固井工程技術(shù)基礎(chǔ)

15/15固井工程技術(shù)基礎(chǔ)目錄前言

第一章固井概論

第一節(jié)固井概念

第二節(jié)固井的目的和要求

第二章套管、固井工具、附件和材料第一節(jié)API套管標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

第二節(jié)固井工具、附件

第三節(jié)固井材料

第三章固井工程技術(shù)基礎(chǔ)

第一節(jié)固井工藝

第二節(jié)固井水泥漿

第三節(jié)注水泥施工程序

第一章固井概述

一、固井概念

為了達(dá)到加固井壁，保證繼續(xù)安全鉆進(jìn)，封隔油、氣和水層，保證勘探期間的封層測(cè)試及整個(gè)開(kāi)采過(guò)程中合理的油氣生產(chǎn)等目的而下入優(yōu)質(zhì)鋼管，并在井筒于鋼管環(huán)空充填好水泥的作業(yè)，稱為固井工程。因此固井包括了兩部分：下入套管的工藝和注入水泥漿的工藝叫做固井工藝。

固井作業(yè)

固井作業(yè)是通過(guò)固井設(shè)計(jì)，應(yīng)用配套的固井設(shè)備、輔助設(shè)備及工具，將油井水泥、水和添加劑按一定的比例混合后，通過(guò)固井泵泵注入井，并頂替到預(yù)定深度的井壁與套管、（套管與套管）的環(huán)形空間內(nèi)，使套管與井壁、（套管與套管）之間形成牢固粘結(jié)。

固井設(shè)備總體示意圖

二、固井目的和要求

1、固井的目的

一口油井深達(dá)數(shù)千米，在鉆井過(guò)程中常常遇到井漏、井塌、井噴等復(fù)雜情況，影響正常鉆進(jìn)，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致井眼報(bào)廢。遇到上述情況就應(yīng)下套管固井，封隔好復(fù)雜地層后，再繼續(xù)鉆進(jìn)，直到建立穩(wěn)定的油氣通道為止。因此,為了優(yōu)質(zhì)快速鉆達(dá)目的層，保證油氣田的開(kāi)采，就要采用固井，固井工程的主要目的為：

1）、在鉆進(jìn)過(guò)程中封隔易坍塌、易漏失等復(fù)雜地層，鞏固所鉆過(guò)的井眼保證鉆井順利進(jìn)行。

（如圖1-1所示），當(dāng)從A點(diǎn)鉆進(jìn)至B點(diǎn)，如果在A點(diǎn)井深處沒(méi)下套管固井，那么隨著井深的變化，鉆達(dá)B點(diǎn)所用泥漿密度在A點(diǎn)產(chǎn)生的壓力就會(huì)大于A點(diǎn)地層破裂壓力，造成A點(diǎn)地層破裂，發(fā)生井漏。同理，當(dāng)從B點(diǎn)鉆進(jìn)至C點(diǎn)，如果在B點(diǎn)井深處沒(méi)下套管固井，那么隨著井深的變化，鉆達(dá)C點(diǎn)所用泥漿密度在B點(diǎn)產(chǎn)生的壓力就會(huì)大于B點(diǎn)地層破裂壓力，造成B點(diǎn)地層破裂，發(fā)生井漏。

2）、封隔油、氣、水層，防止層間互竄。

固井工程不僅關(guān)系到鉆進(jìn)的速度和成本，還影響到油氣田的開(kāi)發(fā)。（如圖1-2所示），如果油、氣層與水層間水泥固結(jié)不好，層間互相竄通，那么會(huì)給油氣田開(kāi)發(fā)帶來(lái)很大困難。當(dāng)油、氣層壓力大于水層壓力時(shí)，油、氣便會(huì)竄入水層內(nèi)，既污染了水層又影響到油氣的產(chǎn)

量；當(dāng)水層壓力大于油、氣層壓力時(shí)，水便會(huì)

圖1-1下套管固井原理示意圖

圖1-2固井防止層間流體互竄示意圖

竄入油氣層內(nèi)，造成油田開(kāi)發(fā)早期出水，嚴(yán)重時(shí)會(huì)水淹破壞整個(gè)油氣田。因此，必須確保固井質(zhì)量，對(duì)地層內(nèi)不同類型的流體有效封隔。

3）、支撐套管和井口裝置，建立油氣通道。

鉆完井工藝要求固井后套管與地層間在水泥作用下應(yīng)具有良好的膠結(jié)，因?yàn)楣叹笏喹h(huán)不僅要支撐套管的重量，而且要承受安裝在套管上井口裝置的重量，準(zhǔn)備下一次開(kāi)鉆或完井投產(chǎn)（如圖1-3所示）。若水泥封固質(zhì)量差，則會(huì)導(dǎo)致套管下沉或井口裝置的不穩(wěn)定，影響正常作業(yè)或油氣通道的建立。

