下套管固井复杂问题

下套管固井复杂问题（精选5篇）

篇1：下套管固井复杂问题

固井复杂问题

固井作业不仅关系到油气井能否顺利完成，影响投产后油气井质量的好坏、油气井寿命的长短及油气井产量的高低，而且其成本在整个钻井工程中也占有很大的密度（占20%～30%）。固井技术发展的目标一直围绕如何进一步提高固井质量及减少固井事故等。固井又是一个系统工程，影响因素复杂多样，具有其特殊性。

主要表现在以下几个方面：

（1）固井作业是一个一次性工程，如质量不合格，即使采用挤水泥等补救方法也难以取得良好的效果。

（2）固井作业是一项系统工程、隐蔽性作业，涉及到材料、流体、化学、机械、力学等多种学科，施工时未知因素多，风险大。

（3）固井作业施工时间短，工作量大，技术性强，费用高。因此，要求固井作业要精心设计、精心准备、精心施工，并要有较完备的预防固井复杂情况的预处理方案，确保优质高效地完成固井作业。

固井作业涉及套管、水泥浆浆体性能设计、注水泥现场施工、水泥胶结质量等方面，为此，固井复杂问题和事故也可以分为以下几类。

第一类：套管及下套管复杂情况，包括下套管阻卡、套管断裂、套管泄漏、套管挤毁、套管附件和工具失败、下套管后漏失或循环不通等。

第二类：水泥浆浆体性能事故，包括水泥浆闪凝、水泥浆触变性、水泥浆过度缓凝等。

第三类：注水泥现场施工复杂情况，包括注水泥漏失、环空堵塞、注水泥替空等复杂情况和事故。

第四类：水泥胶结质量复杂情况，包括油气水层漏封、水泥胶结质量差、环空气（水）窜等。

下面就上述固井复杂情况及事故发生的主要原因及预防、处理方法分别加以论述。

1、下套管复杂情况 1、1套管阻卡

套管阻卡一般可分为以下三类：一是套管粘吸卡，二是井眼缩经卡，三是井眼坍塌或砂桥卡。

1）

管阻卡的原因及影响因素

1.套管粘吸卡是由于套管的外径往往大于钻杆的外径，套管与井壁的接触面积大于钻杆的接触面积，上扣时间要大于钻杆的上扣涉及，且下套管时又难以旋转，因此，卡套管的发生机率较大。

2.井眼缩径卡套管是由于井眼不稳定，特别是钻遇蠕动性岩盐层或由于钻井夜性能不好形成较厚的假泥饼，导致井眼缩径，造成缩径卡套管事故。

3.井眼坍塌或砂桥卡套管是在下套管过程中或下套管结束后发生井眼坍塌或形成砂桥造成卡套管事故。

4.下套管前没有认真通井，对缩径段没有很好地划眼，易造成卡套管事故。

5.下套管作业没有认真准备（包括组织、工具等），造成下套管时间过长或中间停顿等，易发生卡套管事故。

6.中途测试、取心、电测后没有通井而直接下套管易发生卡套管事故。7.钻井液性能不好，没有形成很好的滤饼，井眼摩阻系数大，尤其是高密度、分散型钻井液，发生卡套管的机率大。

8.下套管前对漏失层没有很好地堵漏，加之下套管时速度过快，易压漏地层，造成井塌引起卡套管事故。

9.高压层下套管前没有压稳，在下套管过程中发生溢流，环空夜柱压力下降，易发生井塌，造成卡套管事故。

10.井口不，下套管上扣时反复错扣，下套管时井下套管静止时间长且没有活动套管，易发生卡套管事故。

11.钻井液密度设计不合理，如密度设计较低，造成井眼坍塌或没有压稳蠕动性地层引起井眼缩径，造成卡套管事故。

12.下套管时遇阻，盲目下压，造成下套管由遇阻演变成套管卡死。2）

防发生套管阻卡的技术措施

1.下套管前认真通井，对缩径段反复划眼。

2.设计合理的钻井液密度，保证压稳地层，防止井眼坍塌，减少蠕动性地层的蠕动速度和井眼缩径。

3.中途测试、取心及电测后要求认真通井才能下套管。

4.下套管前认真处理好钻井液性能，降低钻井液粘度、切力和失水，并充分循环处理钻井液，方可下套管。

5.对于深井、长裸眼井和定向井、水平井等，必要时在下套管前要求加入塑料小球或混入5%～10%的原油，降低井眼摩阻系数。6.下套管作业要认真准备（包括人员组织、工具等），仅可能减少下套管时间和中间停待。

7.下套管前对漏失层要求很好地堵漏，并控制下套管的速度，防止压漏地层。8.在高压层下套管前要求压稳，防止在下套管过程中发生溢流，保持井内压力平衡。

9.在下套管过程中如发生井漏、井塌等复杂情况，一般要求起出套管，下载处理井眼，正常后再重新下套管。

10.下套管时如遇阻，应反复活动套管，并接方钻杆或循环头循环处理钻井液，不能盲目下压，防止套管卡死。

11.下套管前要校正井口，做到天车、转盘和井口三点一线，防止下套管上扣时错扣。

12.必要时使用套管扶正台，采用人工或机械扶正套管，防止下套管上扣时错扣并加快下套管速度。

13.尽可能使用自动灌浆设备，减少因灌浆造成的下套管停顿时间，使用自动灌浆设备时要及时注意其工作状况，如失败要采用人工灌浆。

14.下完套管后要求先灌满钻井液后再慢慢开泵循环，等循环畅通后慢慢提高循环排量，防止混入空气造成开泵困难和压漏地层。

15.采用人工灌浆时，在灌浆间隙要不停地活动套管，上下活动套管距离不小于2米，发现井下有遇阻迹象时要停止灌浆，并采用大距离活动套管或接方钻杆循环等措施，等正常后再灌浆和下套管。16.下套管过程中要及时注意井口返浆，如发现异常应立即停止下套管进行处理，待正常后方可继续下套管。3）

套管阻卡的处理方法 套管遇卡后，应在保证套管串不被破坏的前提下开展处理工作，而且，应根据不同的卡套管类型采用不同的处理方法较卡钻相比，套管遇卡处理难度更大，手段也相对较少。

（1）套管粘卡

发生套管粘卡后，推荐采用以下步骤进行处理：

1.强力活动套管； 发生套管粘卡后一般是先接方钻杆或循环头开泵循环，后在套管和设备（井架、提升系统）安全的条件下，尽最大可能上下活动套管，采用此种方法一般可以消除套管粘卡。

如果强力活动次数后（通常为10次左右）仍不能解卡，一般要停止强力活动。此后，在一定范围内活动没有卡住的套管，防止卡点上移。

2.泡解卡剂； 在强力活动套管无效后，处理套管粘卡的主要方法是通过泡解卡剂的方法来处理套管粘吸卡。其基本步骤一般如下：

第一：选择合适的解卡剂。解卡剂一般分为水基、油基两种，其密度要根据井内地层压力选定，对于高压井，要选择高密度的解卡剂。一般油基解卡剂适合大多数地区，但在个别地区，水基解卡剂也取得了较好的应用效果。第二；计算卡点位置。现场一般采用计算在一定拉力条件下的套管伸长来计算卡点位置。计算公式如下：

