固井技术原理-郭小阳-西南石油大学

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。

膨胀尾管悬空固井技术与应用
膨胀尾管悬空固井技术是一种在油井中使用的先进固井技术，通过将膨胀尾管悬浮在
油井中，使其稳定井壁，并防止井壁塌陷和漏水。

这种技术在油气勘探和开采中具有广泛
的应用。

膨胀尾管是一种具有特殊结构的管道，其可以在井筒中进行膨胀和收缩，从而适应不
同井径和井眼尺寸的需求。

该技术的主要原理是通过液压或机械力将膨胀尾管置于井筒中，然后通过施加混凝土或水泥等材料将其固定在井壁上。

这种固井方式可以很好地解决井壁
稳定性和井筒完整性等问题。

膨胀尾管悬空固井技术的优点主要体现在以下几个方面：
1. 高效性：膨胀尾管悬空固井技术能够快速且高效地完成固井作业，节省时间和成本。

2. 稳定性：膨胀尾管悬空固井技术可以有效地稳定井壁，防止井壁塌陷和漏水的发生。

3. 灵活性：膨胀尾管悬空固井技术能够适应不同井径和井眼尺寸的需求，具有较高
的灵活性和适应性。

4. 可持续性：膨胀尾管悬空固井技术可以循环使用，减少资源浪费，具有较好的可
持续性。

5. 环保性：膨胀尾管悬空固井技术使用的材料大部分为可降解材料，对环境影响较小。

膨胀尾管悬空固井技术在石油勘探和开采中有着广泛的应用。

该技术可以帮助减轻油
井的维护和管理压力，增加采油效率。

在井下储气库和地热能开采中，膨胀尾管悬空固井
技术可以有效地保护井壁的完整性，提高能源开发效率。

该技术还可以应用于岩石断裂带
的固井和储层改造等方面。

第十二章固井与完井为了安全钻进和采油的需要，在井眼中下入钢质套管，并在套管和井壁之间注入水泥浆的过程，称为固井。

固井是钻井工程中一个十分重要的环节，它可分为设计和施工两部分，设计部分包括：井身结构设计、套管柱设计和注水泥设计；施工部分包括：下套管和注水泥两部分。

如果固井质量出了问题将给钻井和采油带来许多麻烦（如套管断裂、套管变形、环空串槽），影响井的寿命，甚至使一口井报废。

因此，钻井工程技术人员对固井都是非常重视的，固井设计都是由钻井公司或钻井科进行的，并且由井队钻井技术员复查，尽量作到万无一失。

第一节井身结构井身结构是一口井下入套管的层次、套管尺和下入深度以及相应钻头尺寸的配合。

井身结构设计的依据是地层地质条件、地层孔隙压力和地层破裂压力。

一口井的套管可分为：表层套管（surfacecasing）、技术（中间）套管（protection casing、intermediate casing）和油层套管（production casing、oil string）。

１、表层套管封隔地表疏松层。

２、技术（中间）套管解决钻进过程中难以处理的各种漏、塌、喷等复杂地层问题。

３、油层套管为采油目的而下的套管。

除了要考虑到采油方面的要求外，在钻井方面还应根据地层压力、地层破裂压力以及其它特殊的地质因素来设计。

第二节固井目的1、封隔地下不同油、气、水层，防止串槽；2、为井的投产建立生产通道；3、封闭暂不开采的油、气层；4、为安装井口防喷装置创造条件；5、提供油、气井压力控制的基本条件；6、封闭复杂地层，保护井壁，防止坍塌、井漏等。

第三节固井工艺过程一、下套管套管柱结构casing string structur1、套管2、引鞋——引导套管入井；3、套管鞋——起钻防挂；4、回压阀——套管入井时增加浮力、控制水泥塞高度、防止回流；5、扶正器——扶正套管，提高顶替效率，提高固井质量；6、泥饼刷——提高固井质量；二、注水泥1、注水泥地面设备水泥车、储灰罐、水泥混合漏斗、压风机组、水泥浆管线、水管线、气管线。

科技与创新｜Science and Technology & Innovation2024年第02期DOI：10.15913/ki.kjycx.2024.02.024吉林油田枯竭型气藏储气库固井技术贾聚全（吉林油田公司钻井工艺研究院，吉林松原138000）摘要：地下储气库运行时井筒需要承受注采交变载荷，对一次固井质量及水泥石长期性能要求高。

