Ⅱ 固井套管串及注水泥工艺设计
分级固井注水泥工艺技术及运用实践研究
分级固井注水泥工艺技术及运用实践研究摘要：随着我国固井工程技术的发展速度不断加快，分级固井技术发展也得到快速提升。
在石油气井固井工程施工过程当中，分级固井水泥施工工艺得到了广泛的运用，特别是在解决井漏现象以及地层压力系数较低的工程项目当中发挥出了非常重要的作用。
关键词：分级固井；注水泥；工艺技术引言：钻井工程技术快速发展的过程中广泛应用了分级固井注水泥施工，尤其是当前我国双级注水泥施工技术逐步完善的背景下，其在我国钻井工程中发挥相当重要的作用。
使用分级箍显著提升了固井成功率及其固井工程的合格率，在使用多种外加剂的过程中固井质量得到进一步提高。
1.分级箍在石油气固井工程中的应用1.1 分级箍结构在分级注水泥工艺施工过程当中，通常分为两种施工方法：第一种是非连续性的双重注水泥施工模式；第二种是连续性双击注水施工方法。
除此之外，分级箍的类型也有很多种类型，常用的尺寸包括三种：φ139.7mm、φ177.8mm、φ244.5mm。
当前我国在石油勘测企业当中相继研发和制造了分级箍模型，但是在实际的施工和下井操作当中，和国外一些比较先进的发达国家相比还有着一定的差距。
在我国某大型油田钻井企业当中，依照具体的施工需求，自行设置了相应的滑套式分级箍设置方法，一共分为了四个不同类型的型号，四种型号当中滑套式的分级箍在对油田开采施工过程当中的使用范围相对比较广泛，在油田的开发领域当中，慢慢发展成为了一套比较系统化的施工产品。
其中主要的工作原理和工作特点为：通过一级注水泥施工结束之后，再投入到第一级水泥将作为顶部施工程[1]。
1.2 工作原理和工作特点我国某大型油田钻井企业根据施工要求，自行设计了滑套式分级箍，一共设计了四个型号，即φ139.7mm、φ177.8mm、φ244.5mm 与φ339.7mm。
这四种型号的滑套式分级箍在对油田的开采过程中使用的范围很广，在油田开采领域中成为成功的系列产品。
其工作机理及工作特点为：第一级注水泥施工结束后，投入硬压塞顶替第一级泥浆，当顶替第一级泥浆完毕后进行固井碰压，接着在水泥车上或者泵房内实施放压，并且在此过程中时刻注意浮箍浮鞋的工作情况，如果其运行正常，那么投入重力塞，以保证加压开孔的顺利实施，随后，通过水泥车继续替入泥浆，以使分级箍的开孔压力控制在 4~5 MPa 范围，滑套下落时注意控制速度，不得快于每分钟60米，接着迅速将循环孔打开，循环出分级箍以上的水泥浆。
第6讲-[第二章-套管柱及注水泥设计]——套管柱强度设计方法
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由套管性能表查得N－80、壁厚11.51mm套管，其抗挤强度为: 泥
σD1 =60.5MPa。
返 高
因此，实际安全系数为:
SD1
D1
Pco1
60.46 45.5
1.33
D1=3500
4.6.设计举例
3）确定第二段套管可下深度和第一段套管的使用长度。
由于外挤压力愈往上愈小, 根据既安全又经济的原则, 第
②N-80、10.36mm 水
泥
D2=3300
返
高①
D1=3500
4.6.设计举例
4）确定第三段套管可下深度和第二段套管的使用长度。
显然第三段套管底部由于承受其下部套管
可下深的度重:量, 其抗挤强度必定下降, 下入深度就
不可能达到2600m, 否则其底部安全系数必 ＜1.125。
由于第二段比第三段强度大, 应将第二段套 管长度增长, 即减少第三段的下入深度, 提 高其底部的抗挤系数, 以补偿双向应力的影 响。
③
D3=2300
2800
第二章 套管柱及注水泥设计
第1节 井身结构设计 第2节 生产套管尺寸的确定 第3节 套管柱强度设计 第4节 注水泥技术 第5节 复杂类型井套管柱设计和注水泥技术简介
第3节 套管柱强度设计
1. 套管、套管柱 2. 套管柱的载荷分析及套管强度 3. 定向井套管柱载荷计算 4. 套管柱强度设计
4.套管柱强度设计
特殊情况考虑；
API规定的安全系S数i : 1.10 ~ 1.33，一般取1.10 Sc 1.00 ~ 1.25，一般取1.00 St 1.60 ~ 2.00，一般取1.80
4.5.具体的设计步骤
