双级、尾管固井技术

玉门油田深井固井技术肖华段保平殷洋溢陈杰（吐哈石油开发指挥部工程技术研究院）摘要：玉门油田勘探开发领域拓展，青西和酒东区块是目前玉门油田主要勘探开发的主战场。

青西、酒东区块深井普遍存在着高温、高压、膏层与盐水层、井深结构复杂等问题，需要长封固段封固，给固井工艺技术提出了挑战，通过对难点的分析，优选水泥浆体系、优化固井工艺技术和套管附件，形成了一套玉门油田深井固井技术。

关键词：深井水泥浆固井固井质量一、前言玉门油田深井主要分布在青西区块和新勘探开发的酒东区块。

这两个区块都具有油层埋藏深、裸眼段（封固段）长、温度高、油气活跃和井眼复杂等特点。

近两年来，青西区块的生产井逐步由三层井身结构简化为两层井深结构，下入复合套管，由于套管附件存在质量问题。

替量超过了设计量，胶塞不能下行到阻位导致不能碰压，致使Q2-38、Q2-39套管脚替空。

由于石膏层的蠕动，酒参1井、长101井、、长2井套管过早挤毁变形，针对这两个区块的固井难度，开展了大量的技术调研和室内研究、现场试验，取得了较好的成绩。

二、玉门油田深井固井技术难点1、温度高，水泥浆配方设计困难玉门地区恒温层深度为25m，地表年平均温度为7.3℃。

由青西等井储层实测温度计算，窟窿山构造地层温度梯度为2.51～2.75℃/100m，静止温度在140℃左右；酒东地区长沙岭构造地层温度梯度为3.18～3.52℃/100m，静止温度在175℃左右。

由于井底静止温度与循环温度高，给固井水泥浆外加剂的选择与水泥石抗高温性能带来一定难度。

2、高压给固井带来的影响“高压”即高压水层，由于高压水层的影响，酒东区块完井钻井液密度基本在1.9-2.1g/cm3，因此要求水泥浆密度相对应在 2.1-2.25g/cm3；多个高压水层之间的压力系数不同，固井及候凝过程中容易造成水层之间、油层与水层之间窜槽。

3、石膏层与盐水层带来的影响酒东地区柳沟庄组地层（3300m左右）含石膏，长2井3250m石膏含量41.2 %，且下部4800m左右存在高压盐水层，施工时石膏层与盐水层污染水泥浆，使水泥浆性能变坏，易造成固井施工事故。

固井技术现状及发展趋势一、国内外固井技术（一）油井水泥及油井水泥外加剂油井水泥及油井水泥外加剂发展速度突飞猛进，国外基本水泥共有十三类水泥，油井水泥外加剂共有13大类200多个品种。

为适应向API水泥标准的转化，我国油井外加剂也发展到10大类100多个品种。

1、基本水泥目前国外BJ、福拉斯马斯特、道威尔、哈里伯顿和诺斯科等五大能源技术服务公司都生产基本水泥，我国只生产一类油井水泥（波特兰水泥）。

基本水泥共有十三类：波特兰水泥、高铝水泥、市售低密度水泥、市售膨胀水泥、微细波特兰水泥、微细波特兰水泥和微细高炉矿渣混合物、高细度水泥、高炉矿渣、微细高炉矿渣、波特兰水泥和高炉矿渣的混合物、可储存的液体水泥、酸溶水泥、合成树脂水泥。

2、油井水泥外加剂外加剂只能改变水泥浆的物理性能而不能改变其化学成分，水泥浆只不过是外加剂的载体。

国外油井水泥外加剂主要以哈里伯顿、BJ、休斯、德莱塞、道威尔、西方五家公司的产品为代表，我国油井外加剂也发展很快，水泥外加剂品种比较多，主要分为13大类。

包括：促凝剂、缓凝剂、降失水剂、分散剂、消泡剂、减轻外掺料（减轻剂）、加重外掺料（加重剂）、防漏外掺料（防漏剂）、防止水泥石高温产生强度退化的外掺料、触变水泥、隔离液和冲洗液、清除钻井液污染剂、特种外加剂。

（二）国外固井技术1、新型“钻井”固井液技术美国壳牌石油公司及几个其它石油公司的一批科研开拓者，在多功能钻井液（UF）性能、胶凝浆特性、泥饼固化、界面胶结等方面作了大量的实验（剪切胶结，激活剂的扩散实验，水平井大型井筒顶替模拟试验），研制出新型“钻井”固井液技术，只是在原有钻井液配方的基础上，添加不多的高炉淬厂渣或其它可水化材料，基本上不影响钻井液的其它性能。

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。

四川地区深井超深井复杂情况下固井技术姚勇中石化石油工程西南有限公司固井分公司摘要：随着石油勘探开发深度的加大，深井超深井数量增加，井下情况更趋复杂，固井难度不断增加。