枯竭型气藏储气库固井施工过程中存在漏失、井筒封闭困难、注采管柱要求高等技术挑战。

为保障储气库长期安全运行，从分析储气库井井口带压原因出发，通过优选韧性材料和韧性水泥浆体系、采用凝胶堵漏技术、优化固井施工参数等措施，保障了吉林油田双坨子储气库一期工程3口先导试验井各层次套管固井水泥浆一次返地面，固井质量合格率为100%，固井胶结平均优质率达到75.03%。

关键词：储气库；韧性水泥；凝胶堵漏；顶替效率中图分类号：TE37 文献标志码：A 文章编号：2095-6835（2024）02-0088-03当前国家将油气储运的重点工程作为油气工作的重点事项，其中吉林双坨子储气库为在建储气库重点工程之一。

双坨子储气库分2期建设，一期工程涉及新钻井3口，其中泉三段1口定向井（坨库X1）、泉一段1口水平井（坨库X2）和1口直井（坨库X3）。

要保证储气库井的长期安全运行，不发生天然气泄漏等严重事故，首先要确保套管及环空水泥环长期有效密封。

从分析储气库井井口带压原因出发，针对性采取预防措施，才能保证储气库井筒密封的完整性。

1 储气库井井口带压原因分析及预防带压措施分析各储气库建设和运行情况，储气库井环空带压主要原因如下：①油管和套管泄漏。

由封隔器密封失效或内管柱螺纹丝扣连接差等情况引起。

②固井时钻井液顶替效率差。

提高顶替效率是保证层间封隔和防止环空带压问题的一项重要措施，防止环空带压的第一步就是要提高固井时的顶替效率。

③水泥浆设计不合理。

水泥浆的性能除满足施工要求外，还要考虑水泥石（如杨氏模量、泊松比等）的力学性能由于井下温度、压力、应力变化能否满足长期封隔的需要。

固井技术基础（量大、多图、易懂）概述1、固井的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，巩固所钻过的井眼，保证钻井顺利进行；2. 提供安装井口装置的基础，控制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，防止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.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，没有加厚部分，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。

根据用途、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，防止压力互窜。

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。

1、前置液的基本特性: 为提高水泥浆顶替钻井液效率,改善水泥环质量,在钻井液与水泥浆之间注入一段”液体”,这种特殊的”液体”称为水泥浆的前置液.按其性质可以分为冲洗液及隔离液.它在驱替钻井液过程中起到隔离、缓冲、冲洗和稀释钻井液的作用，从而提高水泥浆的顶替效率。

2、固井质量的评价标准固井声幅相对值。

小于15%为CBI.评价胶结质量优等;声幅相对值15%~30%为CBI.评价胶结质量中等;声幅相对值超过30%为CBI.评价胶结质量差。

3、不同作业对水泥浆降失水量的要求：套管注水泥：100－200ml (API失水量) 尾管注水泥：50－150ml挤水泥：50-150ml 打水泥塞：150 ml 控制气窜：30-50 ml4、固井水泥返高要求：油气层固井、设计水泥返高应超过油气层顶界200m，固井质量达到下列指标，超过油气层顶界连续15m优质封固段或连续30m中等封固段或25m中优交错封固段。

5、水泥塞长度为了保证套管鞋封固质量，油层套管采用双塞固井时，阻流环距套管鞋长度不少于10m，技术套管（或先期完成井）一般为20m，套管鞋位置尽量靠近井底。

6、人工井底油气层底界距人工井底（管内水泥面）不得少于15m。

7、固井目的a) 封隔地下不同油、气、水层，防止串槽；b) 为井的投产建立生产通道；c) 封闭暂不开采的油、气层；d) 为安装井口防喷装置创造条件；e) 提供油、气井压力控制的基本条件；f) 封闭复杂地层，保护井壁，防止坍塌、井漏等。

8、磁性定位套管磁性定位套管与普通套管的区别仅仅是长度较短而已.它被安放在油层套管串中距离油层顶部20~50米的地方.在磁性测井曲线中，套管接箍处会出现峰值，因此该短套管易于与其它套管区别开来.9、套管回压凡尔其作用是在注完水泥后防止水泥浆倒流回套管内，也有在下管时减小轴向拉力的作用。

10、井眼的准备为了套管能顺利下到井底，提高注水泥质量，下套管前应下钻通井。

对起下钻遇阻，井斜变化大，井径缩小及生产层井段进行划眼。