固井技術(shù)基礎(chǔ)

1、固井技術(shù)基礎(chǔ)（量大、多圖、易懂）概述1、固井的概念     為了達到加固井壁，保證繼續(xù)安全鉆進，封隔油、氣和水層，保證勘探期間的分層測試及在整個開采過程中合理的油氣生產(chǎn)等目的而下入優(yōu)質(zhì)鋼管，并在井筒與鋼管環(huán)空充填好水泥的作業(yè)，稱為固井工程。2、固井的目的1.  封隔易坍塌、易漏失的復雜地層，鞏固所鉆過的井眼，保證鉆井順利進行； 2. 提供安裝井口裝置的基礎(chǔ)，控制井口噴和保證井內(nèi)泥漿出口高于泥漿池，以利鉆井液流回泥漿池； 3. 封隔油、氣、水層，防止不同壓力的油氣水層間互竄，為油氣的正常開采提供有利條件； 4.保護上部砂層中的

2、淡水資源不受下部巖層中油、氣、鹽水等液體的污染； 5.油井投產(chǎn)后，為酸化壓裂進行增產(chǎn)措施創(chuàng)造了先決有利的條件；3、固井的步驟 1. 下套管     套管與鉆桿不同，是一次性下入的管材，沒有加厚部分，長度沒有嚴格規(guī)定。為保證固井質(zhì)量和順利地下入套管，要做套管柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)用途、地層預測壓力和套管下入深度設(shè)計套管的強度，確定套管的使用壁厚，鋼級和絲扣類型。2. 注水泥   注水泥是套管下入井后的關(guān)鍵工序，其作用是將套管和井壁的環(huán)形空間封固起來，以封隔油氣水層，使套管成為油氣通向井中的通道。3. 井口安裝和套管試壓 

3、     下套管注水泥之后，在水泥凝固期間就要安裝井口。表層套管的頂端要安套管頭的殼體。各層套管的頂端都掛在套管頭內(nèi)，套管頭主要用來支撐技術(shù)套管和油層套管的重量，這對固井水泥未返至地面尤為重要。套管頭還用來密封套管間的環(huán)形空間，防止壓力互竄。套管頭還是防噴器、油管頭的過渡連接。陸地上使用的套管頭上還有兩個側(cè)口，可以進行補擠水泥、監(jiān)控井況。注平衡液等作業(yè)。4. 檢查固井質(zhì)量    安裝好套管頭和接好防噴器及防噴管線后，要做套管頭密封的耐壓力檢查，和與防噴器聯(lián)接的密封試壓。探套管內(nèi)水泥塞后要做套管柱的壓力檢驗，鉆穿套管鞋23米后（技術(shù)套管）要做地層壓裂試驗。

4、生產(chǎn)井要做水泥環(huán)的質(zhì)量檢驗，用聲波探測水泥環(huán)與套管和井壁的膠結(jié)情況。固井質(zhì)量的全部指標合格后，才能進入到下一個作業(yè)程序。4、固井的方法 1. 內(nèi)管柱固井 把與鉆柱連接好的插頭插入套管浮箍或浮鞋的密封插座內(nèi)， 通過鉆柱注入水泥進行固井作業(yè)，稱為內(nèi)管柱固井。內(nèi)管柱固井主要用于大尺寸（1630）導管或表層套管的固井。 2. 單級雙膠塞固井   首先下套管至預定井深后裝水泥頭、膠塞（頂塞和底塞），循環(huán)水泥，打隔離液，投底塞，再注入水泥漿，然后投頂塞，開始替泥漿。底塞落在浮箍上被擊穿。頂?shù)兹鰤?，固井結(jié)束。 3.  尾管固井 

5、60;  尾管固井是用鉆桿將尾管送至懸掛設(shè)計深度后，通過尾管懸掛器把尾管懸掛在外層套管上，首先坐封尾管懸掛器，然后開始注水泥、投鉆桿膠塞頂替、鉆桿膠塞剪斷尾管膠塞后與尾管膠塞重合，下行至球座處碰壓，固井結(jié)束。=井深結(jié)構(gòu)=1、井身結(jié)構(gòu)的概念   井身結(jié)構(gòu)是指由直徑、深度和作用各不相同，且均注水泥封固環(huán)形空間而形成的軸心線重合的一組套管與水泥環(huán)的組合。2、組成及作用    井身結(jié)構(gòu)主要由導管、表層套管、技術(shù)套管、油層套管和各層套管外的水泥環(huán)等組成。1.導管：井身結(jié)構(gòu)中下入的第一層套管叫導管。其作用是保持井口附近的地表層。2.表層套管：井身結(jié)構(gòu)中第二

