分级固井
永13-2漏失复杂井免钻分级固井技术
永１３－２漏失复杂井免钻分级固井技术赵 进（江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏，扬州 ２２５０００） 摘 要：永１３－２井是江苏油田一口定向采油井，在钻井过程中发生多次严重井漏。
针对该井油管固井存在漏失风险大、封固段长、井眼不规则和井壁虚泥饼等固井难点。
根据江苏区块１９口井分级箍固井实际应用情况，选择分级固井工艺，降低环空液柱压力；优选免钻分级箍工具；合理选择分级箍安放位置和水泥浆体系，结合通井措施，确保了井眼清洁，套管安全顺利下入、固井安全施工和良好的固井质量。
同时，也对固井施工中存在的问题进行了简要分析。
本井免钻分级固井技术的成功实施为漏失复杂井固井作业提供了参考。
关键词：漏失复杂井：免钻分级箍；双级固井；江苏油田 中图分类号：ＴＥ２８＋３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９８１（２０１７）０９—００８３—０２ 永１３－２井是江苏油田在东台坳陷高邮凹陷永安构造永１３断块部署的一口开发井，目的为挖潜永１３断块Ｅ２ｄ１高部位剩余油，提高储量动用程度。
该井设计井深３１８７ｍ，完钻井深３２４３ｍ，该井采用二开结构，一开Φ３１１．１ｍｍ钻深３６５ｍ，Φ２４４．５ｍｍ套管下深３６２．８６ｍ。
１ 固井难点１．１ 井漏风险大永１３－２井在生产过程中多次发生严重井漏，其中大的漏失有７次，因常规堵漏无效，先后爆炸堵漏１次、打水泥堵漏有６次。
累计漏失钻井液２３１８ｍ３，消耗钻井液材料４５０ｔ，注水泥堵漏消耗水泥６５ｔ。
由于水泥浆密度高、循环压耗大，固井过程中井漏风险大。
１．２ 封固段长本井井深３２４３ｍ，油顶１５００ｍ，设计返高１３００ｍ，封固段较长，接近２０００ｍ。
封固段长，一方面水泥浆上下温度大，影响水泥石胶结；另一方面封固段长、液柱压力高，加重漏失风险。
１．３ 井眼不规则电测数据显示在以下井段出现大肚子井眼，在３７５～４２５ｍ、１２００～１２５０ｍ、１４７５～１５００ｍ和２８７５～２９００ｍ等井段平均井径大于２６０ｍｍ，有些井段平均井径大于３００ｍｍ。
分级固井
分级(双级)固井技术措施与应急预案所谓双级固井工艺技术是指通过一种特殊固井工具分级箍及其各种配套的塞子，来实现将较长的水泥封固井段分成两段进行封固。
分级固井主要是因水泥封固段太长，防止井漏而减少井下漏失水泥浆而采用的双级或多级固井方法。
一、分级固井工艺技术的应用范围(1)一次注水泥封固段太长，压差过高，一般注水泥设备难以满足施工要求。
(2)低压易漏失井固井时，由于一次封固段太长，压差过高，容易引起固井漏失。
(3)一次封固段太长，上下温度太大，水泥浆性能无法保证固井要求。
(4)油气分布不均，不连续且中间间隔距离太长时。
二、分级箍安放位置的确定原则：依据油气水层及漏层位置决定(1)全井封固的井，一般安放位置在井深1/2处，同时考虑地层、井径、井斜方位及垮塌情况。
(2)主要油气层间隔距离较大时，其位置选择在上部油气层底界以下40-60m处。
(3)易漏失地层，一般选在漏失层以上50-80m处。
(4)分级箍以下必须要有足够长度的套管，一般不少于450m，以保证分级箍顺利打开。
三、分级箍的规格类型目前常用的分级箍其规格尺寸有φ244.5m m，φ177.8mm，φ139.7mm，127mm。
分为机械式和液压式两种类型，它们的主要区别在于：(1)机械式：用于直井或井斜角小于25度的井，依靠重力塞打开循环孔进行二级固井，其打开压力较低。
