目录
摘要 (2)
关键词 (2)
第一章固井水泥 (3)
第一节各种水泥 (3)
第二节水泥浆体系 (5)
第二章固井水泥添加剂和外渗料 (9)
第三章复杂地层的固井质量 (10)
第一节又喷又漏井的特点 (11)
第二节又喷又漏井的固井技术 (11)
第三节大肚子井眼的固井技术 (13)
第四节下套管遇阻卡的预防及固井技术 (14)
结论 (17)
参考文献 (17)
摘要
固井就是将水泥浆注入井壁与套管之间的环空中的过程，其目的是为了层间封隔和支撑及保护套管，固井质量的好坏直接关系到油气井的寿命和资源的保护，因此必须充分考虑固井作业的各个环节，如：井眼准备、固井材料、固井工具及附件、固井工艺、固井装备和固井施工等，而固井材料作为层间封隔和保护套管目的的主要载体，一直是固井设计的重中之重的环节，也是固井领域研究的主要方面，它包括：基本水泥、混合水、外掺料和外加剂。基本水泥是一些可以发生水化反应并能够形成足够力学性能的胶凝材料；外掺料主要是用来提高或降低水泥浆的密度，改善水泥石的高温性能、渗透率、韧性等力学性能等的材料；外加剂则是可以改变水泥浆的凝结时间、流变性能、游离性能和提高水泥浆的防窜性能与保护油气层，并对水泥石的力学性能产生影响等材料。经过近百年的研究和实践，已形成了一系列的水泥、外加剂和外掺料，并建立了可适用于各类井固井和各种钻井技术以及油田勘探开发需要的水泥浆体系，如：防水窜、防气窜、韧性、胶乳、高密度、泡沫、含盐、普通低密度、抗高温和高强度低密度水泥浆体系，水平井、调整井、地热井、浅气层井和深井固井水泥浆体系，小井眼钻井和欠平衡钻井配套的水泥浆体系，多功能钻井液和泥浆转化为水泥浆技术等。但随着新的钻井技术的不断出现，天然气、煤层气、地热井等资源的不断的被重视，要求的不断提高、深层的能源和难开采储量的开发，对固井的质量有了更高的要求，本文主要对固井中的问题以及固井用的材料做详细的研究，并提出了一些自己的看法。
关键词：特种水泥，外加剂，固井质量，复杂问题
第一章固井水泥
虽然波特兰水泥匹配外加剂和外掺料已基本能满足固井的需要，但为了满足一些特殊地质、环境和工程需要，如：严重漏失、窄间隙、超低密度、超高温等，就需开发一些特种水泥。在美国，基本水泥除了 API油井水泥外，还包括高铝水泥、矿渣、矿渣和水泥混合物、酸溶水泥和合成树脂水泥等特种水泥，而且还市售一些不同细度和不同密度的水泥及混合物，使用起来非常方便。我国对特种的研究发展相对较缓慢，初期由于借鉴了前苏联的按温度进行区别的水泥标准，形成了45℃水泥、75℃水泥、120℃水泥等系列，使用起来很不方便，同时水泥与外加剂的相容性也较差。进入80年代末期，随着我国对API油井水泥规范的认识和理解，逐渐借鉴美国材料学会的油井水泥规范（通常称为API规范），从而形成了A、B、C、D、E、F、G、H、J九类油井水泥，但对特种水泥的研究相对较少，和国外的先进水平有一定的差距，本节将重点研讨矿渣水泥、热合水泥、磷酸盐水泥和沸石型无机聚合物水泥等特种水泥在固井领域应用的可能性。
第一节各种水泥
1.1矿渣水泥高炉矿渣是利用高炉冶炼生铁时的副产物，是一种代替水泥的廉价水化
材料，它是在1400～1500°C下由铁矿石的土质和石灰石助溶剂熔融化合而成，经过水淬处理后成为玻璃体结构的具有潜在活性的胶凝材料。在激活剂的作用下，它能在常温下与波特兰水泥一样发生水化反应，但形成低钙的水化产物（C-S-H凝胶），由于它密度比水泥轻，和泥浆相容性好，形成的水泥石结构致密，高温下形成稳定的水化产物，盐对它的水化进程影响小，凝结时间短，水泥石不收缩，而且随温度的提高，激活剂掺量将逐渐减少的特点，已经成为MTC技术的主体材料。目前长庆、吐哈、江苏、大港、胜利、新疆和滇黔桂等油田已将矿渣低密度水泥和普通密度矿渣水泥广泛地应用于长封固段固井、调整井固井及隔离液体系。但根据矿渣水泥的特点，将会在含盐地层固井、高温环境的深井固井、热采井固井和地热井固井中将有比常规水泥固井更大的优势，但必须进行比较详细的力学性能和长题稳定性方面的研究。
1.2热合水泥水泥是有石灰石和黏土矿物烧结而成，其能发生水化反应的主要矿物
是C3S、C2S、C3A、C4AF，而且它们的反应速度和反应历程不是很相同，尤其是水泥中含很多不起反应的杂质和灰质成分，它们对水泥石的抗压强度的贡献较低。而且水泥在高温下起到关键作用的化学成分是CaO和SiO2，当温度高于110℃时，水泥石会发生强度衰退现象，强度退化问题通常采用的方法是在水泥浆中掺入石英粉或硅粉，将水泥浆中的C/S摩尔比降为0.8~1，随着温度的提高水泥浆中硅粉掺量也要求不断上升，有的甚至可以高达水泥量的60%。热合水泥是根据α-石英粉与水化的石灰在温度高于95℃既可以发生水化反应的特征派生的高温水泥，由于高温性能比水泥稳定，不含杂质，形成的产物防腐蚀性能好，和水泥一样可以根据需要调节稠化时间，因此在前苏联经常将这种水泥应用于高温井和含CO2和H2S气体井的固井中，因此该特种水泥将在高温深井和地热井固井中具有广阔的应用前景，但必须对其反应的特性加强研究。
1.3磷酸盐水泥磷酸盐胶凝材料是由磷酸或磷酸盐：包括多磷酸、（焦）磷酸，三聚磷酸、四聚磷酸和更高分子的多聚磷酸、偏磷酸及其多聚物作为结合剂，与金属氧化物或拌合BFS或其它耐高温材料，在一定的温度下由于物理化学作用而变成坚硬的固化体，这一材料集合了水泥、陶瓷和耐火材料的主要优点，具有强度高、韧性好、耐火度高、耐热冲击性能好、耐蚀力强、力学性能优良等特点，它在冶金、石化、建材、电力等行业的各类窑炉以及导弹、火箭、航天航空等工业的特殊部位大量应用。磷酸和磷酸盐无论在碱性、中性和酸性都能胶结硬化，但硬化条件不同，碱性材料胶结硬化很快；中性材料硬化速度适中；而酸性材料只有加热到350℃才硬化。因此在碱性条件，为了控制凝结时间，还需附加缓凝剂，而在酸性条件则应附加促凝剂。
磷酸盐水泥的硬化机理是复杂的，主要取决氧化物在元素周期表中的位置，当采用碱性氧化物时，低温下主要是胶结剂发生化学反应的过程，对于中性氧化物，则是发生聚合作用、多缩聚作用和化学反应，对于酸性材料则是粘附作用。提高温度和压力,可提高金属氧化物和磷酸及盐的活性,可以加速其反应。其反应历程为：公式1 (公式一见附页)
1.4 沸石型无机聚合物水泥 20世纪末，法国的J.Davidovits教授在深入研究古代建筑材料的基础上，研制了沸石型无机聚合物材料。沸石型无机聚合物材料是以粘土、工业废渣或矿渣为原料，经过适当的工艺处理，通过化学反应而得到的具有与陶瓷性能相似的一种新材料。沸石型无机聚合物的化学名称叫聚硅铝氧化物（polysialate），
其分子式为Mn[-（SiO2）z-AlO2]n?wH2O，M是钾、钠或钙阳离子，n是缩聚度，z 为1、2、3或更大的数，可到32，w可到7。沸石型无机聚合物具有有机高聚物的链结构，但其基本结构为无机的硅—氧四面体与铝氧四面体的三维结构。
表1和2表明沸石型无机聚合物材料具有体积稳定、抗裂、强度高、韧性好、较强的耐腐蚀性和耐久性、耐高温和隔热效果好等优点，预计沸石型无机聚合物材料可在需要耐腐蚀和韧性要求的固井领域有应用前景。
第二节水泥浆体系
2.1防气、水窜水泥浆体系体窜流是我国各油田固井过程中普遍遇到的问题，它包括气体窜流和水窜流。根据失重理论、界面胶结理论、微裂缝-微裂隙理论等概念，国内相继开发了G60不渗透水泥、KQ防气窜水泥、微粒硅水泥以及泡沫水泥等防气窜水泥浆体系，解决了许多油田中温井的气窜问题，在很大范围其得到了推广应用。虽然这些基本思路与国外公司是相同的，但与国外相比我们在防气窜材料上还比较单一，他们对粘土、碳黑、橡胶粉等材料都有深入的研究，认为他们是一些较好的防气窜材料，而我国很少见使用和研究；国外公司将泡沫水泥（尤其是机械充气水泥）作为主要防气窜水泥浆体系之一，但我们只在长庆油田的部分天然气井中使用，而且机械充气水泥虽然曾研究过，但没有得到推广应用，化学发泡的泡沫水泥也缺乏与之配套的高温降失水剂和缓凝剂；对于低温防窜水泥浆体系和高温高压防窜体系，我国的研究还相对落后，尤其在同时存在高温、高密度或低密度以及含盐等情况时可供选择的水泥浆体系就更为贫乏，难以满足国内新开发的气田和国际业务的需要。因此必须开展高温条件下的降失水剂、防气窜剂、膨胀剂、缓凝剂和配套的防气窜措施的研究。随着我国许多油田都进入了开发的中后期，调整井和加密调整井的固井问题越来越突出，由于长期的注水驱油，地层连通性越来越好，地层压力变化很大，增加了固井难度，固井过程中水窜和油气开采中的出水一直是十分关心的问题。在调整井固井水泥浆方面，我国的东部油田积累了不少成功经验，有大庆和吉林油田使用的锁水、早强水泥浆体系，河南使用的低失水、短过渡、微膨胀、高早强的J-2B、W99等防窜水泥浆，长庆油田使用的CA-2锁水早强水泥浆体系和滇黔桂、新疆、大港油田使用的MTC 技术，主要都是利用水泥浆体系短的过渡时间来解决水窜问题。
因为流体窜流是固井领域中一个长期的科研课题，只有对其成因分析透彻了，才能采取对症下药的解决措施，因此必须开展水泥浆流体窜流的测试模拟技术，摸清各种地
质条件和井下压力、温度环境下水泥浆的最有效的防窜性能，开发相对应的行之有效的水泥浆体系。
