内插法固井(借鉴分享)
固井基本知识
固井基本知识一、固井工程的重要性油气井注水泥技术是一门多学科组成的应用科学。
包括地质学，石油工程（钻井、测井、测试、采油、油井增产等工程），机械，化学，力学（流体力学）和电子等学科。
涉及的基础科学知识和工程技术面广，这就要求我们在工作实践中要勤于学习，刻苦钻研，不断学习，不断提高。
固井是钻井工程中一道重要的工序，也是最后一道工序。
固井工程专业化程度高，对油气井建成起关键性作用。
往往因固井质量问题使油气井不能正常生产甚至报废。
固井质量对延长油气井寿命和发挥油气井产能具有重要作用。
固井质量关系到油气田有效勘探和开发。
固井是一种系统工程。
固井工程应从设计、准备、施工和检验等环节严格把关，采用适应地质和油气藏等特点及钻井工艺先进、适用的固井技术，实现安全、优质、经济、可靠的目的。
二、油气井注水泥的历史1、美国石油工业传统上是以1859年锥克（Drake）井的钻进为起点。
2、直到1903年才在加利福尼亚劳木波斯油田使用水泥封堵油层上部的水层。
据说法兰克和联合石油公司把50袋纯硅酸盐水泥混合好后，用捞沙筒送到井下预定位置，后凝28天以后把井内水泥钻掉，再钻穿油层后完井，而水层已被有效封固。
于是该方法成为可行，不久后便在加利福尼亚州有同样为题的油田中传插使用起来。
3、早期的捞沙筒法及油管法在1910年被A.A贝金斯（A.A Perkins)在加州油田提出的双塞法水泥法所代替。
近代注水泥技术也就由此产生。
由于贝金斯公司的服务范围仅限于加州以内，所以其他地区的注水泥方法也以不同的方式出现。
俄克拉何马州1920年哈里伯顿在海威特油田提出了一种新的注水泥方法。
而把套管下在油气层顶部，进行注水泥作业，待水泥凝固后，再钻井下部的油气层完井。
并且开始使用了原始的混浆方法和注水泥设备。
在常规套管固井中双塞注水泥方式目前仍在使用，不同的是经过不断改进和完善而已（木塞、胶塞、压胶塞液等）。
三注水泥分类常规套管注水泥、尾管注水泥、分级注水泥水井地热井处理井大口径井眼一次注水泥（即常规注水泥）永冻层注水泥特种条件下注水泥海上结构注水泥热采井注水泥内管法注水泥水平井注水泥空气钻钻井注水泥通过可溶性地层注水泥挤水泥二次注水泥打水泥塞重新注水泥尾管注水泥：套管串低于井口的注水泥作业。
矿盐固井方案
矿盐LS-1井固井方案1 、Φ339.7mm表层固井1.1基础资料(1)本次固井目的：封固上部未成岩地层，为二开钻进创造安全条件；(2)固井方式：内插法固井(3)井身结构及套管程序开钻次序钻头尺寸⨯井深mm⨯m 套管尺寸⨯井深mm⨯m水泥返深m备注一开444.5⨯401 339.7⨯400 地面内插法固井(4)钻井液类型及下套管前钻井液主要性能膨润土泥浆：密度g/cm3粘度（s）1.10 601.2管串结构(1)套管数据套管外径钢级壁厚扣型单位重量套管下深封固井段339.7mm J55 9.65mm 短圆81.18kg/m 400--0m 400--0m (2)入井管串结构(自下而上)：（1）Φ339.7mm可钻浮鞋＋Φ339.7mm套管（2根）浮力计算为20m(J55×9.65mm)＋Φ339.7mm浮箍（带内插座）＋Φ339.7mm套管串(J55×9.65mm)＋Φ339.7mm联顶节。
（2）插入管串结构：插入头＋127mm钻杆＋方钻杆。
（3）插入头以上2根钻杆加钻杆扶正器（127mm⨯339.7mm）共2只从浮箍上部1根套管往下，所有管串用套管丝扣胶粘接（丝扣胶涂在公扣上）。
