==套管附件==

1、水泥頭

1)套管水泥頭

釋放下膠塞時(shí)，旋轉(zhuǎn)退出釋放下?lián)蹁N(xiāo)，下膠塞在重力和泵送液體推動(dòng)下離開(kāi)下膠塞所在內(nèi)腔(釋放指示銷(xiāo)有顯示)，并沿套管內(nèi)壁被驅(qū)替至套管浮箍上。放上膠塞時(shí)，旋轉(zhuǎn)退出釋放上擋銷(xiāo)，上膠塞在重力和頂替液的推動(dòng)下，離開(kāi)上膠塞所在內(nèi)腔(釋放指示銷(xiāo)有顯示)，驅(qū)替水泥漿并清刮套管內(nèi)壁直到與下膠塞重合、碰壓為止。

2)尾管水泥頭

尾管水泥頭用于尾管固井。尾管水泥頭由提升短節(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。

膠塞

2、循環(huán)頭

循環(huán)頭用于下套管或尾管中途連接下入套管、頂驅(qū)或地面高壓管匯上，建立循環(huán)的井口工具。

3、插入接頭

插入接頭與插入式浮鞋或浮箍配套使用，主要用于大尺寸套管的內(nèi)管固井作業(yè)，有直插式和旋轉(zhuǎn)插入式。

4、SSR平衡閥

SSR平衡閥與鉆桿水泥頭配套使用，主要作用是：平衡SSR水下釋放系統(tǒng)管內(nèi)外壓差，避免膠塞非正常釋放。

==固井質(zhì)量==

1、注水泥質(zhì)量要求

1、水泥返高、水泥塞長(zhǎng)度和人工井底的規(guī)定

油氣層固井，設(shè)計(jì)水泥返高應(yīng)超過(guò)油氣層頂界150米，實(shí)際封過(guò)油氣層頂部不少于50米。其中要求合格的水泥環(huán)段，對(duì)于淺于2000米的井不少于10米，深于2000米的井不少于20米。

2、為了保證套管管鞋封固質(zhì)量，油層套管采用雙塞固井時(shí)，阻流環(huán)距套管鞋長(zhǎng)度不少于10米，技術(shù)套管(或先期完成井)，一般為20米，套管鞋位置應(yīng)盡量靠近井底。

3、油氣層底界距人工井底(管內(nèi)水泥面，浮箍位置)不少于15米，主要是為了滿(mǎn)足采油方面的需要。

4、其中第二條是為了防止上膠塞下行時(shí)所刮下的套管內(nèi)表面上的液膜漿體污染水泥漿，而影響套管鞋附近的水泥封固質(zhì)量。

2、水泥環(huán)質(zhì)量鑒定

目前我國(guó)水泥環(huán)質(zhì)量鑒定一般以聲幅測(cè)井(CBL，也稱(chēng)水泥膠結(jié)測(cè)井)為準(zhǔn)。聲幅相對(duì)值在15%(油田現(xiàn)場(chǎng)有的也采用10%)以?xún)?nèi)為優(yōu)等，30%為合格；聲幅超過(guò)30%的井段則視為水泥封固不合格。聲幅測(cè)井一般在注水泥后24小時(shí)到48小時(shí)內(nèi)進(jìn)行，但對(duì)特殊井(如尾管固井、采用緩凝水泥固井等)聲幅測(cè)井時(shí)間可依具體情況而定，現(xiàn)在變密度測(cè)井(VDL)也在逐漸普及。

1、井溫測(cè)井

水泥的水化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，其凝結(jié)過(guò)程中所放出的熱量通過(guò)套管傳給套管內(nèi)液體，可使井內(nèi)溫度上升一定數(shù)值，如6℃~20℃。而環(huán)空中沒(méi)有水泥的井段，井內(nèi)溫度為正常溫度。利用這一特性，可以測(cè)定水泥漿在環(huán)空中的返高位置，即水泥頂部深度。

2、聲幅測(cè)井(水泥膠結(jié)測(cè)井)

