固井原理及过程
石油钻探固井技术
固井质量难以保障。
天然裂缝和断层
03
天然裂缝和断层可能导致水泥浆漏失，降低固井质量，甚至引
发安全事故。
高温高压环境下的固井挑战
水泥浆性能下降
高温环境下，水泥浆易稠化、失水，导致性能下降，难以满足固 井要求。
环空压力控制
高温高压环境下，环空压力控制难度大，易出现压力失衡问题。
套管损坏风险增加
高温高压环境对套管材料性能要求高，套管损坏风险增加。
钻井与固井一体化技术
随着钻井技术的不断发展，未来有望实现钻井与固井的一体化，即在 钻井过程中同步完成固井作业，提高作业效率和质量。
谢谢
THANKS
针对深海高压低温环境，采用高性能 固井材料和工艺，提高井筒稳定性和 密封性。
特殊地质条件下的石油钻探
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高温高压油气藏钻探
在高温高压油气藏中，采用耐高温高压的固井材 料和工艺，确保井筒稳定性和密封性。
含硫油气藏钻探
针对含硫油气藏，采用抗硫固井材料和工艺，防 止硫化氢等腐蚀性气体对井筒的破坏。
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盐膏层油气藏钻探
深水区域的固井挑战
深水低温
深水区域温度低，水泥浆易凝固，影响固井质量。
海底不稳定
海底地质条件复杂，可能存在淤泥、流沙等不稳 定因素，增加固井难度。
深水压力
深水区域压力大，对固井设备和材料性能要求高。
针对挑战的解决方案
复杂地质条件下
采用高性能水泥浆体系，提高水泥浆的适应性和稳定性； 采用先进的固井工艺和技术，如分级注水泥、尾管固井等， 提高固井质量。
对未来发展趋势的展望
智能化固井技术
随着人工智能和大数据技术的发展，未来固井技术将更加智能化，实 现实时数据监测、智能决策和远程控制，提高固井质量和效率。
固井技术基础
固井技术基础（量大、多图、易懂）概述1、固井的概念为了达到加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的分层测试及在整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。
2、固井的目的1. 封隔易坍塌、易漏失的复杂地层，巩固所钻过的井眼，保证钻井顺利进行；2. 提供安装井口装置的基础，控制井口喷和保证井内泥浆出口高于泥浆池，以利钻井液流回泥浆池；3. 封隔油、气、水层，防止不同压力的油气水层间互窜，为油气的正常开采提供有利条件；4.保护上部砂层中的淡水资源不受下部岩层中油、气、盐水等液体的污染；5.油井投产后，为酸化压裂进行增产措施创造了先决有利的条件；3、固井的步骤1. 下套管套管与钻杆不同，是一次性下入的管材，没有加厚部分，长度没有严格规定。
为保证固井质量和顺利地下入套管，要做套管柱的结构设计。
根据用途、地层预测压力和套管下入深度设计套管的强度，确定套管的使用壁厚，钢级和丝扣类型。
2. 注水泥注水泥是套管下入井后的关键工序，其作用是将套管和井壁的环形空间封固起来，以封隔油气水层，使套管成为油气通向井中的通道。
3. 井口安装和套管试压下套管注水泥之后，在水泥凝固期间就要安装井口。
表层套管的顶端要安套管头的壳体。
各层套管的顶端都挂在套管头内，套管头主要用来支撑技术套管和油层套管的重量，这对固井水泥未返至地面尤为重要。
套管头还用来密封套管间的环形空间，防止压力互窜。
套管头还是防喷器、油管头的过渡连接。
陆地上使用的套管头上还有两个侧口，可以进行补挤水泥、监控井况。
注平衡液等作业。
4. 检查固井质量安装好套管头和接好防喷器及防喷管线后，要做套管头密封的耐压力检查，和与防喷器联接的密封试压。
探套管内水泥塞后要做套管柱的压力检验，钻穿套管鞋2~3米后（技术套管）要做地层压裂试验。
生产井要做水泥环的质量检验，用声波探测水泥环与套管和井壁的胶结情况。
固井原理及过程
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一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 1.外挤压力 管外钻井液液柱压力: 管外钻井液液柱压力:（水泥不返 到井口时， 到井口时，上部有一段套管外为钻 井液。该段套管称为自由套管） 自由套管） 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
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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 压力表 上胶塞 下胶塞 钻井液 浮箍 引鞋 7——水泥浆 8——隔离液 9——钻井液 水泥浆 隔离液 钻井液
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一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 1.外挤压力 （1）外压力
在水泥面（环空内水泥的顶面） 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， 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（ 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， 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 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 力也按钻井液液柱压力计算。 力也按钻井液液柱压力计算。
固井桥塞原理
固井桥塞原理
固井桥塞原理，即所谓的“桥塞下水法”是一种常用的基坑回填施工技术，它是在将基坑的前期支护结构施工完成后，将桥塞放置于桥坑中，再将上层桩杆固定于上部盖板，用机械设备将桥塞上升到桥坑的顶部，即可形成一个完整的桥塞结构，用于控制基坑的深度，从而提高施工效率的技术。
该技术实际上是基于土压力原理，可以控制基坑的深度，从而提高施工效率。
桥坑的上部结构使用盖板，可以把桥坑的上水淹没；桥塞是放在中间位置，当桥塞沉入水中时，由于水压力，可以把基坑的深度控制在一定的范围内。
而且，因为桥塞的位置不断低移，所以可以把基坑的填充物分成不同的层，依次进行施工。
固井桥塞原理的使用可以显著降低施工难度和施工成本，减少施工周期，提高施工效率，提高施工质量。
