双级固井
双级、尾管固井技术
4、性能特点
①液压控制实施座挂，可用于多种井况。 液压控制实施座挂，可用于多种井况。 ②胶塞球座均设计锁紧装置，碰压可防止回移，且具 胶塞球座均设计锁紧装置，碰压可防止回移， 有良好的可钻性。 有良好的可钻性。 ③密封总成利用“W”形多组合密封，双向密封性能好。 密封总成利用“ 形多组合密封，双向密封性能好。 ④悬挂器上下均配有扶正环，可以保证扶正效果。又 悬挂器上下均配有扶正环，可以保证扶正效果。 可以保护液缸、卡瓦不受损伤。 可以保护液缸、卡瓦不受损伤。 ⑤倒扣操作方便可靠，无需找中和点，只要将钻具下 倒扣操作方便可靠，无需找中和点， 10吨 然后正转即可倒扣。 压5-10吨，然后正转即可倒扣。
பைடு நூலகம்
5、尾管悬挂器使用操作要点
尾管悬挂器要在厂家服务人员的指导下进行使用和操作， 尾管悬挂器要在厂家服务人员的指导下进行使用和操作，但必 要的技术要求和工作程序我们应该掌握。 要的技术要求和工作程序我们应该掌握。 要根据上层套管和本次尾管固井的技术要求， ①要根据上层套管和本次尾管固井的技术要求，对悬挂器进行选 规格、尺寸、作用方式、额定负荷以及其他附件。 型，规格、尺寸、作用方式、额定负荷以及其他附件。 ②固井前，要共同对悬挂器、送入工具及其它附件进行清点、检 固井前，要共同对悬挂器、送入工具及其它附件进行清点、 验收等。 查、验收等。 现场组装工具要按使用说明和有关技术要求执行。 ③现场组装工具要按使用说明和有关技术要求执行。 认真计算钻杆回缩距，留好口袋，对所有入井管柱逐一通径， ④认真计算钻杆回缩距，留好口袋，对所有入井管柱逐一通径， 不准遗漏。 不准遗漏。 ⑤下钻通井，井筒必须畅通干净，泥浆性能符合要求，循环压力 下钻通井，井筒必须畅通干净，泥浆性能符合要求， 正常，起钻时，钻具在悬挂器位置时应认真称重。 正常，起钻时，钻具在悬挂器位置时应认真称重。 下尾管，连接浮鞋浮箍后应做循环顶通试验。下入尾管时， ⑥下尾管，连接浮鞋浮箍后应做循环顶通试验。下入尾管时，要 求五根一灌，十根灌满。下入钻具时，一柱一灌，十柱灌满， 求五根一灌，十根灌满。下入钻具时，一柱一灌，十柱灌满，下 放速度不大于18m/min 要求下放匀速，不能猛刹或开泵过猛。 18m/min， 放速度不大于18m/min，要求下放匀速，不能猛刹或开泵过猛。 下悬挂器时，严禁在其液缸处打大钳。尾管下完后要认真称重。 下悬挂器时，严禁在其液缸处打大钳。尾管下完后要认真称重。
高压油气井固井技术
2,平衡压力固井
1)固井流变学设计,计算. )固井流变学设计,计算. 简单用以下公式表达: 简单用以下公式表达: 地层孔隙压力<环空静液柱压力 流动阻力<地 环空静液柱压力+流动阻力 地层孔隙压力 环空静液柱压力 流动阻力 地 层破裂压力 2)合理的环空浆柱组合. )合理的环空浆柱组合. 3)憋压候凝措施. )憋压候凝措施.
5,深井固井难点 高压油气井多为深井,下入套管长,固井封固段长. 高压油气井多为深井,下入套管长,固井封固段长. 裸眼段长是深井固井的又一难题. 裸眼段长是深井固井的又一难题.
高压油气井固井的难点可以归纳为:高压防气窜, 高压油气井固井的难点可以归纳为:高压防气窜, 防井漏,提高顶替效率,防止水泥污染等主要方面,并 防井漏,提高顶替效率,防止水泥污染等主要方面, 且它们之间互相影响, 且它们之间互相影响,多数情况下不能将其中的任一方 面拿出来作为单独的问题来解决.为全面保证固井质量, 面拿出来作为单独的问题来解决.为全面保证固井质量, 还要研究与此相配套的套管,固井工具和附件及其它工 还要研究与此相配套的套管, 艺和技术措施. 艺和技术措施.
