固井新技术介绍
振动固井技术
振动固井技术内容摘要：振动固井是在下套管、注灰、顶替和候凝的过程中，采用机械振动、液压或空气脉冲、水力冲击等手段，产生振动波作用于套管、钻井液和固井液来提高固井质量的一项新技术。
实践证明，振动可以提高水泥石强度，,提高顶替效率，消除水泥中的气泡，形成完好的水泥环，还可以缩短候凝的时间，防止固井后的油、气、水混窜，有利于提高一、二界面的胶结强度。
关键词：振动固井固井质量脉冲式谐振器一、概述国外在60年代就开始这方面的研究工作,主要以前苏联和美国为代表。
前苏联已有5个油田近百口井成功地使用了这项技术,有效地提高了固井质量,获得明显的经济效益。
国内在这一领域开始进行系统研究,1992年大庆钻井研究所对振动固井技术进行探索性研究,1994年大庆钻井技术服务公司与大庆石油学院合作,研究并设计了一种水力脉冲振动套管鞋。
从室内试验和现场试验结果看,它的振动作用是比较明显的,但还没有真正应用到现场。
1998年辽河油田钻井二公司和航天工业总公司606研究所电子仪器厂协作研制成功了井下水力脉冲振动发生器,并进行了17口井的现场试验,合格率为100%,优质率为94%,取得良好效果。
动态振动固井是在常规振动固井技术的基础上进行的改进，动态振动式相对于传统固定位置条件下的振动而言的，是指振动器一边在套管中自上而下运动，一边在套管中振动，并在一定范围内传动振动波。
固井施工过程中，在注水泥，顶替和候凝时，采用自发振动的激振器让振动波对套管，钻井液和水泥浆产生作用，提高固井质量。
通过激振器在全井阶段中的运动，实现整个套管柱的阻尼共振效应，全面激活界面、钻井液和水泥浆，改善流体流动性，提高顶替效率、水泥石强度和界面胶结质量，防止活跃地层流体侵入环空，从而达到提高固井质量的目的。
二、振动固井技术1、振动对固井质量的作用振动能提高水泥石强度：前苏联乌发石油研究院科技人员通过室内试验,证实了这样一种结论,即对水泥浆建立振动场,不论振动场强或弱,均可提高水泥石的强度。
胜利油田水平井固井新技术
胜利油田水平井固井新技术随着胜利油田油气勘探的深入开展，水平井固井已成为胜利油田水平井建设中不可或缺的技术。
然而，传统的水平井固井技术在使用过程中，存在着固井时效性、耐高温高压、蠕变性等问题。
为了解决以上问题，胜利油田开始运用新型水平井固井技术，此技术在实践中显示了出色的效果。
下面，将详细介绍一下胜利油田水平井固井新技术。
一、技术原理胜利油田水平井固井新技术基于无机胶凝材料。
其独特的组分特点使其具备科学的胶凝机理和特殊的固化反应性能。
与传统水平井固井材料不同，新型水平井固井材料不会因为温度或压力等因素的影响而导致材料老化或者变形等不良反应。
此外，新型水平井固井技术也能很好地满足水平井对固井药剂的耐高温性的需求。
二、技术优势1. 提高固井质量，延长固井效果的时间：新型水平井固井技术以其优异的胶凝稳定性，能迅速达到水平井固井的需求，提高固井质量，并将固井效果时间从传统的两年以上延长到三年或以上。
2. 提高水平井完井质量: 新型水平井固井技术运用无机胶凝材料，它具有与岩石共同的强度和变形特性；在固井过程中，在孔隙中形成的胶体阻止了注入液体进入孔隙，从而能够提高水平井完井质量。
3. 提高耐高温性能：新型水平井固井技术可以在高温高压下维持固化反应，耐硬度溶解，最大程度地减少了固井药剂受到升温等因素影响而影响固井质量的可能性。
4. 提高适应性：新型水平井固井技术能够适应不同类型的岩层以及水平井中的不同作业环境。
在不同的岩层中运用，有很好的固井效果，不会出现蠕变，提高了固井的稳定性。
三、应用前景新型水平井固井技术以其可重复使用性、环保性以及较长的固井效果时间而被广泛应用于胜利油田的水平井建设中，且已取得明显的效果。
在未来的水平井建设时，新型水平井固井技术的运用将成为胜利油田水平井建设中的重要技术手段之一。