(2)液压式：用于任何井型，可以不用重力塞而直接蹩压，打开循环孔进行二级固井，其打开压力较高。
四、双级固井其主要区别在于使用的特殊胶塞和重力塞的作用，将分级箍的滑孔先剪切开建立循环然后注水泥、替浆时靠特殊胶塞再剪切锁钉使滑套下落封闭循环道孔，从而避免了射孔固井糊炮眼的工序。
分级固井的要点：①、注完水泥替量时，下胶塞通过分级箍处时要减少替浆排量，(必须事先计算好通过分级箍的流量)②、当重力塞下行到分级箍时(通过时间计算)小排量顶开循环通孔，在7-9MPa憋压的情况下通孔滑板剪断锁销才能建立循环，关闭循环是靠上胶塞在二次固井结束时建胶塞受阻碰压剪滑套锁销封闭了循环通孔，完成了二级固井工艺。
注采井技术套管分级固井方式分析及建议
注采井技术套管分级固井方式分析及建议
张英东
【期刊名称】《石化技术》
【年(卷),期】2016(023)011
【摘要】陕224储气库注采水平井采用四开井身结构,技术套管固井封固段长达2800m左右,考虑地层承压能力,采用分级固井方式,井口坐挂套管挂,以承载套管悬重.靖平22-4-2井坐挂井口套挂后进行一级固井,固井过程发生漏失,进行二级固井时井口失返;靖平22-4-3井一级固井注完水泥后坐挂井口套管挂,固井过程正常顺利.为了分析固井方式对于刘家沟组底部的附加压力的影响,通过简化伯努利方程,计算出口速度与附加压力的关系,得出刘家沟底部附加压力主要由环空摩阻引起,井口返出面积一定时,附加压力随排量的增大而增大,与井径扩大率关系不十分密切,并且坐挂井口套管挂后进行一级固井施工时所引起的附加压力也比较小.因而钻井过程中采取合理的随钻防漏堵漏措施,提高地层承压能力才是防止刘家沟漏失的重要措施,此外还建议先进行一级固井施工,后坐挂井口套管挂,以防止漏失.
【总页数】1页(P294)
【作者】张英东
【作者单位】中国石油长庆油田分公司储气库管理处陕西榆林 718500
【正文语种】中文
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固井技术简介
套管波在传播过程中要向套管内和环形空间散失能量， 既声幅要衰减（降低）。套管波的衰减程度和套管内外介质 性质及其分布有关。因为管内钻井液的分布及性质是不变的 ，因此向管内散失的能量为恒定值。在此基础上的套管波的 衰减程度就将取决于管外水泥与套管的胶结情况。
实验证明，在其它条件不变的情况下，套管首波幅度的 对数与套管周围水泥未胶结部分所占套管周长的百分数之间 存在线性关系，套管胶结的水泥越多，所接收的声幅越小， 而当管外全为钻井液时，所接收的声幅最大。
（4）特种水泥浆体系研究
对于水平井、超深井固井作业，单靠基本水泥外加剂是难以解决固 井质量问题。为此，国内外不断创造出许多特种水泥浆体系。如胶乳水 泥、纤维水泥、防腐蚀水泥、高性能低（高）密度水泥等。
♦ 胶乳水泥
胶乳在防窜、防腐、提高水泥石力学性能等方面具有明显的优势，在
国内外已有较广泛应用。目前，应用较多的胶乳产品是丁苯胶乳，其耐
动画
钻掉胶塞与浮鞋
下套管循环灌浆装置
循
灌
环
浆
状
状
态
态
二、水泥环质量检测和评价
1. 井温测井
水泥的水化反应是一放热反应，其凝结过程中所放出 的热量通过套管传给套管内流体，可使井内温度上升一 定数值，如6℃～22℃。而环空中没有水泥的井段，井 内温度为正常温度。利用这一特性，可以测定水泥浆在 环空中的返高位置（即水泥顶部深度）。
水泥车：高压注入设备 （压力可达 77.2MPa）
70-25双机双泵 固井水泥车
40-17固井水泥车
水泥头（Cement Head)
浮箍和浮鞋
自动灌浆
动画
固井用胶塞
引鞋
套管扶正器
水泥伞