5,水泥浆候凝时会造成失重,造成天然气 ,水泥浆候凝时会造成失重, 上窜; 上窜; 6,属环空小间隙固井,流动阻力大,不但 ,属环空小间隙固井,流动阻力大, 易发生井漏且水泥浆上返时易砂堵及脱水 稠化 7, 由于钻遇盐膏层太多 , 钻井液中大量 , 由于钻遇盐膏层太多, Ca2+ 离子对水泥浆的污染严重 , 水泥浆与 离子对水泥浆的污染严重, 钻井液的污染实验在15min就发生凝固 钻井液的污染实验在 就发生凝固 8,固尾管后回接必须保证密封
2,水泥浆体系选型困难
采用加重材料,浆体沉降稳定性差, 采用加重材料,浆体沉降稳定性差,对固井施工和 质量有严重影响.因此加重水泥浆体系必须具有良 质量有严重影响. 好的悬浮能力. 好的悬浮能力. 采用加重材料,使水泥浆的流动性变差. 采用加重材料,使水泥浆的流动性变差.这主要与 加重材料的颗粒细度有关,加重材料颗粒越细, 加重材料的颗粒细度有关,加重材料颗粒越细,其 比表面积越大,表面张力越大,易使水泥浆变稠, 比表面积越大,表面张力越大,易使水泥浆变稠, 影响可泵性. 影响可泵性. 随着水泥浆密度越高,需要的加重材料的比例越大, 随着水泥浆密度越高,需要的加重材料的比例越大, 势必影响浆体中的有效水泥成分, 势必影响浆体中的有效水泥成分,使水泥石强度下 降.
固井技术现状及发展趋势
固井技术现状及发展趋势一、国内外固井技术（一）油井水泥及油井水泥外加剂油井水泥及油井水泥外加剂发展速度突飞猛进，国外基本水泥共有十三类水泥，油井水泥外加剂共有13大类200多个品种。
为适应向API水泥标准的转化，我国油井外加剂也发展到10大类100多个品种。
1、基本水泥目前国外BJ、福拉斯马斯特、道威尔、哈里伯顿和诺斯科等五大能源技术服务公司都生产基本水泥，我国只生产一类油井水泥（波特兰水泥）。
基本水泥共有十三类：波特兰水泥、高铝水泥、市售低密度水泥、市售膨胀水泥、微细波特兰水泥、微细波特兰水泥和微细高炉矿渣混合物、高细度水泥、高炉矿渣、微细高炉矿渣、波特兰水泥和高炉矿渣的混合物、可储存的液体水泥、酸溶水泥、合成树脂水泥。
2、油井水泥外加剂外加剂只能改变水泥浆的物理性能而不能改变其化学成分，水泥浆只不过是外加剂的载体。
国外油井水泥外加剂主要以哈里伯顿、BJ、休斯、德莱塞、道威尔、西方五家公司的产品为代表，我国油井外加剂也发展很快，水泥外加剂品种比较多，主要分为13大类。
包括：促凝剂、缓凝剂、降失水剂、分散剂、消泡剂、减轻外掺料（减轻剂）、加重外掺料（加重剂）、防漏外掺料（防漏剂）、防止水泥石高温产生强度退化的外掺料、触变水泥、隔离液和冲洗液、清除钻井液污染剂、特种外加剂。
（二）国外固井技术1、新型“钻井”固井液技术美国壳牌石油公司及几个其它石油公司的一批科研开拓者，在多功能钻井液（UF）性能、胶凝浆特性、泥饼固化、界面胶结等方面作了大量的实验（剪切胶结，激活剂的扩散实验，水平井大型井筒顶替模拟试验），研制出新型“钻井”固井液技术，只是在原有钻井液配方的基础上，添加不多的高炉淬厂渣或其它可水化材料，基本上不影响钻井液的其它性能。
新型“钻井”固井液技术采用UF钻井、MTC固井提高了钻井液和固井液的相溶性，有效地解决了传统固井水泥浆与钻井液的不相溶问题，从而实现了第一、二界面的良好分隔和胶结强度，特别是提高第二界面的胶结质量，减少和阻止油气、水流体的层间窜通，而且由于激活剂的扩散和渗透，使泥饼形成了固化的致密泥浆，阻止循环漏失和水泥浆液柱回落。
28-四川地区深井超深井复杂情况下固井技术
四川地区深井超深井复杂情况下固井技术姚勇中石化石油工程西南有限公司固井分公司摘要：随着石油勘探开发深度的加大，深井超深井数量增加，井下情况更趋复杂，固井难度不断增加。
在四川川西及川东地区深井超深井固井中，面临长封固段固井、窄安全压力窗口、固井漏失、套管下入困难、水平井侧钻井、小井眼小间隙固井、高温高压、防气窜、高含硫等固井难题。
因此加强对深井超深井技术的探讨与研究，对加快四川地区油气勘探进度和勘探效益具有重要意义。
关键词：四川深井超深井固井序言由于目前我国经济的高速发展，对石油、天然气资源产生了巨大需求和依赖，为了保证国家经济和能源安全的需要，石油勘探开发力度加大，转向埋深更深地层，深井超深井数量不断增加。
深井超深井目的层埋藏深，地质条件复杂，钻井勘探深度的加大，井下情况更趋复杂，固井难度不断增加。
四川地区主产天然气，深井超深井井眼条件复杂，深井超深井裸眼井段长，地层压力系统不统一；地层压力高，一般下技术套管和油层套管前，泥浆密度都要加重，而且许多井地层压力平衡关系敏感，泥浆稍高则发生井漏，低则发生井喷；地层裂缝多、断层多，易破碎；泥页岩水敏性强，易坍塌，井眼极不规则，井径扩大严重，大肚子井眼和糖葫芦井眼普遍存在；川东北地区深层高含H 2S及CO2，根据四川气井固井经验，各层套管水泥均要求返至地面，导致固井封固段长；地层倾角大，软硬变化多，井斜角大；油气层多且分布段长，地层压力高、气层活跃；随着油田的深一步勘探开发，钻井向深井定向井、侧钻井、水平井等发展。