然而，使用桥塞下水的施工技术也有一定的局限性，比如说，技术要求比较高，操作要求较高，需要的设备比较昂贵，安全要求也比较高，所以在施工中应该加以考虑。
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固井工程技术基础
目录前言第一章固井概论第一节固井概念第二节固井的目的和要求第二章套管、固井工具、附件和材料第一节API套管标准和规范第二节固井工具、附件第三节固井材料第三章固井工程技术基础第一节固井工艺第二节固井水泥浆第三节注水泥施工程序第一章固井概述一、固井概念为了达到加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的封层测试及整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒于钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。
因此固井包括了两部分：下入套管的工艺和注入水泥浆的工艺叫做固井工艺。
固井作业固井作业是通过固井设计，应用配套的固井设备、辅助设备及工具，将油井水泥、水和添加剂按一定的比例混合后，通过固井泵泵注入井，并顶替到预定深度的井壁与套管、（套管与套管）的环形空间内，使套管与井壁、（套管与套管）之间形成牢固粘结。
固井设备总体示意图二、固井目的和要求1、固井的目的一口油井深达数千米，在钻井过程中常常遇到井漏、井塌、井喷等复杂情况，影响正常钻进，严重时甚至导致井眼报废。
遇到上述情况就应下套管固井，封隔好复杂地层后，再继续钻进，直到建立稳定的油气通道为止。
因此,为了优质快速钻达目的层，保证油气田的开采，就要采用固井，固井工程的主要目的为：1）、在钻进过程中封隔易坍塌、易漏失等复杂地层，巩固所钻过的井眼保证钻井顺利进行。
（如图1-1所示），当从A 点钻进至B 点，如果在A 点井深处没下套管固井，那么随着井深的变化，钻达B 点所用泥浆密度在A 点产生的压力就会大于A 点地层破裂压力，造成A 点地层破裂，发生井漏。
同理，当从B 点钻进至C 点，如果在B 点井深处没下套管固井，那么随着井深的变化，钻达C 点所用泥浆密度在B 点产生的压力就会大于B 点地层破裂压力，造成B 点地层破裂，发生井漏。
2）、封隔油、气、水层，防止层间互窜。
固井工程不仅关系到钻进的速度和成本，还影响到油气田的开发。
（如图1-2所示），如果油、气层与水层间水泥固结不好，层间互相窜通，那么会给油气田开发带来很大困难。
固井原理及过程范文
固井原理及过程范文固井是一种在钻井过程中使用水泥浆填充井眼周围的空隙的技术。
固井的主要目的是确保井壁的完整性和稳定性，并防止地下水、气体或含油层的污染。
它还可以提供井身和钻杆之间的支撑和保护，以防止受碎屑或压力的影响。
固井原理可以简单地概括为以下四个步骤：1.井眼的准备：在钻井过程中，钻头钻入地下岩石层并形成井眼。
钻井液会不断地循环，保持井眼的稳定和清洁。
一旦到达目标深度，就需要做好准备来进行固井的下一步。
2.水泥浆搅拌：在进行固井之前，需要将水泥和其他一些添加剂混合成水泥浆。
这种浆料必须具有一定的流动性，以便能够在井眼中完全填满并能够进入每一个细小的空隙。
3.水泥浆注入：一旦水泥浆制备好，就可以通过特殊的泥浆泵将其注入井眼。
注入过程通常从靠近钻井平台的地方开始，然后往井底方向推进，以确保整个井眼被水泥浆填满。
注入时需要控制注入速度和压力，以便水泥浆能够均匀地分布在井眼周围。
4.固井质量控制：一旦水泥浆完全填满井眼并到达设计深度，就需要进行固井质量控制。
这包括检查井壁的完整性和稳定性，以确保固井过程没有产生问题。
通常会用测井工具测量井眼的尺寸和形状，以确保水泥浆均匀分布并没有任何漏洞。
固井也可以分为不同的类型，根据井眼周围的情况和井的具体要求来确定。
1.表面固井：用于浅井或不需要承受高压力的井，如水井或地源热泵井。
表面固井主要是为了维持井眼的完整性，防止地下水或其他物质的渗透。
2.中间固井：用于承受中等压力和温度的井，如油气开采井。
在中间固井中，水泥浆需要具备一定的强度和耐用性，以应对油气压力和温度的变化。
3.高压固井：用于深井或要承受高压力和高温的井，如深海钻井。
这种固井需要使用特殊添加剂和材料，以确保井眼的完整性和耐用性。
总之，固井是钻井过程中非常重要的一步，它确保了井眼的完整性和稳定性，并保护了地下水资源、气体资源和含油层的安全。
在固井过程中，对水泥浆的制备和注入要求非常严格，并需要进行质量控制以确保固井的成功。
井身结构设计与固井
执行情况回顾
定期对安全保障措施的执行情况进行回顾和总结，分析存在的问题和不足，提出改进措 施和建议。
持续改进方向和目标设定
持续改进方向
根据风险评估和安全保障措施执行情况 ，明确井身结构设计与固井过程中需要 持续改进的方向和重点。
压力监测
实时监测注浆过程中的压力变 化，确保注浆过程平稳、安全 。
异常情况处理
对注浆过程中出现的异常情况 ，如漏失、气窜等，及时采取
有效措施进行处理。
顶替效率提升措施实施
优化顶替流态
通过调整顶替液的性能、流量等参数，优化 顶替流态，提高顶替效率。
增加顶替排量
在保证安全的前提下，适当增加顶替排量， 提高顶替速度和效率。
VS
目标设定
设定明确、可量化的改进目标，包括降低 风险等级、提高安全保障措施的有效性等 ，为持续改进提供明确的方向和动力。
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材料准备
根据设计要求，准备好所需的 水泥、添加剂等材料，并对其
进行质量检验。
施工方案制定
根据井身结构、地质条件等因 素，制定详细的施工方案和应
急预案。
注水泥浆过程监控
水泥浆性能监控
实时监测水泥浆的密度、流动 性、失水量等性能指标，确保
其符合设计要求。
注浆速度控制
根据井深、井径等因素，合理 控制注浆速度，避免出现注浆 不均、堵管等问题。
井身结构的重要性
井身结构设计的合理与否直接影 响到钻井施工安全、速度和成本 ，以及后续油气开采的效率和效 益。
设计原则与规范要求
设计原则
膨胀尾管悬空固井技术与应用
膨胀尾管悬空固井技术与应用膨胀尾管悬空固井技术是一种新型的油田固井技术，是目前国内外广泛关注和研究的课题之一。
该技术通过膨胀尾管的作用，实现了尾管的悬空固井，填补了国内外此方面应用技术空白，在提高油气开采效率和安全性方面发挥了巨大作用。
以下将就膨胀尾管悬空固井技术的原理、特点以及应用进行详细介绍。
一、膨胀尾管悬空固井技术原理膨胀尾管悬空固井技术是利用膨胀尾管的自身性能，在管柱下部设置扩张器，当尾管到达预定位置时，扩张器被膨胀形成内径小于井筒的节流环，使得水泥浆得以置入，并在节流环与井筒之间形成一定的密闭空间，从而实现了尾管的悬空固井。