2.2 低密度高强度水泥浆体系平衡钻井适合于低压低渗、低压高渗和水敏性等地层的勘探开发，而我国不少油田属低压、易漏、低渗的油田，估计储量达60亿吨，至少占常规储量的三分之一至二分之一。用欠平衡钻井技术打开油层，并用系列化的低压完井技术和增产技术，可以保护储层，提高勘探成功率和油井产量。因此欠平衡钻井将成为继水平井后钻井技术的另一大发展方向，目前大港、四川、长庆、大庆、克拉玛依、胜利、辽河、塔里木等油田成功完成了数百口的欠平衡钻井作业，预计今后几年将有每年百余口的欠平衡钻井作业，但目前大都采用筛管完井的方法，主要是为了避免水泥浆的对油气层造成伤害，而水泥浆完井具有筛管完井不可替代的优势，因此必须研究一套适合于欠平衡钻井的水泥浆体系，设计欠平衡钻井配套的水泥浆时应考虑：
1）尽可能低的水泥浆密度，降低固井压差以减少油气层的损害；
2）尽可能高的水泥石强度，满足分层开采，射孔、压裂等措施的要求。3）由于固井中压差小，储层难以压稳，尽可能提高水泥浆的防窜能力；4）低的失水，防止滤液渗入地层，损害储层；
5）良好的流变性，减少摩阻，防止压力激动，压漏地层；
6）一定的防漏功能，遇裂缝性储层能及时堵漏，防止水泥浆漏入储层。
根据紧密堆积理论工程院已开发了高强度低密度水泥浆技术，当水泥浆密度为1.2g/cm3时，其24小时的抗压强度可以达到14MP a以上，基本可以和纯水泥想媲美，而且具有较好的堵漏和防窜性能，水泥浆失水可以控制在50ml以下，已在大港、长庆和伊朗的欠平衡钻井中得到应用，并取得了好的效果。
为了更进一步满足欠平衡钻井的需要，应开展更低密度的高强度水泥浆体系的研究；由于在固井作业中压差小，环空气窜或油侵将很容易发生，因此在这种情形下如何提高水泥浆的防窜性能也将非常必要；同时必须就水泥浆对低压、低渗储层和裂缝性储层的伤害机理和对策进行研究。
2.3 密度水泥浆体系目前，浅层油气资源储量因多年开发而日益枯竭，迫使我们将勘探目标转向深部地层资源，但随着钻井深度的提高，难免钻遇各种复杂地层，如塔里木油田克拉地区高压油气田，青海油田在柴达木盆地的冷湖七号构造，新疆地区南缘山前构造带，及南海油田和海外的哈萨克斯坦、乌滋别克、阿塞拜疆等项目，
经常钻遇高压气层、高压盐水层，有时还同时钻遇盐碱层等复杂地层，需要使用高性能的高密度水泥浆固井。
大家知道水泥浆的密度的提高通常有四个途径：减少水灰比、提高固体材料的堆积密度、提高配浆水的密度和外掺加重材料，在水泥浆密度要求很高时，可能同时采用这四种方法或其中的几种。斯伦贝谢公司开发的DensCRETE水泥，利用合理的水泥和超细球型的Micromax加重剂的粒径分布以及各材料的紧密堆积，配制出流动性能良好的高性能水泥浆（最高密度可达2.9g/cm3），已在墨西哥、阿曼和我国的南海等油田使用。该公司还在阿塞拜疆使用了一种高性能的分散剂，在不加加重剂时，水泥浆密度能达到2.16 g/cm3，同时保持良好的流动性和失水控制。
国内的高密度水泥浆基本上还是采用普通加重剂的方法，如通过钛铁矿石、赤铁矿石、重晶石等手段来提高水泥浆的密度，新疆油田利用优选赤铁矿粉和配套的外加剂研制了密度高达2.6g/cm3的水泥浆体系解决了准噶尔盆地腹部及南缘山前构造带异常高压油气夹层和盐水侵固井难题。中石油工程院也采用常规的加重剂先后开发了G60、BXF-1，SQ、BXF-200L为降失水剂的高密度水泥浆体系，在冷科一井、鸭深一井、冷七2井和乌滋别克等成功应用。目前利用紧密堆积和研制的水分散加重剂BXW-1，配制出密度高达2.6 g/cm3的高性能水泥浆，它具有良好的流动性（流动度22cm），较高的强度（17.0Mpa)，和较低的失水（44ml）。
这些高密度水泥浆体系的使用温度都普遍较低（使用温度范围不高于160℃），或者性能难以达到工程需要，或者外加剂体系不配套。虽然基本上满足国内的固井需要，但在个别井上还是采用了国外的固井材料，成本很高，而且在海外的项目投标中经常碰到需要高温高密度水泥浆体系，如叙利亚、墨西哥和印度尼西亚等项目，因此针对高温或者更高压井的固井水泥浆体系需开发：高温外加剂（目前这方面的材料主要引进国外固井服务公司）；高效分散剂；高性能廉价的加重剂（目前水分散加重剂价格过于昂贵）；与固井水泥浆体系、工艺相配套的隔离液或冲洗液体系。另外，在国际投标中，为了简便，一般很少准备水泥干混装置，而且国外对环保要求也较高，加重剂干混非常困难，因此研制一套简便的车载干混装置非常必要。
2.4胶乳水泥浆体系环空间隙小，水泥环薄，需经受射孔和压裂的冲击；老井基础上的开窗侧钻、大斜度井、大位移井、分枝井中造斜段的水泥环经常遭受继续钻进时钻头、钻杆的撞击和震动；薄油层和地层间隔小的油层的开采，都要求水泥环必须有较高的韧性。而常规水泥石的强度虽较高，但脆性较大，因此在外力的作用下水
泥石容易开裂或破碎，不能满足这些井对固井水泥环提出的力学性能要求。一般提高水泥石韧性的方法有：水泥中拌合纤维类物质、橡胶粉和胶乳，而胶乳水泥浆体系具有：减小水泥环体积收缩，改善水泥环与套管、地层间的胶结性能；水泥石韧性性能好，降低水泥环受外力冲击后的破裂度；提高与钻井液的相容性；具有良好的防气窜性能；降低水泥浆失水量；提高水泥浆的流动性；而且可直接配置于混合水中，使用起来比较方便等特点，是一种非常常用的韧性水泥。
用于油井水泥的胶乳绝大多数是非离子型或阳离子型胶乳，胶粒的粒径在0.05~0.5μm范围，大多数乳胶悬浮液含有大约50%的固相。可用于胶乳水泥的胶乳有：聚醋酸乙烯酯、聚苯乙烯、氯苯乙烯、氯乙烯共聚物、苯乙烯—丁二烯共聚物(SBR)、氯丁二烯—苯乙烯共聚物及树脂胶乳等，苯乙烯—丁二烯胶乳体系是最具有代表性，它在温度高达176℃时仍然有效。这类产品有斯伦贝谢的的D600、D134和哈里伯顿的Latex2000，目前，国内也有一些机构研究生产这类胶乳产品，如：大庆、中海油服、工程院和南京工业大学等，并开始投入使用，但由于价格相对较贵，现场应用的相对不多。
在胶乳水泥的研究中，国内目前缺少对胶乳的分子设计和胶乳水泥性能关系的系统研究，也缺少适合于高温条件下使用的胶乳水泥体系：对水泥石的力学特性上，缺少韧性的标准评价方法和技术参数；也没有相应的标准规定多大的韧性将满足各种工程要求。
2.5隔离液和冲洗液体系对隔离液和前置液的开发应用较少，重视程度也较低，未充分认识到该体系在提高固井质量、保证水泥浆顶替效率方面的重要性。众所周知，绝大多数钻井液，无论是水基的、油基的、还是合成基的钻井液，与水泥浆都是不相容的，如果水泥浆与钻井液直接接触，钻井液将会发生水泥浸，水泥浆将受到钻井液污染而产生粘稠的团状絮凝物质，流动性能降低，粘度和切力上升，将导致固井泵压升高，甚至发生井漏；水泥浆受污染后，凝固后的水泥石抗压强度和界面胶结强度都将大幅度降低；污染后形成的粘稠物质，将粘附在套管和井壁上，不容易顶替干净。我国过去研制的前置液（包括冲洗液和隔离液）主要是针对水基钻井液的，最初采用的前置液是清水，且沿用至今，在有些要求较高的井中使用了泥浆稀释剂和增粘剂配制的前置液，虽然有一些优点，但是也有明显的不足。如：隔离效果差、悬浮能力差、失水量大、密度低等，很难满足复杂条件下固井的要求，尤其在高密度水泥浆固井中，由于隔离液的密度必须要介于钻井液和水泥浆之间，因此要提高隔离液的密度，并且
保持隔离液的稳定性，就必须对加重材料进行表面处理或者物理粉碎至足够的细度，并开发相应的稀释剂和悬浮剂。
在钻遇水敏性地层、页岩等复杂地层时和水平井钻井、欠平衡钻井中，都普遍会使用油基钻井液，对于这类井的固井作业，要保证固井质量，清除或替掉井壁和套管界面上依附的泥浆显得尤其重要，必须使用油基冲洗液和隔离液体系，在国外油基泥浆的使用非常普遍，各服务公司也都相应的冲洗液和隔离液体系，在墨西哥的空气钻井中还使用了一种充气冲洗液。我国对油基钻井液的研究和应用，相对水基钻井液而言显得比较重视，大庆、中海油服、工程院都有相应的产品，但冲洗效率的评价方法没有得到普遍的认可，必须制定相应的标准和方法。
第二章固井水泥添加剂和外渗料
油井水泥添加剂和渗料
目前油井水泥外加剂和外掺料已发展到14大类数百个品种，主要包括：降失水剂、缓凝剂、促凝剂、分散剂、充填剂和密度减轻剂、防气窜剂、增密剂和加重剂、抑泡和消泡剂、游离液控制和固体悬浮剂、胶结增强剂和膨胀剂、减少或防止高温强度衰退的硅质材料，减少和防止井漏的外加剂和外掺料，特种水泥混合物、隔离液和冲洗液等。通常我们将掺量小于或等于水泥质量的5%的固井材料称为外加剂，外加剂在水泥浆体系中主要依靠物理作用、化学作用或物理化学作用，如吸附、絮凝、分散、络合，来发挥其作用；而将超过水泥质量的5%的材料，称为油井水泥外掺料，外掺料一般是指的是硅粉、加重剂、减轻剂、微硅等。
国际著名的哈里伯顿、斯伦贝谢、BJ休斯服务公司等六大公司，油井水泥外加剂和外掺料的产品系列化程度非常高，基本概括了所有种类的外加剂和外掺料品种，同一种类的外加剂还有不同温度系列，而且还有一些具有特性化性能的特殊材料，而且他们对各种固井材料的研究非常详细，都编写了详尽的产品使用手册，使用起来非常方便。
而我国虽然已充分意识到了外加剂和外掺料在固井施工中的重要性，油井水泥外加剂在大类上已与国外各大公司基本相一致，并相继开发了与国际同步的降失水剂、缓凝
剂和分散剂，基本能够采用本国的产品参与国际投标，并占有一定的价格优势。但与国外著名服务公司相比仍存在下列差距：品种单一，各生产厂家产品相类似；产品过于大众化，而且研究得不够透彻，精细化程度低，缺少高性能的分散剂和缓凝剂；对外掺料的研究不够深入，缺乏高性能的加重剂和减轻材料的研究；系列化程不够，主要集中在中低温、中温、和中高温阶段和通用性的添加剂，缺乏超低温（低于15℃），超高温（高于180℃）缺乏配套的外加剂体系；特性化材料缺乏，不能满足特殊井的水泥浆体系；产品材料的原创性较差，少有具有自主知识产权的原创技术。
