石油工程概论第四章 油气井工程2

6.2油气井工程工艺流程6.2油气井工程工艺流程一口井的基本工艺过程一、钻前准备 二、钻进 三、固井 四、完井一、钻前准备•（1）修公路。建立通向井场 的运输通道，以保证钻井设备、 器材和原材料的运输、供应。•（2）平井场及打基础。根据 井的深浅、设备的类型及设计 要求，平整井场、进行设备基 础施工，为设备的安装创造可 靠条件。•（3）钻井设备的搬迁和安装。•（4）井口准备。井口准备主要包括打导 管（即打一圆孔井，下入导管）和钻鼠 洞。在井口中央掘一圆形井，下入导管， 并用水泥砂浆固结。•钻井常用大小两个鼠洞：一、钻前准备•大鼠洞：当不使用方钻杆而从大钩上卸 下时，用于放置方钻杆和水龙头的洞， 位于钻台左前方井架大腿与井口的连线 上。•小鼠洞位于井口的正前方，用于预先放 置钻杆单根的洞，以加快接单根操作。•（5）备足钻井所需要的各种工具、器材。二、钻进•钻进是进行钻井生产取得进尺的唯一过程，是用足够 的压力把钻头压到井底岩石上，使钻头牙齿吃入岩石 中并旋转以破碎井底岩石的过程。在井底产生岩屑后， 流经钻柱内孔和钻头喷嘴的洗井液，冲击井底，随时 将井底岩屑清洗、携带到地面，这一过程称之为洗井。•在转盘钻井的整个钻进过程中，不管钻头是否破碎岩 石，钻柱是否在旋转，洗井都是始终在进行的，除非 是在接单根、起下钻或其他无法循环的特殊情况下， 洗井液的循环不能停止，否则将会造成井下事故。二、钻进•在钻进过程中，随着岩石的破碎，井眼 在不断加深，因此钻柱也需要及时接长。 钻柱主要由钻杆组成，每当井眼加深了 一根钻杆的长度时，就向钻柱中接入一 根钻杆，此过程叫做接单根。二、钻进•由于钻头在井底破碎岩石，钻头会逐渐 磨损，当磨损到一定程度后需要更换钻 头，这样就必须将全部钻柱从井内起出 来，更换新钻头，之后再重新将全部钻 柱下入井中，这一过程称之为起下钻。 有时为了处理井下事故、测井斜等特殊 情况，也需要起下钻。二、钻进•要使井眼能够继续向下加深，保持所形成的井 眼稳定，保证上部强度低的地层不被井内洗井 液压裂，在必要的时候必须采用特定的工艺， 将已钻出的井眼用下套管后再注入水泥浆的方 法加以封固，将已钻穿的地层与井眼分隔开来， 然后再在已封固的井眼内下一较小尺寸的钻头 继续向下钻出新井段。每改变一次钻头尺寸， 开始钻一新的井段的工艺叫开钻。封井器•套管的种类•按使用目的不同分为：•表层套管固井起的是“泥浆通路，油气门户”的作用。三、固井•技术套管固井，它起的是“巩固后方，安全探路”的作用。•油层套管起的是“严密封隔，油气门户”的作用。•三、固井

表层套管的功用

–封隔上部松软的易塌、易漏地层；

–安装防喷器等井口装置，控制钻开高压层时可 能发生的井喷现象；

–支撑技术套管和生产套管的重量。下深：几十米到几百米，通常30~100m；管外水泥返高：返至地面。技术套管（中间套管）的功用–封隔洗井液难以控制的复杂地层，如漏失层、高压水层、严重坍塌层；–封隔非目的层的油气层或压力相差悬殊的油气层。三、固井下深：下至复杂地层以下；管外水泥返高：返至要封隔的复杂地层100m以上，若为高压气层，需返至地面。视具体情况，可以不下，也可以下一层，甚至更多层。•生产套管的功用三、固井

–将油气层与其它地层，以及不同压力的地层分 隔开；

–为油气生产提供长期稳定的通道。下深：取决于目的层的深度和完井方法；管外水泥返高：返至所封隔的油气层以上100m。三、固井•一口井开钻前根据该井的钻探目的，本地区的地质条件及钻井工艺技术水平所确定的套管层次、尺寸、各层套管的下入深度、管外水泥返高及每层套管相对应的钻头尺寸，称之为该井的井身结构。