用途：支撑上部水泥浆重量，防止压漏薄 弱地层。 用法：套在套管外部，锥形桶用橡胶制作；受水泥浆重
分级固井注水泥工艺技术及运用实践研究
分级固井注水泥工艺技术及运用实践研究摘要：随着我国固井工程技术的发展速度不断加快，分级固井技术发展也得到快速提升。
在石油气井固井工程施工过程当中，分级固井水泥施工工艺得到了广泛的运用，特别是在解决井漏现象以及地层压力系数较低的工程项目当中发挥出了非常重要的作用。
关键词：分级固井；注水泥；工艺技术引言：钻井工程技术快速发展的过程中广泛应用了分级固井注水泥施工，尤其是当前我国双级注水泥施工技术逐步完善的背景下，其在我国钻井工程中发挥相当重要的作用。
使用分级箍显著提升了固井成功率及其固井工程的合格率，在使用多种外加剂的过程中固井质量得到进一步提高。
1.分级箍在石油气固井工程中的应用1.1 分级箍结构在分级注水泥工艺施工过程当中，通常分为两种施工方法：第一种是非连续性的双重注水泥施工模式；第二种是连续性双击注水施工方法。
除此之外，分级箍的类型也有很多种类型，常用的尺寸包括三种：φ139.7mm、φ177.8mm、φ244.5mm。
当前我国在石油勘测企业当中相继研发和制造了分级箍模型，但是在实际的施工和下井操作当中，和国外一些比较先进的发达国家相比还有着一定的差距。
在我国某大型油田钻井企业当中，依照具体的施工需求，自行设置了相应的滑套式分级箍设置方法，一共分为了四个不同类型的型号，四种型号当中滑套式的分级箍在对油田开采施工过程当中的使用范围相对比较广泛，在油田的开发领域当中，慢慢发展成为了一套比较系统化的施工产品。
其中主要的工作原理和工作特点为：通过一级注水泥施工结束之后，再投入到第一级水泥将作为顶部施工程[1]。
1.2 工作原理和工作特点我国某大型油田钻井企业根据施工要求，自行设计了滑套式分级箍，一共设计了四个型号，即φ139.7mm、φ177.8mm、φ244.5mm 与φ339.7mm。
这四种型号的滑套式分级箍在对油田的开采过程中使用的范围很广，在油田开采领域中成为成功的系列产品。
其工作机理及工作特点为：第一级注水泥施工结束后，投入硬压塞顶替第一级泥浆，当顶替第一级泥浆完毕后进行固井碰压，接着在水泥车上或者泵房内实施放压，并且在此过程中时刻注意浮箍浮鞋的工作情况，如果其运行正常，那么投入重力塞，以保证加压开孔的顺利实施，随后，通过水泥车继续替入泥浆，以使分级箍的开孔压力控制在 4~5 MPa 范围，滑套下落时注意控制速度，不得快于每分钟60米，接着迅速将循环孔打开，循环出分级箍以上的水泥浆。
固井工艺技术介绍
DRI
固井可能带来的危害
涩北气田气层埋藏浅，分布井段长（408.0-1738.2m），层数多（54-79），气水界面复杂, 浅层气、浅层盐水活跃。台H6-1井、台6-7井，一开钻至800m下入表层套管固井后，候凝过
程中套管外地表窜出盐水和水溶气，被迫报废
台 H6-1 井 339.7mm 表 层 套 管 固 完井候凝时，北东方向约 250 米冒气水后目前情况 台 6-7 井 273mm 表层套管固 完井候凝时，地表窜出盐 水和水溶气
前 言
DRI
固井可能带来的危害
井喷——灾难性后果（墨西哥湾事故）
灌香肠、插旗杆——整井报废，单井段报废，经济损失巨大
挤毁套管——整井报废，单井段报废，经济损失巨大 油气水窜——单井段报废，降低开发效益
环空带压——开发隐患，增加作业成本、环境危害
超缓凝——延长作业时间、增加作业成本 返高不够——降低封固质量，增加补救作业成本 过早套损——单井报废，增加作业成本，降低开发效益
～100kN于悬挂处→憋压剪断球座销钉→开泵进行循环钻井液→
