固井完井新编材料
&&&&目录第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 前言 完井方式及方法 膨胀管技术 注水泥技术 保护油气层的完井固井新技术美国、前苏联和我国过去的完井工程的概念一般都 认为是钻井工程的最后一道工序，即钻完目的层后下套 管、注水泥固井(或包括射孔)完井。但近年来，随着油 田开发中后期的到来，特殊油藏开发井及特殊工艺井的 增加，科研工作者采用了不同的&&&&完井方式和方法，从而 提高了油气井完善程度。由于这方面的技术进步，其结 果是提高了油气井的单并产量。完井工程已经不仅仅是 下套管注水泥固井，而是与油气井产能的提高攸攸相关， 这是现代完井工程的新概念，从而拓宽了完井范畴。第一节第一节1．完井工程定义前 言完井工程是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程， 是从钻开油层开始，到下套管注水泥固井、射孔、下生产 管柱、排液，直至投产的—项系统工程 。2．完井工程的理论基础(1)通过对油气层的研究以及对油气层潜在伤害的评价，要求从钻开油层开始到投产每—道工序都要保护油气层，尽可能减少对储层的伤害，形成油气层与井筒之间的 良好连通，以保证油气层发挥其最大产能。第一节(2)通过节点分析，充分利用油气层能量，优化压力系统， 并根据油藏工程和油田开发全过程特点以及开发过程中所采 取的各项措施，来选择完井方式及方法和选定生产套管直径， 再推算套管程序，为科学地开发油田提供必要的条件。 3．完井工程的内容 (1)岩心分析及敏感性评价常规分析薄片鉴定岩心分析x射线衍射(xrd)电镜扫描(sem)第一节水敏 速敏敏感性评价酸敏碱敏 盐敏(2)钻开油层的钻井液钻井液的选择，主要是考虑如何防止钻井液的滤液 和固相物质侵入油层而造成油层伤害，同时又考虑到安全钻进的问题，如钻遇高压层、低压层、漏失层、岩盐层、石膏层和裂缝发育层时的钻井液，根据测井资料、 岩心分析、敏感性评价数据和实践经验去选择钻井液类 型、配方及外加剂。第一节(3)完井方式及方法 完井 先期裸眼完井 后期裸眼完井 割缝衬管完井 完井方式 衬管完井 完井裸眼完井方法方法绕丝筛管完井 砾石充填完井 套管射孔完井套管射孔 完井完井 方法 尾管射孔完井 套管内防砂完井第一节(4)油管及生产套管尺寸的选定根据节点分析(nodal analysis)即压力系统分析，进行油层—井简—地面管线敏感性分析。油管敏感性分析则是根据油层压力、产量、产液量、流体的粘度、增产措施和 开采方式等方面的综合分析去选定油管直径，然后根据油管尺寸去选定生产套管尺寸。过去传统作法是先选定生产套管尺寸，然后再确定油管 尺寸。 现代完井工程没有沿用过去传统概念和作法，而是 建立了用油管尺寸去确定生产套管尺寸的新思路和新方 法。(5)生产套管设计 设计依据：1)井别：油井、气井或注蒸汽采油井、注水井或 注汽井。第一节2)油层压力及油层温度。3)地下水性质、ph值、矿化度以及对套管的腐蚀 程度。 4)天然气中是否含h2s或co2等腐蚀性气体。 5)油层破裂压力梯度，压裂、酸化增产措施的最 高压力。 6)地应力走向、方位及大小。7)注蒸汽时的压力、温度。 8)盐岩层的蠕动。 9)注水开发后的压力变化及油层间窜通状况。第一节10)油层出砂情况。(6)注水泥设计应依据不同类别的井，如油井、气井、注水井、注气 井和注蒸汽井等对水泥性能和返高的要求，油气层压力状 况如高压区、低压区、漏失带及裂缝状况，以及注水开发 凋整井的油层压力变化和油层流体的流动状况，注蒸汽热 采井对水泥耐温要求，腐蚀气体如h2s、co2及高矿化度的 地下水对水泥腐蚀的问题，来选择一次注水泥、分段注水 泥或套管外封隔器注水泥等方式及选择水泥浆配方，从而 搞好注水泥设计。第一节(7)固井质量评价检查套声幅测井测水泥封固第一界 面状况 固井 质量管外水泥是否 封固好 有无窜 槽和混声波变密度测 井测水泥封固 第二界面的状 况浆段返高状况第一节(8)射孔及完井液选择根据射孔敏感性分析，确定射孔孔密、孔径、相位。 然后根据油层渗透率、原油物性及油层伤害情况选择射 孔枪及射孔弹类型，并根据油层压力高低、渗透率高低 和油气物性选择射孔方式，如电缆射孔、油管传输射孔和负压射孔。与此同时，还要选择与油层粘土矿物和油藏流体匹配的射孔液及完井液。(9)完井的试井评价完井投产后，通过试井测试表皮系数，这是当前检 查油层伤害的主要方法。通过对表皮系数的分析研究，找出油层伤害的原因，以便解除或减少对油层的伤害。第一节(10)完井生产管柱当前国内已发展了油、气井生产管柱，还有特殊生产管 柱，可大致分为下述几种类型： 1)永久型管柱。 2)气举管柱。 3)防腐、防蜡、防垢、防结盐等管柱。 此外，海上油井、深井或超深井、天然气井、高产井和 特殊地理环境井如泄洪区、地震高发区等，要求在距井口下面100m左右(海上油井要求在水泥面以下100m左右)装有井下安全阀，以防井喷事故。(11)投产措施根据油层伤害程度及油气层类型，采用不同的投产措施。投产措施往往采用抽吸、n2或高能气体压裂等方法解堵，有的 酸化、压裂措施后才能投产。气举、气化水或泡沫来助排，必要时采用盐酸、土酸酸浸 井则必须采取上述完井工程定义、理论基础、内容和操作程序等， 构成了完井工程系统。如前所述，完井工程是衔接钻井 工程和采油工程，但又是自身相对独立的一门新兴工程。 但此工程(或称工程系统)并非工作系统，而是从油田开 发的宏观出发，立足于油藏工程，近、远期结合，按完 井工程系统的要求，将钻井、完井、采油工程有机地联 系起来，而不是用完井工程去代替钻井和采油工程，还 需要钻井、完井、采油工程搞好各自的工作。在高科技 时代的今天，各项工程都是互相渗透而又共同发展的。第一节当前提出完井工程概念和形成完井工程系统，其目的如下：1)尽可能减少对油气层的伤害，使油气层自然产能能更好地发挥。2)提供必要条件来调节生产压差，从而提高单井产量。3)有利于提高储量的动用程度。4)为采用不同的采油工艺技术措施提供必要的条件。5)有利于保护套管、油管，减少井下作业工作量，延长油气井寿命。6)近期与远期相结合，尽可能做到最低的投资和最少的操作费用， 有利于提高综合经济效益。第二节完井方式及方法完井方式是油田开发中的一项重要工作，油藏开 发方案和井下作业措施都要通过完井管柱来实现。