1.3固井难点及主要技术措施(1)由于套管在替泥浆过程所受的浮力大，确保一开套管在水泥浆上返过程中不被浮起为，实际泥浆密度应在1.10g/cm3以上；浮力计算公式水泥浆对套管浮力：W=P×L× VW= 1.85×400×90.65=67081Kg管内重量：Wn=Wg+ Wm+ Wp套管重量：Wg=81.18×400=32720Kg 管内水泥浆重量：Wm=80.6×1.85×20=2982.2Kg 管内泥浆：Wp=80.6×1.10×380=33690.8Kg总重量：69393Kg 管内重量-管外重量=2312Kg泥浆密度>1.10g/cm3时套管不会上浮(2)坐封力根据循环最高泵压由固井施工指挥现场计算,为在泵压出现异常情况下顺利施工,实际施加坐封力应为计算值的2倍；建议在井口将套管用钢丝绳绑好；(3)泥浆开钻，插入法固井。
固井设计
钻井工程方案的编制方法－固井技术 延迟凝固注水泥技术 在下套管前先把缓凝水 泥浆替入井中，再下套管 到井底。 优点：形成的水泥环比较 均匀。 缺点：施工时间长。
钻井工程方案的编制方法－固井技术 水泥浆体系
1、普通水泥浆体系 2、正常水泥浆体系 3、高密度水泥浆体系 4、低密度水泥浆体系 5、抗盐水泥浆体系 6、防气窜水泥浆体系 7、膨胀水泥浆体系 8、泡沫水泥浆体系 9、MTC水泥浆体系 10、塑性水泥浆体系
钻井工程方案的编制方法－固井技术 管外封隔器封隔技术
把管外封隔器连接到套管串中，采用液压胀开封隔器的 橡胶部分，达到封隔完井的目的。目前应用到漏失井、高
压井、多套压力层系完井、选择性固井、水泥膨胀封隔完
井和其他完井工艺中。 例如：对于高压井、漏失井，管外封隔器加在目的层上 部；对于两套压力层系的井，管外封隔器加在两套压力层 系中间。
缩短施工时间。
注意：要进行套管浮力计算，采取措施，防止注完水泥浆后套管上 浮。
钻井工程方案的编制方法－固井技术 管外注水泥技术 通过下在套管之间或套管与井 壁之间的小钻杆或油管注水泥。常 用于导管或表层套管使水泥返到地 面的一种方法。
钻井工程方案的编制方法－固井技术 反循环注水泥技术 水泥浆从环形空间注入，被顶 替的泥浆从套管返出。主要用于地 层严重漏失井。必须严格控制替入 量，防止替空。
钻井工程方案的编制方法－固井技术
一次注水泥技术 一次把水泥浆从套 管内注入并从环形 空间返出的注水泥 作业。目前大多数 固井施工都采用一 次注水泥技术。
管串结构 引鞋+旋流套管+回压阀+套管串+联顶节
钻井工程方案的编制方法－固井技术
分级注水泥技术
利用一种可
固井技术方案与措施631(补充稿)
固井工程技术服务方案及技术措施固井是钻井工程的重要环节，是多工种联合的大型作业，具有高风险性，其质量好坏影响到油气田的勘探效果与合理开发，因此必须从思想上重视固井工作，从组织、技术及装备上加强管理，督促检查技术政策及设计的执行。
技术人员、施工人员及与固井相关的人员，必须以高度的责任感和严谨的科学态度固好每一口井。
第一部分下套管作业及固井工作要求一.套管、附件准备及验收1．套管到井后，井队技术员应及时清点送井套管。
短套管及套管附件，检查其数量、型号是否与送井清单一致；套管和套管附件送井时要有检验合格证和检验记录。
钻井队工程技术负责人应收集好套管及附件合格证备查。
送井套管公扣端必须戴齐护丝，以防止碰坏丝扣。
2．逐根清洗并检查套管及附件的丝扣。
3．下套管工具必须完好，套管吊卡应有明显标记，不能与钻杆吊卡混用。
4．对所送套管要复查套管丝扣、壁厚、钢级，由工程技术负责人组织丈量（套管长度不含公扣长度，长圆扣套管从公扣根部起量，特殊扣套管从“Δ”标记处起量）套管，将套管长度用红漆标记在套管本体上，数据要求两对口。
按入井顺序编排套管，检查累计的套管长度是否满足井深要求，入井套管和剩余套管分开摆放，将不下的套管用棕绳捆绑，作好标记，并与套管数据复核一致。
联顶节长度必须符合井架底座高度要求，两端丝扣抹黄油戴护丝保护好，避免挤压变形。
5．对送井套管在井场上逐根通内径，内径规尺寸标准见表。
