漂浮固井

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。

◄钻井完井►doi:10.11911/syztjs.2023053引用格式：张新亮，金磊，张瑞，等. 中深层水平井双漂浮下套管关键技术[J]. 石油钻探技术，2023, 51（6）：57-63.ZHANG Xinliang, JIN Lei, ZHANG Rui, et al. Key technologies for casing running with double floating collars in middle and deep horizontal wells [J]. Petroleum Drilling Techniques ，2023, 51(6)：57-63.中深层水平井双漂浮下套管关键技术张新亮， 金 磊， 张 瑞， 张冠林， 冯丽莹（中石化石油工程技术研究院有限公司，北京 102206）摘　要: 针对中深层水平井油层套管下入摩阻大、常遇阻，常规机械式漂浮接箍结构和操作复杂及多个漂浮接箍串联使用风险高的问题，从提高漂浮下套管工具的性能、可靠性和管串通过性等方面入手，研制了随通式漂浮接箍和偏心自旋转承压浮鞋，优选了整体无焊缝弹性扶正器和弹浮式浮箍等关键工具，建立了摩阻系数和漂浮接箍位置确定方法，并制定了漂浮下套管的技术措施，形成了适应于中深层水平井的双漂浮下套管关键技术。

中江气田9口水平井应用了该技术，套管均安全下至设计井深，漂浮下套管工具承受液柱压力最高达62.5 MPa ，漂浮长度最长1 811 m 。

研究和现场应用结果表明，双漂浮下套管技术可以解决中深层水平井油层套管下入困难的问题，为中深层水平井油层套管下入提供了一种新的技术方法。

关键词: 漂浮接箍；浮鞋；套管扶正器；摩阻系数；下套管；水平井中图分类号: TE256+.2 文献标志码: A 文章编号: 1001–0890（2023）06–0057–07Key Technologies for Casing Running with Double Floating Collars in Middle andDeep Horizontal WellsZHANG Xinliang, JIN Lei, ZHANG Rui, ZHANG Guanlin, FENG Liying(Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering Co., Ltd., Beijing, 102206, China )Abstract: There are problems of excessive drag and restriction while running production casing into medium and deep horizontal wells. In addition, the conventional floating collar has a complex structure and complicated running procedure, and multiple floating collars in series have high risk. In order to improve floating collars' performance,reliability, and the pipe string trafficability of casing running, the immediate rupturing disc floating collar and eccentric self-rotating pressure bearing float shoes were developed, and key tools such as integral non-weld centralizer and elastic floating collar were selected. The determination method for drag coefficient and position of drag floating collar was established, and the technical procedure of casing running with floating collar were created, forming the key technologies for casing running with double floating collars suitable for middle and deep horizontal wells. The technologies have been successfully applied in nine horizontal wells in Zhongjiang Gas Field, and the casing was safely run to the designed depth. The maximum liquid column pressure bearing of the floating collar is 62.5 MPa, and the maximum floating length is 1 811 m. The results of research and field application show that the casing running technologies with double floating collars can solve the problem of difficult casing running in middle and deep horizontal wells and provides a new technical method for casing running in middle and deep horizontal wells.Key words: floating collar; floating shoe; casing centralizer; drag coefficient; casing running; horizontal well为提高致密油气藏、低渗透气藏、稠油油气藏及页岩气藏等非常规油气藏的开发效果，国内外广泛采用了大位移井和长水平段水平井等技术[1-4]。

套管漂浮技术在海洋钻井中的应用陈建兵　安文忠(渤海石油实业公司钻完井中心,天津塘沽　300452)　马　健(中原石油勘探局钻井三公司,河南濮阳　457001)摘要　套管漂浮技术主要应用于大位移延伸井和水平井中,它是在套管柱下部封闭一段空气或低密度钻井液,使套管柱在大井斜段处于漂浮状态,以降低下套管摩阻。