总之，新型水平井固井技术以其强的适应性、稳定性和优异的延长固井效果的时间等优点，成功地将固井效果的稳定性和工程经济性相结合，为胜利油田水平井建设注入了新的活力。
储气库老井封堵及新钻井固井技术现状
储气库老井封堵及新钻井固井技术现状储气库是一种专门用于储存天然气的设施，通常由地下储气库和地下储气库两大类型组成。
随着能源需求的增加，地下储气库的重要性日益凸显。
而地下储气库在运行中会产生老化和腐蚀等问题，封堵老井并进行新钻井固井成为了当前急需解决的技术难题。
一、储气库老井封堵技术现状储气库老井封堵是指对不再使用的老旧井进行封堵处理，以确保其不会对地下水源和周边环境带来污染。
目前，储气库老井封堵主要采用以下技术：1.注浆封堵技术注浆封堵技术是指在井孔中注入具有一定流动性的材料，如水泥浆、砾石浆等。
这些材料会填满井孔并在硬化后形成封堵层，阻止地下水和天然气的泄漏。
注浆封堵技术操作简单，成本低廉，广泛应用于储气库老井封堵工程中。
2.封堵剂封堵技术封堵剂封堵技术是将一定量的封堵剂注输到老井中，使其在井孔内形成一层保护膜，阻止地下水和天然气的泄漏。
封堵剂封堵技术具有操作便捷、封堵效果持久等优点，但需要定期检查和更换封堵剂。
3.物理封堵技术物理封堵技术是指在老井井口封上盖板、挖沟等措施，以避免其被外界因素侵入。
物理封堵技术简单易行，但只能暂时有效，长期来看需要结合其他封堵措施一同使用。
二、新钻井固井技术现状新钻井固井是指在地下储气库中新建井孔，并进行固井处理，以确保井孔安全并能顺利进行天然气的储存。
目前，新钻井固井技术主要采用以下方法：1.水泥固井技术水泥固井技术是将特制的水泥浆注入井孔中，填满井孔并在硬化后形成一层坚固的水泥保护层。
水泥固井技术具有成本低廉、固井效果好等优点，是目前新钻井固井中最常用的技术之一。
2.封堵管固井技术封堵管固井技术是在井孔中安装一定数量的封堵管，并在管道周围注入水泥浆等材料，形成一定的固井保护层。
封堵管固井技术能够有效加固井孔结构，提高井孔的安全性和稳定性。
3.化学固井技术化学固井技术是在井孔中使用化学材料进行固井处理，比如聚合物固井剂、灌浆剂等。
这些化学材料具有固化快、固井效果好等特点，能够在短时间内完成井孔固井工作。
储气库老井封堵及新钻井固井技术现状
储气库老井封堵及新钻井固井技术现状储气库是一种储存天然气的大型地下设施，为了确保储气库的安全运营，封堵老井和实施新钻井固井技术是必要的。
老井封堵是指关闭和填塞废弃的井口，以避免天然气泄漏和地下水污染。
根据实际情况，封堵老井通常分为两种方法，即机械封堵和水泥封堵。
机械封堵是通过安装金属密封设备或橡胶密封套管在井口，以防止天然气泄漏。
该方法在封堵老井中应用广泛，因为它能够有效地控制泄漏，并能够根据需要进行调整。
机械封堵并不能完全确保封堵效果，因为设备可能因为年久失修而破裂或松动。
水泥封堵是通过注入水泥浆体到井孔中，将井孔填充并形成封堵层。
水泥封堵通常用于废弃井的封堵，它能够长期稳定地封堵井孔，防止地下水污染和气体泄漏。
水泥封堵技术需要有效的井筒清洁，以确保完全填充并固定封堵层，否则可能导致泄漏。
除了封堵老井，实施新钻井固井技术也是储气库建设和运营的重要环节。
新钻井的固井是指在油井钻探完毕后，将水泥浆体注入井筒以加固井壁和隔绝地层。
新钻井固井技术的主要目的是确保井筒的完整性，防止地层涌水、气体泄漏和井筒塌陷。
目前，储气库老井封堵和新钻井固井技术已经取得了较大的进展。
在老井封堵方面，机械封堵和水泥封堵技术的应用得到了广泛推广，并且随着技术的不断改进，封堵效果得到了进一步提高。
在新钻井固井技术方面，随着水泥浆体配方的改进和高性能固井材料的应用，固井质量得到了显著提高。
新钻井固井技术中的监测和控制手段也得到了改善，使得固井作业更加安全和可靠。
储气库老井封堵和新钻井固井技术在储气库建设和运营中具有重要的作用。
随着技术的不断发展，封堵老井和固井作业的效果将会进一步提高，为储气库的安全运营提供更加可靠的保障。
现代固井技术讲座
