固井工艺技术介绍

钻井研究院DRI－1－吐哈钻井工艺研究院固井工艺技术介绍王学良钻井研究院DRI什么是固井？固井是在已钻成的井眼内下入套管柱，然后在套管与井壁之间的环形空间内注入水泥浆，在套管的下段部分或全部环空，将套管与地层固结在一起的工艺过程。——高等院校“十一五”规划教材《钻井工程》前言钻井研究院DRI固井的目的是什么？1、安装井口装置：控制钻进过程中遇到的高压油气水层；2、巩固疏松井段，隔离复杂地层；3、封隔地下油气水层，防止上下串通；4、封隔暂不开采的油气层；5、钻井或作业中出现井喷时，不会因压井而压裂地层；6、为油气生产建立长期稳定的通道；7、油气井抢险作业。前言钻井研究院DRI固井可能带来的危害井喷——灾难性后果（墨西哥湾事故）灌香肠、插旗杆——整井报废，单井段报废，经济损失巨大挤毁套管——整井报废，单井段报废，经济损失巨大油气水窜——单井段报废，降低开发效益环空带压——开发隐患，增加作业成本、环境危害超缓凝——延长作业时间、增加作业成本返高不够——降低封固质量，增加补救作业成本过早套损——单井报废，增加作业成本，降低开发效益……前言钻井研究院DRI固井可能带来的危害墨西哥湾MC252井喷漏油事故发生在固井后替海水作业时，固井失败是事故的直接原因区块：MississippiCanyonBlock252位于美国路易斯安那州海洋Maconda探区作业水深：1524米离岸距离：77公里油公司：BP钻井承包商：越洋钻探公司（Transocean）固井服务公司：哈里伯顿2010年4月20日晚上22:00左右，BP公司位于墨西哥湾的“深水地平线（DeepwaterHorizon）”钻井平台MissssippiCanyon252#-01井发生井喷爆炸着火事故，造成11人死亡，17人受伤，大面积海域受到严重污染前言钻井研究院DRI固井失败是事故的直接原因固井候凝时间短，胶结强度不足：采用哈里伯顿公司的充氮水泥浆，另外水泥浆用量可能不够，返高不足，导致油气从尾管悬挂器涌入井筒。该井完井泥浆密度约1.9g/cm3，海水密度为1.03g/cm3。海水深1544.8米忽视了压力测试中的异常显示：候凝16.5h后进行试压，发现测试数据表现异常，但未引起重视过早替入海水：BP公司为赶进度，过早下令用海水替换隔水管中的泥浆，导致井内液柱压力不足以平衡地层压力，从而引发地层液体涌入井筒。固井可能带来的危害前言钻井研究院DRI在统计的193口井中，水泥未返到井口的有97口，占总井数的50.3%盐膏层套管挤毁10口，占总井数的5.18％井口带压的井（发生环空气窜）有39口，占总井数的20.2%生产套管固井候凝时发生气窜有14口，占总井数的7.3%盐膏层段固井质量不合格150口，占总井数的77.7％固井可能带来的危害在扬古伊和皮尔古伊气田区域，由于Yan-10井、Pir-7井、Pir-5井等井在揭开目的层后发生强烈井喷，不仅造成井眼报废，更为严重的是使大量天然气沿报废井眼或套管外环空（固井质量极差）上窜，在上部储层发育且盖层封闭性较好的地层中形成了不同规模的“人工气藏”土库曼斯坦阿姆河右岸气田固井前言钻井研究院DRI墨西哥湾的OCS地区，大约有15500口生产井、关闭井及临时废弃井。据统计，有6692口井约43%至少有一层套管环空带压。在这些环空带压的井中，共有10153层套管环空带压，其中47.1%属于生产套管带压，16.3%属于技术套管带压，26.2%属于表层套管带压，10.4%属于导管带压。大部分井下入几层套管柱，从而使判定环空带压的原因与采取有针对性的补救措施困难，每口井补救费用高达100多万美元固井可能带来的危害前言钻井研究院DRI固井可能带来的危害台H6-1井339.7mm表层套管固完井候凝时，北东方向约250米冒气水后目前情况涩北气田气层埋藏浅，分布井段长（408.0-1738.2m），层数多（54-79），气水界面复杂,浅层气、浅层盐水活跃。