第三章复杂地层的固井质量
固井作业不仅关系到油气井能否顺利完成，影响投产后油气井质量的好坏、油气井寿命的长短及油气井产量的高低，而且其成本在整个钻井工程中也占有很大的密度（占20%～30%）。固井技术发展的目标一直围绕如何进一步提高固井质量及减少固井事故等。固井又是一个系统工程，影响因素复杂多样，具有其特殊性，主要表现在以下几个方面：
（1）固井作业是一个一次性工程，如质量不合格，即使采用挤水泥等补救方法也难以取得良好的效果。
（2）固井作业是一项系统工程、隐蔽性作业，涉及到材料、流体、化学、机械、力学等多种学科，施工时未知因素多，风险大。
（3）固井作业施工时间短，工作量大，技术性强，费用高。
因此，要求固井作业要精心设计、精心准备、精心施工，并要有较完备的预防固井复杂情况的预处理方案，确保优质高效地完成固井作业。
固井作业涉及套管、水泥浆浆体性能设计、注水泥现场施工、水泥胶结质量等方面，为此，固井复杂问题和事故也可以分为以下几类。
第一类：套管及下套管复杂情况，包括下套管阻卡、套管断裂、套管泄漏、套管挤毁、套管附件和工具失败、下套管后漏失或循环不通等。
第二类：水泥浆浆体性能事故，包括水泥浆闪凝、水泥浆触变性、水泥浆过度缓凝等。
第三类：注水泥现场施工复杂情况，包括注水泥漏失、环空堵塞、注水泥替空等复杂情况和事故。
第四类：水泥胶结质量复杂情况，包括油气水层漏封、水泥胶结质量差、环空气（水）窜等。
下面就上述固井复杂情况及事故发生中的下套管阻卡以及喷漏井以及大肚子井眼的原因及预防、处理方法分别加以论述。
第一节又喷又漏井的特点
1.1 又喷又漏井在钻井过程中的表现形式
又喷又漏井在钻井过程中，一般表现为上喷下漏和上漏下喷两种形式。上喷下漏是产气层在漏失层的上部，通常表现为上部气层为高压层。当钻进上部气层时，须采用高密度钻井液平衡气层，而钻下部地层时，因液柱压力过高压裂地层而发生钻井液漏失，导致整个井筒内部液柱压力降低，诱发上部气层发生溢流或井喷。上漏下喷是漏失层在产气层的上部。通常发生在钻进下部地层时发生溢流，当提高钻井液密度压井时，造成上部低压层发生井漏，导致井内液柱压力降低，反过来再次诱发下部气层发生溢流或井喷。
1.2 又喷又漏井在固井工程中的表现形式
它与钻进中发生的情况不一样，不同之处在于固井下套管前井眼处于稳定平衡状态，即不喷不漏。只是在固井作业中，如下套管作业时，因下放速度过快造成压力激动，下完套管开泵过猛；注水泥施工作业中，水泥浆密度多于钻井液密度，当水泥浆顶替到环空后，环空液柱压力升高等引起井漏，使井内液柱压力降低而诱发气层发生溢流或井喷。
第二节又喷又漏井的固井技术
又喷又漏井的固井技术包含两层意思：一是裸眼中客观存在又喷又漏的情况，可采用全井下套管固井，尾管固井、分级固井；二是在下套管过程中，或下套管完循环时，或在注替水泥浆的过程中发生井漏诱发的溢流或井喷时，可以正注为主的井口反补挤水泥工艺，以正注水泥为铺的一次或二次反注水泥工艺技术。具体方法应根据漏失的速度大小，井内钻井液密度与水泥浆密度的差值大小等来确定。
2.1 全井下套管的正注水泥为主反补挤水泥工艺
该方法适用于下完套管后，漏失速度小，在一定排量下液面基本能保持在井口，且井内钻井液密度与水泥浆密度基本相当。因为固井注替水泥浆中虽然会发生井漏，但不会发生溢流和井喷，故采用正注水泥工艺技术，但在固井过程中有以下两个问题应引起重视。
①采用该法固井，有可能顶替水泥浆时因井漏而导致水泥浆不能返到地面，使井口不能得到很好的固定。可以采取适当多设计正注水泥量，使水泥浆尽可能的返到地面；在井口补挤一定量的水泥(通常为8t～10t)将井口固定。
②采用该法固井，有可能在顶替水泥浆时因井漏发生桥堵而出现高泵压，即“实心套管”。这采取;a.发现泵压在逐渐升高时应提高其顶替排量，尽可能地将水泥浆顶替出去；b.要控制好水泥浆的失水，可以通过加降失水剂达到目的。
2.2 全井下套管正注水泥为铺反注水泥为主的工艺
该方法是解决又喷又漏固井的最主要方法，它适合于各种条件下的又喷又漏井。具体又分为一次反注，二次反注或多次反注。它同样应根据漏失速度大小和水泥浆密度与钻井液密度的差值大小来确定。但不管采取何种方式反注，其正注水泥量的设计均是返在漏层位置，但不封固漏层。其正注水泥量为：下水泥塞水泥量加上漏层以下环空水泥量，漏层以下水泥量按环空电测井径计算再附加5%。
一次反注水泥工艺是指当正注水泥浆顶替到位后，立即进行反注水泥作业，且一次性反注完漏层以上环空水泥量。漏层以上环空水泥量按井径计算的环空水泥量附加10%～15％。该方法适用于以下两种情况。
A.井内钻井液密度与水泥浆密度基本相当，且漏失速度较小，即在反注水泥浆时，井口一直保持3MPa～5MPa以上的压力，当反注完漏层以上的水泥浆量时，冲洗井口，立即关井再蹩压3MPa～5MPa候凝即可。
B.水泥浆密度大于井内钻井液密度，且漏失速度大于或相当于反注水泥浆的速度，可采取一次反注法。其基本要点是：首先，配制15t～20t左右的催凝水泥浆反注在前面，其催凝水泥浆的凝结时间等于反注完漏层以上环空水泥量的时间。
第三节大肚子井眼的固井技术
在“糖葫芦”大肚子井眼井段，刚性扶正器难以获得较高的套管居中度。在现场实际应用中选用弹性扶正器，利用计算机软件设计，能更容易获得井壁的支撑以提高套管居中度，便于获得更高的固井顶替效率。使用组合前置液，调整使其具有较低的紊流临界流速，实现前置液在环空的紊流流动，在接触时间充分的条件下，对环空钻井液有效驱替，达到提高固井顶替效率的目的。有研究资料表明，在不规则井眼段设计使用高返速+低返速复合顶替技术能提高固井顶替效率。
现在的钻井深度不断增加并采用多层套管井身结构，穿过的地层数量多，还可能遇到异常高压和低压、不稳定岩层、较小的水力压裂梯度以及其他复杂情况。
为封隔这么多地层，需要增加中间套管柱和注水泥。每增加一个中间套管柱，油气井成本要增加30%～40%。世界油气井建设情况表明，在复杂地质条件下，在钻4000～5000米深井时要下入套筒式套管柱5～7根，比下入一根或两根套管柱的2000～2500米井的成本高出10倍，而深井所有钻头直径为104～124毫米，也给钻井、固井和开采带来问题。
从1978年开始，俄罗斯鞑靼石油公司开始采用一种横切面扩大的钢套管封隔的新方法，中间套管柱不是一般采用的套筒式安放，而是顺序安放，可不用减小井眼直径来封隔地层，从而大大简化井身结构，提高生产套管柱固井质量。
到1990年底，这个公司已在600口井中取代了中间套管柱，而采用一种剖面封隔管柱，用一个钻头以同一直径钻到设计井深的技术，即用扩大的钢管顺序封堵各个复杂带。该技术被称为“多管柱井建设方法”，并在俄罗斯和其他国家（美国、加拿大、挪威、日本、中国、意大利、德国）申请了专利。西方大石油公司（壳牌、哈利伯顿等）认为此项科技发展方向在建井和修井领域具有革命性意义。
从1999年开始，西方公司也开展了这方面的专题研究，称之为“单直径井的建设”。目前在鞑靼地区和俄其他地区已不再使用中间套管柱来堵漏，而是在许多井内安装2～3根剖面封隔管，不改变生产套管柱的设计直径。采用这种技术不仅可封堵泥浆漏失带，还可封堵气显示层、防止岩层坍塌、封隔分支井筒段、修理中间套管柱无需换钻头继续打井，并已在侧向水平井筒中应用。
第四节下套管遇阻卡的预防及固井技术
4.1 下套管复杂情况
套管阻卡
套管阻卡一般可分为以下三类：一是套管粘吸卡，二是井眼缩经卡，三是井眼坍塌或砂桥卡。
1）管阻卡的原因及影响因素
1.套管粘吸卡是由于套管的外径往往大于钻杆的外径，套管与井壁的接触面积大于钻杆的接触面积，上扣时间要大于钻杆的上扣涉及，且下套管时又难以旋转，因此，卡套管的发生机率较大。
2.井眼缩径卡套管是由于井眼不稳定，特别是钻遇蠕动性岩盐层或由于钻井夜性能不好形
3.井眼坍塌或砂桥卡套管是在下套管过程中或下套管结束后发生井眼坍塌或形成砂桥造成卡套管事故。
4.下套管前没有认真通井，对缩径段没有很好地划眼，易造成卡套管事故。
5.下套管作业没有认真准备（包括组织、工具等），造成下套管时间过长或中间停顿等，易发生卡套管事故。
6.中途测试、取心、电测后没有通井而直接下套管易发生卡套管事故。
7.钻井液性能不好，没有形成很好的滤饼，井眼摩阻系数大，尤其是高密度、分散型钻井液，发生卡套管的机率大。
8.下套管前对漏失层没有很好地堵漏，加之下套管时速度过快，易压漏地层，造成井塌引起卡套管事故。
9.高压层下套管前没有压稳，在下套管过程中发生溢流，环空夜柱压力下降，易发生井塌，
造成卡套管事故。
10.井口不，下套管上扣时反复错扣，下套管时井下套管静止时间长且没有活动套管，易发生卡套管事故。
11.钻井液密度设计不合理，如密度设计较低，造成井眼坍塌或没有压稳蠕动性地层引起井眼缩径，造成卡套管事故。
12.下套管时遇阻，盲目下压，造成下套管由遇阻演变成套管卡死。
4.2 防发生套管阻卡的技术措施
1.下套管前认真通井，对缩径段反复划眼。
2.设计合理的钻井液密度，保证压稳地层，防止井眼坍塌，减少蠕动性地层的蠕动速度和井眼缩径。
3.中途测试、取心及电测后要求认真通井才能下套管。
4.下套管前认真处理好钻井液性能，降低钻井液粘度、切力和失水，并充分循环处理钻井液，方可下套管。
5.对于深井、长裸眼井和定向井、水平井等，必要时在下套管前要求加入塑料小球或混入5%～10%的原油，降低井眼摩阻系数。
6.下套管作业要认真准备（包括人员组织、工具等），仅可能减少下套管时间和中间停待。
