深水表层套管内管法固井技术与应用

水平井固井的关键技术及应用秦秋丽摘要：随着石油的开采越来越困难，水平井钻井方法得到了非常广泛的应用，而保证水平井固井的质量是实现水平井低成本、高效率开采的最关键的基础，因此对水平井固井过程中关键的技术进行了探讨。

关键词：水平井；固定作业；技术研究随着我国油田生产开采的不断进行，开采环境越来越差，很多油藏由于埋藏深度和储层物性不适合直井开采，就必须要采取水平井钻井进行开采才能降低生产成本，但是水平井在固井阶段会遇到下套管串难度大、钻井液驱替效率低、井眼状况差等一系列的问题。

由于这些问题的存在给水平井固井的质量以及施工效率造成了严重的影响，因此必须要加强对水平井固井技术的研究，不断提升我国水平井固井关键技术水平，这样才能充分保证水平井固井的顺利实施。

1水平井固井关键技术1.1 井眼净化要想保证套管顺利下入井下预定的位置就必须要充分做好井眼的净化工作。

因此下入套管前必须要按照相关规范的要求组织生产，而且进行比较严格的通井作业，并对水平井造斜段、水平井段、阻卡井段分别采取划和冲等相关措施来充分保障水平井相关井段的井眼通畅，在项目实施的过程中，可以结合实际情况采取分段大排量循环与短起下钻相结合的方式来进一步提升井眼的规则性，与此同时，这样做还能对井下堆积的岩屑床形成一定的破坏作用。

当钻头下至到井底后必须要加大钻井液的循环，从而保证振动筛上不能出现砂子，充分保证井下岩屑能够全部被钻井液携带到地面。

针对水平井的大斜度以及水平段可以在井眼内下入塑料球，这样就能有效降低套管在下入过程中的摩阻。

1.2 水平井固井套管设计1.2.1 套管弯曲半径计算一般情况下水平井的造斜段井眼曲率都比较高，要想保证顺利地下入套管就必须要对套管自身的管体所能允许的最大弯曲半径进行精确的计算，同时还应该保证套管的弯曲半径比井眼弯曲半径小，这样才能保证套管下入过程中的通畅。

1.2.2 套管下入过程中阻力预测监测在水平井实际的钻井过程中，套管下入的过程主要会受到弯曲井段的局部阻力以及套管与井壁之间产生的摩擦阻力等两个部分的阻力。

深水套管环空压力管理技术及应用摘要：随着深水油气田不断进入开发阶段，各种各样的技术难题逐渐凸现出来。

针对深水井生产初期，井口处套管环空压力上升可能会造成套管挤毁和破裂问题，对目前常用的环空压力管理技术进行了介绍和分析，并对比了各个方法的技术优缺点。

关键词：深水钻井套管环空压力破裂盘中图分类号：te52 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2013）01（b）-00-01在深水油气田开发过程中，由于地层流体温度高达上百摄氏度，而海床附近温度很低，套管环空压力增加问题突出在油气田生产的初期几小时内就可以使井口各层套管之间流体温度上升，同时造成各层套管环空压力随着流体温度升高而不断增加，当压力上升到套管抗压或抗挤强度极限时，就会导致套管损坏，或者会因套管轴向压力增大而上顶井口，给深水油气开发带来巨大损失。

该文通过对常用环空压力管理技术措施进行分析，并结合尼日利亚oml130区块a油田环空压力管理的实际方法，对深水环空压力管理技术进行研究。

1 常用环空压力管理技术措施目前常用套管环空压力管理技术措施有以下几种。

提高管材钢级和壁厚：通过提高管材钢级和壁厚使各层套管具有足够的抗内压和外挤的能力，从而克服由于生产初期温度上升而导致的压力上升带来的危害。

该方法在一定条件下是解决此类问题的最好办法，但大多情况，往往需要远大于api标准规定的钢级和壁厚的管材，受管材加工工艺和施工工艺的限制，基本很难实现。

采用恰当的固井方式：如果条件允许，可以采用全封固井方式解决该问题（确保有很好的固井质量），但由于深水水下井口特点限制，容易产生多余水泥浆堵塞井口头的风险，从而造成井口环空密封失效，不具备操作性。