三、固井

1.下套管

将按强度要求设计好的套管及其附件组成的套管 柱下入到一钻出的井眼内的工艺过程称为下套管。（1）套管•••用优质钢材制成的一种无缝钢管，长度在10m左右；两端车有螺纹，用套管接箍联接；为了满足钻井的需要，套管具有不同的直径、壁厚和钢级。1.下套管三、固井（2）套管柱下部结构•引鞋：引导套管入井，防止套管插入井壁或刮削井壁。•套管鞋：引导钻具顺利进入套管，防止钻具的接头、钻头被套管底部挂住。（2）套管柱下部结构1.下套管三、固井•旋流短节：使水泥浆旋流上返，以利于提高顶替效率，保证注水泥质量。•回压凡尔：下套管过程中减轻套管重量；注水泥过程中防止水泥浆倒流，保证水泥浆上返高度。•承托环：控制水泥塞高度。•扶正器：使套管在井内居中，保证管外水泥环均匀分布。分为弹性扶正器和刚性扶正器。三、固井

1.下套管

（2）套管柱下部结构（2）套管柱下部结构

自下而上的顺序是：1.下套管三、固井

引鞋+套管鞋+旋流短节+回压 凡尔+承托环+扶正器+套管+

扶正器+……（3）下套管基本工艺过程与下钻相同三、固井

2.注水泥

用一套专用设备将设计用量的干水泥和水配制成合适的 水泥浆注入井内，并使其返至套管外设计的位置称为注水泥。

（1）油井水泥••

为硅酸盐水泥的一种； 油井水泥需要具有：–耐高温、高压能力；–较高的早期强度；–较短的候凝时间；–较强的耐腐蚀能力。三、固井

2.注水泥

（2）水泥浆性能•••••密度稠化时间：水泥浆从配置开始到其稠度达到规定值所用的时间。凝结时间：水泥浆从配置开始到变为固态所用的时间。失水：水泥浆中的自由水通过井壁渗入地层的现象。水泥石强度三、固井（3）注水泥设备和工具