7.下套管前对漏失层要求很好地堵漏，并控制下套管的速度，防止压漏地层。
8.在高压层下套管前要求压稳，防止在下套管过程中发生溢流，保持井内压力平衡。
9.在下套管过程中如发生井漏、井塌等复杂情况，一般要求起出套管，下载处理井眼，正常后再重新下套管。
10.下套管时如遇阻，应反复活动套管，并接方钻杆或循环头循环处理钻井液，不能盲目下压，防止套管卡死。
11.下套管前要校正井口，做到天车、转盘和井口三点一线，防止下套管上扣时错扣。
12.必要时使用套管扶正台，采用人工或机械扶正套管，防止下套管上扣时错扣并加快下套管速度。
13.尽可能使用自动灌浆设备，减少因灌浆造成的下套管停顿时间，使用自动灌浆设备时要及时注意其工作状况，如失败要采用人工灌浆。
14.下完套管后要求先灌满钻井液后再慢慢开泵循环，等循环畅通后慢慢提高循环排量，防止混入空气造成开泵困难和压漏地层。
15.采用人工灌浆时，在灌浆间隙要不停地活动套管，上下活动套管距离不小于2米，发现井下有遇阻迹象时要停止灌浆，并采用大距离活动套管或接方钻杆循环等措施，等正常后再灌浆和下套管。
16.下套管过程中要及时注意井口返浆，如发现异常应立即停止下套管进行处理，
待正常后方可继续下套管
4.3 套管阻卡的处理方法
套管遇卡后，应在保证套管串不被破坏的前提下开展处理工作，而且，应根据不同的卡套管类型采用不同的处理方法较卡钻相比，套管遇卡处理难度更大，手段也相对较少。下面主要对套管粘卡做分析:
套管粘卡
发生套管粘卡后，推荐采用以下步骤进行处理：
1.强力活动套管；发生套管粘卡后一般是先接方钻杆或循环头开泵循环，后在套管和设备（井架、提升系统）安全的条件下，尽最大可能上下活动套管，采用此种方法一般可以消除套管粘卡。
如果强力活动次数后（通常为10次左右）仍不能解卡，一般要停止强力活动。此后，在一定范围内活动没有卡住的套管，防止卡点上移。
2. 泡解卡剂；在强力活动套管无效后，处理套管粘卡的主要方法是通过泡解卡剂的方法来处理套管粘吸卡。其基本步骤一般如下：
第一：选择合适的解卡剂。解卡剂一般分为水基、油基两种，其密度要根据井内地层压力选定，对于高压井，要选择高密度的解卡剂。一般油基解卡剂适合大多数地区，但在个别地区，水基解卡剂也取得了较好的应用效果。
第二；计算卡点位置。现场一般采用计算在一定拉力条件下的套管伸长来计算卡点位置。计算公式如下：(式2 见附页)
第三：计算解卡剂的用量。根据计算的卡点位置，在卡点位置及其以下部分注入合适的解卡剂。要求具有一定的附加量，一般在20%左右。
第四：井内压力平衡计算。根据井内地层压力、钻井液密度、地层岩性、解卡剂的密度和用量，进行井内压力平衡计算，确保不会发生井涌、井喷和井塌事故。
第五：解卡。根据不同的解卡剂的类型、地层特性和现场的实际卡套管的情况，在解卡剂注入一定时间后采用类似强力活动套管处理方法解卡。
结论
固井作业是油气井钻井工程中最重要的环节之一,其主要目的是封隔井眼内的油层、气层和水层,保护油气井套管、增加油气井寿命以及提高油气产量。固井技术一直是随着钻井技术的进步而发展,固井材料、油井水泥外加剂及工艺技术措施已经发生了深刻的变化,研究开发和应用了许多新工艺。为满足目前和今后勘探开发的需要，应进一步研究和完善的固井技术为：超低密度水泥浆固井技术，主要解决低压易漏地层的封固；高密度水泥浆固井技术，主要解决高压气井、高压盐水层的封固；塑性水泥浆固井技术，主要针对小井眼钻井技术和今后分枝井、多底井的增加，其井身结构决定需采用塑性水泥浆体系，才能保证固井效果；调整井固井技术；与空气钻井、天然气钻井配套的水泥浆固井技术；耐H2S、CO2腐蚀的水泥浆固井技术。
此外，我国固井外加剂生产厂家和单位很多，产品质量和服务质量参差不齐，建议集团公司统一规划和安排，特别是出口产品，更应交给技术实力雄厚、现场服务能力强、产品性能价格具有竞争力的诚信单位，逐步建立起集团公司统一的服务体系和品牌。为我国的石油产业作出努力。
参考文献
1)油井水泥
2)钻井液与完井液
3)固井复杂情况的处理
4)油井水泥添加剂与外渗剂
5)油井水泥质量与水泥性能的关系
6)油井水泥的评价方法
目录 摘要 (2) 关键词 (2) 第一章固井水泥 (3) 第一节各种水泥 (3) 第二节水泥浆体系 (5) 第二章固井水泥添加剂和外渗料 (9) 第三章复杂地层的固井质量 (10) 第一节又喷又漏井的特点 (11) 第二节又喷又漏井的固井技术 (11) 第三节大肚子井眼的固井技术 (13) 第四节下套管遇阻卡的预防及固井技术 (14) 结论 (17) 参考文献 (17)
摘要 固井就是将水泥浆注入井壁与套管之间的环空中的过程，其目的是为了层间封隔和支撑及保护套管，固井质量的好坏直接关系到油气井的寿命和资源的保护，因此必须充分考虑固井作业的各个环节，如：井眼准备、固井材料、固井工具及附件、固井工艺、固井装备和固井施工等，而固井材料作为层间封隔和保护套管目的的主要载体，一直是固井设计的重中之重的环节，也是固井领域研究的主要方面，它包括：基本水泥、混合水、外掺料和外加剂。基本水泥是一些可以发生水化反应并能够形成足够力学性能的胶凝材料；外掺料主要是用来提高或降低水泥浆的密度，改善水泥石的高温性能、渗透率、韧性等力学性能等的材料；外加剂则是可以改变水泥浆的凝结时间、流变性能、游离性能和提高水泥浆的防窜性能与保护油气层，并对水泥石的力学性能产生影响等材料。经过近百年的研究和实践，已形成了一系列的水泥、外加剂和外掺料，并建立了可适用于各类井固井和各种钻井技术以及油田勘探开发需要的水泥浆体系，如：防水窜、防气窜、韧性、胶乳、高密度、泡沫、含盐、普通低密度、抗高温和高强度低密度水泥浆体系，水平井、调整井、地热井、浅气层井和深井固井水泥浆体系，小井眼钻井和欠平衡钻井配套的水泥浆体系，多功能钻井液和泥浆转化为水泥浆技术等。但随着新的钻井技术的不断出现，天然气、煤层气、地热井等资源的不断的被重视，要求的不断提高、深层的能源和难开采储量的开发，对固井的质量有了更高的要求，本文主要对固井中的问题以及固井用的材料做详细的研究，并提出了一些自己的看法。 关键词：特种水泥，外加剂，固井质量，复杂问题
常规注水泥塞作业规程 1 主题内容与适用范围 本规程规定了注水泥塞的作业设计、作业准备、作业程序、质量控制与安全要求，资料录取及质量检验。 本规程适用于油井裸眼段、套管内注水泥塞作业，主要用于以下几种用途： 处理钻井过程中的井漏； 定向钻井的侧钻和造斜； 堵塞报废井及回填枯竭层位； 其他类型的注水泥塞作业亦可参照使用。 2 引用标准 无 3 作业设计 3.1 资料收集 3.1.1 收集作业井的井身结构、封固井段、井径数据、井下情况、设备情况、钻具情况、钻井液性能、钻井参数。 3.1.2 收集水泥浆性能。 3.2 设计原则 水泥塞厚度应严格按工程技术要求执行。 3.3 注水泥塞设计编写要求 编写内容、格式应符合附录A的要求。 4 作业准备
4.1 材料准备 4.1.1 按设计要求备足合格的油井水泥和添加剂,并妥善保存,防止受潮。 4.1.2 作业前取水泥样和水样做水泥浆初凝、终凝、流动度试验和添加剂配方试验。水泥养护温度应按作业井段的温度。 4.1.3 备足配浆液,其总量不应小于使用量的1.5倍 4.2 井眼及管柱准备 4.2.1 准确计算、丈量、配好注水泥塞管柱,并作好记录。 4.2.2 循环并处理好泥浆性能，提高泥浆对井壁的冲洗效果，钻井液性能应能维持井壁稳定、井眼干净、无油气侵。 4.2.3 保证按下入钻具紧扣顺序、整立柱起钻，不得错扣。 4.3 地面设施、设备准备 4.3.1 对地面设备进行严格细致检查，保证固定部位安全可靠，转动部分运转正常，仪表准确灵活。主要检查下列部位： a)井架及底座； b)提升系统：绞车、天车、游动滑车、大钩吊环、钢丝绳及固定绳卡等； c)动力设备:柴油机、钻井泵、空压机、发电机及传动系统； d)仪表:指重表、泵冲数表、泵压表、及扭矩表等； 4.3.2 B型钳使用灵活、安全可靠性的质量检查 4.3.3 地面管线连接可靠、不刺不漏。 4.3.4 顶替泥浆的计量准备。