4）保護(hù)上部砂層中的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(jìn)行增產(chǎn)措施創(chuàng)造了先決有利條件；

2、固井的要求

套管在一口井的總成本中，往往是各單項(xiàng)成本中最高的一項(xiàng)。而固井工程是鉆井工程中最關(guān)鍵復(fù)雜的作業(yè)，是百年大計(jì)。固井質(zhì)量的好壞關(guān)系到油井能否正常投產(chǎn)和油田壽命的長(zhǎng)短。固井質(zhì)量的關(guān)鍵所在就是下入井內(nèi)的套管柱的強(qiáng)度和環(huán)形空間的密封問(wèn)題。因此對(duì)于固井的要求必須作到以下幾個(gè)方面：

1、套管柱的設(shè)計(jì)必須保證該套管串的任何部位在相應(yīng)的井段有足夠抗拉、抗擠、抗內(nèi)壓強(qiáng)度，以保證下入井內(nèi)的套管不斷、不裂、不變形；

圖1-3套管固井后井口連接示意圖

2、套管柱的連接必須保證用規(guī)定的上扣扭矩上緊絲扣，保證套管連接的密封

性；

3、環(huán)形空間的水泥環(huán)要求均勻和連續(xù)封固到預(yù)計(jì)的深度，且要求水泥環(huán)與井

壁及套管之間膠結(jié)和密封良好，以保證環(huán)形空間不竄、不漏，滿足油氣井

正常生產(chǎn)和分層作業(yè)的要求。

第二章套管、固井工具、附件和材料

一、API套管標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

1、長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)：

2、鋼級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：

API套管鋼級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的分類是以套管材質(zhì)的最小屈服強(qiáng)度為依據(jù)的。API標(biāo)準(zhǔn)允許7種級(jí)別的鋼材用作油井套管材料。這7種鋼材分別是H－40、J－55、C－75、N－80、C－95、P－110、Q－125、V－150。（它們的最小屈服強(qiáng)度分別是40,000psi、55,000psi、75,000psi、80,000psi、95,000psi、110,000psi、125,000psi、150,000psi。

PSI是磅/英寸2的。1psi＝1磅/英寸2＝0.07031公斤/厘米2＝

0.07031KSC。因此,換算成公制單位時(shí),它們的最小屈服強(qiáng)度分別是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套管鋼級(jí)及其最小屈服強(qiáng)度列表如下：

API管材鋼級(jí)的物理機(jī)械性能

3、API套管絲扣規(guī)范：

API套管分為有接箍套管和無(wú)接箍套管（XCSG）兩種。

API有接箍套管絲扣分為長(zhǎng)圓扣（LCSG）、短圓扣(SCSG)、梯形扣(BCSG)工具接頭扣（TJ）即偏梯扣、VAM扣即梯形扣（同一尺寸的套管，梯形扣接箍外

徑比VAM扣接箍外徑大，但扣型相同，可以互換）。此外還有RL－4型扣、LS型扣、LS－2型扣、LS－2HP型扣等等。

API無(wú)接箍套管絲扣分為奧米加扣型、管端平坦線扣型（無(wú)接箍套管扣，英文為EXTREME－LINEFORM）等。

4、API套管標(biāo)記：

1）、API鋼級(jí)和顏色標(biāo)記

2）、API扣型3)、套管識(shí)別標(biāo)記

圖2-1套管識(shí)別標(biāo)記

圓螺紋套管標(biāo)記（示范）

API直連型螺紋套管標(biāo)記（示范）

.API套管VAM扣（示范）

二、固井工具、附件

井口工具通常包括：套管水泥頭、尾管水泥頭、鉆桿水泥頭、快速接頭、循環(huán)頭等一）、固井工具1、水泥頭

水泥頭是注水泥施工過(guò)程的井口聯(lián)接裝置，用于聯(lián)接套管（或鉆桿）和注水泥管匯；水泥頭還用來(lái)安裝膠塞，通過(guò)膠塞釋放擋銷機(jī)構(gòu)控制膠塞的釋放，并根據(jù)膠塞釋放指示銷判斷膠塞是否釋放。1）、套管水泥頭

