固井工程技術(shù)基礎(chǔ)

1、.目 錄前 言 第一章固井概論第一節(jié) 固井概念第二節(jié) 固井的目的和要求第二章 套管、固井工具、附件和材料第一節(jié) API套管標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范第二節(jié) 固井工具、附件第三節(jié) 固井材料第三章 固井工程技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié) 固井工藝第二節(jié) 固井水泥漿第三節(jié) 注水泥施工程序第一章 固井概述一 、固井概念為了達(dá)到加固井壁，保證繼續(xù)安全鉆進(jìn)，封隔油、氣和水層，保證勘探期間的封層測(cè)試及整個(gè)開(kāi)采過(guò)程中合理的油氣生產(chǎn)等目的而下入優(yōu)質(zhì)鋼管，并在井筒于鋼管環(huán)空充填好水泥的作業(yè)，稱(chēng)為固井工程。因此固井包括了兩部分：下入套管的工藝和注入水泥漿的工藝叫做固井工藝。固井作業(yè)固井作業(yè)是通過(guò)固井設(shè)計(jì)，應(yīng)用配套的固井設(shè)備、輔助設(shè)備及工具，將油井

2、水泥、水和添加劑按一定的比例混合后，通過(guò)固井泵泵注入井，并頂替到預(yù)定深度的井壁與套管、（套管與套管）的環(huán)形空間內(nèi)，使套管與井壁、（套管與套管）之間形成牢固粘結(jié)。 固井設(shè)備總體示意圖二、 固井目的和要求1、固井的目的一口油井深達(dá)數(shù)千米，在鉆井過(guò)程中常常遇到井漏、井塌、井噴等復(fù)雜情況，影響正常鉆進(jìn)，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致井眼報(bào)廢。遇到上述情況就應(yīng)下套管固井，封隔好復(fù)雜地層后，再繼續(xù)鉆進(jìn)，直到建立穩(wěn)定的油氣通道為止。因此,為了優(yōu)質(zhì)快速鉆達(dá)目的層，保證油氣田的開(kāi)采，就要采用固井，固井工程的主要目的為：1）、在鉆進(jìn)過(guò)程中封隔易坍塌、易漏失等復(fù)雜地層，鞏固所鉆過(guò)的井眼保證鉆井順利進(jìn)行。（如圖1-1所示），當(dāng)從A點(diǎn)

3、鉆進(jìn)至B點(diǎn)，如果在A點(diǎn)井深處沒(méi)下套管固井，那么隨著井深的變化，鉆達(dá)B點(diǎn)所用泥漿密度在A點(diǎn)產(chǎn)生的壓力就會(huì)大于A點(diǎn)地層破裂壓力，造成A點(diǎn)地層破裂，發(fā)生井漏。同理，當(dāng)從B點(diǎn)鉆進(jìn)至C點(diǎn)，如果在B點(diǎn)井深處沒(méi)下套管固井，那么隨著井深的變化，鉆達(dá)C點(diǎn)所用泥漿密度在B點(diǎn)產(chǎn)生的壓力就會(huì)大于B點(diǎn)地層破裂壓力，造成B點(diǎn)地層破裂，發(fā)生井漏。圖1-1 下套管固井原理示意圖2）、封隔油、氣、水層，防止層間互竄。圖1-2 固井防止層間流體互竄示意圖固井工程不僅關(guān)系到鉆進(jìn)的速度和成本，還影響到油氣田的開(kāi)發(fā)。（如圖1-2所示），如果油、氣層與水層間水泥固結(jié)不好，層間互相竄通，那么會(huì)給油氣田開(kāi)發(fā)帶來(lái)很大困難。當(dāng)油、氣層壓力大于水

4、層壓力時(shí)，油、氣便會(huì)竄入水層內(nèi)，既污染了水層又影響到油氣的產(chǎn)量；當(dāng)水層壓力大于油、氣層壓力時(shí)，水便會(huì)竄入油氣層內(nèi)，造成油田開(kāi)發(fā)早期出水，嚴(yán)重時(shí)會(huì)水淹破壞整個(gè)油氣田。因此，必須確保固井質(zhì)量，對(duì)地層內(nèi)不同類(lèi)型的流體有效封隔。圖1-3套管固井后井口連接示意圖3）、支撐套管和井口裝置，建立油氣通道。鉆完井工藝要求固井后套管與地層間在水泥作用下應(yīng)具有良好的膠結(jié)，因?yàn)楣叹笏喹h(huán)不僅要支撐套管的重量，而且要承受安裝在套管上井口裝置的重量，準(zhǔn)備下一次開(kāi)鉆或完井投產(chǎn)（如圖1-3所示）。若水泥封固質(zhì)量差，則會(huì)導(dǎo)致套管下沉或井口裝置的不穩(wěn)定，影響正常作業(yè)或油氣通道的建立。4）保護(hù)上部砂層中的淡水資源不受下部巖層中

5、油、氣、鹽水等液體的污染；5）油井投產(chǎn)后，為酸化壓裂進(jìn)行增產(chǎn)措施創(chuàng)造了先決有利條件；2、固井的要求套管在一口井的總成本中，往往是各單項(xiàng)成本中最高的一項(xiàng)。而固井工程是鉆井工程中最關(guān)鍵復(fù)雜的作業(yè)，是百年大計(jì)。固井質(zhì)量的好壞關(guān)系到油井能否正常投產(chǎn)和油田壽命的長(zhǎng)短。固井質(zhì)量的關(guān)鍵所在就是下入井內(nèi)的套管柱的強(qiáng)度和環(huán)形空間的密封問(wèn)題。因此對(duì)于固井的要求必須作到以下幾個(gè)方面：1、套管柱的設(shè)計(jì)必須保證該套管串的任何部位在相應(yīng)的井段有足夠抗拉、抗 擠、抗內(nèi)壓強(qiáng)度，以保證下入井內(nèi)的套管不斷、不裂、不變形；2、套管柱的連接必須保證用規(guī)定的上扣扭矩上緊絲扣，保證套管連接的密封性；3、環(huán)形空間的水泥環(huán)要求均勻和連續(xù)封固