Step3 计算内压载荷, 筛选符合内压强度的套管； 内压载荷由套管内外的流体综合产生。内压最大的情况一般出现在井 涌关井和特殊作业（压裂、…、注水）时, 内压的计算中间套管与生 产套管是不同的。 中间套管的计算方法如我们教材上P263介绍； 生产套管的计算方法在按补充方法进行。
第二章 套管柱设计与固井
第一节 套管柱设计
24
第一节 套管柱设计
三、套管柱强度设计
目的： 确定合理套管钢级、壁厚以及每种套管井深区间。
1、设计原则
• 满足强度要求，在任何危险截面上都应满足下式： 套管强度 ≥ 外载×安全系数 • 应满足钻井作业、油气开发和产层改造需要
• 承受外载时应有一定储备能力
• 经济性要好，多选择2～3种钢级、2～3种壁厚，不能过多 • 安全系数 —抗外挤安全系数 Sc=1.0
大庆：8976口，占16%以上； 吉林：2861口，占30%以上； 胜利：3000多口，占10%以上； 中原：占投产井数23.3%； 并且各油田套损井数有上升趋势。
4
第一节 套管柱设计
一、套管和套管柱
• 套管：优质钢材制成的无缝管或焊接管，一端为公扣，直接 车在管体上；一端为带母扣的套管接箍。
表征套管的主要特性参数有套管尺寸、钢级和壁厚
5
第一节 套管柱设计
一、套管和套管柱
• 套管尺寸： 又称名义外径、公称直径等，是指套管本体的外 径；API标准，共14 种尺寸。
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6
第一节 套管柱设计
一、套管和套管柱
• 套管的钢级: API标准规定套管本体的钢材应达到规定的强度， API标准， 8种10级
H-40, J-55, K-55, C-75, L-80, N-80, C- 90, C-95, P-110, Q-125
，MPa
Fm—轴向拉力， KN； Fs—管体屈服强度，KN；
Pcc—存在轴向拉应力时的最大允许抗挤强度。
Pc和Fs均可由套管手册查出，当Fm/Fs在0.1-0.5范围内，
上式计算值与理论值相比误差在2%以内。
19
油井水泥、外加剂_以及固井工艺技术
硅酸二钙2CaO· 2 （C2S） SiO
含量一般在24％～30％之间； 水化反应缓慢，强度增长慢； 对水泥的最终强度有影响
第一节 油井水泥 Oil well cement
铝酸三钙3CaO· 2O3（简称C3A） Al
促进水泥快速水化； 其含量是决定水泥初凝和稠化时间的主要因素； 对水泥浆的流变性及早期强度有较大影响； 对硫酸盐极为敏感； 对于有较高早期强度的水泥，其含量可达15％。
现代完井工程简介
固井可能带来的危害
涩北气田气层埋藏浅，分布井段长（408.0-1738.2m），层数多（54-79），气水界面复杂,浅层气、 浅层盐水活跃。台H6-1井、台6-7井，一开钻至800m下入表层套管固井后，候凝过程中套管外地表窜
出盐水和水溶气，被迫报废
台H6-1井339.7mm表层套管固完井 候凝时，北东方向约250米冒气水 后目前情况 台6-7 井273mm 表层套管固完 井候凝时，地表窜出盐水和 水溶气
油井水泥、外加剂 以及固井工艺技术
固井工艺技术
固井工艺技术常规固井工艺内管法固井工艺尾管固井工艺尾管回接固井工艺分级固井工艺选择式注水泥固井工艺筛管(裸眼）顶部注水泥固井工艺封隔器完井及水泥充填封隔器固井工艺注水泥塞工艺预应力固井工艺挤水泥补救工艺技术漏失井固井技术高压井固井技术大斜度井固井技术深井及超深井固井技术长封固段井固井技术小间隙井固井技术糖葫芦井眼固井技术气井固井技术（一）常规固井工艺常规固井工艺是指在井身质量较好，且井下无特殊复杂情况,封固段较短的封固要求下，将配制好的水泥浆，通过前置液、下胶塞（隔离塞）与钻井液隔离后，一次性地通过高压管汇、水泥头、套管串注入井内,从管串底部进入环空，到达设计位置,以达到设计井段的套管与井壁间的有效封固。
套管串结构：引鞋+旋流短节+2根套管+浮箍+套管串.施工流程：注前置液→注水泥浆→压碰压塞（上胶塞）→替钻井液→碰压→候凝。
保证施工安全和固井质量的基本条件：（1）井眼畅通。
（2）井底干净。
（3）井径规则，井径扩大率小于15％。
（4）固井前井下不漏失。
