘,浮箍,盲引鞋,（3）二級注水泥碰壓,分級箍,旋流短節(jié),水泥傘,浮箍,為保護(hù)裸露的純油層或開采裂縫性、孔隙性、古潛山、低壓漏失油層，在目的層采用篩管完井。上部用水泥封固。完井管串采用特殊的工具附件，保證注水泥成功，實現(xiàn)對油層的有效開采。 其管串結(jié)構(gòu)：引鞋+篩管串（或中間加光管）+盲管+管外封隔器+分級箍+套管串+聯(lián)頂節(jié)。多用于水平井完井。,3、篩管頂部注水泥技術(shù),引鞋,裸眼直井內(nèi)篩管頂部注水泥技術(shù),鋼質(zhì)引鞋,水平井篩管頂部注水泥,分級箍,管外封隔器,盲管,篩管串,1、封隔器破裂 2、分級箍開不開 3、碰壓不明顯（有倒返現(xiàn)象）,容易發(fā)生的問題,4、尾管注水泥技術(shù),用鉆桿通過尾管懸掛器把套管串懸

6、掛在技術(shù)套管或上層套管上，然后進(jìn)行注水泥施工。是一項風(fēng)險高、技術(shù)復(fù)雜、施工難度大、質(zhì)量要求高的固井作業(yè)。由于可以節(jié)約大量的套管和水泥等材料，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。,懸掛器可分為三類：機(jī)械式、液壓式、液壓機(jī)械雙作用式 機(jī)械式懸掛器：主要用于直井、淺井、不易遇卡的井。通過上提和下放管柱實現(xiàn)座掛。 液壓式懸掛器：通過控制井口泵壓實現(xiàn)座掛。適用范圍更廣。 液壓機(jī)械雙作用尾管懸掛器，具有兩種座掛方式。,懸掛器分類,液壓式懸掛器分類,dyx-a型懸掛器,syx-a型懸掛器,dyx-c型懸掛器,ssx-a型懸掛器,液壓式懸掛器分類,液壓尾管懸掛器組成部件、工作原理和操作程序,良好的尾管懸掛器應(yīng)具備以下性能：

7、下得去、掛得住、倒得開、提得出 (江蘇油田51/2寸掛4寸 尾管固井 ),5、管外封隔器工藝技術(shù),把管外封隔器連接到套管串中，采用液壓脹開封隔器的橡膠部分，達(dá)到封隔完井的目的。目前應(yīng)用到漏失井、高壓井、多套壓力層系完井、選擇性固井、水泥膨脹封隔完井和其他完井工藝中。 例如：對于高壓井、漏失井，管外封隔器加在目的層上部；對于兩套壓力層系的井，管外封隔器加在兩套壓力層系中間。,管外封隔器加在低壓井的油層上部，可以減小液柱對油層的壓力，防止對油層的污染。,封隔器,引鞋,封隔器在低壓井固井中的應(yīng)用,低壓油層,管外封隔器在高壓油氣層的上部可以封隔高壓油氣層，防止高壓油氣串?dāng)_形成的油氣水的互竄提高固井質(zhì)量

8、,封隔器,引鞋,高壓油層,封隔器在高壓井固井中的應(yīng)用,(雙凝水泥漿體系可以替代封隔器),管外封隔器可以用水泥膨脹，封隔油氣水層，不用水泥固井，避免了對油氣層的污染,封隔器,封隔器,油氣層,水泥充填封隔器,6、熱采井地錨工藝技術(shù),稠油熱采350400的熱蒸汽，熱應(yīng)力會引起套管的破壞，在注水泥之前給套管施加一定的拉伸預(yù)應(yīng)力，該預(yù)應(yīng)力在水泥漿凝固以后依然存在，從而可以避免或減少對套管的破壞。 地錨的分類：打撈式和卡壁式。目前卡壁式有：有機(jī)械式套管地錨、雙活塞卡壁器、復(fù)合式地錨等。,7、內(nèi)管注水泥工藝技術(shù),對于大直徑套管注水泥，由于容積較大，排量受限，在套管內(nèi)就發(fā)生串槽混漿，不能保證固井質(zhì)量。 套管底