注前置液→注水泥浆→释放钻杆胶塞→替钻井液→钻杆塞与空 心耦合（耦合前降低替入排量） →碰压→放回压，检查浮箍是 否倒流→上提中心管，循环出多余的水泥浆→起钻候凝。
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钻井研究院
第一单元
固井工艺技术
DRI
尾管固井
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尾管悬挂器
专门研究如何用化学方法解决固井过程中遇到的问题。
具体地说，水泥浆化学就是通过研究水泥浆的组成和性 能，且予以科学地控制和调整，最终达到封隔地层、保 护储层和支撑套管的目的。
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钻井研究院
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钻井研究院
第一单元
651机械式分级箍双级固井(三塞)操作程序
RECOMMENDED OPERATING INSTRUCTIONS FORTOP-CO 651 TWO STAGE CEMENTING COLLAR651机械式分级箍双级固井（三塞）操作程序检查分级固井工具到达井场后要检查分级固井工具及附件，检查分级工具有否损伤，丝扣有无损伤等。
检查开孔弹和关闭塞是否与所送分级工具相匹配。
确保第一级胶塞或密封胶塞鼻部外径小于分级工具内开/关孔座之内径且能正确地座于浮箍或承托环上。
确认水泥头内没有其它胶塞或异物。
如果需预装胶塞，确认水泥头胶释放机构工作正常，承托机构能够承托胶塞，水泥头内有平衡槽等。
入井操作1. 下套管前要将一级橡胶碰压盘安装在浮箍上（用丝扣胶粘接，涂胶时要用棉布遮盖浮箍循环孔以防浮阀被丝扣胶粘住。
粘接后静止等待60分钟以上待粘接牢靠后方可与套管连接入井），碰压盘锥面向上。
2. 下套管并将分级箍按要求深度连接。
分级箍与套管连接的丝扣要用丝扣胶粘接。
上扣时套管钳不能打在分级箍的大肚子任何位置以防挤坏分级箍。
套管下到要求深度后循环洗井达到固井所需的良好的井眼和完井液条件。
3. 注入一级固井水泥浆，打开水泥头投入一级固井软胶塞（切勿将一级软胶塞预置在水泥头内）。
4. 开始替浆。
强烈建议：一级固井胶塞通过分级箍时的替浆排量为正常替浆排量的50%，通过分级箍后恢复正常排量。
一级胶塞碰压之前也要降低排量至正常排量的10%~20%，碰压压力为固井循环压力加上3.447Mpa (或500 psi)。
如果使用管外封隔器的话要增加泵压膨胀和坐封封隔器。
5. 放回压，检查套管内是否有回流，记录回流量，投入分级箍开孔弹。
6. 等待开孔弹自由下落。
正常下落速度约为每分钟60米。
7. 当开孔弹坐于分级箍开孔座上后，开泵提高泵压至200~500psi（10-3/4”分级箍）打开分级箍循环孔洗井和固井。
8. 混合并泵入二级水泥浆。
9. 泵入设计量的水泥浆后打开水泥头安装分级箍关闭胶塞（或预置关闭胶塞于水泥头内）并释放入井。
固井工艺技术
固井工艺技术常规固井工艺内管法固井工艺尾管固井工艺尾管回接固井工艺分级固井工艺选择式注水泥固井工艺筛管(裸眼）顶部注水泥固井工艺封隔器完井及水泥充填封隔器固井工艺注水泥塞工艺预应力固井工艺挤水泥补救工艺技术漏失井固井技术高压井固井技术大斜度井固井技术深井及超深井固井技术长封固段井固井技术小间隙井固井技术糖葫芦井眼固井技术气井固井技术（一）常规固井工艺常规固井工艺是指在井身质量较好，且井下无特殊复杂情况,封固段较短的封固要求下，将配制好的水泥浆，通过前置液、下胶塞（隔离塞）与钻井液隔离后，一次性地通过高压管汇、水泥头、套管串注入井内,从管串底部进入环空，到达设计位置,以达到设计井段的套管与井壁间的有效封固。