聲幅測(cè)井是根據(jù)聲學(xué)原理所進(jìn)行的測(cè)井。在井下，從測(cè)井儀聲波發(fā)射出聲波，聲波向四周以近似球形的波陣面發(fā)散，通過(guò)不同的介質(zhì)和路線(xiàn)后傳播到接收器。最先到達(dá)接收器的是沿著套管傳播的滑行波(叫套管波)所產(chǎn)生的折射波，其次是傳到地層后又傳播回來(lái)的地層波，盡管在鉆井液內(nèi)聲波的傳播距離最短，但由于在鉆井液內(nèi)聲速相對(duì)較低，所以鉆井液波(泥漿波)到達(dá)最遲。聲幅測(cè)井記錄的是最先到達(dá)的套管波的首波幅度。

套管波在傳播過(guò)程中要向套管內(nèi)和環(huán)形空間散失能量，即聲幅要衰減(降低)。套管波的衰減程度和套管內(nèi)外介質(zhì)性質(zhì)及期分布有關(guān)。因?yàn)楣軆?nèi)鉆井液的分布及性質(zhì)是不變的，因此向管內(nèi)散失的能量為恒定值。在此基礎(chǔ)上的套管波的衰減程度就將取決于管外水泥與套管的膠結(jié)情況。實(shí)驗(yàn)證明，在其它條件不變的情況下，套管首波幅度的對(duì)數(shù)與套管周?chē)辔茨z結(jié)部分所占套管周長(zhǎng)的百分?jǐn)?shù)之間存在線(xiàn)性關(guān)系，即與套管膠結(jié)的水泥越多，所接收的聲幅越上，而當(dāng)管外全為鉆井液時(shí)，所接收的聲幅最大。

由測(cè)量線(xiàn)路把所接收的聲幅大小轉(zhuǎn)變成與之成比例的電壓大小，加以記錄。沿井深由下而上進(jìn)行測(cè)試，就可得到一條沿井深反映水泥與套管膠結(jié)情況的聲幅測(cè)井曲線(xiàn)。應(yīng)用聲幅測(cè)井曲線(xiàn)檢測(cè)水泥環(huán)質(zhì)量是通過(guò)相對(duì)幅度進(jìn)行的(以環(huán)空內(nèi)全為鉆井液的自由套管段的聲幅值為基準(zhǔn))。

相對(duì)幅度=目的段聲幅曲線(xiàn)幅度/自由套管段聲幅曲線(xiàn)幅度*100%。

3、聲波變密度測(cè)井

聲幅測(cè)井測(cè)量記錄的是套管首波幅度。聲波變密度測(cè)井(VDL，簡(jiǎn)稱(chēng)變密度測(cè)井)是用接收器將套管波、地層波等聲波幅度按到達(dá)時(shí)間先后全部測(cè)量記錄，再用一定的方法顯示，以評(píng)價(jià)水泥環(huán)質(zhì)量的測(cè)井方法。當(dāng)進(jìn)行變密度測(cè)井時(shí)，同時(shí)進(jìn)行聲幅測(cè)井。變密度測(cè)井因?yàn)槟軌驕y(cè)量記錄地層波，因此能夠反映出水泥與地層(俗稱(chēng)第二界面)有膠結(jié)情況。將變密度測(cè)井結(jié)果與聲幅測(cè)井結(jié)果對(duì)比分析，可以全面地評(píng)價(jià)水泥環(huán)質(zhì)量。

==固井技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展==

1、概述

固井作業(yè)是油氣井鉆井工程中最重要的環(huán)節(jié)之一，其主要目的是封隔井眼內(nèi)的油層、氣層和水層，保護(hù)油氣井套管、增加油氣井壽命以及提高油氣產(chǎn)量。自1903年開(kāi)始固井以來(lái)經(jīng)過(guò)近100年的努力，國(guó)內(nèi)外固井技術(shù)有了很大的的進(jìn)步。主要表現(xiàn)在:油井水泥的擴(kuò)充與完善，油井基本水泥由一兩種發(fā)展到13種；油井水泥外加劑已發(fā)展到14大類(lèi)200多個(gè)品種；普遍采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)對(duì)配漿過(guò)程進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，注水泥設(shè)備向操作自動(dòng)化、密度控制精確化方向發(fā)展。

