第2章 套管柱设计与固井

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。

固井技术规定第一章总则第一条固井是钻井工程的关键环节，其质量好坏不仅关系到钻井工程的成败和油气井的寿命，而且影响到油气田勘探开发的整体效果。

为保证固井工程质量，特制定本规定。

第二条固井工程必须从设计、准备、施工、检验四个环节严格把关，采用适合地质特点及各种井型的先进固井工艺技术，确保质量，达到安全、可靠、经济。

第三条固井作业必须按固井设计执行，否则不得施工。

第二章固井设计第一节设计格式与审批第四条固井设计格式按勘探与生产分公司发布的《xx井xx套（尾）管固井设计》要求执行。

第五条固井审批程序按勘探与生产分公司发布的《中油股份公司勘探与生产工程技术管理办法》执行。

第二节套管柱强度要求第六条套管柱强度设计方法SY/5322-2000执行。

其中，在高压气井和超深井的强度设计时，必须考虑密封因素。

对安全系数的要求见下表数据。

第七章套管柱抗挤载荷计算在正常情况下按已知产层压力梯度、钻井液压力梯度或预测地层孔隙压力值计算。

遇到盐岩层等特殊地层时，该井段套管抗挤载荷计算取上覆地层压力梯度值，且该段高强度套管柱长度在盐岩层段上下至少附加50m第八条套管柱强度设计应考虑热采高温注蒸汽过程中套管受循环热应力的影响。

第九条对含有硫化氢等酸性气体井的套管柱强度设计，在材质选择上应明确提出抗酸性气体腐蚀的要求。

有关压裂酸化、注水、开采方面对套管柱的技术要求，应由采油和地质部门在区块开发方案中提出，作为设计依据。

第三节冲洗液、隔离液和水泥浆要求第十条冲洗液及隔离液1、使用量：在不造成油气侵及垮塌的原则下，一般占环空高度的300～500m。

2、性能要求：冲洗液和隔离液能有效冲洗、稀释、隔离、缓冲钻井液，与钻井液及水泥浆具有良好的相容性，并能控制失水量，不腐蚀套管，不影响水泥环的胶结强度。

第十一条水泥浆试验按SY/T5546-92执行，试验内容主要包括：密度、稠化时间、滤失水、流变性能、抗压强度等。

对于定向井的自由水测定，应先将水泥浆置于井底循环温度条件下，测试装置倾斜至实际井下斜度或45°，然后测定自由水。

目录前言第一章固井概论第一节固井概念第二节固井的目的和要求第二章套管、固井工具、附件和材料第一节API套管标准和规范第二节固井工具、附件第三节固井材料第三章固井工程技术基础第一节固井工艺第二节固井水泥浆第三节注水泥施工程序第一章固井概述一、固井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，保证勘探期间的封层测试及整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒于钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。

因此固井包括了两部分：下入套管的工艺和注入水泥浆的工艺叫做固井工艺。

固井作业固井作业是通过固井设计，应用配套的固井设备、辅助设备及工具，将油井水泥、水和添加剂按一定的比例混合后，通过固井泵泵注入井，并顶替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）之间形成牢固粘结。

固井设备总体示意图二、固井目的和要求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，就要采用固井，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，巩固所钻过的井眼保证钻井顺利进行。

（如图1-1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1-2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。

固井施工设计与套管固井技术措施浅谈摘要：本文结合某井钻井施工实际，围绕该井井身结构及固井技术难点，从井眼准备、设备准备、下套管作业，以及一开、二开套管固井技术进行了论述，以为该井固井施工提供技术参考。