常规注水泥 注前置液：为提高水泥泵顶替钻井液的效率，保证水泥环质量，在钻井液与水泥浆之间注入一段“液体”，这种特殊的液体称为前置液，按其性质分为冲洗液和隔离液，在顶替钻井液过程中起到冲洗、稀释和隔离钻井液作用，从而提高水泥浆的顶替效率。 注水泥浆：指按封固井段内井眼与套管之间环荣大小计算用水泥数量，通过固井专用设备将干水泥和配浆水混合成一定密度的水泥浆，并通过套管注到井内。 压胶塞：指注水的水泥数量到达设计要求时，将胶塞压入井内。起作用是有效地隔离顶替液与水泥浆，并刮下套管壁上的水泥浆，同时与管串上的浮配合，起到控制替钻井液量的作用。 为防止先期注入的水泥浆在套管内与钻井液发生混窜，有时还在注前置液之后加入一个下胶塞，这是一个空心只有一层特殊隔膜的胶塞。起作用时组织水泥浆在套管内狱卒阿宁也混攒。当水泥浆充满套管时，下胶塞坐在浮攒上，压力达到一个较小的值时，隔膜被破坏通道打开，保证后续施工正常进行。 钻替井液：指用顶替液推动胶塞，将套管内的水泥浆替到套管外的环形空间，到达封固的层的过程，这是固井工作的重要环节。由于常用的顶替液为钻井液，故称替钻井液。 碰压：当顶替液的数量达到套管串浮箍以上的容积时，胶塞将坐在浮箍上，流体通道封闭，使套管内压力突然升高，这一现象称为碰压。它标志着浮箍以上的套管内的水泥浆全部被顶替到环空。 套管试压：碰压后，为了验证套管串的密封情况而进行的压力试验。具体做法是将套管内压力提高到某一规定的数值，经一定时间后而不下降为合格。说明整个管串的密封性很好，符合油气井投产的使用条件。如果在一定时间内套管内压力下降，则说明管串密封有问题，需查找原因进行处理。有些油田规定在水泥浆侯凝之后进行套管试压。 侯凝：试压结束后，将套管内的压力释放掉，使套管处于不变形的状态下侯凝，保证固井质量。此时，应注意浮箍、浮鞋的密闭性，如发生倒流现象，则需根据水泥浆与泥浆的压差值，确定一个回憋压力。此压力不宜过高，以免套管变形，一般在套管内外静压差基础上附加1-2Mpa. 分级注水泥 分级注水泥是利用连接在管串上的可以打开和关闭的特殊接箍，将一口井的注水泥作业分两次或三次完成的注水泥工艺。 分级注水泥技术可以降低环空液柱压力，减少注水泥作业井漏的发生，从而降低了施工压力，保证施工的安全。同时还可以防止或减少水泥浆失重造成的油气水上窜，有利于提高固井质量。除此之外，还可选择最佳的水泥封固段，节约水泥，降低固井成本。 简单的说可分为两种：正规非连续式双级注水泥和非正规连续式双级注水泥。 正规非连续式双级注水泥：注一级前置液—注一级水泥浆—压第一级胶塞—替顶替液—碰压—敞压—投入打开塞—打开分级箍通道—循环洗井侯凝—注二级前置液—注二级水泥浆—压入关闭塞—替顶替液—碰压—关闭分级箍通道—结束。 非正规连续式双级注水泥：注一级前置液—注一级水泥浆—投一级胶塞—替顶替液—投打开塞—注二级前置液—注二级水泥浆—投关闭塞—替顶替液—一级胶塞碰压二级通道打开—关闭塞坐封通道关闭—施工结束。 尾管注水泥 步骤：在接好注水泥管线并试压后，将前置液通过钻杆泵入，随后注入水泥浆（通过钻杆），注水泥结束后，压入钻杆胶塞并进行顶替，当钻柱内水泥浆被顶替完后，钻杆胶塞与尾管胶塞重合闭锁，压力上升到某一定值（尾管胶塞剪断压力）时，由钻杆胶塞和尾管胶塞组成的
-油气井固井质量评价 固井声波测井的主要任务是检查套管和地层间水泥环的胶结质量，包括第一胶结面的胶结质量—水泥环和套管间的胶结情况、第二胶结面的胶结质量—水泥环和地层间的胶结情况。同时，水泥返高、水泥抗压强度和套管破裂等有关固井工程质量问题都是十分重要的评价内容。由于固井声波测井的井眼条件和测量目的都与裸眼井声波测井不同，因此在方法原理和仪器设计上也有其自身特点。 目前常见的固井质量评价测井仪有声幅测井仪和声波全波变密度测井仪，近几年发展起来的还有SBT扇区水泥绞结成像测井新技术。 .常规的声幅测井（CBL）：检测水泥环与套管（第一界面）的封固质量。 .声幅变密度测井（CBL/VDL）：同时检测第一界面和第二界面胶结的质量。 .扇段水泥胶结测井（SBT）：在实时监测第一、二界面封固质量的同时，测量整个水泥环内部的封固情况，并通过相对方位的资料确定水泥沟槽的相对方位和确定油气水窜槽的具体位置和原因。 .伽玛密度测井(SGDT)：分别探测来自套管、水泥环、泥浆液等介质产生非弹性碰撞的次生伽玛射线记数率，进而计算出水泥环平均密度、套管厚度、套管偏心等参数。 一、声幅测井 1. 声幅测井原理 声幅测井的基本原理是利用水泥和泥 浆（或水）声阻抗差异对沿套管轴向传播的声 波的衰减影响来反映水泥与套管间的胶结质 量。声幅测井仪的声探测装置是由位于井轴上 相隔一段距离的一对声发射器和声接收器构 成。当发射器发出声波后，接收器上接收到的 声信号包括有套管波、水泥波、地层波和泥浆 波的贡献。上述几种波在井中的传播路径见右 图。由于水泥对声波具有较大的吸收系数，实 际到达接收器的水泥波相对很微弱，一般可认 为接收信号中无水泥波的贡献。
什么是固井 一、固井：在已钻出的井眼中下入一定尺寸的套管，并在套管与井壁或套管与套管之间的环形空间内注入水泥的工艺过程。 二、井身结构包括以下几方面的内容：所下套管的层次、直径、各层套管下入的深度、井眼尺寸（钻头尺寸）、各层套管的水泥反高等。 三、设计井深的主要依据：地层压力、地层破坏压力和坍塌压力。 四、套管的类型：⒈导管；⒉表层套管；⒊技术套管；⒋生产套管；⒌尾管。 五、井深结构设计的原则：①能有效的保护油气层，使油气层不受钻井液的损害；②能够避免漏、喷、塌、卡等复杂情况产生，保证全井顺利钻进，使钻井周期达到最短；③钻达下部高压地层时所用的较高密度的钻井液产生的液柱压力，不至于把上一层套管鞋处薄弱的裸露地层压裂；④下套管过程中，钻井液液柱压力和地层压力之间的压差，不至于造成卡阻套管。 六、套管柱的受力：轴向压力、外挤压力和内压力。 七、套管柱的附件：⒈引鞋（套管鞋、浮鞋）；⒉回压法；⒊套管扶正器；⒋磁性定位套管； ⒌联顶节。 八、水泥熟料主要成分：①硅酸三钙（C3S）；②硅酸二钙（C2S）；③铝酸三钙（C3A）；④铁铝酸四钙（C4AF）。 九、水化作用：油井水泥与水混合后，水泥中各种矿物分别与水发生水解和水化反映，某些水化产物还能发生二次反映。 十、水化反映的不断进行水泥浆形成水泥石可分为三个阶段：①胶溶期；②凝结期；③硬化期。 十一、稠化时间：指油井水泥浆在规定压力和温度条件下，从开始搅拌至稠度达100Bc所需要的时间。 十二、稠度：水合水泥混合后会逐渐变稠，变稠的速率。 十三、注水泥的设备：水泥车、水泥混合漏斗、水泥分配器、水泥头、胶塞、储灰罐。 十四、碰压：胶塞被推至浮箍时，泵压突然升高。 十五、注水泥主要工序包括：循环和接地面管汇→打隔离液→顶胶塞→碰压→候凝。 十六、提高泥浆的顶替效率：⒈紊流顶替；⒉打前置液；⒊活动套管；⒋调整完井液和水泥浆的性能；⒌使用扶正器。 十七、引起油、气、水窜的原因：水泥浆在凝固过程中的失重是导致油、气、水窜的主要原因，井壁存在泥饼、水泥硬化过程体积收缩也是造成油、气、水窜的原因。 十八、水泥浆失重：指水泥浆柱在凝固过程中对其下部或地层作用的压力逐渐减小的现象。十九、防止油、气、水窜的措施：①采用两用水泥；②分级注水泥；③减小水泥浆返高；④环空憋压候凝；⑤使用特种水泥。 二十、特殊固井技术：习惯上把除了常规一次注水泥技术方法。 二十一、特殊固井技术的种类：⑴、内管注水泥；⑵、尾管固井工艺；⑶、分级注水泥技术。二十二、完井：指从打开生产层到把井交付给采油生产期间的全部生产过程。 二十三、完井包括：打开生产层、下油层套管固井、射孔到试采的全部工艺过程。 二十四、井下复杂情况：钻井作业过程中，由于钻井液的类型与性能选择不当及井身质量较差等原因造成井下钻具的遇阻遇卡、钻进时严重憋跳钻、井漏、井喷等现象，不能维持钻进与其他钻井作业正常进行。 二十五、钻井事故：由于检查不周到，违章操作，处理井下复杂情况的措施不当或疏忽大意而造成的钻具折断、顿钻及井喷失火等恶果。
注水泥（固井技术） 第一节. 注水泥设计和计算的基本条件和参数 1. 注水泥设计的主要条件与参数: (1)井所在区域; (2)海域水深, 转盘到海平面高度, 转盘到泥线高度; (3)设计井深(测量井深和垂直井深); (4)井眼轨迹, 造斜点, 最大井斜角; (5)井的性质, 探井还是生产井; (6)油气层估计深度; (7)薄弱地层的破裂压力值, 高孔隙地层压力; (8)井底 (9)钻井液类型及主要性能; (10)套管资料； (11)套管程序; (12)其它条件； 2. 通过实验应取得的参数与资料: (1)水泥浆类型; (2)水泥浆密度; (3)流变性能; (4)自由水含量; (5)失水量; (6)可泵时间; (7)稠化时间; (8)抗压强度; (9)混合水需要量; (10)水泥造浆量; (11)添加剂种类及加入量(固体添加剂为重量百分比, 液体添加剂为体积 百分比)。 第二节. 注水泥质量控制和安全措施 1. 根据注水泥设计和计算参数作出完全符合井况和钻井作业要求的固井 设计。 2. 井眼准备必须达到: ①井壁稳定、不垮塌、不漏失; ②通过循环和处理后钻井液性能稳定, 井眼畅通无阻卡; ③岩屑清除彻底; ④地层孔隙压力, 薄弱地层破裂压力准确; ⑤通过循环建立正确的循环压力。 为此,要求在完钻后彻底通井划眼, 大排量循环, 彻底清除岩屑。一般规定,大斜度井固井, 尾管固井, 在电测后至下套管(尾管)前循环通井不少于2～3次。 3. 套管程序必须符合地层情况, 同一井段不得出现两套以上的地层压力,
