钻井监督手册（三）.docx

钻井现场监督手册20070822第四节 特殊固井工艺技术一、深井超深井固井 深井超深井中集成了固井技术中的许多精华，是固井技术发展的重要标志之一深井超深井的固井非常困难，主要原因是由于井下温度、压力很高，地质条件和工程条件异常复杂，往往是漏失、垮塌、井径异常扩大、小间隙等同时存在，造成各种技术措施难以有效发挥作用另外，有一些井，其深度虽然不大，但也具有深井的特征，如高温、高压等 国内陆上油田典型的深井超深井套管序列如下： 508mm339.7mm244.5mm 177.8mm127mm 508mm339.7 mm244.5 mm139.7 mm101.6mm 深井超深井主要解决7个方面的难题：井身结构的局限性导致固井质量难以满足要求；技术套管磨损严重，导致下部钻进困难；套管柱设计难以完善，固井工具可靠性差；地下水质变化大，导致对水泥石的腐蚀严重；井下漏失和井涌问题等井壁稳定问题突出；穿越高压层和低压盐膏(盐水)层；穿越含硫地层1、套管设计及工具、附件虽然有成熟的设计方法和设计标准，但由于外在的计算条件难以准确确定，深井套管柱设计仍然是一项困难的工作经常发生这样的情况：按照规范设计很好的管串，在以后的生产过程中出现挤毁、破裂、变形、磨损等问题。

深井、超深井的套管设计，应适当增加安全系数，并对各种生产条件全面衡量，经过谨慎权衡后，确定最终的外载条件 除了一般常见的设计因素外，需要特别权衡考虑的因素有：生产过程中可能出现的最大井口压力和井底压力、套管的磨损、弯矩、蠕变地层 用于深井超深井固井的主要工具、附件有内管注水泥工具、分级注水泥接箍、尾管悬挂器、浮箍、浮鞋、扶正器 不论采用何种固井工艺，浮箍、浮鞋是必不可少的固井管串附件虽然很小，但对固井质量和安全至关重要性能质量可靠的浮箍浮鞋，是处理固井突发事故的基础很多情况下，由于一个小小的附件，可能造成难以处理的意外情况 扶正器对于保证顶替效果、提高固井质量非常重要，它的主要作用有两个：套管居中和造成局部紊流按照这两个作用，一般材料中计算最小扶正器安放间距的公式，似乎就不那么重要了，相反的，一些经验的做法反而更有效不论采用何种方式固井，均推荐以下扶正器下入原则：1)套管鞋部位下入(l～2)个；2)油气层段及上下50m内，每根套管加一个扶正器；3)在大肚子井段，每根套管加一个扶正器；4)其他井段酌情下入 认真选择工具、附件型号和检查质量状况是深井超深井固井要做的一件重要工作。

有经验的固井工程师，往往对没有亲眼看到的环节心存疑虑，浮箍浮鞋虽小，但它是其他作业操作的基础，重要性不亚于其他大型工具 另一个重要工作就是对分级注水泥接箍和尾管悬挂器的选择和检查分级注水泥接箍和尾管悬挂器有很多种规格型号，从建立循环的操作原理上有机械式、液压式或两者的合成应根据不同的工作原理和方式，确定适当的施工步骤和措施，避免工程事故2、水泥浆和前置液设计 深井超深井的水泥浆密度一般较高，因此，在密度一定的情况下，最重要的性能就是失水控制了由于配制一定密度水泥浆所需的水灰比小，所以，少量的失水就会对水泥浆性能特别是稠化时间和粘度产生极大影响，因此API失水最好在50mL以内或更低 深井超深井中往往难以采用紊流固井技术当套管尺寸大时，虽然顶替排量较大，但由于环空容积大，水泥浆返速较低，当套管尺寸较小时，由于流体摩擦阻力大，顶替排量小这两种情况都难以实现紊流固井因此，最能实现的方法是：低返速固井和大排量顶替固井最佳的顶替原则是保证水泥浆在环空的壁面剪应力接近30Pa如果井下条件不允许，至少也要保证有15Pa的壁面剪应力 前置液的设计也比较困难，需要特别考虑的问题是在保证顶替效率的情况下避免欠压固井。

