油井水泥、外加剂_以及固井工艺技术

固井工程

1 第七章固井

在一口井的钻井过程中，由于各种原因，当钻头钻到某一深度时，需要从井内起出钻头，向井内下入称之为套管的中空钢质管柱，然后向井眼和套管之间的环形空间内注入水泥浆（干水泥与水及外加剂的混合物，有时也常将水泥浆简称为水泥），并让其凝固；然后再换用直径小一点的钻头继续钻进。一口井，视其所钻穿的地层的复杂程度，要经历一次到几次这样的过程，才能钻达目的油气层。

向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业称之为固井。固井工程的内容包括下套管和注水泥二大部分。

下套管就是将单根套管及固井所需附件逐一连接下入井内的作业。在石油现场上见到的单根套管通常由两部分组成，即套管本体和接箍（见图7-1）。接箍与本体是分开加工的，接箍两端加工有内螺纹（母扣），本体两端加工有外螺纹（公扣）。为便于上扣连接，螺纹面与套管本体、接箍的轴线成一定锥度。在出厂时将接箍装配在本体上。入井时，接箍（母扣端）在上，利用螺纹将一根一根单根套管连接而成套管柱。也有特殊加工的公母扣均在套管本体上的无接箍套管。无接箍套管的特点是螺纹连接处管子的外径比有接箍套管的接箍外径小，因此常用于环空间隙小的情况，以利下套管和随后的注水泥作业。

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套管外环形空间设计位置的作业称之为注水泥。图7-2所示为典型的采用双胶塞注水泥的施工程序。

如图所示，在套管柱的最上端的装置为水泥头，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；另外，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。套管柱的最下端装有引鞋以利下套管。浮箍实际上是一单向阀，其作用是防止环空中的水泥浆向管内倒流（因一般水泥浆的密度比钻井液的密度高），另外也起承坐胶塞的作用。

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。此时一级泥浆作业替入结束形成凝固现象，开始进行二级泥浆替入作业。当二级水泥作业完成后，即投入上胶塞，一旦上胶塞落入上胶套后，继续实施替浆作业，当压力值达到 3~4MPa时，就可以关闭套销钉，那么上胶塞、上胶套及关闭套座一并座入关闭套卡簧槽内，由此将循环孔堵塞住，泵压仍然持续上升，碰压的压力值为 15~20MPa，进而通过水泥车对其继续施加压力，以使碰压的压力值上升至22~26MPa 范围后，将循环孔关闭[2]。最后进行检查工作，首先通过在水泥车上放回水，检查是否将循环孔严密关闭。若经检查确认循环孔已被严密关闭，那么即时等候凝固，如果检查循环孔关闭并不严密，那么应重新进行加压，直至循环孔关死。如果重新施压循环孔仍然不能关闭，那么可以通过憋压侯凝的途径进行侯凝，当水泥浆达到凝固状态后开始实施放压。值得注意的是，在侯凝阶段严密观察压力值的变化情况，一旦压力值超过固井规定的压力范围时即刻进行放压。在应用分级箍之前，首先要在室内进行压力测试，通常情况下，试压值保持在 20~30MPa 范围，压力测试完毕后，还需做纵向应力试验。在固井工程中，应力大约控制在 450KN，工程后期无须再做复合应力试验。当上述工作全部结束后，在实际生产中应着重注意配合间隙的问题。比如注意上滑套、下滑套和分级箍间的装配间隙，当下滑套到达止环位置后，一定要确保水泥浆的垫层完全消除，那么必须对下滑套与双级箍之间所存在的间隙进行详细检查，从而使循环孔的开关过程得以顺利实施，进而有效增加分级箍在固井工程中应用的成功率。

长庆油田永久封井固井工艺认识

摘要：油井永久封井是油田开发生产活动中重要的环节之一。对封井工艺的研究将进一步促进油田的生产开发。本文将重点分析永久封井施工现场的主要作业工序，应用新型井下工具水泥承留器形成一套完整的施工方案指导封井施工。