6、到預(yù)計(jì)的深度，且要求水泥環(huán)與井 壁及套管之間膠結(jié)和密封良好，以保證環(huán)形空間不竄、不漏，滿足油氣井 正常生產(chǎn)和分層作業(yè)的要求。第二章 套管、固井工具、附件和材料一、 API套管標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范1、長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)：代號(hào)長(zhǎng)度范圍 M最小與最大長(zhǎng)度間的變化范圍R15.49-7.321.83mR28.53-10.051.52mR310.97-12.801.83m2、鋼級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：API套管鋼級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的分類(lèi)是以套管材質(zhì)的最小屈服強(qiáng)度為依據(jù)的。API標(biāo)準(zhǔn)允許7種級(jí)別的鋼材用作油井套管材料。這7種鋼材分別是H40、J55、C75、N80、C95、P110、Q125、V150。 （它們的最小屈服強(qiáng)度分別是40,000psi、55

7、,000psi、75,000psi、80,000psi、 95,000psi、110,000psi、125,000psi、150,000psi。PSI是磅/英寸2的代號(hào)。1psi1磅/英寸20.07031公斤/厘米20.07031KSC。因此,換算成公制單位時(shí),它們的最小屈服強(qiáng)度分別是2812.4公斤/厘米2、3867.05 公斤/厘米2、5624.8公斤/厘米2、6679.45公斤/厘米27734.1公斤/厘米2、8788.75公斤/厘米2、10546.5公斤/厘米2。） API套管鋼級(jí)代號(hào)及其最小屈服強(qiáng)度列表如 下：最小屈服強(qiáng)度鋼級(jí)代號(hào)英制單位磅/英寸2 (PSI)公制單位公斤/厘米2 (

8、KSC)備 注H4040,0002,812.4抗硫化氫J5555,0003,867.05抗硫化氫C7575,0005,273.25暫行標(biāo)準(zhǔn) 抗硫化氫N(xiāo)8080,0005,624.8C9595,0006,679.45抗硫化氫P110110,0007,734.1高強(qiáng)度套管鋼級(jí)Q125125,0008,788.75高強(qiáng)度套管鋼級(jí)V150150,00010,546.5高強(qiáng)度套管鋼級(jí)API管材鋼級(jí)的物理機(jī)械性能鋼級(jí)性能H-40J-55K-55C-75N-80C-95P-105P-110V-100DE36Crnimo4SAE4140SAE3140最小抗拉強(qiáng)度(公斤/42.252.766.866.870.3

9、73.884.487.912066.870.311011072-89最小屈服極限毫米2)28.138.738.752.756.266.873.877.3105.533.752.71009560-722試樣的最小條狀2725伸長(zhǎng)率（）整體3225181817172020斷面收縮率（）40405745沖擊韌性ak(公斤-米/厘米2)44588使 用鉆桿套鉆接方鉆桿范 圍套管、油管管桿頭接頭 鉆進(jìn)3、API套管絲扣規(guī)范：API套管分為有接箍套管和無(wú)接箍套管（代號(hào)XCSG）兩種。API有接箍套管絲扣分為長(zhǎng)圓扣（LCSG）、短圓扣(SCSG)、梯形扣(BCSG) 工具接頭扣（TJ）即偏梯扣、VAM扣即梯

10、形扣（同一尺寸的套管，梯形扣接箍外徑比VAM扣接箍外徑大，但扣型相同，可以互換）。此外還有RL4型扣、LS型扣、LS2型扣、LS2HP型扣等等。API無(wú)接箍套管絲扣分為奧米加扣型、管端平坦線扣型（無(wú)接箍套管扣，英文為EXTREMELINE FORM）等。4、API套管標(biāo)記：1）、API鋼級(jí)代號(hào)和顏色標(biāo)記鋼級(jí)代號(hào)顏色標(biāo)記H40J55K55C75N80C95P110HJKC75NC95P無(wú)顏色一條淺綠色環(huán)帶二條淺綠色環(huán)帶蘭色，特殊情況接箍為蘭色，且中間有一黑色環(huán)帶一條紅色環(huán)帶蘭色（棕色特殊情況用），特殊情況接箍為蘭色，且中間有一黑色環(huán)帶白色（離接箍0.6米處）2）、API扣型代號(hào)扣型長(zhǎng)圓扣短圓扣梯

11、形扣無(wú)接箍代號(hào)LCSGSCSGBCSGXCSG3)、套管識(shí)別標(biāo)記圖2-1套管識(shí)別標(biāo)記圓螺紋套管標(biāo)記（示范）API直連型螺紋套管標(biāo)記（示范）.API套管VAM扣（示范）廠家用 途鋼 級(jí)接箍涂色廠家用 途鋼 級(jí)接箍涂色新日鐵深井用NT-95DS白色夾褐色環(huán)住友深井用SM-150G紫色夾白色環(huán)深井用NT-125DS白色夾黃色環(huán)高抗擠毀SM 95T茶色夾紅色環(huán)深井用NT-150DS白色夾粉紅色環(huán)抗擠抗硫SM-95TS茶色夾藍(lán)色環(huán)高抗擠毀NT-95HS粉紅色夾褐色環(huán)低溫井用SM-80L紅色夾黃色環(huán)高抗擠毀NT-110HS粉紅色夾白色環(huán)低溫井用SH-95L茶色夾黃色環(huán)抗硫化氫N(xiāo)T-80SS黃色夾紅色環(huán)日本