合 理的完井方式应该根据油田开发方案的要求，做到充 分发挥各油层段的潜力，油井管柱既能满足油井自喷 采油的需要，又要考虑到后期人工举升采油的要求， 同时还要为一些必要的井下作业措施创造良好条件， 因此。完井方式力求满足以下要求：第二节1)油、气层和井筒之间应保持最佳的连通条件，油、气层 所受的伤害最小； 2)油、气层和井筒之间应具有尽可能大的渗流面积，油、 气入井的阻力最小； 3)应能有效地封隔油、气、水层，防止气窜或水窜，防止层 间的相互干扰； 4)应能有效地控制油层出砂，防止井壁坍塌，确保油井长期生产；第二节5)油井管柱既能适应自喷采油的需要，又要考虑到 与后期人工举升采油相适应； 6)应具备进行分层注水、注气、分层压裂、酸化以 及堵水、调剖等井下作业措施的条件；7)稠油开采能达到注蒸汽热采的要求；8)油田开发后期具备侧钻的条件；9)施工工艺简便，经济效益好。一、直、斜井完井方式套管射孔 射孔完井 尾管射孔 裸眼完井 先期裸眼 复合型完 后期裸眼第二节直、斜井完井 方式割缝衬管 割缝衬管完井悬挂割缝衬管砾石充填完井 预充填砾石绕丝筛管 其他防砂筛管完井 多层充填井下滤砂器 化学固砂(一)射孔完井1、套管射孔完井。套管射孔 完井是钻穿油层直至设计井深，然 后下油层套管至油层底部注水泥固 井，最后射孔，射孔弹射穿油层套 管、水泥环并穿透油层某一深度，第二节建立起油流的通道。套管射孔完井既可选择性地射 开不同压力、不同物性的油层，以 避免层间干扰，还可避开夹层水、 底水和气顶，避开夹层的坍塌，具 备实施分层注、采和选择性压裂或 酸化等分层作业的条件。 2-1 套管射孔完井第二节2、尾管射孔完井。 尾管 射 孔 完 井 是 在 钻头 钻至 油 层 顶 界 后 ， 下 技 术套 管 注 水 泥 固 井 ，然 后用 小 一 级 的 钻 头 钻穿 油层 至 设 计 井 深 ， 用 钻具将尾管送下并悬挂在技术 套 管 上 。 尾 管 和 技 术套 管 的 重 合 段 一 般不小于50m。再对尾管注水泥固井然后射孔。2-2 尾管射孔完井尾管射孔完井由于在钻开油层以前上 部地层已被技术套管封固，因此，可以采 用与油层相配伍的钻井液以平衡压力、低 平衡压力的方法钻开油层，有利于保护油 层。此外，这种完井方式可以减少套管重 量和油井水泥的用量，从而降低完井成本， 目前较深的油、气井大多采用此方法完井。第二节射孔完井适用的地质条件：(1) 有气顶、或有底水、或有含水夹层、易塌层等复杂 地质条件，要求实施分隔层段的储层; (2) 各分层之间存在压力、岩性等差异，要求实施分层测试、分层采油、分层注水、分层处理的储层;(3) 要求实施大规模水力压裂作业的低渗透储层; (4) 砂岩储层、碳酸盐岩裂缝性储层.（二）裸眼完井方式1、先期裸眼完井 钻头钻至油层顶界 附近后，下技术套管注 水泥固井。水泥浆上返第二节至预定的设计高度后，再从技术套管中下入直 径较小的钻头，钻穿水泥塞，钻开油层至设计井深完井，如图2-3所示。2-3 先期裸眼完井示意图第二节2、复合型完井 有的厚油层适合于裸眼完成，但上部有气顶或顶界邻近又有水层 时，也可以将技术套管 下过油气界面，使其封 隔油层的上部分然后裸 眼完井。必要时再射开 其中的含油段，国外称 为复合型完井方式 。 2-4 复合型完井方式示意图第二节3、后期裸眼完井裸眼完井的另一种工序是 不更换钻头，直接钻穿油层至设计井深，然后下技术套管至油层顶界附近，注水泥固井。 固井时，为防止水泥浆伤害套管鞋以下的油层，通常在油层段垫砂或者替人低失水、高粘 度的钻井液，以防水泥浆下沉。或者在套管下部安装套管外封隔器和注水泥接头，以承托环 空的水泥浆，防止其下沉，这 种完井工序一般情况下不采用。2-5 后期裸眼完井示意图第二节裸眼完井的最主要特点是油层完全裸露，因而油层具有最 大的渗流面积其产能较高。裸眼完井虽然完善程度高，但使用局限很大。砂岩油、气层，中、低渗透层大多需要压裂改造，裸眼完成则无法进行。同时，砂岩中大都有泥页岩夹层，遇水 多易坍塌而堵塞井筒。水平井开展初期，80年代初美国奥斯汀的白垩系碳酸盐岩垂直裂缝地层的水平井大多为裸眼完井，其他国家的一些水平井也有用裸眼完井，因为裸眼完井有许多技 术问题难以解决。到80年代后期，大多被割缝衬管或带管外封隔器的割缝衬管所代替，特别是当前水平井段加长或钻分支水平井，用裸眼完井就更少了。第二节裸眼完井适用的地质条件： （1） 岩性坚硬致密，井壁稳定不坍塌的碳酸盐岩储层 （2）无气顶、无底水、无含水夹层及易坍塌夹层的储层 （3）单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多层储层 （4）不准备实施分隔层段，选择性处理的储层（三）割缝衬管完井方式的缺点在于：第二节 该完井方法所存在1、割缝衬管完井 用同一尺寸钻 头钻穿油层后，套 管柱下端连接衬管 下入油层部位，通 过套管外封隔器和 注水泥接头固井封 隔油层顶界以上的 环行空间。井下衬管损坏后 无法修理或更换2-6 割缝衬管完井示意图第二节2、悬挂割缝衬管完井 钻头钻至油层顶界后， 先下技术套管注水泥固井， 再从技术套管中下入直径 小一级的钻头钻穿油层至 设计井深。最后在油层部 位下入预先割缝的衬管， 依靠衬管顶部的衬管悬挂 器将衬管悬挂在技术套管 上，并密封衬管和套管之 间的环形空间，使油气通 过衬管的割缝流入井筒。2-7 悬挂割缝衬管完井示意图第二节割缝衬管的防砂机理： 允许一定大小 的，能被原油携 带至地面的细小 砂粒通过，而把 较大的砂粒阻挡 在衬管外面，大砂粒在衬管外形成“砂桥”，达 到防砂的目的， 图2-81— 油层衬管外自然分形“砂桥”示意2— 砂桥 3—缝眼 4—井筒图如图2-8所示。第二节割缝衬管完井使用的地质条件：（1） 岩性较为疏松的中、粗砂粒储层 ；（2）无气顶、无底水、无含水夹层及易坍塌夹层 的储层； （3）单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多层 储层；（4）不准备实施分隔层段，选择性处理的储层 。第二节(四)砾石充填完井方式对于胶结疏松出砂严重的地层，一般应采用砾石充填完井方式。它是先将绕丝筛管 （也有应用割缝筛管的）下入井内油层部位，然后用充填液将在地面上预先选好的砾石泵送至绕丝筛管与井眼或绕丝筛管与套管之间的环 形空间内，构成一个砾石充填层，以阻挡油层 砂流入井筒，达到保护井壁、防砂入井之目的。（五）其他防砂筛管完井1. 