台H6-1井、台6-7井，一开钻至800m下入表层套管固井后，候凝过程中套管外地表窜出盐水和水溶气，被迫报废台6-7井273mm表层套管固完井候凝时，地表窜出盐水和水溶气前言钻井研究院DRI固井的关键技术要求一次作业成功率提高固井一次作业成功率，是确保工程技术安全的关键，是提高固井质量的保障，可以省略后期补救作业有效封隔实现层间有效封隔，是后续安全钻井的保障，是提高开发效益的保障长寿命固井的长期封固质量，是延长油气井寿命的关键，是提高单井综合经济效益的关键前言钻井研究院DRI现代固井技术的科学内涵现代固井工程，隶属于油气井工程二级学科，是油气井工程二级学科的一个主要分支。涉及到地质学、力学、化学、油气井工程、机械工程、冶金工程、材料科学与工程、管理科学、经济学等多学科，是一个系统工程。现代固井工程，从工程实际角度，可以划分为固井工艺技术与方法、固井水泥浆体系和固井装备与质量控制三个单元。前言钻井研究院DRI现代固井技术与其他专业关系现代固井工程是石油工程技术领域的一个重要环节，并形成独立专业体系。与地质、钻井、完井、测井、井下作业、油气田开发等各个专业有着密切关系。前言钻井研究院DRI固井在钻井工程中的经济份额钻完井工程占勘探开发投资比例美国建井各专业投资比例前言钻井研究院DRI某重点深探井工程技术投资比例固井在钻井工程中的经济份额在整个建井工程技术投资中，固井投资比例在20%-30%。在整个建井工程中，只有固井工程中的套管和水泥浆留在油气井中。前言钻井研究院DRI－15－提纲第一单元：固井工艺技术第二单元：水泥浆化验第三单元：固井附件及设备第四单元：固井质量评价钻井研究院DRI－16－吐哈油田常用固井工艺介绍：第一单元固井工艺技术－16－固井工艺分级固井水平井及半程固井常规固井尾管固井振动固井钻井研究院DRI－17－常规固井工艺是用水泥车、下灰车及其他地面设备配置好水泥浆，通过前置液、下胶塞（隔离塞）与钻井液隔离后，一次性地通过水泥头、套管串注入井内，从管串底部进入环空，到达设计位置，以达到设计井段的套管与井壁间的有效封固。固井施工流程：注前置液→注水泥浆→压碰压塞（上胶塞）→替钻井液→碰压→候凝。常规固井第一单元固井工艺技术钻井研究院DRI－18－常规固井常规固井基本条件（1）井眼通畅，井底干净。（2）井径规则，井径扩大率小于15%。（3）固井前井下不漏失。（4）钻井液中无严重油气侵，油气上窜速度小于10m/h。（5）套管居中，居中度不小于75%。（6）套管与井壁环形间隙大于20mm。（7）钻井液性能在不影响井壁稳定、保证井下压稳的情况下，应保证低粘度、低切力、低密度、具有良好的流动性能。（8）水泥浆稠化时间、流动度等性能应满足施工要求。（9）水泥浆和钻井液要有一定密度差，一般要大于0.24g/cm3。第一单元固井工艺技术钻井研究院DRI－19－常规固井第一单元固井工艺技术钻井研究院DRI－20－分级固井工艺是把可以通过地面控制打开和关闭的一种特殊工具串于套管中的一定位置，在固井时使注水泥作业分两次（级）或多次（级）施工完成。分级注水泥器简称分级箍，是分级注水泥作业的专用工具，主要分为机械式分级箍、压差式分级箍、机械压差双作用分级箍三种类型。由于机械压差双作用分级箍可替代压差式分级箍，所以常用的分级箍只有两种，即：机械式分级箍、机械压差双作用分级箍。分级固井第一单元固井工艺技术钻井研究院DRI－21－（1）一次要求注水泥量过大的井。（2）封固段过长的井。（3）地层破裂压力系数低的井。（4）地层渗透性滤失严重的井。（5）封固段中有严重漏失层的井。（6）下部有高压层，固井候凝期间需要防止候凝失重的井。（7）上下封隔层距离较远，而中间不需水泥封隔的井。（8）井深，套管过长，上部需要水泥封固支承的井。（9）可利用分级箍与套管外封隔器配合，完成筛管顶部注水泥、封隔器完井及各种堵漏工艺的施工。