套管鞋一定要坐在坚硬地层。 4. 海上作业, 一般规定, 浮箍至浮鞋之间不得少于两根套管; 浮箍位于油气层底界以下不少于25米。 5. 水泥返高面必须满足产层和复杂地层的封固要求, 一般应根据目的层性质确定水泥返高面: (1)常压油气层固井, 水泥返到油气层顶界以上至少150米; (2)高压油气层固井, 水泥返到油气顶界以上至少300米; (3)隔水套管、表层套管固井, 水泥必须返到泥面; (4)技术套管固井, 水泥一般返到上层套管鞋内以上100米左右; (5)尾管固井, 水泥返至尾管顶部。 6. 根据油田经验, 确定裸眼容积附加数, 保证产层封固要求。规定如下: (1)隔水管套固井, 按钻头直径计算的环空容积附加数为200％; (2)表层套管固井, 按钻头直径计算的环空容积附加数为100％; (3)技术套管和油层套管, 按钻头直径计算的环空容积附加数为50％; (4)尾管固井, 按钻头直径计算的环空容积附加数为30％; (5)如果采用电测环形容积, 南海西部地区附加数取5％～10％, 渤海地区取30％左右。 7. 保证水泥浆质量: (1)根据井温和地层液体性质选择水泥类别。如果地层液体中含有硫酸盐溶液, 必须选择高抗硫酸盐型油井水泥; (2)根据井底静止温度,确定是否使用防止水泥强度衰退的添加剂。例如井底静止温度达110℃时会导致水泥石强度的热衰退, 因此超过110℃时的井必须在水泥中加入水泥重量的35％～40％的硅粉; (3)根据井底循环温度选用缓凝剂和其它添加剂。井底循环温度预测不准会导致添加剂的错误选择, 以致造成水泥浆闪凝或超缓凝; (4)重视水质检查是保证水泥浆质量的关键因素之一。例如用淡水配水泥浆, 钻井平台的钻井水应作氯根检验, 凡氯根含量超过500 PPm, 必须更换钻井水。海上用泥浆池配混合水时, 一定要将泥浆池清洗干净, 否则, 会因钻井液材料而影响水泥浆质量; (4) 必须保证现场材料与化验用材料的性能和质量的一致性。 8. 水泥浆体系必须符合地层和施工要求。 海上固井作业常用的水泥浆体系有如下几种: (1)普通海水水泥浆体系, 适用于无特殊要求的导管固井和作表层套管尾随水泥浆; (2)低失水水泥浆体系, 适用于技术套管固井作尾随水泥浆; (3)低密度、高早期强度水泥浆体系, 适用于大斜度井固井, 全面提高水泥石强度; (4)触变水泥浆体系, 适用于漏失层固井。当触变水泥浆进入漏失层时, 前缘的流速减慢并开始形成一种胶凝结构。最后由于流动阻力增加, 漏失层被堵塞。一旦水泥浆凝固, 漏失层将被有效地封堵; (5)延迟胶凝强度水泥浆体系, 适用于气层固井。 9. 套管注水泥, 打水泥塞或挤水泥, 都必须进行水泥浆性能试验。 10. 水泥浆主要性能必须满足地层和作业要求: (1)水泥浆密度, 必须大于钻井液密度。在地层承受能力较大的情况下, 对
附件 中国石油天然气集团公司 固井质量检测管理规定 （试行） 二〇〇六年五月
编制说明 为了规范固井质量检测程序，提高固井质量评价结果的客观性，使固井质量检测更好地为油气勘探开发服务，中国石油天然气集团公司特制定《中国石油天然气集团公司固井质量检测管理规定（试行）》。 长期以来，集团公司绝大多数探井、评价井和生产井都采用CBL测井，积累了丰富的评价经验，目前这些仪器仍是固井质量评价的主要测量工具。SBT测井与CBL测井原理相同。因此本规定中的附录C只详细规定了CBL/VDL和SBT 资料采集的质量控制要求，另外本规定第五章“固井质量评价”中引用了SY/T6592《固井质量评价方法》，该标准规定了基于CBL/VDL和SBT测井资料的固井质量评价方法。 对于超声反射回波测井仪CET，USI，PET，CAST和俄罗斯声波及伽马密 度- 套管壁厚组合测井仪器，由于国内应用较少，积累的经验少，只作推荐使用。
目录 第一章标准的引用 第二章测井要求 第三章测井准备 第四章现场施工 第五章固井质量评价 附录A 固井质量检测仪器参考信息附录B 固井质量测井作业通知单附录C 固井质量测井资料质量要求
第一章标准的引用 第一条固井质量检测应执行的相关技术规程SY/T5131 石油放射性测井辐射防护安全规程SY/T5132 测井原始资料质量要求 SY/T5600 裸眼井、套管井测井作业技术规程SY/T5633 石油测井图件格式 SY/T5726 石油测井作业安全规程 SY/T5880.1 石油测井仪器刻度总则 SY/T6030 水平井测井作业技术规范 SY/T6413 数控测井数据采集规程 SY/T6499 固井质量检测仪刻度及评价方法SY/T6592 固井质量评价方法 第二章测井要求 第二条测井项目设计要求
固井水泥用量计算的研究 顾军 摘要水泥用量是固井作业的重要参数。以往的计算公式均以电测井径为依据，误差较大。本文根据实际固井资料提出了计算水泥用量的新公式，它消除了电测井径不准产生的不确定问题，为准确计算固井水泥用量开辟了一条新途径。 主题词固井水泥计算方法 固井水泥用量的淮确计算可以节约固井费用，避免固井漏失，提高固井质量。常用计算方法有两种，即传统的方法和文献[1]推荐的方法。 1、传统的方法 计算固井水泥用量的传统方法是电测井径环空容积再附加一个百分数。其计算公式为 N=n(1+e) 式中：N——固井水泥用量，袋， n——按电测井径计算的水泥量，e——附加系数，％。 2．文献[1]推荐的方法 经验公式为： N=n十0.1(1500－h)－c 式中：h——封固段长度，m； c——修正系数，袋。当c＜400m时，c＝80袋，当400m＜c＜2000m时，c＝0。 分析(1)、(2)式可知，两个计算公式的实质是相同的，即电测井径计算量再附加一个系数。由于电测井径的淮确性和附加量的经验性，使得两式的计算误差较大，因此有必要对固井水泥用量的计算问题进行深入的研究。本文用回归分析方法得出了新的计算公式，现场应用实例表明其计算精度较高。 新公式的建立 对某一地区相同井深和井眼尺寸的井而言，固井资料中的水泥封固段长度和实际水泥用量能真实地反映井径的变化，即环空容积的大小。鄯善油田∮241.3mm井眼下∮177.8mm油层套管固井的有关数据列于表1。由表1可看出，鄯善油田的水泥附加系数为－44.44—84.62％，波动幅度较大，因此用附加系数的方法计算固井水泥用量显然是
不科学的。 水泥用量主要与封固长度有关，为了找出两者间的关系，拟用最小二乘法，将数据分别代入线性回归、指数回归和乘幂回归这三种基本函数，并求出衡量回归程度好坏的标准差。回归结果列于表2。标淮差的表达式为 式中：n＝数据组数 y =实际值 y=预测值。 i 表1 固井基本数据统计表
低密度水泥浆固井技术探讨 （大庆钻探钻井生产技术服务二公司，吉林松原138000） 低密度水泥浆固井技术的基本原理就是利用水泥浆的低密度性质，发挥通过和填充性，对油井的周围进行有效的填充和密闭，由此保证油井的安全。在低密度水泥浆的发展过程中，其比例设计和添加剂的合理使用成为了其发展的主要推动力，而且增加了强度的低密度水泥浆也在实际的应用中获得了成功。 标签：低密度水泥浆；配比设计；应用优势 1 低密度水泥浆固井思路 随着研究层面的拓展，微观力学和宏观力学的研究进一步通过密集堆积的理论，明确了用颗粒材料粒径大小分布调整来提高其宏观力学特性可能。其原理就是通过对混合物质内的固体粒径的大小和分布状况的调整，使之合理分配和混合，让水泥浆的体系具备更加优良的填充效果，而且让各种粒径的材料实现更好的密集堆积效应，增加水泥浆更多的固相，由此增加水泥浆的性能指标。这时低密度高强度水泥浆就应运而生了。其组成不仅仅考虑到了原料的物理性能，也考虑到了水泥浆化学特性。 2 低密度水泥浆的配备设计 在试验的过程中发现，低密度水泥浆的试验效果降低，尤其是强度的变化差异的主要原因就是，高速度的剪切和破碎对水泥造成的影响。因此在低密度水泥的配备的时候，应当控制搅拌器的转速，控制在4000转每分钟，并控制搅拌的时间，这样就可以达到较为理想的试验效果。 研究人员为了使得整个水泥浆系统达到应用的标准，并提高效果，在试验中已经形成了一个系列化的密度配合方案，基本配比的组合形式为：G级石油井水泥，粉煤灰、漂珠、增加稳定剂、水。在实际的应用中通过改变材料的比例和水量来实现对水泥浆密度的调整。按照上面的组合形成的不同密度的水泥浆都可以实现固井要求，例如：试验中采用的60%水泥、25%粉煤灰、15%漂珠、2%外加剂，水：灰7:3，这样产生的水泥浆密度为1.43g/cm。并且利用这一密度的水泥浆对某油田的3口油井进行加固处理，在施工结束后的检测中得到了较好的胶结数据，胶结良好的段占整个井的80%以上。 3 低密度水泥浆的固井技术特性 3.1 低密度水泥浆的稳定性提高 低密度水泥浆在研究和发展中已经逐步过渡到低密度高强度的材料特性上，因此整个水泥浆的体系的沉降稳定性更好，这主要是来自于增强剂的添加，其中
（二）插入法固井工艺 插入法固井工艺一般用于大直径套管固井，是用下部连接有浮箍插头的小直径钻杆插入套管的插座式浮箍（或插座式浮鞋），与环空建立循环，用水泥车通过钻杆向套管外环空注水泥。采用该工艺注水泥能减少水泥浆在套管内与钻井液的掺混，缩短顶替钻井液时间，同时水泥浆可提前返出从而减少因附加水泥量过大而造成的浪费和环境污染。 1. 插入法固井工艺流程 插入法固井工艺套管结构为：插入式浮鞋+套管串（也可以为：引鞋+1根套管+插入式浮箍+套管串）。钻杆串结构为：插头+钻杆扶正器+钻杆串。插入法固井工艺流程:注入前置液→注入水泥浆（见图）→替入钻井液（替入量比钻杆内容积少0.5m3）→放回压检查回压凡尔是否倒流→上提钻杆循环出多余的水泥浆（见图）。 注水泥 水泥浆 钻井液 钻杆 套管 扶正器 插座式浮鞋
下入钻杆,插头插入插座, 注入水泥浆替泥浆结束,起钻循环 2．插入法固井的有关计算 （1）套管串浮力计算 大直径套管固井一般是表层套管固井，要求水泥返出地面，固井施工后，管外环空全部为水泥浆。为了保证套管不被浮起，套管串所受的浮力F f 必须小 于套管串的重量G t 。 套管串所受的浮力F f 的计算公式： F f = S w Hρ s g×10-7 (1) 式中 F f —套管串所受的浮力，kN S w —套管外截面积，cm2 H—浮箍深度，m ρ s —水泥浆密度，g/cm3 g—重力加速度。 套管串重量G t 的计算公式： G t = qH×10-3+ S n Hρ n g×10-7 (2) 式中 G t —套管串重量，kN q—每米套管重量，N/m H—浮箍深度，m S n —套管内截面积，cm2 ρ n —套管内泥浆密度g/cm3 g—重力加速度。 要保证套管串不被浮起，需满足G t ≥F f 。若计算后G t ≤ F f ，必须加重钻 井液，即加大ρ n 的值，以提高套管串的重量G t ，使G t ≥F f 后方可施工。因此， 必须进行钻井液“临界密度”ρ min 的设计。“临界密度”是指替钻井液结束时， 套管串所受的浮力F f 与套管串的重量G t 相等时套管内钻井液的密度。计算方法 是把（1）和（2）式整理后（g取10）即可得出。 “临界密度”ρ min 的计算公式： ρ min =（S w ρ s －q×10-3）/ S n (3) 式中ρ min —临界密度 g/cm3 在做固井设计时，设计替入泥浆的密度ρ s 要大于临界密度ρ min ，实际应 用中，一般按： ρ s =ρ min +（0.1～0.2） （2）钻柱坐封压力的计算 由于插入法固井内管（钻柱）和浮箍的连接是通过插入接头和浮箍插座用插入的方法连接的，所以若不在密封球面与承压锥面之间施加一定的压力，在施工中就会在反向压力的作用下钻具产生“回缩”，造成密封球面与承压锥面之间“脱开”，而失去密封作用。因此，在设计中进行坐封压力的计算是非常必要的。 坐封压力F z 的计算公式为： F z =P max S m ×10-3 (4) 式中 F z —密封球面与承压锥面之间施加的压力（坐封压力） kN