12、鋼管一般井H55黑色抗硫化氫N(xiāo)T-85SS黃色夾紫色環(huán)防硫J55草祿色抗硫化氫N(xiāo)T-90SS黃色夾橙色環(huán)一般井K55祿色抗硫化氫N(xiāo)T-95SS黃色夾褐色環(huán)防硫C75-2藍(lán)色低溫井用NT-80LS青色夾紅色環(huán)高強(qiáng)度N-80紅色低溫井用NT-95LS青色夾褐色環(huán)高強(qiáng)度C-95褐色低溫井用NT-110LS黃色夾白色環(huán)高強(qiáng)度P-110白色住友抗硫化氫SM-80S紅色夾白色環(huán)防硫NK-AC80紅色夾藍(lán)色抗硫化氫SM-90S橙色夾藍(lán)色環(huán)防硫NK-AC85紅色夾藍(lán)白色環(huán)抗硫化氫SM-95S茶色夾藍(lán)色環(huán)防硫NK-AC90紅色夾藍(lán)色環(huán)2條深井用SM-95G棕色夾白色環(huán)防硫NK-AC95褐色夾藍(lán)色環(huán)深井用SM-1

13、25G天藍(lán)色夾白色環(huán)高抗拉NK-T95褐色夾白色環(huán)二、固井工具、附件井口工具通常包括：套管水泥頭、尾管水泥頭、鉆桿水泥頭、快速接頭、循環(huán)頭等一）、固井工具1、水泥頭圖2-3 套管水泥頭（雙塞）1頂蓋；2密封圈；3本體；4釋放擋銷(xiāo)；5釋放指示銷(xiāo)；6套管聯(lián)接短節(jié)水泥頭是注水泥施工過(guò)程的井口聯(lián)接裝置，用于聯(lián)接套管（或鉆桿）和注水泥管匯；水泥頭還用來(lái)安裝膠塞，通過(guò)膠塞釋放擋銷(xiāo)機(jī)構(gòu)控制膠塞的釋放，并根據(jù)膠塞釋放指示銷(xiāo)判斷膠塞是否釋放。1）、套管水泥頭套管水泥頭：在套管固井時(shí)用于連接套管及地面固井管線，同時(shí)提供容納1-2個(gè)套管膠塞空間配有相應(yīng)釋放機(jī)構(gòu)。2）、尾管水泥頭圖2-4 尾管水泥頭示意圖尾管水泥頭由

14、提升短節(jié)、本體、旋轉(zhuǎn)軸承機(jī)構(gòu)、鉆桿塞擋銷(xiāo)機(jī)構(gòu)、投球機(jī)構(gòu)、鉆桿聯(lián)接短節(jié)和閥門(mén)管匯等部分組成，（如圖2-4所示）。尾管水泥頭主要用于尾管固井，提升短節(jié)和旋轉(zhuǎn)軸承機(jī)構(gòu)的作用同鉆桿水泥頭的對(duì)應(yīng)機(jī)構(gòu)相同。坐掛尾管懸掛器時(shí)，旋轉(zhuǎn)投球機(jī)構(gòu)的手柄，頂桿便將球從投球機(jī)構(gòu)內(nèi)腔頂出，球在重力和泵送液體的推動(dòng)下，沿鉆桿內(nèi)腔落到懸掛器球座上，在泵壓的作用下使尾管懸掛器實(shí)現(xiàn)坐掛。釋放尾管膠塞時(shí)，旋轉(zhuǎn)鉆桿塞擋銷(xiāo)機(jī)構(gòu)的手柄，使擋銷(xiāo)從鉆桿塞內(nèi)腔收回，鉆桿塞便在泵送液體的推動(dòng)下離開(kāi)鉆桿塞所在內(nèi)腔，沿鉆桿內(nèi)壁落到尾管膠塞座上，在泵壓的作用下剪切釋放尾管膠塞。3）鉆桿水泥頭鉆桿水泥頭：在半潛式鉆井平臺(tái)常規(guī)套管固井時(shí)使用，主要功能是連

15、接井口送入工具與固井管線，并提供容納鉆桿膠塞及/或剪切球的空間，配有相應(yīng)釋放機(jī)構(gòu)。2、快速接頭：用于連接套管與套管水泥頭。通?？焖俳宇^下段為對(duì)應(yīng)套管扣，上端為快速扣。3、內(nèi)管扶正器：內(nèi)管固井或其類(lèi)似固井作業(yè)中用于扶正鉆具在套管內(nèi)居中度。常為單弓型采用快速接頭聯(lián)接的套管循環(huán)頭鉆桿扣套管扣循環(huán)頭1502扣套管扣循環(huán)頭圖2-5常用循環(huán)頭結(jié)構(gòu)示意圖4、循環(huán)頭循環(huán)頭是在下套管或尾管中途連接于下入套管或尾管柱上建立循環(huán)的井口工具，（如圖2-5所示）。當(dāng)套/尾管下入中途或下入套/尾管過(guò)程中遇阻時(shí)，將循環(huán)頭下端的套管扣或分體短節(jié)連接于套管頂部，循環(huán)頭上端的接頭連接于鉆臺(tái)至泥漿泵的管線上，建立泥漿循環(huán)。5、內(nèi)管

16、注水泥插入頭內(nèi)管注水泥插入頭主要用于鉆井過(guò)程中大尺寸表層套管固井作業(yè)的工具。（如圖2-6所示），內(nèi)管注水泥插入頭主要由插入頭、密封圈和鉆桿連接扣等部分組成。當(dāng)表層套管下到設(shè)計(jì)井深后，在鉆柱底部連接內(nèi)管注水泥插入頭，下鉆并插入與之配合的套管鞋密封插座內(nèi)，便可準(zhǔn)備固井。 圖2-6 內(nèi)管注水泥插入頭示意圖6、雙級(jí)固井分級(jí)箍 分級(jí)箍母扣端 分級(jí)箍本體 關(guān)閉滑套的剪切銷(xiāo)釘 關(guān)閉滑套的鎖緊螺絲 循環(huán)孔6個(gè)3/8 剪切銷(xiāo)釘 用于液壓方式打開(kāi)分級(jí)箍 (標(biāo)記為 A1, A2, A3, A4, A5, A6)2個(gè)3/4剪切銷(xiāo)釘 - 用于機(jī)械方式打開(kāi)分級(jí)箍 (標(biāo)記為 “B”)2 個(gè)打開(kāi)滑套的鎖緊螺絲 (標(biāo)記為 “C

