固井技术及现场监督.ppt

固井技术 及 现场监督,主要内容,固井概述 固井生产组织管理 固井技术 固井质量评价 案例,第一部分 固井概述,固井概念 固井特点 影响固井质量的因素,一、固井概念,什么是固井？或是固井作业？ 简单地说：固井是将一层钢管（套管）下入到井内预定深度，再在钢管和井壁之间注入水泥浆封固的作业。 具体地说：为了加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气、水层，保证分层试油和合理开采油气，在井筒内下入优质钢管，并在井筒和钢管环空充填好水泥的作业。,一、固井概念,哈里巴顿公司认为，完成以下任何工作都可被视为固井作业： （1）套管的支承和固定； （2）阻止地层之间的流体窜槽； （3）防止地下矿物水和各种电解液对套管腐蚀； （4）防止套管在后续钻井中发生振动； （5）封隔循环漏失层和高渗透层。,一、固井概念,固井作业的范围？ 概括地说，固井作业包括下套管作业和注水泥作业。 注水泥作业分类 注水泥作业通常可分为正常注水泥（一次注水泥）和补救注水泥（二次注水泥）。 正常注水泥按作业方式分为常规注水泥、内管法注水泥、分级注水泥、尾管注水泥、回接注水泥、注水泥塞等； 补救注水泥有挤水泥作业、重新注水泥作业、注水泥塞等。,一、固井概念,正常注水泥 （一次注水泥）,补救注水泥 （二次注水泥）,注水泥,常规注水泥,特殊注水泥,单级注水泥,内插管注水泥 分级注水泥 尾管注水泥 回接注水泥 注水泥塞,注水泥塞 挤水泥 重新注水泥,树状图,一、固井概念,按注水泥封固目的还可分为， 表层套管注水泥作业，封固地表疏松层、地表水层等； 中间套管注水泥作业（也称技术套管），封固目的层段上部高压、低压、易塌易漏等复杂地层； 油层套管注水泥作业，封固目的层，为油气生产提供可靠的通道。,二、固井特点,1、固井作业是一项施工时间短、工序内容多、工作量大、技术性强的工程。 2、固井作业是一项系统工程。涉及： 学科多，地质、石油、机械、化学、流体力学和电子等学科； 部门多，有组织管理、供应运输、现场施工等多部门； 内容多，有施工准备、下套管、注水泥等作业。,二、固井特点,3、固井作业是一项隐蔽性工程。 主要流程在井下，不能直接观察； 质量控制决定于设计的准确性和准备工作； 施工未知因素多、风险高。 4、固井作业是一项高成本的工程。 开发井，占钻井费用的1/3； 勘探井，占钻井费用的1/5。,二、固井特点,5、固井作业是一次性工程。 正常固井质量不好，一般难以补救； 采用挤水泥等办法补救，耗时、耗物、经济损失大、效果不明显。 6、影响后续作业的工程。固井质量直接影响 油气田合理开发； 后续钻井的正常进行。,三、影响固井质量的因素,由固井作业的特点知道，固井作业是一项系统工程，涉及多学科、多工种、多部门，工序繁、隐蔽性强、风险高，因此有众多影响固井质量的因素，主要有：,三、影响固井质量的因素,1、顶替效率： 顶替效率概念，是水泥浆注入段水泥浆体积与该段环空容积的百分比。 顶替效率是影响水泥段封固质量的最重要因素之一。 顶替效率越高、固井质量越好。 提高顶替效率的含义就是用水泥浆尽量驱替干净环空的钻井液。,三、影响固井质量的因素,用公式来表达顶替效率：,式中： 顶替效率； Vc封固段环空水泥充填的容积； V 封固段环空总容积。,三、影响固井质量的因素,顶替作用力分析 水泥浆顶替钻井液，驱动力主要有：泵的压力、流动的水泥浆对钻井液的粘滞力、水泥浆对钻井液的浮力。 阻碍钻井液运动的力主要有：钻井液本身重力、套管和井壁对钻井液的粘附力、钻井液本身的粘度和切力。,三、影响固井质量的因素,提高顶替效率的条件、措施有： 准备良好的井眼条件； 良好的钻井液性能； 科学地选用和加放扶正器，提高套管居中度； 选用性能优良的水泥浆和前置液； 采用正确的流态顶替； 活动套管等。,三、影响固井质量的因素,（a） （b） （c） 旋转套管提高顶替效率示意图 （a）套管不动 （b）套管开始转动 （c）钻井液将被替完,三、影响固井质量的因素,2、套管居中： 通常用套管居中度或偏心度来表示，这是提高顶替效率的最关键因素。 在相同注替条件下，居中度越高，或是偏心度越低，顶替效率越高。 要得到较高的顶替效率，通常要求居中度必须不小于67。,三、影响固井质量的因素,居中度及其与顶替关系的图、公式表达：,式中： W窄边间隙 RH井眼直径或上层套管内径 RC套管内径,三、影响固井质量的因素,三、影响固井质量的因素,偏心度的图、公式表达：,式中： S偏心度 R井眼半径 r套管半径 套管中心与井眼中心的偏离距离,三、影响固井质量的因素,保证套管居中的条件： 良好的井眼条件 正确选用扶正器 科学加放扶正器,三、影响固井质量的因素,3、水泥浆环空返速、流态 ： 直接决定着顶替效率的高低； 紊流顶替是注替水泥浆的首选流态； 塞流顶替也可以得到较好的驱替效果； 施工中，如果不能实现紊流顶替和塞流顶替，在安全（设备、井眼）的条件下，应使用最大泵入排量，这样也可获得较高的驱替效率。,三、影响固井质量的因素,决定水泥浆返速、流态的要素： 泥浆性能 前置液性能 水泥浆性能 井眼条件 设备条件,三、影响固井质量的因素,4、环空间隙： 指套管外壁与井眼、或上层套管内壁的单边间距。 窄环空间隙，不利于固井质量。 