固井技术基础（量大、多图、易懂） 概述 1、固井的概念 为了达到加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的分层测试及在整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。 2、固井的目的 1. 封隔易坍塌、易漏失的复杂地层，巩固所钻过的井眼，保证钻井顺利进行； 2. 提供安装井口装置的基础，控制井口喷和保证井内泥浆出口高于泥浆池，以利钻井液流回泥浆池； 3. 封隔油、气、水层，防止不同压力的油气水层间互窜，为油气的正常开采提供有利条件； 4.保护上部砂层中的淡水资源不受下部岩层中油、气、盐水等液体的污染； 5.油井投产后，为酸化压裂进行增产措施创造了先决有利的条件； 3、固井的步骤 1. 下套管 套管与钻杆不同，是一次性下入的管材，没有加厚部分，长度没有严格规定。为保证固井质量和顺利地下入套管，要做套管柱的结构设计。根据用途、地层预测压力和套管下入深度设计套管的强度，确定套管的使用壁厚，钢级和丝扣类型。 2. 注水泥 注水泥是套管下入井后的关键工序，其作用是将套管和井壁的环形空间封固起来，以封隔油气水层，使套管成为油气通向井中的通道。 3. 井口安装和套管试压 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. 检查固井质量 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。探套管内水泥塞后要做套管柱的压力检验，钻穿套管鞋2~3米后（技术套
1.现场水泥浆稠化时间试验温度主要取（井底循环温度）。 2.实际施工时间与稠化时间的关系是稠化时间=现场施工时间+（60~90min）。 3.高温条件下会造成水泥石强度的衰退，采取加入硅粉的办法，控制强度衰退， 硅粉，石英砂被称为（热稳定剂）。硅粉的加入量一般控制在（25%~30%）之间。 4.固井作业，注水泥前所选用的前臵液，要具有良好（相容性）。 5.注水泥顶替过程中，可能发生（U型管）效应。 6.什么是U型管效应？ U型管效应再某种程度上由于注入的水泥浆密度大于钻井液密度，形成套管内外静液柱差，当这种压差超过管内外沿程流动阻力损失时在管内形成了“液柱”的自由落体。 7.使用内管注水泥方法的好处 可以防止注水泥及替泥浆过程在管内发生窜槽。 解决顶替泥浆量过大，时间长问题。 可以防止产生过大的上顶力，防止套管向上移动。 可以保证使水泥返出地面。 节省固井成本，节约水泥用量。 8.正规非连续式注水泥程序？ 第一级按正常套管注水泥方法，注完水泥并碰压后，井口卸压，证实下部浮鞋浮箍工作可靠，水泥浆不回流。则再投入打开塞，打开分级箍注水泥孔眼，可进行第二级注水泥工作。注水泥前可调整处理井下钻井液性能。二级注水泥结束后臵入关闭塞，碰压并使注水泥孔永久关闭。
9.正规非连续式注水泥第一级水泥返深一般距分级箍（200m）。 10.打开塞的下落速度现场一般按照（1m/s）计算。 11.注水泥塞的目的？ 处理钻井过程中的井漏。 定向井的侧钻和造斜。 堵塞报废井及回填枯竭层位。 提供衬管测试工具的承座基础。 隔绝地层。 12．固井后，出现水泥塞的可能原因有哪些？ 钻井液性能不好，石粉沉淀，出现假塞现象； 套管长度与实际长度不符； 浮箍、浮鞋失灵，敞压时管内回流水泥浆； 替泥浆时，泥浆中混有水泥浆。 13. 施工哨子有几声？分别是怎样规定的？ 施工哨子有五声。第一声哨，循环准备哨。参加施工的人员全部到位，注水泥车开始循环，下灰车开始充气；第二声哨，注水泥开始；第三声哨，注水泥结束；第四声哨，替钻井液开始；第五声哨，替钻井液结束。 14.注水泥施工时间、可泵时间、侯凝时间的关系是：施工时间<可泵时间<侯凝时间 15.表层固井的作用？ 1封隔上部不稳定的松软地层和水层 2安装井口装臵，控制井喷 3支撑技术套管与油层套管的重量 4保护淡水。
文章编号:1001 5620(2006)04 0047 03 降低固井水泥浆密度的新技术 Fred Sabins (固井解决方案公司(Cement ing Solut ions,Inc),美国) 摘要 针对现有低密度固井水泥浆存在的一些问题,介绍了一种有效降低水泥浆密度的新技术,即使用新型密度减轻材料 美国3M 公司生产的中空玻璃微球(HG S)作为密度减轻剂。介绍了中空玻璃微球H GS 的基本特点,对H GS 低密度水泥浆进行了杨氏模量和抗张强度实验、压力和温度循环下的胶结强度实验、钻穿测试实验及现场测试,并与泡沫水泥浆和硅酸钠水泥浆进行了对比。实验及测试结果表明,添加了中空玻璃微球H GS 的水泥浆有效地降低了密度,并且其混合、泵送及抗压强度、胶结质量等完全可以满足井下作业的要求。 关键词 固井 固井质量 低密度水泥浆 水泥浆添加剂 中空玻璃微球中图分类号:T E256 文献标识码:A 针对低密度固井水泥浆的应用日益增多及现阶段常用的一些低密度固井水泥浆存在的问题,提供了一种新的解决方案,即使用新型密度减轻材料 美国3M 公司生产的中空玻璃微球研制的新型低密度固井水泥浆体系。 1 传统低密度水泥浆体系的局限性 以水作为密度减轻剂的传统低密度水泥浆最低密度为1.5g/cm 3 ,并且需要添加能够吸水并保持水泥均相的物质。虽然这种水泥浆成本低,但其抗压强度低,在强压下无法提供长期层间封隔。使用空心微珠可以使水泥浆密度降至1.35g /cm 3 。空心微珠是从火力发电的副产物 粉煤灰中通过漂选获得的,因此其质量较差,抗压强度较低(一般上限为13.8~20.7M Pa),闭空率较低,水容易进入使空心微珠密度很难控制,使其应用受到了较大限制。 使用氮气的泡沫水泥浆通常用来防止低压储层的循环漏失。但其渗透性高,抗压强度低,因此会导致固井失败和更高的完井成本。而且泡沫水泥浆施工设备较多,使用程序复杂,不易操作,并且存在井内摩阻较大(导致循环漏失)、难以控制固井质量、无法使用声波和超声波测量工具等局限性。 2 中空玻璃微球的基本特点 美国3M 公司生产的中空玻璃微球为薄壁白色 空心球体,成分为碱石灰、硼硅酸盐玻璃,不溶于水,pH 值为9.5,软化温度为600 。3M 中空玻璃微球H GS 系列产品性能如表1所示。 表1 3M 中空玻璃微球H GS 系列产品性能型号抗压强度M Pa 真实密度g /cm 3粒径分布(体积比)/ m 10%50%90%最大HG S200013.80.3220407580HG S300020.70.3518407585HG S400027.60.3815407585HG S500037.90.3816407585HG S600041.30.4615407080HG S1000068.90.6015305565HG S18000 124.0 0.60 11 30 50 60 H GS 中空玻璃微球的特点:为小粒径的完美球体,易混合、易泵送;不可压缩,可以方便准确地进行测井工作;有极高的强度密度比,因此在井下作业时 不会破碎;有相当高的闭空率,水不能进入球体,因此可以使密度保持恒定;呈化学惰性,不会与水泥浆中的其他添加剂发生反应,从而几乎可以和所有的固井水泥浆体系兼容;微球的各向应力一致,可以减少水泥在固化后的收缩;内部有少许气体存在,因此有很好的保温作用,这样就可以加快水泥水化速度,从而减少候凝时间,并且使水泥在短时间内就有较高的强度。 第一作者简介:F red Sabins,专家级高级工程师,作为首席研究员在Cement ing Solutions,Inc 工作了多年,有多年的固井 工作经验。地址:上海市兴义路8号万都中心大厦38层3M 中国有限公司总办事处;邮政编码200336;电话(021)62753535。 第23卷第4期 钻 井 液 与 完 井 液 V ol.23No.42006年7月 DRILLING FLUID &COMPLET ION FLU ID July 2006
中国石油天然气股份有限公司企业标准 Q／SY 73—2003 固井质量评价 Evaluation for cementing quality 2003—01—27发布 2003—05—31实施 中国石油天然气股份有限公司发布 目次 前言……………………………………………………………………………………… (Ⅱ) 1 范围……………………………………………………………………………………… (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语和定义……………………………………………………………………………………… …1 4 固井质量基本要求 (1) 4．1 水泥封固……………………………………………………………………………………… 1