L=ESI/F 式中 L——自由套管的长度，m；

E——钢的弹性系数，2.1×105MPa； I——自由套管在力F作用下的伸长，m；

F——自由套管所受超过自身质量的拉力，N； S——套管截面积，m2。

第三：计算解卡剂的用量。根据计算的卡点位置，在卡点位置及其以下部分注入合适的解卡剂。要求具有一定的附加量，一般在20%左右。

第四：井内压力平衡计算。根据井内地层压力、钻井液密度、地层岩性、解卡剂的密度和用量，进行井内压力平衡计算，确保不会发生井涌、井喷和井塌事故。第五：解卡。根据不同的解卡剂的类型、地层特性和现场的实际卡套管的情况，在解卡剂注入一定时间后采用类似强力活动套管处理方法解卡。（2）套管缩径卡和井眼坍塌或砂桥卡

1.套管缩径卡时，井内一般可以循环钻井液，可以通过类似套管粘卡的处理方法进行处理。

2.井眼坍塌或砂桥卡时，如可以循环钻井液且井口尚能返浆，应坚持先小批量低压循环钻井液，后逐步提高钻井液的密度、切力，正常后固井。

3.如果套管已经下到井底，且循环钻井液漏失，应根据现场实际情况进行处理。大多数情况下选择小批量固井的方法，争取把下部地层封固，必要时再对上部地层进行挤水泥作业补救。

4.如果套管没有下到井底，可选择先固井，后采用增加一层尾管固井封固下部地层的方法补救。1.2套管断裂

1）套管断裂的原因及影响因素

1.套管设计时安全系数设计偏低，没有考虑如温度变化、套管弯曲等因素对套管强度的影响，造成套管强度不够而发生套管断裂。

2.套管本身质量问题，特别是丝扣加工质量不过关，造成丝扣处脱落。3.套管浮箍以上由于没有对套管丝扣联接处加以固定，在钻水泥塞时造成套管脱落。

4.钻遇硫化氢气层，钻井液中含有硫化氢而产生 氢脆作用，造成套管断裂。5.在技术套管中钻进，没有采取有效的防护措施，钻杆接头将套管磨穿，造成套管断裂。

6.地层水含有腐蚀性物质，如水泥环封固质量不好，易造成套管腐蚀破坏断裂。7.套管遇卡后，施加拉力太大，造成套管脱落。

8.在压裂和注水泥施工时，由于施工压力太高，超过了套管的抗压强度，造成套管断裂破坏。

9.在热采井内，套管受热膨胀，但由于套管外面又有水泥固结，限制了套管的自由伸长，在套管内部产生压应力，当压应力超过材料的屈服极限时，套管就会断裂。

2）防止套管断裂的技术措施

1.下套管时防止套管错扣，不允许在错扣焊接。

2.套管遇阻卡后，不能强拉强提，上提拉力不能大于套管本体和丝扣抗拉强度的80%。

3.表层套管和技术套管下部的留水泥塞套管应用防止螺纹松扣脂或在松扣处采用铆钉固

定，防止在钻水泥塞或下部钻进过程中造成套管脱落。

4.对于含有硫化氢的井，下套管前必须充分循环钻井液，压稳产层，清除钻井液中的硫

化氢。同时，应采用访硫套管和井口装置。

5.应尽可能提高表层和技术套管鞋处的固井质量。

6.在已下套管的井内钻进，要控制转盘的转速。钻铤未出套管鞋时，转速不大于60r/min，钻铤出套管鞋后也不要超过150r/min.对于深井和复杂井，钻井周期长，对套管要采取相应的保护措施。

7.对于热采井固井，应采用优质钢材，在固井时要提拉一定的预应力，消除因温度升高，钢材受热膨胀产生的压应力。1、3 套管挤毁

1）管挤毁的原因及影响因素

1.套管强度设计不合理，造成套管挤毁。

2.灌钻井液不及时，造成在下套管过程中掏空太长，引起套管挤毁。

3.套管加工质量不好，如壁厚不均匀或椭圆度太长或钢材性能达不到标准。4.在挤水泥时，没有下挤水泥封隔器，挤水泥施工压力超过上部套管的抗内压强度，造成上部大直径套管挤毁。

5.存在特殊地层，如岩盐层，由于岩盐层蠕动，蠕变压力大于套管的抗外挤强度，就会造成套管挤毁。2）防止套管挤毁的技术对策

1.下套管时要及时灌浆，控制套管掏空深度。

2.在岩盐层等蠕动性特殊地层段套管强度设计应采用蠕变压力设计，并考虑不均匀载荷的影响。

3.挤水泥作业设计时要考虑套管抗压和抗外挤强度的影响。4.控制下如套管的质量，防止不合格的套管入井。

6.尽可能提高封固段的水泥石胶结质量，尤其是蠕动性特殊地层，提高套管抗外挤能力。

1、4管附件和工具复杂情况

1)浮箍、浮鞋复杂情况

1.浮箍、浮鞋堵塞：下完套管后，循环不通，开泵压力持续上升，井口不反浆。预防措施：对入井套管进行严格通径，并严格防止套管内落物。解决措施是在浮箍、浮鞋以上套管射孔，重新建立循环后固井。

2.浮箍、浮鞋失效：下完套管或注水泥结束后，浮箍、浮鞋失效或密封不严。预防措施：a.对入井套管进行严格通径，并严格防止套管内落物对浮箍浮鞋的损害；b.如果浮箍浮鞋已经失效，对于常规固井可以采用关井候凝的方式，对于尾管固井或双极固井，则采用管内外液柱平衡压力固井方式。2）双极箍复杂情况 1.双级箍打不开

双级箍打不开是指一级固井结束后，不能顺利打开双级箍的二级固井循环孔，造成二级固井无法正常进行。

造成双级箍不能顺利打开的可能原因有：①非连续式双级箍打开塞与打开塞座密封不严，无法施加压力，造成无法打开双级箍；②双级箍本身加工质量和设计有缺陷，双级箍在重力作用下本体变形或双级箍本体与打开套配合间隙过小，造成双级箍打开套下行阻力大，无法打开双级箍；③一级固井水泥浆性能设计不当，如稠化时间短，返到双级箍以上时水泥浆已经稠化，或是水泥浆与钻井液相容性差，造成双级箍处的水泥浆胶凝，无法顺利打开双级箍；④一级固井后发生环空堵塞，造成双级箍无法打开；⑤双级箍放置位置不合适，井斜角大且狗腿度大，打开塞未座牢，造成双级箍无法打开；⑥井口连接双级箍时打钳位置不对，双级箍内外套发生微变形。

防止双级箍打不开的技术措施有：①禁止在双级箍本体上打钳，防止双级箍本体变形；②选择质量好，设计合理的双级箍产品；③尽可能设计水泥浆不要返到双级箍以上位置，如一级固井水泥浆必须返到双级箍以上，其稠化时间要附加重力塞的下落时间，且选用性能良好的固井隔离液防止双级箍处的水泥浆胶凝；④双级固井前要充分循环处理钻井液，确保井眼稳定；⑤选择合适的双级箍放置位置，对于常规的机械打开双级箍，其井斜角一般不要大于60～80；对于大斜度井采用液压式双级箍。

双级箍打不开的处理方法有：①如果水泥浆没有返到双级箍，在套管内 下入小钻具，下压双级箍的打开套，靠机械式打开双级箍；②如果水泥浆已经返到双级箍以上，先测声幅，在水泥浆面以上50m左右射孔，建立循环，进行二级固井；③如果双级箍以上没有特殊地层且没有高压地层，可下入专用工具关闭双级箍，再钻开内套，进行试压，如满足下次开钻要求或油气生产测试要求，可从井口反注水泥浆固井。

