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固井技术（油气井钻井工程中的环节）引言：一、固井前的准备工作1.确定井口注入液体的类型：根据不同的井口情况和需要达到的效果，选择合适的固井液体类型。
一般来说，常用的固井液体有水泥浆、聚合物浆料等。
2.准备固井液体：按照井口注入液体的类型，准备相应的固井液体。
这其中包括水泥、添加剂等。
二、固井工艺的选择与设计1.固井方式的选择：根据井眼的地质情况、井深、钻井环境等因素，选择适合的固井方式。
常见的固井方式有单胶囊固井、双胶囊固井以及二级固井等。
2.固井设计：根据地层情况、井口注入液体类型以及固井目的，设计固井方案。
固井设计需要考虑井深、井眼直径、地层特征等因素。
三、固井液体的注入与硬化1.液体注入：将准备好的固井液体注入井口，注入过程需要通过压力控制保证注入效果。
2.硬化过程：固井液体在注入井口后，会发生硬化过程。
这个过程将使固井液体逐渐变硬，形成固体胶体，从而形成固定的井壁。
四、固井质量的控制与评估1.固井质量的控制：通过监测井口注入液体的压力、流量等指标，控制固井的质量。
一般来说，压力和流量的变化可以体现固井质量的好坏。
2.固井质量的评估：固井完成后，通过各种方法对固井质量进行评估。
例如，可以使用超声波传感器对固井质量进行检测，判断是否存在裂缝、空洞等问题。
五、固井后的后续工作1.固井封堵：对已经固化的固井液体进行封堵处理，以保证井壁的密封性。
这个过程中需要根据固井质量评估的结果，采取相应的措施。
2.固井记录与分析：对固井过程进行记录和分析，以便今后类似井口的固井作业有所借鉴。
总结：固井技术在油气井钻井工程中起着至关重要的作用。
固井工作需要进行充分的准备工作，选择合适的固井工艺，并在液体注入与硬化过程中进行控制与评估。
固井工作完成后，需要进行后续的封堵和分析工作。
通过合理的固井技术，能够保证井壁的稳定性，防止地层流体泄漏，从而提高油气采收率，并保护地下水资源的安全。
固井基本知识一、固井工程的重要性油气井注水泥技术是一门多学科组成的应用科学。
包括地质学，石油工程（钻井、测井、测试、采油、油井增产等工程），机械，化学，力学（流体力学）和电子等学科。
涉及的基础科学知识和工程技术面广，这就要求我们在工作实践中要勤于学习，刻苦钻研，不断学习，不断提高。
固井是钻井工程中一道重要的工序，也是最后一道工序。
固井工程专业化程度高，对油气井建成起关键性作用。
往往因固井质量问题使油气井不能正常生产甚至报废。
固井质量对延长油气井寿命和发挥油气井产能具有重要作用。
固井质量关系到油气田有效勘探和开发。
固井是一种系统工程。
固井工程应从设计、准备、施工和检验等环节严格把关，采用适应地质和油气藏等特点及钻井工艺先进、适用的固井技术，实现安全、优质、经济、可靠的目的。
二、油气井注水泥的历史1、美国石油工业传统上是以1859年锥克（Drake）井的钻进为起点。
2、直到1903年才在加利福尼亚劳木波斯油田使用水泥封堵油层上部的水层。
据说法兰克和联合石油公司把50袋纯硅酸盐水泥混合好后，用捞沙筒送到井下预定位置，后凝28天以后把井内水泥钻掉，再钻穿油层后完井，而水层已被有效封固。
于是该方法成为可行，不久后便在加利福尼亚州有同样为题的油田中传插使用起来。
3、早期的捞沙筒法及油管法在1910年被A.A贝金斯（A.A Perkins)在加州油田提出的双塞法水泥法所代替。
近代注水泥技术也就由此产生。
由于贝金斯公司的服务范围仅限于加州以内，所以其他地区的注水泥方法也以不同的方式出现。
俄克拉何马州1920年哈里伯顿在海威特油田提出了一种新的注水泥方法。
而把套管下在油气层顶部，进行注水泥作业，待水泥凝固后，再钻井下部的油气层完井。
并且开始使用了原始的混浆方法和注水泥设备。
在常规套管固井中双塞注水泥方式目前仍在使用，不同的是经过不断改进和完善而已（木塞、胶塞、压胶塞液等）。
三注水泥分类常规套管注水泥、尾管注水泥、分级注水泥水井地热井处理井大口径井眼一次注水泥（即常规注水泥）永冻层注水泥特种条件下注水泥海上结构注水泥热采井注水泥内管法注水泥水平井注水泥空气钻钻井注水泥通过可溶性地层注水泥挤水泥二次注水泥打水泥塞重新注水泥尾管注水泥：套管串低于井口的注水泥作业。
固井工程技术基础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。
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。