4．2 水泥返深和人工井 底 (1) 4．3 套管柱和井口装 置 (2) 5 水泥环胶结质量评 价 (2) 5．1 测井要求……………………………………………………………………………………… 2 5．2 声幅测井(CBL) (2) 5．3 声波变密度测井 (VDL) (2) 5．4 CBL／VDL综合解 释 (3) 6 套管柱试压……………………………………………………………………………………… …3 表1 水泥环胶结质量声幅测井评价标 准 (2) 表2 常规水泥浆固井水泥环胶结质量CBL／VDL综合解 释 (3) 表3 低密度水泥浆固井水泥环胶结质量CBL／VDL综合解 释 (3) 前言 本标准由中国石油天然气股份有限公司勘探与生产分公司提出。 本标准由中国石油天然气股份有限公司勘探与生产专业标准化技术委员会归口。 本标准起草单位：中国石油天然气股份有限公司石油勘探开发科学研究院廊坊分院、中国石油天然气股份有限公司辽河油田分公司、中国石油天然气股份有限公司冀东油田分公司。 本标准主要起草人：高彦尊、齐奉中、刘爱平、刘大为、白亮清。 1 范围 本标准规定了固井质量基本要求及固井质量评价方法。 本标准适用于油气勘探开发生产过程中的固井质量评价。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，
固井基础知识 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
第二部分固井基础知识 第一章基本概念 1、什么叫固井 固井是指向井内下入一定尺寸的套管串，并在其周围注以水泥浆，把套管与井壁紧固起来的工作。 2、什么叫挤水泥 是水泥浆在压力作用下注入井中某一特定位置的施工方法。 3、固井后套管试压的标准是什么 5英寸、51/2英寸试压15MPa，30分钟降压不超过，7英寸，95/8英寸分别为10MPa和8MPa，30分钟不超过；103/4—133/8英寸不超过6MPa，30分钟压降不超。 4、什么叫调整井 为挽回死油区的储量损失，改善断层遮挡地区的注水开发效果以及调整平面矛盾严重地段的开发效果所补钻井叫调整井。 5、什么叫开发井 亦属于生产井的一种，是指在发现的储油构造上第一批打的生产井。 6、什么叫探井 在有储油气的构造上为探明地下岩层生储油气的特征而打的井。 7、简述大庆油田有多少种不同井别的井 有探井、探气井、资料井、检查井、观察井、标准井、生产井、调整井、更新井、定向井、泄压井等。 8、什么叫表外储层 是指储量公报表以外的储层（即未计算储量的油层）。包括：含油砂岩和未划含油砂岩的所有含没产状的储层。 9、固井质量要求油气层底界距人工井底不少于多少米探井不少于多少米 固井质量要求，调整井、开发井油、气层底界距人工井底不少于25米（探井不少于15米）。 10、调整井（小于等于1500米）按质量标准井斜不大于多少度探井（小于等于3000米）按质量标准井斜不大于多少度
调整井按质量标准井斜不大于3度。探井按质量标准井斜不大于5度。 11、调整井（小于等于1500米）井底最大水平位移是多少探井（小于等于3000米）井底最大水平位移是多少 调整井井底最大水平位移是40米。探井井底最大水平位移80米。 12、目前大庆油田常用的固井方法有哪几种 （1）常规固井（2）双密度固井（变密度固井）（3）双级注固井（4）低密度固井（5）尾管固井 13、目前大庆油田形成几套固井工艺 （1）多压力层系调整井固井工艺技术。 （2）水平井固井工艺技术。 （3）斜直井固井工艺技术。 （4）小井眼固井工艺技术。 （5）深井及长封井固井工艺技术。 （6）欠平衡固井工艺技术。 14、水泥头是用来完成注水泥作业的专业工具，常用的有哪几种（1）简易水泥头；（2）单塞水泥头；（3）双塞水泥头；（4）尾管固井水泥头。 15、51/2″水泥头销子直径为多少毫米 51/2″水泥头销子直径为24mm。 16、常用的套管有哪些规格 5″、51/2″、7″、75/8″、85/8″、95/8″、103/4″、123/4″、133/8″、20″等。 17、简述技术套管及油层套管的作用 技术套管是封隔复杂地层，保证固井顺利进行，安装井口装置，支承油层套管重量，必要时可当油层套管使用。 油层套管是封隔油、气、水层与其它不同压力的地层，如因保护套管形成油气通道，满足开采和增产措施的需要。 18、常用扶正器的规格有哪些 5×51/4，51/2×71/2，51/2×81/2，51/2×93/4，95/8×121/4，133/8×173/4。
全井固井套管串及注水泥工艺设计任务书 一、设计依据 1、井身结构； 2、套管管材； 3、各井段固井套管串外载考虑； 4、各井段使用钻头及进尺； 5、采用何种套管串设计方法； 6、采用何种注水泥方法。 二、设计要求 把全井固井分为表层套管固井、技术套管固井、油层套管固井进行设计。 1、按抗挤、抗拉、抗内压设计套管串； 2、按固井注水泥要求计算相关量，安排注水泥施工工艺； 3、设计结果列表。
附2：××井各层套管固井注水泥设计结果列表（供参考） 三、设计井基本参数 1、设计井基本参数如下： （1）从0米到H1(米)井段，使用φ445mm钻头钻进，下入 " 8 3 13表套管固井，水泥返到地面； （2）从H1（米）到H2（米）井段，使用φ311mm钻头钻进，下入 " 8 5 9技术套管固井，水泥返到地面； （3）从H2米到H3米井段，使用φ216mm钻头钻进，下入"7 油层套管固井，水泥返到地面（或某一返高h s）； （4）从H3（米）到H4（米）井段，使用φ161mm钻头钻进，下入"5 尾管固井，水泥注满环空； （5）在H1井深固井用泥浆性能为ρ=1.10+?ρg/cm3；在H2井深固井用泥浆性能为ρ=1.26+?ρg/cm3；在H3井深固井用泥浆性能为ρ=1.5+?ρg/cm3；在H4井深固井用泥浆性能为ρ=1.35+?ρ g/cm3；地层水密度为1.05 g/cm3； （6）库存有J－55，K—55，N－80，C—95的API长圆扣套管供选用，规范齐全。
四、固井套管串及注水泥工艺设计给定参数 1.封面：参考报告封面模板； 2.格式：参考设计格式要求。
固井工艺技术 常规固井工艺 内管法固井工艺 尾管固井工艺 尾管回接固井工艺 分级固井工艺 选择式注水泥固井工艺 筛管（裸眼）顶部注水泥固井工艺 封隔器完井及水泥充填封隔器固井工艺注水泥塞工艺 预应力固井工艺 挤水泥补救工艺技术 漏失井固井技术 高压井固井技术 大斜度井固井技术 深井及超深井固井技术 长封固段井固井技术 小间隙井固井技术 糖葫芦井眼固井技术 气井固井技术
（一）常规固井工艺 常规固井工艺是指在井身质量较好,且井下无特殊复杂情况,封固段较短的封固要求下,将配制好的水泥浆，通过前置液、下胶塞（隔离塞）与钻井液隔离后，一次性地通过高压管汇、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。套管串结构：引鞋+旋流短节+2根套管+浮箍+套管串。 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。 保证施工安全和固井质量的基本条件： （1）井眼畅通。 （2）井底干净。 （3）井径规则，井径扩大率小于15%。 （4）固井前井下不漏失。 （5）钻井液中无严重油气侵，油气上窜速度小于10m/h。 （6）套管居中，居中度不小于75%。 （7）套管与井壁环形间隙大于20mm。 （8）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。 （9）水泥浆稠化时间、流动度等物理性能应满足施工要求。（10）水泥浆和钻井液要有一定密度差，一般要大于0.2。（11）下灰设备、供水设备、注水泥设备、替泥浆设备及高低压管
汇等，性能满足施工要求。 （二）内管法固井工艺 内管法固井工艺是用下部连接有浮箍插头的小直径钻杆插入套管的插座式浮箍（或插座式浮鞋），与环空建立循环，用水泥车通过钻杆向套管外环空注水泥。采用该工艺注水泥能减少水泥浆在套管内与钻井液的掺混，缩短顶替钻井液时间。用该工艺进行表层时，水泥浆可提前返出，从而减少因附加水泥量过大而造成的浪费和环境污染。该工艺一般用于大直径套管固井。 套管串结构：插入式浮鞋+套管串（或：引鞋+1根套管+插入式浮箍+套管串）。 钻杆串结构：插头+钻杆扶正器+钻杆串。 工艺流程:注入前置液→注水泥浆→替钻井液（替入量比钻杆内容积少0.5m3）→放回压检查回压凡尔是否倒流→上提钻杆循环出多余的水泥浆。 (三)尾管固井工艺 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。较短的尾管可座于井底，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，尾管由尾管悬挂器悬挂于上层套管内壁。尾管固井的主要目的有：经济性；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。 最常用的尾管悬挂器是液压式尾管悬挂器。