因此在四川深井超深井固井中，通常面临下述固井复杂问题：1) 套管下入困难；2) 长封固段固井技术难题；3) 小井眼、小间隙固井难题；4) 窄安全压力窗口、固井漏失及防气窜问题；5) 深井超深井水平井固井难题；6) 不规则井眼条件下固井质量问题。
二十世纪八十年代以来，我们在四川进行了大量的固井工程作业，针对四川深井气井、复杂地层固井难点，完成了《川东北深井复杂条件下固井工艺研究》、《川西地区高压气井固井技术研究》、《川西中高压浅层气防气窜固井技术研究》、《提高川西深层固井质量技术研究》、《川西地区深井固井技术研究》等多项科研课题。
固井基础知识
第二部分固井基础知识第一章基本概念1、什么叫固井？固井是指向井内下入一定尺寸的套管串，并在其周围注以水泥浆,把套管与井壁紧固起来的工作。
2、什么叫挤水泥？是水泥浆在压力作用下注入井中某一特定位置的施工方法。
3、固井后套管试压的标准是什么？5英寸、5 1/2英寸试压15MPa，30分钟降压不超过 0.5MPa，7英寸,9 5/8英寸分别为10MPa和8MPa,30分钟不超过0。
5MPa；10 3/4-13 3/8英寸不超过6MPa，30分钟压降不超0.5MPa。
4、什么叫调整井？为挽回死油区的储量损失,改善断层遮挡地区的注水开发效果以及调整平面矛盾严重地段的开发效果所补钻井叫调整井。
5、什么叫开发井？亦属于生产井的一种,是指在发现的储油构造上第一批打的生产井。
6、什么叫探井？在有储油气的构造上为探明地下岩层生储油气的特征而打的井。
7、简述大庆油田有多少种不同井别的井?有探井、探气井、资料井、检查井、观察井、标准井、生产井、调整井、更新井、定向井、泄压井等。
8、什么叫表外储层？是指储量公报表以外的储层（即未计算储量的油层）。
包括：含油砂岩和未划含油砂岩的所有含没产状的储层。
9、固井质量要求油气层底界距人工井底不少于多少米？探井不少于多少米？固井质量要求，调整井、开发井油、气层底界距人工井底不少于25米（探井不少于15米)。
10、调整井（小于等于1500米）按质量标准井斜不大于多少度？探井(小于等于3000米）按质量标准井斜不大于多少度？调整井按质量标准井斜不大于3度。
探井按质量标准井斜不大于5度。
11、调整井（小于等于1500米）井底最大水平位移是多少？探井（小于等于3000米）井底最大水平位移是多少？调整井井底最大水平位移是40米。
探井井底最大水平位移80米。
12、目前大庆油田常用的固井方法有哪几种？（1）常规固井(2)双密度固井（变密度固井）（3）双级注固井(4）低密度固井(5)尾管固井13、目前大庆油田形成几套固井工艺?（1）多压力层系调整井固井工艺技术。
双层套管固井质量评价方法和研究 李国栋
双层套管固井质量评价方法和研究李国栋摘要：随油田勘探开发的进一步深人，有双层套管的井越来越多，一是为保护油气层或防止井壁坍塌，在钻到一定深度后下技术套管固井，完井时再下一层套管固井，两次下套管的重复段为双层套管井段;二是在老的油气井或注水井，由于套管腐蚀或工程上、地质下的原因造成套管损坏、变形，在原套管内下一层套管固井，形成双层套管井。
在单层套管固井质量评价上，变密度评价方法已很成熟，双层套管固井质量评价方法与单层套管有所不同，总结一套变密度评价双层套管固井质量的方法，对双层套管解决程上的问题有重要意义。
关键词：双层套管；固井质量；评价方法1固井质量控制因素（1）水泥浆性能要求。
针对双层套管井筒小间隙、长封固段的特点，要求水泥浆性能必须具备稠化时间长(7h以上)、流动性好、不析水、失水量低、水泥浆密度高(1. 95以上)等性能。
（2）井筒处理与固井施工要求。
井筒处理应对射孔段、套漏段堵漏处理，提高地层抗压能力，保证固井排量和水泥返高。
重点要防止高压水层返水，井筒清洗干净，油井必须用热洗车充分洗井，清除油污。
固井施工要采用大排量，高返速，水泥浆密度均匀，连续稳定注替。
（3）搞好扶正块的设计。
下部无箍套管或水泥封固段套管应采取扶正块扶正，保证套管居中是控制固井质量的关键。
扶正块结构尺寸为80 mm X 8 mm，厚度视井筒通井情况而定，扶正位置应逐根扶正，扶正块6块异位均布。
2固井质量评价方法固井质量的检查主要是依靠测井方法来实现的，通过对获得的测井资料进行解释，最终获得第一、第二两个界面的固井质量胶结情况，作出固井质量综合评价。