关键词：固井施工；固井技术；设计3固井设计3.1井眼准备电测以前通井、循环，保证电测工具顺利下入。

电测完通井，对起钻遇阻、卡井段、缩径段和井眼曲率变化大的井段反复划眼或进行短起下；下入套管前应在井眼底部打入润滑钻井液，减少下套管摩阻。

井内钻井液性能良好、稳定，符合固井施工要求。

在保证井下安全的前提下，尽量降低粘切，降低含砂量。

下套管前通井及注水泥前，均以较大排量洗井，洗井时间不少于两个循环周。

洗井循环中，应密切注意观察振动筛返出岩屑量的变化、钻井液池液面变化。

同时，应慢速转动钻具防粘卡。

3.2设备准备检查、准备下套管工具：吊卡、大钳、卡瓦、气动卡盘、灌钻井液管线等。

循环系统中用于顶替作业的各钻井液罐（包括储备罐）各闸门应灵活可靠。

从下套管开始，整个固井施工过程中，井口装置应达到既能关闭套管与井眼环空又能关闭钻杆与井眼环空的要求。

认真检查悬吊系统，井口、游车、天车一条线，下套管前应根据大钩负荷更换大绳，确保下套管安全。

3.3下套管作业套管及附件、工具等送井前认真检查：通径、丈量、清洗丝扣，不合格套管严禁下入。

按下入次序对套管进行编号、记录。

套管及附件、工具上钻台时要戴好护丝，严禁碰撞。

下入下部附件时，浮箍及浮箍以下所有套管及附件要涂丝扣胶，套管丝扣使用标准套管螺纹密封脂，以提高套管的气密封能力。

按设计要求安装套管扶正器。

下套管采用套管钳按API规定的最佳扭矩上扣。

严格控制套管下放速度，一般不超过0.46m/s。

下套管中途禁止停顿，根据情况可以在3～5m范围提放管柱，防止粘卡，并时刻注意悬重变化。

下套管操作要平稳，严禁猛刹、猛放。

下放套管遇阻时，一般控制下压载荷不超过井下套管浮重的60％。

上提时保持最小抗拉安全系数不低于1.5。

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。

[套管柱及注水泥设计]——井身结构设计具课件 (一)套管柱及注水泥设计——井身结构设计具课件在石油采掘行业中，钻井是至关重要的一步。

在钻井时，为了保障井壁稳定，防止钻头卡在井内，需要进行套管柱及注水泥设计，这是井身结构设计中的一项重要内容。

下面我们来详细探讨一下。

一、什么是套管柱及注水泥设计？套管柱及注水泥设计是指钻井过程中，根据井深、岩层特性、井口直径等因素，确定需要采用的套管类型及尺寸，以及设计注水泥分层的深度和泥浆配制。

二、套管柱的设计套管是沿着井壁下降的钢管，一般分为衬、外、段、封四种类型。

套管的设计需要根据以下因素来确定：1、井深和井口直径：井深越深，套管直径就需要越大；井口直径越大，套管直径就可以相应调整，但是要注意防止套管卡在井口。

2、岩层特性：岩层强度越大，套管壁厚度就需要越厚；岩层中存在易崩塌的层位时，需要选择合适的套管接头类型和安装方式，避免井壁坍塌。

3、井下环境：井下环境复杂，可能存在高温、高压、腐蚀等影响套管使用寿命的因素，需要选择具有耐腐蚀、耐高温、耐压试验等性能的材料。

三、水泥注入设计注水泥分为塞钻泥浆、中间泥浆、油层泥浆和终水泥浆四种类型，需要根据井壁状态、砂层特性、油层渗透性等因素来确定深度和配比。

1、塞钻泥浆：用于堵住井口以下的空隙，避免钻头卡在井内。

2、中间泥浆：在套管上端注入，用于加固套管与井壁间的空隙。

3、油层泥浆：在沉积物基质与岩石之间的空隙中注入，既可以防止油层水进入钻井中，也避免有害物质进入油层。

4、终水泥浆：用于井壁加固和产层保护，需要从井底开始注入，注入深度通常为井深的70%~90%。

设计注水泥分层的深度和泥浆配合是一个复杂的过程，需要综合考虑各种因素，设计出既能防止井壁坍塌又能产生良好的水泥固化效果的注水泥方案。

本文简单介绍了套管柱及注水泥设计——井身结构设计具课件的相关内容和设计原理，涉及到的专业知识比较复杂，需要根据实际情况做出详细的设计方案。