6、層套管叫表層套管，一般為幾十至幾百米。下入后，用水泥漿固井返至地面。其作用是封隔上部不穩(wěn)定的松軟地層和水層。3.技術(shù)套管：表層套管與油層套管之間的套管叫技術(shù)套管。是鉆井中途遇到高壓油氣水層、漏失層和坍塌層等復雜地層時為鉆至目的地層而下的套管，其層次由復雜層的多少而定。作用是封隔難以控制的復雜地層，保持鉆井工作順利進行。4.油層套管：井身結(jié)構(gòu)中最內(nèi)的一層套管叫油層套管。油層套管的下入深度取決于油井的完鉆深度和完井方法。一般要求固井水泥返至最上部油氣層頂部100150米。其作用封隔油氣水層，建立一條供長期開采油氣的通道。5.水泥返高：是指固井時，水泥漿沿套管與井壁之間和環(huán)形空間上返面到轉(zhuǎn)盤平面之間

7、的距離。3、相關(guān)術(shù)語   1.完鉆井深：從轉(zhuǎn)達盤上平面到鉆井完成時鉆頭所鉆井的最后位置之間的距離。   2.套管深度：從轉(zhuǎn)盤上平面到套管鞋的深度。   3.人工井底：鉆井或試油時，在套管內(nèi)留下的水泥塞面叫人工井底。其深度是從轉(zhuǎn)盤上平面到人工井底之間的距離。=固井方法=1、內(nèi)管柱固井      如上圖所示，把與鉆柱連接好的插入頭插入套管浮箍/鞋的密封插座內(nèi)，然后通過鉆柱注水泥進行固井作業(yè)，稱為內(nèi)管柱固井。內(nèi)管柱固井主要用于大尺寸(1630)導管或表層套管的固井，其優(yōu)點為：在無大尺寸膠塞、水泥頭的情況下，可對

8、大尺寸套管進行固井；通過鉆柱注水泥、頂替，可大大減少對水泥漿的污染；減小水泥漿的浪費，有效保證固井質(zhì)量。2、單級雙膠塞固井     單級雙膠塞套管固井是海上鉆井最常用的固井方法，它是采用雙套管膠塞(頂、底塞)進行固井的，其工藝流程如圖所示。一般地，自升式平臺或?qū)Ч芗苌系墓叹褂闷胀ㄌ坠苣z塞，而浮式平臺上的固井使用SSR膠塞。在使用單級雙膠塞固井時，套管柱附件主要由浮鞋、浮箍、扶正器和膠塞等組成，各附件的功能在以后的章節(jié)里會講述。3、尾管固井     尾管固井是用鉆桿將尾管送至懸掛設(shè)計深度后，通過尾管懸掛器把尾管懸掛在外層套管上，然后開

9、始注水泥作業(yè)的固井方法。尾管懸掛器可分為機械式和液壓式兩種類型，我們通常使用的是液壓式尾管懸掛器，其固井工藝流程如上圖所示。4、注水泥塞     要處理井漏、棄井、回填枯竭層位、側(cè)鉆和隔絕地層等作業(yè)時，就需要注水泥塞技術(shù)，平衡水泥塞是最常用的方法。注水泥塞時，首先將鉆具下至注水泥塞設(shè)計深度的頂部，注水泥并替出水泥漿(要保證管內(nèi)水泥面高于環(huán)空水泥塞面高度)，然后慢慢起出鉆具離開水泥塞頂面，循環(huán)沖洗干凈管柱，使水泥塞留在原位置如上圖示。5、擠水泥      擠水泥是用液壓迫使水泥漿進入裸眼或經(jīng)套管或尾管孔眼進入地層中的注水泥作業(yè)，典型擠水

