《固井与完井作业》1

1、固井概论固井概论固井概论固井概论简单地说：简单地说：固井作业就是用不同尺寸固井作业就是用不同尺寸的高强度无缝金属圆管（的高强度无缝金属圆管（套管套管），下入钻），下入钻开的井眼，之后用水泥将金属管外部与井开的井眼，之后用水泥将金属管外部与井眼眼固住固住，将井眼与地层，将井眼与地层分隔分隔开来。开来。固井作业固井作业：向井内下入套管，并向井：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眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业过程，作业过程，是钻井过程中的重要作业环是钻井过程中的重要作业环节。在钻井（生产井）作业中一般至少要节。在钻井（生产井）作业中一般至少要有有两次两次固井，多至固

2、井，多至45次次固井（深探井）。固井（深探井）。概念概念固井概论固井概论套管的作用套管的作用1 1、防止井塌，防止钻井液与井壁的过渡冲蚀；防止井塌，防止钻井液与井壁的过渡冲蚀；2 2、防止淡水层，低压力层被污染；防止淡水层，低压力层被污染；3 3、防止油气泄漏；防止油气泄漏；4 4、控制油气出井量；控制油气出井量；5 5、为控制井内压力提供条件；为控制井内压力提供条件；6 6、以便安装采油人工举升装置；以便安装采油人工举升装置；7 7、为油气流动提供通道。为油气流动提供通道。固井概论固井概论最上面的固井是最上面的固井是表层套管表层套管固井，它起的是固井，它起的是“泥浆通路，油气门户泥浆通路，油

3、气门户”的的作用。在作用。在下一次下一次开钻之前，表层套管上要装开钻之前，表层套管上要装防喷器防喷器预防井喷。防喷器之预防井喷。防喷器之上要装上要装泥浆导管泥浆导管，是，是钻井液钻井液返回泥浆池的返回泥浆池的通路通路。钻井过程中往要下钻井过程中往要下技术套管技术套管固井，它起的是固井，它起的是“巩固后方，安全探路巩固后方，安全探路”的作用（的作用（地层允许也可直达储层地层允许也可直达储层）。）。油层套管起的是油层套管起的是“严密封隔，油气门严密封隔，油气门户户”的作用。油层未钻穿前，的作用。油层未钻穿前，油、气、水油、气、水在在地层中处于地层中处于平衡和封隔平衡和封隔的状态，钻穿后便连的状态，

4、钻穿后便连成一体。所以成一体。所以固井时固井时将将油、气、水层油、气、水层严密封严密封隔；隔；完井时完井时只留下只留下油气藏油气藏向井口输送的通向井口输送的通道，关井时是油气的临时仓库。道，关井时是油气的临时仓库。固井概论固井概论固井水泥车固井水泥车固井概论固井概论固井水泥罐车固井水泥罐车固井概论固井概论固井混浆车固井混浆车固井概论固井概论压裂车压裂车常规生产井固井流程常规生产井固井流程学习情境一学习情境一 固井施工准备固井施工准备学习情境一学习情境一 固井施工准备固井施工准备学习情境一学习情境一 固井施工准备固井施工准备学习情境一学习情境一 固井施工准备固井施工准备学习情境一学习情境一 固井

5、施工准备固井施工准备学习情境一学习情境一 固井施工准备固井施工准备学习情境一学习情境一 固井施工准备固井施工准备项目一：常规固井工具的检查使用项目一：常规固井工具的检查使用一、一、循环接头循环接头二、二、固井水泥头固井水泥头三、三、固井胶塞固井胶塞四、四、浮鞋、浮箍浮鞋、浮箍五、五、扶正器扶正器项目一：常规固井工具的检查使用项目一：常规固井工具的检查使用六、六、联顶节联顶节七、七、尾管水泥头尾管水泥头八、八、快装水泥头快装水泥头一、循环接头一、循环接头1定义定义用来连接井口套管柱与地面循环用来连接井口套管柱与地面循环系统而实现循环的工具称为循环接系统而实现循环的工具称为循环接头。头。2分类分类