关键词：油井永久封井水泥承留器

随着时间推移，有些油井存在无油，无生产潜力的情况，开发完毕后无任何生产价值，并且还可能对周围环境及人员生活时刻存在着风险。永久封井因此显得尤为重要，其中最常用的方法就是采取挤水泥方式封堵射孔层位和全井筒，特别是近年来水泥承留器的成功应用进一步提高了封井效率和封井质量。

1前期准备

1.清洗井筒

洗井是挤水泥前最关键的环节之一，干净无油污的井壁不仅有利于水泥石的胶结也能提高井下工具的可靠性。干净的井壁能使水泥石与套管内壁完全贴合从而彻底阻断油气沿着套管内壁上窜的通道，保证封井质量。措施队首先下入与套管内径相匹配的通井规处理井筒，确保井底无沉沙无落物，通井到底。再下入刮削器对井壁污垢进行刮削，承留器位置应该反复刮削5次以上，最后下入斜尖，用清水大排量冲刷井壁，至进出水颜色一致为合格，确保井壁干净无垢，为后期施工提供条件。

2.套管柱试压

这些油井基本上开采年限长，套管可能会因为地层液体腐蚀而破损给挤水泥施工带来危险，导致卡钻事故，井筒清洗合格后措施队下封隔器对套管柱进行试压。以长庆油田139.7mm油层套管常用试压管串结构为例：Φ73mmN80外加厚工具油管1根+Y221-114封隔器+球座(下直接接封隔器，不带球)+Φ73mmN80外加厚工具油管至井口。反循环至井口返水、管串畅通后，座封封隔器，油套环空反试压。若试压不合格则先小范围(2-5m)调整封隔器座封位置再重新试压1-2次。

3.油层求吸水

射孔油层吸水能力大小决定着水泥浆挤入量，同时也是对井底进行风险探查，保证水泥浆入井后能顺利进入地层对地层孔隙起到封堵作用。在不同排量下将清水挤入射孔段，记录挤入量，观察压力变化，正常在压力基本不变情况下，清水能大量进入射孔段，停泵后有压降最为合适。

超细油井水泥生产工艺流程

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超细油井水泥是一种特殊的水泥，主要用于油井的固井工程。以下是超细油井水泥的生产工艺流程： 1. 原材料准备。

固井技术规范

中国石油天然气集团公司固井技术规范

中国石油天然气集团公司

工程技术分公司

2008年

i / 35 目录

第一章总则 ........................................................................................................... 1

第二章固井设计 ......................................................................................................... 1

第一节设计依据和内容 .......................................................................................... 1

第二节压力和温度 .................................................................................................. 1

第三节管柱和工具、附件 ...................................................................................... 2

第四节水泥浆和前置液 .......................................................................................... 4

第五节注水泥和技术措施 ...................................................................................... 5

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。

固井技术

注水泥（固井技术）

第一节. 注水泥设计和计算的基本条件和参数

1. 注水泥设计的主要条件与参数:

(1)井所在区域;

(2)海域水深, 转盘到海平面高度, 转盘到泥线高度;

(3)设计井深(测量井深和垂直井深);

(4)井眼轨迹, 造斜点, 最大井斜角;

(5)井的性质, 探井还是生产井;

(6)油气层估计深度;

(7)薄弱地层的破裂压力值, 高孔隙地层压力;

(8)井底

(9)钻井液类型及主要性能;

(10)套管资料；

(11)套管程序;

(12)其它条件；

2. 通过实验应取得的参数与资料:

(1)水泥浆类型;

(2)水泥浆密度;

(3)流变性能;

(4)自由水含量;

(5)失水量;

(6)可泵时间;

(7)稠化时间;

(8)抗压强度;

(9)混合水需要量;

(10)水泥造浆量;

