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|  史上最全固井技術介紹(上)

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史上最全固井技術介紹(上)

發布日期:2019-08-14 作者:333 點擊:

1、固井的概念

為了達到加固井壁,保證繼續安全鉆進,封隔油、氣和水層,保證勘探期間的分層測試及在整個開采過程中合理的油氣生產等目的而下入優質鋼管,并在井筒與鋼管環空充填好水泥的作業,稱為固井工程。

2、固井的目的

1. 封隔易坍塌、易漏失的復雜地層,鞏固所鉆過的井眼,保證鉆井順利進行;

2. 提供安裝井口裝置的基礎,控制井口噴和保證井內泥漿出口高于泥漿池,以利鉆井液流回泥漿池;

3. 封隔油、氣、水層,防止不同壓力的油氣水層間互竄,為油氣的正常開采提供有利條件;

4.保護上部砂層中的淡水資源不受下部巖層中油、氣、鹽水等液體的污染;

5.油井投產后,為酸化壓裂進行增產措施創造了先決有利的條件;

3、固井的步驟

1. 下套管

套管與鉆桿不同,是一次性下入的管材,沒有加厚部分,長度沒有嚴格規定。為保證固井質量和順利地下入套管,要做套管柱的結構設計。根據用途、地層預測壓力和套管下入深度設計套管的強度,確定套管的使用壁厚,鋼級和絲扣類型。

2. 注水泥

注水泥是套管下入井后的關鍵工序,其作用是將套管和井壁的環形空間封固起來,以封隔油氣水層,使套管成為油氣通向井中的通道。

3. 井口安裝和套管試壓

下套管注水泥之后,在水泥凝固期間就要安裝井口。表層套管的頂端要安套管頭的殼體。各層套管的頂端都掛在套管頭內,套管頭主要用來支撐技術套管和油層套管的重量,這對固井水泥未返至地面尤為重要。套管頭還用來密封套管間的環形空間,防止壓力互竄。套管頭還是防噴器、油管頭的過渡連接。陸地上使用的套管頭上還有兩個側口,可以進行補擠水泥、監控井況。注平衡液等作業。

4. 檢查固井質量

安裝好套管頭和接好防噴器及防噴管線后,要做套管頭密封的耐壓力檢查,和與防噴器聯接的密封試壓。探套管內水泥塞后要做套管柱的壓力檢驗,鉆穿套管鞋2~3米后(技術套管)要做地層壓裂試驗。生產井要做水泥環的質量檢驗,用聲波探測水泥環與套管和井壁的膠結情況。固井質量的全部指標合格后,才能進入到下一個作業程序。

4、固井的方法

1. 內管柱固井

把與鉆柱連接好的插頭插入套管浮箍或浮鞋的密封插座內, 通過鉆柱注入水泥進行固井作業,稱為內管柱固井。內管柱固井主要用于大尺寸(16″~30″)導管或表層套管的固井。

2. 單級雙膠塞固井

首先下套管至預定井深后裝水泥頭、膠塞(頂塞和底塞),循環水泥,打隔離液,投底塞,再注入水泥漿,然后投頂塞,開始替泥漿。底塞落在浮箍上被擊穿。頂底塞碰壓,固井結束。

3. 尾管固井

尾管固井是用鉆桿將尾管送至懸掛設計深度后,通過尾管懸掛器把尾管懸掛在外層套管上,首先坐封尾管懸掛器,然后開始注水泥、投鉆桿膠塞頂替、鉆桿膠塞剪斷尾管膠塞后與尾管膠塞重合,下行至球座處碰壓,固井結束。

==井深結構==

1、井身結構的概念

井身結構是指由直徑、深度和作用各不相同,且均注水泥封固環形空間而形成的軸心線重合的一組套管與水泥環的組合。

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2、組成及作用

井身結構主要由導管、表層套管、技術套管、油層套管和各層套管外的水泥環等組成。

1.導管:井身結構中下入的第一層套管叫導管。其作用是保持井口附近的地表層。

2.表層套管:井身結構中第二層套管叫表層套管,一般為幾十至幾百米。下入后,用水泥漿固井返至地面。其作用是封隔上部不穩定的松軟地層和水層。

3.技術套管:表層套管與油層套管之間的套管叫技術套是鉆井中途遇到高壓油氣水層、漏失層和坍塌層等復雜地層時為鉆至目的地層而下的套管,其層次由復雜層的多少而定。作用是封隔難以控制的復雜地層,保持鉆井工作順利進行。

4.油層套管:井身結構中最內的一層套管叫油層套管。油層套管的下入深度取決于油井的完鉆深度和完井方法。一般要求固井水泥返至最上部油氣層頂部100~150米。其作用封隔油氣水層,建立一條供長期開采油氣的通道。