固井技术根底〔量大、多图、易懂〕概述1、固井的概念为了到达加固井壁，保证继续平安钻进，封隔油、气和水层，保证勘察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，稳固所钻过的井眼，保证钻井顺利进行；2. 提供安装井口装置的根底，操纵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，预防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.爱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制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，没有加厚局部，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。
依据用途、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，预防压力互窜。
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〔技术套管〕要做地层压裂试验。
生产井要做水泥环的质量检验，用声波探测水泥环与套管和井壁的胶结情况。
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。
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，水便会图1-1 下套管固井原理示意图图1-2 固井防止层间流体互窜示意图窜入油气层内，造成油田开发早期出水，严重时会水淹破坏整个油气田。
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1-3所示）。
若水泥封固质量差，则会导致套管下沉或井口装置的不稳定，影响正常作业或油气通道的建立。
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条件；2、固井的要求套管在一口井的总成本中，往往是各单项成本中最高的一项。
而固井工程是钻井工程中最关键复杂的作业，是百年大计。
固井质量的好坏关系到油井能否正常投产和油田寿命的长短。
固井质量的关键所在就是下入井内的套管柱的强度和环形空间的密封问题。
因此对于固井的要求必须作到以下几个方面：1、套管柱的设计必须保证该套管串的任何部位在相应的井段有足够抗拉、抗 挤、抗内压强度，以保证下入井内的套管不断、不裂、不变形；图1-3套管固井后井口连接示意图2、套管柱的连接必须保证用规定的上扣扭矩上紧丝扣，保证套管连接的密封性；3、环形空间的水泥环要求均匀和连续封固到预计的深度，且要求水泥环与井壁及套管之间胶结和密封良好，以保证环形空间不窜、不漏，满足油气井正常生产和分层作业的要求。
第二章套管、固井工具、附件和材料一、API套管标准和规范1、长度标准：2、钢级标准：API套管钢级标准的分类是以套管材质的最小屈服强度为依据的。
API标准允许7种级别的钢材用作油井套管材料。
这7种钢材分别是H－40、J－55、C －75、N－80、C－95、P－110、Q－125、V－150。
（它们的最小屈服强度分别是40,000psi、55,000psi、75,000psi、80,000psi、 95,000psi、110,000psi、125,000psi、150,000psi。
PSI是磅/英寸2的代号。
1psi＝1磅/英寸2＝0.07031公斤/厘米2＝0.07031KSC。
因此,换算成公制单位时,它们的最小屈服强度分别是2812.4公斤/厘米2、3867.05 公斤/厘米2、5624.8公斤/厘米2、6679.45公斤/厘米27734.1公斤/厘米2、8788.75公斤/厘米2、10546.5公斤/厘米2。
）API套管钢级代号及其最小屈服强度列表如下：API管材钢级的物理机械性能3、API套管丝扣规范：API套管分为有接箍套管和无接箍套管（代号XCSG）两种。
API有接箍套管丝扣分为长圆扣（LCSG）、短圆扣(SCSG)、梯形扣(BCSG) 工具接头扣（TJ）即偏梯扣、VAM扣即梯形扣（同一尺寸的套管，梯形扣接箍外径比VAM 扣接箍外径大，但扣型相同，可以互换）。
此外还有RL －4型扣、LS 型扣、LS －2型扣、LS －2HP 型扣等等。
API 无接箍套管丝扣分为奥米加扣型、管端平坦线扣型（无接箍套管扣，英文为EXTREME －LINE FORM ）等。
4、API 套管标记：1）、API 钢级代号和颜色标记2）、API 扣型代号 3)、套管识别标记图2-1套管识别标记圆螺纹套管标记（示范）API直连型螺纹套管标记（示范）.API套管VAM扣（示范）二、固井工具、附件井口工具通常包括：套管水泥头、尾管水泥头、钻杆水泥头、快速接头、循环头等 一）、固井工具 1、水泥头水泥头是注水泥施工过程的井口联接装置，用于联接套管（或钻杆）和注水泥管汇；水泥头还用来安装胶塞，通过胶塞释放挡销机构控制胶塞的释放，并根据胶塞释放指示销判断胶塞是否释放。