不利于下套管，磨阻大、活塞效应大 不利于加放扶正器 不利于注替水泥浆施工，压力高 水泥环薄,三、影响固井质量的因素,间距太大，也会带来一系列问题。 环空返速低，易混浆、不利于驱替 增加泵送设备负担 射孔效果降低 不经济 合理的环空间隙是3/45/2英寸。,三、影响固井质量的因素,5、井眼质量 主要指： 井眼轨迹好坏、狗腿度大小 井径扩大率、糖葫芦井段多少 泥浆清洁情况 遇阻卡情况 井壁稳定性 产层的压稳情况等等。,三、影响固井质量的因素,是固井质量好坏的决定因素之一： 是固井设计的依据 下套管是否顺利 套管是否居中 能否的得到较高的顶替效率,三、影响固井质量的因素,6、地质情况： 是影响井眼质量的关键因素， 软泥岩、膏泥岩等塑性蠕变地层，易缩径； 山前高陡构造地层，导致井斜、狗腿等； 煤层、盐层等坍塌、水溶地层，易形成糖葫 芦井眼； 多套压力体系地层，存在井漏和压稳问题。,三、影响固井质量的因素,7、钻井液性能： 高稠度钻井液和过厚的泥饼，是固井的大敌； 不利下套管，形成推活塞，易漏 开泵压力高，易漏 难以驱替，易成混浆、水泥石质量差 水泥环界面胶结质量差，易窜槽,三、影响固井质量的因素,注水泥作业前必须对钻井液性能进行适当的调整，达到固井要求，才有利于提高顶替效率，保证固井质量。 固井对钻井液性能的要求为：低失水、强抑制能力，低粘度、切力，高悬浮、高携砂能力，优质泥饼、优良流变性、细分散（反絮凝）。,三、影响固井质量的因素,8、电测数据： 电测数据的精确度直接影响到固井设计、水泥化验、固井准备等的质量。 电测数据偏差大，将误导固井施工，导致固井质量问题。,三、影响固井质量的因素,井径电测不准，导致 水泥浆量设计偏差，水泥浆返高不合格 扶正器加放设计偏差，套管不居中 井底电测温度不准，导致设计的实验温度出现偏差， 偏高，施工后井下水泥浆超缓凝 偏低，施工时间不够,三、影响固井质量的因素,9、固井设计的质量 固井设计是固井施工的法律文件； 执行质量差的固井设计，必然导致差的固井质量 ； 影响固井设计质量的因素有： 设计依据资料的准确性 设计理论的科学性 设计人员的技术修养,三、影响固井质量的因素,10、还有： 水泥浆性能 施工人员素质 套管、套管附件、固井工具质量及使用 钻井设备、注水泥设备、水泥化验设备 施工措施、区域固井作业经验、气候等,第二部分 固井生产组织管理,固井合同 固井标准 固井生产组织,36,一、固井合同,通过招标、议标等方式确定中标固井公司 有行使甲方固井生产组织管理权力的业主单位，根据招标井的情况、固井公司投标书的承诺以及合同格式，起草合同 经业主和中标固井公司双方认可，签订固井作业合同。,合同的签订,一、固井合同,合同中除了通常的格式条款外，还包括 承担作业井的服务内容（固井设计、水泥化验、现场施工、资料编写等）， 固井服务人员的资格要求， 固井设备、工具配套要求， 达到的作业标准， 奖罚等条款。,合同内容,一、固井合同,钻井现场固井作业合同由钻井监督保存， 作业时钻井监督依照合同检查固井公司执行情况，如人员资质及持证情况、设备配备情况、作业过程符合要求情况等， 根据作业表现提出奖惩意见，开具付费结算单据。 施工现场依据固井合同管理作业队伍,合同的执行,二、固井标准,石油标准类别 国际上比较有影响力的石油行业标准有 美国石油协会API标准、 国际标准化组织推荐标准（ISO）。 国内石油标准有 国家标准、 石油天然气行业标准、 各级石油公司企业标准。,二、固井标准,国内固井标准配置情况 分产品装备类和工艺操作类 有关固井作业类的国家标准有 GB 102382005 油井水泥 GB/T 191392003 油井水泥试验方法 石油天然气行业标准2004年开始清理整顿工作，近年已确认、修制订了一批行业标准，有关固井工艺操作类的见下表,二、固井标准,二、固井标准,固井标准规范固井施工作业 现场固井作业的组织实施者，应充分利用固井现有的国家标准、石油天然气行业标准以及各级油公司的企业标准，规范和指导固井作业。,三、固井生产组织,材料上井：钻井监督根据钻井进度提醒业主，或业主根据钻井进度，结合钻井设计、现场钻井实况，开具甲方材料单据交物资运输公司，由运输公司装车送井。 钻井设计决定材料的品种、规格、型号； 现场钻井实况决定数量。,材料组织与管理,三、固井生产组织,到井检查：固井材料到井后，由钻井监督组织检查、验收， 内容包括： 丈量套管长度，检查套管的型号、规格与设计符合情况，本体、丝扣完好情况，通径情况； 检查工具的型号、规格及组件数量，与套管连接配合； 检查附件的型号、规格、数量； 油井水泥、外加剂的型号、数量。,三、固井生产组织,信息反馈：钻井监督应及时把固井材料的检查、验收情况反馈给业主方，以便出现问题能得到补救，不至于影响生产。 余料处理：作业结束钻井监督组织统计余料情况，分门别类堆放，并把统计结果反馈到业主方，根据业主的指示组织倒井或回收。 对贵重材料，易损、怕水、怕晒材料妥善保管。 总承包井，乙方公司承包的材料自行组织。,三、固井生产组织,施工组织主要是开好几个会，完钻前的固井现场办公会、下套管前的下套管作业协调会、注水泥施工前的固井协调会、施工结束后的总结会。钻井监督负责协调组织，会上分配责任到人，会后检查督促落实。 