因此，往往需要对前置液做加重处理，这在现场是一件比较繁琐的工作但也应该看到，在相容性好的条件下，前置液中的加重材料会对胶凝钻井液产生磨蚀作用，有别于低密度前置液，从另一个方面产生提高顶替效率的作用 一个最廉价有效的方法是把适当稀释的钻井液作为预冲洗液，既容易获得，又能保证有一定密度室内实验表明，钻井液中加入5％～10％的水稀释后，可以使屈服值降低30％～50％，塑性粘度降低20％～30％，而密度仅降低0.05～0.1g／cm33、固井工艺 深井超深井的固井，由于井身结构的特殊性，上部套管尺寸较大，往往采用内管柱固井技术和双胶塞固井，主要是最大限度避免水泥浆和钻井液以及其他流体的混浆，保证套管鞋处的水泥石质量；中间的技术套管最常采用分级固井和尾管(有时回接)固井技术以及低密度水泥浆固井技术，以有效封固长裸眼井段；完井套管多采用尾管回接固井或一次固井技术，有时也采用分级固井 内管柱固井技术：对于339.7mm套管和508mm套管以及更大尺寸的套管，采用内管柱固井的主要理由有三个：由于内容积较大，大部分固井作业时间均在替浆上，采用内管柱固井后可以有效缩短作业时间；由于套管内径较大，水泥浆和钻井液非常容易在管内混浆，内管固井可以有效避免混浆；由于套管内径较大，管内壁粘附的泥饼相对较多，当上胶塞通过时，大量泥饼被刮带至套管鞋处，影响套管鞋处的水泥石质量。

后两个问题有时也用双胶塞固井来解决 内管柱固井工具有两种形式：井口密封和井底密封图9-1是一种新型井底密封的内管柱固井工具结构简图工艺流程：套管下至预定井深后，使管串在井口(一般坐定于套管上)固定，再于套管内下入钻杆(或油管)，插入预先联结在套管串下部的插座，加上适当钻压后即可实现密封这时就可以通过钻杆按一次固井的施工步骤正常施工替浆结束后，上提钻杆，下部回压阀关闭，结束固井图9-1碰压式内管注水泥器结构简图1-浮球篮；2-尼龙球；3-铁球；4-插人接头；5-插座；6-胶塞头；7-销钉；8-插头；9-螺栓；10-胶塞；11-导向管；12-螺母 有些内插座也常与套管鞋作为一体，而不再单独加工 内管固井的关键环节是要保证内插座的密封，应在注水泥前循环时重点检查当套管下入深度较大时，由于流体密度的变化，会造成钻杆和套管环空容积的变化，这时井口会有轻微溢流或液面下降，属正常现象，应注意与密封失效区别 另外，大尺寸套管下井，尚需考虑套管漂浮上顶通过内管加压密封，也要考虑浮力问题，避免因此造成事故 井口密封的内管固井工具，是用井口法兰通过钢圈密封的在高参1井的339.7mm技术套管固井中，使用这种形式的内管固井工具，将密度1.35g/cm3的水泥浆一次从2100m的井底返至地面，注水泥时间120min，而顶替时间只用了9min，CBL检测固井质量优质。

分级固井技术：339.7mm套管和244.5mm套管固井常采用分级固井另外，虽然不常见，但有时对139.7mm套管也采用该技术 最常见的施工是双级固井，也有一些井采用三级固井对于双级固井，又可以分为连续式和间歇式两种工艺方法一般情况下多采用间歇式双级固井 采用分级固井的主要原因是：要求的水泥封固段过长可能压漏地层；出于防气窜或顶替效率等方面的考虑；一次固井水泥量过大；水泥浆性能难以保证长封固段的固井质量分级注水泥接箍作用原理如图9-2所示a)分级箍入井状态 (b)分级箍开启状态 (c)分级箍关闭状态图9-2自通径分级注水泥接箍作用原理示意图 分级箍的作用原理：先按一次固井工艺，注入一级水泥，并返至设计井深碰压后，投入重力塞，待重力塞到达分级箍位置后，坐于下滑套上，这时在井口加压剪断销钉，下滑套下行，打开循环孔后，建立循环可以等一级水泥凝固后再注二级水泥(间歇式)或直接注二级水泥(连续式)二级水泥顶替完成后，由关闭胶塞坐放到上滑套上，在井口加压，关闭循环孔分级箍则是在完成二级固井后，继续憋压，剪断上内套与胶塞套之间的销钉，使胶塞套和重力塞滑落到井底 分级固井的关键环节是：保证下部回压阀密封可靠、上下滑套正常工作和重力塞顺利下行到位。