分级固井分级固井适用范围第一单元固井工艺技术钻井研究院DRI－22－分级固井一级注水泥一级碰压开孔二级碰压憋压关孔憋压脱落常规分级固井免钻分级固井第一单元固井工艺技术钻井研究院DRI－23－尾管固井是指不延伸至井口的套管固井，这段不到井口的套管称做尾管。较短的尾管可做于井底，但绝大部分必须要求实施尾管悬挂，这样管柱不至于大幅度弯曲，利于保证固井质量，便于进行增产作业。悬挂器装在尾管顶部，尾管由尾管悬挂器挂于上层套管内壁。还有特殊的尾管形式，不悬挂于上层套管，而靠水泥环支持，称做“保护性”尾管，主要用于处理大漏层、异常高压层、严重坍塌层、键槽井段等，亦属于钻进尾管范畴。尾管悬挂固井的主要目的有：经济性要求；满足使用复合钻具或复合油管；改善钻井或注水泥环空水力条件等。尾管固井第一单元固井工艺技术钻井研究院DRI－24－尾管固井其工艺流程为：按作业规程下入尾管及送入钻杆到设计位置→开泵循环→投球→憋压剪断座挂销钉，悬挂器座挂→旋转转盘进行倒扣，观察转盘扭矩并记录旋转圈数→若旋转圈数已超过反扣接头丝扣圈数且转盘扭矩降低则试提中心管→若悬重减少且基本等于空钻杆浮重，证明倒扣成功→下放钻柱加压80～100kN于悬挂处→憋压剪断球座销钉→开泵进行循环钻井液→注前置液→注水泥浆→释放钻杆胶塞→替钻井液→钻杆塞与空心耦合（耦合前降低替入排量）→碰压→放回压，检查浮箍是否倒流→上提中心管，循环出多余的水泥浆→起钻候凝。第一单元固井工艺技术钻井研究院DRI－25－尾管固井尾管悬挂器第一单元固井工艺技术钻井研究院DRI－26－水平井及半程固井吐哈油田水平井固井第一单元固井工艺技术大斜度井水平井固井技术介绍水平井选择性完井钻井研究院DRI－27－水平井及半程固井筛管顶部注水泥固井（半程固井）工艺是根据开发要求，在裸眼井段下入筛管，只将筛管顶部套管注水泥固井,以保证不污染封固段以下的产层，达到增产的目的。该工艺在水平井完井中使用的较多，适用于全井下套管，也适用于尾管。工艺特点：在套管串结构中，在筛管上部分别安装盲管、封隔器、分级注水泥器，固井前将封隔器胀开，打开分级箍进行注水泥，然后关闭分级箍。第一单元固井工艺技术钻井研究院DRI－28－优点：（1）既能以筛管工艺完井，水泥浆不污染油气层，又能有效封固产层以上地层，保护产层与上部油气水层的有效封隔，提高筛管完井的油井寿命。（2）该工艺比下套管固井后再下入筛管的常规筛管完井增大了筛管尺寸，使筛管尺寸和上部套管相同，有利于开发作业和增产。水平井及半程固井第一单元固井工艺技术钻井研究院DRI－29－套管筛管套管外封隔器分级箍盲板在套管串上设计免钻盲板、免钻分级箍，在一定压差下先憋脱分级箍、再使盲板内部组件破碎，下油管时将其通至井底，节省小钻具作业程序。筛管顶部固井（半程固井）完井结合免钻分级固井水平井及半程固井第一单元固井工艺技术钻井研究院DRI－30－振动固井•激振胶塞的研究第一单元固井工艺技术•企业动态期号钻井研究院DRI－31－提纲第一单元：固井工艺技术第二单元：水泥浆技术第三单元：固井附件及设备第四单元：固井质量检测钻井研究院DRI－32－第二单元水泥浆技术►油井水泥浆是以水为连续相以水泥颗粒为分散相的高浓度固相颗粒水基悬浮体。►水泥浆化学是固井工程理论与化学之间的边缘科学，专门研究如何用化学方法解决固井过程中遇到的问题。具体地说，水泥浆化学就是通过研究水泥浆的组成和性能，且予以科学地控制和调整，最终达到封隔地层、保护储层和支撑套管的目的。钻井研究院DRI－33－水泥浆技术油井水泥水泥浆体系常用外加剂水泥浆实验方法第二单元水泥浆技术钻井研究院DRI－34－油井水泥的基本要求（1）水泥流动性良好，在规定的时间内能保持这种流动性;（2）水泥浆在井下的温度及压力条件下保持性能稳定；（3）水泥浆应在规定的时间内凝固并达到一定的强度；（4）水泥浆应能和外加剂相配合，可调节各种性能；（5）形成的水泥石应有很低的渗透性能等。油井水泥第二单元水泥浆技术钻井研究院DRI－35－油井水泥的主要成分（1）硅酸三钙3CaO·SiO2（简称C3S）