以目前应用广泛的声波变密度测井为例，主要测量的是声幅曲线（CBL）和声波变密度曲线（VDL）。
CBL曲线数值反映了套管和水泥环之间的胶结状况，通常采用的声波相对幅度法或胶结指数法的定量解释方法来评价第一界面的胶结情况;声波变密度曲线（VDL）记录的是一个包含着套管波、地层波、泥浆波的全波列，通过套管波和地层波的强弱来定性地判断套管与水泥环、水泥环与地层之间的胶结状况。
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;固井质量的全部指标合格后,才能进入到下一个作业程序;4、固井的方法1. 内管柱固井把与钻柱连接好的插头插入套管浮箍或浮鞋的密封插座内, 通过钻柱注入水泥进行固井作业,称为内管柱固井;内管柱固井主要用于大尺寸16″~30″导管或表层套管的固井;2. 单级双胶塞固井首先下套管至预定井深后装水泥头、胶塞顶塞和底塞,循环水泥,打隔离液,投底塞,再注入水泥浆,然后投顶塞,开始替泥浆;底塞落在浮箍上被击穿;顶底塞碰压,固井结束;3. 尾管固井尾管固井是用钻杆将尾管送至悬挂设计深度后,通过尾管悬挂器把尾管悬挂在外层套管上,首先坐封尾管悬挂器,然后开始注水泥、投钻杆胶塞顶替、钻杆胶塞剪断尾管胶塞后与尾管胶塞重合,下行至球座处碰压,固井结束;==井深结构==1、井身结构的概念井身结构是指由直径、深度和作用各不相同,且均注水泥封固环形空间而形成的轴心线重合的一组套管与水泥环的组合;2、组成及作用井身结构主要由导管、表层套管、技术套管、油层套管和各层套管外的水泥环等组成;1.导管：井身结构中下入的第一层套管叫导管;其作用是保持井口附近的地表层;2.表层套管：井身结构中第二层套管叫表层套管,一般为几十至几百米;下入后,用水泥浆固井返至地面;其作用是封隔上部不稳定的松软地层和水层;3.技术套管：表层套管与油层套管之间的套管叫技术套管;是钻井中途遇到高压油气水层、漏失层和坍塌层等复杂地层时为钻至目的地层而下的套管,其层次由复杂层的多少而定;作用是封隔难以控制的复杂地层,保持钻井工作顺利进行;4.油层套管：井身结构中最内的一层套管叫油层套管;油层套管的下入深度取决于油井的完钻深度和完井方法;一般要求固井水泥返至最上部油气层顶部100~150米;其作用封隔油气水层,建立一条供长期开采油气的通道;5.水泥返高：是指固井时,水泥浆沿套管与井壁之间和环形空间上返面到转盘平面之间的距离;3、相关术语1.完钻井深：从转达盘上平面到钻井完成时钻头所钻井的最后位置之间的距离;2.套管深度：从转盘上平面到套管鞋的深度;3.人工井底：钻井或试油时,在套管内留下的水泥塞面叫人工井底;其深度是从转盘上平面到人工井底之间的距离;==固井方法==1、内管柱固井如上图所示,把与钻柱连接好的插入头插入套管浮箍/鞋的密封插座内,然后通过钻柱注水泥进行固井作业,称为内管柱固井;内管柱固井主要用于大尺寸16″~30″导管或表层套管的固井,其优点为：在无大尺寸胶塞、水泥头的情况下,可对大尺寸套管进行固井；通过钻柱注水泥、顶替,可大大减少对水泥浆的污染；减小水泥浆的浪费,有效保证固井质量; 2、单级双胶塞固井单级双胶塞套管固井是海上钻井最常用的固井方法,它是采用双套管胶塞顶、底塞进行固井的,其工艺流程如图所示;一般地,自升式平台或导管架上的固井使用普通套管胶塞,而浮式平台上的固井使用SSR胶塞;在使用单级双胶塞固井时,套管柱附件主要由浮鞋、浮箍、扶正器和胶塞等组成,各附件的功能在以后的章节里会讲述;3、尾管固井尾管固井是用钻杆将尾管送至悬挂设计深度后,通过尾管悬挂器把尾管悬挂在外层套管上,然后开始注水泥作业的固井方法;尾管悬挂器可分为机械式和液压式两种类型,我们通常使用的是液压式尾管悬挂器,其固井工艺流程如上图所示;4、注水泥塞要处理井漏、弃井、回填枯竭层位、侧钻和隔绝地层等作业时,就需要注水泥塞技术,平衡水泥塞是最常用的方法;注水泥塞时,首先将钻具下至注水泥塞设计深度的顶部,注水泥并替出水泥浆要保证管内水泥面高于环空水泥塞面高度,然后慢慢起出钻具离开水泥塞顶面,循环冲洗干净管柱,使水泥塞留在原位置如上图示;5、挤水泥挤水泥是用液压迫使水泥浆进入裸眼或经套管或尾管孔眼进入地层中的注水泥作业,典型挤水泥作业如上图所示;==固井水泥浆==油井水泥是一种水硬性胶凝材料,它与水按一定的比例混合便形成水泥浆,并在井下硬化成具有一定抗压强度和渗透率的水泥石;1 