根据井眼条件和套管尺 寸，选择合适的扶正器 类型和规格，确保其能 够在井眼中起到良好的 扶正作用。
在设置扶正器时，需要 考虑扶正器间距、数量、 位置等因素对扶正效果 的影响。
通过优化扶正器设置方 案，提高套管的居中度， 减少偏心度，从而提高 固井质量和油气井寿命。
数字化设计与仿真
利用数字化技术对固井方案进行 设计和仿真，优化施工方案，提
高施工效率和质量。
信息化管理系统
建立固井信息化管理系统，实现施 工数据实时采集、传输和处理，提 高管理效率和决策水平。
智能化监测与预警
利用物联网、大数据等技术，对固 井过程进行实时监测和预警，及时 发现潜在问题并采取相应措施，确 保施工安全和质量。
凝结时间
水泥浆从开始混合到失 去流动性的时间，影响 施工安全和固井质量
新型水泥浆体系研究与应用
低密度高强度水泥浆
降低水泥浆密度，提高固井质量，减轻地层 压力，防止漏失
高性能纤维水泥浆
提高水泥石的韧性、抗裂性和耐冲击性，适 用于复杂地层的固井作业
纳米材料改性水泥浆
利用纳米材料改善水泥浆的流变性、触变性 和力学性能，提高固井质量和施工效率
03 注水泥浆体系与性能评价
注水泥浆体系组成及作用
组成
水、水泥、外加剂和掺合料等
作用
填充井眼环形空间，封固套管与井壁之间的环形空间，防止不同地层流体间的 互窜
水泥浆性能评价指标与方法
密度
稠度
反映水泥浆的固相含量， 影响固井质量和施工安 全
表示水泥浆的流动性， 影响顶替效率和固井质 量
失水量
水泥浆在静止条件下通 过渗透作用失去水分的 量，影响水泥石的强度 和密封性
《现代固井技术专题》PPT课件
水泥浆体系与井下条件相适应
4. 井下有大套盐岩层使用聚合物外加剂水泥浆体系固井， 既解决盐层大溶性问题又能阻止地层的塑性运动。
5.
（聚合物外加剂在盐层固井专题中有详细介绍）
b. 水泥浆失水量应与地层相适应
最能影响地层稳定的水泥浆性能应该 是水泥浆的失水量，高离子滤液会引起水 敏性地层疏松脱落，可以降低产层的渗透 率，特别是流经易漏失层，形成厚的泥饼 造成桥堵，压破地层是对地层最大的危害。
3率.漏必失须前达地到层10渗m透d，裂定缝的必宽须度达才到能一容
沙砾层渗透率很 纳泥浆
少达到3.5md,泥
浆不会漏入油气
砂层。
1.漏失通常突然 出现，当泥浆密 度超过 1.25gcm3会促 使诱发裂缝的形 成
1.通常为石灰岩 地层
2.上返泥浆突然 全部漏失
漏失前钻头回下 落几英寸或几英 尺，并出现跳钻
一、 固井的目的和意义 二、 地下水对水泥和套管的破坏 三、 水泥浆滤液对水泥和油层的腐蚀 四、 注水泥技术与地层岩性相互适应 五、 消除产层CO2和H2S对固井的影响
一. 固井的目的意义
1. 固井的目的就是要实现水泥对油、气、水 层及其层与层之间的有效封隔；
2. 固井作业是一口井整个施工中最重要的 组成部分，没有任何因素比固井质量对 油井产能的影响更大；
对漏失地层的认识
漏失层分类 1. 疏松或高渗透地层 2. 自然裂缝地层 3. 诱发的垂直或水平裂缝地层 4. 多孔和洞穴地层
漏失层的特征
疏松沙砾层
自然裂缝
诱发裂缝
孔穴地层
1.泥浆池液面逐渐 1.自然裂缝出现
下降
于各种岩层。
2.如继续钻进，可 2.漏失是泥浆池
能回转变为完全 液面逐渐下降。
水平井固井技术在海上的应用
水平井固井技术在海上的应用一、水平井固井技术的基本原理水平井固井技术是指将井眼水平或接近水平钻井，并通过一定的工艺手段将井眼进行封固，以实现有效的压裂、产能提高或水平井段的改造。
水平井固井技术的主要特点是可以在地层中选择性地进行水平或接近水平钻井，并通过多段水平段的组合进行井筒的封固，实现了对地层的有效改造和开采。
二、水平井固井技术在海上石油开采中的应用1. 提高石油开采效率水平井固井技术可以实现对地层的有效改造，通过压裂、封固等工艺手段，提高了石油开采的效率。
在海上石油开采中，水平井固井技术可以有效地改造含油层，提高产能，减少能源浪费，降低环境污染。