会议由钻井监督召集，参加单位和人员有：钻井监督、地质监督、甲方固井技术人员、钻井队、泥浆工程师、录井队、固井公司、下套管服务队。,施工组织,三、固井生产组织,固井现场办公会：各次完钻井深前召开，内容： 由钻井地质监督介绍本井的工程及地质情况； 商讨固井初步方案； 安排现场固井准备工作，如固井水罐、固井水的准备，灌泥浆装置准备，井控设备准备，钻井设备提升系统、循环系统、泥浆罐区计量等的准备，井眼处理意见，泥浆处理意见，固井材料到井后准备要求等； 对固井公司设备、水泥化验及固井设计作要求； 提出需后勤、机关解决的问题； 排出固井作业日程。,三、固井生产组织,下套管作业协调会：下套管前召开，内容： 由钻井监督介绍井眼情况； 由钻井队、下套管作业队、录井队介绍设备准备情况； 由甲方固井技术人员、钻井监督介绍管串结构、下达下套管技术措施指令、安排参加施工各单位作业职责。 下套管技术措施包括：套管上钻台、连接、上扣要求，扶正器加放原则，套管灌泥浆要求，下放速度要求，中途及下完后开泵要求，复杂情况处理要求，下放过程中安全要求等等。,三、固井生产组织,固井协调会：注水泥施工作业前召开，内容： 由钻井监督介绍下套管、开泵循环情况； 由钻井队、录井队、固井公司介绍设备准备情况； 由乙方固井工程技术人员介绍固井程序、固井数据、水泥化验、岗位分配、施工中须注意的要点； 由钻井监督、甲方固井技术人员指定施工总指挥，对各施工单位提作业要求。 会后，钻井队和固井公司还要组织召开班组会议，对各岗位做要求，责任落实到人。,三、固井生产组织,总结会：固井施工结束后召开，内容： 由钻井监督、甲方固井技术人员对作业过程进行点评，提出改进要求； 对真实编写施工程序资料，统一数据提出要求； 对后续工作做出安排，如尾管固井的起钻、循环参数，候凝办法，探水泥塞、钻水泥塞要求等等。,第三部分 固井技术,固井准备 固井工艺 复杂工况固井技术 固井安全施工监督检查要点,52,一、固井准备,固井准备是固井工程的重要组成部分，直接影响到固井施工质量和固井封固质量的好坏。固井准备有相当大的部分由钻井监督组织实施。 固井准备主要包括：井眼准备，钻井液准备，钻井设备准备，钻具准备，井口装备和井口工具准备，下套管设备、固井设备准备，固井材料和工具、固井水准备，固井设计，水泥化验，技术措施准备等等。,一、固井准备,1、井眼准备： 完钻时，必须将井深搞准确。井深应以恢复悬重后（或无钻压情况下）的方式计算。 保证井眼直径。对电测井径小于钻头名义尺寸的井段，必须用标准钻头划眼处理。对钻头与套管间隙太小的井眼或井段（如65环形间隙），以及含盐膏层等蠕变地层的井段，在有条件时应进行扩眼处理。,一、固井准备,井身质量符合标准。凡全角变化率超标的井，应采取措施处理，以利套管下至设计井深。 通井要做到井底无沉砂、井壁无台肩、垮塌，井内无油气水侵、无漏失、无阻卡，塑性地层要保证有较长时间的蠕变周期，通井起钻应灌好钻井液（比平时起钻更勤），保持井筒液柱压力，防止井涌、井壁垮塌或塑性地层蠕变速度加快。,一、固井准备,下套管前通井及注水泥浆前，均应以较大排量循环泥浆，上返速度力求达到1.2m/s。通井循环时，钻头应在井底位置，循环时间不得少于三周，达到入井与出口钻井液密度一致（相差小于0.02g/cm3）、井内岩屑清除干净。循环中，要密切注意观察振动筛返出岩屑量变化、泥浆池液面变化。,一、固井准备,2、钻井液准备： 井内钻井液性能良好稳定，符合固井工程要求。在井下安全的前提下，钻井液性能与固井有密切关系的性能指标应达到： 钻井液密度低于1.30g/cm3：屈服值应小于5Pa，塑性粘度应在10mPas30mPas之间； 钻井液密度在1.30g/cm32.10g/cm3范围内：屈服值应小于8Pa，塑性粘度应在22mPas30mPas之间； 钻井液密度高于2.10g/cm3：屈服值应小于15Pa，塑性粘度应在40mPas75mPas之间。,一、固井准备,钻井队应按固井设计或固井要求的性能、数量准备顶替泥浆。对准备的顶替用重泥浆应定期搅拌循环，保证固井时吸得出、不沉淀。顶替用重泥浆不得与其它泥浆混装。 准备一定量的防卡泥浆，密度应与井浆保持一致，对于小间隙井固井还不应使用固体润滑剂，在起钻前注入， 充满复杂井段。,一、固井准备,3、钻井设备准备： 钻井队应对全套钻井设备（包括提升系统、循环系统、电力系统、仪表系统等）进行一次严格认真的系统检查，并做必要的更新、维护、保养，使之外于良好状态。 两台泥浆泵缸套直径应适当，保险销子与固井施工压力要匹配，上水效率应良好。,一、固井准备,循环系统中用于顶替作业的各泥浆罐（包括储备罐）各闸门应灵活可靠，做到罐与罐之间闸门互不窜通，保证替浆计量的准确性。 下套管前，按下套管最大负荷对钻井设备能力进行核算，对于大吨位下套管作业，作业前应校正钻机，还应将钻台上多余钻具甩掉。,一、固井准备,4、钻具准备： 在进行内管法固井、尾管固井、注水泥塞、挤水泥作业时，都要使用钻杆。所用钻杆内径必须畅通，用于尾管固井的钻杆应用内径规逐柱通径（5钻杆内径规为65mm，3 1/2钻杆内径规为50mm）。 用于下送尾管的钻具的钢级、壁厚、长度、排列次序必须正确无误，做到钻井工程师、地质监督、钻井监督三对口。,一、固井准备,最后一次通井起钻时，对所用钻具进行编号并排列整齐。钻铤、加重钻杆要放在恰当位置，以便下送尾管用钻杆能顺利提出入井。 