此外，深水浅部固井漏失风险非常大，如果地层存在漏失，即使附加量足够也可能由于地层漏失而造成上部环空无水泥浆无法全封固井的结果。

此外，可将固井水泥浆返至上层套管鞋以下，该种方法在固井过程中，控制水泥浆返高低于上层套管鞋，热传递发生时，环空流体可以通过上层套管鞋流入地层中，此方法在条件允许情况下可行，但也需要承受较大的风险，如尼日利亚akpo油田在20”表层套管以下有油气层，使用该方法风险极高。

１２８内蒙古石油４Ｌ：ｒ－２００７年第９期套管旋转，而旋转接头上面的水泥头并不转动。

旋转尾管悬挂器与普通尾管悬挂器不同之处是悬挂器上多一个止推轴承。

当悬挂器坐挂后，悬挂器卡瓦与上层套管卡住，但卡瓦以下部分仍能在送放工具的驱动下进行旋转，所以该轴承能够在承受很重悬挂负荷的情况下保持有效旋转。

对浮箍、浮鞋、球座没有特殊要求，而扶正器则必须采用螺旋刚性扶正器。

螺旋刚性扶正器目前有钢制螺旋扶正器、锌铝合金螺旋刚性减阻扶正器、高温树脂螺旋刚性减阻扶正器。

钢制螺旋刚性扶正器，强度高，过流面积大，起旋流作用，质量较小，适合直井使用；锌铝合金螺旋刚性减阻扶正器质量较小，同样起旋流作用，但过流面积比钢制扶正器稍小，适用于斜井及直井；高温树脂螺旋刚性扶正器，质量最小，也起旋流作用，过流面积比锌铝合金扶正器略大，适用于水平井及斜井。

３旋转套管固井时应注意事项３．１必须确保井眼狗腿在允许的范围之内，同时保证井眼稳定，清洁。

３．２套管扶正器对提高顶替效率有利，但是扶正器选型不正确，可能会在旋转中发生扶正器被挤毁、造成环空阻塞、增加旋转扭矩等井下复杂情况。

３．３必须控制转速、扭矩，防止扭矩过大，旋转钻具时的扭矩不能超过套管上扣扭矩最小值的８０％。

３．４下套管过程中以及套管悬挂器坐挂前，入井管串不能反转，管串反转会剪断应急释放销钉，导致下入工具与套管分离。

４现场应用以ＣＢ３０６井为例，介绍旋转套管固井工艺的现场应用情况。

４．１ＣＢ３０６井概况ＣＢ３０６井埕宁隆起埕北低凸起东潜山带埕北３０６潜山构造，井型为直井。

该井井身结构和套管程序如下：井眼为９１４ｍｍ×７５．２ｍ十４４４．５ｒａｍ×４８８．５７ｍ＋３１１．１１１２１ＴＩＸ２８７７．９３ｍ＋２１５．９ｍｍ×４３９９．１０ｍ＋１５２．４ｍｍ×４８５０ｍ，套管为８５０ｍｍ×７５．２ｍ＋３３９．７ｍｍＸ４８７．０１ｍ＋２４４．５ｍｍ×２８７２．８２ｍ－Ｆ１７７．８ＩＴｌｍ×（２６５０．４４－－．，４３９６．６３ｍ）。