预充填砾石绕丝筛管第二节预充填砾石绕丝筛管是在地面预先将符合油层特件要求 的砾石填入具有内外双层绕丝筛管的环形空间而制成的防砂 管。 2．多层充填井下滤砂器美国保尔(pall)油井技术公司推荐一种多层充填井下滤砂器，它是由基管、内外泄油金属丝网、二四层单独缠绕在 内外泄油网之间的保尔(pall)介质过滤层及外罩管所组成。 该介质过滤层是主要的滤砂原件，它是由不锈钢丝与不锈钢 粉末烧结而成的。第二节（六）化学固砂完井化学固砂是以各种材料(水泥浆、酚醛树脂等)为胶结剂，以轻质油为增孔剂，以各种硬质 颗粒(石英砂、核桃壳等)为支撑剂，按一定比例 拌合均匀后，挤入套管外堆集于出砂层位，凝固 后形成具有一定强度和渗透性的人工井壁防止油 层出砂。化学固砂虽然是一种防砂方法，但在使 用上有其局限性，仅适用于单层及薄层，防砂油 层一般以5m左右为宜。二、水平井完井方式裸眼完井 割缝衬管完 水平井完 井方式 带管外封隔器（ecp） 的割缝衬管完井 射孔完井 砾石充填完井第二节第二节水平井按其造斜和曲率半径可分为短、中、长三类，见表2-1。表2-2 水平井类型（一）裸眼完井方式第二节这是一种最简 单的水平井完井方 式。即：技术套管 下至预计的水平段 顶部，注水泥固井封隔。然后换小一级钻头钻水平井段 至设计长度完井。图2-10 裸眼水平井完井示意图（二）衬管完井方式完井工序是将割第二节缝衬管悬挂在技术套管上，依靠悬挂封隔 器封隔管外的环形空间。割缝衬管要加扶正器，以保证衬管在 水平井眼中居中，如 图2-11所示。图2-11 割缝衬管水平井完井示意图目前水平井发展到分支井及多底井，其完井方式 也多采用割缝衬管完井，如图2-12所示。第二节图2-12 水平分支井示意图（三）射孔完井方式技术套管下过直井段注 水泥固井后，在水平井段内 下入完井尾管、注水泥固井。 完井尾管和技术套管宜重合 100m左右，最后在水平井 段射孔，如图2-13所示。 这种完井方式将层段分隔第二节开，可以进行分层增产及注水作业，可在稀油和稠油层 中使用，是一种非常实用的 方法。水平井尾管射孔示意图（四）管外封隔器（ecp）完井方式管外封隔器的完井方法，可以分两种形式：第二节套管外封隔器及割缝衬管完井套管外封隔器及滑套完井（五）砾石充填完井方式第二节国内外的实践表明，在水平井段内，不论是进行裸眼井 下砾石充填或是套管内井下砾石充填，其工艺都很复杂，目前正处在矿场试验阶段。近年来，国外在此方面有了技术改进，在钻井液中， 加入暂堵剂将地层全部暂堵住，暂堵后渗透率均为零，做 到无滤失，从而为砾石充填创造条件，充填液可采用盐水、 cacl2水或低粘度充填液，砂比240～480kg/m3，充填长度 已达1000m以上。在充填作业完成后，通过酸化或其他化 学剂来解除暂堵堵塞，但工艺较复杂，成本高，因而，水 平井的防砂完井目前仍多采用预充填砾石筛管，金属纤维筛管或割缝衬管等方法完成。表2-3 各种水平井完井方式的优缺点完井方式（1）成本最低优点缺（1）疏松储层，井眼可能坍塌点裸眼完井（2）储层不受水泥浆的伤害 （3）使用可膨胀式双封隔器，可以实施生产控制和分割层段 的 增产作业 （4）使用转子流量计，可以实施生产检测（1）成本相对较低 （2）储层不受水泥浆的伤害 （3）可防治井眼坍塌（2）难以避免层段之间的窜通 （3）可选择的增产作业有限，如不能进行水力压裂作业 （4）生产检测资料不可靠割缝衬管完 井（1）不能实施层段的分隔，不可避免有层段之间的窜通 （2）无法进行选择性增产增注作业 （3）无法进行生产控制，不能获得可靠的生产测试资料带ecp割缝 衬管完井（1）相对中等程度的完井成本 （2）储层不受水泥浆的伤害 （3）依靠管外封隔器实施层段分隔，可以在一定程度上避免 层段之间的窜通 （4）可以进行生产控制、生产检测和选择性增产增注作业管外封隔器封隔层段的有效程度，取决于水平井眼的规则程 度，封隔器的坐封和密封件等耐压、耐温等因素射孔完井（1）最有效的层段分隔，可以完全避免层段之间的窜通 （2）可以进行有效的生产控制、生产检测和包括水力压裂在内的任 何选择性增产增注作业（1）相对较高的完井成本 （2）储层受水泥浆的伤害 （3）水平井的固井质量目前尚难保证 （4）要求较高的射孔操作技术裸眼预充填 砾石完井套管内预充 填砾石完井（1）储层不受水泥浆的伤害 （2）可以防止疏松储层出砂及井眼坍塌 （3）特别适宜于热采稠油油藏（1）不能实施层段的分隔，因而不可避免有层段之间的窜通 （2）无法进行选择性增产增注作业 （3）无法进行生产控制等（1）可以防止疏松储层出砂及井眼坍塌 （2）特别适宜于热采稠油油藏 （3）可以实施选择性的射开层段（1）储层受水泥浆的伤害（2）必须起出井下预充填砾石筛管后，才能实施选择性的增 产增注作业表2-4 各种水平完井方式适用的地质条件完井方式 适用的地质条件（1）岩石坚硬致密，井壁稳定不坍塌的储层 （2）不要求层段分隔的储层 （3）天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩 （4）短或极短曲率半径的水平井 （1）井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的储层 （2）不要求层段分隔的储层 （3）天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩 （1）要求不用注水泥实施层段分隔的注水开发储层 （2）要求实施层段分隔，但不要求水力压裂的储层 （3）井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的储层 （4）天然裂缝性或横向非均质的碳酸盐岩或硬质砂岩 （1）要求实施高度层段分隔的注水开发储层 （2）要求实施水力压裂作业的储层 （3）裂缝性砂岩储层 （1）岩性胶结疏松，出砂严重的中、粗、细粒砂岩储层 （2）不要求分隔层段的储层 （3）热采稠油油藏 （1）岩性胶结疏松，出砂严重的中、粗、细粒砂岩储层 （2）裂缝性砂岩储层 （3）热采稠油油藏裸眼完井割缝衬管完井带ecp割缝衬管完 井射孔完井裸眼预充填砾石 筛管完井 套管内预充填砾石 筛管完井第二节三、完井方式选择完井方式的选择是针对单井而言。虽单井属于同一油藏类型，但其所处的构造位置不同，所选定的完井方式也不 尽相同 ，本节从另一个角度就当前直井 和定向井及水平井两大类型的完井，结 合油田地质和油藏工程的特点就某些问 题论述完井方式选择。