10、泥作業(yè)如上圖所示。=固井水泥漿=   油井水泥是一種水硬性膠凝材料，它與水按一定的比例混合便形成水泥漿，并在井下硬化成具有一定抗壓強度和滲透率的水泥石。1)  水泥水化過程    油井水泥的水化是放熱反應(yīng)，按其水化速度和結(jié)構(gòu)的形成，大致可分為四個過程：起始期、遲緩期、凝結(jié)期和硬化期。A、起始期。在水泥干粉與水混合的幾分鐘時間內(nèi)，迅速發(fā)生水化反應(yīng)，有大量水化熱生成，在水泥礦物表面上形成一層水化硅酸鈣凝膠，因這種作用最初僅在水泥顆粒表面進行，只消耗一部分水，其余的水份充滿于水泥顆粒之間，水泥漿具有流動性能。B、遲緩期。由于最初在水泥礦物表面生成的水

11、化硅酸鈣凝膠滲透率非常低，阻止了礦物進一步水化，而使水化速度明顯變慢，此期，水泥漿的流動性能相對比較穩(wěn)定，水泥漿的泵送入井應(yīng)在這一時期完成。這一段時間可延續(xù)數(shù)十分鐘到數(shù)小時。C、凝結(jié)期。隨著水化繼續(xù)向水泥顆粒的深處發(fā)展，礦物表面的水化硅酸鈣凝膠脹開，水化過程又加速進行，產(chǎn)生的水化物交互生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，失去了流動性能，水泥漿進入了凝結(jié)時期，這段時間大約需幾十分鐘。D、硬化期。隨著水化物繼續(xù)沉積，大量晶體析出，體系的孔隙度、滲透率逐漸降低，強度逐漸增加，硬化成微晶結(jié)構(gòu)的水泥石。這一段時期，隨著水泥石滲透率的不斷降低，水化反應(yīng)速度逐漸變慢，但持續(xù)時間很長，可達數(shù)十天，甚至數(shù)年。硬化期的明顯特征是強度增

12、長，這也是固井所期求的。2)   油井水泥常用外加劑    由于井下環(huán)境比地面條件惡劣得多，為了使水泥漿廣泛地用于油田鉆井、完井、修井等作業(yè)中，對水泥漿密度、稠度、稠化時間和抗壓強度等都具有更高的要求，采用純水泥已遠遠不能滿足工藝技術(shù)要求，必須依靠外加劑來調(diào)節(jié)其使用性能。目前，常用外加劑的種類主要有：緩凝劑、降失水劑、分散劑、消泡劑、促凝劑、抗高溫強度穩(wěn)定劑、減輕劑等等，其主要作用如下：緩凝劑：主要是延長水泥漿稠化時間或凝結(jié)時間。促凝劑：主要是縮短水泥漿稠化時間以及增大水泥石的早期抗壓強度。降失水劑：主要用以防止水泥漿急劇失水，保護油氣層。減輕劑：主要是降低水泥漿

13、密度，防止水泥漿在低壓漏失層發(fā)生漏失。分散劑：用以改善水泥漿的流動性能，有利于水泥漿在低泵速泵壓下進入紊流狀態(tài)。消泡劑：防止和避免溶解水起泡，穩(wěn)定水泥漿密度?？垢邷貜姸确€(wěn)定劑：在深井、高溫情況下，加入硅粉，防止水泥石抗壓強度出現(xiàn)熱衷退現(xiàn)象。=浮鞋與浮箍= 1、浮鞋與浮箍     油田開發(fā)早期用的是承托環(huán)(阻流環(huán))，又稱為浮箍，其作用是注水泥時用來控制膠塞的下行位置，以確保管內(nèi)水泥塞長度、防止水泥漿倒流。但它靠金屬與尼龍的密封，密封效果差、承壓能力低，因此逐漸被淘汰。浮鞋或浮箍是能產(chǎn)生浮力的套管引鞋或接箍。引鞋是用來引導套管柱沿井筒順利下到井內(nèi)，防止套管腳插入井壁巖層，減少下