復(fù)雜的地層固井技術(shù)日趨完善，研究開(kāi)發(fā)了適應(yīng)高壓氣井、低壓易漏失井、多壓力系統(tǒng)以及深井超深井高溫固井配套技術(shù)。小井眼固井、水平井固井、分支井固井和大位移固井等特殊工藝井固井技術(shù)；研制開(kāi)發(fā)了尾管懸掛器、雙級(jí)(多級(jí))注水泥器以及扶正器等；固井計(jì)算機(jī)模擬、仿真與監(jiān)控技術(shù)，提高了固井方案設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工的準(zhǔn)確性、針對(duì)性和科學(xué)性。

2、國(guó)內(nèi)外固井技術(shù)進(jìn)度情況

(1) 油井水泥與外加劑研究

1、基本水泥。

基本水泥增加了酸溶水泥、高細(xì)度水泥、波特蘭水泥與高爐礦渣混合物、可儲(chǔ)存液體水泥和合成樹(shù)脂水泥。

2、外加劑

應(yīng)用油井水泥外加劑已成為解決各種復(fù)雜固井問(wèn)題、提高固井質(zhì)量和保護(hù)油氣層的主要技術(shù)手段。據(jù)美國(guó)統(tǒng)計(jì)，固井外加劑的用量占油田化學(xué)劑的38％。油井水泥外加劑主要進(jìn)展:

• 研制開(kāi)發(fā)了適應(yīng)更寬溫度和密度范圍、抗鹽和抗高溫的高性能降失水劑

• 用于深水固井的特殊外加劑

• 泡沫水泥漿外加劑

• 改善水泥石性能的外加劑

• 滿(mǎn)足特殊地質(zhì)條件下的水泥外加劑

(2) 固井技術(shù)

1、CemCRETE固井技術(shù)

為解決異常壓力固井問(wèn)題，道威爾—斯倫貝謝公司于1998年底研究開(kāi)發(fā)了CemCRETE技術(shù)。該技術(shù)基于混凝土水泥漿技術(shù)，利用顆粒級(jí)配原理，通過(guò)優(yōu)化水泥及外摻料顆粒直徑分布(PSD)，優(yōu)選3種以上不同直徑的顆粒，使單位體積內(nèi)固相顆粒增加，盡量降低水泥漿水灰比，提高水泥石的抗壓強(qiáng)度和降低水泥石的孔隙度和滲透率。

CemCRETE固井技術(shù)應(yīng)用密度為1.20g/cm3的低密度水泥漿，24h抗壓強(qiáng)度大于14MPa，水泥石的滲透率和孔隙度明顯小于常規(guī)水泥漿阿曼石油開(kāi)發(fā)公司(PDO)采用密度為2.40g/ cm3的高密度水泥漿技術(shù)成功地解決了Sarmad 油田井深為4800m的深井膏鹽層的高壓固井問(wèn)題。

2、泡沫固井技術(shù)

哈里伯頓公司應(yīng)用泡沫水泥漿替代常規(guī)漂珠低密度水泥漿固井取得了良好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。泡沫水泥漿由凈漿、氮?dú)?、穩(wěn)泡劑及水泥漿處理劑組成。國(guó)內(nèi)通過(guò)研究，在水泥和配漿水中分別加入兩種發(fā)泡劑，在混漿時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氮?dú)?，通過(guò)穩(wěn)泡劑使之形成穩(wěn)定且相互獨(dú)立的泡沫水泥漿，化學(xué)泡沫水泥漿在國(guó)內(nèi)很多油田應(yīng)用取得了較好的效果。

3、防竄固井技術(shù)

人們對(duì)環(huán)空氣(水)竄的形成原因、影響因素、氣竄的物理過(guò)程、預(yù)測(cè)方法及防氣竄水泥漿體系做了大量的研究工作，先后研究開(kāi)發(fā)了膨脹水泥、延緩膠凝水泥、觸變水泥、可壓縮水泥和非滲透乳膠水泥等多種防竄水泥漿體系。在防氣竄水泥漿性能評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)研究方面，國(guó)內(nèi)外有許多評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)水泥漿防氣竄性能的模式與方法，它們考慮氣井氣層壓力、漿體結(jié)構(gòu)、水泥漿密度、返深等因素?？梢杂行У刂笇?dǎo)防氣竄固井設(shè)計(jì)。

4、鉆井液轉(zhuǎn)化水泥漿(MTC)固井技術(shù)