圖2-3套管水泥頭（雙塞）

套管水泥頭：在套管固井時(shí)用于連接套管及地面固井管線，同時(shí)提供容納1-2個(gè)套管膠塞空間配有相應(yīng)釋放機(jī)構(gòu)。

2）、尾管水泥頭

尾管水泥頭由提升短節(jié)、本體、旋轉(zhuǎn)軸承機(jī)構(gòu)、鉆桿塞擋銷機(jī)構(gòu)、投球機(jī)構(gòu)、鉆桿聯(lián)接短節(jié)和閥門管匯等部分組成，（如圖2-4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(jī)構(gòu)的作用同鉆桿水泥頭的對(duì)應(yīng)機(jī)構(gòu)相同。坐掛尾管懸掛器時(shí)，旋轉(zhuǎn)投球機(jī)構(gòu)的手柄，頂桿便將球從投球機(jī)構(gòu)內(nèi)腔頂出，球在重力和泵送液體的推動(dòng)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(shí)現(xiàn)坐掛。釋放尾管膠塞時(shí)，旋轉(zhuǎn)鉆桿塞擋銷機(jī)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(dòng)下離開(kāi)鉆桿塞所在內(nèi)腔，

沿鉆桿內(nèi)壁落到尾管膠塞座上，在泵壓的作用下剪切釋放尾管膠塞。3）鉆桿水泥頭

鉆桿水泥頭：在半潛式鉆井平臺(tái)常規(guī)套管固井時(shí)使用，主要功能是連接井口送入工具與固井管線，并提供容納鉆桿膠塞及/或剪切球的空間，配有相應(yīng)釋放機(jī)構(gòu)。

2、快速接頭：用于連接套管與套管水泥頭。通?？焖俳宇^下段為對(duì)應(yīng)套管扣，上端為快速扣。

3、內(nèi)管扶正器：內(nèi)管固井或其類似固井作業(yè)中用于扶正鉆具在套管內(nèi)居中度。常為單弓型

圖2-4尾管水泥頭示意圖

4、循環(huán)頭

循環(huán)頭是在下套管或尾管中途連接于下入套管或尾管柱上建立循環(huán)的井口工具，（如圖2-5所示）。

當(dāng)套/尾管下入中途或下入套/尾管過(guò)程中遇阻時(shí)，將循環(huán)頭下端的套管扣或分體短節(jié)連接于套管頂部，循環(huán)頭上端的接頭連接于鉆臺(tái)至泥漿泵的管線上，建立泥漿循環(huán)。

5、內(nèi)管注水泥插入頭

內(nèi)管注水泥插入頭主要用

于鉆井過(guò)程中大尺寸表層套管固井作業(yè)的工具。

（如圖2-6所示），內(nèi)管注水泥插入頭主要由插入頭、密封圈和鉆桿連接扣等部分組成。當(dāng)表層套管下到設(shè)計(jì)井深后，在鉆柱底部連接內(nèi)管注水泥插入頭，下鉆并插入與之配合的套管鞋密封插座內(nèi)，便可準(zhǔn)備固井。

圖2-6內(nèi)管注水泥插入頭示意圖

6、雙級(jí)固井分級(jí)箍

采用快速接頭聯(lián)接的套管循環(huán)頭

鉆桿扣×套管扣循環(huán)頭1502扣×套管扣循環(huán)頭

圖2-5常用循環(huán)頭結(jié)構(gòu)示意圖

圖2－6雙級(jí)固井分級(jí)箍示意圖

提升短節(jié)防砂罩

7、尾管懸掛器

c、密封總成：由密封外殼和密封芯子組成。

d、回接筒

f、球座總成

g、浮箍、浮鞋

圖2-7尾管懸掛器圖組

工作原理：SYX-A型Φ244.5×Φ177.8（95/8"×7"）尾管懸掛器為液壓式，采用投球憋壓的方式實(shí)現(xiàn)坐掛。使用時(shí)配合專用的送入工具，將尾管懸掛器及尾管下入到井內(nèi)設(shè)計(jì)深度。投球，當(dāng)球到達(dá)球座后憋壓，壓力通過(guò)懸掛器本體上的傳壓孔傳到液缸內(nèi)，壓力推動(dòng)活塞上行，剪斷液缸剪釘，再推動(dòng)推桿支撐套，并帶動(dòng)卡瓦上行，卡瓦沿錐面漲開(kāi)，楔入懸掛器錐體和上層套管之間的環(huán)狀間隙里，當(dāng)鉆具下放時(shí)，尾管重量被支撐在上層套管上。繼續(xù)打壓，憋通球座，建立正常循環(huán)。然后進(jìn)行倒扣、注水泥、替漿作業(yè)。最后將送入工具和密封芯子提離懸掛器并循環(huán)出多余水泥漿，起鉆，候凝。