2.注水泥

下灰车供水车

撬装式水泥设备•注水泥工具包括：水泥头、顶胶塞和底胶塞。底胶塞三、固井

2.注水泥

（3）注水泥设备和工具三、固井

2.注水泥

（4）注水泥工艺流程

装水泥头、循环洗井 放下底胶塞、打隔离液 注水泥浆压顶胶塞井筒中替换成洗井液碰压3.井口安装三、固井•下套管注水泥之后，在水泥凝固期间就要安装 井口。表层套管的顶端要安套管头的壳体。各 层套管的顶端都挂在套管头内，套管头主要用 来支撑技术套管和油层套管的重量，这对固井 水泥未返至地面尤为重要。套管头还用来密封 套管间的环形空间，防止压力互窜。套管头还 是防喷器、油管头的过渡连接。陆地上使用的 套管头上还有两个侧口，可以进行补挤水泥、 监控井况、注平衡液等作业。4.套管试压三、固井•套管试压是检查固井质量的重要组成部分。安 装好套管头和接好防喷器及防喷管线后，要做 套管头密封的耐压力检查和与防喷器联接的密 封试压。套管内压入水泥塞后要做套管柱的压 力检验，钻穿套管鞋鞋2~3米后（技术套管）要 做地层压裂试验。生产井要做水泥环的质量检 验，用声波探测水泥环与套管和井壁的胶结情 况。固井质量的全部指标合格后，才能进入到 下一个作业程序。•一口井钻达预定的井深，称为“完钻”。完钻以后的 工作，统称为“完井”。但在实际工作中，从钻开油 气层开始，就已经进入完井阶段。钻进和完井有所交 叉。•通常完井分成探井完井和开发井完井。四、完井•探井的完井包括发现有生产价值的油气、开始下油层 套管、注水泥固井、射孔、试油气、直到弃井或临时 性弃井。•开发井的完井包括钻开油气层、下油层套管、注水泥、射孔、下生产管柱和装井口、直到交井。•无论是探井或开发井，保护油气层和延长油气产能的寿命是完井作业的核心目标。•1.保护油气层的措施四、完井•（1）采取平衡压力或欠平衡压力钻开油气层。•（2）减小钻井液和完井液的滤失性。•（3）清除钻井液和完井液中的无用固相颗粒。•（4）控制膨润土的含量。•（5）减少钻井液和完井液对油气层的浸泡时间。•（6）采用分级注水泥、水泥浆中加降失水剂，缩短水泥凝固时间的方法等•2.选择适合的完井方法四、完井图6-15直井完井方法示意图a-套管射孔完井；b-尾管射孔完井；c-先期裸眼完井；d-后期裸眼完井；c-筛管完井f-砾石充填完井•3.完井井口装置四、完井•完井井口装置是安装在地面（或海床）上的，用以悬挂和 固定井内的各种管柱，和控制、引导井内油气流的设备。 通常包括套管头、油管头和采油（气）树三大部件。•套管头在完井中起着支撑和密封油层套管的作用。•油管头与油层套管连通，起着悬挂、支撑井中油管柱，密 封油管柱和套管的环形空间。油管头还能通过壳体的旁侧 出口和法兰上的侧孔注入液体、缓蚀剂，监控井内情况。 采油树安装在油管头上，是油气井生产的总闸门，用来控 制和调节油气流的生产。四、完井图6-16采油树示意图l-套管头法兰；2，4-油管挂；3-油管头部侧法兰闸门；5-采油树生产总闸门；6-采油树生产闸门；7-采油树通井闸门；8-采油树生产压力表；9-油层套管监测压力表；10-油管头旁侧闸门•4.油气井的射孔方法四、完井•固井后，油气层被封闭了，完井前要 用射孔弹把封固的油气层射开，这就 叫射孔。射孔完井是当前完井的重要 方法。该法是用聚能射孔弹将套管、 水泥环和部分油层射穿，使产层的油 气流进入套管内，借助产层自身的压 力（或抽吸）流出地面。•射孔方法有正压射孔和负压射孔两种，负压射孔又分为过油管射孔和油管传输射孔。•4.油气井的射孔方法四、完井•正压射孔是在套管里的液柱压力大于地 层压力下进行射孔。因此，完井液中的 各种固相物质、游离水进入孔道致使孔 道部分堵死，或使水敏性的矿物膨胀， 使油气产量降低。因此，在深井和复杂 井中，正压射孔已被负压射孔取代。•4.油气井的射孔方法•负压射孔是在生产管柱的封隔器坐封后，在生 产管柱内的压力低于油气层的压力下，用电缆 送下射孔弹到预定的油气层深度上射孔。四、完井•过油管射孔是将聚能弹串联在一起，通过坐封 后油管柱的内管道，用电缆把射孔弹下到预定 深度射孔。过油管射孔因受油管内径的限制， 射孔弹的直径较小，火力较低，射穿套管后进 入油气层的距离较短，在使用上受到一定的限 制。•4.油气井的射孔方法四、完井•另一种是用油管送射孔弹下井射孔。这种 方法是将事先配好的射孔枪接在油管柱的 下部，下入到井下预定深度，用调整油管 深度的办法使射孔枪的射孔弹对准油气层 的射孔层位，封隔器坐封和装好采油树后， 打开清蜡闸门和总闸门，用投捧或环形空 间如压的办法起爆射孔。油管输送射孔有 许多优点，应用较多。•5.完井试油气•完井作业的最后工序是试油气。可分成探井试油气和生产井试油气。四、完井•探井试油气主要是了解地层的真实情况和生产 能力，为勘探的情况和生产能力做出评价。探 井试油气一般采用分层测试，从下到上，试完 一层封闭一层。如果试油气有生产价值，可保 持该油气井，进行临时弃井作业。•5.完井试油气四、完井•生产井的试油要按开发方案的试油气程序进行。 其主要内容与钻杆测试相仿，但试油气的时间 要长得多，资料的收集更全面详细，资料的解 释也更系统、深入。通过测试和解释，了解油 气井在各种条件下的生产能力，为油田的开发 提供实际依据。•5.完井试油气四、完井•所谓试油，就是测试油井的生产能力，取全取 准各项资料，为油田开发提供依据。试油是一 项十分重要的工作，油井产量的高低，油、气、 水的物理化学性质，油层压力和温度，都要通 过试油来取得。•有的油井在井下二三百米的井段内，分布着几 套油层，这就需要自下而上分层试油。以便取 得各个层段的产量、压力及其他相关资料。•5.完井试油气四、完井•一般情况下，对于有自喷能力的油层，通过在井口更换3~4 个不