該項(xiàng)固井技術(shù)是指在泥漿中加入一些可水化的材料，使鉆井液可在一定條件下轉(zhuǎn)變成具有一定強(qiáng)度的固井液的技術(shù)。該技術(shù)有利于提高固井質(zhì)量，尤其是有助于改善第二界面膠結(jié)質(zhì)量，自80年代研究應(yīng)用以來(lái)，一度在固井界引起極大的關(guān)注，被認(rèn)為是傳統(tǒng)固井作業(yè)的一次革命。淡化了頂替效率及頂替技術(shù)。MTC的應(yīng)用美國(guó)在開(kāi)采了56年的某油田14口井中應(yīng)用了多功能鉆井液技術(shù)，結(jié)果表明，固井成功率從原來(lái)的28％提高到65％，單井成本節(jié)約8萬(wàn)美元。勝利、遼河、滇黔桂、長(zhǎng)慶等許多油田已推廣應(yīng)用。

(三) 固井工具

為適應(yīng)水平井、大位移井固井要求，美國(guó)哈里伯頓等公司相繼研制開(kāi)發(fā)了滾珠式剛性扶正器、井下啟動(dòng)剛性扶正器、套管漂浮接箍等。為解決漏失層、氣層等特殊復(fù)雜地層固井問(wèn)題，美國(guó)貝克—休斯公司研制開(kāi)發(fā)了水泥漿膨脹的長(zhǎng)裸眼封隔器，可通過(guò)水泥漿進(jìn)行膨脹永久性封隔地層，取代注水泥作業(yè)，并能在封隔器上進(jìn)行射孔作業(yè)，滿(mǎn)足測(cè)試、生產(chǎn)需要。

為適應(yīng)欠平衡鉆井技術(shù)的需求，美國(guó)貝克公司研制開(kāi)發(fā)了在欠平衡條件下，下入尾管專(zhuān)門(mén)井下裝置，從而保證了全過(guò)程欠平衡作業(yè)的實(shí)施。遙控水泥頭。減少了開(kāi)擋銷(xiāo)釋放膠塞的時(shí)間，保證了施工的連續(xù)性。為解決水平井尾管固井中由于井斜大，造成座掛銅球無(wú)法到位實(shí)施憋壓座掛的技術(shù)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)研制開(kāi)發(fā)了專(zhuān)門(mén)用于大斜度、水平井尾管固井的送球器。

(四) 水泥漿頂替技術(shù)

美國(guó)道威爾—斯倫貝謝公司提出了有效層流固井技術(shù)，在無(wú)法實(shí)現(xiàn)紊流的條件下采用有效層流固井技術(shù)取得了較好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。中石化石油鉆井研究所針對(duì)深井不規(guī)則井眼水泥漿頂替效率低的技術(shù)問(wèn)題，提出了紊流—塞流復(fù)合頂替技術(shù)，通過(guò)理論分析提出在不同井徑條件下同時(shí)實(shí)現(xiàn)紊流和塞流的水泥漿流變性能要求以及相應(yīng)的水泥漿流變性能設(shè)計(jì)方法。較好地解決了深井井眼不規(guī)則的固井問(wèn)題。

(五) 注水泥計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬與設(shè)計(jì)系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)外普遍研制開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的注水泥動(dòng)態(tài)模擬與設(shè)計(jì)系統(tǒng)，提高了固井設(shè)計(jì)的針對(duì)性和準(zhǔn)確性。美國(guó)LANDMARK、道威爾—斯倫貝謝、哈里伯頓公司都擁有先進(jìn)的固井設(shè)計(jì)及作業(yè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

(六) 注水泥設(shè)備

美國(guó)是生產(chǎn)成套固井設(shè)備的主要廠(chǎng)家，主要包括哈里伯頓、道威爾—斯倫貝謝和BJ公司，中國(guó)主要是江漢石油管理局第四石油機(jī)器廠(chǎng)。水泥漿的密度最高可精確控制在2.64g/ cm3以?xún)?nèi)。

(七) 水泥漿實(shí)驗(yàn)儀器

為了適應(yīng)固井技術(shù)不斷發(fā)展的需求，國(guó)內(nèi)外普遍加大了水泥漿實(shí)驗(yàn)儀器開(kāi)發(fā)力度。除常規(guī)的失水儀、稠化儀、膠凝強(qiáng)度儀外，美國(guó)CHANDLER公司于2000年研究開(kāi)發(fā)出了用于模擬和評(píng)價(jià)注水泥環(huán)空氣竄的最新儀器—7150型水泥漿氣竄模擬儀。