二）、套管附件

1、浮鞋、浮箍

套管浮鞋裝在套管柱底部引導(dǎo)套管柱入井，防止套管柱底部插入井壁后遇阻；套管浮箍裝在浮鞋以上2～3根套管處，為膠塞提供碰壓位置，當(dāng)上膠塞到達(dá)浮箍時(shí)，泵壓會(huì)突然升高，這時(shí)候說(shuō)明膠塞已碰壓，固井替漿結(jié)束。不管浮鞋/箍，兩者都具有一

個(gè)單流閥機(jī)構(gòu)（圖4-24），該閥可防止固井結(jié)束后套管環(huán)空內(nèi)的流體進(jìn)入套管內(nèi)，同時(shí)，在管串入井時(shí)還可減少大鉤載荷。

單回壓閥浮鞋雙回壓閥浮鞋可插入工具式浮箍（內(nèi)管固井）

浮鞋浮箍單流閥

單回壓閥浮箍可插入工具式浮箍2、膠塞

1）、套管膠塞套管膠塞（圖4-25）主要用于自升式平臺(tái)和導(dǎo)管架上的套管固井，底塞（紅色）用來(lái)隔離水泥漿與前置液，防止前行水泥漿在出套管浮箍前受污染；頂塞（黃色）用來(lái)把頂替液與水泥漿隔開(kāi)，防止后面的水泥漿受頂替液的污染，同時(shí)頂塞還用來(lái)碰壓，指示固井替漿結(jié)束。

2）、尾管膠塞組尾管膠塞（圖4-27）連接在尾管送入工具中心管下端的接箍上，鉆桿膠塞通過(guò)尾管水泥頭進(jìn)行投放，刮去鉆桿內(nèi)的水泥漿并與尾管膠塞復(fù)合后，剪切釋放尾管膠塞。尾管膠塞下行頂替水泥漿至球座后碰壓。

3、套管扶正器

套管扶正器（圖4-28）有彈性和剛性之分，它們的作用是扶正套管，提高套管在井眼中的居中度，使套管與井壁環(huán)空的水泥漿充填均勻，保證固井質(zhì)量。套管扶正器通常安放在油層、水層上下，井徑不規(guī)則處，浮鞋、浮箍的上下，尾管重疊段等位置。

圖4-25套管膠塞頂、底

塞

剛性

彈性

圖

4-28

套管扶正器

圖4-27尾管膠塞組

焊接式扶正器

?用于所有的常規(guī)井

?一體式鉸鏈可承受較大負(fù)荷

?高級(jí)彈性弓板

?自鎖式鉸鏈銷釘可防止松脫

?超強(qiáng)度焊接

非焊接式扶正器

?超過(guò)API10D標(biāo)準(zhǔn)要求

?弓板固定牢靠

?環(huán)板強(qiáng)度高、鉸鏈結(jié)實(shí)

?自鎖式鉸鏈銷釘易安裝且不會(huì)松脫

雙弓扶正器

?較好的扶正效果利于頂替

?入井磨阻小

?減少卡鉆、管柱易于活動(dòng)

?增加接觸面，減少弓板壓入井壁的深度

螺旋剛性扶正器

?確保任何井斜下的扶正效果

?極好的擾流性能

?在井眼曲率較大的井段和產(chǎn)層經(jīng)常與彈性扶正器一起使用機(jī)械減阻工具

4、扶正器止動(dòng)環(huán)

圖4-29所示為多種類型的扶正器止動(dòng)環(huán)。止動(dòng)環(huán)裝在套管本體上，限制套管扶正器上下活動(dòng)，確保水泥漿重點(diǎn)封隔范圍。

5、Weatherford-Gemoco(威德福

—吉母殼分級(jí)箍

圖4-29扶正器止動(dòng)環(huán)

三）、固井材料

1、API油井水泥及規(guī)范

根據(jù)API規(guī)范規(guī)定:

油井水泥分為8個(gè)級(jí)別A、B、C、D、E、F、G、H；

油井水泥分為3大類:普通型(O)、中抗硫酸鹽型(MSR)和高抗硫酸鹽型(HSR)（見(jiàn)表2-1）。

近年來(lái),國(guó)外波特蘭水泥已從原有的A、B、C、D、E、F、G和H級(jí)簡(jiǎn)化為5種,即A、B、C、G、H級(jí)水泥用于井溫76℃以下的井;G、H級(jí)水泥用于井溫大于76℃的井。在固井作業(yè)中,G級(jí)水泥通過(guò)加入速凝劑和緩凝劑可用于低、中、高溫井,適用于全井段所有套管層次的固井作業(yè)。（見(jiàn)表2-1）

表2-1API規(guī)范10A油井水泥級(jí)別定義

2、油井水泥添加劑

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(duì)水泥漿密度、稠度、稠化時(shí)間和抗壓強(qiáng)度等都具有更高的要求，采用純水泥已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工藝技術(shù)要求，必須依靠外加劑來(lái)調(diào)節(jié)其使用性能。

