1、固井的概念

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，保證勘探期間的分層測試及在整個(gè)開采過程中合理的油氣生產(chǎn)等目的而下入優(yōu)質(zhì)鋼管，并在井筒與鋼管環(huán)空充填好水泥的作業(yè)，稱為固井工程。

2、固井的目的

1. 封隔易坍塌、易漏失的復(fù)雜地層，鞏固所鉆過的井眼，保證鉆井順利進(jìn)行；

2. 提供安裝井口裝置的基礎(chǔ)，控制井口噴和保證井內(nèi)泥漿出口高于泥漿池，以利鉆井液流回泥漿池；

3. 封隔油、氣、水層，防止不同壓力的油氣水層間互竄，為油氣的正常開采提供有利條件；

4.保護(hù)上部砂層中的淡水資源不受下部巖層中油、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)造了先決有利的條件；

3、固井的步驟

1. 下套管

套管與鉆桿不同，是一次性下入的管材，沒有加厚部分，長度沒有嚴(yán)格規(guī)定。為保證固井質(zhì)量和順利地下入套管，要做套管柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)用途、地層預(yù)測壓力和套管下入深度設(shè)計(jì)套管的強(qiáng)度，確定套管的使用壁厚，鋼級(jí)和絲扣類型。

2. 注水泥

注水泥是套管下入井后的關(guān)鍵工序，其作用是將套管和井壁的環(huán)形空間封固起來，以封隔油氣水層，使套管成為油氣通向井中的通道。

3. 井口安裝和套管試壓

下套管注水泥之后，在水泥凝固期間就要安裝井口。表層套管的頂端要安套管頭的殼體。各層套管的頂端都掛在套管頭內(nèi)，套管頭主要用來支撐技術(shù)套管和油層套管的重量，這對(duì)固井水泥未返至地面尤為重要。套管頭還用來密封套管間的環(huán)形空間，防止壓力互竄。套管頭還是防噴器、油管頭的過渡連接。陸地上使用的套管頭上還有兩個(gè)側(cè)口，可以進(jìn)行補(bǔ)擠水泥、監(jiān)控井況。注平衡液等作業(yè)。

4. 檢查固井質(zhì)量

安裝好套管頭和接好防噴器及防噴管線后，要做套管頭密封的耐壓力檢查，和與防噴器聯(lián)接的密封試壓。探套管內(nèi)水泥塞后要做套管柱的壓力檢驗(yàn)，鉆穿套管鞋2~3米后（技術(shù)套管）要做地層壓裂試驗(yàn)。生產(chǎn)井要做水泥環(huán)的質(zhì)量檢驗(yàn)，用聲波探測水泥環(huán)與套管和井壁的膠結(jié)情況。固井質(zhì)量的全部指標(biāo)合格后，才能進(jìn)入到下一個(gè)作業(yè)程序。

4、固井的方法

1. 內(nèi)管柱固井

把與鉆柱連接好的插頭插入套管浮箍或浮鞋的密封插座內(nèi)， 通過鉆柱注入水泥進(jìn)行固井作業(yè)，稱為內(nèi)管柱固井。內(nèi)管柱固井主要用于大尺寸（16″~30″）導(dǎo)管或表層套管的固井。

2. 單級(jí)雙膠塞固井

首先下套管至預(yù)定井深后裝水泥頭、膠塞（頂塞和底塞），循環(huán)水泥，打隔離液，投底塞，再注入水泥漿，然后投頂塞，開始替泥漿。底塞落在浮箍上被擊穿。頂?shù)兹鰤海叹Y(jié)束。

3. 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，通過尾管懸掛器把尾管懸掛在外層套管上，首先坐封尾管懸掛器，然后開始注水泥、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，固井結(jié)束。

==井深結(jié)構(gòu)==

1、井身結(jié)構(gòu)的概念

井身結(jié)構(gòu)是指由直徑、深度和作用各不相同，且均注水泥封固環(huán)形空間而形成的軸心線重合的一組套管與水泥環(huán)的組合。

2、組成及作用

井身結(jié)構(gòu)主要由導(dǎo)管、表層套管、技術(shù)套管、油層套管和各層套管外的水泥環(huán)等組成。

1.導(dǎo)管：井身結(jié)構(gòu)中下入的第一層套管叫導(dǎo)管。其作用是保持井口附近的地表層。

2.表層套管：井身結(jié)構(gòu)中第二層套管叫表層套管，一般為幾十至幾百米。下入后，用水泥漿固井返至地面。其作用是封隔上部不穩(wěn)定的松軟地層和水層。

3.技術(shù)套管：表層套管與油層套管之間的套管叫技術(shù)套管。是鉆井中途遇到高壓油氣水層、漏失層和坍塌層等復(fù)雜地層時(shí)為鉆至目的地層而下的套管，其層次由復(fù)雜層的多少而定。作用是封隔難以控制的復(fù)雜地層，保持鉆井工作順利進(jìn)行。

4.油層套管：井身結(jié)構(gòu)中最內(nèi)的一層套管叫油層套管。油層套管的下入深度取決于油井的完鉆深度和完井方法。一般要求固井水泥返至最上部油氣層頂部100~150米。其作用封隔油氣水層，建立一條供長期開采油氣的通道。

5.水泥返高：是指固井時(shí)，水泥漿沿套管與井壁之間和環(huán)形空間上返面到轉(zhuǎn)盤平面之間的距離。

3、相關(guān)術(shù)語

1.完鉆井深：從轉(zhuǎn)達(dá)盤上平面到鉆井完成時(shí)鉆頭所鉆井的最后位置之間的距離。

2.套管深度：從轉(zhuǎn)盤上平面到套管鞋的深度。

3.人工井底：鉆井或試油時(shí)，在套管內(nèi)留下的水泥塞面叫人工井底。其深度是從轉(zhuǎn)盤上平面到人工井底之間的距離。

==固井方法==

1、內(nèi)管柱固井

如上圖所示，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)，然后通過鉆柱注水泥進(jìn)行固井作業(yè)，稱為內(nèi)管柱固井。內(nèi)管柱固井主要用于大尺寸(16″~30″)導(dǎo)管或表層套管的固井，其優(yōu)點(diǎn)為：在無大尺寸膠塞、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。

2、單級(jí)雙膠塞固井

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，其工藝流程如圖所示。一般地，自升式平臺(tái)或?qū)Ч芗苌系墓叹褂闷胀ㄌ坠苣z塞，而浮式平臺(tái)上的固井使用SSR膠塞。在使用單級(jí)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，各附件的功能在以后的章節(jié)里會(huì)講述。

3、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，通過尾管懸掛器把尾管懸掛在外層套管上，然后開始注水泥作業(yè)的固井方法。尾管懸掛器可分為機(jī)械式和液

式兩種類型，我們通常使用的是液壓式尾管懸掛器，其固井工藝流程如上圖所示。

4、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水泥塞頂面，循環(huán)沖洗干凈管柱，使水泥塞留在原位置如上圖示。

5、擠水泥

擠水泥是用液壓迫使水泥漿進(jìn)入裸眼或經(jīng)套管或尾管孔眼進(jìn)入地層中的注水泥作業(yè)，典型擠水泥作業(yè)如上圖所示。

—商業(yè)推廣—

==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。

1) 水泥水化過程

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，其余的水份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，水化過程又加速進(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，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，這也是固井所期求的。

2) 油井水泥常用外加劑

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，必須依靠外加劑來調(diào)節(jié)其使用性能。目前，常用外加劑的種類主要有：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。

抗高溫強(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)熱衷退現(xiàn)象。

我們公司生產(chǎn)的TF-13S油井水泥降失水劑：

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