固井作业中关键技术研究

摘 要：固井技术就是设法使水泥浆充满套管与井眼之间的环空。水泥硬化后，在井眼内形成承受一定液压的封隔能力，以防止环空内地层液体互窜。因为固井施工只有一次成功的机会，所以对固井应精心设计和施工。

关键词：固井作业；关键；技术

中图分类号：TQ03-39 文献标识码：A设计是固井成功的基础。要搞好设计，首先要准确掌握井下条件，根据这些条件进行固井施工设计。在施工过程中应监测记录各项施工参数，以便将实际施工参数与固井设计相比较。

1 固井设计中的关键参数

1．1 计算

由于在大直径裸眼中测井径比较困难，因此很难准确掌握表层套管固井施工时的井眼容积，只能根据现场施工经验确定注水泥量。在没有经验的情况下，采用50%至100%的水泥浆附加量，在某些地区，附加量常为200%。

1.2 井眼条件

除了井眼的具体参数外(井深、井眼直径、井斜方位等)应认真研究钻井、录井、测井资料以便发现可能影响固井施工的问题。在设计中应考虑到并眼扩大井段、井漏、小井眼井段等问题，并应采取相应的补救措施。在大多数施工中都应电测井径、泥浆体系性能对井眼条件，施工前的井眼准备和水泥浆都有显著的影响。在进行泥浆设计时，应考虑到有利于固井作业。

1.3 温度

掌握井底循环温度是作常重要的。水泥浆的泵入时间与井眼温度直接相关。对于固井来说，水泥浆泵入时间过长与过短同样有害。温度对水泥浆和泥浆的流变性也有影响，因而，对流态，U型管效应和摩阻压耗都有直接的影响。

1.4 压力

为了实现井控和保证固井成功.需要准确掌握井下压力，为了实现并控并保证水泥的强度，需要保证水泥浆的密度，水泥浆密度过高又会压裂地层造成井漏。

2 固井施工中的质量控制

在固井施工前为了检验所有施工材料，应采用明确的质量控制程序，完备试验条件，应尽可能近似地模拟已知的井下条件，采用在现场使用的水泥、添加剂样品和水样进行试验。

由于API规范对水泥要求的范围比较宽，因此，每当对水泥质量有疑问时就应对水泥补做试验。API流变性试验有助于发现潜在的问题。在施工前也应检验液体添加剂并与混配用水充分搅拌混合，有收干粉添加剂易于分离(特别是加重剂)在施工前应检查是否与干水泥混合均匀。

2.1 活动套管

活动套管包括上下活动和旋转，可有效地改善固井质量，活动套管有助于搅动滞留的泥浆，这些泥浆往往造成固井窜槽。只有在活动套管的情况下泥饼刷和泥饼刮才起作用。

下完套管后，若套管不能活动就表明存在某些问题，通常只得采取就地固井的办法。过在注水泥浆前，施工成功的可能性已经有所下降。

2.2 固井施工监测

在固井施工中记录一些关键的参数是极为重要的.在实际施工中，固井公司与承包商的代表必须及时准确掌握压力、注水泥浆排量、密度及累积注入量等参数。这些参数同时被记录下来，以便进行重新演算、分析、对施工做出评价并为以后施工的优化设计提洪参考。

记录这些关键参数大大提高了固井的成功率，整个施工过程都被记录下来，以后重新演算，对固井施工质量进行评价，并把实际施工与设计相比较，通过记录装置还可对实际注入井内的预冲洗液、隔离液和水泥浆的体积和密度进行检验。

2.3 套管的连接与完井

当导管下到预定深度后，在钻台下焊好泥浆回流管，以便使泥浆返回到循环池.钻到预定井深后，再下表层套管.表层套管固完井后(通常水泥返到地面)在钻台下将表层套管割断使其保持合适的高度。在表层套管上焊上套管头，管内外都要焊(以便悬挂下一层套管)。有些套管头可通过螺纹拧到表层套管上。

将防喷器组及压井管线和节流管线通过法兰连接到套管头上。这时只需要安装环形防喷器或是全封闸板防喷器，加上半封闸板防喷器.对防喷器必须按规定的压力进行试压.在钻杆上接好堵塞器，下到套管内，一个一个地分别关闭防喷器，通过压井管线进行试压。

在继续钻进前，防喷器和井口连接装置都必须保持密封，无泄漏。而后，再次开钻至预计深度，下入下一层套管固井，水泥返到地面或返到预计深度。

通常是用吊卡提住套管的情况下候凝.水泥凝固后，套管继续由吊卡提着将防喷器从套管头上卸开，并在套管与套管头之间装上卡瓦。

用卡瓦悬吊的套管必须与吊卡悬吊的重量相同，这一点十分重要，主要是为了防止井下套管弯曲.然后将套管从套管头法兰顶面上割断，或从高出法兰顶面1至2英尺处割断，通常在卡瓦上部装有密封部件以便使两层套管间形成密封。在原来的套管头上通过法兰装上新的套管头，重新装上防喷器，(或是更换更高压力等级的防喷器组)试压后继续钻进。

按照这种方式，下每一层新套管，就在原来套管头上装上新套管头，并将新一层套管悬挂在这一套管头上，在生产套管上装有油管头，以便悬挂油管，因此，所有的管柱重量主要由表层套管支撑。

3 国内外固井新技术

3.1 新型“钻井”固井液技术

新型“钻井”固井液技术采用UF钻井、MTC固井提高了钻井液和固井液的相溶性，有效地解决了传统固井水泥浆与钻井液的不相溶问题，从而实现了第一、二界面的良好分隔和胶结强度，特别是提高第二界面的胶结质量，减少和阻止油气、水流体的层间窜通，而且由于激活剂的扩散和渗透，使泥饼形成了固化的致密泥浆，阻止循环漏失和水泥浆液柱回落。新型“钻井”固井液与普通油井水泥浆相比，调节性能的外加剂价廉，而且具有低失水、强度发展快、沉降稳定性好、耐污染等特点。