水泥水化过程油井水泥的水化是放热反应,按其水化速度和结构的形成,大致可分为四个过程：起始期、迟缓期、凝结期和硬化期;A、起始期;在水泥干粉与水混合的几分钟时间内,迅速发生水化反应,有大量水化热生成,在水泥矿物表面上形成一层水化硅酸钙凝胶,因这种作用最初仅在水泥颗粒表面进行,只消耗一部分水,其余的水份充满于水泥颗粒之间,水泥浆具有流动性能;B、迟缓期;由于最初在水泥矿物表面生成的水化硅酸钙凝胶渗透率非常低,阻止了矿物进一步水化,而使水化速度明显变慢,此期,水泥浆的流动性能相对比较稳定,水泥浆的泵送入井应在这一时期完成;这一段时间可延续数十分钟到数小时;C、凝结期;随着水化继续向水泥颗粒的深处发展,矿物表面的水化硅酸钙凝胶胀开,水化过程又加速进行,产生的水化物交互生成网状结构,失去了流动性能,水泥浆进入了凝结时期,这段时间大约需几十分钟;D、硬化期;随着水化物继续沉积,大量晶体析出,体系的孔隙度、渗透率逐渐降低,强度逐渐增加,硬化成微晶结构的水泥石;这一段时期,随着水泥石渗透率的不断降低,水化反应速度逐渐变慢,但持续时间很长,可达数十天,甚至数年;硬化期的明显特征是强度增长,这也是固井所期求的;2 油井水泥常用外加剂由于井下环境比地面条件恶劣得多,为了使水泥浆广泛地用于油田钻井、完井、修井等作业中,对水泥浆密度、稠度、稠化时间和抗压强度等都具有更高的要求,采用纯水泥已远远不能满足工艺技术要求,必须依靠外加剂来调节其使用性能;目前,常用外加剂的种类主要有：缓凝剂、降失水剂、分散剂、消泡剂、促凝剂、抗高温强度稳定剂、减轻剂等等,其主要作用如下：缓凝剂：主要是延长水泥浆稠化时间或凝结时间;促凝剂：主要是缩短水泥浆稠化时间以及增大水泥石的早期抗压强度;降失水剂：主要用以防止水泥浆急剧失水,保护油气层;减轻剂：主要是降低水泥浆密度,防止水泥浆在低压漏失层发生漏失;分散剂：用以改善水泥浆的流动性能,有利于水泥浆在低泵速泵压下进入紊流状态;消泡剂：防止和避免溶解水起泡,稳定水泥浆密度;抗高温强度稳定剂：在深井、高温情况下,加入硅粉,防止水泥石抗压强度出现热衷退现象;==浮鞋与浮箍==1、浮鞋与浮箍油田开发早期用的是承托环阻流环,又称为浮箍,其作用是注水泥时用来控制胶塞的下行位置,以确保管内水泥塞长度、防止水泥浆倒流;但它靠金属与尼龙的密封,密封效果差、承压能力低,因此逐渐被淘汰;浮鞋或浮箍是能产生浮力的套管引鞋或接箍;引鞋是用来引导套管柱沿井筒顺利下到井内,防止套管脚插入井壁岩层,减少下井阻力;浮鞋除具有引鞋的作用—外回流;在下套管过程中,使环空钻井液保持流动; 浮箍也具有防止水泥浆回流的作用,同时还具有在固井时胶塞碰压、限制人工井底的深度和套管柱下底脚水泥塞的高度的作用,从而保证油层套管底部的封固质量; 出于浮鞋或浮箍耐高温、密封性和可钻性好,连接方便因而可代替引鞋、套管鞋等;分类按套管下井时钻井液进人方式的不同,浮鞋浮箍可分为普通型和自灌型；按回压装置的工作方式又可分为浮球式扣舌板式等; 浮箍用于承接胶塞组,使箍鞋间有一段水泥塞,并容纳套管内壁附着的杂质等,确保水泥浆柱不被替空, 从而保证套管鞋外的固井质量;同时可作为防止水泥回流的备用;浮箍是用来控制套管柱内水泥塞的高度,它两端都有扣,可以连接于任意两套管之间,而浮鞋只是一端有母扣,只能位于套管的最前端;浮箍和浮鞋有水泥式的和金属的,浮鞋一般在套管的最下端,而浮箍一般在浮鞋上端一点,在双级注水泥的时候也会加个浮箍,基本作用就是用来防止注水泥时水泥浆倒返;==套管==1、套管分类1.隔水导管或导管,包括锤打入桩管2.表层套管3.技术套管中间套管或保护套管4.生产套管或尾管;2、各种套管作用1.导管导管主要用来隔离海水,引导钻头入井和井内泥浆从井口返回泥浆池,封隔海底面以下的疏松易塌地层,用以支承表层、技术和油层套管的重量;2.表层套管表层套管用来封隔上部不稳定的松软地层和水层及浅层气,安装井口装置以控制井涌井喷,同时支承技术套管和油层套管或尾管的重量;3.技术套管或中间套管技术套管主要用来封隔难以控制的复杂地层以保证钻井工作顺利进行下去;4.生产套管生产套管主要用来把生产层和其他地层封隔开,把不同压力的油、气、水层封隔开来,在井内建立一条油、气通路,保证长期生产,并能满足合理开采油、气和酸化压裂等增产措施的要求;3、尾管柱按功能为为钻井尾管、生产尾管、回接尾管等1.钻井尾管：钻井尾管功能相当于技术套管的尾管称为钻井尾管;2.用钻井尾管的意义封隔漏失层、高压层等；节约钻井成本；满足使用复合钻具要求；控制套管磨损满足后期回接;3.生产尾管生产尾管功能相当于生产套管的尾管称为生产尾管;4.使用生产尾管的意义：封隔油、气、水层；节约钻井成本；满足使用复合油管要求；5.回接尾管：回接尾管主要用于修复尾管以上套管,回接套管至井口或回接套管至上层套管内任何深度;6.