用于固井的钻具不能有伤。必要时，对用于固井作业的钻具应进行探伤检查，不合格不得下井，保证钻具能承受额定负荷。,一、固井准备,5、井口装备、井口工具准备： 下套管前整改井口装置，并把能与套管和钻杆连接的循环接头和钻杆回压凡尔放置钻台上，应保证从下套管开始，到候凝整个过程中，既能关闭套管、钻杆与井眼环空，也能关闭管串水眼的要求，能够实施有效井控。 尾管固井施工如需要反循环方法排出尾管喇叭口以上多余水泥浆，固井前在地面高压管汇中应安装反循环管线。,一、固井准备,6、下套管、固井设备准备： 下套管作业队伍应按合同要求和施工需要配备齐全下套管设备，包括动力装置、液压套管钳、气动吊卡、气动卡盘、扭矩仪等 ，应正确安装下套管专用设备、机具、工具，液压套管钳中心线应与尾绳垂直，试运转良好。 钻井队应更换吊环，准备三只套管吊卡，B型大钳以及与套管本体、接箍匹配的钳头，套管垫叉，钻杆卡瓦，能和方钻杆连接的循环接头。,一、固井准备,准备下套管灌泥浆装置，要与管柱配套，能固定，有排气通道，轻便、便于单人操作。 固井公司应按合同要求及施工需要配备注水泥车组、连接管线、闸门，试运行正常。检查、保养水泥头，挡销、闸门好用，上扣方便。检查、保养、校核流量计系统，保证计量准确。 检查、保养录井设备，能准确跟踪下套管、固井过程。,一、固井准备,7、固井材料和工具、固井水准备： 钻井监督组织清查到井的固井工具、附件，检查、登记规格、数量、扣型，并进行测绘。 套管到井，按照管柱设计排定的次序排放（后入井的放下面）。在排放套管时，钻井、地质监督与井队技术干部都应在场，共同完成对套管的检查、丈量、登记。用规定的内径规进行通径检验，特殊扣套管通内径时注意保护丝扣。不合格者不准入井。,一、固井准备,钻井监督组织清查到井的水泥外加剂，按品种、数量检查、登记，整齐堆放，由钻井队保管（冬季应做好防冻保温）。 油井水泥装入井场储灰罐时，应通过过滤器。对装入各储灰罐的水泥数量、规格要作好记录。井场储灰存放超过20天，应倒罐一次。施工剩余油井水泥，不得用于技术套管、油层套管固井。,一、固井准备,固井水应有专用水罐，安装位置要方便固井施工，距离井场储灰罐不超过25m；固井水罐之间不得互相连通。固井水罐要有防冻保温装置，由钻井队负责固井药水的防冻保温工作，冬季保温2530；每个水罐要配备2台高功率搅拌机；由固井公司提要求，在完钻时应储有足够的清水（生活用淡水或淡化水）；在装盛清水前，必须认真清洗水罐，以免清水装入后污染变质。,一、固井准备,8、固井设计： 固井设计是固井施工作业必须遵循的技术文件，是组织固井施工的基础和依据。 固井设计的科学性、先进性关系着固井作业的成败与固井质量的好坏。 固井设计通常由固井公司完成，难度井、复杂井、重点井由业主组织讨论，制定框架方案，再由甲方技术人员和固井公司共同完成。 固井设计经业主或甲方主管领导审批后有效。,一、固井准备,固井设计包含内容：设计原则、设计依据、设计需要的基础资料、管串结构设计、相关强度校核与计算、水泥浆设计、前置液设计、顶替液设计、后置液设计、作业量设计、固井用材料设计、施工参数设计、安全压力计算、作业程序设计、施工组织机构与分工、主要技术措施、复杂情况处理技术措施、制定HSE方案等。,一、固井准备,设计原则：保证施工安全，提高固井质量，实现作业目的。 设计依据：相关技术规范、钻井设计、地质设计、作业目的、井筒资料等。 设计需要的基础资料：钻井、固井设备参数 ，套管、附件和固井工具的几何、性能、操作参数，以及井筒资料等。,一、固井准备,管串结构设计： 包括套管串结构设计和非套管类作业管柱设计。 套管串设计方法参照标准SY/T 5724 ，选用套管应符合钻井设计规定或参照标准SY/T 6268。 非套管类作业管柱主要指内管法固井、尾管固井、挤水泥作业、注水泥塞作业使用的钻杆或油管，这些管柱应尽可能使用大尺寸的。,一、固井准备,强度校核与计算： 套管强度校核按标准SY/T 5322的方法计算。 钻杆强度校核主要计算其抗拉强度，目的是确定遇卡时的最大上提吨位。 尾管悬挂强度校核主要计算上层套管悬挂安全系数。 尾管送入工具倒扣时允许的最大扭转圈数计算。 井架安全校核按标准SY/T 6326规定的方法进行。,一、固井准备,水泥浆设计： 首先是水泥浆体系的确定： 根据地层破裂压力、地层孔隙压力确定水泥浆密度。 根据水泥浆密度确定基本水泥类型、加重（或减轻）方式、材料的类型和加入量。 根据井底温度确定是否加入水泥石热稳定材料。 根据地层特性（井底温度、地层岩性、孔隙流体等）确定外加剂类型。,一、固井准备,试验条件的确定： 根据实钻井况或区域作业经验，或根据GB/T 19139的方法确定。 试验项目确定： 各种作业水泥浆试验项目见后表 ，,一、固井准备,一、固井准备,水泥浆性能设计： 主要包括水泥浆密度、稠化时间、失水、游离液、抗压强度、流变参数、相容性、水泥石渗透率等。 水泥浆密度应考虑在整个注替水泥浆施工过程中压稳地层，做到不喷不漏。 稠化时间为固井施工时间和安全附加时间之和，固井施工时间指配注水泥浆开始到循环出混浆或坐挂完套管这段时间。,一、固井准备,应控制水泥浆有较低的失水量，水泥浆向地层大量失水，将危及固井施工安全和影响固井质量。 