17、”)2 個(gè) 3/8機(jī)械打開(kāi)滑套的鎖緊螺絲 (標(biāo)記為 “D”)公扣端圖26雙級(jí)固井分級(jí)箍示意圖7、尾管懸掛器SYX-A型244.5177.8（9-5/87）尾管懸掛器為單液缸、雙錐體、雙排卡瓦、液壓坐掛式懸掛器。它主要由以下幾部分組成：如圖2-7所示a、懸掛器本體總成：由錐體、液缸、活塞、卡瓦等件組成。錐體 上卡瓦 下卡瓦 剪釘 活塞 液缸b、送入工具總成：該工具可重復(fù)使用，由防砂罩、提升短節(jié)、倒扣總成及中心管組成。提升短節(jié) 防砂罩 載荷支撐套 倒扣螺母 中心管c、密封總成：由密封外殼和密封芯子組成。密封外殼 密封芯子d、回接筒e、膠塞：包括鉆桿膠塞和尾管膠塞。f、球座總成g、浮箍、浮鞋圖2-7

18、尾管懸掛器圖組工作原理：SYX-A型244.5177.8（95/87）尾管懸掛器為液壓式，采用投球憋壓的方式實(shí)現(xiàn)坐掛。使用時(shí)配合專(zhuān)用的送入工具，將尾管懸掛器及尾管下入到井內(nèi)設(shè)計(jì)深度。投球，當(dāng)球到達(dá)球座后憋壓，壓力通過(guò)懸掛器本體上的傳壓孔傳到液缸內(nèi)，壓力推動(dòng)活塞上行，剪斷液缸剪釘，再推動(dòng)推桿支撐套，并帶動(dòng)卡瓦上行，卡瓦沿錐面漲開(kāi)，楔入懸掛器錐體和上層套管之間的環(huán)狀間隙里，當(dāng)鉆具下放時(shí)，尾管重量被支撐在上層套管上。繼續(xù)打壓，憋通球座，建立正常循環(huán)。然后進(jìn)行倒扣、注水泥、替漿作業(yè)。最后將送入工具和密封芯子提離懸掛器并循環(huán)出多余水泥漿，起鉆，候凝。二）、 套管附件1、浮鞋、浮箍套管浮鞋裝在套管柱底部引

19、導(dǎo)套管柱入井，防止套管柱底部插入井壁后遇阻；套管浮箍裝在浮鞋以上23根套管處，為膠塞提供碰壓位置，當(dāng)上膠塞到達(dá)浮箍時(shí)，泵壓會(huì)突然升高，這時(shí)候說(shuō)明膠塞已碰壓，固井替漿結(jié)束。不管浮鞋/箍，兩者都具有一個(gè)單流閥機(jī)構(gòu)（圖4-24），該閥可防止固井結(jié)束后套管環(huán)空內(nèi)的流體進(jìn)入套管內(nèi)，同時(shí)，在管串入井時(shí)還可減少大鉤載荷。 浮鞋浮箍 單流閥單回壓閥浮鞋 雙回壓閥浮鞋 可插入工具式浮箍（內(nèi)管固井） 單回壓閥浮箍 可插入工具式浮箍2、膠塞圖4-25 套管膠塞頂、底塞1）、套管膠塞 套管膠塞（圖4-25）主要用于自升式平臺(tái)和導(dǎo)管架上的套管固井，底塞（紅色）用來(lái)隔離水泥漿與前置液，防止前行水泥漿在出套管浮箍前受污染；

20、頂塞（黃色）用來(lái)把頂替液與水泥漿隔開(kāi)，防止后面的水泥漿受頂替液的污染，同時(shí)頂塞還用來(lái)碰壓，指示固井替漿結(jié)束。2）、尾管膠塞組 尾管膠塞（圖4-27）連接在尾管送入工具中心管下端的接箍上，鉆桿膠塞通過(guò)尾管水泥頭進(jìn)行投放，刮去鉆桿內(nèi)的水泥漿并與尾管膠塞復(fù)合后，剪切釋放尾管膠塞。尾管膠塞下行頂替水泥漿至球座后碰壓。 圖4-27 尾管膠塞組3、套管扶正器剛性彈性圖4-28 套管扶正器套管扶正器（圖4-28）有彈性和剛性之分，它們的作用是扶正套管，提高套管在井眼中的居中度，使套管與井壁環(huán)空的水泥漿充填均勻，保證固井質(zhì)量。套管扶正器通常安放在油層、水層上下，井徑不規(guī)則處，浮鞋、浮箍的上下，尾管重疊段等位置

21、。焊接式扶正器n 用于所有的常規(guī)井n 一體式鉸鏈可承受較大負(fù)荷n 高級(jí)彈性弓板n 自鎖式鉸鏈銷(xiāo)釘可防止松脫n 超強(qiáng)度焊接非焊接式扶正器n 超過(guò) API 10D 標(biāo)準(zhǔn)要求n 弓板固定牢靠n 環(huán)板強(qiáng)度高、鉸鏈結(jié)實(shí) n 自鎖式鉸鏈銷(xiāo)釘易安裝且不會(huì)松脫雙弓扶正器 n 較好的扶正效果利于頂替n 入井磨阻小n 減少卡鉆、管柱易于活動(dòng)n 增加接觸面，減少弓板壓入井壁的深度 螺旋剛性扶正器 確保任何井斜下的扶正效果 極好的擾流性能 在井眼曲率較大的井段和產(chǎn)層經(jīng)常與彈性扶正器一起使用機(jī) 械 減 阻 工 具4、扶正器止動(dòng)環(huán)圖4-29所示為多種類(lèi)型的扶正器止動(dòng)環(huán)。止動(dòng)環(huán)裝在套管本體上，限制套管扶正器上下活動(dòng)，確保水