1、水泥添加劑的種類

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(qiáng)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(zhǎng)水泥漿稠化時(shí)間或凝結(jié)時(shí)間。

促凝劑：主要是縮短水泥漿稠化時(shí)間以及增大水泥石的早期抗壓強(qiáng)度。

降失水劑：主要用以防止水泥漿急劇失水，保護(hù)油氣層。

減輕劑：主要是降低水泥漿密度，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(dòng)性能，有利于水泥漿在低泵速泵壓下進(jìn)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。

抗高溫強(qiáng)度穩(wěn)定劑：在深井、高溫情況下，加入硅粉，防止水泥石抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)熱衰退現(xiàn)象。

2.塔里木油田固井常用添加劑

塔里木油田經(jīng)過(guò)多年來(lái)的固井實(shí)踐，主要選用了3大類型的固井添加劑，基本上滿足了深井、復(fù)雜井固井施工對(duì)水泥漿性能的要求。

①、蘭德（LANDY）系列添加劑：LANDY-806L和LANDY-89L兩個(gè)系列，主要用于中高溫井（80～120℃）。

②、歐美科（OMEX）系列添加劑：OMEX－FS-23L系列，主要用于高溫井（120～140℃）。

③、斯倫貝謝（Schlumberger）D168高溫系列添加劑：主要用于超高溫井

（160~180℃）。

第三章固井工程技術(shù)基礎(chǔ)

油、氣井固井：是將油井水泥、水以及添加劑按一定的比例混合后，通過(guò)固井泵泵送到預(yù)定深度的井壁與套管、（套管與套管）的環(huán)形空間內(nèi)，使套管與井壁、（套管與套管）之間牢固粘結(jié)，具有一定強(qiáng)度且密封良好（圖3-1所示）。

一、固井工藝

1、井身結(jié)構(gòu)

井身結(jié)構(gòu)（圖3-2）是指套管層次和每

層套管的下入深度、水泥漿的返高及套管和井眼尺寸的配合。井身結(jié)構(gòu)不但關(guān)系到鉆井工程的整體效益，還直接影響油井的質(zhì)量和壽命。各層套管的具體作用為：

①導(dǎo)管：建立表層鉆進(jìn)的泥漿循環(huán)。②表層套管：用于封隔上部不穩(wěn)定的

松軟地層和水層，安裝井口裝置，控制井噴和支撐技術(shù)套管與油層套管的重量。

圖3-1固井水泥漿充填示意圖

③技術(shù)套管/尾管：用以分隔難以控制的復(fù)雜地層，保證鉆井工作順利。技術(shù)套管/尾管不是一定要下的，爭(zhēng)取不下或少下技術(shù)套管/尾管。

④油層套管/尾管：用以把生產(chǎn)層和其他地層封隔開(kāi)，把不同壓力的油、氣、水

層封隔起來(lái)，在井內(nèi)建立一條油、氣通路。保證長(zhǎng)期生產(chǎn)，并能滿足合理開(kāi)采油、氣和增產(chǎn)措施的要求。

2、固井方法及工藝流程

1）、內(nèi)管柱固井（插入法固井）

如圖3-3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(guò)鉆柱注水泥進(jìn)行固井作業(yè)，稱為插入法固井。內(nèi)管柱固井主要用于大尺寸（16″~30″）導(dǎo)管或表層套管的固井，其優(yōu)點(diǎn)為：

①在無(wú)大尺寸膠塞、水泥頭的情況下，

可對(duì)大尺寸套管進(jìn)行固井。②通過(guò)鉆柱注水泥、頂替，可大大減少

對(duì)水泥漿的污染。

③減小水泥漿的浪費(fèi)，有效保證固井質(zhì)量。

在大套管內(nèi)用鉆柱對(duì)套管進(jìn)行固井作業(yè)的方法稱為內(nèi)插法固井。由于內(nèi)管柱內(nèi)徑相

對(duì)很小，不僅可以提高大直徑套管的注速，減少替漿有利于準(zhǔn)確控制替漿量。而且可以避免水泥漿在套管內(nèi)混漿和串槽。內(nèi)插法固井主要用于大直徑的表層套管和技術(shù)套管的固井。（工具如圖示）。

2）內(nèi)插法固井技術(shù)要點(diǎn)

（1）插管頭規(guī)格（Ф130、Ф105、Ф90等）

mm圖3-3插入法固井示意圖

Фmax=（132.7、86.59、63.62）cm2=S頭

（2）插管座深度H36.36m時(shí)，可不加7″鉆鋌，但還是加1柱最好，

總之：（W方鉆桿+W鉆桿+W鉆鋌）之總重量≥（0.01LMPa+C）×S頭。（3）水泥石抗壓強(qiáng)度>3.5MPa時(shí)可以鉆水泥塞（抗壓強(qiáng)度由室內(nèi)試驗(yàn)得知）。