3、國(guó)內(nèi)固井技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

(一)油井水泥與外加劑

從1990年開(kāi)始，中國(guó)頒布了“油井水泥”新標(biāo)準(zhǔn)，淘汰了75、95和120℃老的水泥標(biāo)準(zhǔn)，已完成了油井水泥向API標(biāo)準(zhǔn)過(guò)渡，提高了油井水泥的質(zhì)量。大慶油田為解決低溫水泥石早強(qiáng)問(wèn)題，與有關(guān)水泥生產(chǎn)廠(chǎng)家研究并應(yīng)用了高鋁水泥，取得了較好的效果。國(guó)內(nèi)外的比較固井基本水泥研究與應(yīng)用方面，主要表現(xiàn)在研究投入不足、基本水泥種類(lèi)很少，且應(yīng)用更少。

在油井水泥外加劑研究方面，中國(guó)經(jīng)歷了引進(jìn)、仿制、自行研究和配套的過(guò)程。到目前為止，已形成了11大類(lèi)100多個(gè)品種的水泥漿外加劑，基本滿(mǎn)足了國(guó)內(nèi)油田開(kāi)發(fā)的需要。在分散劑、低溫防氣竄劑、常規(guī)性能降失水劑等性能方面已接近或達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平。油井水泥外加劑方面的差距國(guó)內(nèi)多數(shù)抗鹽、抗高溫外加劑適應(yīng)120℃以上的外加劑種類(lèi)很少且性能不穩(wěn)定；對(duì)減少或防止高溫強(qiáng)度衰退的硅質(zhì)材料研究較少且質(zhì)量不穩(wěn)定；中國(guó)油井水泥外加劑普遍各自為政，配伍性較差；因投入關(guān)系，我國(guó)平均使用一噸油井水泥，外加劑消耗量為0.057噸，國(guó)外為 0.17噸。

(二) 常規(guī)固井技術(shù)

我國(guó)已完善了8種油藏14種固井技術(shù)，原來(lái)許多如尾管固井、雙級(jí)固井、水平井固井等特殊固井工藝已普遍使用，逐步演變成常規(guī)固井技術(shù)。但與國(guó)外相比，我國(guó)在超低密度水泥漿固井、超高密度水泥漿固井、超深井超高溫固井，等方面仍有較大差距。

(三) MTC固井技術(shù)

我國(guó)自1992年開(kāi)始對(duì)MTC固井技術(shù)進(jìn)行了大量的研究與應(yīng)用工作，已全面掌握了鉆井液轉(zhuǎn)化為水泥漿的激活、性能控制和現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)已應(yīng)用幾百口。今后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)MTC水化機(jī)理研究和 MTC固化物高溫高壓及長(zhǎng)期力學(xué)性能研究，簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)施工工藝，拓寬其應(yīng)用范圍。

(四) 固井工具的研制與開(kāi)發(fā)

尾管懸掛器、雙級(jí)注水泥器、套管扶正器、套管外封隔器及常規(guī)的工具附件，基本滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)固井技術(shù)要求。固井工具質(zhì)量及可靠性已接近國(guó)外產(chǎn)品水平。與國(guó)外相比，中國(guó)在可旋轉(zhuǎn)的尾管懸掛器、帶封隔器的尾管懸掛器、多級(jí)固井工具及大位移井固井的專(zhuān)用固井附件方面有較大差距。

（五）固井計(jì)算機(jī)模擬與設(shè)計(jì)軟件

國(guó)內(nèi)西南石油學(xué)院等單位研究開(kāi)發(fā)了較先進(jìn)的固井計(jì)算機(jī)模擬與設(shè)計(jì)軟件。 國(guó)內(nèi)各油田都有自己的固井設(shè)計(jì)軟件。但軟件的先進(jìn)性、科學(xué)性及功能方面還需要提高。固井現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及作業(yè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)應(yīng)用還不廣泛。

4、總結(jié)

固井技術(shù)一直是隨著鉆井技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展的?，F(xiàn)有的固井技術(shù)基本適應(yīng)了油田勘探開(kāi)發(fā)的需要。隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)的深入，固井技術(shù)也將得到進(jìn)一步的完善和發(fā)展。