主要介绍了套管漂浮工具的结构和工作原理以及漂浮技术在国内几个海洋油田钻大位移延伸井和水平井中的应用情况。

主题词　海洋钻井设备　大角度斜井　水平井　(套管漂浮)　接箍　技术作者简介　陈建兵,1969年生。

1992年毕业于石油大学(华东)钻井工程专业,现任钻完井中心主任、钻井总监。

　安文忠,1973年生。

1997年毕业于大庆石油学院钻井工程专业,钻完井监督。

在边际油田或薄油层油田的开发中,大位移延伸井和水平井起到了十分重要的作用。

钻大位移延伸井和水平井需要许多创新的钻井技术,套管漂浮技术就是其一。

大斜度井中的高摩阻造成技术套管下入困难,套管漂浮技术是利用套管柱下部封闭的一段空气或低密度的钻井液,增大套管柱在井内钻井液中的浮力,从而达到减小摩阻的目的。

由于受空间的限制,海洋钻井多采用大位移延伸井和水平井开发边际油田或薄油层油田。

以下就套管漂浮技术在国内几个海洋油田的应用作一简单论述。

一、套管漂浮技术原理套管漂浮组件包括漂浮接箍、止塞箍、盲板浮鞋以及与之配套使用的固井胶塞等。

盲板浮鞋和止塞箍接在套管串的最下端,中间隔2～3根套管。

漂浮接箍安装在套管串中部,漂浮长度就是盲板浮鞋与漂浮接箍之间的套管长度,套管漂浮就是通过在这段套管内封闭空气或低密度钻井液实现的。

如果为空气充填,下套管过程中漂浮接箍以下不需要灌钻井液;如果为低密度钻井液充填,则下套管过程中在漂浮接箍以下灌低密度钻井液。

套管漂浮在井眼内的管柱结构,见图1。

目前,国内海洋钻井主要使用戴维斯(Davis )和哈里巴顿(Halliburton )这两家公司的套管漂浮组件。

（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）。

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Ff必须小于套管串的重量Gt。

套管串所受的浮力Ff的计算公式：Ff = SwHρsg×10-7 (1)式中 Ff—套管串所受的浮力，kNSw—套管外截面积，cm2H—浮箍深度，mρs—水泥浆密度，g/cm3g—重力加速度。

套管串重量Gt的计算公式：Gt = qH×10-3+ SnHρng×10-7 (2)式中 Gt—套管串重量，kNq—每米套管重量，N/mH—浮箍深度，mSn—套管内截面积，cm2ρn—套管内泥浆密度g/cm3g—重力加速度。

要保证套管串不被浮起，需满足Gt ≥Ff。

若计算后Gt≤ Ff，必须加重钻井液，即加大ρn 的值，以提高套管串的重量Gt，使Gt≥Ff后方可施工。

因此，必须进行钻井液“临界密度”ρmin的设计。

“临界密度”是指替钻井液结束时，套管串所受的浮力Ff 与套管串的重量Gt相等时套管内钻井液的密度。

常用的固井方法
1、内管柱固井

如上图所示，把与钻柱连接好的插入头插入套管浮箍/鞋的密封插
座内，然后通过钻柱注水泥进行固井作业，称为内管柱固井。内管柱
固井主要用于大尺寸(16″~30″)导管或表层套管的固井，其优点为：在
无大尺寸胶塞、水泥头的情况下，可对大尺寸套管进行固井；通过钻
柱注水泥、顶替，可大大减少对水泥浆的污染；减小水泥浆的浪费，
有效保证固井质量。
2、单级双胶塞固井
单级双胶塞套管固井是海上钻井最常用的固井方法，它是采用双
套管胶塞(顶、底塞)进行固井的，其工艺流程如图所示。一般地，自升
式平台或导管架上的固井使用普通套管胶塞，而浮式平台上的固井使
用SSR胶塞。在使用单级双胶塞固井时，套管柱附件主要由浮鞋、浮
箍、扶正器和胶塞等组成，各附件的功能在以后的章节里会讲述。
3、尾管固井
尾管固井是用钻杆将尾管送至悬挂设计深度后，通过尾管悬挂器
把尾管悬挂在外层套管上，然后开始注水泥作业的固井方法。尾管悬
挂器可分为机械式和液压式两种类型，我们通常使用的是液压式尾管
悬挂器，其固井工艺流程如上图所示。
4、注水泥塞
要处理井漏、弃井、回填枯竭层位、侧钻和隔绝地层等作业时，
就需要注水泥塞技术，平衡水泥塞是最常用的方法。注水泥塞时，首
先将钻具下至注水泥塞设计深度的顶部，注水泥并替出水泥浆(要保证
管内水泥面高于环空水泥塞面高度)，然后慢慢起出钻具离开水泥塞顶
面，循环冲洗干净管柱，使水泥塞留在原位置如上图示。
5、挤水泥

挤水泥是用液压迫使水泥浆进入裸眼或经套管或尾管孔眼进入地
层中的注水泥作业，典型挤水泥作业如上图所示。