2. 降低石油开采成本水平井固井技术可以在地层中实现选择性的开采和改造，减少了钻探的次数和能源消耗，降低了石油开采的成本。
在海上石油开采中，水平井固井技术的应用使得原本高昂的开采成本得到了有效控制，降低了石油开采的整体成本。
3. 减少井眼对海洋环境的影响水平井固井技术可以使井眼水平或接近水平，减少了对海洋环境的影响，降低了海洋生态系统的损害。
在海上石油开采中，水平井固井技术的应用使得原本可能导致海洋环境污染的石油开采活动得到了有效的控制，有利于维护海洋生态系统的稳定和健康发展。
可以预见，随着海上石油开采的不断深入，水平井固井技术将在未来的石油勘探开发中得到更广泛的应用。
未来，水平井固井技术在海上石油开采中将继续发挥其在提高石油开采效率、降低成本、保护海洋环境等方面的重要作用。
随着技术的不断进步，水平井固井技术将更加智能化、自动化，可以实现对井眼的精准控制和地层的有效改造。
随着环保意识的提升，水平井固井技术在海上石油开采中的应用将更加注重对海洋环境的保护和生态系统的恢复。
新疆油田复杂井特殊井固井技术
新疆油田固井简介
新疆油田2006年开发井统计
类 型 油田区块名称 井 数 （ 口 ） 井深（米） 备 石南21井区 稀油新区 50 2560 注 低密度
百31井区 陆九井区 八区 百21井区 百重7井区 四2区
46 25 90 8 125 30
1700 2680 2900 2400 600 650
高压井固井技术
超高密度水泥浆
控制水泥浆的沉降稳定性 ----技术途径
由于水泥浆中加入了加重料，加重料的密度和水泥的密度 相差比较大，浆体容易沉降，不稳定。超高密度水泥浆在保持 必要的流动性的前提下，尽量控制水泥浆的沉降稳定性，常规 水泥浆稳定性允许相差0.03 g/cm3，我们在室内做了大量的实验， 评价、优选水泥浆配方，得到高密度水泥浆稳定性为密度差控 制在0.02g/cm3以内。
主要内容
一、前言 二、新疆油田固井简介 三、高压井固井技术 四、低压易漏长封固段固井技术 五、新型MTC固井技术 六、结束语
新疆油田固井简介
固井技术水平
新疆固井经过长期的固井技术研究和现场固井技术服务的知识积累， 荣获各种科技成果奖60余项，其中泡沫水泥固井技术、双级注水泥、 尾管固井技术分别荣获国家和总公司科技进步重大成果奖，能够承
超高密度固井工艺
为了解决准噶尔盆地南缘霍尔果斯构造高压井固井难题，设 计了密度高达2.60g/cm3的超高密度水泥浆体系及隔离液、 研制了新型的循环喷射批量混合器、使用二次加重工艺、现 场控制总液量等技术，成功地在霍10井、霍001井、霍002
井、安5井、安001、高泉1井等进行固井施工，固井声幅解
☆ 油田全面注水开发，采出液含水率已大于50%；
☆ 井距小于300m，地层水及注入水影响水泥浆饿凝结过程； ☆ 封固段长达600m
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套管膨胀
压力增加 纵向拉力
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硬地层 (横向压力)
• • • •
强度足够高 有一定的弹性（相对较低的杨氏模量） 不可压缩性 (相对较高的泊松比) 微膨胀性
8
FlexSTONE*韧性膨胀水泥体系
高固相含量的韧性可膨胀水泥浆体系，可抵抗应力变化
美国页岩气作业中已使用超过25次 FlexSTONE 固井
• • • 13 in Marcellus 12 in Permian Basin 1 in Fayetteville
11
案例介绍：韧性膨胀水泥在重庆储气库的应用 SPE:14IPTC-P-353-IPT
第一次测井：候凝50小时，测井介质为1.45SG钻井液 第二次测井：固井后用对套管试压35MPa，311.2mm井眼 段钻进至2201m后（即间隔61天），测井介质为1.40钻 井液