9、部連接一個內(nèi)管注水泥裝置，用底部連接插頭的鉆桿，插入內(nèi)管注水泥裝置的插座，水泥漿經(jīng)鉆桿進(jìn)入環(huán)形空間完成注水泥作業(yè)。 其優(yōu)點：提高頂替效率；防止混漿，提高質(zhì)量；節(jié)約水泥，降低成本；縮短施工時間。 注意：要進(jìn)行套管浮力計算，采取措施，防止注完水泥漿后套管上浮。,8、管外注水泥技術(shù),通過下在套管之間或套管與井壁之間的小鉆桿或油管注水泥。常用于導(dǎo)管或表層套管使水泥返到地面的一種方法。,9、反循環(huán)注水泥技術(shù),把水泥漿從環(huán)形空間注入，被頂替的泥漿從套管返出。主要用于地層嚴(yán)重漏失井。必須嚴(yán)格控制替入量，防止替空。,10、延遲凝固注水泥技術(shù),在下套管前先把緩凝水泥漿替入井中，再下套管到井底。 優(yōu)點：形成的水泥

10、環(huán)比較均勻。 缺點：施工時間長。,三、水泥漿體系,1、普通水泥漿體系 2、正常水泥漿體系 3、高密度水泥漿體系 4、低密度水泥漿體系 5、抗鹽水泥漿體系 6、防氣竄水泥漿體系 7、膨脹水泥漿體系 8、泡沫水泥漿體系 9、mtc水泥漿體系 10、塑性水泥漿體系 11、觸變水泥漿體系,1、普通水泥漿體系,不同水灰比、不摻入任何外加劑、外摻料的油井水泥漿體系。一般應(yīng)用導(dǎo)管、表層和淺井。也可以應(yīng)用到一般油層。,2、正常水泥漿體系,摻入降失水劑、分散劑等外加劑，根據(jù)井底溫度和施工時間加入不同比例的緩凝劑，達(dá)到高分散低失水易泵送目的的水泥漿體系。有高溫水泥漿體系、高早強(qiáng)體系、短候凝體系等。,3、高密度水泥

11、漿體系,摻入赤鐵礦、鈦鐵礦、重晶石等加重材料及其它配伍外加劑的水泥漿體系。 常用于高壓井。,4、低密度水泥漿體系,摻入漂珠、微硅、般土、粉煤灰等低密度材料及其它配伍外加劑的水泥漿體系。常用于低壓井?，F(xiàn)在已經(jīng)研究并采用超低密度水泥漿體系，水泥漿密度達(dá)到1.051.09g/cm3，強(qiáng)度依然很高（顆粒級配理論）。,5、抗鹽水泥漿體系,鉆井過程鉆遇鹽層、膏層或鹽膏層，多采用欠飽和或半飽和鹽水泥漿體系，由于氯離子含量高，水泥漿中要加入抗鹽外加劑以防止水泥漿污染，保證固井質(zhì)量。,6、防氣竄水泥漿體系,在水泥漿中加入膨脹劑或膠乳等外加劑，防止水泥凝固過程中失重造成氣侵的發(fā)生。 多用于油氣活躍的井。,7、膨脹

12、水泥漿體系,為克服水泥漿的體積收縮和解決油水氣侵，在水泥中加入膨脹劑配成的水泥漿體系。有氫氣、氮氣和晶格膨脹劑。,8、泡沫水泥漿體系,采用化學(xué)發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑或用機(jī)械的方法充入空氣或氮氣的水泥漿體系。具有成本低、密度低、強(qiáng)度高、隔熱好等優(yōu)點。,9、礦渣水泥漿體系,mtc水泥漿體系：向泥漿中加入某些物質(zhì)如礦渣和外加伎如激活劑、早強(qiáng)劑、分散劑，使泥漿轉(zhuǎn)化為水泥漿。它在防漏失、防氣竄、提高固井質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)等方面具有優(yōu)勢。 礦渣水泥漿體系：根據(jù)密度要求，把礦渣和水泥按照一定比例干混，加入一定的外加劑配成的水泥漿體系。 鉆井固井一體化技術(shù)：在泥漿中就加入礦渣和一部分外加劑，水泥中也混入礦渣，利用激活劑來