3)內(nèi)插法固井工藝流程

管串結(jié)構(gòu)

浮鞋（引鞋）+套管1根+浮箍（帶配套插管座）+套管；

固井工藝流程

（1）、下原鉆具通井，對(duì)縮徑及阻卡井段認(rèn)真擴(kuò)劃眼，大排量洗井，保證井下干凈、井眼暢通；

（2）、下套管，按管串結(jié)構(gòu)下送到位；

（3）、下內(nèi)管結(jié)構(gòu)：插入頭+5″鉆柱（等）；

（4）、將內(nèi)管插入插座，開(kāi)泵循環(huán)，檢查插入接頭與插座密封是否良好；

（5）、施工：地面管匯試壓—注前置液—注水泥漿至返出—替清水；

（6）、將內(nèi)管起出，檢查是否有回流；

（7）、候凝（可立即裝井口）。

4)套管上浮計(jì)算

w：套管每米重量kg/m

vi：套管內(nèi)容l/m

vo：套管閉排l/m

ρm：泥漿密度g/cm3

ρc：水泥漿密度g/cm3

L：套管長(zhǎng)度m

l：水泥塞長(zhǎng)度m

W套管重量kgW=w*L

Wm管內(nèi)泥漿的重量kgWm=ρm*（L-l）*vi

Wp管內(nèi)水泥漿的重量kgWp=ρc*l*vi

Wf水泥漿對(duì)套管的浮力kgWf=ρc*L*vo當(dāng)Wf大于或等于或略小于W+Wm+Wp，套管就有上浮的可能。

舉例說(shuō)明：Φ508mm，壁厚12.7mm，重量158.5kg/m，內(nèi)容182.92l/m，閉排202.69l/m，泥漿密度1.05g/cm3，水泥漿密度1.90g/cm3，長(zhǎng)度200m，水泥塞40m，能否上浮。

套管的重量=158.5×200=31700（kg）

管內(nèi)泥漿的重量=182.92×1.05×（200-40）=30731（kg）

管內(nèi)水泥漿的重量=182.92×1.90×40=13902（kg）

共重=76333kg

浮力=202.69×1.9×200=77020（kg）

在這種情況下就有上浮危險(xiǎn)

為避免套管上浮，水泥漿密度極限值=76333/200/202.69=1.88g/cm3

5)避免套管上浮的措施：

（1）充分循環(huán)洗井，使環(huán)空暢通；

（2）控制注水泥漿的速度，水泥漿上返阻力越大，上浮可能性越大；

（3）保證固井質(zhì)量的前提下，密度不能超過(guò)極限值；

（4）水泥漿有較好的流動(dòng)性；

（5）充分隔離，避免泥漿與水泥漿相互污染而使流動(dòng)性變差；

（6）下套管時(shí)掏空一定的深度，插入鉆具下到位后，再灌入重泥漿。

6)注意事項(xiàng)

起鉆之前，計(jì)算好套管柱總長(zhǎng)，調(diào)整鉆進(jìn)深度，確保聯(lián)頂節(jié)座于鉆盤面上；

計(jì)算插入鉆具的長(zhǎng)度；

計(jì)算施加于插入座的壓力值，其值取最高施工壓力與插頭密封面之?dāng)嗝娣e的乘積，再乘以1.2的系數(shù)；

按下套管要求下入套管，最后要掏空一定的深度不灌漿；

下入插頭及鉆具；

接好方鉆桿，慢放，接近插座位置時(shí)開(kāi)泵，當(dāng)鉆井液灌滿套管內(nèi)環(huán)空時(shí)停泵；

緩慢下放鉆具對(duì)中插座，觀察指重表加壓到預(yù)定值，做方入標(biāo)記；

開(kāi)泵，觀察井口返漿情況及泵壓，并注意套管內(nèi)環(huán)空鉆井液是否外溢，方入標(biāo)記是否上移，若不外溢，不上移，壓穩(wěn)剎把，循環(huán)固井；

若套管內(nèi)環(huán)空外溢不止，或方入標(biāo)記上移，應(yīng)適當(dāng)增加壓力，但不要超過(guò)插座生產(chǎn)商給出的最大值。若無(wú)效，應(yīng)提起鉆具循環(huán)，慢轉(zhuǎn)慢放，重新對(duì)插座；