常见套管串结构插入式/内管固井套管串结构常用套管尺寸: 30”、20”、13-3/8”；单级固井套管串结构,常用套管尺寸: 13-3/8”、9-5/8”、7”；双级固井套管串结构,常用套管尺寸: 13-3/8”、9-5/8”、7”；尾管管串结构,常用套管尺寸: 13-3/8”、9-5/8”、7”、5”、4-1/2”；==固井设备==1、固井设备基本构成2、其它设备单撬泵批混罐3、固井泵工作原理1基本结构：固井泵主要包括泵缸、活塞、吸水阀和排水阀等基本部件;2工作原理：吸入过程：当活塞从左图所示的极右位置向左移动时,活塞右侧腔室的容积增大,其中压力降低;吸入口的液体就在大气压力和泵缸内压力的压力差作用下,沿吸入管上升,推开吸入阀进入泵缸;此时,排出阀处于关闭状态;排出过程：活塞在到达终点后,活塞即开始由左向右移动,工作腔室的容积逐渐减小,进入泵缸中的液体受到活塞的挤压,使压力迅速增高推开排出阀,将液体排出;此时,吸入阀处于关闭状态;3、水泥浆混合装置4、ADC混合系统5、水泥缓冲罐工作原理：容积缓冲: “蓄水池”作用,平衡平台灰罐输灰的压力和出灰量的波动;二次气化:气化气通过气化囊的纤维网孔流入罐内水泥,进行第二次气化第一次在平台灰罐内,把水泥变成灰气混合物;气灰分离:灰下沉,气上浮至灰罐顶部,通过罐内排气管和平衡阀排出舷外;恒压出灰:平衡阀自动调节排气阀的开口大小,使得缓冲罐顶部的压力恒定在6～9PSI;A处的压力＝顶部B处气压6~9PSI＋干灰水泥的压力高度乘密度;==套管附件==1、水泥头1套管水泥头释放下胶塞时,旋转退出释放下挡销,下胶塞在重力和泵送液体推动下离开下胶塞所在内腔释放指示销有显示,并沿套管内壁被驱替至套管浮箍上;放上胶塞时,旋转退出释放上挡销,上胶塞在重力和顶替液的推动下,离开上胶塞所在内腔释放指示销有显示,驱替水泥浆并清刮套管内壁直到与下胶塞重合、碰压为止;2尾管水泥头尾管水泥头用于尾管固井;尾管水泥头由提升短节、本体、旋转轴承机构、钻杆塞挡销机构、投球机构、钻杆联接短节和阀门管汇等部分组成,如图所示;尾管水泥头主要用于尾管固井,提升短节和旋转轴承机构的作用同钻杆水泥头的对应机构相同;坐挂尾管悬挂器时,旋转投球机构的手柄,顶杆便将球从投球机构内腔顶出,球在重力和泵送液体的推动下,沿钻杆内腔落到悬挂器球座上,在泵压的作用下使尾管悬挂器实现坐挂;释放尾管胶塞时,旋转钻杆塞挡销机构的手柄,使挡销从钻杆塞内腔收回,钻杆塞便在泵送液体的推动下离开钻杆塞所在内腔,沿钻杆内壁落到尾管胶塞座上,在泵压的作用下剪切释放尾管胶塞;胶塞2、循环头循环头用于下套管或尾管中途连接下入套管、顶驱或地面高压管汇上,建立循环的井口工具;3、插入接头插入接头与插入式浮鞋或浮箍配套使用,主要用于大尺寸套管的内管固井作业,有直插式和旋转插入式;4、SSR平衡阀SSR平衡阀与钻杆水泥头配套使用,主要作用是：平衡SSR水下释放系统管内外压差,避免胶塞非正常释放;三维动画 | 固井工程设计==固井质量==1、注水泥质量要求1、水泥返高、水泥塞长度和人工井底的规定油气层固井,设计水泥返高应超过油气层顶界150米,实际封过油气层顶部不少于50米;其中要求合格的水泥环段,对于浅于2000米的井不少于10米,深于2000米的井不少于20米;2、为了保证套管管鞋封固质量,油层套管采用双塞固井时,阻流环距套管鞋长度不少于10米,技术套管或先期完成井,一般为20米,套管鞋位置应尽量靠近井底;3、油气层底界距人工井底管内水泥面,浮箍位置不少于15米,主要是为了满足采油方面的需要;4、其中第二条是为了防止上胶塞下行时所刮下的套管内表面上的液膜浆体污染水泥浆,而影响套管鞋附近的水泥封固质量;2、水泥环质量鉴定目前我国水泥环质量鉴定一般以声幅测井CBL,也称水泥胶结测井为准;声幅相对值在15%油田现场有的也采用10%以内为优等,30%为合格；声幅超过30%的井段则视为水泥封固不合格;声幅测井一般在注水泥后24小时到48小时内进行,但对特殊井如尾管固井、采用缓凝水泥固井等声幅测井时间可依具体情况而定,现在变密度测井VDL也在逐渐普及;1、井温测井水泥的水化反应是放热反应,其凝结过程中所放出的热量通过套管传给套管内液体,可使井内温度上升一定数值,如6℃~20℃;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;2、声幅测井水泥胶结测井声幅测井是根据声学原理所进行的测井;在井下,从测井仪声波发射出声波,声波向四周以近似球形的波阵面发散,通过不同的介质和路线后传播到接收器;最先到达接收器的是沿着套管传播的滑行波叫套管波所产生的折射波,其次是传到地层后又传播回来的地层波,尽管在钻井液内声波的传播距离最短,但由于在钻井液内声速相对较低,所以钻井液波泥浆波到达最迟;声幅测井记录的是最先到达的套管波的首波幅度;套管波在传播过程中要向套管内和环形空间散失能量,即声幅要衰减降低;套管波的衰减程度和套管内外介质性质及期分布有关;