第二节（一）直井完井方式选择直井完井方式是国内外自石油开发至 今的完井基本方式，直井完井适应范围广、 工艺技术简单、建井周期短、造价低。按 油、气井地层岩性可分为砂岩、碳酸盐岩 和其他岩性3大类，这3大类型岩性均可以 采用直井完井。1．砂岩油气藏第二节(1)砂岩油藏分为层状、块状和岩性油藏。在陆相沉积地层中，层状油藏所占比例大。块状或岩性油藏中其物性、原油性质和压力系统大致是一致的，因而完井方式无须作特殊考虑。但层状油藏，特别是多套层系同井合采时，就应认真考虑其完井方 式。首先应考虑的是各层系间压力、产量差异，若差异不大，则可同井合采；若差异大，特别是层间压力差异大，因层间干扰大，高压层的油将向低压层灌，多套层系开采的产量反而低 于单套层系的产量，在这种情况下，即应按单套层系开采；但有时单套层系的储量丰度又不足以单独开采，此时只能采用同井双管采油，每根油管柱开采一套层系，以消除层间干扰，保 证两套层系都能正常生产。如南海油田某井即是采用双管完井 的。第二节(2)砂岩油藏从原油粘度来分，可分稀油、稠油油藏。 稀油油藏大多需要注水，补充地层能量开发，而且多 套层系都要进行压裂增产措施。这类砂岩油藏只宜采用套 管射孔完成。砂岩稠油油藏，因稠油层不论普通稠油或特、超稠油，油层大多胶结疏松，生产过程大多出砂，因而必须采取防 砂措施。此外必须强调的是稠油井应采用大直径套管，套 管直径不小于7in。 砂岩普通稠油大多采用注水开发特、超稠油都是采用注蒸汽开采2.碳酸盐岩油气藏胜利纯第二节孔隙性套管射孔油藏化油田完井开发初期采碳酸盐 岩油藏渗流 特性裂缝性油藏裂缝和孔 隙双重介 质油藏华北任丘 油田用裸眼完井 后期采用套 管射孔完成第二节四川磨溪气田 套管射 四川靖 碳酸盐 边气田宜采用套管孔隙性气藏孔完井岩气藏裂缝性气藏 四川其 它地区射孔完井 也可选择裸 眼完井第二节3．火成岩、变质岩等油藏 这类油藏是指火山岩、安山岩、喷发岩、花岗岩、片麻岩等油藏。这些类型油藏都属次生古潜山油藏，是由生油 层的原油运移至上述岩石的裂缝或孔穴中而形成的油藏，这种类型油藏都为坚硬的岩石，可按裂缝性碳酸盐岩油藏完 井。（二）水平井及定向井完井方式选择第二节裸眼完成按曲率半径选 择完井方式 水平井割缝衬管加套管外封隔器(ecp)完井套管射孔完井割缝衬管完井完井方式选择 依据 稠油开按开采方式及 增产措施选择 完井方式采套管射孔完井低渗透油层套管射孔完成第三节一、概述1．膨胀管技术的发展情况膨胀管技术膨胀管技术就是将管柱(包括实体套管和割缝管)下 到井底，以机械的、或液压的方法，由上到下或由下 往上，通过拉力或压力使管柱发生永久塑性变形，从 而达到使井眼或生产管柱的内径扩大的目的。实体套 管直径膨胀一般可达10%－30%，而割缝管的直径膨 胀率可以达到300%。可膨胀管包括可膨胀实体管 （set）和可膨胀割缝管(est)两种，后来又在可膨 胀割缝管的基础上发展出专门用于防砂的可膨胀防砂 筛管（ess）。第三节1.1 国外技术发展情况壳牌公司于上世纪90年代后期首先开发该技术。目前，世界上有成熟技术和产品的公司有三家：enventure 环球技术公司、e2tech公司和petroline公司。enventure 环球技术公司主要从事实体膨胀管的开 发、销售并提供技术服务。目前实体膨胀管99%的施工进 尺是由该公司实施的。据统计，enventure 至现在为止共 为全球36家操作公司在113口井上进行了膨胀管商业应用， 膨胀套管长度达达到111500英尺，各种接头2870个。第三节e2tech公司主要从事膨胀筛管（est）的研究与制造。膨胀筛管初步解决井壁坍塌、防砂问题。 1995年在阿曼某油田的一口下套管直井中首次使用了 割缝管，膨胀后撑开9米长的筛管，以利用est的高 膨胀性能构成防砂筛管系统。 petroline公司于1999年推出了可膨胀防砂筛管， 即ess技术。ess已在欧洲、中东、亚太地区、拉丁 美洲和尼日利亚的油气田广泛使用，应用最多的是裸眼井和需进行内侧砾石充填的油气井，迄今为止，ess技术在现场应用中成功率100%。第三节1.2 国内情况 西南石油学院管柱力学实验室对套管 的膨胀进行了塑性变形有限元力学分析， 大港油田钻采院对膨胀割缝管技术做了一定的工作，胜利油田钻井工艺研究院对膨胀机理、膨胀管材做了初步的研究。第三节二、实体膨胀管实体可膨胀管技术是通过机械的或液 压的方式使膨胀锥受压或受拉从管柱中穿过， 使管柱内径永久胀大的技术。大多数实体套 管的膨胀技术应用在41/2&到133/8&的管柱， 膨胀率一般为10--30%。第三节膨 胀 机 理 如 图3 －1,实体膨胀套管的底部是一个“箱体”，一般叫做“ 起动装置”，里面包含一 个膨胀锥。内管柱的高压 流体到达压力室推动膨胀 锥从下向上完成膨胀过程 。图3－1 实体膨胀管膨胀示意图（一）用途第三节⑴ 优化井身结构，减小井眼锥度增加套管长度，使生产套管或尾管有尽可能大的内径；⑵ 减少钻井成本。如在深水区作业也只需尺寸更小、费用更低的钻井船；降低钻井液和相关设备的费用。⑶ 维修和加固井下现有的套管，以及套管堵漏。⑷ 改善尾管上部的密封效果，是尾管悬挂器和尾管封隔器的一种理想、经济的替代品。（二）应用情况裸眼井膨胀 尾管系统第三节主要解决漏失和 复杂地层情况下 的钻井钻问题实体膨胀 管技术套管井膨胀 衬管系统主要用于修补 作业，可修复 套管数千英尺膨胀尾管悬 挂器系统1．可膨胀裸眼钻井尾管系统第三节可膨胀裸眼钻井尾管尾管系统技术有三方面的作用： 1一般深井钻井需要多开，上部井眼使用大尺寸套管成本太高。使用可膨胀裸眼尾管钻井系统允许上部井段使用较小尺寸套管可以显著降低套管成本。2随着井眼的不断加深、作业者不得不下直径越来越小的套管。如果采用可膨胀管就能减小井眼的锥度，维持井径和套管内径，进而提高钻井效率；可以钻更小、更深的井眼却能使生产套管 具有更大的直径，有利于提高油气产量。3作为一项节省投资的应急措施，可膨胀裸眼尾管使作业者得以将 常规井身结构沿用到探井，可膨胀管裸眼尾管的直径大于常规井 身结构的尾管直径，因而便于将探井转为具有经济产量的生产井。第三节哈里伯顿能源服务 west cameron 17井证明 膨 于 1999 可 以 月 公 司胀 管 技 术年 11 解决一些深井井身方面 在 墨 西 哥 湾 的 west 的共同问题。应用膨 cameron 术block 井 17 胀管柱技 与常规 井 采估 计 成 本胀 裸 节 相比 用 可 膨 可以 眼 约 40 系 统 成 实 际 达 尾 管万 美 元 ，功 钻 节 省 约8万5千 美 － 2 是 目 的 层 。 