14、井阻力。      浮鞋除具有引鞋的作用外回流。在下套管過程中，使環(huán)空鉆井液保持流動。 浮箍也具有防止水泥漿回流的作用，同時還具有在固井時膠塞碰壓、限制人工井底的深度和套管柱下底腳水泥塞的高度的作用，從而保證油層套管底部的封固質(zhì)量。 出于浮鞋或浮箍耐高溫、密封性和可鉆性好，連接方便因而可代替引鞋、套管鞋等。 分類     按套管下井時鉆井液進人方式的不同，浮鞋浮箍可分為普通型和自灌型；按回壓裝置的工作方式又可分 為浮球式扣舌板式等。 浮箍用于承接膠塞組，使箍鞋間有一段水泥塞，并容納套管內(nèi)壁附著的雜質(zhì)等，確保水泥漿柱不被替空， 從而保證

15、套管鞋外的固井質(zhì)量。同時可作為防止水泥回流的備用。浮箍是用來控制套管柱內(nèi)水泥塞的高度，它兩端都有扣，可以連接于任意兩套管之間，而浮鞋只是一端有母扣，只能位于套管的最前端。    浮箍和浮鞋有水泥式的和金屬的，浮鞋一般在套管的最下端，而浮箍一般在浮鞋上端一點，在雙級注水泥 的時候也會加個浮箍，基本作用就是用來防止注水泥時水泥漿倒返。=套管=1、套管分類 1.隔水導管(或?qū)Ч?，包括錘打入樁管) 2.表層套管 3.技術(shù)套管(中間套管或保護套管) 4.生產(chǎn)套管或尾管。2、各種套管作用1.導管 導管主要用來隔離海水，引導鉆頭入井和井內(nèi)

16、泥漿從井口返回泥漿池，封隔海底面以下的疏松易塌地層，用以支承表層、技術(shù)和油層套管的重量。2.表層套管   表層套管用來封隔上部不穩(wěn)定的松軟地層和水層及淺層氣，安裝井口裝置以控制井涌井噴，同時支承技術(shù)套管和油層套管或尾管的重量。3.技術(shù)套管或中間套管   技術(shù)套管主要用來封隔難以控制的復雜地層以保證鉆井工作順利進行下去。4.生產(chǎn)套管   生產(chǎn)套管主要用來把生產(chǎn)層和其他地層封隔開，把不同壓力的油、氣、水層封隔開來，在井內(nèi)建立一條油、氣通路，保證長期生產(chǎn)，并能滿足合理開采油、氣和酸化壓裂等增產(chǎn)措施的要求。 3、尾管柱  按功能為為

17、鉆井尾管、生產(chǎn)尾管、回接尾管等1.鉆井尾管：   鉆井尾管功能相當于技術(shù)套管的尾管稱為鉆井尾管。2.用鉆井尾管的意義· 封隔漏失層、高壓層等；· 節(jié)約鉆井成本；· 滿足使用復合鉆具要求；· 控制套管磨損（滿足后期回接）。3.生產(chǎn)尾管   生產(chǎn)尾管功能相當于生產(chǎn)套管的尾管稱為生產(chǎn)尾管。4.使用生產(chǎn)尾管的意義：· 封隔油、氣、水層；· 節(jié)約鉆井成本；· 滿足使用復合油管要求；5.回接尾管：   回接尾管主要用于修復尾管以上套管，回接套管至井口或回接套管至上層套管內(nèi)任何深

18、度。6.常見套管串結(jié)構(gòu)· 插入式/內(nèi)管固井套管串結(jié)構(gòu)常用套管尺寸: 30”、20”、13-3/8”；· 單級固井套管串結(jié)構(gòu)，常用套管尺寸: 13-3/8”、9-5/8”、7”； · 雙級固井套管串結(jié)構(gòu)，常用套管尺寸: 13-3/8”、9-5/8”、7” ；· 尾管管串結(jié)構(gòu)，常用套管尺寸: 13-3/8”、9-5/8”、7”、5” 、4-1/2” ；=固井設(shè)備=1、固井設(shè)備基本構(gòu)成2、其它設(shè)備單撬泵批混罐3、固井泵工作原理1)基本結(jié)構(gòu)：     固井泵主要包括泵缸、活塞、吸水閥和排水閥等基本部件。2)工作原理：· 吸