固井专题(一) 井身结构
井身结构的概念
井身结构是指由直径、深度和作用各不相同，且均注水泥封固环形空间而形成的轴心线重合的一组套管与水泥环的组合。

组成及作用
井身结构主要由导管、表层套管、技术套管、油层套管和各层套管外的水泥环等组成。

1.导管：井身结构中下入的第一层套管叫导管。

其作用是保持井口附近的地表层。

2.表层套管：井身结构中第二层套管叫表层套管，一般为几十至几百米。

下入后，用水泥浆固井返至地面。

其作用是封隔上部不稳定的松软地层和水层。

3.技术套管：表层套管与油层套管之间的套管叫技术套管。

是钻井中途遇到高压油气水层、漏失层和坍塌层等复杂地层时为钻至目的地层而下的套管，其层次由复杂层的多少而定。

作用是封隔难以控制的复杂地层，保持钻井工作顺利进行。

4.油层套管：井身结构中最内的一层套管叫油层套管。

油层套管的下入深度取决于油井的完钻深度和完井方法。

一般要求固井水泥返至最上部油气层顶部100~150米。

其作用封隔油气水层，建立一条供长期开采油气的通道。

5.水泥返高：是指固井时，水泥浆沿套管与井壁之间和环形空间上返面到转盘平面之间的距离。

相关术语
1.完钻井深：从转达盘上平面到钻井完成时钻头所钻井的最后位置之间的距离。

2.套管深度：从转盘上平面到套管鞋的深度。

3.人工井底：钻井或试油时，在套管内留下的水泥塞面叫人工井底。

其深度是从转盘上平面到人工井底之间的距离。

深井固井井眼准备及下套管技术川庆钻探工程公司工程技术处二0一0年七月二十七日第一部分井眼准备及下套管技术一、井眼准备川渝地区地质构造复杂，地层承压能力低及井漏普遍存在，为确保套管柱下入和注水泥施工的安全顺利进行，因此井眼准备是下套管及注水泥施工作业前的最重要的工作之一。

1、地层承压能力试验固井施工作业前应了解和掌握地层的三条压力曲线，即地层压力、地层漏失压力和地层破裂压力，固井施工最理想状态是使整个管柱环空当量液柱压力，大于地层压力而小于地层漏失压力，上述几条压力曲线是设计固井施工参数（水泥浆密度、注替排量等）的最重要依据。

地层压力和地层破裂压力可通过钻井设计和实钻资料了解和掌握，而地层漏失压力多数情况下不得而知，常常需要对地层做承压试验来了解。

在下套管作业前，通常采用三种方式对地层进行承压试验，即井口憋回压（其前提条件：在不发生静止井漏或循环井漏的情况下，井内静液柱压力与憋压值之和折算为当量泥浆密度应小于上层套管鞋处地层破裂压力梯度，否则不能采用）、加重钻井液摸拟固井施工压力和加大循环排量摸拟固井施工压力，或上述几种的综合应用，如龙岗构造、九龙山构造、七里北构造等各构造的井普遍进行了承压试验，根据试压结果最终确定施工方案和施工主要参数。

2、堵漏及提高地层承压能力为了满足固井施工安全和固井质量要求，对于实钻中发生井漏和承压试验发生漏失的井，都必须进行堵漏作业。

针对不同漏失性质分别采取颗粒级配的复合堵漏材料、随钻堵漏材料和注水泥堵漏等多种方法。

九龙山构造的龙16井、龙17井和铁山坡构造的坡1-X2井等在下生产套管前，都耗费了大量物力、财力进行了长达数十天的堵漏及提高地层承压能力工作。

3、钻井液性能处理及循环固井施工作业前，钻井液性能是否得到优化处理和调整以及充分有效的循环对于固井作业安全和提高固井质量的严重影响愈来愈受到固井界工程技术人员的高度重视。

充分认识到钻井与固井是两套不同的钻井液性能要求，钻井主要重视钻井液对砂屑的携带、悬浮和对井壁保护的能力，而固井则要求其具有较低的粘切和屈服值，使其易于被顶替；注水泥前对钻井液充分有效的循环有助于破坏其结构力、改善其流动性和对井筒的清洁、净化，更有利于确保施工安全和进一步提高水泥浆顶替效率。

固井工程技术服务方案及技术措施固井是钻井工程的重要环节，是多工种联合的大型作业，具有高风险性，其质量好坏影响到油气田的勘探效果与合理开发，因此必须从思想上重视固井工作，从组织、技术及装备上加强管理，督促检查技术政策及设计的执行。