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图形1 充分分散的 GASBLOK*乳 胶颗粒
图形2 由接合的GASBLOK* 乳胶粒子形成的不 具备渗透性的膜层
18
气窜的防止
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顶替过程
扶正器 – 良好的 居中度
稠化、硬化过程
水泥石硬化之后
X分钟
X
GasMigrationAdvis 防气窜软件分析 or* or*
: 2011年5月 –2013年4月 日期 : 1.50 / 1.69 SG 密度 CBL/USIT 测井 : 胶结质量好 注汽日期 注汽温度 :2011年12月 : 310℃
• •
第一口井已进行超过30轮循环周期。 目前生产没有问题 客户计划继续使用热响应水泥。
27
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0%
°C 40 °F 4
FlexSTONE
9
200 392
韧性膨胀水泥的优点
在泵送时:
• 优化的水泥浆粘度及固相含量可以达到有效的泥浆清除 • 流体间界面平坦（层流顶替）
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泵送结束后:
• 高固相含量，固液相转换时间短及优秀的失水控制可以防止气窜
固化后:
• 在压裂作业中保持水泥石的完整性，防止微裂缝和微环空的产生 • 低孔隙度及低渗透率，可以更好的抵抗流体的侵入及腐蚀
小时
X天 月 X
X年
浆液的顶替
即 程中的液 顶替过 时气窜柱 压力
防气窜 短期内 添加 剂 气窜
长期气窜……
FUTUR*水泥体系是防止长期气窜的绝佳选择
良好的固井技术和水泥浆设计仍是必不可少的
19
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热响应水泥
20
高温蒸汽对油井完整性的挑战
井况: 常温下固井 (5 – 50 ℃) 第一次升温需数小时至数天 长期在高温下运行(至344℃) 经历温度周期变化
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T
T
产生高应力
产生较低低应力
ThermaSTONE*热响应水泥
23
Thermally responsive 热响应
解决方案: ThermaSTONE* 热响应水泥
优化颗粒匹配
低温下能凝固 高温强度不衰减 热膨胀系数高 导热系数低（降低蒸汽热损失） 低杨氏模量（汽采条件）
用Losseal W进行堵漏： 通过钻头堵漏成功
4 次 (每次100 bbl):
第一次 第二次 第三次 第四次
465 BPH
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225 BPH 35 BPH 0 BPH
Density 密度 lBm/galUS SG Expansion 膨胀率 上限 2%
G级水泥 硅粉 抗高温材料
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微膨胀性
Young’s modulus 杨氏模量 低于 MPa 4500 0% Steam Injection Temperature 汽采温度 11.7 1.4 14.2 1.7
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自动恢复油气井的完整性
12.0 1.44 16 lbm/gal 1.92 SG 20 68
密度
温度范围
138°C 280°F
甲烷浓度
95%mol
油
16
FUTUR* 在意大利地下储气库的应用
问题描述：
在过去超过40年间, 在使用常规水泥浆体系的井中,持续的套压及气体泄漏是 很常见的. 并且这些井靠近城市中心.