2.双级箍关闭不上

双级箍 关闭不上是指在二级固井后，关闭塞不能顺利关闭双级箍的二级固井循环孔，造成双级箍处密封不严。

造成双级箍不能顺利关闭的可能原因有：①管内外静压差大，造成关闭双级箍压力高；②双级箍 本身加工质量和设计有缺陷，双级箍 在重力作用下本体变形或双级箍本体与关闭套配合间隙过小，造成双级箍关闭套下行阻力大，无法关闭双级箍 ；③连接双级箍打钳位置不对，双级箍本体发生微变形，造成双级箍无法关闭；④第一次施加的关闭压力不够，再施加关闭压力时，关闭塞与塞座密封不严。

防止双级箍关不住的技术措施有：①禁止在双级箍本体上打钳，防止双级箍本体变形；②提高双级箍本身加工质量，设计合理的关闭套配合间隙；③采用重浆替浆，尽可能减少管内外压差，减少最终关闭压力值；④在双级固井二级固井投关闭塞后尾随0.5～1.0方水泥浆，万一双级箍不能正常关闭，提高双级箍关闭套密封能力；⑤提高第一次关闭压力。

双级箍关不住的处理方法有：①继续增加关闭压力试关闭双级箍；②如果高压下仍然关闭不上，关井候凝；③对于双级箍没有关闭的井，在下钻钻双级箍附件时注意用钻具尝试关闭双级箍关闭套。3）尾管复杂情况

尾管固井工艺对尾管悬挂器的要求是“下的去、挂的住、密封严、倒的开、提的出”。其复杂情况主要包括以下几种： ⑴下尾管中途遇阻

下尾管中途遇阻一般分两种情况，一种是在上层套管内遇阻，二是在裸眼段遇阻。如果在上层套管内遇阻，一般是由于尾管悬挂器的卡瓦提前座挂引起的，在裸眼段遇阻除悬挂器原因外还可能是地层的原因。

尾管悬挂器（液压式）的卡瓦提前座封的原因有：①对于液压尾管悬挂器由于尾管遇阻，开泵循环泵压超过悬挂器座封销钉剪切压力，造成尾管悬挂器的卡瓦提前座封；②下尾管速度太快，也可能造成卡瓦提前座挂而遇阻；③尾管悬挂器本体锥体本位外径设计太大，如上层套管内壁不干净、稍有变形或井眼缩径，就可能引起下尾管中途遇阻。

防止尾管悬挂器的卡瓦提前座挂的技术措施有：①如果下尾管遇阻，需要循环钻井液，控制开泵循环泵压不超过悬挂器座挂销钉剪切压力；②控制下尾管速度，一般一根套管下放时间不少于20s,一个立柱下放时间不少于45s;③在尾管悬挂器本体锥体上下各加一个外径大于锥体的刚性扶正器；④适当提高悬挂器的座挂剪钉压力。

尾管悬挂器的卡瓦提前座挂的处理方法是：一般液压尾管都带有复位弹簧，上提尾管使其复位，后慢慢下尾管，并注意指重表悬重变化。⑵尾管悬挂器座挂不上

尾管悬挂器座挂不上是指在尾管悬挂器不能有效地将尾管重量悬挂在上层套管上。

尾管悬挂器座封不上的原因有：①上层套管内壁没有刮壁不干净、套管内壁磨损严重、或套管壁厚小强度低或座挂位置正好处于接箍等原因可能造成悬挂不上；②悬挂器本身设计缺陷，如：座挂卡瓦锥度设计不当，不能实现自锁，尾管悬挂器座封液压缸设计间隙不合适，造成活塞不能有效上行等；③尾管悬挂器座挂卡瓦在下尾管过程中被损坏；④悬挂重量大，悬挂器本体发生变形，活塞上行阻力大；⑤钻井液固相含量高，性能不稳定，造成座挂液压缸堵塞。

防止尾管悬挂器座封不上的技术措施有：①下尾管前对上层套管内壁刮壁，尤其是钻井周期长或老井侧钻的井；②选择合理的座挂位置，应避开套管内壁磨损严重和套管接箍等位置；③控制尾管下放速度，防止尾管悬挂器座挂卡瓦在下尾管过程中被损坏；④合理的尾管悬挂器座挂液压缸设计间隙，并在地面做拉伸试压座挂试验；⑤提高钻井液稳定性能，并设计合理的液压缸防堵塞结构；⑥悬挂器一经座挂不宜再上提解挂，重新座挂；⑦液压尾管悬挂器下部的浮鞋应设计有旁通孔，万一座挂不上可以座井底倒扣完成固井施工。尾管悬挂器座挂不上的处理方法有：①尾管悬挂器在设计压力不能有效座挂，首先要校对悬挂器座挂位置，如座挂位置处于套管内壁磨损严重和套管接箍等位置，应放压，改变座挂位置，重新憋压座挂；②如果尾管悬挂器在设计压力不能有效座挂，应采取逐步升高座挂压力的方式反复尝试座挂，不可盲目升压，以免一次将座挂球座打通；③如座挂球座已经打通还没有座挂成功，可采用大排量循环钻井液的方法座挂尾管悬挂器；④如最终悬挂器座挂不上，且下部尾管重量不是很大，可选择座井底倒扣注水泥方式固井，否则，只好提套管。⑶尾管悬挂器密封失效

尾管悬挂器密封失效是指尾管悬挂器中心管与密封芯子之间的密封件失去密封能力，造成尾管注水泥“短路”。

尾管悬挂器密封失效的原因有：①密封芯中密封圈在组装时损坏；②密封圈不耐高温；③在判断是否已经倒开扣时上下提中心管造成密封圈损坏。

防止尾管悬挂器密封失效的技术措施有：①精心组装密封圈，防止在组装时发生反转或损坏；②提高中心管的光洁度，防止在倒扣或判断是否倒开扣时造成密封圈损害；③尾管悬挂器入井前必须进行密封性能试压；④密封圈要耐高温。尾管悬挂器密封失效后的处理方法：一般只能将送放工具提出，在尾管内下封隔器注水泥。

⑷尾管悬挂器倒不开、提不出 尾管悬挂器倒不开、提不出是指尾管下到井底后，悬挂器倒扣装置和尾管连接的反扣部位倒不开扣，或者倒开后无法提出送放工具，造成悬挂器无法脱手。尾管悬挂器倒不开的原因有：①倒扣时，倒扣螺母处受力，造成倒扣困难；②倒扣螺母处有脏物，造成粘扣；③倒扣螺母设计强度低，在下尾管时已经变形；④井斜角大，且井眼狗腿度大，倒扣时倒扣扭矩无法正常传到井底。防止尾管悬挂器倒不开的技术措施有：尾管悬挂器在入井前要进行严格仔细的检查。

尾管悬挂器倒不开的处理方法有：如倒扣时，反转严重，应仔细计算中和点，保证倒扣螺母处不受力，并较少倒扣摩阻；在增加倒扣扭矩时，注意一次倒扣的圈数不要超过钻杆的允许的抗扭强度，防止钻杆扭断；如判断扣已经倒开，则通过适当迅速上提下放的方法，使悬挂器脱手。2水泥浆性能复杂情况