19、入過程：當活塞從（左圖所示）的極右位置向左移動時，活塞右側(cè)腔室的容積增大，其中壓力降低。吸入口的液體就在大氣壓力和泵缸內(nèi)壓力的壓力差作用下，沿吸入管上升，推開吸入閥進入泵缸。此時，排出閥處于關(guān)閉狀態(tài)。· 排出過程：活塞在到達終點后，活塞即開始由左向右移動，工作腔室的容積逐漸減小，進入泵缸中的液體受到活塞的擠壓，使壓力迅速增高推開排出閥，將液體排出。此時，吸入閥處于關(guān)閉狀態(tài)。3、水泥漿混合裝置4、ADC混合系統(tǒng)5、水泥緩沖罐工作原理：· 容積緩沖: “蓄水池”作用，平衡平臺灰罐輸灰的壓力和出灰量的波動。· 二次氣化:氣化氣通過氣化囊的纖維網(wǎng)孔流入罐內(nèi)水泥，進行第二次

20、氣化(第一次在平臺灰罐內(nèi))，把水泥變成灰氣混合物。· 氣灰分離:灰下沉，氣上浮至灰罐頂部，通過罐內(nèi)排氣管和平衡閥排出舷外。· 恒壓出灰:平衡閥自動調(diào)節(jié)排氣閥的開口大小，使得緩沖罐頂部的壓力恒定在69PSI。A處的壓力頂部B處氣壓(69PSI)干灰水泥的壓力(高度乘密度)。=套管附件=1、水泥頭1)套管水泥頭    釋放下膠塞時，旋轉(zhuǎn)退出釋放下?lián)蹁N，下膠塞在重力和泵送液體推動下離開下膠塞所在內(nèi)腔(釋放指示銷有顯示)，并沿套管內(nèi)壁被驅(qū)替至套管浮箍上。放上膠塞時，旋轉(zhuǎn)退出釋放上擋銷，上膠塞在重力和頂替液的推動下，離開上膠塞所在內(nèi)腔(釋放指示銷有顯示)，驅(qū)替水泥

21、漿并清刮套管內(nèi)壁直到與下膠塞重合、碰壓為止。2)尾管水泥頭   尾管水泥頭用于尾管固井。尾管水泥頭由提升短節(jié)、本體、旋轉(zhuǎn)軸承機構(gòu)、鉆桿塞擋銷機構(gòu)、投球機構(gòu)、鉆桿聯(lián)接短節(jié)和閥門管匯等部分組成，如圖所示。尾管水泥頭主要用于尾管固井，提升短節(jié)和旋轉(zhuǎn)軸承機構(gòu)的作用同鉆桿水泥頭的對應(yīng)機構(gòu)相同。坐掛尾管懸掛器時，旋轉(zhuǎn)投球機構(gòu)的手柄，頂桿便將球從投球機構(gòu)內(nèi)腔頂出，球在重力和泵送液體的推動下，沿鉆桿內(nèi)腔落到懸掛器球座上，在泵壓的作用下使尾管懸掛器實現(xiàn)坐掛。釋放尾管膠塞時，旋轉(zhuǎn)鉆桿塞擋銷機構(gòu)的手柄，使擋銷從鉆桿塞內(nèi)腔收回，鉆桿塞便在泵送液體的推動下離開鉆桿塞所在內(nèi)腔，沿鉆桿內(nèi)壁落到尾管膠塞座

22、上，在泵壓的作用下剪切釋放尾管膠塞。膠塞2、循環(huán)頭循環(huán)頭用于下套管或尾管中途連接下入套管、頂驅(qū)或地面高壓管匯上，建立循環(huán)的井口工具。3、插入接頭    插入接頭與插入式浮鞋或浮箍配套使用，主要用于大尺寸套管的內(nèi)管固井作業(yè)，有直插式和旋轉(zhuǎn)插入式。4、SSR平衡閥   SSR平衡閥與鉆桿水泥頭配套使用，主要作用是：平衡SSR水下釋放系統(tǒng)管內(nèi)外壓差，避免膠塞非正常釋放。三維動畫 | 固井工程設(shè)計=固井質(zhì)量=1、注水泥質(zhì)量要求  1、水泥返高、水泥塞長度和人工井底的規(guī)定     油氣層固井，設(shè)計水泥返高應(yīng)超過油氣層頂界15