该技术的核心在于膨胀尾管的扩张器及其设计和制作工艺，其中包括扩张器和尾管的结合形式、膨胀力的控制及它的参数等。
要实现膨胀尾管悬空固井，需要保证膨胀尾管的扩张部位不仅能够满足膨胀的需要，还需要具备足够的机械强度和密封性。
1. 适应性强：膨胀尾管悬空固井技术可以适应各种井筒斜度和复杂地层条件，可以解决常规尾管悬空固井技术无法解决的问题。
2. 安全可靠：通过膨胀尾管的技术手段，可以实现尾管的悬空固井，大大提高了井下作业的安全性和可靠性。
3. 节省成本：相比传统的尾管悬空固井技术，膨胀尾管悬空固井技术可以显著降低固井作业的成本，提高固井效率。
4. 提高采油效率：膨胀尾管悬空固井技术可以使油气开采更加高效，增加了井底产能和提高了油气采收率。
5. 对油田环境影响小：膨胀尾管悬空固井技术采用了新型的环保材料，并且操作简便，对油田环境的影响较小。
1. 普遍适用于各类油气井的固井作业，尤其是对于水平井和多级油气藏的固井作业具有重要意义。
2. 可以广泛应用于非常规油气藏的开发，如致密油、页岩气等。
3. 对于高难度井筒的固井作业，如高温、高压、高硫等井筒，膨胀尾管悬空固井技术也可以发挥其独特的优势。
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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
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.
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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
向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形
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。
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概述
2、工艺介绍 下套管 注水泥 候凝 检测评价
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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
上胶塞为实心，其作用是隔离顶替用的钻井液与水泥浆；
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水泥浆在井内凝固，该过程称为候凝；
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 力也按钻井液液柱压力计算。
图7-1 单根套管示意图 1——接箍 2——套管本体
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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。
➢ 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
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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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——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---精9品—文—档钻-井---液--
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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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➢ 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。
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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
➢ 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
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一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 有效外压力：
PoePo 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：
➢ 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
第七章 固 井
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第七章 固 井
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
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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。
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
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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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
抗挤 抗拉 抗内压 密封
圆度 壁厚均匀性 抗腐蚀 最小的流动阻力 良好的上扣性能及重复互 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。