6、按用途可分为大小头式循环接头按用途可分为大小头式循环接头和接头式循环接头两类。和接头式循环接头两类。3作用作用(1)下套管过程中，进行中途循环下套管过程中，进行中途循环洗井。洗井。(2)下套管结束后，进行循环洗下套管结束后，进行循环洗井。井。一、循环接头一、循环接头4结构结构(1)大小头式循环接头一端为套大小头式循环接头一端为套管外螺纹，另一端为钻杆内螺纹式管外螺纹，另一端为钻杆内螺纹式的大小头。的大小头。(2)活接头式循环接头一端为套活接头式循环接头一端为套管外螺纹，另一端顶部管外螺纹，另一端顶部(或侧面或侧面)焊焊一活接头短节的两通接头。一活接头短节的两通接头。二、固井水泥头二、固井水泥头

7、1定义定义水泥头是联接联顶节和固井管汇之水泥头是联接联顶节和固井管汇之间的完成注水泥作业的井口装置。间的完成注水泥作业的井口装置。2作用作用(1)联接套管串和各种管汇，通过它联接套管串和各种管汇，通过它来完成循环、注隔离液、注水泥浆、释来完成循环、注隔离液、注水泥浆、释放胶塞、替浆等施工工序。它是固井作放胶塞、替浆等施工工序。它是固井作业地面管汇井口总枢纽。业地面管汇井口总枢纽。(2)承受高压，适应各种工艺固井。承受高压，适应各种工艺固井。(3)如果回压阀失灵，可实现憋压，如果回压阀失灵，可实现憋压，控制水泥浆倒流。控制水泥浆倒流。(4)通过它实现活动套管操作。通过它实现活动套管操作。二、固井

8、水泥头二、固井水泥头3分类分类(1)按联接螺纹分为按联接螺纹分为钻杆水泥头钻杆水泥头、套套管螺纹水泥头、尾管水泥头管螺纹水泥头、尾管水泥头和和快装水泥快装水泥头头。(2)按形状结构分为按形状结构分为简易水泥头简易水泥头、普普通水泥头通水泥头、带平衡管水泥头带平衡管水泥头和和带胶塞指带胶塞指示器示器水泥头。水泥头。(3)按装胶塞的作用和个数分为按装胶塞的作用和个数分为单塞单塞水泥头水泥头和和双塞水泥头双塞水泥头。二、固井水泥头二、固井水泥头水泥头型号表示法水泥头型号表示法二、固井水泥头二、固井水泥头单塞水泥头单塞水泥头 用于常规固井和非连续用于常规固井和非连续分级注水泥的一种专用井口分级注水泥的

9、一种专用井口工具。工具。二、固井水泥头二、固井水泥头双塞水泥头双塞水泥头双塞水泥头与单塞水泥头结构基双塞水泥头与单塞水泥头结构基本相同，只是加长了水泥头本本相同，只是加长了水泥头本体，同时还装入了上、下体，同时还装入了上、下两个胶两个胶塞塞。在注水泥之前释放第一个胶塞在注水泥之前释放第一个胶塞（下胶塞下胶塞），水泥浆注完后，再），水泥浆注完后，再释放其内部的第二个胶塞（释放其内部的第二个胶塞（上胶上胶塞塞）。）。三、固井胶塞三、固井胶塞胶塞结构：胶塞结构：1定义定义固井作业中用来隔离不同液体，装在水泥固井作业中用来隔离不同液体，装在水泥头内的橡胶制品。头内的橡胶制品。2作用作用(1)隔开并刮净

10、套管内壁上的钻井液和水泥隔开并刮净套管内壁上的钻井液和水泥浆。浆。(2)显示碰压并给出信号。显示碰压并给出信号。(3)保证套管内水泥塞长度和套管鞋附近的保证套管内水泥塞长度和套管鞋附近的水泥环质量。水泥环质量。3分类分类固井胶塞按用途可分为：固井胶塞按用途可分为：套管上胶塞套管上胶塞、下下胶塞胶塞、自锁胶塞自锁胶塞、尾管胶塞尾管胶塞、分级固井胶分级固井胶塞塞等多种。等多种。三、固井胶塞三、固井胶塞胶塞结构：胶塞结构：由内心、胶皮碗和帘布层组成。心体用生由内心、胶皮碗和帘布层组成。心体用生铁、铸铝、玻璃钢或硬质橡胶等制成，然后将铁、铸铝、玻璃钢或硬质橡胶等制成，然后将其硫化在内心体上即成胶塞。现