23、0米，實際封過油氣層頂部不少于50米。其中要求合格的水泥環(huán)段，對于淺于2000米的井不少于10米，深于2000米的井不少于20米。  2、為了保證套管管鞋封固質(zhì)量，油層套管采用雙塞固井時，阻流環(huán)距套管鞋長度不少于10米，技術(shù)套管(或先期完成井)，一般為20米，套管鞋位置應(yīng)盡量靠近井底。  3、油氣層底界距人工井底(管內(nèi)水泥面，浮箍位置)不少于15米，主要是為了滿足采油方面的需要。  4、其中第二條是為了防止上膠塞下行時所刮下的套管內(nèi)表面上的液膜漿體污染水泥漿，而影響套管鞋附近的水泥封固質(zhì)量。2、水泥環(huán)質(zhì)量鑒定      目前我國水泥環(huán)

24、質(zhì)量鑒定一般以聲幅測井(CBL，也稱水泥膠結(jié)測井)為準。聲幅相對值在15%(油田現(xiàn)場有的也采用10%)以內(nèi)為優(yōu)等，30%為合格；聲幅超過30%的井段則視為水泥封固不合格。聲幅測井一般在注水泥后24小時到48小時內(nèi)進行，但對特殊井(如尾管固井、采用緩凝水泥固井等)聲幅測井時間可依具體情況而定，現(xiàn)在變密度測井(VDL)也在逐漸普及。1、井溫測井     水泥的水化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，其凝結(jié)過程中所放出的熱量通過套管傳給套管內(nèi)液體，可使井內(nèi)溫度上升一定數(shù)值，如620。而環(huán)空中沒有水泥的井段，井內(nèi)溫度為正常溫度。利用這一特性，可以測定水泥漿在環(huán)空中的返高位置，即水泥頂部深度。

25、2、聲幅測井(水泥膠結(jié)測井)    聲幅測井是根據(jù)聲學原理所進行的測井。在井下，從測井儀聲波發(fā)射出聲波，聲波向四周以近似球形的波陣面發(fā)散，通過不同的介質(zhì)和路線后傳播到接收器。最先到達接收器的是沿著套管傳播的滑行波(叫套管波)所產(chǎn)生的折射波，其次是傳到地層后又傳播回來的地層波，盡管在鉆井液內(nèi)聲波的傳播距離最短，但由于在鉆井液內(nèi)聲速相對較低，所以鉆井液波(泥漿波)到達最遲。聲幅測井記錄的是最先到達的套管波的首波幅度。   套管波在傳播過程中要向套管內(nèi)和環(huán)形空間散失能量，即聲幅要衰減(降低)。套管波的衰減程度和套管內(nèi)外介質(zhì)性質(zhì)及期分布有關(guān)。因為管內(nèi)鉆井液的分布

26、及性質(zhì)是不變的，因此向管內(nèi)散失的能量為恒定值。在此基礎(chǔ)上的套管波的衰減程度就將取決于管外水泥與套管的膠結(jié)情況。實驗證明，在其它條件不變的情況下，套管首波幅度的對數(shù)與套管周圍水泥未膠結(jié)部分所占套管周長的百分數(shù)之間存在線性關(guān)系，即與套管膠結(jié)的水泥越多，所接收的聲幅越上，而當管外全為鉆井液時，所接收的聲幅最大。   由測量線路把所接收的聲幅大小轉(zhuǎn)變成與之成比例的電壓大小，加以記錄。沿井深由下而上進行測試，就可得到一條沿井深反映水泥與套管膠結(jié)情況的聲幅測井曲線。應(yīng)用聲幅測井曲線檢測水泥環(huán)質(zhì)量是通過相對幅度進行的(以環(huán)空內(nèi)全為鉆井液的自由套管段的聲幅值為基準)。  

27、0;  相對幅度=目的段聲幅曲線幅度/自由套管段聲幅曲線幅度*100%。3、聲波變密度測井     聲幅測井測量記錄的是套管首波幅度。聲波變密度測井(VDL，簡稱變密度測井)是用接收器將套管波、地層波等聲波幅度按到達時間先后全部測量記錄，再用一定的方法顯示，以評價水泥環(huán)質(zhì)量的測井方法。當進行變密度測井時，同時進行聲幅測井。變密度測井因為能夠測量記錄地層波，因此能夠反映出水泥與地層(俗稱第二界面)有膠結(jié)情況。將變密度測井結(jié)果與聲幅測井結(jié)果對比分析，可以全面地評價水泥環(huán)質(zhì)量。三維動畫 | 固井技術(shù)=固井技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展=1、概述   固井