2011-2013固井质量：平均优质率80%以上，合格率90%以上
13
假如水泥环上承受的应力不是我们预期的情况而水 泥环封固失败了,我们该怎么办呢?
我们如何才能克服水泥浆硬化后出现的问题呢?
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解决办法: FUTUR* 自愈合水泥
一种以水泥灰混灰设计为基础的技术 • 不改变固井的现场施工 • 将自愈合水泥浆置于油气层上部 在水泥硬化后，如果出现油气层层间封隔 问题后自动起作用
Density
ppg 10 SG 1.2
Controlled by PSD blend 18 design 2.2
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Young’s modulus
MPa psi Less than… 3000 435,000
Expansion
Up to… 2%
Temperature
10
案例介绍：韧性膨胀水泥在页岩气水平井固井的应 用– 美国Marcellus（SPE:149440）
问题：25%的井在压裂作业后出现井口带压的问题（常规水泥浆体系）
改用韧性膨胀水泥浆体系后：在固井后以及压裂作业（最大工作压力
9000PSI)后没有套பைடு நூலகம்或气体泄漏
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低密度
传统水泥
35 30
酸溶性(wt %)
CemCRETE*
传统油井水泥
低密度 传统水泥
25 20 15 10 5 0
低密度
传统水泥
6
6
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韧性膨胀水泥浆体系
7
应力变化大的井对水泥石的要求
储气库井/需要进行压裂的井
压力/温度频繁变化 常规水泥石的完整性容易受到破坏 转变！从固井到井的长期完整性 完整性遭到破坏的方式 • 微裂缝产生 被压裂：抗压强度 < 压力 被拉裂：抗拉强度 < 拉力 • 微环空产生 必须保证环空水泥石的完整性 防止水泥环破坏的要求
电测井段m 第一次 第二次 20-1505 21-1546 总长度 m 1485 1525 优 57.1 50.9 中 37 42.8 差 5.9 6.3 合格率 94.1 93.7
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对比
-6.2
+5.8
+0.4
-0.4
结论: 用韧性膨胀水泥固井，在试压后固井质量几乎没有变 化；而用常规水泥固井，在试压后固井质量大大降低 2011-2013固井质量：平均优质率80%以上，合格率95%以上
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Photo courtesy of EnCana
后果:
套损、井口升高、水泥环失效
停产修井、蒸汽浪费、产量下降 环境污染
挑战: 套管受热、冷却 水泥石应力挑战
水泥石成分、结构变化(内部产生孔隙)
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高温蒸汽对水泥环完整性的挑战
热稳定性
• 要保持在高低温下的高强度低渗透 性等 • 高温下(>110℃)的强度衰减
精密的软件模 拟
3
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成熟完整的水泥浆体系
4
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斯伦贝谢固井体系
5
传统油井水泥和CemCRETE*体系性能比较
160 0.2 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 60 50 70
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案例介绍：韧性膨胀水泥在呼图壁储气库的应用 SPE:163974
新疆油田呼图壁储气库：37口井
固井难点：动态环境下井的完整性
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解决方案：FlexSTONE*韧性膨胀水泥浆
• 9 5/8”套管尾浆使用FlexSTONE* (盖层) • 7”尾管使用FlexSTONE* (生产层)
双纤维堵漏体系介绍
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堵漏技术概述
常规堵漏方法
• 固体颗粒填堵 • 凝胶体系 • 水泥塞 • 基于纤维封堵
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常规方法缺点
• 依赖经验
• 裂缝大小敏感
• 无法通过钻具 • 可持续性差
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Losseal* 双纤维堵漏体系
适用领域
• 天然裂缝的堵漏，对裂缝尺寸不敏感
℃ 250
24
350
道达尔实验室验证
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G + Silica G级加砂水泥
(SPE 117709)
Light cement 轻质水泥
(SPE 117709)
ThermaSTONE* 热响应水泥
(SPE 137710)
Photos courtesy of Total
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套管热应力作用
• 温度和压力的周期性变化 • 要求高温条件下的韧性
热膨胀性
• 要求环空与套管相近的热膨胀性 • 环空填充满水泥无其他流体