22、泥漿重點(diǎn)封隔范圍。圖4-29 扶正器止動(dòng)環(huán)5、Weatherford-Gemoco(威德福吉母殼分級(jí)箍 尺寸 inch79 5/813 3/8鋼級(jí) P110P110 P110公稱(chēng)重量 lb/ft26-3243.5-53.561-72壁厚 mm9.16-11.5111.05-13.8410.92-13.06最大外徑 inch8.211.12515最大外徑 mm208.28282.575381鉆后內(nèi)徑 inch6.1618.60912.375鉆后內(nèi)徑 mm156.489218.669314.325長(zhǎng)度 mm790922904開(kāi)孔套內(nèi)徑 mm114.3184.15260.35關(guān)孔套內(nèi)徑 mm127.

23、00196.85279.4開(kāi)孔壓力 psi700-100-1000開(kāi)孔壓力 MPa4.8-6.94.8-6.94.8-6.9關(guān)孔壓力 psi120012001000關(guān)孔壓力 MPa8.38.36.9最大負(fù)載(SF1.5) 1000lbs65310711441抗拉強(qiáng)度 t296.2485.8653.6最大內(nèi)壓(SF1.2) psi10最大內(nèi)壓 MPa70.164.343.8最大外擠(SF1.2) psi964074502990最大外擠 MPa66.551.420.6三）、固井材料1、API油井水泥及規(guī)范 根據(jù)API規(guī)范規(guī)定:油井水泥分為8個(gè)級(jí)別A、B、C、D、E、F、G、H；油井水泥分為3大類(lèi):

24、普通型(O)、中抗硫酸鹽型(MSR)和高抗硫酸鹽型(HSR) （見(jiàn)表2-1）。近年來(lái), 國(guó)外波特蘭水泥已從原有的A、B、C、D、E、F、G和H級(jí)簡(jiǎn)化為5種, 即A、B、C、G、H級(jí)水泥用于井溫76以下的井; G、H級(jí)水泥用于井溫大于76的井。在固井作業(yè)中, G級(jí)水泥通過(guò)加入速凝劑和緩凝劑可用于低、中、高溫井, 適用于全井段所有套管層次的固井作業(yè)。（見(jiàn)表2-1） 表2-1 API規(guī)范10A油井水泥級(jí)別定義分級(jí)類(lèi)型適用井溫范圍特殊選擇分級(jí)類(lèi)型適用井溫范圍鉆井的特殊選擇AO低溫井選用EMSR、HSRBMSRHSR低溫井選用FMSRHSRCOHSRHSR中溫井選用GMSRHSR中、高溫井選用被用于全井

25、各層次套管固井DMSRHSRHMSRHSR中、高溫井選用2、 油井水泥添加劑由于井下環(huán)境比地面條件惡劣得多，為了使水泥漿廣泛地用于油田鉆井、完井、修井等作業(yè)中，對(duì)水泥漿密度、稠度、稠化時(shí)間和抗壓強(qiáng)度等都具有更高的要求，采用純水泥已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工藝技術(shù)要求，必須依靠外加劑來(lái)調(diào)節(jié)其使用性能。1、水泥添加劑的種類(lèi)目前常用外加劑的種類(lèi)主要有：緩凝劑、降失水劑、分散劑、消泡劑、促凝劑、抗高溫強(qiáng)度穩(wěn)定劑、減輕劑等等，其主要作用如下：緩凝劑：主要是延長(zhǎng)水泥漿稠化時(shí)間或凝結(jié)時(shí)間。促凝劑：主要是縮短水泥漿稠化時(shí)間以及增大水泥石的早期抗壓強(qiáng)度。降失水劑：主要用以防止水泥漿急劇失水，保護(hù)油氣層。減輕劑：主要是降低水

26、泥漿密度，防止水泥漿在低壓漏失層發(fā)生漏失。分散劑：用以改善水泥漿的流動(dòng)性能，有利于水泥漿在低泵速泵壓下進(jìn)入紊流狀態(tài)。消泡劑：防止和避免溶解水起泡，穩(wěn)定水泥漿密度?？垢邷貜?qiáng)度穩(wěn)定劑：在深井、高溫情況下，加入硅粉，防止水泥石抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)熱衰退現(xiàn)象。2. 塔里木油田固井常用添加劑塔里木油田經(jīng)過(guò)多年來(lái)的固井實(shí)踐，主要選用了3大類(lèi)型的固井添加劑，基本上滿足了深井、復(fù)雜井固井施工對(duì)水泥漿性能的要求。、蘭德（LANDY）系列添加劑：LANDY-806L和LANDY-89L兩個(gè)系列，主要用于中高溫井（80120）。、歐美科（OMEX）系列添加劑：OMEXFS-23L系列，主要用于高溫井（120140）。 、斯

27、倫貝謝（Schlumberger）D168高溫系列添加劑：主要用于超高溫井（160180）。第三章 固井工程技術(shù)基礎(chǔ)油、氣井固井：是將油井水泥、水以及添加劑按一定的比例混合后，通過(guò)固井泵泵送到預(yù)定深度的井壁與套管、（套管與套管）的環(huán)形空間內(nèi)，使套管與井壁、（套管與套管）之間牢固粘結(jié)，具有一定強(qiáng)度且密封良好（圖3-1所示）。圖3-1 固井水泥漿充填示意圖圖3-2 井身結(jié)構(gòu)示意圖一、固井工藝1、井身結(jié)構(gòu)井身結(jié)構(gòu)（圖3-2）是指套管層次和每層套管的下入深度、水泥漿的返高及套管和井眼尺寸的配合。井身結(jié)構(gòu)不但關(guān)系到鉆井工程的整體效益，還直接影響油井的質(zhì)量和壽命。各層套管的具體作用為： 導(dǎo)管：建立表層鉆進(jìn)