28、作業(yè)是油氣井鉆井工程中最重要的環(huán)節(jié)之一，其主要目的是封隔井眼內(nèi)的油層、氣層和水層，保護油氣井套管、增加油氣井壽命以及提高油氣產(chǎn)量。自1903年開始固井以來經(jīng)過近100年的努力，國內(nèi)外固井技術(shù)有了很大的的進步。主要表現(xiàn)在:油井水泥的擴充與完善，油井基本水泥由一兩種發(fā)展到13種；油井水泥外加劑已發(fā)展到14大類200多個品種；普遍采用計算機控制技術(shù)對配漿過程進行連續(xù)監(jiān)控，注水泥設(shè)備向操作自動化、密度控制精確化方向發(fā)展。  復雜的地層固井技術(shù)日趨完善，研究開發(fā)了適應(yīng)高壓氣井、低壓易漏失井、多壓力系統(tǒng)以及深井超深井高溫固井配套技術(shù)。小井眼固井、水平井固井、分支井固井和大位移固井等特殊工藝井固井

29、技術(shù)；研制開發(fā)了尾管懸掛器、雙級(多級)注水泥器以及扶正器等； 固井計算機模擬、仿真與監(jiān)控技術(shù)，提高了固井方案設(shè)計、現(xiàn)場施工的準確性、針對性和科學性。2、國內(nèi)外固井技術(shù)進度情況(1)  油井水泥與外加劑研究1、基本水泥。  基本水泥增加了酸溶水泥、高細度水泥、波特蘭水泥與高爐礦渣混合物、可儲存液體水泥和合成樹脂水泥。2、外加劑 應(yīng)用油井水泥外加劑已成為解決各種復雜固井問題、提高固井質(zhì)量和保護油氣層的主要技術(shù)手段。據(jù)美國統(tǒng)計，固井外加劑的用量占油田化學劑的38。油井水泥外加劑主要進展:· 研制開發(fā)了適應(yīng)更寬溫度和密度范圍、抗鹽和抗高溫的高性能降失水劑

30、83; 用于深水固井的特殊外加劑· 泡沫水泥漿外加劑· 改善水泥石性能的外加劑· 滿足特殊地質(zhì)條件下的水泥外加劑(2)  固井技術(shù)1、CemCRETE固井技術(shù)  為解決異常壓力固井問題，道威爾斯倫貝謝公司于1998年底研究開發(fā)了CemCRETE技術(shù)。該技術(shù)基于混凝土水泥漿技術(shù)，利用顆粒級配原理，通過優(yōu)化水泥及外摻料顆粒直徑分布(PSD)，優(yōu)選3種以上不同直徑的顆粒，使單位體積內(nèi)固相顆粒增加，盡量降低水泥漿水灰比，提高水泥石的抗壓強度和降低水泥石的孔隙度和滲透率。  CemCRETE固井技術(shù)應(yīng)用密度為1.20g/cm3的低密度水泥漿，2

31、4h抗壓強度大于14MPa，水泥石的滲透率和孔隙度明顯小于常規(guī)水泥漿阿曼石油開發(fā)公司(PDO)采用密度為2.40g/ cm3的高密度水泥漿技術(shù)成功地解決了Sarmad 油田井深為4800m的深井膏鹽層的高壓固井問題。2、泡沫固井技術(shù)  哈里伯頓公司應(yīng)用泡沫水泥漿替代常規(guī)漂珠低密度水泥漿固井取得了良好的現(xiàn)場應(yīng)用效果。泡沫水泥漿由凈漿、氮氣、穩(wěn)泡劑及水泥漿處理劑組成。 國內(nèi)通過研究，在水泥和配漿水中分別加入兩種發(fā)泡劑，在混漿時發(fā)生化學反應(yīng)生成氮氣，通過穩(wěn)泡劑使之形成穩(wěn)定且相互獨立的泡沫水泥漿，化學泡沫水泥漿在國內(nèi)很多油田應(yīng)用取得了較好的效果。3、防竄固井技術(shù) 人們對環(huán)空氣(水)