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,即与套管胶结的水泥越多,所接收的声幅越上,而当管外全为钻井液时,所接收的声幅最大;由测量线路把所接收的声幅大小转变成与之成比例的电压大小,加以记录;沿井深由下而上进行测试,就可得到一条沿井深反映水泥与套管胶结情况的声幅测井曲线;应用声幅测井曲线检测水泥环质量是通过相对幅度进行的以环空内全为钻井液的自由套管段的声幅值为基准;相对幅度=目的段声幅曲线幅度/自由套管段声幅曲线幅度100%;3、声波变密度测井声幅测井测量记录的是套管首波幅度;声波变密度测井VDL,简称变密度测井是用接收器将套管波、地层波等声波幅度按到达时间先后全部测量记录,再用一定的方法显示,以评价水泥环质量的测井方法;当进行变密度测井时,同时进行声幅测井;变密度测井因为能够测量记录地层波,因此能够反映出水泥与地层俗称第二界面有胶结情况;将变密度测井结果与声幅测井结果对比分析,可以全面地评价水泥环质量;三维动画 | 固井技术==固井技术的现状及发展==1、概述固井作业是油气井钻井工程中最重要的环节之一,其主要目的是封隔井眼内的油层、气层和水层,保护油气井套管、增加油气井寿命以及提高油气产量;自1903年开始固井以来经过近100年的努力,国内外固井技术有了很大的的进步;主要表现在:油井水泥的扩充与完善,油井基本水泥由一两种发展到13种；油井水泥外加剂已发展到14大类200多个品种；普遍采用计算机控制技术对配浆过程进行连续监控,注水泥设备向操作自动化、密度控制精确化方向发展;复杂的地层固井技术日趋完善,研究开发了适应高压气井、低压易漏失井、多压力系统以及深井超深井高温固井配套技术;小井眼固井、水平井固井、分支井固井和大位移固井等特殊工艺井固井技术；研制开发了尾管悬挂器、双级多级注水泥器以及扶正器等；固井计算机模拟、仿真与监控技术,提高了固井方案设计、现场施工的准确性、针对性和科学性;2、国内外固井技术进度情况1 油井水泥与外加剂研究1、基本水泥;基本水泥增加了酸溶水泥、高细度水泥、波特兰水泥与高炉矿渣混合物、可储存液体水泥和合成树脂水泥;2、外加剂应用油井水泥外加剂已成为解决各种复杂固井问题、提高固井质量和保护油气层的主要技术手段;据美国统计,固井外加剂的用量占油田化学剂的38％;油井水泥外加剂主要进展:研制开发了适应更宽温度和密度范围、抗盐和抗高温的高性能降失水剂用于深水固井的特殊外加剂泡沫水泥浆外加剂改善水泥石性能的外加剂满足特殊地质条件下的水泥外加剂2 固井技术1、CemCRETE固井技术为解决异常压力固井问题,道威尔—斯伦贝谢公司于1998年底研究开发了CemCRETE技术;该技术基于混凝土水泥浆技术,利用颗粒级配原理,通过优化水泥及外掺料颗粒直径分布PSD,优选3种以上不同直径的颗粒,使单位体积内固相颗粒增加,尽量降低水泥浆水灰比,提高水泥石的抗压强度和降低水泥石的孔隙度和渗透率;CemCRETE固井技术应用密度为cm3的低密度水泥浆,24h抗压强度大于14MPa,水泥石的渗透率和孔隙度明显小于常规水泥浆阿曼石油开发公司PDO采用密度为 cm3的高密度水泥浆技术成功地解决了Sarmad 油田井深为4800m的深井膏盐层的高压固井问题;2、泡沫固井技术哈里伯顿公司应用泡沫水泥浆替代常规漂珠低密度水泥浆固井取得了良好的现场应用效果;泡沫水泥浆由净浆、氮气、稳泡剂及水泥浆处理剂组成;国内通过研究,在水泥和配浆水中分别加入两种发泡剂,在混浆时发生化学反应生成氮气,通过稳泡剂使之形成稳定且相互独立的泡沫水泥浆,化学泡沫水泥浆在国内很多油田应用取得了较好的效果;3、防窜固井技术人们对环空气水窜的形成原因、影响因素、气窜的物理过程、预测方法及防气窜水泥浆体系做了大量的研究工作,先后研究开发了膨胀水泥、延缓胶凝水泥、触变水泥、可压缩水泥和非渗透乳胶水泥等多种防窜水泥浆体系;在防气窜水泥浆性能评价与预测研究方面,国内外有许多评价和预测水泥浆防气窜性能的模式与方法,它们考虑气井气层压力、浆体结构、水泥浆密度、返深等因素;可以有效地指导防气窜固井设计;4、钻井液转化水泥浆MTC固井技术。
固井工程基础
二、常规套管、尾管柱
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一、井身结构（1）
井身结构 是指一口井中下入 套管的层数； 各层套管的尺寸及 下入深度； 管外水泥浆的返回 高度； 以及与各层套管尺 寸相配合的钻头直 径。
转盘面 @
0.00
m