11、在大多内心用其硫化在内心体上即成胶塞。现在大多内心用硬橡胶，在底部加铝板制成。硬橡胶，在底部加铝板制成。上胶塞的作用：上胶塞的作用：当全部水泥浆注完后，压当全部水泥浆注完后，压上胶塞，它顶着水泥浆下行，用来刮净粘附在上胶塞，它顶着水泥浆下行，用来刮净粘附在套管内壁上的水泥浆，并防止驱替钻井液与水套管内壁上的水泥浆，并防止驱替钻井液与水泥浆混合，避免尾部水泥浆污染，保证底部水泥浆混合，避免尾部水泥浆污染，保证底部水泥胶结质量。当到达阻流板时，显示碰压，则泥胶结质量。当到达阻流板时，显示碰压，则注水泥作业结束。注水泥作业结束。上胶塞（实心）上胶塞（实心）三、固井胶塞三、固井胶塞下胶塞：下胶塞：作用

12、：作用：在注水泥浆在注水泥浆之前之前，释放下胶塞，释放下胶塞，用来用来隔开隔开水泥浆与前置液。减少套管内所注水泥浆与前置液。减少套管内所注水泥浆的水泥浆的污染污染，同时擦净粘附在，同时擦净粘附在套管内壁套管内壁上上的钻井液，并将其推挤到胶塞的钻井液，并将其推挤到胶塞前面前面。当下胶塞到达当下胶塞到达阻流板阻流板时，施加一个时，施加一个小压小压力力即可即可压破压破胶塞上部的橡胶胶塞上部的橡胶隔膜隔膜，从而使水，从而使水泥浆流经胶塞，通过旋流短节等附件，被泥浆流经胶塞，通过旋流短节等附件，被驱驱替替到套管与井壁之间的到套管与井壁之间的环形空间环形空间中。中。下胶塞（中空）下胶塞（中空）型号表示法：

13、型号表示法：三、固井胶塞三、固井胶塞胶塞的安装：胶塞的安装：(1)卸掉水泥头压盖，打开上挡销，关闭下档销，将下胶塞安放至上、下卸掉水泥头压盖，打开上挡销，关闭下档销，将下胶塞安放至上、下挡销之间。挡销之间。(2)关闭上挡销，将上胶塞安放于上挡销之上。关闭上挡销，将上胶塞安放于上挡销之上。(3)盖好压盖，并拧紧。盖好压盖，并拧紧。型号表示法：型号表示法：四、浮鞋四、浮鞋 浮箍浮箍浮鞋、浮箍、单流阀：浮鞋、浮箍、单流阀：1、套管浮鞋、套管浮鞋装在套管柱底部引导套管柱入井，防止套管柱底部插入井壁装在套管柱底部引导套管柱入井，防止套管柱底部插入井壁后遇阻；后遇阻；2、套管浮箍、套管浮箍装在浮鞋以上装在

14、浮鞋以上23根套管处，为胶塞提供碰压位置，当上胶根套管处，为胶塞提供碰压位置，当上胶塞到达浮箍时，泵压会突然升高，这时候说明胶塞已碰压，固井替浆塞到达浮箍时，泵压会突然升高，这时候说明胶塞已碰压，固井替浆结束。结束。3、浮鞋、浮鞋/箍箍，都有一个单流阀机构，可防止固井结束后套管环空内的流体，都有一个单流阀机构，可防止固井结束后套管环空内的流体进入套管内，同时，管串入井时还可减少大钩载荷。进入套管内，同时，管串入井时还可减少大钩载荷。四、浮鞋四、浮鞋 浮箍浮箍1、浮鞋：、浮鞋：1）定义）定义 带回压装置，下套管时能产生浮力的套管引带回压装置，下套管时能产生浮力的套管引鞋称为浮鞋。鞋称为浮鞋。2）

15、特点）特点耐高温，密封性好，耐高温，密封性好，可钻性可钻性好，连接方便，成好，连接方便，成本低，制造简单。本低，制造简单。可用于表层套管、技术套管和浅油层套管。浮可用于表层套管、技术套管和浅油层套管。浮鞋可形成空心管柱，对套管产生一定的浮力，鞋可形成空心管柱，对套管产生一定的浮力，下放时减少由套管自重引起的井架负荷。使用下放时减少由套管自重引起的井架负荷。使用浮鞋还可减少套管对地层的浮鞋还可减少套管对地层的冲击压力冲击压力。四、浮鞋四、浮鞋 浮箍浮箍2、浮箍：、浮箍：1）定义）定义带回压阀并用混凝土浇注而成的能产生浮力的套管接箍短节称为浮箍。带回压阀并用混凝土浇注而成的能产生浮力的套管接箍短节