在整個(gè)固井期間（注、替漿期間），要時(shí)刻注意懸重表變化，套管及鉆具是否上移，發(fā)現(xiàn)異常，立即采取措施。

7)應(yīng)急措施

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)備有耐壓循環(huán)頭，如果重新對(duì)插座無(wú)效，起出鉆具及插頭，改為常規(guī)固井；

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)備有外管注水泥工具，若出現(xiàn)注水泥過(guò)程當(dāng)中插頭密封失效，可適當(dāng)加大壓力，若嚴(yán)重失效，可停注，或撥出插頭后回壓凡爾失效，采用管外注水泥補(bǔ)救井口；

時(shí)刻注意指重表，若套管上浮引起懸重嚴(yán)重減少，應(yīng)適當(dāng)上提鉆具，避免壓力過(guò)大使插座損傷。

常規(guī)插管固井工藝有弊端：如插管或浮鞋（浮箍）密封不嚴(yán)。為了避免這一問(wèn)題特別推出

《頂端密封雙管注水泥裝置》，供固井工程選用。

(1)頂端密封雙管注水泥裝置

示意圖

(2)固井工藝流程

①、下原鉆具通井，對(duì)縮徑及阻卡井段認(rèn)真擴(kuò)劃眼，大排量洗井，保證井下干凈、井眼暢通；

②、管串需帶浮鞋或浮箍，不需密封和插座。下套管，按管串結(jié)構(gòu)下送到位；

③、灌泥漿時(shí)不宜過(guò)滿，接頂端密封雙管注水泥裝置，后下鉆桿；

④、下內(nèi)管結(jié)構(gòu)：下光管5″鉆柱即可，不須調(diào)長(zhǎng)（鉆桿比浮鞋至井口的距離短1—5m即可）；

⑤、再將注水泥接頭串接在鉆桿頂部，坐入密封座內(nèi)，如鉆桿太輕是可把壓板加上；

⑥、接好井口管匯，開(kāi)泵逐漸加大排量循環(huán)；

⑦、施工：地面管匯試壓—注前置液—注混漿或水泥漿至返出—替清水；

⑧、將內(nèi)管起出，檢查是否有回流；

若浮鞋（或浮箍）失效，只需從內(nèi)管內(nèi)、外替清水，使水泥漿面在鉆桿深度以下即可，待水泥漿稠化后，立即起出內(nèi)管——鉆桿。

⑨、候凝（可立即裝井口）。

2）、單級(jí)固井（單塞和雙塞固井）

陸地固井一般采用單級(jí)單塞固井較多，單級(jí)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(jìn)行固井的，其工藝流程如圖3-4所示。

圖3-4單級(jí)雙膠塞固井工藝流程示意圖

單級(jí)固井（單膠塞或雙膠塞固井）時(shí)，套管柱附件主要由浮鞋、浮箍、扶正器和膠塞等組成。

3)、雙級(jí)固井

根據(jù)工程、地質(zhì)和井下條件來(lái)確定是否采用雙級(jí)固井。

①、雙級(jí)注水泥條件和目的

在下列情況下常使用雙級(jí)固井:

(1)當(dāng)井底地層無(wú)法承受水泥漿柱所產(chǎn)生的靜液柱壓力;

(2)注水泥后環(huán)空靜液柱壓力大于套管抗外擠壓力;

(3)有嚴(yán)重漏失層,一次注水泥無(wú)法避開(kāi)漏層時(shí);

(4)一個(gè)井段需要不同類型的水泥漿固井;

(5)為了達(dá)到防氣竄目的。

②、雙級(jí)注水泥工具在管柱中的安裝方法

雙級(jí)注水泥工具在管柱中的安放位置:

(1)為了解決注水泥后環(huán)空靜液柱壓力過(guò)高的問(wèn)題,它可以裝在管柱中任意要求的

位置;

(2)為了解決嚴(yán)重漏層,它可以安裝在漏層之上;

(3)為了實(shí)現(xiàn)多種水泥漿體系固井,可以按要求裝在管柱的任意位置上;

(4)為了解決氣竄問(wèn)題,它可以裝在氣層之上,同時(shí)選用帶封隔器的雙級(jí)注水泥工

具。

③、雙級(jí)固井工具組成:（如圖3-5所示）

圖3-5雙級(jí)固井工具組成

④、雙級(jí)注水泥工藝流程（如圖3-6所示）

雙級(jí)注水泥施工程序：

(1)在下管柱前,將關(guān)閉擋圈裝在浮箍上。注完第一級(jí)水泥后,投放第一級(jí)關(guān)閉塞,

并頂替到關(guān)閉擋圈碰壓。

(2)第一級(jí)水泥作業(yè)完成后,立即投放自由下落式開(kāi)孔塞,推動(dòng)多級(jí)注水泥工具的下

滑套,暴露出注水泥循環(huán)孔,循環(huán)鉆井液直到第一級(jí)水泥超過(guò)稠化時(shí)間為止,然后開(kāi)始第二級(jí)注水泥作業(yè)。

