固井
固井技术(油气井钻井工程中的环节)
固井技术（油气井钻井工程中的环节）引言：一、固井前的准备工作1.确定井口注入液体的类型：根据不同的井口情况和需要达到的效果，选择合适的固井液体类型。
一般来说，常用的固井液体有水泥浆、聚合物浆料等。
2.准备固井液体：按照井口注入液体的类型，准备相应的固井液体。
这其中包括水泥、添加剂等。
二、固井工艺的选择与设计1.固井方式的选择：根据井眼的地质情况、井深、钻井环境等因素，选择适合的固井方式。
常见的固井方式有单胶囊固井、双胶囊固井以及二级固井等。
2.固井设计：根据地层情况、井口注入液体类型以及固井目的，设计固井方案。
固井设计需要考虑井深、井眼直径、地层特征等因素。
三、固井液体的注入与硬化1.液体注入：将准备好的固井液体注入井口，注入过程需要通过压力控制保证注入效果。
2.硬化过程：固井液体在注入井口后，会发生硬化过程。
这个过程将使固井液体逐渐变硬，形成固体胶体，从而形成固定的井壁。
四、固井质量的控制与评估1.固井质量的控制：通过监测井口注入液体的压力、流量等指标，控制固井的质量。
一般来说，压力和流量的变化可以体现固井质量的好坏。
2.固井质量的评估：固井完成后，通过各种方法对固井质量进行评估。
例如，可以使用超声波传感器对固井质量进行检测，判断是否存在裂缝、空洞等问题。
五、固井后的后续工作1.固井封堵：对已经固化的固井液体进行封堵处理，以保证井壁的密封性。
这个过程中需要根据固井质量评估的结果，采取相应的措施。
2.固井记录与分析：对固井过程进行记录和分析，以便今后类似井口的固井作业有所借鉴。
总结：固井技术在油气井钻井工程中起着至关重要的作用。
固井工作需要进行充分的准备工作，选择合适的固井工艺，并在液体注入与硬化过程中进行控制与评估。
固井工作完成后，需要进行后续的封堵和分析工作。
通过合理的固井技术，能够保证井壁的稳定性，防止地层流体泄漏，从而提高油气采收率，并保护地下水资源的安全。
什么是固井
什么是固井一、固井：在已钻出的井眼中下入一定尺寸的套管，并在套管与井壁或套管与套管之间的环形空间内注入水泥的工艺过程。
二、井身结构包括以下几方面的内容：所下套管的层次、直径、各层套管下入的深度、井眼尺寸（钻头尺寸）、各层套管的水泥反高等。
三、设计井深的主要依据：地层压力、地层破坏压力和坍塌压力。
四、套管的类型：⒈导管；⒉表层套管；⒊技术套管；⒋生产套管；⒌尾管。
五、井深结构设计的原则：①能有效的保护油气层，使油气层不受钻井液的损害；②能够避免漏、喷、塌、卡等复杂情况产生，保证全井顺利钻进，使钻井周期达到最短；③钻达下部高压地层时所用的较高密度的钻井液产生的液柱压力，不至于把上一层套管鞋处薄弱的裸露地层压裂；④下套管过程中，钻井液液柱压力和地层压力之间的压差，不至于造成卡阻套管。
六、套管柱的受力：轴向压力、外挤压力和内压力。
七、套管柱的附件：⒈引鞋（套管鞋、浮鞋）；⒉回压法；⒊套管扶正器；⒋磁性定位套管；⒌联顶节。
八、水泥熟料主要成分：①硅酸三钙（C3S）；②硅酸二钙（C2S）；③铝酸三钙（C3A）；④铁铝酸四钙（C4AF）。
九、水化作用：油井水泥与水混合后，水泥中各种矿物分别与水发生水解和水化反映，某些水化产物还能发生二次反映。
十、水化反映的不断进行水泥浆形成水泥石可分为三个阶段：①胶溶期；②凝结期；③硬化期。
十一、稠化时间：指油井水泥浆在规定压力和温度条件下，从开始搅拌至稠度达100Bc所需要的时间。
十二、稠度：水合水泥混合后会逐渐变稠，变稠的速率。
十三、注水泥的设备：水泥车、水泥混合漏斗、水泥分配器、水泥头、胶塞、储灰罐。
十四、碰压：胶塞被推至浮箍时，泵压突然升高。
十五、注水泥主要工序包括：循环和接地面管汇→打隔离液→顶胶塞→碰压→候凝。
十六、提高泥浆的顶替效率：⒈紊流顶替；⒉打前置液；⒊活动套管；⒋调整完井液和水泥浆的性能；⒌使用扶正器。
十七、引起油、气、水窜的原因：水泥浆在凝固过程中的失重是导致油、气、水窜的主要原因，井壁存在泥饼、水泥硬化过程体积收缩也是造成油、气、水窜的原因。
固井工作流程及注意事项
固井工作流程及注意事项嘿，朋友们！今天咱来聊聊固井工作流程和那得注意的事儿。
你说固井像啥？就好比给油井盖房子！得把一切都弄得稳稳当当的。
先说说准备工作吧，那可得像准备一场大战一样精心。
得把各种设备啊、材料啊都准备得妥妥当当的，少一样都不行，这可不是闹着玩的呀！要是缺了啥，那不就跟战士上战场没带枪一样尴尬嘛！然后就是下套管啦，这就好像给房子立起柱子。
得小心翼翼地把套管下到井里，不能有一点儿马虎。
要是不小心弄歪了或者碰坏了，那可就麻烦大了。
接着就是注水泥啦！这就像是给房子抹上坚固的水泥浆。
得控制好水泥的用量和注入速度，不能太快也不能太慢。