(11)添加剂种类及加入量(固体添加剂为重量百分比, 液体添加剂为体积百分比)。

第二节. 注水泥质量控制和安全措施

1. 根据注水泥设计和计算参数作出完全符合井况和钻井作业要求的固井设计。

2. 井眼准备必须达到:

①井壁稳定、不垮塌、不漏失;

②通过循环和处理后钻井液性能稳定, 井眼畅通无阻卡;

③岩屑清除彻底;

④地层孔隙压力, 薄弱地层破裂压力准确;

⑤通过循环建立正确的循环压力。

固井技术规范 2

file:///E|/找好文档就上豆丁网/固井技术规范.txt[2016/12/13 18:53:07]2009年5月第一条固井是钻井工程的关键环节之一，固井质量对于延长油气井寿命和发挥油气井产能具有重要作用。为提高固井管理和技术水平，保障作业安全和质量，更好地为勘探开发服务，依据有关规定制定本规范。第二条固井工程应从设计、准备、施工和检验环节严格把关，采用适应地质和油气藏特点及钻井工艺的先进适用固井技术，实现安全、优质、经济、可靠的目的。第三条固井作业应严格按照固井设计执行。第二章固井设计第一节设计依据和内容第四条应以钻井地质设计、钻井工程设计、实钻资料和测井资料为基础，依据有关技术规定、规范、标准进行固井设计并在施工前按审批程序完成设计审批。第五条进行固井设计时应从井身质量、井眼稳定、井底清洁、钻井液和水泥浆性能、固井施工等方面考虑影响施工安全和固井质量的因素。第六条固井设计中至少应包含以下内容：（1）构造名称、井位、井别、井型、井号等信息。（2）实钻地质和工程、录井、测井资料等基础数据。（3）管柱强度校核和管串结构设计、水泥浆化验数据、固井施工参数等关键施工数据的计算和分析结果。（4）固井施工方案和施工过程的质量控制、安全保障措施。（5）应对固井风险的技术预案和HSE预案。第七条用于固井设计的重要基础数据应从多种信息渠道获得验证，尽量避免以单一方式获得数据。第二节压力和温度第八条应根据钻井地质设计、钻井工程设计、实钻资料、测井资料评估或验证地层孔隙压力、破裂压力和坍塌压力。第九条确定井底温度应以实测为主。根据具体情况也可选用以下方法：第三节管柱和工具、附件第十条套管柱强度设计应采用等安全系数法并进行双轴应力校核，高压油气井、深井超深井、特殊工艺井还应进行三轴应力校核。第十一条高压油气井和深井超深井的管柱强度设计应考虑螺纹密封因素。热采井的管柱强度设计应考虑高温注蒸汽过程中的热应力影响。定向井、大位移井和水平井的管柱强度设计应考虑弯曲应力。第十二条对管柱载荷安全系数的一般要求为：抗外挤安全系数不小于1.125，抗内压安全系数不小于1.10，管体抗拉伸安全系数不小于1.25。对于公称直径244.5mm(含244.5mm)以上的套管，螺纹抗拉伸安全

油气井水泥生产与应用

水泥熟料：主要是Cao、SiO2、Al2O3、Fe2O3

CaO：水泥熟料中最主要的部分。形成硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙

SiO2：与氧化硅生成硅酸三钙和硅酸二钙

Al2O3：生成铝酸三钙和铁铝酸四钙

Fe2O3：生成铁铝酸四钙

高抗硫酸盐积极油井水泥为什么要控制C3A的含量：若C3A过多，则水化反应会加快，使水泥凝结不牢固，另外还会造成水化热大，会与石膏生成钙矾石，导致水泥石膨胀开裂，因此必须要控制C3A的含量。