图 3元， 因 为这是一项新技术， 传统套管设计与7 技术应用成熟以后， 5/ “×9 5/ ”膨胀管设 8 8 估 计 可 以 节 约 成 本 29 计方案对比。 万美元。图3－2 图3－2wester careron 17井采用可膨胀钻井尾管技术降低成 wester careron 17井采用可 本，井身对比图 膨胀钻井尾管技术降低成本，井身对比图第三节2．可膨胀套管衬管系统可膨胀衬管系统在以下三个方面的作用：①义。用于修补老井或已坏井中数千英尺的套管，这一用途对于修补大段的已腐蚀套管以及进行侧钻和加深钻井作业特别有意②用来封隔用挤水泥之类常规方法未能封堵的射孔层段，还能用于中断不必要的产气或出水，纠正产液层，从而对现有 的注入井和生产井实施更好的控制。③ 在应急作业中，可以用这项技术修补坏套管或被磨损套管。用内衬可膨胀管的办法可将探井级套管升级为强度更大的生产 井套管，而套管内径只有极少的损失，足可以支持在衬管下面的继续钻进。enventure公司在阿曼 qam-4井7”的套管内下入 可膨胀衬管，套管内径损 失很小，可以将电潜泵下 至最佳深度。为获得最佳 环空流动面积，再次下一 层可膨胀衬管，这是一个 非常具有创意的方法。作 业使用的是5 1/2&衬管，7&第三节套管的初始内径是6.184&，衬管膨胀后内径为5.38&， 套管内径仅减少0.8&图3-3 qam-4井示意图该井恢复生产后，无硫化氢产生，每天增产63立方米。第三节3．可膨胀尾管悬挂器可膨胀管用作尾管悬 挂器，与常规尾管悬挂 器比较： ①更简单、更经济。 ②系统寿命长，维修费 用少。 ③可在坐放过程中和整 个工作期间防止环空泄 漏。 ④利于各种回接作业。第三节三、可膨胀割缝管技术（est）可膨胀割缝管（est）管子上有一系列交错排列且相互重叠的轴向割缝，其本体比实体管易于胀开。 在实施完井作业中，est从底部向 上膨胀，在钻井作业中，则由顶部 向下膨胀。割缝管径向膨胀率为 50%，轴向缩短率不到1%。同时， est膨胀所需的力相对较小。 可膨胀割缝（一）用途1．改善井身设计。 2．提高井径利用率。第三节3．用于水平井裸眼完井，如图3－6。图3－6 膨胀割缝管在水平井中的应用图3-6 膨胀割缝管在水平井中的应用（二）应用情况 1．在钻井作业中的应用使用割缝管与加纤维水泥，对 φ 244mm套管柱下面的井筒加上衬套，第三节可起到隔离事故多发层段的作用。作业程序如图3－7，将尚未膨胀的割缝管下 人套管下扩眼的井段中，用添加有纤维 材料的水泥浆替出钻井液，并在水泥浆凝固之前将割缝管胀开，使其与φ 244mm套管柱下面的φ 273mm井眼结合， 水泥浆凝固之后，钻掉割缝管内的纤维 水泥，从而形成带纤维水泥护层的井筒。分别在得克萨斯、北海和蒙特罗斯进行了现场试验，证明采用est和纤维 水泥加衬里方法，可实现以6.9mpa最小 压差来隔离井筒的目的。可膨胀割缝管作业程序第三节2．在防砂作业中的应用在阿曼一口下套管直井中 首次使用了割缝管，膨胀后撑 开9m长的筛管，以利用est的 高膨胀性能构成防砂筛管系统。该井自恢复生产以来，可膨胀管防砂系统在防止井筒出砂和 保持油井产能方面产生了出人意料的效果，说明采用est技术可以在不进行砾石充填的条 件下达到防砂目的。图3-4 可膨胀割缝管防砂系统四、可膨胀防砂筛管技术（ess）weatherford 公 司 的 子 公 司 petroline公司于1999年推出了可 膨胀防砂筛管（ess）技术。 ess是三层结构，外层是割 缝基管，有保护和支撑的作用； 中间是化合物多层夹层，防砂管 膨胀时，层间互相滑开；内层是 割缝衬管。第三节膨胀式防砂管第三节在作业过程中，锥形膨胀心轴被推人防砂筛管，使ess 扩张造成中心管和保护外套结合在一起，从而达到作业所要 求的井简直径。在筛管的扩张过程中，由三层隔膜构成的重 叠式渗滤隔膜中间层发生径向滑移，另外两层则发生轴向滑 移，直到防砂筛管达到理想的直径。 ess的优点如下： ⑴ 适用于各种井筒条件。⑵ 提高井径利用率。⑶ 提高油井生产能力。 ⑷ 降低裸眼井和套管井的压降。 ⑸ 降低生产成本。第三节ess的可膨胀式隔离套可以取代管外封隔器，具有 以下优点： 1、工具的稳定性高,无泄漏或破裂风险,可以任 意长度封隔地层。 2、可与其他可膨胀割缝管产品串接使用，无 须复杂的压力和机械调节装置, 工艺简单，节省作 业时间。ess发展历程 ：第三节1． 首次在水平井中应用：在尼日利亚的一口水平井中，下入4&ess井下安装和膨胀均获成功。作业后油井自喷， 日产液量170吨，采油指数（pi）达到了6.4t/m。 2．在海上气井中的应用：在英国北海的一口气井中首次 使用了ess。施工后，在井底流压为10.6mpa的生产条件下，井的天然气产量达到1.5x106m3，而且在整个生产过程中始终没有发生井筒出砂问题。 3．2001年早期，weatherford 公司宣布创造了新的可膨胀 防砂筛管施工世界记录。壳牌英国勘探开发公司的 brigantine-a 井 ， 井 深 4829 米 ， 6& 水 平 段 长 2195 米 ，weatherford在该水平段成功安装了1500米的ess。第三节膨胀防砂管与传传统防砂管第四节一、前言1．固井的目的 固井就是将水泥注 入井壁与套管之间的环注水泥技术空中的过程。主要目的一直都是为了封隔井眼 内的油、气和水层(smith，1984)，同时要防止在水泥环中形成窜 槽。4-1 固井的目的2．基本注水泥过程第四节图4－2 常规固井作业第四节二、技术发展过程1．水泥品种 早期可用于固井的水泥只有一到两种。 随着钻井深度的增加，需要不同性能的水泥去适应。自1937年api标准化委员会成立以来，已研制并开发了更多更好的水泥(smith， 1987年)。现今已有了八种不同级别的api水泥，每种水泥都有不同的性能(api，1984)。2．水泥外加剂 水泥外加剂可以调节水泥的如下主要性能： （1） 稠化时间 （2）稠度第四节（3）失水量（4）自由水 （5）凝固时间第四节3．失水控制在所有外加剂中，降失水剂是发展最显著的外加 剂之一，它能使水泥浆保持适当的水灰比。这些外加 剂早在50年代初次投入使用。为了使水泥浆保持可泵 性，需要加入过量的水。在施工中，如果水泥浆在井 内遇到渗透性地层，部分或全部多余的水很容易被挤 出。失水会明显改变水泥浆的性能。