13、提高第二界面的固井質(zhì)量。,10、塑性水泥漿體系,為提高水泥石的抗拉、抗剪和抗沖擊性能，防止水泥石的碎裂，在水泥漿中加入增韌劑（也叫增塑劑）。 目前有：高分子聚合物類、纖維類、橡膠類。 應(yīng)用于小間隙薄水泥環(huán)井等，它能夠承受鉆頭、鉆桿、射孔等產(chǎn)生的沖擊和振動，防止對水泥石的破壞。,11、觸變水泥漿體系,水泥中加入觸變劑（無機(jī)或可交聯(lián)的聚合物）形成的攪拌后水泥漿變稀，靜止后變稠的特性。適用于松散地層、漏失地層、一定條件下可以防止氣竄。無機(jī)有膨潤土體系、硫酸鈣體系、硫酸鋁硫酸亞鐵體系等。,四、固井施工與過程控制,1、準(zhǔn)備工作 2、施工工序 3、注水泥設(shè)備和混漿方式,1、準(zhǔn) 備 工 作,完井協(xié)作會、固井

14、設(shè)計、工具準(zhǔn)備、水泥漿體系選擇、水泥干混、設(shè)備準(zhǔn)備、施工前的準(zhǔn)備與檢查、施工工藝的聯(lián)接。(完井協(xié)作會應(yīng)該由甲方主持，根據(jù)地質(zhì)特點提出要求，固井做出設(shè)計由甲方審核方可施工）,2、施工工序,注前置液-隔離液-前導(dǎo)水泥漿-正常水泥漿-壓膠塞-替泥漿-碰壓。這是一般的注水泥程序。 特殊工藝井的施工工序還要復(fù)雜些，分級注水泥、尾管注水泥等一些特殊的作業(yè)。,3、注水泥設(shè)備和 混漿方式,注水泥設(shè)備有水泥車、水泥罐車、供水車等，水泥車就是注水泥泵車，混漿方式有水力式、龍卷風(fēng)混合器、軸流式混漿器。 施工過程最主要的控制就是連續(xù)施工，打好密度。,五、影響固井質(zhì)量的因素,1、井身結(jié)構(gòu) 2、井身質(zhì)量 3、長封固段與套

15、管扶正 4、泥漿性能問題 5、水泥漿體系 6、固井工藝 7、測井與評價,影響固井質(zhì)量因素之井 身 結(jié) 構(gòu),井身結(jié)構(gòu)包括套管層次、下入深度和井眼尺寸與套管尺寸的配 合。井身結(jié)構(gòu)不僅關(guān)系到鉆井的順利和產(chǎn)層的保護(hù)及產(chǎn)能的維持，更關(guān)系到固井質(zhì)量。井身結(jié)構(gòu)不合理造成的漏、噴、塌、卡等復(fù)雜情況，給固井造成了難以克服的難題。同一口井存在兩套以上壓力層系，不下技套“上吐下瀉”等等。 井身結(jié)構(gòu)不合理還表現(xiàn)在水泥環(huán)的厚度達(dá)不到api規(guī)定的3/4英寸的最低標(biāo)準(zhǔn)。6寸鉆頭下5寸套管，81/2寸鉆頭下7寸套管，間隙小，無法下扶正器和管外封隔器，套管貼邊，很難保證固井質(zhì)量。,影響固井質(zhì)量因素之井 身 質(zhì) 量,良好的井身質(zhì)

16、量是保證固井質(zhì)量的先決條件。井眼不規(guī)則，井徑擴(kuò)大率超標(biāo)，嚴(yán)重的“糖葫蘆”井眼，方位變化大等。 一是影響水泥漿與泥漿的有效頂替，二是易造成固井事故。為什么有的井鉆桿磨壞套管，就是因為井眼軌跡控制不好。 實驗和實際都證明井眼擴(kuò)大率8%-12%較好，不能大于15%，井徑擴(kuò)大率大于15%的井段很難達(dá)到紊流頂替，很難實現(xiàn)水泥漿的有效封隔。,影響固井質(zhì)量分析之長封固段與套管扶正,長封固段一是易壓漏地層污染油層，二是造成固井蹩泵事故，三是水泥失重易引起竄槽。特別是有高壓層或有兩套以上壓力層系的井。更嚴(yán)重的是扶正器與封固段不成正比。即使是直井不加扶正器套管在井內(nèi)也不會居中。對于斜井方位變化大的井和狗腿嚴(yán)重的井