16、称为浮箍。2）作用）作用用于技术套管或先期完成井，其作用与回压阀的作用相同。用于技术套管或先期完成井，其作用与回压阀的作用相同。四、浮鞋四、浮鞋 浮箍浮箍3、回压凡尔：、回压凡尔：1、用途、用途 适用于射孔完成井生产套管的固井施适用于射孔完成井生产套管的固井施工作业。工作业。2、特点、特点 套管回压凡尔分为套管回压凡尔分为球座式、半球式、球座式、半球式、组合式组合式三类；三类； 球座式球座式回压凡尔密封性能好，一般用回压凡尔密封性能好，一般用于小斜度井的固井作业；于小斜度井的固井作业； 半球式半球式回压凡尔强度高、耐高温，多回压凡尔强度高、耐高温，多用于超深井；用于超深井； 组合回组合回压凡尔

17、可起双保险作用，应用压凡尔可起双保险作用，应用广泛；广泛；五、扶正器五、扶正器1定义定义 装在套管体外面，起扶正、居中套管作用的装置称为套管扶正器。装在套管体外面，起扶正、居中套管作用的装置称为套管扶正器。 2作用作用a、用来扶正套管，保持套管在井眼中居中，为驱替洗井液提供均匀畅通用来扶正套管，保持套管在井眼中居中，为驱替洗井液提供均匀畅通的流道，保证套管柱与井壁环形空间的水泥浆分布均匀，提高水泥环的流道，保证套管柱与井壁环形空间的水泥浆分布均匀，提高水泥环质量。质量。b、防止套管在高渗透地层段粘卡，减少套管磨损，保证套管顺利下井。防止套管在高渗透地层段粘卡，减少套管磨损，保证套管顺利下井。c

18、、还可刮掉井壁上的疏松泥饼，提高水泥与地层的胶结质量。还可刮掉井壁上的疏松泥饼，提高水泥与地层的胶结质量。3安放原则安放原则要使扶正器能起到扶正作用，必须合理设计扶正器的安放位置、数量及要使扶正器能起到扶正作用，必须合理设计扶正器的安放位置、数量及相邻两个扶正器之间的距离。相邻两个扶正器之间的距离。一般原则是：一般原则是：安放在油气层部位、井径和井斜方位变化较大的井段。安放在油气层部位、井径和井斜方位变化较大的井段。五、扶正器五、扶正器4分类分类套管扶正器分为套管扶正器分为弹性扶正器弹性扶正器和和刚性扶正器刚性扶正器，弹性扶正器又分弹性扶正器又分弹簧式弹簧式和和焊接筋条焊接筋条式两式两大类。大

19、类。(1)弹性扶正器按组装方式可分为弹性扶正器按组装方式可分为焊接式焊接式、铆铆接式接式、组装式组装式、冲压式冲压式和和限位式限位式五种。五种。(2)弹性扶正器按形状可分弹性扶正器按形状可分单弓扶正器单弓扶正器、双弓双弓扶正器扶正器、导流板式扶正器导流板式扶正器及及小井眼扶正小井眼扶正器器。(3)刚性扶正器刚性扶正器属于焊接筋条扶正器，它主要属于焊接筋条扶正器，它主要应用于水平井的水平段。为提高固井质应用于水平井的水平段。为提高固井质量、减少阻卡。量、减少阻卡。五、扶正器五、扶正器(4)刚性螺旋扶正器刚性螺旋扶正器的扶正条与轴线夹角为的扶正条与轴线夹角为30度度，螺旋式比常规直条式更为优越。，

20、螺旋式比常规直条式更为优越。一是一是当井壁不规则时，下套管过程当井壁不规则时，下套管过程 ，对螺，对螺旋扶正器产生一定的横向分力，使扶正旋扶正器产生一定的横向分力，使扶正器产生转动，从而减轻下套管的阻力；器产生转动，从而减轻下套管的阻力；二是二是在管外环空中，当水泥浆穿过螺旋片在管外环空中，当水泥浆穿过螺旋片时，产生旋流，从而提高水泥浆的顶替时，产生旋流，从而提高水泥浆的顶替效率，对提高固井质量十分有利。效率，对提高固井质量十分有利。五、扶正器五、扶正器6性能参数要求性能参数要求(1)启动力：启动力：使扶正器进入设计套管中所需的力。使扶正器进入设计套管中所需的力。(2)复位力：复位力：扶正器作