技术人员、施工人员及与固井相关的人员，必须以高度的责任感和严谨的科学态度固好每一口井。

第一部分下套管作业及固井工作要求一.套管、附件准备及验收1．套管到井后，井队技术员应及时清点送井套管。

短套管及套管附件，检查其数量、型号是否与送井清单一致；套管和套管附件送井时要有检验合格证和检验记录。

钻井队工程技术负责人应收集好套管及附件合格证备查。

送井套管公扣端必须戴齐护丝，以防止碰坏丝扣。

2．逐根清洗并检查套管及附件的丝扣。

3．下套管工具必须完好，套管吊卡应有明显标记，不能与钻杆吊卡混用。

4．对所送套管要复查套管丝扣、壁厚、钢级，由工程技术负责人组织丈量（套管长度不含公扣长度，长圆扣套管从公扣根部起量，特殊扣套管从“Δ”标记处起量）套管，将套管长度用红漆标记在套管本体上，数据要求两对口。

按入井顺序编排套管，检查累计的套管长度是否满足井深要求，入井套管和剩余套管分开摆放，将不下的套管用棕绳捆绑，作好标记，并与套管数据复核一致。

联顶节长度必须符合井架底座高度要求，两端丝扣抹黄油戴护丝保护好，避免挤压变形。

5．对送井套管在井场上逐根通内径，内径规尺寸标准见表。

并记录通内径情况，由操作者签字。

6．对送井的套管附件，包括分级箍、悬挂器等要丈量尺寸，绘制草图，检查工具质量。

7．计算套管数据时，要确保浮箍位置低于要求人工井底位置不小于5米。

工程技术员必须清楚套管总数、入井根数、剩余根数及入井套管的编排顺序。

套管长度输入计算机后必须打印出来与实际的长度、位置相校核并确认一致，坚决杜绝将长度、顺序输错导致的严重质量事故。

8．套管原始记录在测三样前必须保留。

二.设备及其它准备1．在完井电测期间，钻井队要对设备进行一次全面检查，保证在通井划眼。

海南福山油田深井油层套管固井技术海南福山油田是中国南海地区最大的陆上油气田之一。

在福山油田中，深井开发是进行高产稳产和广延油藏的重要途径，而套管固井技术是实施深井开发的关键技术之一。

本文将从套管固井技术的原理、流程及其在福山油田深井油层上的应用等方面进行探讨。

一、套管固井技术原理套管固井是指在钻完一口井后，在井筒中埋设套管，以隔离地层，然后通过在套管与井壁之间灌注固井液，使套管固定在井中。

因此，套管固井技术是为了维护井孔的安全性，防止井孔坍塌、地层交叉混流等不利于油气开采和井口作业的因素对井孔的危害。

套管固井技术是通过向井管中灌注固井液，在固井液的作用下发生固化反应，使固井液形成细小的颗粒来夹紧套管，进而固定套管在井孔中。

固井液在往井筒中注入过程中，能够充实井下空洞和缝隙，阻止地层流体逆向渗漏、交叉混流等现象，从而维护井孔的安全性。

二、套管固井技术流程套管固井技术主要流程包括：套管上下口的回收和安装、套管固井液的灌注、未固化固井液的排清以及固化后的套管固井效果检验等。

（一）套管上下口的回收和安装在套管固井前，需要提前将套管上及下的dope清除同时进行套管的安装，保证套管的完整性和稳定性。

（二）套管固井液的灌注选择合适的固井液，将其逐步地灌注至套管内部，实现将固井液从上泵向下，形成环绕整理套管形成一个套管固井门槛，在这个过程中要注意稳定压力，以避免套管因液压力过大而断裂或塌陷。

（三）未固化液的排清在套管固井液注入过程中，有些固井液可能还未固化就流了出来，此时需要将先前的固井液清完，以便后面的固井液能够占据全部的空洞，避免空洞内出现孔隙。

（四）固化后套管固井效果检验随着时间的流逝，套管固井液完全固化，套管就能稳定地承受来自下部地层的压力，这时需要进行套管固井效果检验，以确保固井质量符合相关标准要求。

三、海南福山油田深井油层套管固井技术应用实践海南福山油田深井油层开发是一个省级重大油气资源开发项目，也是中国油气领域的重点项目。

1531 深井固井的主要特点深井固井的特点大体可归纳为以下几个方面：深井固井是整个采油工程中最为关键的工序之一，固井质量优劣直接关系到油井的采收情况；固井本身属于一次性工程，一旦固井质量出现问题，很难采取措施进行补救，由此造成的损失非常巨大；固井是一项较为复杂其系统的隐蔽性工程，技术关联点相对较多，且涉及面较广；固井过程中的投入较大；地层压力大、井底温度高、固井段上下的温差较大；封固的层位较多且封固段长。