水泥浆析出的游离液将成为层间窜通的通道，影响固井质量， 应控制游离液，一般要求游离液不大于1.4%，但对于大斜度井、水平井，应控制游离液为零。 水泥石抗压强度一般要求24小时不小于14MPa，低密度水泥浆可适当放宽。,一、固井准备,水泥浆流变参数用旋转粘度计测量，用塑性粘度、屈服值、稠度系数和流性指数表征，现场可采用流动度表示，流动度应不低于18cm。 水泥浆应有好的相容性，与泥浆、隔离液各种比例混浆的稠化时间应不小于水泥浆稠化时间。 常规水泥浆水泥石渗透率为0.01m2 ,应尽可能降低渗透率。 不同油田、不同地层、不同井况、不同作业方式要求不同，应执行各自的要求。,一、固井准备,前置液设计：设计原则：能冲刷和悬浮虚泥饼，得到较低的紊流临界返速；与泥浆和水泥浆相容，并能有效隔离它们；用量按710min紊流接触时间考虑，同时不能造成油气水侵和地层垮塌；不腐蚀套管。 后置液设计：可与前置液相同，也可使用配浆水。 顶替液设计：根据管内外压力平衡原则，确定各种顶替液的密度及用量。,一、固井准备,作业量和固井材料设计：根据区域作业经验、实钻情况、钻井设计确定。 施工参数设计： 流体流态首先按紊流设计； 其次按塞流设计； 难以紊流、塞流顶替时，安全情况下（不超过循环漏失排量和设备泵入能力）排量尽可能大。,一、固井准备,9、水泥试验 要保证一口井的固井施工，至少做3组试验： 配方试验：确定了一口井的水泥浆体系以后，根据水泥浆性能要求和外加剂系列的使用经验，通过试验来确定单个外加剂的加量比例。 配方试验应把固井作业规定的项目全部作齐，选择试验中最优配方，来确定送井油井水泥、水泥外加剂、外掺料、前置液的数量。,一、固井准备,小样试验：在固井用水备好，油井水泥及外加剂、外掺料等材料送井后，固井公司应及时取样作小样试验。 小样试验重复配方试验中最优配方，符合率达到要求才能进入下一程序。 小样试验用来指导现场固井药水的配置。 配固井药水时外加剂应按正确的顺序加入，并充分循环、搅拌，保证均匀。,一、固井准备,大样试验：固井药水配好后，全部材料重新取样做大样复查试验。 大样试验用来指导施工。 固井药水配好后，到施工前时间间隔超过24小时，应重新循环、搅拌均匀药水，做大样复查试验。,二、固井工艺,按固井方式分： 常规固井 内管法固井 分级固井 尾管固井 尾管回接固井,85,二、固井工艺,1、套管串结构： 浮鞋+2根套管+浮箍+套管至井口；承托环（碰压座）通常放在浮箍上面一根套管的母扣里。 2、工具及附件： 浮鞋、浮箍，各带一个单流凡尔，从而为管串提供两道回压密封，单流凡尔耐回压应大于25MPa； 胶塞，通常用单胶塞，也有用双胶塞（顶塞、底塞）。,（一）、常规固井,二、固井工艺,3、作业程序： 下套管到位灌满泥浆、接水泥头开泵循环（同时连接固井设备、管线）管线试压注前置液（或投底塞、注前置液） 配、注水泥浆投胶塞（或顶塞）、注后置液注顶替液、碰压 装井口、候凝 探塞、钻塞 测固井质量 套管试压。 4、作业要求： 应检查胶塞与承托环密封情况，与水泥头匹配情况。 应检查承托环在套管内的安放情况。,二、固井工艺,下完套管、开泵循环时，应先低泵冲、小排量顶通，然后分步骤逐步提排量。 提至施工排量后，至少循环二周才能施工。 循环结束到注前置液开始间隔不超10分钟，否则应再循环。 管线试压应大于设计的最高施工压力。 施工过程中，应有专人观察出口返出情况。返出的混浆、水泥浆不得进入循环系统。,二、固井工艺,设计水泥不返出井口，套管的井口装定应在井内水泥浆凝固并形成不小于3.5MPa抗压强度后进行；返出井口时，应先装定井口，再实施固井施工。 探钻水泥塞、套管附件的钻具不应接稳定器，可接打捞杯。 厂家推荐钻水泥塞参数，转速控制在4560转/分，钻压控制在0.81.5吨，正常后可根据经验调整。,二、固井工艺,1、套管串结构：浮鞋+12根套管+浮箍+套管至井口。 2、内插管管串结构：插入头+转换接头+钻杆至井口。 3、工具及附件： 浮鞋、浮箍，要求同常规固井； 浮箍带密封插座，与插入头配套使用； 内插管串上必须安装内管扶正器，扶正器尺寸为钻杆外径套管内径，从下部开始在钻杆上连续装35支。,（二）、内管法固井,90,二、固井工艺,二、固井工艺,4、作业程序： 下套管，正确安装内管法固井浮鞋、浮箍和套管扶正器。 下内管串，按设计要求安放内管扶正器。 最后一根钻杆应先在套管外与方钻杆（或顶驱）连接，再入井。 下放内管，插入头接近插座，小排量开泵循环内管内容积量，停泵缓慢下放使插入头进入插座，加压至预定值。 顶通建立循环，再逐渐将排量提至设计施工排量，循环不少于两周，同时观察套管内钻井液是否外返，内管是否上移。 按设计注水泥浆和顶替液。 起出内管串。 安装井口，候凝。 探钻水泥塞及附件。,二、固井工艺,5、作业要求： 内管法固井宜使用于浅井段的大口径套管固井（如30、20、13 3/8）。 内插管固井工具到井场后，应认真测量密封套内径和插入头工作部分外径，检查配套情况，并进行试装。 插入头接近浮箍密封插座时开泵循环钻杆容积量，停泵插入密封插座；开泵若只有套管环空返出，说明插入密封，可施工；若套管内有泥浆溢出，说明不密封，应采取增加坐封力等措施处理。 内管法固井作业的顶替液量应比内管的内容积少0.5m31m3。