如果水泥浆失水 量过大，可能会导致“闪凝”。此时水泥浆不再可泵，施工将被提前终止。而降失水剂的作用是束缚多余的水份并防止这些水从水泥浆中挤出(shell和wynne， 1958年)。通常，当注水泥施工被提前终止时，需要补注水泥作业。4．缩短候凝时间第四节在60年代初，水泥浆设计技术取得了显著的进 步，通过减少候凝时间而节省了大量的成本。早期 的平均候凝时间为10天，在某些情况下长达28天。 直到1961年，平均候凝时间仍达24小时。建井周期 的成本是很高的。1961年开发的一项新技术可使地 面候凝时间缩短列8小时(bearden和lane，1961)。 由于将候凝时间从24小时缩短到8小时，一家公司如果每年钻45000口井可节省建井周期30000天。在80年代高峰期，这家公司每年要钻80000口井，所节省 的建井周期更多。5．密度调节剂 在地层压力 较高的情况下， 这一密度太低以 致不能控制井内 流体。而在地层 压力较低情况下， 需要低密度水泥 以防止在注水泥 施工期间发生井 漏。目前已开发 了很多外加剂以 调节水泥浆的密 度，满足对不同 密度水泥浆的需 要。第四节水泥浆密度与其所用的密度调节剂之间的关系第四节6．测试仪器设备 1939年 ，r.f.farris研制成功了高温 高压稠化仪，它是用于水泥浆设计的最突 出的测试仪器之一。这种仪器可以在模拟 井下温度和压力的条件下，更准确地测定 水泥浆的稠化时间。该仪器在50年后成为 api规范10的部份标准。第四节7．注水泥后的流动在深的高压气井注水 泥技术方面，最重要的发 展是注水泥作业后对气体 流动的控制技术。如果不 对水泥浆进行适当的设计， 在候凝期间天然气将会侵 入水泥基体并沿水泥界面 流动。必须防止气体侵入 水泥，否则将会导致地面 环空压力过高、井涌、层 间封隔差、投产后的产量 低等问题。固井后防止水、气流动的方法第四节8．固井前的井眼准备和调节在制订计划和钻井判断过程 中，最重要的是确定井眼状况是 否可以进行固井施工。图4－5中 给出了理想的可固井眼条件。施 工人员在制订计划时必须首先要掌握这些情况。适当地调节泥浆性能可提高注水泥期间泥浆的顶 替效率。套管的扶正和在循环泥 浆或注水泥期间活动套管一样， 都会提高固井施工的成功率。套 管的旋转和往复活动或二者共用 对提高固井质量都是有益的。 图4-5 理想固结的井眼第四节9．注水泥施工和监测近来，注水泥施工技术发展很快。在过去10 年间，用于监测施工参数的许多仪器和技术得到 了很大发展(smith，1982)。因而这就使得施工人 员能够及时地掌握施工情况，并根据需要改变施 工措施以提高施工的成功率。记录的数据通常包 括泵入排量、环空返出排量、井口压力、泵和返 出的流体密度(用放射性仪器和其它仪器)、累积泵 入量，累积返出量和上下活动套管6t大钩负荷等 (smith，1984)。为了使施工人员能够及时地做出 判断，可使用中心监测车，如便携式电子数据记 录仪等(smith，1984年)。第四节三、生产套管设计的基本依据安全 准则 完井 要求生产套管设计 的基本依据抗腐蚀 要求四、注水泥技术（一）注水泥设计的基本依据第四节1．施工要求 固井质量的基本要求是：注水泥施工后要 形成一个完整的水泥环，使水泥与套管、水泥 与井壁固结好，水泥胶结强度高，油气水层封 隔好、不窜、不漏。要达到以上要求，就必须 全面周密地考虑各种影响因素，精心设计、精 心施工。第四节2．完井要求 水泥浆是由水泥、水、各种化学外加剂组成的具有一定密度的混合液体。不论何种注水泥方法，水泥浆必然接触油气层。由于 水泥浆的滤失量较钻井液的滤失量大得多， 因此水泥浆不可避免地对各类油气层都会造 成不同程度的伤害。第四节水泥浆对油气层的伤害机理已有很多研究成果， 主要的可归纳如下：1水泥浆颗粒引起的伤害。2水泥浆滤液对油气层的伤害。3水泥浆滤液中无机物结晶沉淀对油气层的伤害 。4对于裂缝性储层来说，裂缝是主要的导流通道。第四节3．油、气井开采要求为延长油气井的生产寿命，注水泥设计时应满足如 下要求： （1）满足最小支持强度。 （2）提高热稳定性。 （3）增强抗腐蚀能力。 （4）天然气井注水泥应考虑加防气窜剂，以防止窜 槽。 （5）对于特殊井况：低压、高压地层，有漏失地层、 盐岩层、高温地层，均应有针对性措施。第四节（二）水泥类型及性能1．油井水泥组合 油井水泥含有4种主要的化合物：铝酸三钙、硅 酸三钙、硅酸二钙、铁铝酸四钙。它们在水化时对水泥物理性能将产生较大的影响，故称为水泥的“活性成分”。利用这种现象，可以人为地控制水泥中4种 活性成分的比例，以及它们的细度大小，就能有效地改变油井水泥的基本性能。第四节表4－1 油井水泥性能 早期强 度 长期强 度 水化反 应速度 水化 热 抗硫酸盐腐 蚀性能化合物收 缩硅酸三 钙良良中中中硅酸二 钙 铝酸三 钙铁铝酸 四钙劣良迟小中良劣速大大低劣劣迟小小2．api油井水泥标准 表4－2 油井水泥使用范围第四节第四节3．基本水泥发展为了满足生产的需要，国外基本水泥有了 很大的发展。生产水泥时将特定的外加剂加入 水泥中而成为定型的基本水泥。原api 9种水泥，已简化为a、b、c、d、g、h 5种，而d、e、f级可由g、h级水泥加缓凝剂来实现。我们在 国外开发的油田，已经使用了这些基本水泥固井及挤水泥作业。第四节（三）水泥外加剂有限的油井水泥类型，不可能全面满足各种复杂情况下的不同要求。解决的办法，是在油井水泥中加入一种或多种外加剂，使水泥浆适应各种条件 下的注水泥施工及其质量要求。 外加剂主要用于调整水泥稠化时间、密度、滤 失量、流变性，增容或增加强度，增加热稳定性等。近年来，油井水泥外加剂的研究发展很快，出现了许多新型的外加剂。第四节（四）注水泥质量检测注水泥施工结束后，需要对注水泥质量进行检测，判定是否合格，是否需要采取补救措施。一般注水泥质量检测如下。1．水泥石的固结力为了在套管一水泥一地层之间的接触面处形成有效 封隔，所应考虑的两个主要力是水泥的剪切固结力和水 力固结力。第四节水泥和套管之间的固结力受到如下因素的影响： 1) 套管的内压力变化将引起水力固结强度和剪切固结 强度的相应变化。如果水泥凝固过程中套管保持密闭， 水泥水化热将使管内压力升高，这将降低固结强度并 可能造成气体容易渗漏的微环隙。 2) 随套管表面粗糙度的增加，水力和剪切固结强度都 会加大。3) 套管表面的亲油性涂料降低水泥与套管间的水力固结力。 4) 水力固结的破坏主要与套管的膨胀或收缩有关。