固井原理及过程

下胶塞的作用是与隔离液（一种专门配制的液体， 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， 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， 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 上胶塞为实心，其作用是隔离顶替用的钻井液与水泥浆； 上胶塞为实心，其作用是隔离顶替用的钻井液与水泥浆；
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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。
表层套管：井漏造成全掏空 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 技术套管：井漏发生， 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 油层套管：一般在采油后期产层压力降得很低的时候产 油层套管： 生最大有效外压力（开发后期可能抽油或气举采油）， 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 因为这时套管内的内压力会降得很低。 力为零，则其受载情况与表层套管类似，即为全掏空 全掏空。 力为零，则其受载情况与表层套管类似，即为全掏空。
对于表层套管和技术套管，如果在下一井段钻进过程中发 对于表层套管和技术套管， 生井涌而进行压井 生井涌而进行压井时，套管柱所受的有效内压力最大。 压井时 套管柱所受的有效内压力最大。 而对于油层套管，油井和气井的情况不一样， 而对于油层套管，油井和气井的情况不一样，要根据采油 、采气工艺情况考虑相关的危险工况。 采气工艺情况考虑相关的危险工况。
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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 封隔易塌 、 易漏等复杂地层 ， 进行 封隔油气水层， 建立油气流出通道， 防止产 封隔油气水层 ， 建立油气流出通道 ， 层间互窜 进行增产措施 安装井口
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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
破膜：下胶塞坐落在浮箍上后，在压力作用下破膜 破膜：下胶塞坐落在浮箍上后，
6
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， 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） 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。 ，施工结束。 侯凝： 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续 的钻井施工或是其它施工，因此，注水泥施工结束后， 的钻井施工或是其它施工，因此，注水泥施工结束后， 要 等待水泥浆在井内凝固，该过程称为候凝 候凝； 等待水泥浆在井内凝固，该过程称为候凝； 候凝时间通常为24小时或48小时，也有72 候凝时间通常为24小时或48小时，也有72小时或几小时的 24小时或48小时 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。 候凝期满后。 测井进行固井质量检测和评价
能承受井下各种外力作用，抗 能承受井下各种外力作用， 腐蚀、不断、不裂、不变形 腐蚀、不断、不裂、
水泥环有可靠的密封
环空封固段不窜、不漏、 环空封固段不窜 、 不漏 、 胶结 良好， 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; 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, 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, 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; 受多种因素的综合影响; (3)影响后续工程的进行; 影响后续工程的进行; (4)是一项花钱多的工程; 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. 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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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 圆度 抗挤 壁厚均匀性 抗拉 抗腐蚀 抗内压 最小的流动阻力 良好的上扣性能及重复互 密封
换性能 耐磨（硬度指标） 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： 原因：
套管受到各种类型外力作用， 套管受到各种类型外力作用，须具有一定 强度。 强度。 外载大小、类型不同， 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，须有一系列不同尺寸、不同强度的 套管。即套管系列。 套管。即套管系列。
第七章 固
井
1
第七章 固
井
概
Байду номын сангаас
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
2
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、 为了加固井壁 ， 保证继续钻进 ， 封隔油 、 气和 水层， 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， 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 空充填好水泥的作业，称为固井工程。 固井工程。 向井内下入套管， 向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形 固井。 空间注入水泥的施工作业称之为固井 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。 注水泥。
Po = 0.0098ρ m Z
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一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 1.外挤压力 （2）支撑内压力
对于表层套管、油层套管这种可能全掏空的情况， 对于表层套管、油层套管这种可能全掏空的情况，支撑内压力 为零。 为零。 对于技术套管非全掏空的情况，在漏失面以上（ 对于技术套管非全掏空的情况，在漏失面以上（即井深小于漏 失面深度的套管段），支撑内压力为零，在漏失面以下（即井 失面深度的套管段），支撑内压力为零，在漏失面以下（ ），支撑内压力为零 深大于漏失面深度的套管段）作用有管内钻井液液柱压力。 深大于漏失面深度的套管段）作用有管内钻井液液柱压力。 因此，要计算支撑内压力，首先要知道漏失面的深度。 因此，要计算支撑内压力，首先要知道漏失面的深度。
1.外挤压力 1.外挤压力 有效外压力： 有效外压力：
Poe = Po − Pib
式中 Poe——有效外压力； ——有效外压力 有效外压力； Po——外压力； ——外压力 外压力； Pib——支撑内压力。 ——支撑内压力 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 1.径向外挤压力 有效外压力： 有效外压力：
( H n − H L ) ρ n = H n ρ sw
ρ sw H L = H n (1 − ) ρn
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一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 1.外挤压力 （2）支撑内压力
对于技术套管非全掏空的情况， 对于技术套管非全掏空的情况，支撑内压力的计 算式为
Pib = 0
Pib = 0.0098 ρ n ( H − H L )
对于技术套管非全掏空的情况，有效外压力为 对于技术套管非全掏空的情况，
Poe = 0.0098 ρ m H
（0≤H≤HL） ≤ ≤
≤ Poe = 0.0098[ ρ n H L − ( ρ n − ρ m ) H ] （HL＜H≤HB）
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一、套管外载分析与计算
全掏空与非全掏空两种不同的情况下，套管柱所受的有效外压力不一样。 全掏空与非全掏空两种不同的情况下，套管柱所受的有效外压力不一样。 （a）全掏空 （b）非全掏空 对于全掏空情况，有效外压力是井底最大，井口最小（为零）； 对于全掏空情况，有效外压力是井底最大，井口最小（为零）； 图7-3 有效外挤压力对比示意图 对于非全掏空情况，有效外压力是中间大，井口和井底小。 对于非全掏空情况，2——支撑内压力 ，井口和井底小。 1——外压力 有效外压力是中间大 3——有效外压力 外压力 支撑内压力 有效外压力 显然，这种不同的外载情况会使套管柱设计的结果不同。 显然，这种不同的外载情况会使套管柱设计的结果不同。
（0≤H≤HL） ≤ ≤ （HL＜H≤HB） ≤
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一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 1.外挤压力 （3）有效外压力