,二、固井工艺,作业中，为保证套管不上浮，套管内泥浆密度应为： 临=（S外水泥浆q103）/S内 式中： 临不上浮时套管内泥浆应有的最低密度，g/cm3 S外套管外载面积，mm2 q每米套管重，kg/m S内套管内截面积，mm2 水泥浆水泥浆密度，g/cm3。,二、固井工艺,施工时，为保持插入密封，应在插入头进入密封插座时一次加足坐封力，坐封力可用下式计算： F坐封=P最大S插103 式中： F坐封坐封力，t P最大施工最高泵压，kg/cm2 S插插入头下端截面积，cm2。 其他作业要求参照常规固井。,二、固井工艺,1、套管串结构：浮鞋+2根套管+浮箍+套管+分级箍+套管至井口；承托环（碰压座）通常放在浮箍上面一根套管的母扣里。 2、工具及附件： 浮鞋、浮箍，要求同常规固井； 分级箍有机械式和液压式两种，机械式选用原则是开关孔可靠且压力较低，其强度、通径、扣型应与所在段套管一致。,（三）、分级固井,96,二、固井工艺,现场应认真对分级箍、胶塞组进行测绘、检查： 检查分级箍的开孔套、关闭套，是否与一级碰压塞、开孔塞、关孔塞尺寸相匹配； 检查一级碰压塞与承托环的匹配情况； 检查承托环在套管内的安放情况； 检查胶塞与水泥头的配套情况； 根据工具的使用经验，对分级箍开孔剪切销钉进行松、紧、装、卸。,二、固井工艺,分级箍及示意图,二、固井工艺,胶塞及示意图,入井、一级固井时状态,投入开孔塞到位时状态,关孔座,开孔座,开孔塞,开孔后、二级固井时状态,二级固井、关孔塞到位时状态,关闭塞,循环孔打开,关闭分级箍循环孔时状态,二、固井工艺,3、作业程序：（不连续式分级固井） 按SY/T 5412的要求下套管。 下至设计位置后，将套管灌满。 连接循环管线。 开泵小排量顶通建立循环，逐渐将排量提至设计施工排量，调整钻井液性能，循环不少于两周。 停泵，接水泥头、注替管线和计量仪表。 装一级碰压塞。 检查水泥头和管线闸门开关状态，注、替管线进行试压。,二、固井工艺,按设计注前置液。 按设计注水泥浆。 释放一级碰压塞。 按设计注顶替液，顶替量与分级箍以上套管内容积差3m35m3时降低排量，观察泵压表。碰压塞通过分级箍后将排量提至设计排量。 离设计替浆量还有3m35m3时降低排量，直至碰压；如不能碰压，则总替浆量不应大于套管内容积。,二、固井工艺,放回压，观察管内回流情况。如果水泥浆倒返，应即关闭水泥头闸门，候凝至水泥浆凝固。 投开孔塞，预计开孔塞到达分级箍位置后缓慢开泵，打开循环孔。按设计施工排量循环二周后，间断循环至一级水泥浆终凝。 停泵、装关孔塞。 按设计注第二级的前置液、水泥浆。,二、固井工艺,释放关孔塞，按设计注顶替液。 替至离设计替量还有3m35m3时降低排量，直至碰压。 关闭循环孔。 放回压，检查管内回流情况。如果水泥浆倒返，应提高泵压再次关闭循环孔。 候凝。 探钻水泥塞。,二、固井工艺,4、作业要求： 分级固井分非连续式和连续式两种，一般情况下，尽可能采用非连续方法。 分级箍安放位置在满足封固要求前提下，应选在井径规则、井斜小、地层致密不易冲垮的井段。 各级注水泥返高，要按套管鞋处地层破裂压力和漏失层最大承压能力，以及地质要求、油气水层位置决定。,二、固井工艺,为利于分级箍正常工作，分级箍上下2根套管应装套管扶正器，使分级箍居中。 为保证分级箍部位水泥环质量及分级箍循环孔的密封性，关孔塞应在注水泥结束前投入，可考虑用0.5m3水泥浆压入关孔塞。 对非连续分级固井，一级水泥返高不得超过分级箍。通常，一级水泥返高至少低于分级箍200m。,二、固井工艺,一级施工后，卸压检查无回流方可投开孔塞。打开分级孔后，用正常排量循环应多于一个迟到时间检查分级箍以上环空是否畅通。 一级施工需要蹩压候凝时，应在打开循环孔、证实分级箍以上环空通畅后，关井按设计回压值蹩压候凝；二级施工应在一级的水泥环形成不小于3.5MPa抗压强度后进行。,二、固井工艺,关孔压力应在理论压力基础上附加35MPa。 下钻、探到二级水泥塞面，按规定试压合格后钻完上水泥塞。钻完上水泥塞、探得下水泥塞，先循环洗井、测井，然后钻下水泥塞。 分级固井的套管井口装定参照常规固井方法进行。 其他作业要求同常规固井。,二、固井工艺,1、套管串结构：浮鞋+26根套管+捉球短节+套管+悬挂器总成+送入工具+送入钻具至井口。 2、工具及附件： 浮鞋带双单流凡尔，耐回压大于25MPa； 悬挂器的选用：尾管悬挂器应操作简便、性能可靠，要坐得住、倒得开、甩得脱；顶部应带回接筒；强度、通径、扣型应满足尾管作业及后续作业要求；中心管密封部分耐压应大于35MPa 。,（四）、尾管固井,111,二、固井工艺,悬挂器检查、测绘、连接（左螺纹连接液压坐挂悬挂器）： 测量各部件内外径、有效长度并绘图； 检查卡瓦及连杆等零件是否有变形、损坏，液缸、各剪切销钉是否完好、齐全； 中心管使用与其连接钻杆用通径规通径，中心管外表应光滑、 无轴向划痕，连接丝扣涂黄油，用管钳一人力量上紧；,二、固井工艺,中心管与密封短节（或封堵补心）应可靠密封，要求每次下井使用新密封圈； 带套管螺纹的组件，丝扣上均匀涂抹套管密封脂，用套管扭矩连接； 连接左旋螺纹前，丝扣上均匀涂抹高温润滑脂，用一人力量上紧； 应检查蹩压球与球座孔的匹配情况。,回接筒,悬挂器,密封短节,左螺纹短节,送入工具,密封短节补心,套管胶塞,钻杆胶塞,捉球短节,浮鞋,蹩压球,二、固井工艺,3、作业程序（左螺纹连接液压坐挂悬挂器）： 下尾管作业及要求 下放速度 要求匀速下放，不得猛提、猛放、猛刹和猛顿。 