28、的泥漿循環(huán)。 表層套管：用于封隔上部不穩(wěn)定的松軟地層和水層，安裝井口裝置，控制井噴和支撐技術(shù)套管與油層套管的重量。 技術(shù)套管/尾管：用以分隔難以控制的復(fù)雜地層，保證鉆井工作順利。技術(shù)套管/尾管不是一定要下的，爭(zhēng)取不下或少下技術(shù)套管/尾管。圖3-3 插入法固井示意圖 油層套管/尾管：用以把生產(chǎn)層和其他地層封隔開(kāi)，把不同壓力的油、氣、水層封隔起來(lái)，在井內(nèi)建立一條油、氣通路。保證長(zhǎng)期生產(chǎn)，并能滿足合理開(kāi)采油、氣和增產(chǎn)措施的要求。2、固井方法及工藝流程1）、內(nèi)管柱固井（插入法固井）如圖3-3所示，把與鉆柱連接好的插入頭插入套管浮箍/鞋的密封插座內(nèi)， 然后通過(guò)鉆柱注水泥進(jìn)行固井作業(yè)，稱(chēng)為插入法固井。內(nèi)管

29、柱固井主要用于大尺寸（1630）導(dǎo)管或表層套管的固井，其優(yōu)點(diǎn)為： 在無(wú)大尺寸膠塞、水泥頭的情況下，可對(duì)大尺寸套管進(jìn)行固井。 通過(guò)鉆柱注水泥、頂替，可大大減少對(duì)水泥漿的污染。 減小水泥漿的浪費(fèi)，有效保證固井質(zhì)量。 在大套管內(nèi)用鉆柱對(duì)套管進(jìn)行固井作業(yè)的方法稱(chēng)為內(nèi)插法固井。由于內(nèi)管柱內(nèi)徑相對(duì)很小，不僅可以提高大直徑套管的注速，減少替漿有利于準(zhǔn)確控制替漿量。而且可以避免水泥漿在套管內(nèi)混漿和串槽。內(nèi)插法固井主要用于大直徑的表層套管和技術(shù)套管的固井。（工具如圖示）。2）內(nèi)插法固井技術(shù)要點(diǎn)（1）插管頭規(guī)格（130、105、90等）mmmax=（132.7、86.59、63.62）cm2 = S頭（2）插管座

30、深度H36.36m時(shí)，可不加7鉆鋌，但還是加1柱最好，總之：（W方鉆桿+W鉆桿+W鉆鋌）之總重量（0.01LMPa+C）S頭。（3）水泥石抗壓強(qiáng)度3.5MPa時(shí)可以鉆水泥塞（抗壓強(qiáng)度由室內(nèi)試驗(yàn)得知）。3) 內(nèi)插法固井工藝流程管串結(jié)構(gòu)浮鞋（引鞋）+套管1根+浮箍（帶配套插管座）+套管；固井工藝流程（1）、下原鉆具通井，對(duì)縮徑及阻卡井段認(rèn)真擴(kuò)劃眼，大排量洗井，保證井下干凈、井眼暢通；（2）、下套管，按管串結(jié)構(gòu)下送到位；（3）、下內(nèi)管結(jié)構(gòu)：插入頭+5鉆柱（等）；（4）、將內(nèi)管插入插座，開(kāi)泵循環(huán)，檢查插入接頭與插座密封是否良好；（5）、施工：地面管匯試壓注前置液注水泥漿至返出替清水；（6）、將內(nèi)管起出

31、，檢查是否有回流；（7）、候凝（可立即裝井口）。4) 套管上浮計(jì)算w：-套管每米重量 kg/mvi：-套管內(nèi)容l/mvo：-套管閉排 l/mm：-泥漿密度g/cm3c：-水泥漿密度g/cm3L：-套管長(zhǎng)度ml：-水泥塞長(zhǎng)度mW套管重量kgW= w*LWm管內(nèi)泥漿的重量kgWm=m*（L-l）* viWp管內(nèi)水泥漿的重量kgWp=c*l* viWf水泥漿對(duì)套管的浮力kgWf=c*L* vo當(dāng)Wf大于或等于或略小于W+ Wm+ Wp，套管就有上浮的可能。舉例說(shuō)明：508mm，壁厚12.7mm，重量158.5kg/m，內(nèi)容182.92 l/m，閉排202.69 l/m，泥漿密度1.05g/cm3，水

32、泥漿密度1.90 g/cm3，長(zhǎng)度200m，水泥塞40m，能否上浮。套管的重量=158.5200=31700（kg）管內(nèi)泥漿的重量=182.921.05（200-40）=30731（kg）管內(nèi)水泥漿的重量=182.921.9040=13902（kg）共重=76333 kg浮力=202.691.9200=77020（kg）在這種情況下就有上浮危險(xiǎn)為避免套管上浮，水泥漿密度極限值=76333/200/202.69=1.88 g/cm35)避免套管上浮的措施：（1）充分循環(huán)洗井，使環(huán)空暢通；（2）控制注水泥漿的速度，水泥漿上返阻力越大，上浮可能性越大；（3）保證固井質(zhì)量的前提下，密度不能超過(guò)極限值；