在四川川西及川东地区深井超深井固井中，面临长封固段固井、窄安全压力窗口、固井漏失、套管下入困难、水平井侧钻井、小井眼小间隙固井、高温高压、防气窜、高含硫等固井难题。

因此加强对深井超深井技术的探讨与研究，对加快四川地区油气勘探进度和勘探效益具有重要意义。

关键词：四川深井超深井固井序言由于目前我国经济的高速发展，对石油、天然气资源产生了巨大需求和依赖，为了保证国家经济和能源安全的需要，石油勘探开发力度加大，转向埋深更深地层，深井超深井数量不断增加。

深井超深井目的层埋藏深，地质条件复杂，钻井勘探深度的加大，井下情况更趋复杂，固井难度不断增加。

四川地区主产天然气，深井超深井井眼条件复杂，深井超深井裸眼井段长，地层压力系统不统一；地层压力高，一般下技术套管和油层套管前，泥浆密度都要加重，而且许多井地层压力平衡关系敏感，泥浆稍高则发生井漏，低则发生井喷；地层裂缝多、断层多，易破碎；泥页岩水敏性强，易坍塌，井眼极不规则，井径扩大严重，大肚子井眼和糖葫芦井眼普遍存在；川东北地区深层高含H 2S及CO2，根据四川气井固井经验，各层套管水泥均要求返至地面，导致固井封固段长；地层倾角大，软硬变化多，井斜角大；油气层多且分布段长，地层压力高、气层活跃；随着油田的深一步勘探开发，钻井向深井定向井、侧钻井、水平井等发展。

因此在四川深井超深井固井中，通常面临下述固井复杂问题：1) 套管下入困难；2) 长封固段固井技术难题；3) 小井眼、小间隙固井难题；4) 窄安全压力窗口、固井漏失及防气窜问题；5) 深井超深井水平井固井难题；6) 不规则井眼条件下固井质量问题。

二十世纪八十年代以来，我们在四川进行了大量的固井工程作业，针对四川深井气井、复杂地层固井难点，完成了《川东北深井复杂条件下固井工艺研究》、《川西地区高压气井固井技术研究》、《川西中高压浅层气防气窜固井技术研究》、《提高川西深层固井质量技术研究》、《川西地区深井固井技术研究》等多项科研课题。

中国石油天然气集团公司固井技术规范中国石油天然气集团公司工程技术分公司2008年目录第一章总则 (1)第二章固井设计 (1)第一节设计依据和内容 (1)第二节压力和温度 (1)第三节管柱和工具、附件 (2)第四节水泥浆和前置液 (4)第五节注水泥和技术措施 (5)第六节施工组织和应急预案 (6)第三章固井准备 (6)第一节钻井设备 (7)第二节井口准备 (7)第三节井眼准备 (7)第四节套管和工具、附件 (9)第五节水泥和外加剂 (11)第六节固井设备 (12)第七节仪器仪表 (13)第四章固井施工 (13)第一节下套管作业 (13)第二节注水泥作业 (14)第三节施工资料整理 (14)第四节施工过程质量评价 (15)第五章固井质量评价 (16)第一节基本要求 (17)第二节水泥环评价 (17)第三节质量鉴定 (18)第四节管柱试压和井口装定 (18)第六章特殊井固井 (19)第一节天然气井 (19)第二节深井超深井 (21)第三节热采井 (22)第四节定向井、大位移井和水平井 (22)第五节调整井 (23)第六节煤层气井 (24)第七章挤水泥和注水泥塞 (24)第一节挤水泥 (24)第二节注水泥塞 (26)第八章特殊固井工艺 (27)第一节分级注水泥 (27)第二节尾管注水泥 (27)第三节内管法水泥 (29)第九章附则 (29)中国石油天然气集团公司固井技术规范第一章总则第一条固井是钻井工程的关键环节之一，固井质量对于延长油气井寿命和发挥油气井产能具有决定性作用。