并记录通内径情况，由操作者签字。
6．对送井的套管附件，包括分级箍、悬挂器等要丈量尺寸，绘制草图，检查工具质量。
7．计算套管数据时，要确保浮箍位置低于要求人工井底位置不小于5米。
工程技术员必须清楚套管总数、入井根数、剩余根数及入井套管的编排顺序。
套管长度输入计算机后必须打印出来与实际的长度、位置相校核并确认一致，坚决杜绝将长度、顺序输错导致的严重质量事故。
8．套管原始记录在测三样前必须保留。
二.设备及其它准备1．在完井电测期间，钻井队要对设备进行一次全面检查，保证在通井划眼。
固井技术基础（量大、多图、易懂）
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。
固井配合工作及安全注意事项（2篇）
固井配合工作及安全注意事项固井是石油工业中一项重要的作业工艺，旨在确保井筒的稳定和油气能够顺利产出。
固井配合工作以及安全注意事项十分重要，下面将对其进行详细介绍。
固井配合工作包括以下几个方面：1. 设计方案：在进行固井工程之前，需要根据井口情况、井筒结构和地质条件等因素，进行固井方案的设计。
设计方案应包括井眼尺寸、固井液的性能和配方、固井套管等需要考虑的因素。
2. 材料准备：根据设计方案的要求，准备好固井所需要的材料，包括固井液、固井套管、水泥等。
材料的配备要保证质量可靠，符合固井施工的要求。
3. 施工准备：在进行固井施工之前，需要对井口和井身进行清理和检查，确保井口和井身的清洁和无故障。
同时，也要确保相关设备和工具的完好和状态良好。
4. 操作流程：进行固井施工时，需要按照一定的操作流程进行操作。
首先是注入固井液，使其填充井身，防止地层涌入和井壁失稳。
然后是对注入固井液的压力和流量进行控制，以确保固井液在井内的循环和分布。
最后是进行水泥浆的注入，使其在井筒中形成固化层，确保井筒的稳定和密封。
5. 监测和记录：在进行固井工作的过程中，需要进行监测和记录，以便对施工质量和井筒状态进行评估。
监测的内容包括固井液的密度、压力、流量等参数以及水泥浆的浓度和硬化时间等。
记录要详细、准确，以备后续分析和处理。
在进行固井配合工作时，需要注意以下几个安全事项：1. 安全意识培养：固井施工是一项高风险的作业工艺，需要相关人员具备丰富的经验和良好的安全意识。
必须培养和加强每个人的安全意识，严格遵守相关的安全规定和操作规程。
2. 检查设备和工具：在进行固井施工之前，必须检查相关的设备和工具，确保其完好和安全可靠。
任何故障或损坏的设备和工具都不能使用，必须进行维修或更换。
3. 操作规程遵守：固井施工必须按照相关的操作规程进行，严禁随意操作或违反安全规定。
尤其是对于固井液的配制和注入，必须按照严格的流程和要求进行，以免造成事故。
钻井卡钻事故原因以及案例
（1）键槽卡钻：多发生在硬地层中，井斜或方位变化大，形成了狗腿的地方。钻进时，钻柱紧靠狗腿段旋转，起下钻时钻柱在狗腿井段上下拉刮，在井壁上磨出一条键槽，起钻时钻头拉入键槽底部被卡住。
键槽卡钻特征是下钻不遇阻，钻进正常，泵压也正常，但起钻到狗腿处常遇卡。随着井深的增加而愈加严重；能下放但不能上提，严重时可能卡死。
(6)处理过程
主要采取上下活动钻具(上提力最大至1200kN，下放至140 kN，原悬重660 kN)，配合空气和泡沫循环方式(注气量45.3 m3/min，基液注入量3.15L/s，泡沫体积分数为1.0％，注气压力5.4 MPa)处理卡钻，无法解卡，并且井口无返出。当上提力由600 kN下放至120 kN后再次上提时悬重突然降至140 kN，初步判断井下钻具断裂。起钻后发现加重钻杆上部第一根55127.0 mm钻杆本体断裂，加重钻杆以下钻具全部落井。
（1）地质情况