33、（4）水泥漿有較好的流動(dòng)性；（5）充分隔離，避免泥漿與水泥漿相互污染而使流動(dòng)性變差；（6）下套管時(shí)掏空一定的深度，插入鉆具下到位后，再灌入重泥漿。6) 注意事項(xiàng)起鉆之前，計(jì)算好套管柱總長(zhǎng)，調(diào)整鉆進(jìn)深度，確保聯(lián)頂節(jié)座于鉆盤(pán)面上；計(jì)算插入鉆具的長(zhǎng)度；計(jì)算施加于插入座的壓力值，其值取最高施工壓力與插頭密封面之?dāng)嗝娣e的乘積，再乘以1.2的系數(shù)；按下套管要求下入套管，最后要掏空一定的深度不灌漿；下入插頭及鉆具；接好方鉆桿，慢放，接近插座位置時(shí)開(kāi)泵，當(dāng)鉆井液灌滿套管內(nèi)環(huán)空時(shí)停泵；緩慢下放鉆具對(duì)中插座，觀察指重表加壓到預(yù)定值，做方入標(biāo)記；開(kāi)泵，觀察井口返漿情況及泵壓，并注意套管內(nèi)環(huán)空鉆井液是否外溢，方入標(biāo)記

34、是否上移，若不外溢，不上移，壓穩(wěn)剎把，循環(huán)固井；若套管內(nèi)環(huán)空外溢不止，或方入標(biāo)記上移，應(yīng)適當(dāng)增加壓力，但不要超過(guò)插座生產(chǎn)商給出的最大值。若無(wú)效，應(yīng)提起鉆具循環(huán)，慢轉(zhuǎn)慢放，重新對(duì)插座；在整個(gè)固井期間（注、替漿期間），要時(shí)刻注意懸重表變化，套管及鉆具是否上移，發(fā)現(xiàn)異常，立即采取措施。7) 應(yīng)急措施現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)備有耐壓循環(huán)頭，如果重新對(duì)插座無(wú)效，起出鉆具及插頭，改為常規(guī)固井；現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)備有外管注水泥工具，若出現(xiàn)注水泥過(guò)程當(dāng)中插頭密封失效，可適當(dāng)加大壓力，若嚴(yán)重失效，可停注，或撥出插頭后回壓凡爾失效，采用管外注水泥補(bǔ)救井口；時(shí)刻注意指重表，若套管上浮引起懸重嚴(yán)重減少，應(yīng)適當(dāng)上提鉆具，避免壓力過(guò)大使插座損傷。常規(guī)

35、插管固井工藝有弊端：如插管或浮鞋（浮箍）密封不嚴(yán)。為了避免這一問(wèn)題特別推出頂端密封雙管注水泥裝置，供固井工程選用。(1) 頂端密封雙管注水泥裝置示意圖 (2)固井工藝流程、下原鉆具通井，對(duì)縮徑及阻卡井段認(rèn)真擴(kuò)劃眼，大排量洗井，保證井下干凈、井眼暢通；、管串需帶浮鞋或浮箍，不需密封和插座。下套管，按管串結(jié)構(gòu)下送到位；、灌泥漿時(shí)不宜過(guò)滿，接頂端密封雙管注水泥裝置，后下鉆桿；、下內(nèi)管結(jié)構(gòu)：下光管5鉆柱即可，不須調(diào)長(zhǎng)（鉆桿比浮鞋至井口的距離短15m即可）；、再將注水泥接頭串接在鉆桿頂部，坐入密封座內(nèi)，如鉆桿太輕是可把壓板加上；、接好井口管匯，開(kāi)泵逐漸加大排量循環(huán)；、施工：地面管匯試壓注前置液注混漿或水

36、泥漿至返出替清水；、將內(nèi)管起出，檢查是否有回流；若浮鞋（或浮箍）失效，只需從內(nèi)管內(nèi)、外替清水，使水泥漿面在鉆桿深度以下即可，待水泥漿稠化后，立即起出內(nèi)管鉆桿。、候凝（可立即裝井口）。2）、單級(jí)固井（單塞和雙塞固井）陸地固井一般采用單級(jí)單塞固井較多，單級(jí)雙膠塞套管固井是海上鉆井最常用的固井方法，它是采用雙套管膠塞（頂、底塞）進(jìn)行固井的，其工藝流程如圖3-4所示。圖3-4單級(jí)雙膠塞固井工藝流程示意圖 單級(jí)固井（單膠塞或雙膠塞固井）時(shí)，套管柱附件主要由浮鞋、浮箍、扶正器和膠塞等組成。3)、雙級(jí)固井根據(jù)工程、地質(zhì)和井下條件來(lái)確定是否采用雙級(jí)固井。、雙級(jí)注水泥條件和目的在下列情況下常使用雙級(jí)固井: (1

37、)當(dāng)井底地層無(wú)法承受水泥漿柱所產(chǎn)生的靜液柱壓力; (2)注水泥后環(huán)空靜液柱壓力大于套管抗外擠壓力; (3)有嚴(yán)重漏失層, 一次注水泥無(wú)法避開(kāi)漏層時(shí); (4)一個(gè)井段需要不同類(lèi)型的水泥漿固井; (5)為了達(dá)到防氣竄目的。、 雙級(jí)注水泥工具在管柱中的安裝方法雙級(jí)注水泥工具在管柱中的安放位置:(1)為了解決注水泥后環(huán)空靜液柱壓力過(guò)高的問(wèn)題, 它可以裝在管柱中任意要求的位置;(2)為了解決嚴(yán)重漏層, 它可以安裝在漏層之上;(3)為了實(shí)現(xiàn)多種水泥漿體系固井, 可以按要求裝在管柱的任意位置上;(4)為了解決氣竄問(wèn)題, 它可以裝在氣層之上, 同時(shí)選用帶封隔器的雙級(jí)注水泥工具。、雙級(jí)固井工具組成:（如圖3-5