固井水泥浆性能复杂情况是指由于水泥浆性能设计不当或水泥浆性能发生变化造成固井施工复杂情况。主要包括：水泥浆闪凝、水泥浆过度缓凝、水泥石强度衰退等。

2.1水泥浆闪凝

水泥浆闪凝是指在注水泥或替浆过程中由于水泥浆性能发生突变，水泥浆提前发生稠化或凝固，造成固井失败。⑴水泥浆闪凝的原因

①

材料方面的原因。用于配置水泥浆的水泥、外加剂或配浆昂用水与实验室实验用的不一致或由于材料质量控制不好，造成水泥浆稠化时间或凝固时间与实验室测试结果不一致。

②实验条件不同造成的。由于实验室测试条件与现场实际情况不符，尤其是温度对水泥浆稠化时间和凝固时间影响很大，如果实验温度远小于实际温度或遇到异常高温层则易发生水泥浆闪凝。

③现场施工的原因。在现场施工过程中配置的水泥浆密度远高于设计值可能导致水泥浆闪凝。另一方面，水泥浆外加剂混配不匀也可能造成水泥浆闪凝。

④井内流体混入水泥浆中，尤其是高矿化度盐水会严重缩短水泥浆稠化时间和凝固时间。

⑤固井水泥浆与钻井液相溶性差，钻井液混入水泥浆中。⑵防止水泥浆闪凝的技术措施 ①控制固井材料质量和稳定性。用于配置水泥浆的水泥、外加剂或配浆用水与实验室实验用的材料要求一致，外加剂要求混配均匀。

②准确求取现场施工的固井参数，尤其是井底循环温度值。

③在现场施工过程中控制水泥浆密度在设计值的上下0.03kg/L范围内。④注水泥作业过程中要注意压力平衡，确保压稳地层流体。⑤采用优质冲洗液、隔离液有效分隔钻井液和固井水泥浆。⑥做好水泥浆配浆水陈化实验和现场大样复查工作。⑶水泥浆闪凝后的处理方法

水泥浆发生闪凝后要立即根据现场施工情况，在保证设备和井下安全的条件下用高泵压顶替，如果可能，应迅速接水泥车顶替，尽可能多将水泥浆替到环空内，后采用挤水泥的方法补注水泥。2.2 水泥浆触变性

水泥浆触变性是指由于水泥浆在流动时具有较好的流动性能，但稍静止其迅速形成胶凝结构，水泥浆失去流动能力。⑴水泥浆形成触变性的原因 ①材料方面的原因。如水泥浆中添加了超细材料或钙质含量较高的外加剂，易形成较强的网状结构，造成水泥浆触变性强。

②井内流体混入水泥浆中，尤其是高含钙离子的地层水也会引起水泥浆触变性。③高密度钻井液中固相含量高，水灰比小，也易形成触变性

④水泥车混合能力偏低，混合能小，混配的水泥浆的触变性一般较强。⑵ 防止水泥浆触变性的技术措施

①

采用高效的分散剂，改善水泥浆流变性。

②

注水泥作业过程中要注意压力平衡，确保压稳地层流体，防止地层流体侵入水泥浆中。

③

采用大功率、高混合能力的水泥车施工。④

保持注水泥施工连续，防止停泵。⑶ 水泥浆发生触变后的处理办法

水泥浆发生触变性后要根据现场施工情况，可在配浆水中加入分散剂，并确保连续施工。

2.3水泥浆过度缓凝

水泥浆过度缓凝是指由于水泥浆稠化时间过长，造成水泥石强度发展缓慢甚至不凝固，造成无法有效封固油气水层。⑴水泥浆过度缓凝的原因

①

水泥浆中添加了过量混凝剂。

②

施工时混配的水泥浆密度远低于设计密度。

③

井下实际温度远低于实验温度，由于温度对水泥浆强度发展影响很大，温度愈低，水泥浆强度发展愈缓慢。

④

水泥浆顶替效率低，水泥浆中混入钻井液，造成水泥浆过度缓凝。⑵防止水泥浆过度缓凝的技术措施 ①添加合适的水泥浆缓凝剂，在保证施工安全的条件下，稠化时间在施工时间的基础上一般附加30～60min.②

采用水泥浆促凝剂或水泥浆早强剂加快水泥浆早期强度的发展。

③

在现场施工过程中控制水泥浆密度在设计值的上下0.03Kg/L范围内。④

采取有效措施，提高水泥浆顶替效率。

⑤

准确求取现场施工的固井参数，尤其是井底循环温度值，按实际温度进行室内水泥浆实验。

⑥

做好水泥浆配浆水陈化实验和现场大样复查工作，大样不合格的水泥浆不允许入井。

⑶水泥浆过度缓凝后的处理办法

水泥浆过度缓凝后只能延长水泥浆候凝时间，待水泥浆凝固后才能进行下步作业。

2.4水泥石强度衰退

水泥石强度衰退是指在井下条件下，水泥石发生强度退化，封隔能力降低的现象。在高温下，常规的油井水泥在大于110℃条件下一般会发生强度衰退。⑴水泥石强度衰退的原因

①

常规水泥浆一般在110℃以下，水化后形成低渗透率、高强度的雪硅钙石，当温度进一步升高，其强度降低，渗透率增加，封隔能力下降。

②

水泥石渗透率较高，遇到高腐蚀的地层流体侵入水泥石，造成强度衰退。③

在高温热采内，由于注入蒸汽，造成井下水泥石受高温发生强度衰退。⑵ 防止水泥石强度衰退的技术措施

①当井底静止温度大于110℃时，添加水泥浆高温强度稳定剂(硅粉)，110～130℃时，其加量为35%，当温度大于130℃时，加量为35%～45%，温度愈高，硅粉加量愈大。

②当地层流体腐蚀性强时，加入如非渗透剂、超细材料等降低水泥石的渗透率。③在高温热采井水泥浆中要加入适量的高温强度稳定剂。⑶水泥石高温强度衰退后的处理办法

水泥石发生高温强度衰退后，其封隔能力严重下降，目前没有较好的处理办法，应注意井下作业的安全性。3注水泥施工复杂情况

注水泥施工复杂情况是指在注水泥施工中，由于水泥浆性能、井下复杂地层或施工工艺等方面的原因，造成注水泥作业复杂情况或失败。主要包括注水泥漏失、灌香肠、注水泥替空等复杂情况和事故。3.1注水泥漏失

注水泥漏失是指在注水泥或替浆过程中，由于环空液柱压力和环空摩阻之和超过地层破漏压力，水泥浆漏失到地层，造成水泥浆返高不够、油气水层漏封和水泥胶结质量差。

⑴注水泥漏失的原因

①地层方面的原因有地层渗透率高，发生水泥浆渗漏；地层胶结差，地层承压能力低，破漏压力低；地层裂隙、断层发育，造成水泥浆漏失； ②套管与井眼环空间隙小，循环摩阻大，造成注水泥漏失；