Abyed-2井钻遇的地层比较复杂，存在多套压力系统，所处构造为玛格拉夫一劳达构造带西北部的阿马金1号圈闭，主目的层为萨尔组、内法组和休库拉组地层，次目的层为萨巴塔因组和密穆组地层。该井地表为第三系裂缝发育的乌姆拉杜马组灰岩地层，下部为连通性好的穆卡拉组砂岩地层；穆卡拉组与哈施亚特组地层的交界面存在风化壳，易发生恶性漏失；穆卡拉组地层上部的泥岩段易缩径；哈
预防键槽卡钻的发生，首先得确保井眼质量，避免出现大斜度狗腿段；起钻时或再次下钻时应在键槽井段反复划眼，及时破坏键槽，并在起钻到键槽井段时要低速慢起，平稳操作，严禁使用高速起钻。
（2）沉砂卡钻：在使用粘度小、切力小的钻井液钻进时，由于其悬浮携带岩屑的能力差，稍一停泵岩屑就会沉下来，停泵时间越长，沉砂就越多，严重时可能造成下沉的岩砂堵死环空，埋住钻头与部分钻柱，形成卡钻。此时若开泵过猛还会憋漏地层，或卡的更紧。
[钻井技术：467]内插法固井工具失效典型案例及预防措施
![[钻井技术：467]内插法固井工具失效典型案例及预防措施](https://img.taocdn.com/s3/m/65b15ce40342a8956bec0975f46527d3240ca6eb.png)
[钻井技术：467]内插法固井工具失效典型案例及预防措施[来源：石油钻采工艺]作者：覃毅（中国石油集团渤海钻探工程有限公司第一固井分公司，河北任丘062552）摘要：内插法固井技术是针对大尺寸套管或表层套管固井特殊性而采用的技术，由于其省时、替量少的特点在某盐穴储气库 ?339.7 mm 大尺寸套管固井现场大量推广应用。
随着施工作业的增多，内插法固井配套工具经常发生失效，事故原因各异，但后果严重，影响到下一步钻井工序。
分析了盐穴储气库 ?339.7 mm 套管内插法固井施工配套工具失效案例，结合工具结构与工作原理分析了事故原因，提出了相应的预防措施，对同类固井现场施工具有一定的参考价值。
正文:内插法固井又称“内管法注水泥” ，一般用于大尺寸套管或表层套管固井，注水泥时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，同时水泥浆可提前返出从而减少附加水泥量过大而造成的浪费和环境污染，达到了提高封固质量和降本增效的目的［1-3］。
施工作业中，因内插工具发生的事故时有发生，消耗了大量的人力、物力和技术资源，影响了油气田勘探开发进度［4-14］。
结合内插工具现场应用失效案例，就配套固井工具进行分析。
1 现场应用失效典型案例在某盐穴储气库区块内插法固井施工中，工艺套管结构为：?339.7 mmBTC 浮鞋 +?339.7 mm 套管 1 根 +?339.7 mmBTC 浮箍（含插座）＋?339.7mmBTC 套管串；钻杆串结构为：内插头+?127mm 加重钻杆 +?127 mm 钻杆 + 方钻杆1.1 PZXX 井内插法固井过程中工具失效PZXX 井是一口盐穴储气库资料井，完钻井深380.63 m，下深380.35 m，插座位置 357.86 m。
施工过程中，注入水泥浆 22m 3，排量 1.2m 3 /min，套管内返出钻井液，同时井口钻井液也返出，下压至10 t，套管内不返；共注入水泥浆25m 3，套管内又返出且量很大，无法继续注水泥，水泥浆未返至地面；替入清水 4.1 m 3，排量 1.0m 3 /min；放回压，回流约 200 L 后流量减小，但始终有小量回流，密封不严，共回流约300 L 后拔出插头开始起钻；起出插头，密封圈及本体完好，未见损伤；最后 4 柱钻杆粘有水泥浆，约 80m；之后采用井口回填方法补救后续事情。
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（二）插入法固井工艺