38、所示） 圖3-5雙級(jí)固井工具組成、雙級(jí)注水泥工藝流程（如圖3-6所示）雙級(jí)注水泥施工程序：(1)在下管柱前, 將關(guān)閉擋圈裝在浮箍上。注完第一級(jí)水泥后, 投放第一級(jí)關(guān)閉塞, 并頂替到關(guān)閉擋圈碰壓。(2)第一級(jí)水泥作業(yè)完成后, 立即投放自由下落式開(kāi)孔塞, 推動(dòng)多級(jí)注水泥工具的下滑套,暴露出注水泥循環(huán)孔, 循環(huán)鉆井液直到第一級(jí)水泥超過(guò)稠化時(shí)間為止,然后開(kāi)始第二級(jí)注水泥作業(yè)。(3)注完水泥后, 投放二級(jí)鎖緊塞,按要求頂替, 碰壓后增加泵壓2.073.45兆帕(300500psi)推動(dòng)雙級(jí)注水泥工具的上滑套關(guān)閉注水泥循環(huán)孔。圖3-6 雙級(jí)注水泥施工程序圖、 第二級(jí)注水泥時(shí)間的確定及有關(guān)技術(shù)要求:第一級(jí)注

39、水泥作業(yè)一結(jié)束, 必須立即投放打開(kāi)塞, 打開(kāi)分級(jí)注水泥工具的循環(huán)孔, 循環(huán)鉆井液, 直至一級(jí)固井的水泥漿超過(guò)稠化時(shí)間為止, 并確認(rèn)它不能再傳遞上部靜液柱壓力時(shí), 開(kāi)始第二級(jí)注水泥作業(yè)。第二級(jí)注水泥碰壓后, 其壓力增加到大于規(guī)定的循環(huán)孔關(guān)閉壓力2.073.45兆帕(300500psi)確保水泥不會(huì)回流。4）、尾管固井尾管固井是用鉆桿將尾管送至懸掛設(shè)計(jì)深度后，通過(guò)尾管懸掛器把尾管懸掛在外層套管上，然后開(kāi)始注水泥作業(yè)的固井方法。尾管懸掛器可分為機(jī)械式和液壓式兩種類(lèi)型，我們通常使用的是液壓式尾管懸掛器，其管串組合和固井工藝流程見(jiàn)（圖3-7、圖3-8所示）。圖3-7尾管送入工具和尾管管串圖尾管固井工藝流

40、程：（如圖3-8所示）圖3-8 尾管固井流程圖下入尾管，投球、憋壓并懸掛。注水泥，投鉆桿膠塞頂替。鉆桿膠塞剪斷尾管膠塞后與尾管膠塞重合，下行至球座處碰壓。圖3-9 平衡法注水泥塞5)、注水泥塞要處理井漏、棄井、回填枯竭層位、側(cè)鉆和隔絕地層等作業(yè)時(shí)，就需要注水泥塞技術(shù)，平衡法水泥塞是最常用的方法。注水泥塞時(shí)，首先將鉆具下至注水泥塞設(shè)計(jì)深度的頂部，注水泥并替出水泥漿（要保證管內(nèi)水泥面高于環(huán)空水泥塞面高度），然后慢慢起出鉆具離開(kāi)水泥塞頂面，循環(huán)沖洗干凈管柱，使水泥塞留在原位置（如圖3-9所示）。圖3-10 典型擠水泥作業(yè)6）、擠水泥擠水泥是用液體擠壓，迫使水泥漿進(jìn)入裸眼或經(jīng)套管或尾管孔眼進(jìn)入地層中的

41、注水泥作業(yè)，典型擠水泥作業(yè)（如圖3-10所示）。二、固井水泥漿油井水泥是一種水硬性膠凝材料，它與水按一定的比例混合便形成水泥漿，并在井下硬化成具有一定抗壓強(qiáng)度和滲透率的水泥石。水泥水化過(guò)程：油井水泥的水化是放熱反應(yīng)，按其水化速度和結(jié)構(gòu)的形成，大致可分為四個(gè)過(guò)程：起始期、遲緩期、凝結(jié)期和硬化期。A、起始期。在水泥干粉與水混合的幾分鐘時(shí)間內(nèi)，迅速發(fā)生水化反應(yīng)，有大量水化熱生成，在水泥礦物表面上形成一層水化硅酸鈣凝膠，因這種作用最初僅在水泥顆粒表面進(jìn)行，只消耗一部分水，其余的水分充滿于水泥顆粒之間，水泥漿具有流動(dòng)性能。B、遲緩期。由于最初在水泥礦物表面生成的水化硅酸鈣凝膠滲透率非常低，阻止了礦物進(jìn)一

42、步水化，而使水化速度明顯變慢，此期，水泥漿的流動(dòng)性能相對(duì)比較穩(wěn)定，水泥漿的泵送入井應(yīng)在這一時(shí)期完成。這一段時(shí)間可延續(xù)數(shù)十分鐘到數(shù)小時(shí)。C、凝結(jié)期。隨著水化繼續(xù)向水泥顆粒的深處發(fā)展，礦物表面的水化硅酸鈣凝膠脹開(kāi)，水化過(guò)程又加速進(jìn)行，產(chǎn)生的水化物交互生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，失去了流動(dòng)性能，水泥漿進(jìn)入了凝結(jié)時(shí)期，這段時(shí)間大約需幾十分鐘。D、硬化期。隨著水化物繼續(xù)沉積，大量晶體析出，體系的孔隙度、滲透率逐漸降低，強(qiáng)度逐漸增加，硬化成微晶結(jié)構(gòu)的水泥石。這一段時(shí)期，隨著水泥石滲透率的不斷降低，水化反應(yīng)速度逐漸變慢，但持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，可達(dá)數(shù)十天，甚至數(shù)年。硬化期的明顯特征是強(qiáng)度增長(zhǎng)，這也是固井所期求的。三、固井注水泥程序注水泥程序是指現(xiàn)場(chǎng)施工前的準(zhǔn)備、注水泥施工和質(zhì)量保證程序, 盡管注水泥方法不同, 程序有些差別, 但它們的共同點(diǎn)是一樣的。1、注水泥的前期準(zhǔn)備工作、 施工前固井設(shè)備試運(yùn)轉(zhuǎn)和試壓。試壓壓力必須滿足不同注水泥方法中所需最高泵壓的要求, 水泥漿泵自身管匯試壓不低于35兆帕(5000磅/英寸2)