17、更難以居中，很難形成均勻的水泥環(huán)。,影響固井質(zhì)量分析之泥 漿 性 能 與 類 型,泥漿性能與類型對于井身質(zhì)量非常重要。泥漿性能不好，井壁坍塌嚴(yán)重，造成井徑擴(kuò)大率超標(biāo)、糖葫蘆井眼、較厚的浮泥餅等，不能保證固井質(zhì)量，特別是二界面質(zhì)量。 不重視下套管后的泥漿性能，不系統(tǒng)的處理完鉆泥漿性能，往往造成套管下不到底、井壁跨塌、開泵困難、大量出砂、導(dǎo)致固井蹩泵事故。,遇到地層滲透率高的地層，鉆井過程中在井壁會生成較厚的泥餅，是影響固井質(zhì)量的主要因素之一，從而直接降低了油井的原油采收率，影響油井的壽命。 固井結(jié)束后，第二界面的泥餅經(jīng)由地層流體的將變軟或流失，使水泥環(huán)與地層之間的第二界面充滿泥漿或清水，再加上地

18、層水對水泥環(huán)的沖刷和腐蝕作用，加大了采油生產(chǎn)過程中竄槽現(xiàn)象的發(fā)生。（中勝集團(tuán)河67區(qū)塊）,影響固井質(zhì)量分析之水 泥 漿 體 系,水泥漿體系指前置液、前導(dǎo)水泥漿和正常水泥漿。要按流變學(xué)來設(shè)計和調(diào)整水泥漿性能，達(dá)到紊流頂替，清除浮泥餅，清除殘存泥漿，提高頂替效率。 由于受到國產(chǎn)外加劑品種和質(zhì)量差異的影響，目前的水泥漿體系還不能滿足實際的需求，需要引進(jìn)應(yīng)用國外的外加劑。,常規(guī)低密度水泥漿體系,泡沫水泥漿體系1.40 1.50g/cm3 粉煤灰水泥漿體系1.55 1.65g/cm3 漂珠微硅水泥漿體系1.20 1.40g/cm3 增強(qiáng)增塑水泥漿體系（顆粒級配4級復(fù)合）,低密度水泥漿體系解決長封固段、低

19、壓易漏、潛山裂縫等技術(shù)難題,利用顆粒級配機(jī)密堆積理論水泥漿密度可以達(dá)到0.96g/cm3 國外目前應(yīng)用的水泥漿最低密度0.647g/cm3,平均: 40 m, 1-2 m,防竄水泥漿體系,目前防竄水泥漿體系由膨脹水泥漿體系、膠粒防竄體系、非滲透體系、膠乳體系。 對于超深、高溫、氣井防竄，膠乳體系現(xiàn)場使用效果比較好。 利用高分子材料研究的丁苯膠乳水泥漿體系具有抗高溫、低失水、稠化時間可調(diào)、直角稠化、穩(wěn)定性、流變性好，膠結(jié)強(qiáng)度高，防竄能力強(qiáng)等特點?，F(xiàn)場濕混于水中，配漿時不起泡且易于水化。適宜溫度30160，可應(yīng)用于6000m的超深井固井。,膠乳水泥漿體系,組成：g級水泥+膠乳+降失水劑+緩凝劑+膨

20、脹劑+早強(qiáng)劑+增韌劑+分散劑+消泡劑 特點：流動度 24cm；析水為0；api失水50ml； 24h抗壓強(qiáng)度16mpa 稠化時間可調(diào)，過渡時間短，直角時間712min 沉降穩(wěn)定性好 具有較強(qiáng)的觸變性及一定的韌性 水泥石與套管和井壁的膠結(jié)強(qiáng)度高，有利于地層層間封隔,原漿、膠乳水泥漿和微膨脹膠乳水泥漿的氣竄阻力變化情況。 圖：膠乳水泥及微膨脹膠乳水泥的氣竄阻力較原漿顯著增加，說明膠乳及微膨脹膠乳水泥漿有良好的防氣竄作用。,膠乳水泥漿體系,礦渣水泥漿體系,mtc水泥漿體系 礦渣水泥漿體系 鉆井固井一體化技術(shù) 泥餅變凝餅技術(shù)。,加入泥餅改性劑形成成巖組分 凝餅形成劑的溶蝕和反應(yīng)完成對界面的修飾和組裝，