湿法优点：1加水后有利于搅拌均匀2制备生料时扬尘少

缺点：1成本高，所需场地大2耗能较大

干法优点：1热耗较低2成本不大

缺点：1扬尘较多2配料调和比困难

油井水泥生产工艺过程：

硅酸盐水泥生产的主要工艺过程为：生料制备、熟料的煅烧、水泥的粉磨与包装等。

油井水泥生产工艺过程：原料混配、粉磨、煅烧、冷却、熟料研磨

煅烧经历：干燥与脱水、碳酸盐的分解、固相反应、烧成、冷却

1. 干燥与脱水：使物料的自由水蒸发，脱水是粘土矿物分解放出化合水，自由蒸发热耗很大，粘土脱水首先发生在粒子的表面，接着向粒子中心扩散。

2. 碳酸盐分解：其过程是吸热反应，受系统温度和周围介质中二氧化碳的分压影响较大，碳酸钙的分解吸收大量的热量。

3. 固相反应：发生在回转窑内，在900°到1100°时，所有碳酸钙分解，游离氧化钙达到最高值。在1100-1200℃时，大量形成C3A和C4AF，C2S含量达到最大值。固相反应的反应活性很低，速率很慢。一般包括相界面上的反应和物质迁移两过程。

4. 烧成：熟料烧结成阿利特的过程

5. 冷却：熟料的冷却从烧结温度开始，同时进行液相的凝固和相变两个过程，能回收熟料带走的热量，预热二次空气，提高热效率；迅速冷却熟料以改善熟料质量与易磨性，降低熟料温度。

出磨的水泥为什么强度低于出厂时的强度

水泥出磨时，游离CaO含量较高，没有完全消解，它对水泥的破坏性比较大。因此，强度不高。过了一段时间，游离氧化钙消解了很多，此时出厂的水泥强度破坏作用就很少，强度大于出磨时。

油井水泥工艺质量管理技术

发布时间：2022-10-19T05:58:45.563Z 来源：《中国科技信息》2022年第6月第11期作者：李江涛

[导读] 对于我国发展来说，油井水泥工艺质量管理工作十分重要。

李江涛

新疆天山水泥股份有限公司新疆乌鲁木齐 830000

摘要：对于我国发展来说，油井水泥工艺质量管理工作十分重要。G级高抗硫酸盐油井水泥为一种基本的油井水泥，在生产中用G级油井熟料掺加适量的石膏粉磨而成，不允许掺加其它掺和料。目前我国的油井水泥生产企业都是以G级高抗硫酸盐油井水泥为市场主打产品，

再掺加适量的减轻（增重材料）和外加剂混拌成高密度和系列低密度成品灰，以满足不同质量性能要求的油田固井需求。根据生产实践介

绍油田固井大量使用的一种高性能G级高抗硫酸盐基本油井水泥在2500t/d新型干法生产线、Φ4.2m×13m闭路水泥磨系统的工艺质量管理技

术。

关键词：油井水泥；工艺质量；管理技术

引言

专用于油井、气井固井工程的水泥为油井水泥，又称堵塞水泥。它的主要作用是将套管与周围的岩层胶结封固，封隔地层内油、气、水层，防止互相串扰，以便在井内形成一条从油层流向地面且隔绝良好的油流通道。按照GB/T10238－2015《油井水泥》的分类，油井水泥

分为A、B、C、D、G、H六个级别，其类型主要分为普通型（O）、中抗硫酸盐型（MSR）、高抗硫酸盐型（HSR）油井水泥。

1.概述

铜川药王山生态水泥有限公司是尧柏特种水泥集团的油井水泥的生产基地，公司在一条2500t/d新型干法生产线上生产油井熟料，在

Φ4.2m×13m闭路水泥磨系统生产油井水泥，公司的市场主导产品为G级高抗硫酸盐油井水泥，根据客户需求，生产少量其它品种的油井水泥。公司2014年初生产的G级高抗硫酸盐油井水泥虽然能够完全满足GB/T10238-2015标准要求，但市场客户反馈质量性能的稳定性及高温

触变等使用性能还需优化提升。

2.油井水泥标准发展现状