鉴于深井固井的上述特点，为确保固井质量和作业安全，必须在固井施工中，采取合理可行的工艺技术措施。

2 深井固井工艺技术研究及应用2.1 常用的深井固井工艺技术1）高压油气藏固井技术。

高压油气井最为显著的特点之一是地层压力高，固井的过程中极其容易出现油气窜槽的现象。

为有效避免此类问题的发生，加大了对气窜失重机理的研究力度，在不断研究中，开发出了一系列的深井固井技术，如管外封隔器固井、加防气窜剂或气阻剂、加重水泥浆注水泥、井口环空加压、密封特殊套管等等。

2）深部油气藏固井技术。

高温、高压是深部油气藏最为突出的特点之一，温度和压力对固井质量具有一定的影响，针对此类油气藏的特点，开发了耐高温水泥及外加剂、分级注水尾管等技术。

目前，国内约为一半以上的深井采用的都是尾管固井和分级注水泥的固井工艺技术。

在这一背景下，国产的尾管挂和水泥注入器形成了系列产品。

3）易漏失油气藏固井技术。

此类油气藏最为突出的特点是地层压力系数较低，且封固段较长，极容易出现漏失现象。

针对此类油气藏的这些特点，研究开发了以下固井技术：堵漏技术、微珠水泥、低密度和超低密度水泥以及泡沫水泥等等。

4）含盐岩层油气藏固井技术。

含盐岩层是地层中较为典型的一种岩层结构，其特点是易发生塑性流动，在某些特定的条件下，盐岩层会溶解。

针对此类油气藏的特点，研究开发了以下固井工艺技术：高强度套管柱、饱和盐水钻井液等。

2.2 深井固井的工艺技术措施为了确保深井固井的整体质量，在固井施工过程中，必须采取合理可行的工艺技术措施。

TK112H深层水平井固井技术
张东海
【期刊名称】《天然气工业》
【年(卷),期】2004(024)008
【摘要】塔河油田水平井由于第二次开钻裸眼段长,技术套管采用双级固井技术.第三次开钻为了更好地保护油气层,提高油气采收率,采用比较复杂的尾管+筛管复合完井工艺,由于入井管串结构复杂,运用摩阻计算软件对扶正器最佳安放位置和下套管过程大钩载荷及摩阻进行设计计算,并制订了相应的配套技术措施,保证井下安全.同时优选水泥浆体系,选择合适的水泥外加剂,合理调整水泥浆流变性,提高了顶替效率.通过TK112H井的现场应用,施工顺利,效果良好,原钻机试油日产油100余吨.【总页数】3页(P45-46,64)
【作者】张东海
【作者单位】中国石化集团中原石油勘探局钻井二公司
【正文语种】中文
【中图分类】TE2
【相关文献】
1.平桥区块深层高压页岩气水平井固井技术 [J], 何吉标
112H深层水平井固井技术 [J], 张东海;杨瑞民;刘翠红;肖琪
3.丁山区块深层页岩气水平井固井技术 [J], 孙坤忠;陶谦;周仕明;高元
4.HW6001超浅水平井技术套管固井技术 [J], 王新东;王兆会;胡国强
5.青海油田英西深层水平井固井技术 [J], 李宗要; 张海涛; 魏群宝; 周雪; 轩飞飞; 胡中华; 彭松
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高新技术摘要：固井是钻完井作业过程中不可缺少的一个重要环节，它包括下套管和注水泥。

固井技术是一门多学科的综合应用技术，而深水固井技术是深水油气钻完井的关键技术之一,为促进深水固井技术的研究与发展,故本文对深水固井所面临的问题进行了较全面的分析。