另外，由于必须通过井口憋压对分级箍进行操作，所以套管柱设计必须考虑由此产生的附加载荷，抗拉安全系数不得小于1.5如果回压阀密封失效，则影响二级注水泥的正常施工，因此，当不能保证回压阀可靠时，可以考虑对顶替钻井液加重以平衡管内外压力，防止水泥浆倒流下滑套若不能打开，就无法建立二次循环，导致二级注水泥无法施工，这时可以采取的办法有两个，一是一级水泥凝固后，通过射孔建立循环，二是在大套管内，下入钻具，利用钻具重量打开循环孔若重力塞下行遇阻，也可以采用这一方法因此，水泥浆稠化时间设计应考虑这一因素对于上滑套无法关闭的情况，一般采取憋压候凝的方式处理尾管固井技术：对于244.5mm套管、177.8mm套管、137.7mm套管、127.mm套管和101.6mm套管，经常采用尾管固井技术除127mm套管和101.6mm套管外，其他尺寸的套管往往需要进行套管回接采用尾管固井的主要理由：改善管柱轴向受力载荷条件；改善钻井水力条件；解决套管磨损问题；用于严重漏失井不同结构尾管悬挂器的操作方法有所不同，基本原理是：下入预定位置后，利用机械或液压作用张开卡瓦，使尾管悬挂于外层套管内壁上，然后上提钻具，并确认钻具可以安全起出。

这时，再下放钻具并加压时使中心管处实现密封，建立循环，开始注水泥顶替结束后，上提钻具并循环出多余的水泥浆在固井设计和施工中重点采取以下措施：1)为了施工和准备方便，选择钻井液加重材料重晶石粉作为水泥浆的加重剂，并要求重晶石粉密度不小于4.2g／cm3、膨润土含量低、水分含量低于3％、粒度（200～250）目的指标2)由于高密度水泥浆固相含量很高，为了在有效悬浮固相的同时降低粘度，以便于水泥车配浆，优选了不渗透水泥外加剂作为控制性能的主体3)为了防止高压油气水的窜槽，将水泥浆API失水量控制在50ml以内，并在候凝过程中井口环空加3MPa回压4)由于压稳地层的需要，不允许使用大量低密度的前置液所以兼顾到井壁稳定问题，加入5％的清水稀释70m3钻井液作为冲洗液为了不过分降低总体液柱压力，并保证钻井液和水泥浆的相容性，隔离液仅用1.5m3加入缓凝剂的配浆水5)为保证顶替效率，下入多个扶正器，使套管居中度大于70％采用循环容积效率法确定开始固井的时间，实测的循环容积效率达到了96.4％(固井时83.9％)6)由于水泥浆粘度较高，所以在较低返速下即可获得较高的壁面剪应力结合井下条件和设备能力状况，选择采用了低返速固井技术，控制水泥浆上返速度在（0.5～0.7）m/s范围内，这时的壁面剪应力经水力学计算约为25MPa。

7)分级箍入井前，认真检查分级箍与其附件的尺寸配合等问题，入井前后，重点加强对分级箍本体和循环孔的保护，并在施工前复算总泵压与分级箍各级剪销压力是否匹配合理8)对可能发生的固井复杂情况及处理方案预先进行设计，避免临时讨论延误时间二、大斜度井水平井固井大斜度井水平井固井技术的掌握，对于多底井和大位移井固井具有指导意义，后者是前者的技术延伸完井方法确定的情况下，在某种意义上可以说掌握了水平井固井技术，就基本掌握了多底井和大位移井固井技术，以及固井施工现场监督目前大多数的水平井没有采用注水泥完井，水平井段通常悬挂割缝尾管、防砂绕丝尾管等而上部的技术套管，通常斜度很大，一定要封隔好它对于防止地层流体腐蚀技术套管和层间封隔非常重要水平井固井的主要难点是：套管难以下到位和居中；环空低边的钻屑和加重材料难以清除；水泥浆在环空高边由于沉降和自由水易形成窜槽1、井眼准备钻井液性能：由于井眼内钻屑和钻井液加重材料向环空低边沉积，。