③水泥浆密度设计高、水泥浆封固段长，造成环空液柱压力高，易发生注水泥漏失；

④钻井液密度、粘度大，循环摩阻大，造成注水泥漏失； ⑤注水泥和替浆排量大，循环摩阻大。⑵防止注水泥漏失的技术措施

①

适当加入堵漏材料，提高地层承压能力；

②

按照固井设计要求的液柱压力，在下套管前进行地层承压试验； ③

采用低密度水泥浆固井，降低环空液柱压力； ④

采用双级固井或尾管固井，减少一次封固段长；

⑤

改变注水泥浆体结构，采用低密度前置液，降低环空液柱压力； ⑥

采用扩孔工艺技术，增加套管与井眼环空间隙； ⑦

采用分散剂改善水泥浆流变性能；

⑧

调整钻井液粘度并充分循环钻井液，减少循环摩阻；

⑨

采用低返速固井工艺技术，控制注水泥和替浆排量，减少循环摩阻。⑶注水泥漏失后的处理办法

注水泥漏失后要根据现场漏失情况并结合地层漏失原因，分析其可能对固井质量造成的影响及后果，采用相应的技术措施。如发生在注水泥过程中，可根据已入井的水泥浆量结合要封固的油气水层位置，可适当少注入水泥浆；如发生在替浆过程中，应根据水泥浆稠化时间和施工时间情况，采用低返速固井技术。3.2灌香肠

注水泥灌香肠是指在注水泥过程中，由于水泥浆闪凝、套管内堵塞或环空桥堵等原因造成水泥浆返不到设计井深，套管内水泥塞过长等。⑴注水泥灌香肠的原因

①

水泥浆稠化时间短，注水泥施工长，造成注水泥灌香肠事故； ②

水泥浆发生闪凝，造成注水泥或顶替泵压高； ③

环空发生井塌或桥堵，造成环空堵塞； ④

套管内落物，造成套管内堵塞。⑵防止注水泥灌香肠的技术措施

①

设计合理的水泥浆稠化时间，保证稠化时间大于注水泥施工1小时左右为宜；

②

采用合适的固井前置液体系，防止水泥浆发生闪凝；

③

在下套管和固井前充分循环钻井液，井眼稳定后再下套管和注水泥，防止发生井塌或桥堵；

④

严防套管内落物。

⑶发生注水泥灌香肠后的处理方法

水泥浆发生灌香肠后要立即根据现场施工情况，在保证设备和井下安全的条件下用高泵压顶替，如果可能，应迅速接水泥车顶替，尽可能多将水泥浆替到环空内，后采用挤水泥的方法补注水泥。3.3注水泥替空

注水泥替空是指在注水泥替浆过程中，由于替钻井液量超过设计量(一般为套管内容积)，造成套管下部环空没有水泥浆。⑴注水泥替空的原因

①

替浆量计算错误或计算不准确； ②

替浆量计量发生错误或误差大；

③

固井胶塞未装，或胶塞与塞座密封不严；

④

替浆碰压排量太大，造成承托环损坏，无法碰压引起替空； ⑤

套管有破损或上扣不紧，造成替空。⑵防止注水泥替空的技术措施

①

替浆量要计算准确并准确计量； ②

按规范质量可靠的胶塞；

③

替浆快结束时，要降低排量碰压，防止造成承托环损坏引起替空； ④

使用合格套管并按规定扭矩上扣，不合格的套管不允许入井。⑶发生注水泥替空的处理办法

水泥浆发生替空事故后要立即停泵，后根据测井曲线用挤水泥办法补救。4水泥胶结质量复杂情况

水泥胶结质量复杂情况是指在注水泥施工结束后，由于水泥浆性能、施工质量或其他原因造成油气水层漏封、水泥胶结质量差、环空气（水）窜等影响胶结和封固质量的复杂情况。4.1油气水层漏封

⑴固井后油气层漏封主要的原因

①油气水层本身或以下为漏失层，注水泥过程中或候凝过程中发生了漏失，造成油气层漏封；

②发生了注水泥替空事故，造成下部油气水层漏封；

③发生了注水泥灌香肠事故，造成水泥浆不能顶替到环空中； ④发生了环空桥堵；

⑤

水泥浆性能控制不好，如失水大、抗压强度低、水泥石强度衰退等原因造成油气水层漏封；

⑵发生注水泥后油气水漏封的处理方法

① 射孔循环，补注水泥。发生注水泥后油气水漏封后要先进行电测，判断水泥浆返高后在水泥面以上射孔，建立循环，补注水泥浆。

② 反向注水泥。如果水泥面在漏失层以下，可直接从环空中反向挤水泥。③ 局部循环注水泥。如果发生了环空桥堵，可在上下分别射孔，建立循环，补注水泥浆

⑤

注水泥。在漏封的油气水层直接射孔，挤水泥补救。4.2油气水层水泥胶结质量差

⑴固井后油气层水泥胶结质量差的主要原因

①水泥浆性能方面的原因。如在高渗透地层使用API失水的水泥浆体系造成水泥浆向地层过的滤失，水泥浆水化后质量差；水泥浆早期强度发展慢，地层油气层窜；水泥石高温强度发生强度衰退等。

②水泥浆顶替方面的原因。如井身质量差，井眼不规则，水泥浆顶替效率低；钻井液流变性能、水泥浆流变性能或前置液流变性能差，且没有设计合理的密度差，顶替排量设计不合理，水泥浆顶替效率低；套管不居中，水泥浆窜槽等。

③水泥浆油气水窜。注水泥或固井后，由于没有很好地压稳油气水层，地层流体侵入水泥浆中，引起水泥胶结质量差。

④注水泥漏失。由于在注水泥或候凝过程中，水泥浆发生漏失，造成水泥胶结质量差。

⑤环空间隙小，水泥环簿，更易发生替浆过程中窜槽，造成水泥胶结质量差。⑥在封固可溶解性地层时，水泥浆性能控制不当，地层被水泥浆部分溶解破坏水泥浆性能且易形成微间隙。

⑦注水泥施工质量差，影响入井水泥浆性能。如入井水泥浆密度不均匀、水泥车混合能低等。⑧下步井下作业对水泥胶结质量差的影响。如钻水泥塞、试压、射孔等。⑨钻井液滤饼与水泥浆相溶性差，水泥胶结后与滤饼形成三明治结构。⑵ 提高油气水层水泥胶结质量的技术措施

①优化水泥浆性能。如在高渗透地层、尾管固井、放气窜固井等使用低API失水的水泥浆；对油气水窜严重的井使用合适的水泥浆早强剂，提高水泥石早期强度；对于高温高压井固井，使用水泥浆高温强度稳定剂，防止水泥石高温强度发生强度衰退等。

②提高水泥浆顶替效率。如改善井身质量；合理调节钻井液流变性能、水泥浆流变性能或前置液流变性能，且设计合理的密度差；应用流变学理论，优选合适的顶替排量；强化套管居中，减少水泥浆窜槽等。

③注重平衡压力固井设计，防止地层流体侵入水泥浆中。

④防止注水泥漏失。对于存在潜在漏失的井，下套管、注水泥前先堵漏，提高地层承压能力。

⑤合理增加环空间隙，提高水泥环厚度。⑥

在封固可溶解性盐层时，使用半饱和或饱和盐水水泥浆，防止形成微间隙。⑦

提高注水泥施工质量。

⑶发生水泥浆胶结质量差的处理方法 一般采用挤水泥工艺补救。在水泥胶结质量差的油气水层直接射孔，后挤水泥补救。

4.3固井后发生环空油气水窜

固井后环空油气水窜是指在注水泥结束后，由于水泥浆胶凝，在由液态转化为固态过程中，水泥浆难以保持对气层的压力或由于水泥浆窜槽等原因造成水泥胶结质量不好，气层气体窜入水泥石基体或沿水泥与套管或水泥与井壁之间间隙造成层间互窜甚至窜入井口，甚至发生固井后井喷。⑴固井后油气水窜的主要的原因