太快了可能会堵住，太慢了又怕不结实，这可真是个技术活啊！你想想，要是水泥没弄好，这井还能牢固吗？等水泥注好了，还得好好养护呢，就跟照顾刚出生的小宝宝似的。
不能让它受到一点儿伤害，得保证它能好好地凝固。
在这整个过程中，可得注意好多事儿呢！比如说设备得检查好，别到时候关键时刻掉链子；人员得专业，可不能是半吊子；操作得规范，不能随心所欲地乱来。
还有啊，环境也很重要呢！要是天气不好或者场地不合适，那也会影响固井的效果。
这就跟人得在合适的环境里才能好好工作一样，环境不对，啥都白搭。
咱再说说安全问题，这可是重中之重啊！固井现场到处都是设备和材料，稍不注意就可能出事儿。
所以每个人都得打起十二分的精神，不能有一点儿松懈。
总之啊，固井工作可不简单，它关系到油井的质量和安全。
每一个环节都得认真对待，每一个细节都不能放过。
只有这样，我们才能打造出坚固可靠的油井，为我们的能源事业做出贡献。
大家说是不是这个理儿呀！。
固井基础理论知识
四、 识别套管颜色标记（ＡＰＩ）
H-40 灰色 N-80 红
J-55
K-55
浅绿
深绿
C-95
P-110
棕
白
C-75
L-80
蓝
红/棕/红
U-150
白
五、识别螺纹
螺纹分圆螺纹、偏梯型螺纹和直连型螺纹。其中圆螺纹分有长圆螺 纹和短圆螺纹，扣尖角60、锥度1:16、25.4mm有8扣（8扣/英寸）。 螺纹代号： STC（CSG）——短圆螺纹 LTC（LCSG）——长圆螺纹 BTC（BCSG）——梯型螺纹 XL（XCSG）——直连型螺纹
一、套管柱类型
套管类型见图2。正常压力系统 的井通常仅下三层套管：导管、 表层套管和生产套管。异常压力 系统的井，至少多下一层技术套 管。尾管则是一种不延伸到井口 的套管柱。
（一）导管
导管的作用是在钻表层井眼时将钻井液从地表引导到钻井装 置平面上来。这一层管柱其长度变化较大，在坚硬的岩层中仅用 10～20m，而在沼泽地区则可能上百米。 （二）表层套管
底部沉沙 水泥浆自由水聚积
五、可溶性地层注水泥 水泥浆的滤液及自由水可能溶触地层的盐岩，从而影响水泥浆与地 层的胶结，采取饱和盐水水泥浆或欠饱和盐水水泥浆即可有效地抑制 盐岩层的溶触。 六、高压气井固井 1、 水泥浆在凝固过程中存在“失重”阶段，即水泥浆封固 井段失去液柱压力，但还没有足够的胶结强度时，气体可以乘 虚而入，压差在3.5kpa的条件下气体即可侵入。
（四）生产套管（采油或采气套管） 生产套管的主要作用是将储集层中的油气从套管中采出来， 并用来保护井壁，隔开各层的流体，达到油气井分层测试，分层 采油，分层改造之目的。通常水泥返至产层顶部２００m以上。
（五）尾管 尾管是一种不延伸到井口的套管柱，分为钻井尾管和采油 尾管。它的优点是下入长度短、费用低。在深井钻井中，尾管 另一个突出的优点是，在继续钻进时可以使用异径钻具。在顶 部的大直径钻具比同一直径的钻具具有更高的抗拉伸强度，在 尾管内的小直径钻具具有更高的抗内压力的能力。尾管的缺点 是固井施工困难，尾管的顶部通常要进行抗内压试验，以保证 密封性。
固井工艺流程
固井工艺流程一、引言固井是一项关键的油田钻井工艺，旨在确保井壁的完整性，防止地层流体泄漏，并提供井眼稳定性。
固井工艺流程是一个复杂而精密的过程，需要严格的操作和监控，以确保固井质量和井口安全。
二、固井工艺流程概述固井工艺流程包括准备、设计、施工和质量控制等步骤。
下面将详细介绍每个步骤的内容和重要性。
1. 准备阶段准备阶段是固井工艺流程的首要步骤。
在这一阶段，需要进行井筒清理、排水、装填固井材料和准备固井设备等工作。
井筒清理是为了清除井眼内的杂质和废弃物，保证固井质量。
排水是为了排除井眼内的水分，防止固井材料受潮。
装填固井材料是为了填充井眼，固定套管并提供井壁稳定性。
准备固井设备是为了确保施工过程中的顺利进行。
2. 设计阶段设计阶段是固井工艺流程中的关键步骤之一。
在这一阶段，需要根据地层条件、井眼尺寸、井口压力等因素，合理选择固井材料、固井液和固井方式。
固井材料包括水泥和固井添加剂，用于填充套管与井眼之间的空隙。
固井液是一种特殊的液体，用于输送固井材料和控制井眼压力。
固井方式有多种选择，如常规固井、套管充填固井和封隔固井等，根据实际需要选择最合适的方式。
3. 施工阶段施工阶段是固井工艺流程中最关键的步骤之一。
在这一阶段，需要将固井材料和固井液输送到井眼，填充套管与井眼之间的空隙，并形成固体固井体。
具体操作包括注水泥、压裂、固井材料计量和固井液循环等。
注水泥是将水泥浆注入井眼，填充套管与井眼之间的空隙。
压裂是通过注入高压液体，使井壁产生裂缝，增加油气流通性。
固井材料计量是为了保证固井质量和固井效果。
固井液循环是为了保持井口压力稳定，防止井壁塌陷。
4. 质量控制阶段质量控制阶段是固井工艺流程中不可或缺的一环。