30" & 13-3/8" 水泥返高：海底泥线 200% 裸眼附加量 15.8ppg 水泥浆 2400psi/24hr 30" X52, 1" 壁厚, Drilquip 13-3/8"首浆返高 海底泥线 100% 裸眼附加量 首浆:12.7ppg 13-3/8"尾浆返高 @ 695.00 m 尾浆: 15.6 ppg,2865psi/24hr
图3-1 固井设备总体示意图 6
图2-1 固井水泥浆充填示意图
一、固井工程基础（2）
特点 是一口油气井建井过程中的关键环节； 多工种联合施工的作业； 是一项应用科学； 是一次性工程； 是隐蔽性工程，主要流程在井下； 直接影响后续工程的进行； 施工时间短，工序内容多，作业量大、技术 性强的工程。
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海上常用的井身结构
钻头 套管 理论 钻头 套管 英寸 英寸 间隙值 英寸 名称 in in mm in 36"-42" 36"-42"( 水 隔水导管 ( 水力式 50.8-101. 30" 力式牙轮扩 （导管） 牙轮扩 6 孔器 ) 孔器 ) 28"-30"( 水 表层套管 26" 20" 63.5 力式牙轮扩 孔器 ) 技术套管 17 1/2" 13 3/8" 39.68 ( 保护套管) 12 1/4" 9 5/8" 20.64 生产套管 8 1/2" 6" 7" 5" 10.72 5.55 17 1/2" 12 1/4" 8 1/2" 6"
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目
一、双级固井概念
录
二、双级固井工艺技术的应用范围 三、双级注水泥方式选择 四、分级箍的规格类型 五、分级箍安放位置的确定原则 六、双级注水泥流程
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一、双级固井工艺
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。
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六、双级注水泥流程
注一级前置液 碰压 循环洗井候凝 注一级水泥浆 憋压 注二级前置液 压第一级胶塞 投入重力塞 注二级水泥浆 替钻井液 打开分级箍 压入关闭塞
替泥浆
碰压
关闭分级箍
侯凝
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小结：
双级注水泥流程图
a 一注第一级水泥浆，顶替钻并液碰压；b 一投入打开塞打 开循环；c 一注二级水泥，压关闭塞；d 一关闭循环孔
（2）连续式：封固较长，压力较低，水泥连续封固。 （3）连续打开式
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四、分级箍的规格类型
目前常用的分级箍其规格尺寸有φ244.5mm，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。
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三、 双级注水泥方式选择
双级固井的注水泥方式一般有三种，可根据工程、地质和 封固要求进行选择。 （1）非连续式：也叫正规式双级固井。它适用油气层间隔 大，地层压力系数较低，井斜角较小和环空水泥不连续封固。 这是目前应用最多的一种双级固井方式，它的实际应用情况已
不局限于上述范围。
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五、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。
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前
言
固井是整个建井周期的重要环节，固井质量的好坏直 接关系到油.气田的勘探与开发，一口井的成功与否，往 往与工程设计和施工工艺技术有着密切的联系。 随着钻井技术的发展.深井.定向井.大斜度井.调整井 是今后钻井发展的方向。因此对固井工程来讲，就面临着 更大的挑战， 难度也就更大。 要想成功的固好一口井，就必须采用新的方法.新的 工艺.新的技术。 固井工程是一个系统工程,固井质量的好坏，它与钻 井到完井过程中所有技术的实施有着很重要的关系。因此， 影响固井质量的原因是一个综合因素。
渤海钻探第三钻井公司70591队
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二、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。