①因为 顶替效率不高而造成水泥浆窜槽，随着泥浆胶凝、脱水和收缩，进而形成气窜通道。

②由于水泥浆固时化学收缩或水泥浆自由水析出以及温度压力变化，在水泥石与提高及水泥石与地层之间形成微环隙，造成环空油气水窜。③水泥浆失重引起环空油气水窜。在水泥浆进入环空初期，由于水泥浆的静胶凝强度小于48Pa，水泥浆仍保持液态性质，能够顺利传递液柱压力，进而压稳气层，此时不会发生环空气窜；当水泥浆的静胶凝强度大于240Pa,已具有足够的强度阻止环空油气水窜的发生；而在水泥浆静胶凝强度为48～240Pa之间，水泥浆属于由液态向固态转化期，水泥浆逐步失去传递液柱压力的能力，也是油气水窜易发生时期。

⑵防止固井后油气水窜的主要技术措施

①

提高水泥浆顶替效率，防止水泥浆窜槽。

②

采用综合固井技术措施，提高水泥胶结质量，防止油气水窜。③

采用水泥浆膨胀剂，防止水泥浆石收缩。

④

采用合适的防油气水窜水泥浆体系，如：触变水泥、可压缩水泥浆、延缓胶凝水泥浆、化学交联非渗透水泥浆体系等，减少水泥浆失重对环空油气水窜的影响。

⑤

采用防油气水窜工艺技术措施。如环空加压技术、管外封隔器技术、脉冲注水泥技术等。⑥

固井前要对固井后发生环空油气水窜的危险程度进行合理预测，力求更加准确地预测环空气窜的危险程度并评价水泥浆防气窜能力，进而经济、有效地解决固井后油气窜的问题。

⑶发生固井后油气窜的处理方法 发生固井后油气窜后很难处理，一般采用挤水泥工艺补救，即在发生油气水层井段直接射孔，然后挤水泥补救。

篇2：下套管固井复杂问题

低密度水泥固井对套管波幅度的影响及其校正方法

在采用声波全波列测井评价固井质量时,由于低密度水泥比高密度水泥的声耦合差,会对评价结果造成很大的误差.通过数值模拟和波形对比,分析了低密度水泥固井对套管波幅度的`影响,进而提出了在固井质量评价中的套管波幅度校正方法,把低密度水泥固井的套管波幅度校正到高密度水泥固井时套管波幅度,这样可用常规水泥固井评价标准来进行评价.实际资料处理证明了该方法的有效性.

作 者：江万哲 章成广 陈义群  作者单位：油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学),长江大学地球物理与石油资源学院,湖北,荆州,434023 刊 名：石油天然气学报  PKU英文刊名：JOURNAL OF OIL AND GAS TECHNOLOGY 年，卷(期)： 30(5) 分类号：P631.84 关键词：低密度水泥固井   套管波   固井质量   校正  

篇3：下套管固井复杂问题

调整井固井问题一直是固井界关注的问题, 近几年调整井固井技术取得了长足进步。例如, 江苏油田和华东分公司在这方面作了许多研究, 采用平衡压力固井和新的水泥浆体系及固井工艺后, 固井优质率从1999年以前的不足50%提高到80%以上。但是, 有的井在固井后测井时固井质量为优质, 而15d后固井质量变差。究其原因, 笔者认为有以下几个方面。

1.1 促凝剂的影响

目前的调整井多数为1000~2500m的浅井, 地层温度较低, 循环后井眼温度一般为50℃。为了实现平衡压力固井, 消除固井“失重”的影响, 多数固井水泥浆体系采用了促凝剂。有些促凝剂虽然使水泥石的早期强度有所提高, 但经过一段时间后水泥石强度发生衰减, 就像高温水泥石强度衰减一样, 几个月后水泥石强度甚至衰减为0, 导致固井质量变差。因此应进行不会导致水泥石强度衰退的促凝、早强剂的研究。

1.2 油井水泥自身的问题

有些井地层内含有硫酸盐及硫化氢等腐蚀性介质, 这时若采用A级非抗硫水泥固井, 水泥石易被腐蚀, 导致强度降低, 固井质量变差。近几年有人发现, 在油井水泥中加30%~40%的高炉矿渣, 可以提高水泥石的抗腐蚀性, 而且水泥石的强度随时间延长而增强。但是高炉矿渣的活性较低, 而且调整井的温度低, 使水泥浆的稠化时间延长, 达不到平衡固井的要求。应研究具有早凝性能的矿渣水泥浆体系, 进而提高油井寿命。

2 深井和超深井固井技术存在的问题

深井钻井完井问题历来是固井工作者密切关注的问题, 随着钻井深度的增长, 固井完井问题也越来越突出, 如水泥浆外加剂的抗高温性能不好, 在高温、高压条件下, 水泥石变脆, 水泥浆流变性能变差, 游离液大;在深井窄环空固井时, 水泥浆在窄环空间隙中上返时处于高剪切状态, 摩阻大, 易压漏地层, 而且水泥浆在凝固过程中的“失重”现象较常规井更加严重。尽管在施工前, 做了大量的固井方案及试验工作, 可是在复验中仍有问题存在, 稠化时间与设计发生偏离, 水泥石收缩率高, 游离液偏大等一系列问题, 使固井质量难以提高。此外, 井身质量, 如糖葫芦井眼, 以及易垮地层的存在, 也给深井和超深井固井施工带来了一系列的难题。虽然近几年加大了对固井技术的研究, 也取得了很大的进步, 使施工作业顺利完成, 但固井质量优质率仍然很低, 不足50%。分析原因主要存在以下两个方面的问题。

2.1 高温缓凝剂质量不过关

目前中温油井水泥缓凝剂无论是性能还是质量均已达到了施工要求, 但高温油井水泥缓凝剂性能不太令人满意, 主要表现在以下几个方面。

(1) 多数缓凝剂尽管能抗高温, 有的抗温达180℃, 但对加量敏感, 加量小到一定极限时, 有促凝现象, 加量大时又出现过渡缓凝问题, 即线性范围小且敏感, 施工时难以控制。

(2) 由于高温缓凝剂的吸附性较强, 引起水泥浆胶体的电荷发生变化, 导致游离液增大, 水泥石收缩严重。在斜井段形成水带, 不能有效封隔地层, 使固井质量降低。

因而高温油井水泥缓凝剂及高温水泥体系仍是今后主要的研究方向。

2.2 钻井液对固井质量的影响

多数深井及超深井钻井的成败很大程度上取决于钻井液性能的好坏, 因而钻井施工单位比较重视钻井液性能调整。但是由于深井、超深井所钻遇的地层较复杂, 既有易垮层, 又有易漏层, 一般在钻井过程中只重视如何钻穿目的层所需的钻井液性能, 而不重视如何保证优质固井。钻井技术人员为了防止地层掉块, 往往提高钻井液的粘度, 以避免破碎带的垮塌。由于钻井液粘度高, 使顶替效果变差。为了保证测井及套管下入成功, 钻井液中加入了含油的润滑剂, 增加了钻井液的含油量, 在套管外壁形成一层油膜, 该油膜用常规的隔离液很难清洗干净, 造成第一胶结面变差。钻井施工方为了保证自身的利益, 完井前钻井液性能很难满足固井技术的需要, 因而应进行具有改变钻井液粘度、清洗油污功能的隔离液的研究, 以提高固井质量。