（5）钻井液中无严重油气侵，油气上窜速度小于10m/h.（6）套管居中，居中度不小于75%。
（7)套管与井壁环形间隙大于20mm。
（8)钻井液性能在不影响井壁稳定、保证井下压稳的情况下，应保证低粘度、低切力、低密度,具有良好的流动性能。
（9）水泥浆稠化时间、流动度等物理性能应满足施工要求。
（10)水泥浆和钻井液要有一定密度差，一般要大于0。
2. （11）下灰设备、供水设备、注水泥设备、替泥浆设备及高低压管汇等，性能满足施工要求。
（二）内管法固井工艺内管法固井工艺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。
用该工艺进行表层时，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.该工艺一般用于大直径套管固井。
固井施工设计与套管固井技术措施浅谈
固井施工设计与套管固井技术措施浅谈发布时间：2022-10-24T06:05:04.024Z 来源：《新型城镇化》2022年20期作者：李智勃[导读] 目前江汉油区的很多油水井都存在严重的套管损坏现象，使得油田产量下降，直接导致油水井报废。
常用的多种套损井治理技术中，小套管固井是将小于油套一个尺寸等级的套管下入油套内，实施水泥浆固井，从而形成一个全新的井筒结构，达到修复套损井的目的。
通过对小套管固井技术的工具、工艺改进等，小套管固井技术在江汉油区治理套损井的过程中，取得了良好的效果。
李智勃中石化胜利石油工程公司固井技术服务中心山东省东营市 257064摘要：目前江汉油区的很多油水井都存在严重的套管损坏现象，使得油田产量下降，直接导致油水井报废。
常用的多种套损井治理技术中，小套管固井是将小于油套一个尺寸等级的套管下入油套内，实施水泥浆固井，从而形成一个全新的井筒结构，达到修复套损井的目的。
通过对小套管固井技术的工具、工艺改进等，小套管固井技术在江汉油区治理套损井的过程中，取得了良好的效果。
关键词：修井作业；套损井治理；小套管固井；检泵周期随着油田开发时间的延长，由于综合含水上升、增产增注、腐蚀以及地质和工程技术等因素造成的套损井逐年增多。
以往的治理手段如座封隔采、水泥挤堵、套管补贴、取换套、侧钻大修等已不能完全满足套损井治理的需要。
2011年9月，中石化华北分公司第二采油厂开始在张天渠油田应用小套管技术，取得了成功。
1技术介绍1.1工作原理小套管固井就是将小于油套一个尺寸等级的套管下入油套内，实施水泥浆固井，从而形成一个全新的井筒结构，达到修复套损井的目的。
1.2适用范围①套管长井段或多点破漏，但未产生变形、错断。
②套管轻微变形，经过磨铣修复能达到下入小套管的通径。
③投产年限久，套管壁严重腐蚀变薄，但暂时还未穿孔，现在需要承压注水的井。
④射孔层位多，层间矛盾复杂，需要进行层间调整。
1.3技术优势①较强的抗挤毁能力。
二次固井工艺技术的优化研究
二次固井工艺技术的优化研究发布时间：2021-05-21T11:29:45.920Z 来源：《基层建设》2021年第2期作者：张国强[导读] 摘要：随着目前石油开采工业的不断发展，在实际的石油开采中对于开采效率及相关的工艺技术水平也有着越来越高的要求，二次固井工艺作为应用十分广泛的一种工艺技术，对于其水平的要求也不断提升。
中石化胜利石油工程有限公司固井技术服务中心山东东营 257064摘要：随着目前石油开采工业的不断发展，在实际的石油开采中对于开采效率及相关的工艺技术水平也有着越来越高的要求，二次固井工艺作为应用十分广泛的一种工艺技术，对于其水平的要求也不断提升。
因此，在目前的二次固井工艺技术应用过程中，相关技术人员应当对这一技术加强研究，实现二次固井工艺技术的进一步优化，使二次固井工艺技术的应用更好符合实际需求，实现该工艺技术的更合理应用。
本文对二次固井工艺技术的优化进行研究。
关键词：石油；二次固井工艺；优化引言在目前的石油开采工程中，为能够使工程效益得到更好的保证，需要对相关工艺技术进行应用，而二次固井工艺技术就是其中比较重要的一种，引入需要实现这一工艺技术作用的更好发挥。
在目前二次固井工艺技术的实际应用过程中，为能够使该技术实现更有效地应用，需要对这一工艺技术进一步优化，实现二次固井工艺技术水平的进一步提升，从而使二次固井工艺技术的应用要求得到更好满足，使石油开采工程具有更好的技术支持。