第四节影响水泥与地层之间固结力的主要因素有：1) 对地层的良好水力固结取决于水泥与地层之间的紧密接触；2) 水泥和地层接触面间有一层厚泥饼将严重降低水力固 结力； 3) 如果泥饼厚度均匀，则在高渗透性地层处有较高固结 强度；4) 钻井液顶替不干净，对地层固结强度的不良影响，比对套管的影响还大。第四节2．水泥胶结测井声波测井(cbl)是使用最广泛的水 泥胶结测井方法之一。这种方法是根据声学原理向地层发射声波或振动信号，再接收并记录信号往返的时间。因为套 管和地层受到声波作用后的往返时间和 振幅各不相同，所以可通过测得的声波 振幅和往返时间变化确定套管外水泥固 结情况。为了准确地判断水泥胶结质量， 特别是第二界面的情况，可考虑采用声波波列的变密度记录测井方法与声波测图4－6 声波测井井下仪器1－电缆；2－电子线路；3－接 收器；4－发射器；5－套管；6 －水泥环；7－声波传播路径井配对使用。近年来，超声波测井 (uct)采用超声波作声源，取得了良好的应用效果。第五节 完井固井新技术一、新型无固相完井液完井液的技术性能主要满足以下几方面的要求： (1)有效保持完井液液相与地层的相溶性。(2)根据储层孔喉结构特点，控制完井液中的固相含量及其级配，以减少完井液中固相粒子对储层的损害。 (3)体系性能稳定，包括井下热稳定性问题，保证井 下可靠。 (4)成本不高、应用工艺简单。第五节不同油藏选择完井保护液的常规方法：① 低渗透天然裂缝性油藏 无固相水基完井液： 主要以nacl、kcl、cacl等无机盐 类作加重剂和稳定剂，清水为基液的无固相清洁盐水液， 无固相聚合物盐水液。② 低渗透砂岩油藏低渗透砂岩油藏主要考虑到泥岩夹层、井壁稳定、地层水、孔喉半径、地层敏感性等问题，完井液一般延用钻井液体系，如采用的正电胶多元醇泥浆体系和泡沫泥浆 体系，根据油气显示情况及地层压力情况在泥浆调整中实施有效的油层保护措施。第五节二、泡沫水泥浆固井工艺技术泡沫 水泥机械充气式 泡沫水泥浆密度低，强度高、 特 点 导热率低（其导 热 率 在 0.25— 0.7w/m℃）化学发气式 泡沫水泥浆第五节泡沫水泥浆固井施工工艺泡沫水泥固体发气剂a和液体发气剂b相遇 会立即反应放出氮气，因此不能象普通注水泥 施工一样混配泡沫水泥浆。其施工工序分为两部分。一路注水泥（含固体发气剂），如同打纯水泥一样，另一路注泡沫剂（含液体发气剂 和发泡剂），泡沫剂与纯水泥浆经三通汇合后形成泡沫水泥浆注入井中。第五节现场应用实例（1）基本数据 井号：草古更106、井深：797米、套管下深：7″×792米、 泥浆密度：1.07 g/cm3、泥浆粘度：35 s （2）水泥浆配方及性能水泥类型：临朐g级中抗水 泥 浆 配 方 ： g 级 +1.5%a+0.75%b+2.0%c+3.0% 增 强 剂 +40%石英砂+50%水稠化时间：112min(42℃/30mpa)水泥浆密度：1.04 g/cm3（地面），1.4 g/cm3（井下） 抗压强度：7.2mpa/24h×42℃ 常压养护第五节（3）现场施工数据从800至797米采用常规高密度水泥浆封固目的 层段，150至800米采用泡沫水泥浆，井口至150米 为常规水泥浆顶浆段。施工时采取单打单抽的方式， 一台水泥车打密度1.85 g/cm3的水泥浆，另一台水泥车打含有液体发气剂和泡沫剂的液体1.5方，经三通混合后形成泡沫水泥浆注入井内。 施工过程中测得水泥浆平均密度为1.87 g/cm3， 井口测得泡沫水泥浆密度为1.06 g/cm3。48小时后 测井声幅显示，泡沫水泥封固段优质率在80%以上。第五节四、低密高强水泥浆固井工艺技术在固井完井中常遇到低压易漏失地层的固井问题和超长封固段的固井问题。建议采用低密度高强度的漂珠水泥固井工艺。 1. 原理1低密高强水泥浆是基于紧密堆积理论和颗粒级配 理论设计的。2低密高强水泥浆是根据组成物料间的物理化学作 用来确定的。第五节由以上思想专门设计的低密度油井水泥增强剂由较低密度、具有合理颗粒级配、富含sio2材质的胶凝材料组成，能够提高并改善水泥浆 的整体性能，可减小水泥浆的游离液、失水量并能减小水泥石收缩、缩短候凝时间、提高水泥石抗压强度、抗腐蚀和防气窜的能力且不受 使用温度和环境水质的限制。第五节2．低密度高强水泥浆密度计算式中：100
ba——漂珠和增强剂重量比百分数和b——水固百分数3．低密度漂珠水泥浆性能实验第五节第五节掺pzw-b的不同密度的低密度水泥浆推荐配比及性能第五节4．低密度高强度水泥浆固井的现场应用 低密高强水泥浆固井工艺现已在胜利油田的营 11-更27井等21口井上应用，取得了一次注水泥封 固段长度3400米的胜利油田一次固井最长的记录。施工顺利。固井电测解释优良。第五节四、塑性水泥固井工艺随着我国石油勘探开发的深入进行和科学技术的不断进步，对固井的质量要求越来越高。目前我们已研制成功一种性能优异的塑性水泥添加剂,这种添加剂 可较好地解决水泥石脆性问题和提高水泥石的塑性， 从而极大地改善了水泥石的综合性能。这对于提高固 井质量尤其是小间隙环空的固井质量将具有十分重要 的意义并将获得良好的经济效益。第五节1．塑性水泥的作用机理及特点作用机理：该水泥浆体系采用纤维材料作为水泥增塑剂，也就是说采用的是纤维水泥体系。纤维在水泥中的主要作用在于减少 水泥基体收缩而引发的微裂缝并缩小其尺寸，在受荷初期 延缓与阻止基体中微裂缝的扩展成为外荷的主要承载者。 由于纤维的断裂应力大大高于水泥的开裂应变力，故纤维 能较好的跨接在缝口上，抑制裂缝的扩散，而且有利于提 高抗压强度和抗折强度。同时纤维与水泥基体的弹性模量 比较大，更有利于应力从水泥基体之间向纤维传递。这样，纤维可把局部应力传递给整个水泥石基体。第五节特点：塑性水泥体系具有提高施工质量、降低水泥石渗 透率、提高了抗拉强度、提高了水泥与套管，水 泥与地层之间的固结质量、提高了与亲油表面和 亲水表面的固结质量、降低了射孔时水泥环的破 裂程度、提高了防泥浆污染能力等显著特点，有 效延长了油井的使用寿命。第五节2．塑性水泥性能评价 我们采用模拟井下温度和压力条件下养护水泥试件并用射 孔钉进行射孔实验，观察水泥试件孔眼是否规整以及破碎 情况，评价水泥塑性。原浆水泥石配方水泥石(无塑性剂)第五节3%塑性剂配方水泥石4%塑性剂配方水泥石第五节3．塑性水泥体系的基本配方及性能其配方是：g级油井水泥+1.5%降失水剂+1.5%分散剂+3% 塑性剂+w/c(0.44) 水泥石性能指标4．