21、用于井眼而驱使套管离开井壁的力。扶正器作用于井眼而驱使套管离开井壁的力。(3)永久变形：永久变形：是指弓形弹簧片经过是指弓形弹簧片经过12次次压平或拉直试验，而弓形高度保压平或拉直试验，而弓形高度保持不变时，则认为弹簧片没有持不变时，则认为弹簧片没有永久变形永久变形。5.型号表示方法型号表示方法六、联顶节六、联顶节1定义定义 联接套管串与固井水泥头的一根短套管联接套管串与固井水泥头的一根短套管称为称为联顶节联顶节。实际上就是一根具有严。实际上就是一根具有严格长度的格长度的短套管短套管。2用途用途在下完套管后，联顶节安装在套管串顶在下完套管后，联顶节安装在套管串顶部，选用适当长度的短套管，可以使

22、部，选用适当长度的短套管，可以使;套管柱下到预定的深度和得到标准的套管柱下到预定的深度和得到标准的套管套管井口高度井口高度，从而满足安装，从而满足安装防喷器防喷器和和采油树采油树对井口高度的要求。对井口高度的要求。3长度计算长度计算（P14）联顶节联顶节=接箍长接箍长+吊卡高吊卡高+垫块厚垫块厚+联入长联入长即即 ：L = L1 + L2 + L3 + h七、尾管水泥头七、尾管水泥头尾管水泥头的操作尾管水泥头的操作(1)检查尾管水泥头各部件并装入钻杆胶塞。检查尾管水泥头各部件并装入钻杆胶塞。(2)安装水泥头注替控制闸门，连接好固井管线并试压。安装水泥头注替控制闸门，连接好固井管线并试压。(3)

23、通过注水泥入口，将前置液和水泥浆泵入钻杆内。通过注水泥入口，将前置液和水泥浆泵入钻杆内。(4)注水泥浆结束，关闭注水泥闸门，开挡销，通过顶胶塞入口压胶塞。注水泥浆结束，关闭注水泥闸门，开挡销，通过顶胶塞入口压胶塞。(5)确认胶塞进入钻杆后，通过注替水泥浆入口泵入钻井液，将钻杆胶塞确认胶塞进入钻杆后，通过注替水泥浆入口泵入钻井液，将钻杆胶塞顶替至尾管悬挂器，使钻杆胶塞与尾管悬挂器内的尾管胶塞复合顶替至尾管悬挂器，使钻杆胶塞与尾管悬挂器内的尾管胶塞复合(此时泵此时泵压略有变化压略有变化)。(6)复合胶塞剪断固定尾管胶塞的剪切销钉后，随着顶替一起在尾管里下复合胶塞剪断固定尾管胶塞的剪切销钉后，随着顶

24、替一起在尾管里下行，直至碰压。行，直至碰压。(7)井口释放压力，观察浮箍回压阀的工作状况。井口释放压力，观察浮箍回压阀的工作状况。八、快装水泥头八、快装水泥头快装水泥头结构：快装水泥头结构：快装水泥头的结构与其他类别的水泥头基本快装水泥头的结构与其他类别的水泥头基本相同，只是在水泥头本体下端具有三个纵向槽相同，只是在水泥头本体下端具有三个纵向槽的梯形螺纹，与快速连接接头配合，可实现快的梯形螺纹，与快速连接接头配合，可实现快速装卸。速装卸。此接头的下端为套管外螺纹，上端是梯形螺此接头的下端为套管外螺纹，上端是梯形螺纹，在梯形内螺纹中沿周向铣出三条等距离的纹，在梯形内螺纹中沿周向铣出三条等距离的纵向槽。该槽应与水泥头本体下端纵向槽对纵向槽。该槽应与水泥头本体下端纵向槽对应，装水泥头时，本体下端螺纹垂直插进快速应，装水泥头时，本体下端螺纹垂直插进快速接头的上端螺纹，向右旋转接头的上端螺纹，向右旋转60度，然后用快速度，然后用快速连接接头上的锁紧装置