21、以便成巖流體（水泥漿濾液）經(jīng)界面在壓差的作用下滲入泥餅 成巖流體與成巖組分發(fā)生成巖反應(yīng)形成凝餅，實現(xiàn)水泥環(huán)-泥餅-地層的整體固化膠結(jié),二界面整體固化膠結(jié)技術(shù),浴養(yǎng)條件下（油水層）固井二界面膠結(jié)強(qiáng)度提高情況,注：養(yǎng)護(hù)溫度50；研究前泥餅形成條件為現(xiàn)場井漿，研究后泥餅形成條件為現(xiàn)場井漿泥餅改性劑；研究前水泥漿配方為現(xiàn)場水泥漿，研究后水泥漿配方為現(xiàn)場水泥漿凝餅形成劑,二界面整體固化膠結(jié)技術(shù),復(fù)合纖維水泥漿體系,實驗： 1、加量2.5%， 抗折強(qiáng)度增加64.85%； 2、加量5.0%， 抗折強(qiáng)度增加71.26%。 3、彈性模量和泊松比都有較大改善。,影響固井質(zhì)量分析之固 井 工 藝,為保護(hù)油氣層，應(yīng)根

22、據(jù)油氣藏類型，選擇固井工藝，而現(xiàn)在固井工藝受到鉆井設(shè)計不切合實際、特殊工具附件質(zhì)量不可靠和類型少的影響，限制了工藝技術(shù)的推廣應(yīng)用。,導(dǎo)致固井質(zhì)量不良的主觀原因 未能根據(jù)油藏開發(fā)及采油工程生產(chǎn)要求進(jìn)行完井設(shè)計 油公司制定技術(shù)規(guī)定與造價要求將所有矛盾交給固井 鉆井部門強(qiáng)調(diào)成本忽視鉆井液性能對頂替效率的要求 不了解井壁泥餅影響膠結(jié)和水泥漿體系性能設(shè)計低劣 不掌握實際井眼條件下工況參數(shù)對水泥漿受熱的影響 不掌握溫度對入井流體流變性、流態(tài)判別、摩阻影響 不掌握水泥漿壓降規(guī)律及防竄能力與作業(yè)設(shè)計的關(guān)系 不掌握管材、水泥石、地層組合變形對水泥設(shè)計影響 不掌握后期生產(chǎn)條件與環(huán)境對水泥石耐久及腐蝕影響,影響固井

23、質(zhì)量分析之測 井 與 評 價,目前的測井采用變密度測井方式，評價水泥與井壁的膠結(jié)只能定性地去判斷。有的井封固1500米以上，幾十組油層都要求封固好，有一組封固不好，就判定整口井不合格。 有許多實際情況可能引起錯誤的解釋，高速地層；儀器不居中；水泥凝固時間；微環(huán)隙；水泥環(huán)厚度小于3/4英寸； 套管壁厚度； 操作技術(shù)； 水泥漿體系不同等等。這些問題的影響還沒有定量的結(jié)論。 建議建立勝利油田各種不同水泥漿體系的對比井。制定符合我油田實際情況的解釋標(biāo)準(zhǔn)。,建 議,加強(qiáng)采油、鉆井、固井等單位的信息交流進(jìn)一步完善固井設(shè)計 強(qiáng)化鉆井技術(shù)控制，確保井身質(zhì)量 積極引進(jìn)推廣新技術(shù)、新工藝 完善固井質(zhì)量評價,加強(qiáng)采油、鉆井、固井等單位的信息交流,一個新區(qū)塊的開發(fā)，采油有關(guān)部門要與鉆井、固井研究部門協(xié)作。什么樣的油氣藏采用什么樣的完井工藝，才能保證最大限度的提高采收率。根據(jù)實際情況采取一些具有針對性的措施，這是非常必要的。要固好一口井， 需要工藝、工具