32、竄的形成原因、影響因素、氣竄的物理過程、預測方法及防氣竄水泥漿體系做了大量的研究工作，先后研究開發(fā)了膨脹水泥、延緩膠凝水泥、觸變水泥、可壓縮水泥和非滲透乳膠水泥等多種防竄水泥漿體系。在防氣竄水泥漿性能評價與預測研究方面，國內(nèi)外有許多評價和預測水泥漿防氣竄性能的模式與方法，它們考慮氣井氣層壓力、漿體結(jié)構(gòu)、水泥漿密度、返深等因素。可以有效地指導防氣竄固井設(shè)計。4、鉆井液轉(zhuǎn)化水泥漿(MTC)固井技術(shù)  該項固井技術(shù)是指在泥漿中加入一些可水化的材料，使鉆井液可在一定條件下轉(zhuǎn)變成具有一定強度的固井液的技術(shù)。該技術(shù)有利于提高固井質(zhì)量，尤其是有助于改善第二界面膠結(jié)質(zhì)量，自80年代研究應(yīng)用以來，一度

33、在固井界引起極大的關(guān)注，被認為是傳統(tǒng)固井作業(yè)的一次革命。淡化了頂替效率及頂替技術(shù)。MTC的應(yīng)用美國在開采了56年的某油田14口井中應(yīng)用了多功能鉆井液技術(shù)，結(jié)果表明，固井成功率從原來的28提高到65，單井成本節(jié)約8萬美元。 勝利、遼河、滇黔桂、長慶等許多油田已推廣應(yīng)用。(三)  固井工具    為適應(yīng)水平井、大位移井固井要求，美國哈里伯頓等公司相繼研制開發(fā)了滾珠式剛性扶正器、井下啟動剛性扶正器、套管漂浮接箍等。為解決漏失層、氣層等特殊復雜地層固井問題，美國貝克休斯公司研制開發(fā)了水泥漿膨脹的長裸眼封隔器，可通過水泥漿進行膨脹永久性封隔地層，取代注水泥作業(yè)，并能在封隔器

34、上進行射孔作業(yè)，滿足測試、生產(chǎn)需要。    為適應(yīng)欠平衡鉆井技術(shù)的需求，美國貝克公司研制開發(fā)了在欠平衡條件下，下入尾管專門井下裝置，從而保證了全過程欠平衡作業(yè)的實施。遙控水泥頭。減少了開擋銷釋放膠塞的時間，保證了施工的連續(xù)性。為解決水平井尾管固井中由于井斜大，造成座掛銅球無法到位實施憋壓座掛的技術(shù)問題，國內(nèi)研制開發(fā)了專門用于大斜度、水平井尾管固井的送球器。(四)  水泥漿頂替技術(shù)    美國道威爾斯倫貝謝公司提出了有效層流固井技術(shù)，在無法實現(xiàn)紊流的條件下采用有效層流固井技術(shù)取得了較好的現(xiàn)場應(yīng)用效果。中石化石油鉆井研究所針對深井不規(guī)則井眼水泥漿頂

35、替效率低的技術(shù)問題，提出了紊流塞流復合頂替技術(shù)，通過理論分析提出在不同井徑條件下同時實現(xiàn)紊流和塞流的水泥漿流變性能要求以及相應(yīng)的水泥漿流變性能設(shè)計方法。較好地解決了深井井眼不規(guī)則的固井問題。(五)  注水泥計算機動態(tài)模擬與設(shè)計系統(tǒng)  國內(nèi)外普遍研制開發(fā)了相應(yīng)的注水泥動態(tài)模擬與設(shè)計系統(tǒng)，提高了固井設(shè)計的針對性和準確性。美國LANDMARK、道威爾斯倫貝謝、哈里伯頓公司都擁有先進的固井設(shè)計及作業(yè)評價系統(tǒng)。(六)  注水泥設(shè)備  美國是生產(chǎn)成套固井設(shè)備的主要廠家，主要包括哈里伯頓、道威爾斯倫貝謝和BJ公司，中國主要是江漢石油管理局第四石油機器廠。水泥漿的密度最高可精確控制在2.64g/ cm3以內(nèi)。(七)  水泥漿實驗儀器 為了適應(yīng)固井技術(shù)不斷發(fā)展的需求，國內(nèi)外普遍加大了水泥漿實驗儀器開發(fā)力度。除常規(guī)的失水儀、稠化儀、膠凝強度儀外，美國CHANDLER公司于2000年