为提高固井管理和技术水平，保障作业安全和质量，更好地为勘探开发服务，制定本规范。

第二条固井工程须从设计、准备、施工、检验4个环节严格把关，采用适应地质和油气藏特点及钻井工艺的先进适用固井技术，达到安全、优质、经济、可靠的要求。

第三条固井作业应严格按照固井施工设计执行。

第二章固井设计第一节设计依据和内容第四条应依据地质设计、钻井工程设计、实钻资料和有关技术规定、规范、标准进行固井设计，并在施工前完成设计审批。

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。

尾管钻井技术是指在一个钻井过程中同时完成钻井与固井作业。

在过去的五年里，已经成为北海、东南亚钻衰竭油藏油井的一项标准技术。

应用尾管钻井技术，可以钻达标准井底钻具组合（BHA）无法达到的仅距目标层深度几米远的地方。

使用BHA钻进可能出现漏失、井壁坍塌，甚至有可能发生BHA、钻柱脱落及井段报废等事故。

在挪威和印度尼西亚，应用尾管钻井技术解决了以上这些问题，每口井节约资金超过100万美元。

典型的尾管钻井技术特别适用于衰竭油藏钻井。

常规钻井技术需要使用中间套管或设置水泥塞，而尾管钻井技术通常仅需几个小时就可以将尾管钻至目的层深度。

尾管钻井与套管钻井是两个不同的概念。

使用套管钻井系统，当套管钻进时，作业时可以多次改变BHA。

由于套管直达地面，所以BHA 可以用钻杆或钢丝绳起出。

管下扩眼器或扩孔钻头还可以扩眼，使套管下放。

套管的设计必须能够承受由井底到地面的全部钻柱载荷。

而尾管钻井系统仅需足够长的套管来封隔裸眼段，而无需上部的套管柱。

因此，钻井载荷主要由钻杆柱承担，特别是在旋转钻进时更是如此。

一个尾管悬挂器连接上部钻柱与尾管，由井底钻具组合（BHA）驱动至目的层深度，完钻后起出井底钻具组合（BHA）。

当BHA失效时，就需要起出全部上部钻柱和尾管柱。

因此，尾管钻井井底钻具组合（BHA）应确保在整个所要求的井段无需起下钻。

目前已经有几种尾管钻井系统成功应用于油田作业。

第一种是转盘驱动系统，底部带有一个特殊的钻头；第二种是马达驱动系统，尾管底部带有一个旋转接头和冠状/取芯钻头；第三种是马达驱动Amoco/Wenande系统，不带旋转接头，但在尾管下带有管下扩眼器。

所有这三种系统都用尾管钻进，并确保尾管到位以防井壁坍塌问题。

第四种方案是在尾管下面使用一个一次性马达。

钻井作业完成后，把它留在井内。

转盘驱动系统包括一根顶部接在尾管悬挂器的标准尾管。

该系统以接在底部的一个特殊设计的PDC钻头为特征。

该钻头的特点是,在尾管下到预定位置后，它可以在以后的洗井作业时顺利磨铣起出。

第二章固井工程技术基础油、气井固井是将油井水泥、水以及添加剂按一定的比例混合后，通过固井泵泵送到预定深度的井壁与套管、（套管与套管）的环形空间内，使套管与井壁、（套管与套管）之间牢固粘结（图2-1所示）。

图2-1 固井水泥浆充填示意图1、固井的目的一口油井深达数千米，在钻井过程中常常遇到井漏、井塌、井喷等复杂情况，影响正常钻进，严重时甚至导致井眼报废。

遇到上述情况就应下套管固井，封隔好复杂地层后，再继续钻进，直到建立稳定的油气通道为止。

因此，为了优质快速钻达目的层，保证油气田的开采，固井工程的主要目的为：1）、在钻进过程中封隔易坍塌、易漏失等复杂地层，保证钻井顺利进行。

如图2-2所示，当从A点钻进至B点，如果在A点井深处没下套管固井，那么随着井深的变化，钻达B点所用泥浆密度在A点产生的压力就会大于A点地层破裂压力，造成A点地层破裂，发生井漏。

同理，当从B点钻进至C点，如果在- 8 -- 9 -B 点井深处没下套管固井，那么随着井深的变化，钻达C 点所用泥浆密度在B 点产生的压力就会大于B 点地层破裂压力，造成B 点地层破裂，发生井漏。

2）、封隔油、气、水层，防止层间互窜。

固井工程不仅关系到钻进的速度和成本，还影响到油气田的开发。

如图2-3所示，如果油、气层与水层间水泥固结不好，层间互相窜通，那么会给油气田开发带来很大困难。

当油、气层压力大于水层压力时，油、气便会窜入水层内，既污染了水层又影响到油气的产量；当水层压力大于油、气层压力时，水便会窜入油气层内，造成油田开发早期出水，严重时会水淹破坏整个油气田。

图2-2 下套管固井原理示意图图2-3 固井防止层间流体互窜示意图- 10 -图2-4 套管固井后井口连接示意图因此，必须确保固井质量，对地层内不同类型的流体有效封隔。

3）、支撑套管和井口装置，建立油气通道。

钻完井工艺要求固井后套管与地层间在水泥作用下应具有良好的胶结，因为固井后水泥环不仅要支撑套管的重量，而且要承受安装在套管上井口装置的重量，准备下一次开钻或完井投产（如图2-4所示）。

尾管固井技术及其设计应用浅谈1. 引言1.1 尾管固井技术的背景尾管固井技术的背景源于对钻井安全和有效性的不断追求，随着石油勘探和开发深度的不断增加，传统的固井技术已经不能完全满足需求。