未接悬挂器前，下放速度不大于35m/min。 悬挂器入井后，下放速度不大于18m/min。 通过高渗透及易漏失地层，下放速度控制在12m/min15m/min。 套管鞋和悬挂器进入上层尾管喇叭口时，下放速度不大于5m/min。,二、固井工艺,螺纹连接 应使用SY/T 5199规定或厂家推荐的螺纹密封脂。 应按API规定或厂家推荐的扭矩连接螺纹。 球座短节以下螺纹，要求无灰尘、油污，在钻台上连接时涂抹套管丝扣粘合胶；其他套管下入前在场地上均匀涂抹螺纹密封脂。 特殊螺纹套管应使用扭矩仪监测上扣扭矩，根据所用螺纹密封脂调整最佳上扣扭矩。,二、固井工艺,悬挂器连接 悬挂器接入管串前，再次检查各部件完好情况。 悬挂器接入管串后，锁紧转盘。 把机油和钻杆螺纹密封脂按13的比例混合均匀，注满回接筒，固定防沉砂帽。 悬挂器通过井口装置时，缓慢下放，保护好卡瓦及连杆装置，防止碰撞悬挂器液缸。,二、固井工艺,灌浆 下尾管每15根20根灌满一次。 下钻杆立柱，逐柱灌浆，每10柱检查灌满一次。 出上层套管鞋前灌满钻井液。 其他要求 防止管内外落物。 套管上钻台应戴上公扣护丝。 下送钻柱过程中遇阻卡，应在专业技术人员协助下处理。,二、固井工艺,开泵循环 下完最后一根钻杆后灌满钻井液，接方钻杆（或顶驱），在送入管串上标记设计坐挂起始位置、回缩距长度，下放管柱使坐挂起始位置标记线与转盘面平齐，小排量顶通，建立循环，循环压力应低于坐挂压力的80%，观察并记录排量与压力。 坐挂前应使管串内钻井液全部循环至喇叭口以上不少于200m，对于油气层固井作业，应循环不少于一周，排除后效。,二、固井工艺,坐挂 上提送入管串，坐在吊卡或卡瓦上，卸开钻杆接头，投蹩压球。 上紧接头，下放至设计坐挂起始位置，小排量泵送蹩压球到达球座，缓慢提高泵压超过标定（或试验）坐挂压力附加20%以上（或超过2MPa3MPa），但不超过标定（或试验）蹩通压力的80%，蹩压5 min10 min。,二、固井工艺,平稳下放管柱使悬重等于送入管串称重值，在送入管串上标记实际坐挂起始位置和实际坐挂终了位置，两个位置间距应等于回缩距。 上提钻杆，悬重值不超过尾管浮重30和送入管串浮重之和，再次下放至坐挂终了位置，悬重仍等于送入管串称重值，证明坐挂成功。 下放至坐挂终了位置，提高泵压剪断球座剪切销钉，恢复循环。,二、固井工艺,释放 停泵，上提送入管串恢复悬重至送入管串称重值，再下放50kN100kN。 将转盘解锁，坐卡瓦，再下放100kN300kN并固定卡瓦。 用低于30 r/min的转速正转2圈5圈，检查扭矩，然后正转不低于反扣有效扣数两倍的圈数。 在安全长度内上提送入管串，指重表指示悬重保持在送入管串称重值时表明已释放成功。,二、固井工艺,将送入管串坐在吊卡上，卸掉方钻杆或顶驱。 接水泥头、注替管线和计量仪表。 再次开泵以小排量顶通，逐渐提至设计施工排量循环不少于两周，记录压力与排量。 循环结束前，校核流量计、校核钻井泵上水效率。 注水泥作业 装钻杆胶塞。 检查水泥头、管线闸门开关状态，对注水泥管线进行试压。,二、固井工艺,按设计注前置液。 按设计注入水泥浆。 释放钻杆胶塞。 按设计注入顶替液。顶替量与送入管串内容积差为3m35m3时降低排量，观察钻杆胶塞与套管胶塞重合时的压力变化情况并校核顶替量。胶塞重合后，将排量提高至设计施工排量。 设计总替量差3m35m3时降低排量；若不能碰压，总替量不能超过管柱内容积。,二、固井工艺,冲洗、起钻 具备循环条件，可起至设计水泥塞顶部位置，冲洗超量水泥浆，然后起钻或上提一定高度候凝。 不具备循环条件施，宜起钻至安全位置或起钻完候凝。 具备循环条件的深井尾管固井作业，宜直接起钻至安全位置、正循环一周，再起钻完或上提一定高度候凝。,二、固井工艺,循环过程中应低速转动钻柱，派专人观察出口返出情况，及时排掉返出的前置液、混浆和水泥浆。 起钻过程中应连续灌浆。 候凝 按设计要求候凝。 探钻水泥塞 按设计要求探钻水泥塞。,二、固井工艺,4、作业要求： 下尾管前，必须下刮管器对上层套管刮壁。刮管器工作部分外径应大于悬挂器最大外径。刮壁器下入应深于设计尾管头坐挂位置。所用钻具为送尾管钻具。 在下刮管器时，同时对钻柱通径、 “称重”， “称重”即刮管器下至悬挂器设计坐挂位置时，分别观察并记录在开泵、停泵、缓慢上提34米并转动时的悬重。 尾管与上层套管重迭长度控制在50200米。重迭段尾管，应加刚性扶正器。,二、固井工艺,尾管内外液柱压差不宜超过2MPa，防止浮鞋凡尔失灵过多水泥浆返回尾管内，或造成尾管鞋替空。 将多余水泥浆冲洗完后，有蹩压候凝要求时，再起10柱并接方钻杆关井蹩压候凝；否则可起出钻具。 候凝时间不得短于尾管顶部水泥浆凝固时间。 悬挂器的使用要求 ： 在大斜度井、水平井中下入尾管，悬挂器宜放置在直井段。 尾管悬挂器应坐挂在无磨损的外层套管本体上。,二、固井工艺,1、套管串结构： 回接插入筒+2根套管+浮箍+套管至井口；承托环（碰压座）通常放在浮箍上面一根套管的母扣里。 2、工具及附件： 浮箍带单流凡尔，耐回压大于25MPa； 回接插入筒应与尾管回接筒匹配，检查插入筒上密封盘根完好。