3 超高压井固井问题

超高压井均存在水敏性强的泥岩层和膏盐层, 地层矿化度也高, 钻遇这些地层使用的钻井液密度最高可达到2.78g/cm3。在固井时, 就需要抗盐高密度加重水泥浆体系和高密度前置液等, 抗盐高密度水泥浆主要存在以下问题。

(1) 高密度水泥浆体系的水泥石强度低, 不能满足密封目的层的要求, 因为高密度水泥浆体系中的惰性材料所占比例高, 即油井水泥量低, 必然导致水泥石强度低。因而需要研究用于高密度水泥浆体系的强度增强剂。

(2) 为防止水敏地层蠕变, 保证水泥环的后期强度, 配制水泥浆时必须用盐水配浆, 而盐水水泥浆体系的流变性往往不好, 即水泥浆稠度大, 不易实现紊流顶替, 因而研制优良的抗盐油井水泥外加剂仍是今后的研究方向。

4 未来固井材料的技术需求及研究目标

国内裂缝性储层的油气储量约占总储量的50%, 易漏地层的钻井和固井数量还会增加, 对固井防漏堵漏材料的需求将会增加;小井眼、侧钻井、分支井和多底井钻井数量逐年增多, 对水泥增韧材料的需求将会增大;高压气井、深井和调整井数量持续增加, 对油井水泥晶体类膨胀材料的需求旺盛;国内未动用石油储量35亿吨, 其中70%为低压低渗油气藏, 开发过程将对高性能低密度固井材料有较大需求;随着含腐蚀性介质 (如CO2) 和稠油油藏开发力度的加大, 对抗温耐腐蚀固井材料的需求增加。因此, 固井材料的研发重点应紧密围绕国内油气田开发和海外固井市场的需要以及固井质量的长期控制目标开展工作, 相应的经费投入也应向上述几个研究方向倾斜。

固井施工是一项复杂的系统工程, 其中固井材料 (水泥外加剂和外掺料) 、固井工艺起着至关重要的作用, 必须给予足够的重视和投入。固井新材料、工艺的研发既需要大量而扎实的室内研究, 也不能缺少严格的施工监督和详细的质量跟踪。, 以满足国内在油气田长期开发过程中对固井新技术和新材料的迫切需求。

参考文献

[1]钻井手册 (甲方) 编委会.钻井手册 (甲方) .石油工业出版社, 1990.[1]钻井手册 (甲方) 编委会.钻井手册 (甲方) .石油工业出版社, 1990.

篇4：下套管固井复杂问题

【关键词】地热井；下套管；完井；固井

引言

地热是来自地球内部的一种能量资源。地球上火山喷出的熔岩温度高达1200℃～1300℃，天然温泉的温度大多在60℃以上，有的甚至高达100℃～140℃。这说明地球是一个庞大的热库，蕴藏着巨大的热能。地热能是一种清洁能源，是可再生能源，其开发前景十分广阔。

通过对辽北地区地层条件、构造条件、地热资源生成条件、地温场特征的综合分析，在有利区的断层附近，具有生热和热储层的有利条件，是本区地热资源赋存的有利地区，结合以往生产资料，认为本区地热资源具有良好的开发前景。

由于常规地热井完井工艺一般采用三开钻井方式，每层套管都需要进行固井，候凝，钻塞，因此造成钻井施工周期较长。另外每层套管之间需要专用的套管悬挂器悬挂套管。增加施工难度和施工成本。为此，在研究本区地层岩性的基础上，试验摸索了一次下套管完井固井完井工艺，通过4口井的试验，证明该工艺完全适用于本区地热井的完井。为地热井完井提供了一套新的完井工艺技术。

1.辽北地区地质特征

1.1地层

内自下而上出露的地层有：前震旦系（АnZ）；中生界白垩系阜新组、孙家湾组；新生界第四系地层组成。

1.2地质构造

本区位于阴山纬向构造带与新华夏系第二沉降带交接复合部位，含煤盆地为断陷构造盆地，总体呈北北东向展布，為一东缓西陡的不对称向斜构造。盆地西缘主干断裂矼屯断裂控制着煤田的生成和展布。断裂构造经历了两次较显著的构造运动，一是燕山期新华夏构造成为控制铁法煤田主导构造体系；二是喜山期，使燕山期新华夏构造运动在本区的活化。既而产生了一系列断裂、褶皱等构造，断层皆为高角度正断层，沿裂隙多有火成岩侵入为第三系辉绿岩，产状为岩床。据矿井观测资料，煤炭采掘一旦遇到这期火山岩，矿井涌水量会突然增大。

1.3地温场特征

根据1985年大兴井田地质勘探7个钻孔地温梯度测试成果，恒温带平均深度29.17m，温度11.2℃，地层地温梯度变化在3.3～4.04°C/100m。属地温异常，说明区内具有地热资源生成的地质背景。

1.4热储及盖层

据本区地层岩性及其组合关系，应用地热地质理论分析得知，构成工作区热储及盖层的地层有：（盖层为白垩系孙家湾组、阜新组中上部地层及第四系地层，热储为白垩系阜新组底部砂砾岩及前震旦系古风化壳。

（1）盖层。白垩系孙家湾组、阜新组中上部地层及第四系地层，在阜新组中下部发育一层稳定且较厚的砂泥岩层，岩性为粉砂岩、泥岩，导热性差，是良好的盖层，总厚度在800～1500m。

（2）热储层。由中生界白垩系下统阜新组底部砾岩及前震旦系古风化壳组成。具有地热热水富集储存的空间，其热储的埋藏分布均受岩性及地质构造控制。

2.地热井完井工艺

2.1常规地热井完井工艺

一般情况下，常规地热井的完井工艺主要是：

一开：表层套管，下入339.7mm套管，钻深50-100m，固井水泥返高到地面。

二开：下泵室套管，下入273.9mm或244.5mm套管，钻深400-800米，固井水泥返高的地面。

三开：下生产技术套管，下入177.8mm或139.7mm套管（含筛管等），钻深400-800-完钻井深。固井水泥返高到设计的位置。

由于每层套管都需要进行固井，候凝，钻塞，因此钻井施工周期较长。另外每层套管之间需要专用的套管悬挂器悬挂套管。增加施工难度和施工成本。为此，在研究本区地层岩性的基础上，试验摸索了一次下套管完井固井完井工艺，通过4口井的试验，证明该工艺完全适用于本区地热井的完井。为地热井完井提供了一套新的完井工艺技术。

2.2地热井一次下套管完井固井工艺

该工艺主要是在二开和三开后，将生产技术套管和泵室套管通过变径套管短节连接在一起，一次下入井内，通过分流固井套管浮箍装置，配合水泥伞，采用“上固下不固”的工艺进行固井，从而达到一次下套管完井固井的目的。具体完井工艺示意图见图1所示。

钻至设计深度后，通井循环泥浆正常后，按如下程序下入套管：

引鞋+筛管+套管（水泥伞）+分流套管浮箍+套管+变径套管短节+泵室套管+水泥头。

3.现场应用情况

表1给出了4口的应用情况。

该工艺在本区使用4口井，施工成功率100%，通过运用该工艺提高了钻井队的工作时效，缩短钻井工期10-15天以上，节约了钻井成本，经济效益明显。

4.小结

4.1在研究本区地层岩性的基础上，试验摸索了一次下套管完井固井完井工艺，通过4口井的试验，证明该工艺完全适用于本区地热井的完井。为地热井完井提供了一套新的完井工艺技术。

4.2该工艺主要是在二开和三开后，将生产技术套管和泵室套管通过变径套管短节连接在一起，一次下入井内，通过分流固井套管浮箍装置，配合水泥伞，采用“上固下不固”的工艺进行固井，从而达到一次下套管完井固井的目的。

4.3该工艺在本区使用4口井，施工成功率100%，通过运用该工艺提高了钻井队的工作时效，缩短钻井工期10-15天以上，节约了钻井成本，经济效益明显.