尾管固井技术的出现填补了这一空白，有效地解决了地层流体返升、井眼崩塌和井底溃塌等问题，使得钻井作业更加高效和安全。

尾管固井技术的背景是钻井作业对安全和有效性的追求，是石油勘探和生产技术的不断创新和发展的产物。

通过不断改进和优化，该技术在石油工业中发挥着重要的作用，为油气资源的开发和利用提供了技术支持和保障。

1.2 尾管固井技术的意义尾管固井技术的意义在于提高油气井的安全性和生产效率。

通过尾管固井技术，可以有效避免井下漏失情况，保障井筒的完整性，减少井下事故的发生。

尾管固井技术可以提高油气产能，增加采收率，降低注水量，优化油气井生产，提高井口的产量和压力，从而减少开采成本，提高油田的经济效益。

尾管固井技术还可以保护地下水资源，减少油气井的环境污染风险。

通过科学合理设计和施工，能够有效防止油气井对地下水质的污染，保障地下水资源的可持续利用。

尾管固井技术的意义主要体现在提高油气井的安全性、生产效率和经济效益，保护地下水资源，降低环境污染风险，推动油气行业的可持续发展。

通过不断改进和应用尾管固井技术，可以更好地满足社会对能源的需求，促进油气行业的健康发展。

2. 正文2.1 尾管固井技术的基本原理尾管固井技术的基本原理是指在油井钻进完成后，为了确保油井的安全稳定以及有效产能，需要在井眼中设置尾管，并通过特定的方法进行固井。

尾管固井技术的基本原理主要包括以下几个方面：尾管固井技术是指在井眼中安装尾管，尾管是一种小口径的管道，通常是钢管或者塑料管，通过尾管可以实现井口与地面之间的连通。

尾管的安装位置一般在油井完井后的最后一段井眼中，起到了固井的作用。

尾管固井技术的原理是通过在尾管内注入固井液，固井液会在井眼中形成固井环，将井眼壁固定在一起，防止井眼坍塌和污染。

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、5 1/2英寸试压15MPa，30分钟降压不超过 0。

5MPa，7英寸,9 5/8英寸分别为10MPa和8MPa，30分钟不超过0。

5MPa；10 3/4—13 3/8英寸不超过6MPa，30分钟压降不超0.5MPa.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。

井控技术措施（一）表层固井1、钻井队表层钻深必须进入稳定层50米以上，保证下部表套水泥环与地层的胶结质量。

2、要高度重视表层固井施工，确保表层固井质量。

固表层套管前要认真核对表层井深和表层套管下入深度，确保表层套管按钻井设计要求下到位置。

3、认真做好表层固井设计，确保表层固井灰量足够，按照固表层作业要求做好现场施工，打好水泥浆密度，油井留10-15米水泥塞，并做好固井表层施工记录。

4、要求钻井队固完表层后必须保证水泥候凝8小时后才能二开钻进。

5、固完表层后，对由于井漏而导致水泥未返到地面的井，井队要技术及时回填井口。

（二）完井固井1、要求钻井队下套管前必须先换好相应尺寸的防喷器闸板芯子后下套管。

2、认真做好完井固井设计，进行平衡压力计算。

3、钻井液密度异常的井，要求钻井队处理时必须坚持加入稀释剂稀释钻井液的原则，不得采用大量加清水处理钻液的办法。

4、对出油、出气的井，必须要坚持先稳定底层后固井的原则，做好固井后的关井工作。

5、钻井队下套管过程中必须按下套管技术要求井行灌泥浆作业，下完套管给套管内灌满泥浆后能接方向杆循环泥浆，循环1-2周，循环处理好泥浆后进行固井作业。

6、完钻发生漏失的井必须先堵漏后固井。

防止下套管过程中或固井过程中发生漏后环空液柱压力降低后诱发京涌。

7、一次上返固井和双级固井的一级固井过程中发生漏失的井，候凝期间要认真观察井口，发现溢流现象要立即关井。

一、固井施工过程中井涌、井喷的应急措施。

1、注前置液时发生井涌或井喷，立即停止注前置液，并向钻井队工程技术员汇报，有钻井队根据井涌情况决定是否关井并进行压井处理措施，确保压稳地层后重新组织固井施工。

2、注入水泥过程中发生井涌、井喷时根据具体情况采取以下措施：（1）、注放水泥量少时，由钻井队根据井涌情况决定是否关井，如果关井，要节流循环出注入的水泥浆并采取压井措施。

压稳地层后重新组织固井施工。

（2）、已经开始注尾桨时出现井涌或井喷时，由钻井队实施关封井器后节流注水泥作业，抢压胶塞、节流顶替。