关键词：深水固井; 水泥浆; 固井工艺; 研究技术固井是钻完井作业过程中不可缺少的一个重要环节，它包括下套管和注水泥。

固井技术是一门多学科的综合应用技术，固井作业具有系统性、一次性和时间短的特点。

固井的主要目的是保护和支撑油气井内的套管，封隔油、气和水等地层。

固井质量的好坏会直接影响到油气井钻完井的进行和生产井的油气产量及生产寿命。

通过提高固井工艺技术水平，优化作业关键技术环节，克服影响井壁与套管间水泥环封固质量的不利因素，以保证油气井固井质量。

而深水固井技术是深水油气资源高效、经济、安全开采的前提条件和重要保障。

故深水固井技术研究已成为当今油气井工程领域研究的热点和难点。

一、深水固井面临的问题深水固井(特别是表层段)与常规固井相比,常面临低温、浅层水气流动、松软地层、异常高压砂层、高昂的深水钻井装置租赁费用等问题,固井时需要考虑候凝时间(WOC)、低温水气窜、水泥浆密度低以及密度“窗口”窄、井眼环空间隙大、井眼不规则、顶替效率差等因素的影响。

其中,浅层水气流动、低温、水泥浆顶替效率差、表层段水泥环封隔性能差和费用高是深水固井所面临的主要问题。

二、国外深水固井技术（一）固井水泥浆体系。

国外深水固井水泥浆体系有低密度填料水泥浆体系、低温快凝水泥浆体系、泡沫水泥浆体系、最优粒径分布水泥浆体系、超低密度水泥浆体系。

随着水深的增加,温度越来越低,浅层水气窜流风险越来越大,泡沫水泥浆体系和水泥浆体系逐渐成为深水固井主要选择。

随着对海洋环境保护的不断重视,近年加快了对环境友好的油井水泥外加剂、泡沫发泡剂和稳泡剂的开发和应用。

（二）注水泥顶替技术1.冲洗液和隔离液研究。

附件：库车勘探开发项目经理部表层套管居中固井操作指南1.目的规范库车勘探开发项目经理部所辖井表层套管居中固井的操作规程，避免技术套管和井口偏磨，保证现场井控本质安全和后续作业顺利进行。

2.适用范围本操作指南适用于塔里木油田库车勘探开发项目经理部所辖井的表层套管固井作业。

3.材料清单—1——2—4.操作步骤4.1准备工作4.1.1对钻前工程的要求4.1.1.1钻前工程须按井队提供的设备基础图纸埋正导管，导管埋深≥5m(圆井底以下)。

Φ720m m 导管壁厚δ＞8m m，Φ508m m导管壁厚δ＞7m m。

4.1.1.2圆井壁务必用薄钢板加角钢衬里。

4.1.1.3在圆井底靠近井壁（图1）准备一个—3—直径600m m×深600m m的污水泵坑。

4.1.1.4为方便上下圆井，在污水泵坑旁用不低于40m m×40m m的角钢焊接牢固的梯子。

图1直径600m m×深600m m的污水泵坑4.1.1.5钻前工程验收时，井队人员应严格按图纸数据复核导管和底座基础尺寸与相互位置，并要检查导管的垂直度，不合格应就地整改，直到合格为止。

4.1.2井队的准备工作4.1.2.1井队安装设备时应以导管中心为基准，使转盘中心的垂直投影与安装套管头处的导管中心偏距≤10m m。

对于位置不可调整的转盘，应尤其注意。

—4——5—4.1.2.2井队根据所埋导管尺寸提前加工一副尺寸为外径×内径×厚度=Φ1000m m ×Φ720m m ×30m m 的法兰（图2）或Φ800m m ×Φ510m m ×30m m 的法兰（图3）。

图2 Φ1000m m ×Φ720m m ×30m m 法兰 图3 Φ800m m ×Φ510m m ×30m m 法兰4.1.2.3转盘固定在最佳位置后，在井架底座基础面以下1900m m （三层套管头）、1100m m （两层套管头）或400m m （单层套管头）处割断导管，把法兰有十字基准线的面朝上放到导管上，让十字基准线分别指向四个方向（前方、后方、压方、节方）并用水平尺校平后将法兰焊在导管上（为方便操作，可在放置法兰前，先在导管割断面外缘下10～15m m 处对称焊上4颗合适的螺母，用以承载法兰的重量，方便法兰的调整）。