5.水泥返高:是指固井時,水泥漿沿套管與井壁之間和環形空間上返面到轉盤平面之間的距離。

3、相關術語

1.完鉆井深:從轉達盤上平面到鉆井完成時鉆頭所鉆井的最后位置之間的距離。

2.套管深度:從轉盤上平面到套管鞋的深度。

3.人工井底:鉆井或試油時,在套管內留下的水泥塞面叫人工井底。其深度是從轉盤上平面到人工井底之間的距離。

==固井方法==

1、內管柱固井

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如上圖所示,把與鉆柱連接好的插入頭插入套管浮箍/鞋的密封插座內,然后通過鉆柱注水泥進行固井作業,稱為內管柱固井。內管柱固井主要用于大尺寸(16″~30″)導管或表層套管的固井,其優點為:在無大尺寸膠塞、水泥頭的情況下,可對大尺寸套管進行固井;通過鉆柱注水泥、頂替,可大大減少對水泥漿的污染;減小水泥漿的浪費,有效保證固井質量。

2、單級雙膠塞固井

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單級雙膠塞套管固井是海上鉆井最常用的固井方法,它是采用雙套管膠塞(頂、底塞)進行固井的,其工藝流程如圖所示。一般地,自升式平臺或導管架上的固井使用普通套管膠塞,而浮式平臺上的固井使用SSR膠塞。在使用單級雙膠塞固井時,套管柱附件主要由浮鞋、浮箍、扶正器和膠塞等組成,各附件的功能在以后的章節里會講述。

3、尾管固井

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尾管固井是用鉆桿將尾管送至懸掛設計深度后,通過尾管懸掛器把尾管懸掛在外層套管上,然后開始注水泥作業的固井方法。尾管懸掛器可分為機械式和液

式兩種類型,我們通常使用的是液壓式尾管懸掛器,其固井工藝流程如上圖所示。

4、注水泥塞

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要處理井漏、棄井、回填枯竭層位、側鉆和隔絕地層等作業時,就需要注水泥塞技術,平衡水泥塞是最常用的方法。注水泥塞時,首先將鉆具下至注水泥塞設計深度的頂部,注水泥并替出水泥漿(要保證管內水泥面高于環空水泥塞面高度),然后慢慢起出鉆具離開水泥塞頂面,循環沖洗干凈管柱,使水泥塞留在原位置如上圖示。

5、擠水泥

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擠水泥是用液壓迫使水泥漿進入裸眼或經套管或尾管孔眼進入地層中的注水泥作業,典型擠水泥作業如上圖所示。

—商業推廣—

==固井水泥漿==

油井水泥是一種水硬性膠凝材料,它與水按一定的比例混合便形成水泥漿,并在井下硬化成具有一定抗壓強度和滲透率的水泥石。

1) 水泥水化過程

油井水泥的水化是放熱反應,按其水化速度和結構的形成,大致可分為四個過程:起始期、遲緩期、凝結期和硬化期。

A、起始期。在水泥干粉與水混合的幾分鐘時間內,迅速發生水化反應,有大量水化熱生成,在水泥礦物表面上形成一層水化硅酸鈣凝膠,因這種作用最初僅在水泥顆粒表面進行,只消耗一部分水,其余的水份充滿于水泥顆粒之間,水泥漿具有流動性能。

B、遲緩期。由于最初在水泥礦物表面生成的水化硅酸鈣凝膠滲透率非常低,阻止了礦物進一步水化,而使水化速度明顯變慢,此期,水泥漿的流動性能相對比較穩定,水泥漿的泵送入井應在這一時期完成。這一段時間可延續數十分鐘到數小時。

C、凝結期。隨著水化繼續向水泥顆粒的深處發展,礦物表面的水化硅酸鈣凝膠脹開,水化過程又加速進行,產生的水化物交互生成網狀結構,失去了流動性能,水泥漿進入了凝結時期,這段時間大約需幾十分鐘。

D、硬化期。隨著水化物繼續沉積,大量晶體析出,體系的孔隙度、滲透率逐漸降低,強度逐漸增加,硬化成微晶結構的水泥石。這一段時期,隨著水泥石滲透率的不斷降低,水化反應速度逐漸變慢,但持續時間很長,可達數十天,甚至數年。硬化期的明顯特征是強度增長,這也是固井所期求的。

2) 油井水泥常用外加劑

由于井下環境比地面條件惡劣得多,為了使水泥漿廣泛地用于油田鉆井、完井、修井等作業中,對水泥漿密度、稠度、稠化時間和抗壓強度等都具有更高的要求,采用純水泥已遠遠不能滿足工藝技術要求,必須依靠外加劑來調節其使用性能。目前,常用外加劑的種類主要有:緩凝劑、降失水劑、分散劑、消泡劑、促凝劑、抗高溫強度穩定劑、減輕劑等等,

?其主要作用如下:

緩凝劑:主要是延長水泥漿稠化時間或凝結時間。

促凝劑:主要是縮短水泥漿稠化時間以及增大水泥石的早期抗壓強度。

降失水劑:主要用以防止水泥漿急劇失水,保護油氣層。

減輕劑:主要是降低水泥漿密度,防止水泥漿在低壓漏失層發生漏失。

分散劑:用以改善水泥漿的流動性能,有利于水泥漿在低泵速泵壓下進入紊流狀態。

消泡劑:防止和避免溶解水起泡,穩定水泥漿密度。

抗高溫強度穩定劑:在深井、高溫情況下,加入硅粉,防止水泥石抗壓強度出現熱衷退現象。

我們公司生產的TF-13S油井水泥降失水劑:

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