套管串结构：引鞋+旋流短节+2根套管+浮箍+套管串.施工流程：注前置液→注水泥浆→压碰压塞（上胶塞）→替钻井液→碰压→候凝。
保证施工安全和固井质量的基本条件：（1）井眼畅通。
（2）井底干净。
（3）井径规则，井径扩大率小于15％。
（4）固井前井下不漏失。
（5）钻井液中无严重油气侵，油气上窜速度小于10m/h.（6）套管居中，居中度不小于75%。
（7)套管与井壁环形间隙大于20mm。
（8)钻井液性能在不影响井壁稳定、保证井下压稳的情况下，应保证低粘度、低切力、低密度,具有良好的流动性能。
（9）水泥浆稠化时间、流动度等物理性能应满足施工要求。
（10)水泥浆和钻井液要有一定密度差，一般要大于0。
2. （11）下灰设备、供水设备、注水泥设备、替泥浆设备及高低压管汇等，性能满足施工要求。
（二）内管法固井工艺内管法固井工艺是用下部连接有浮箍插头的小直径钻杆插入套管的插座式浮箍（或插座式浮鞋)，与环空建立循环，用水泥车通过钻杆向套管外环空注水泥。
采用该工艺注水泥能减少水泥浆在套管内与钻井液的掺混，缩短顶替钻井液时间。
用该工艺进行表层时，水泥浆可提前返出,从而减少因附加水泥量过大而造成的浪费和环境污染.该工艺一般用于大直径套管固井。
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分级(双级)固井技术措施与应急预案
所谓双级固井工艺技术是指通过一种特殊固井工具分级箍及其各种配套的塞子，来实现将较长的水泥封固井段分成两段进行封固。
分级固井主要是因水泥封固段太长，防止井漏而减少井下漏失水泥浆而采用的双级或多级固井方法。
一、分级固井工艺技术的应用范围
(1)一次注水泥封固段太长，压差过高，一般注水泥设备难以满足施工要求。
(2)低压易漏失井固井时，由于一次封固段太长，压差过高，容易引起固井漏失。
(3)一次封固段太长，上下温度太大，水泥浆性能无法保证固井要求。
(4)油气分布不均，不连续且中间间隔距离太长时。
二、分级箍安放位置的确定原则：
依据油气水层及漏层位置决定
(1)全井封固的井，一般安放位置在井深1/2处，同时考虑地层、井径、井斜方位及垮塌情况。
(2)主要油气层间隔距离较大时，其位置选择在上部油气层底界以下40-60m处。
(3)易漏失地层，一般选在漏失层以上50-80m处。
(4)分级箍以下必须要有足够长度的套管，一般不少于450m，以保证分级箍顺利打开。
三、分级箍的规格类型
目前常用的分级箍其规格尺寸有φ244.5m m，φ177.8mm，φ139.7mm，127mm。
分为机械式和液压式两种类型，它们的主要区别在于：
(1)机械式：用于直井或井斜角小于25度的井，依靠重力塞打开循环孔进行二级固井，其打开压力较低。
(2)液压式：用于任何井型，可以不用重力塞而直接蹩压，打开循环孔进行二级固井，其打开压力较高。
四、双级固井其主要区别在于使用的特殊胶塞和重力塞的作用，将分级箍的滑孔先剪切开建立循环然后注水泥、替浆时靠特殊胶塞再剪切锁钉使滑套下落封闭循环道孔，从而避免了射孔固井糊炮眼的工序。
分级固井的要点：①、注完水泥替量时，下胶塞通过分级箍处时要减少替浆排量，(必须事先计算好通过分级箍的流量)
②、当重力塞下行到分级箍时(通过时间计算)小排量顶开循环通孔，在7-9MPa憋压的情况下通孔滑板剪断锁销才能建立循环，关闭循环是靠上胶塞在二次固井结束时建胶塞受阻碰压剪滑套锁销封闭了循环通孔，完成了二级固井工艺。