,（五）、尾管回接固井,132,尾管回接筒,回接插入筒,二、固井工艺,3、作业程序： 用专用铣锥修整尾管回接筒接插入筒、下套管灌泥浆、接短套管、接水泥头 、连管线、循环下放、试回接提起、注水泥施工（试压、注前置液、水泥浆、投胶塞、注后置液、顶替液、碰压）下放、正式回接装井口、候凝探、钻水泥塞电测套管试压。,二、固井工艺,试回接操作： 小排量循环，下放回接插入筒进入尾管回接筒； 泵压明显上升，说明回接插入筒已进入喇叭口； 立即停泵，下放探回接筒底。 探得后，上提套管柱使回接插入筒循环孔离开回接筒，按设计的排量循环一周 进行注水泥作业。,二、固井工艺,4、作业要求： 下回接套管前，应下与尾管回接筒相配套的专用铣锥对回接筒进行磨铣修整。并核对回接筒底部深度，此井深即为回接插入筒底端应下入的井深，据此确定回接套管柱长度 。 回接插入筒上面5根套管，每一根套管加1只扶正器，确保插入筒居中。,二、固井工艺,当注替工序完成后，立即下放套管柱将插入筒插入尾管回接筒内，并加压1015吨。 对要求水泥返出地面的井，设计水泥浆的稠化时间要长于从注水泥浆到装定好套管所需要的时间。 其他作业要求同常规固井。,三、复杂工况固井技术,盐膏层固井 高压气层固井 小间隙固井 长裸眼段固井 大斜度水平井固井,138,三、复杂工况固井技术,盐膏层特点： 盐膏层主要集中在库车凹陷下第三系的吉迪克组和苏维依组，岩性包括盐岩、石膏岩、膏泥岩、欠压实 “软泥岩”等 ； 分布广、埋藏深，深度大都在几十米到4000多米之间，最深为6760米； 厚度大、层数多，累计厚度从几十米到一千多米，单层最厚为1767m ； 盐膏层可钻性好、易垮塌、溶解、塑性蠕变； 需钻井液密度1.902.40g/cm3，cl-含量520万ppm。,(一)、盐膏层固井,三、复杂工况固井技术,固井难点： 下套管困难、甚至下不到位，原因， 盐膏层塑性蠕变易缩径，甚至造成井眼闭合； 盐膏层多为复合盐膏层，岩性变化大、易形成台肩； 采用的钻井液密度高，固相含量高，泥饼质量不好。 水泥浆性能不易保证 抗盐水泥浆性能受加重材料和盐加量的影响较大； 抗盐水泥浆稳定性、流动性较差，现场施工配制难。,三、复杂工况固井技术,固井质量难以保证 盐膏层井段由于垮塌、溶解、缩径易形成“糖葫芦”井段，钻井液不易被顶替干净； 钻井液和水泥浆密度高，顶替效率不理想、易出现窜槽； 盐水侵降低了封固效果； 盐膏层被水泥浆溶解形成通道； 地层蠕变力大、封固质量差，易导致套管变形。,三、复杂工况固井技术,工艺技术措施： 采用高抗挤套管, 通常用于封固盐膏层的套管有： 140钢级的7 12.65mm厚壁套管； 110钢级以上的9 7/815.88mm厚壁套管； 110钢级以上的10 3/4厚壁套管。 合理设计井身结构 选准必封点，上一层次技术套管下入尽可能接近盐膏层顶界，封固上部低压地层。,三、复杂工况固井技术,控制盐膏层蠕变周期 通过释放盐膏层蠕变能量、提高钻井液密度、改善钻井液性能、盐膏层段扩眼等方法，控制盐膏层蠕变周期，保证下套管、注水泥施工时间。 使用防卡钻井液 下套管前在裸眼段注入性能良好的防卡钻井液，以利于套管下入。 选用与钻井液密度匹配的隔离液、水泥浆体系。,三、复杂工况固井技术,保证水泥返高 水泥浆返至盐膏层顶界以上至少50米；而且下一层次固井作业时水泥浆最好返至盐层顶界以上，起到复合套管作用、更好保护盐膏层套管。 合理使用扶正器 合理地加放扶正器、保证套管的居中度，有利于提高顶替效率、保证水泥环完整、提高套管抗外挤能力。,三、复杂工况固井技术,采用欠饱和盐水水泥浆体系 使用欠饱和盐水水泥浆（NaCl占水量的1825%）可以较好地抑制盐膏层的盐溶解、使井壁和水泥浆性能保持稳定，提高水泥的胶结质量，且水泥石强度发展较快、较高，有利于保护套管 。 关井蹩压侯凝 采用关井蹩压方式候凝，补偿因水泥浆失重而引起的液柱压力降低。,三、复杂工况固井技术,特点、难点： 地层压力梯度高 通常使用泥浆密度在1.902.40g/cm3之间。 井身质量差 大都在山前构造上，地层倾角大、3080之间； 同一区块不同井地层差异大，复杂情况多； 地层缝洞发育、安全压力窗口窄； 井眼轨迹差、易喷易漏，下套管、固井难度大。,(二)、高压气层固井,146,三、复杂工况固井技术,易发生气窜，产生气窜的原因如下： 气体密度低，在水泥浆中形成滑脱效应； 气体与水泥浆发生置换； 井内液柱压力低于地层压力，如井漏、水泥浆失重、水泥浆与隔离液的当量密度偏低等； 水泥浆及井壁处形成通道，如在井壁处形成游离液带、水泥浆内通道、水泥石渗透率高、井壁处胶结质量差； 水泥浆体系不稳定，造成局部无法有效封固，形成气体流窜通道； 水泥浆体积发生收缩，会引起气侵发生。,三、复杂工况固井技术,工艺技术措施： 上层技术套管下至气层顶部 避开低压漏失层、气水同层，保证气层固井水泥浆返高，提高封固效果； 减少气层钻进时出现复杂，提高井身质量； 可以为气层钻进、固井施工提供有利的井控条件。 使用双凝水泥、时间差大于2小时 气层上部为缓凝水泥、保持水泥凝固时对气层的有效液柱压力。 水泥浆返高超过气层顶界200米，尽量设计返出地面。,三、复杂工况固井技术,选用高强度、气密封套管 使用140钢级、12.65mm厚壁套管，保证抗外挤、抗内压安全系数； 选用3SB、FOX、NSCC等气密封接头。 采用平衡压力固井工艺 选用与气层孔隙压力相匹配的加重隔离液、高密度水泥浆