在这一阶段，需要对固井过程进行实时监控和数据记录，以确保固井质量。
具体措施包括压力监测、温度监测和流量监测等。
压力监测是为了控制井口压力，防止井壁塌陷或泄漏。
温度监测是为了控制固井材料的凝固时间，保证固井效果。
固井基础知识
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；
影响后续工程的进行； 是一项花钱多的工程；
固井工程是准备时间长（1～2周）、施工时间短（1～2小时）、费
用高（占钻井成本的15% ～ 30%）、工序多、工作量大和技术性强 的工程。
一、固井概论
占 勘 探 开 发 投 资 比 例
高投资
居中（达到环空充填材料几何特征与强度均匀）
替净（实现流体置换完全与界面耦合紧密要求）
压稳（制止地下流体沿水泥基体周界运移窜通）
稳定（特定开采环境下产层枯竭前长期耐久性）
一、固井概论
保证固井质量的重要意义
完井工程和井底完成结构是实现开发效果的基本保证，固井工程是关 键环节； 水泥环层间封隔是后期作业、开采的保证；
除此之外还发生其他二次反应，生成物中有大量的硅酸盐水化产 物及氢氧化钙等。
一、固井概论
（2）水泥凝结与硬化
水泥的硬化分为三个阶段： 溶胶期：水泥与水混合成胶体液，开始发生水化反应，水化产 物的浓度开始增加，达到饱和状态时部分水化物以胶态或微晶 体析出，形成胶溶体系。此时水泥浆仍有流动性。 凝结期：水化反应由水泥颗粒表面向内部深入，溶胶粒子及微 晶体大量增加，晶体开始互相连接，逐渐絮凝成凝胶体系。水 泥浆变稠，直到失去流动性。 硬化期：水化物形成晶体状态，互相紧密连接成一个整体，强 度增加，硬化成为水泥石。
（l）对固井质量的基本要求
– 水泥浆返高和水泥塞高度必须符合设计要求； – 注水泥井段环空内的钻井液顶替干净； – 水泥石与套管及井壁岩石胶结良好； – 水泥凝固后管外不冒油、气、水，不互窜； – 水泥石能经受油、气、水长期的侵蚀。
（2）在固井中常出现的固井质量问题
固井名词解释
］井名词解释1.固井：在井内下入一定尺寸的套管，并在井壁与套管环空注入水泥的工艺流程。
2.固井质量：固井结果满足固井目的的程度。
3.低返：环空实际水泥面未达设计深度。
4.套管程序：一口井下入的套管层数、类型、直径及深度等。
5.表层套管：用于封固上部浅气层、坍塌层和流沙层，安装井口装置及悬挂依次下入的各层套管的套管。
6.技术套管：用于封隔不同的压力层系、封隔易坍塌及漏失层等技术复杂层位的套管。
7.生产套管：为生产层建立一条牢固通道、保护井壁、满足分层开采、测试及改造作业而下入的最后一层套管。
8.尾管：用于裸眼井段，乎悬挂在上层套管上而又不延伸到井口的套管。
9.套管强度：指套管承受外载能力的总和（包括抗挤强度、抗内压强度和抗拉强度）。
10.套管柱：由不同钢级、壁厚、材质和螺纹的多根套管所连接起来下入井中的管柱。
11.前置液：为提高水泥浆顶替钻井液的效率，在钻井液与水泥浆之间注入的一段“液体”。
12.注水泥：通过专用设备将一定密度的水泥浆注到井内的过程。
13.压胶塞：当注入的水泥浆数量达到设计要求时，将胶塞压入井内的过程。
14.替钻井液：用顶替液推动胶塞，将套管内的水泥浆替到套管外的环形空间的过程。
15.碰压：当顶替液量达到套管串浮箍以上的容积时，胶塞座在浮箍上，使套管内压力突然升高的现象。
16.套管试压：为了验证套管串的密封情况而进行的压力试验。
17.敞压候凝：试压结束后，将管内的压力释放掉，等待水泥浆凝结的过程。
18.顶替量：常规套管固井时浮箍以上套管串的内容积。
19.水泥返深：环空水泥面在井下的深度。
20.分级箍：在分级注水泥时，装在套管预定位置具有开启和关闭功能的特殊接箍。
21.浮箍：用于控制胶塞的下行位置并防止水泥浆倒流的装置。
22.浮鞋：引导套管柱顺利入井，减少下入阻力并防止钻井液倒流的装置。
23.尾管悬挂器：用来将尾管悬挂在上一层套管底部并进行注水泥的特殊工具。
24.水泥伞：装在套管下部防止水泥浆下沉的伞状物。
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。
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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
上胶塞为实心，其作用是隔离顶替用的钻井液与水泥浆；
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 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。
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。
3
概述
2、工艺介绍 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
图7-1 单根套管示意图 1——接箍 2——套管本体
5
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。
力也按钻井液液柱压力计算。
Po 0.0098m Z
23
一、套管外载分析与计算
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，支撑内压力 为零。 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 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。
良好，能经受高压挤注的考验
11
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.
8
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
9
概述
5、固井内容
套管与下套管 水泥与注水泥
10
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
22
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 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
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
7
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 7——水泥浆 8——隔离液 9——钻井液
15
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
16
一、套管外载分析与计算
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
17
一、套管外载分析与计算
第七章 固
井
1
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
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、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。
向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形
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
18
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
19
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
24
一、套管外载分析与计算
1.径向外挤压力
HL
（2）支撑内压力
破膜：下胶塞坐落在浮箍上后，在压力作用下破膜
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，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续 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；
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
20
一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 有效外压力：
Poe Po Pib
式中 Poe——有效外压力； Po——外压力； Pib——支撑内压力。
21
一、套管外载分析与计算
1.径向外挤压力 有效外压力：
12
第一节
套管及套管柱强度设计
13
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）
14
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。 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。