1）、套管水泥头图2-3 套管水泥头（双塞）套管水泥头：在套管固井时用于连接套管及地面固井管线，同时提供容纳1-2个套管胶塞空间配有相应释放机构。
2）、尾管水泥头尾管水泥头由提升短节、本体、旋转轴承机构、钻杆塞挡销机构、投球机构、钻杆联接短节和阀门管汇等部分组成，（如图2-4所示）。
尾管水泥头主要用于尾管固井，提升短节和旋转轴承机构的作用同钻杆水泥头的对应机构相同。
坐挂尾管悬挂器时，旋转投球机构的手柄，顶杆便将球从投球机构内腔顶出，球在重力和泵送液体的推动下，沿钻杆内腔落到悬挂器球座上，在泵压的作用下使尾管悬挂器实现坐挂。
释放尾管胶塞时，旋转钻杆塞挡销机构的手柄，使挡销从钻杆塞内腔收回，钻杆塞便在泵送液体的推动下离开钻杆塞所在内腔，沿钻杆内壁落到尾管胶塞座上，在泵压的作用下剪切释放尾管胶塞。
3）钻杆水泥头钻杆水泥头：在半潜式钻井平台常规套管固井时使用，主要功能是连接井口送入工具与固井管线，并提供容纳钻杆胶塞及/或剪切球的空间，配有相应释放机构。
2、快速接头：用于连接套管与套管水泥头。
通常快速接头下段为对应套管扣，上端为快速扣。
3、内管扶正器：内管固井或其类似固井作业中用于扶正钻具在套管内居中度。
常为单弓型图2-4 尾管水泥头示意图4、循环头循环头是在下套管或尾管中途连接于下入套管或尾管柱上建立循环的井口工具，（如图2-5所示）。
当套/尾管下入中途或下入套/尾管过程中遇阻时，将循环头下端的套管扣或分体短节连接于套管顶部，循环头上端的接头连接于钻台至泥浆泵的管线上，建立泥浆循环。
5、内管注水泥插入头内管注水泥插入头主要用于钻井过程中大尺寸表层套管固井作业的工具。
（如图2-6所示），内管注水泥插入头主要由插入头、密封圈和钻杆连接扣等部分组成。
当表层套管下到设计井深后，在钻柱底部连接内管注水泥插入头，下钻并插入与之配合的套管鞋密封插座内，便可准备固井。
图2-6 内管注水泥插入头示意图6、双级固井分级箍采用快速接头联接的套管循环头钻杆扣×套管扣循环头 1502扣×套管扣循环头图2-5常用循环头结构示意图图2－6双级固井分级箍示意图提升短节 防砂罩7、尾管悬挂器c 、密封总成：由密封外壳和密封芯子组成。
d 、回接筒f、球座总成g、浮箍、浮鞋图2-7尾管悬挂器图组工作原理：SYX-A型Φ244.5×Φ177.8（95/8"×7"）尾管悬挂器为液压式，采用投球憋压的方式实现坐挂。
使用时配合专用的送入工具，将尾管悬挂器及尾管下入到井内设计深度。
投球，当球到达球座后憋压，压力通过悬挂器本体上的传压孔传到液缸内，压力推动活塞上行，剪断液缸剪钉，再推动推杆支撑套，并带动卡瓦上行，卡瓦沿锥面涨开，楔入悬挂器锥体和上层套管之间的环状间隙里，当钻具下放时，尾管重量被支撑在上层套管上。
继续打压，憋通球座，建立正常循环。
然后进行倒扣、注水泥、替浆作业。
最后将送入工具和密封芯子提离悬挂器并循环出多余水泥浆，起钻，候凝。
二）、套管附件1、浮鞋、浮箍套管浮鞋装在套管柱底部引导套管柱入井，防止套管柱底部插入井壁后遇阻；套管浮箍装在浮鞋以上2～3根套管处，为胶塞提供碰压位置，当上胶塞到达浮箍时，泵压会突然升高，这时候说明胶塞已碰压，固井替浆结束。
不管浮鞋/箍，两者都具有一个单流阀机构（图4-24），该阀可防止固井结束后套管环空内的流体进入套管内，同时，在管串入井时还可减少大钩载荷。
单回压阀浮鞋 双回压阀浮鞋 可插入工具式浮箍（内管固井）浮鞋 浮箍 单流阀单回压阀浮箍 可插入工具式浮箍 2、胶塞1）、套管胶塞 套管胶塞（图4-25）主要用于自升式平台和导管架上的套管固井，底塞（红色）用来隔离水泥浆与前置液，防止前行水泥浆在出套管浮箍前受污染；顶塞（黄色）用来把顶替液与水泥浆隔开，防止后面的水泥浆受顶替液的污染，同时顶塞还用来碰压，指示固井替浆结束。
2）、尾管胶塞组 尾管胶塞（图4-27）连接在尾管送入工具中心管下端的接箍上，钻杆胶塞通过尾管水泥头进行投放，刮去钻杆内的水泥浆并与尾管胶塞复合后，剪切释放尾管胶塞。
尾管胶塞下行顶替水泥浆至球座后碰压。
3、套管扶正器套管扶正器（图4-28）有弹性和刚性之分，它们的作用是扶正套管，提高套管在井眼中的居中度，使套管与井壁环空的水泥浆充填均匀，保证固井质量。
套管扶正器通常安放在油层、水层上下，井径不规则处，浮鞋、浮箍的上下，尾管重叠段等位置。
图4-25 套管胶塞顶、底塞刚性弹性图4-28套管扶正器图4-27 尾管胶塞组焊接式扶正器⏹用于所有的常规井⏹一体式铰链可承受较大负荷⏹高级弹性弓板⏹自锁式铰链销钉可防止松脱⏹超强度焊接非焊接式扶正器⏹超过 API 10D 标准要求⏹弓板固定牢靠⏹环板强度高、铰链结实⏹自锁式铰链销钉易安装且不会松脱双弓扶正器⏹较好的扶正效果利于顶替⏹入井磨阻小⏹减少卡钻、管柱易于活动⏹增加接触面，减少弓板压入井壁的深度螺旋刚性扶正器•确保任何井斜下的扶正效果•极好的扰流性能•在井眼曲率较大的井段和产层经常与弹性扶正器一起使用机械减阻工具4、扶正器止动环图4-29所示为多种类型的扶正器止动环。