1二次固井工艺技术优化的必要性在目前的石油开采作业过程中，固井属于比较重要的一项内容，对于石油开采作业的实施及石油开采效率的提升有着重要的价值及意义，因而需要保证固井的合理性及科学性。
在目前的石油固井中，有些情况下由于各个方面因素的影响，需要实行二次固井，从而使固井作业能够更加合理，为更好进行石油开采提供更好的支持。
就当前的二次固井作业而言，对于固井工艺的技术要求也越来越高，因而需要对二次固井工艺进行优化，从而使二次固井工艺水平有效提升。
关于_套管柱及注水泥设计]——井身结构设计--具体设计
![关于_套管柱及注水泥设计]——井身结构设计--具体设计](https://img.taocdn.com/s3/m/85b6de140912a216147929f9.png)
p 0.00981( m fw ) Dmin
（ 3）
（二）中间套管设计
当有可能发生压差卡钻时，用下式重新计算中间套管下入深度：
pper
pN fw Sb 0.00981 Dmin
抽汲压力系数
深度为Dmin处对应的地层压力当量密度 在压差允许值下最大地层压力当量密度
1 940 N
1s
2 245 E
2-3a
决定表套是否被压破取决于钻进D1 ～D2井段时井
内最大压力（或最大当量泥浆密度）; D2 ～D3井段对表套套管鞋薄弱地层有没有影响？
D2
2
950
E
1-2z
或者说对表套的下入深度有没有影响？
3
570 K
D3
四、依据两条压力曲线进行井身结构设计的具体方法
（一）设计基本原理
（二）中间套管设计
（2）发生溢流（井涌）时
假设当钻至最大地层压力点对应深度（ Dpmax ）处时，发生一个大小为 S k 的溢流，此时需要停泵并关闭防喷器。若假设套管下深为D2x，同时考虑到地 层破裂压力评价误差，容易导出此时地层设计破裂压力当量密度ρff :
ff pmax Sb S f Dpmax D2 x Sk
●
分两种情况计算ρff ：
（1）正常作业（不会发生井涌）时 （2）发生溢流（井涌）时
（二）中间套管设计
（1）正常作业时（不会发生井涌时）：
ff pmax Sb Sg S f
激动压力系数 抽汲压力系数 破裂压力安全增值
图中（裸眼段）最大地层压力对应的当量密度值
地层设计破裂压力当量密度
实例分析
解：由图上查得最大地层孔隙压力梯度 为2.04g/cm3，位于4250m。
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全井固井套管串及注水泥工艺设计任务书
一、设计依据
1、井身结构；
2、套管管材；
3、各井段固井套管串外载考虑；
4、各井段使用钻头及进尺；
5、采用何种套管串设计方法；
6、采用何种注水泥方法。
二、设计要求
把全井固井分为表层套管固井、技术套管固井、油层套管固井进行设计。
1、按抗挤、抗拉、抗内压设计套管串；
2、按固井注水泥要求计算相关量，安排注水泥施工工艺；
3、设计结果列表。
附2：××井各层套管固井注水泥设计结果列表（供参考）
三、设计井基本参数
1、设计井基本参数如下：
（1）从0米到H1(米)井段，使用φ445mm钻头钻进，下入
"
8
3
13表套管固井，水泥返到地面；
（2）从H1（米）到H2（米）井段，使用φ311mm钻头钻进，下入
"
8
5
9技术套管固井，水泥返到地面；
（3）从H2米到H3米井段，使用φ216mm钻头钻进，下入"7
油层套管固井，水泥返到地面（或某一返高h s）；
（4）从H3（米）到H4（米）井段，使用φ161mm钻头钻进，下入"5
尾管固井，水泥注满环空；
（5）在H1井深固井用泥浆性能为ρ=1.10+∆ρg/cm3；在H2井深固井用泥浆性能为ρ=1.26+∆ρg/cm3；在H3井深固井用泥浆性能为ρ=1.5+∆ρg/cm3；在H4井深固井用泥浆性能为ρ=1.35+∆ρ g/cm3；地层水密度为1.05 g/cm3；
（6）库存有J－55，K—55，N－80，C—95的API长圆扣套管供选用，规范齐全。
四、固井套管串及注水泥工艺设计给定参数
1.封面：参考报告封面模板；
2.格式：参考设计格式要求。