3．2 新型泡沫固井技术

新型泡沫有两种充气方法，一种方法是化学剂在水泥浆中起化学反应产生氮气，加入其它外加剂如稳泡剂等，形成一种均匀稳定的泡沫水泥。

另一种方法为机械充气泡沫水泥。泡沫水泥浆由净浆、氮气、稳泡剂及水泥浆处理剂组成。现场施工时，由水泥车用含有各种外加剂的混合水配制净浆，通过氮气泵向净浆中注入氮气形成泡沫水泥浆，注氮量的大小可根据现场设计的水泥浆密度由计算机自动控制。

3.3 防窜固井技术

环空窜流是困扰固井作业多年的问题，窜流的成因分为三种。一是界面胶结不良造成的，主要原因是由于泥饼的存在，导致界面与地层胶结不良；二是水泥失重造成环空窜流；三是微裂缝-微环隙造成环空窜流，微环隙是由于水泥环不能很好与套管胶结造成的，而微裂缝则是在水泥环与地层之间或水泥环内产生的微小通道。

通过实验证明，设计合理的水泥混合物可防止三种类型的气窜发生。第一种通过磁铁矿可消除发生在套管和水泥之间的气窜；第二种是通过添加一种特殊的材料（Anchorage Clay）能在一定程度上消除井壁上滤饼对水泥胶结的不利影响，改善胶结质量，防止井眼与水泥之间的气窜；第三种是添加合适的弹性材料，其机理为：在水泥凝固期间会出现复杂的压力变化，其双正玄波压力响应在水泥微观结构上产生裂缝，添加的弹性材料对压力动态起逆反应，消除水泥凝固期间的压力变化。

结束语

影响固井质量的因素是繁多而复杂的，对每一名固井工程技术人员来说，及时发现和找出影响固井质量的关键因素，从而制定切实有效的技术措施，对保证和提高固井工程质量起到至关重要的作用。

参考文献

[1]屈建省.特殊固井技术[M].石油工业出版社，2006.

[2]周金葵.钻井工程[M].石油工业出版社，2007. 分重要，主要是为了防止井下套管弯曲.然后将套管从套管头法兰顶面上割断，或从高出法兰顶面1至2英尺处割断，通常在卡瓦上部装有密封部件以便使两层套管间形成密封。在原来的套管头上通过法兰装上新的套管头，重新装上防喷器，(或是更换更高压力等级的防喷器组)试压后继续钻进。

按照这种方式，下每一层新套管，就在原来套管头上装上新套管头，并将新一层套管悬挂在这一套管头上，在生产套管上装有油管头，以便悬挂油管，因此，所有的管柱重量主要由表层套管支撑。

3 国内外固井新技术

3.1 新型“钻井”固井液技术

新型“钻井”固井液技术采用UF钻井、MTC固井提高了钻井液和固井液的相溶性，有效地解决了传统固井水泥浆与钻井液的不相溶问题，从而实现了第一、二界面的良好分隔和胶结强度，特别是提高第二界面的胶结质量，减少和阻止油气、水流体的层间窜通，而且由于激活剂的扩散和渗透，使泥饼形成了固化的致密泥浆，阻止循环漏失和水泥浆液柱回落。新型“钻井”固井液与普通油井水泥浆相比，调节性能的外加剂价廉，而且具有低失水、强度发展快、沉降稳定性好、耐污染等特点。

3．2 新型泡沫固井技术

新型泡沫有两种充气方法，一种方法是化学剂在水泥浆中起化学反应产生氮气，加入其它外加剂如稳泡剂等，形成一种均匀稳定的泡沫水泥。

另一种方法为机械充气泡沫水泥。泡沫水泥浆由净浆、氮气、稳泡剂及水泥浆处理剂组成。现场施工时，由水泥车用含有各种外加剂的混合水配制净浆，通过氮气泵向净浆中注入氮气形成泡沫水泥浆，注氮量的大小可根据现场设计的水泥浆密度由计算机自动控制。

3.3 防窜固井技术

环空窜流是困扰固井作业多年的问题，窜流的成因分为三种。一是界面胶结不良造成的，主要原因是由于泥饼的存在，导致界面与地层胶结不良；二是水泥失重造成环空窜流；三是微裂缝-微环隙造成环空窜流，微环隙是由于水泥环不能很好与套管胶结造成的，而微裂缝则是在水泥环与地层之间或水泥环内产生的微小通道。

通过实验证明，设计合理的水泥混合物可防止三种类型的气窜发生。第一种通过磁铁矿可消除发生在套管和水泥之间的气窜；第二种是通过添加一种特殊的材料（Anchorage Clay）能在一定程度上消除井壁上滤饼对水泥胶结的不利影响，改善胶结质量，防止井眼与水泥之间的气窜；第三种是添加合适的弹性材料，其机理为：在水泥凝固期间会出现复杂的压力变化，其双正玄波压力响应在水泥微观结构上产生裂缝，添加的弹性材料对压力动态起逆反应，消除水泥凝固期间的压力变化。

结束语

影响固井质量的因素是繁多而复杂的，对每一名固井工程技术人员来说，及时发现和找出影响固井质量的关键因素，从而制定切实有效的技术措施，对保证和提高固井工程质量起到至关重要的作用。

参考文献

[1]屈建省.特殊固井技术[M].石油工业出版社，2006.

[2]周金葵.钻井工程[M].石油工业出版社，2007.

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