参考文献

[1]安永海，孙瑞峰，辽宁省调兵山大兴项目区地热资源前景分析.《科技与企业》，2012年10期

[2]张文德，韩玉杰，白晓亮，辽宁省调兵山四家子村DR1地热井位置的确定.《科技创新与应用》，2014年20期

[3]关荣亮，孟凡彬，司长友，筛管顶部注水泥完井方法在地热井应用.《中国石油石油化工标准与质量》，2013年1期

篇5：下套管固井复杂问题

固井作业是油气井钻井工程中最重要的环节之一,其主要目的是封隔井眼内的油层、气层和水层,保护油气井套管、增加油气井寿命以及提高油气产量。在现实施工中,固井技术决定了固定质量的好坏,并关系到油气井的使用寿命及对能源的保护。因此,应当重视固井流程技术的每个环节。

在固井过程中,一般在地面上将水泥浆通过套管柱注入到井眼与套管柱之间的环空中,水泥浆将套管柱与井壁岩石牢固的固结在一起[1]。在此过程中,首先,是水泥浆的胶凝和失重对套管柱内部应力有很大影响。随着水泥的固化,套管柱应力和形变会被固结在水泥封固段内,并成为影响套管寿命的重要因素。其次,是来自于地层的影响,对于岩石强度较高的地层,套管水泥环受地应力作用影响较小,主要承受均匀的外部液柱压力。此外,固井水泥封固高度的设计、水泥浆的顶替效率、固井施工工艺等是否满足要求均会对固井的质量产生影响[2]。

本文在某油田套损井地层实际数据的基础上,采用有限元[3]建立套管、水泥环、地层封闭系统的有限元模型,对水泥环破损、水泥环环空时的套管等效应力进行了仿真模拟分析[4],研究了固井质量的好坏对套管强度的影响规律。

1 计算模型与边界条件

对某油田套损井套损段取芯,做岩石力学实验,得到取芯段的泊松比及弹性模量等数据。并取现场套损段的固井水泥,模拟井下条件,进行相关力学性能实验,得到水泥环泊松比及弹性模量参数。后面的建模计算将会应用这些参数。取井深2200m处的水平油层剖面,油层面积1m×1m作为计算模型,分别建立水泥环缺少30°、60°、90°等角度的井筒平面应变有限元模型,其中水泥环缺陷角度为30°时的有限元计算模型见图1。角度是指从水平中心对称线顺时针转动的角度。

计算中取油层下侧垂直边界位移Uy=0,另一侧(左边界)位移Ux=0,套管内压力为64.5MPa,油层两个水平边界压力分别取为45MPa和62.5MPa。设套管(P110级)、水泥环都居中。材料参数见表1。

2 等效应力集中系数

根据第四强度理论[5],σeqv计算公式为:

定义水泥环缺陷引起的应力集中系数为:

式中,σ0eqv为水泥环完好时套管等效应力;σβeqv为水泥环缺陷β角度时套管壁上的Von Mises等效应力。

3 计算结果

为了研究固井水泥环缺陷与套管承载能力关系的影响规律,在相同边界条件下依次计算水泥环完好、水泥环缺陷为30°-360°时套管内的Von Mises等效应力,如图2和图3所示,具体数值结果见表2。其中,为了模拟水泥环部分缺陷将其弹性模量降低为5GPa。

4 结果分析

(1)以水泥环上下各空120°时为例,此时套管内的Von Mises等效应力的输出结果如图4。当水泥环上下各缺陷120°时,套管的最大应力集中在四个断面处,为381MPa(见图4的a部分),最小应力处为22.7MPa。因此,套管将被挤成椭圆形。但此时套管还没有破坏,因为等效应力还没有超过屈服极限758.42MPa。

(2)由图2和图3可得,水泥环出现缺陷时,套管的Von Mises等效应力出现了一定程度的提高,从而降低了套管的承载能力。固井质量完好时,套管截面上的Von Mises等效应力是均匀的,计算值为234MPa,当水泥环出现30°缺陷时,套管壁的Von Mises等效应力增大为325MPa,相应的应力集中系数为1.39。在水泥环缺陷角度为330°时,套管Von Mises等效应力和应力集中系数达到最大值,分别为412MPa和1.76。较特殊的是,当水泥环缺陷角度为360°时,套管内Von Mises的等效应力为211MPa,比无缺陷时Von Mises的等效应力还低。因为此时缺陷部分相当于整个水泥环的弹性模量降低,可以降低由地层传递到套管的地层载荷[6],从而降低缺陷段套管内的Von Mises等效应力。但是在水泥环开始缺陷的截面上,套管受到的等效应力会增大,受到剪切破坏的可能性大大增加,这种情况在比较长的井段是不太符合实际的。总的来说,可以初步认为由于水泥环出现缺陷,可使套管承载能力最大降低到原设计承载能力的60%左右。

5 水泥环有缺陷时套管内压变化对Von Mises等效应力的影响

根据上述分析结果,对水泥环缺陷角度为330°时(此时套管内Von Mises等效应力最大)套管内压的变化对套管的Von Mises等效应力的影响进行了分析,分析参数与第1节基本相同,只改变内压的取值范围,即,10-60MPa,结果如表3所示。

图5为水泥环缺陷角度为330°时内压变化引起的套管等效应力σeqv变化的曲线图。从图中可以看出,水泥环缺陷角度为330°、内压为50MPa时套管的Von Mises等效应力最低,因为此时外压的范围与内压差不多。而在外压一定的情况下,内压过小(一般会使内表面屈服)或过大(一般会使外表面屈服)都将会导致套管的Von Mises等效应力增大,反而会使套管出现危险的情况。

6 结论

将水泥环缺陷程度按照角度30°分成12份,以某油田区块的地层参数和水泥环参数计算,得出以下结论:

(1)在水泥环出现缺陷的时候,套管壁的Von Mises等效应力增大。在水泥环缺陷角度为330°时,套管的有效应力集中系数和Von Mises等效应力达到最大值。由于水泥环出现缺陷,可使套管承载能力最大降低到原设计承载能力的60%左右。

(2)当水泥环缺陷角度为330°、内压为50MPa时套管的Von Mises等效应力最低,为313MPa。

参考文献

[1]陈庭根,管志川.钻井工程理论与技术[M].中国石油大学出版社,2006:249~250.

[2]董玉福.论提高油田固井质量的施工措施[J].现代商贸工业,2011,15(15):254~255.

[3]陈精一,蔡国忠.电脑辅助工程分析:ANSYS使用指南[M].北京:中国铁道出版社,2001.

[4]杨雄文,巨亚锋.固井水泥环缺陷对套管强度影响仿真分析[J].石油矿场机械,2007,3(9):49~52.

[5]北京科技大学,东北大学编.工程力学(材料力学)[M].北京:高等教育出版社,2006.