塑性水泥使用结果第五节由于其独特的性能，塑性水泥在纯梁采油厂的樊124-14等65口井上，以及中石化重点科研项目攻关井特殊 工艺井桩1-支平1井（两分支井眼）上使用。由测井解释 结果可知，效果比较明显。第五节五、水泥浆充填管外封隔器完井工艺技术随着油田开发后期的到来，油井地层结构更趋 复杂，高压层低压层可能出现在一个井筒剖面上， 层间层内以及平面矛盾非常突出，给完井固井工作 造成更多技术难题，特别是在水平井、定向井技术 被广泛应用的今天，常规固井方法所存在的问题就 更为突出，有些完井技术要求（如筛管完井、分段 固井及多层分隔开采技术）则根本无法实现，必须 改进传统的工艺，不断推出新的工艺技术。1、管外封隔器的用途八十年代初，管外封隔器主要用以降低 水泥浆液柱压力，防止油气窜通，保护油气 层及油气井防砂等。随着管外封隔器各部件 的不断改进，性能的不断提高，应用范围不 断扩大，形成了能够适应各种条件和满足各 种特殊要求的管外封隔器完井固井工艺技术。1、密封技术套管2、隔离地层3、套管鞋密封4、斜井分级注水泥5、多层裸眼砾石充填6、多层套管完井7、尾管双级注水泥水平井分层封隔2、泥浆胀封封隔器存在的问题 根据膨胀介质的不同，管外封隔器分为水 力充填和水泥浆充填两大类。目前，国内使用 的封隔器一般为水力充填的，它有如下缺陷： ⑴封隔器容易发生失效； ⑵膨胀胶筒由于各种原因发生破裂，从而 失去封隔功能等，使得最初的完井目的达不到， 造成损失，有些油井可能报废。造成水力封隔器失效的主要原因是：*高压差； *不利的工作环境； *轴向载荷； *冲刷井眼； *管子偏心等。3、水泥浆胀封的优点由于水泥浆膨胀管外封隔器采用水泥浆代替常规管外封隔器的泥浆膨胀，消除了大部分潜在的失效原因。其主要优点有以下五点：水泥浆胀封的优点⑷当存在不利的井 ⑸在采油或注水作 ⑴凝固的水泥 ⑶水泥膨胀封隔 筒几何形状时，水 业中，轴向压力不 可防止由于装 器可在不考虑由 ⑵水泥膨胀密 泥膨胀封隔器可在 能传递到水泥膨胀 在阀、滑块或 于膨胀介质的热 封系统（包括 固定套上的弹 相对较低的膨胀压 封隔器的加强筋和 胀冷缩引起的密 所有流道）防 性体的失效而 力条件下座封，在 封损失或封隔器 末端，所以封隔器 止了由于化学 导致的封隔器 破裂的条件下承 采油和增产措施中 不配伍或机械 的完整性并不受这 变形； 受采油或增产措 失效而导致的 仍能提供相对高压 些元件的机械强度 施中的温度变化； 封隔器阀系统 差的密封； 的限制。 放气收缩；正是水泥膨胀式封隔器的诸多优点，决定了其在油井完井中的作用越来越大、越来越不可 替代，应用范围也越来越广泛。与套管、筛管以 及各种专用工具组成的完井固井管柱,能够满足 目前钻井、采油工艺的技术要求(如定向井、水 平井、侧钻井、分支井、酸化压裂等)。通过两种封隔器的对比，其应用效果概括 起来主要有以下三点:⑴利用管外封隔器可 以分隔开不同压力层， ⑵利用水泥浆充 以及水、气、油层等, ⑶衬管、悬挂器同封 填管外封隔器， 解决压力差对固井的 隔器一同下入井中， 可形成永久性封 影响，保护油气层、 隔,提高封隔成功 封隔器随水泥膨胀， 利于增产作业； 率及油井的生产 可以减少建井时间， 寿命； 同时也减少水泥浆通 过膨涨工具的密封件 水力封隔器与水泥浆封隔器的效果对比图漏失到衬管内的危险。第五节4、管外封隔器结构及工作原理封隔器主要由中心管、阀 箍和胶筒组成，通过上接箍、 下接头连接到上下套管上。阀 箍是由打开阀、单向阀和限压 阀串联一起的一个接头；胶筒 为三层结构，分别是内胶筒、 挠性保护钢片和外胶筒。管外封隔器结构示意图管外封隔器结构示意图第五节工作原理：当封隔器下到设计井深后，打压坐封封隔器，当中心管内的压力达到一定值（指封隔器的坐封压力）时，打开阀的销钉被剪 断，阀打开，流体通过单向阀、限压阀进入封隔器中心管与内胶筒之间的腔体，胶筒开始鼓胀，当胶筒内的压力达到一定值 （限压阀设计值）时，限压阀销钉被剪切， 限压阀启动，永久关闭流体通道。外界压 力不管如何变化，不会再开启阀系统流道， 封隔器永久处于涨封状态。4、水泥浆胀封的施工方法施工步骤：1、将套管串下到井底---座悬挂器---丢手起钻 2、下内胀管---替入超缓水泥浆---座封管内封 隔器---蹩压胀封管外封隔器---解封管内封隔器--循环替出水泥浆----起出内管管串结构5．现场使用情况第五节我们在胜利油田富台油田车古201断块和纯西区块采用水泥浆充填管外封隔器完井技术共完成了13口井的施工。车古201块水泥浆充填管外封隔器完井后生产状况统计表第五节六、筛管顶部注水泥工艺技术研究随着油田开发后期的到来,地层构造越来越复杂， 准确的层系预测很难把握，往往在油层电测时才能对钻井地层有较准确的认识和评价。为此,胜利钻井院在对筛管完井、筛管顶部注水泥等工艺方法分析基础上， 确定采用压差式分级箍+管外封隔器分级固井技术；同 时对各工具的配套使用方法及工程可靠性进行了可行 性分析，形成了一套完整的筛管顶部注水泥完井工艺 技术，并进行l9-平1井等10多口井的现场试验。第五节主要技术内容完井管柱结构： 液压式悬挂器+套管+分级箍+封隔 器+盲管+筛管+引鞋确定悬挂器、分级箍、封隔器动作压力，控制压力等 级&2mpa；实现悬挂器座挂、封隔器胀封、分级箍打开 一次性完成。 根据封固段长准确确定注灰量及泥浆顶替量，并在顶 替完成后采用重泥浆平衡压力保护措施。钻通盲管投产。 在l9-平1井现场进行试验，完井后固井段解释合格， 产量18ｔ／日，含水２％。第五节七、封隔器辅助固井技术固井作业后期，水泥浆在凝固过程中十分容易发生油、气、水窜，尤其在有高压油气水层存在的情况 下更加容易发生，严重地影响了固井质量，降低了油井的使用寿命。因此，在固井顶替作业完成后，利用顶替液胀封管外封隔器，隔断油气水窜的途径，这能 有效地改变一些复杂井的固井状况，提高固井质量， 从而达到提高原油的产量和整体的经济效益。第五节 江苏油田实施封隔器完井的产量对比表第五节对比井和试验井的测井图比较对比井韦5-5 韦5-7试验井韦5-18 韦5-20第五节封隔器辅助固井主要用于以下情况： 1．分段多级注水泥，此方法主要用于下部为漏失层对上 部地层的固井；2．封隔油气井井眼中部的漏失层、高压层、水层和坍塌 层；3．解决层间压力差异大的油气水层的窜流问题；4．高压气井固井。&&&&
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