插入法固井工艺一般用于大直径套管固井，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，同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。
1. 插入法固井工艺流程
插入法固井工艺套管结构为：插入式浮鞋+套管串（也可以为：引鞋+1根套管+插入式浮箍+套管串）。
钻杆串结构为：插头+钻杆扶正器+钻杆串。
插入法固井工艺流程:注入前置液→注入水泥浆（见图）→替入钻井液（替入量比钻杆内容积少0.5m3）→放回压检查回压凡尔是否倒流→上提钻杆循环出多余的水泥浆（见图）。
注水泥
水泥浆
钻井液
钻杆
套管
扶正器
插座式浮鞋
下入钻杆,插头插入插座, 注入水泥浆替泥浆结束,起钻循环
2．插入法固井的有关计算
（1）套管串浮力计算
大直径套管固井一般是表层套管固井，要求水泥返出地面，固井施工后，管外环空全部为水泥浆。
为了保证套管不被浮起，套管串所受的浮力F
f
必须小
于套管串的重量G
t。
套管串所受的浮力F
f
的计算公式：
F
f = S
w
Hρ
s
g×10-7 (1)
式中 F
f
—套管串所受的浮力，kN
S
w
—套管外截面积，cm2
H—浮箍深度，m
ρ
s
—水泥浆密度，g/cm3
g—重力加速度。
套管串重量G
t
的计算公式：
G
t = qH×10-3+ S
n
Hρ
n
g×10-7 (2)
式中 G
t
—套管串重量，kN
q—每米套管重量，N/m
H—浮箍深度，m
S
n
—套管内截面积，cm2
ρ
n
—套管内泥浆密度g/cm3
g—重力加速度。
要保证套管串不被浮起，需满足G
t ≥F
f。
若计算后G
t
≤ F
f
，必须加重钻
井液，即加大ρ
n 的值，以提高套管串的重量G
t
，使G
t
≥F
f
后方可施工。
因此，
必须进行钻井液“临界密度”ρ
min
的设计。
“临界密度”是指替钻井液结束时，
套管串所受的浮力F
f 与套管串的重量G
t
相等时套管内钻井液的密度。
计算方法
是把（1）和（2）式整理后（g取10）即可得出。
“临界密度”ρ
min
的计算公式：
ρ
min =（S
w
ρ
s
－q×10-3）/ S
n
(3)
式中ρ
min
—临界密度 g/cm3
在做固井设计时，设计替入泥浆的密度ρ
s 要大于临界密度ρ
min
，实际应
用中，一般按：
ρ
s =ρ
min
+（0.1～0.2）
（2）钻柱坐封压力的计算
由于插入法固井内管（钻柱）和浮箍的连接是通过插入接头和浮箍插座用插入的方法连接的，所以若不在密封球面与承压锥面之间施加一定的压力，在施工中就会在反向压力的作用下钻具产生“回缩”，造成密封球面与承压锥面之间“脱开”，而失去密封作用。
因此，在设计中进行坐封压力的计算是非常必要的。
坐封压力F
z
的计算公式为：
F
z =P
max
S
m
×10-3 (4)
式中 F
z
—密封球面与承压锥面之间施加的压力（坐封压力） kN
P
—施工最大泵压 MPa
max
—密封面积 cm2
S
m
“内管法注水泥”又称为“内插法固井”，一般应用于下入深度大的大直径油气井表层套管固井，施工过程中要求固井水泥浆返出地面。
该技术是在大直径套管内，以钻杆或油管作内管，水泥浆通过内管注入并从套管鞋处返至环形空间的固井技术方法。
与传统的固井施工方法相比，内管法注水泥固井技术固井所需替浆量较小，不但可以减少混浆使用量，而且易准确计量；不需要钻井队单独储备替浆用水，不需要大泵替浆；单井可以节约30%左右的水泥；一般情况下，可以减少90%左右的替浆废水的排放；对于下入深度大的大直径油气井表层套管固井，可以有效提高固井质量。
由于钻杆空间较小，可大大减小水泥浆的污染，提高固井效率。
说白了就是靠钻杆下压，机械式打开浮箍固井。