(3)注完水泥后,投放二級(jí)鎖緊塞,按要求頂替,碰壓后增加泵壓2.07～3.45兆帕

(300～500psi)推動(dòng)雙級(jí)注水泥工具的上滑套關(guān)閉注水泥循環(huán)孔。

圖3-6雙級(jí)注水泥施工程序圖

⑤、第二級(jí)注水泥時(shí)間的確定及有關(guān)技術(shù)要求:

第一級(jí)注水泥作業(yè)一結(jié)束,必須立即投放打開(kāi)塞,打開(kāi)分級(jí)注水泥工具的循環(huán)孔,循環(huán)鉆井液,直至一級(jí)固井的水泥漿超過(guò)稠化時(shí)間為止,并確認(rèn)它不能再傳遞上部靜液柱壓力時(shí),開(kāi)始第二級(jí)注水泥作業(yè)。

第二級(jí)注水泥碰壓后,其壓力增加到大于規(guī)定的循環(huán)孔關(guān)閉壓力2.07～3.45兆帕(300～500psi)確保水泥不會(huì)回流。

4）、尾管固井

尾管固井是用鉆桿將尾管送至懸掛設(shè)計(jì)深度后，通過(guò)尾管懸掛器把尾管懸掛在外層套管上，然后開(kāi)始注水泥作業(yè)的固井方法。尾管懸掛器可分為機(jī)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，其管串組合和固井工藝流程見(jiàn)（圖3-7、圖3-8所示）。

圖3-7尾管送入工具和尾管管串圖

尾管固井工藝流程：（如圖3-8所示）

圖3-8尾管固井流程圖

下入尾管，投球、憋壓并懸掛。

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。

5)、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(shí)，就需要注水泥塞技術(shù)，平衡法水泥塞是最常用的方法。注水泥塞時(shí)，首先將鉆具下至注水泥塞設(shè)計(jì)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(kāi)水泥塞頂面，循環(huán)沖洗干凈管柱，使水泥塞留在原位置（如圖3-9所示）。

6）、擠水泥

擠水泥是用液體擠壓，迫使水泥漿進(jìn)

入裸眼或經(jīng)套管或尾管孔眼進(jìn)入地層中的

注水泥作業(yè)，典型擠水泥作業(yè)（如圖3-10

所示）。

圖3-9平衡法注水泥塞

套管水泥環(huán)

油管擠水泥封隔器

水泥漿

圖3-10典型擠水泥作業(yè)

二、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(qiáng)度和滲透率的水泥石。

水泥水化過(guò)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(gè)過(guò)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(shí)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(jìn)行，只消耗一部分水，其余的水分充滿于水泥顆粒之間，水泥漿具有流動(dòng)性能。

B、遲緩期。由于最初在水泥礦物表面生成的水化硅酸鈣凝膠滲透率非常低，阻止了礦物進(jìn)一步水化，而使水化速度明顯變慢，此期，水泥漿的流動(dòng)性能相對(duì)比較穩(wěn)定，水泥漿的泵送入井應(yīng)在這一時(shí)期完成。這一段時(shí)間可延續(xù)數(shù)十分鐘到數(shù)小時(shí)。

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(kāi)，水化過(guò)程又加速進(jìn)行，產(chǎn)生的水化物交互生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，失去了流動(dòng)性能，水泥漿進(jìn)入了凝結(jié)時(shí)期，這段時(shí)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(qiáng)度逐漸增加，硬化成微晶結(jié)構(gòu)的水泥石。這一段時(shí)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(shí)間很長(zhǎng)，可達(dá)數(shù)十天，甚至數(shù)年。硬化期的明顯特征是強(qiáng)度增長(zhǎng)，這也是固井所期求的。

三、固井注水泥程序

注水泥程序是指現(xiàn)場(chǎng)施工前的準(zhǔn)備、注水泥施工和質(zhì)量保證程序,盡管注水泥方法不同,程序有些差別,但它們的共同點(diǎn)是一樣的。

1、注水泥的前期準(zhǔn)備工作

①、施工前固井設(shè)備試運(yùn)轉(zhuǎn)和試壓。試壓壓力必須滿足不同注水泥方法中所需最高泵壓的要求,水泥漿泵自身管匯試壓不低于35兆帕(5000磅/英寸2)。

②、配制注水泥用的混合水。按質(zhì)量控制和安全措施要求,檢查水質(zhì),徹底清洗水罐或泥漿池,嚴(yán)格按添加劑混配比例配制混合水