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1、固井基础知识第二部分 固井基础知识第一章 基本概念1、什么叫固井？固井是指向井内下入一定尺寸的套管串，并在其周围注以水泥浆，把套管与井壁紧固起来的工作。2、什么叫挤水泥？是水泥浆在压力作用下注入井中某一特定位置的施工方法。3、固井后套管试压的标准是什么？5英寸、5 1/2英寸试压15MPa，30分钟降压不超过0.5MPa，7英寸，9 5/8英寸分别为10MPa和8MPa，30分钟不超过0.5MPa；10 3/413 3/8英寸不超过6MPa，30分钟压降不超0.5MPa。4、什么叫调整井？为挽回死油区的储量损失，改善断层遮挡地区的注水开发效果以及调整平面矛盾严重地段的开发效果所补钻井叫调整井。

2、5、什么叫开发井？亦属于生产井的一种，是指在发现的储油构造上第一批打的生产井。6、什么叫探井？在有储油气的构造上为探明地下岩层生储油气的特征而打的井。7、简述大庆油田有多少种不同井别的井？有探井、探气井、资料井、检查井、观察井、标准井、生产井、调整井、更新井、定向井、泄压井等。8、什么叫表外储层？是指储量公报表以外的储层（即未计算储量的油层）。包括：含油砂岩和未划含油砂岩的所有含没产状的储层。9、固井质量要求油气层底界距人工井底不少于多少米？探井不少于多少米？固井质量要求，调整井、开发井油、气层底界距人工井底不少于25米（探井不少于15米）。10、调整井（小于等于1500米）按质量标准井斜不大

3、于多少度？探井（小于等于3000米）按质量标准井斜不大于多少度？调整井按质量标准井斜不大于3度。探井按质量标准井斜不大于5度。11、调整井（小于等于1500米）井底最大水平位移是多少？探井（小于等于3000米）井底最大水平位移是多少？调整井井底最大水平位移是40米。探井井底最大水平位移80米。12、目前大庆油田常用的固井方法有哪几种？（1）常规固井（2）双密度固井（变密度固井）（3）双级注固井（4）低密度固井（5）尾管固井13、目前大庆油田形成几套固井工艺？（1）多压力层系调整井固井工艺技术。（2）水平井固井工艺技术。（3）斜直井固井工艺技术。（4）小井眼固井工艺技术。（5）深井及长封井固井工

4、艺技术。（6）欠平衡固井工艺技术。14、水泥头是用来完成注水泥作业的专业工具，常用的有哪几种？（1）简易水泥头；（2）单塞水泥头；（3）双塞水泥头；（4）尾管固井水泥头。15、5 1/2水泥头销子直径为多少毫米？5 1/2水泥头销子直径为24mm。16、常用的套管有哪些规格？5、5 1/2、7、7 5/8、8 5/8、9 5/8、10 3/4、12 3/4、13 3/8、20等。17、简述技术套管及油层套管的作用？技术套管是封隔复杂地层，保证固井顺利进行，安装井口装置，支承油层套管重量，必要时可当油层套管使用。油层套管是封隔油、气、水层与其它不同压力的地层，如因保护套管形成油气通道，满足开采和

5、增产措施的需要。18、常用扶正器的规格有哪些？55 1/4，5 1/27 1/2，5 1/28 1/2，5 1/29 3/4，9 5/812 1/4，13 3/817 3/4。19、上胶塞的作用是什么？（1）在管内隔开水泥浆和泥浆或清水；（2）刮掉管内壁上的泥浆和水泥浆混合物。（3）传递替泥浆终止信号。（4）进行油层套管试压。20、实际施工时间和稠化时间的关系？稠化时间所规定的稠度值一般取多少BC？实际施工时间再加1个小时或1个半小时即稠化时间，稠化时间所规定的稠度值一般取5070BC。21、大庆长垣由北向南包括几个三级构造？自北向南依次为顺序为：喇嘛甸、萨尔图、杏树岗、高台子、太平屯、葡萄花

6、、敖包塔等七个构造。22、大庆油田中部含油组合的油层组有哪些？大庆油田共有10个油层组，依次是萨零组、萨一组、萨二组、萨三组、葡一组、葡二组、高一组、高二组、高三组、高四组。23、大庆油田的标准层是指哪一段，岩性是什么？标准层是指嫩二段底部的一层劣质油页岩。24、大庆油田的断层属于哪一类型？主要属于断距不大，延伸不太长的正断层。25、扶正器作用是什么？目前使用类型有几种？套管能下至预定井深并促使套管位于井眼中心。目前使用的扶正器类型有弓形扶正器，弹性限位扶正器，刚性扶正器，旋流扶正器。26、A级水泥使用深度及温度是多少？A级水泥使用深度范围01828.8井深，温度至76.7。27、G级水泥使用

7、深度及温度是多少？G级水泥使用深度范围02440米井深，温度至93。28、固井后，出现水泥塞的可能原因有哪些？（1）钻井液性能不好，石粉沉淀，出现假塞现象；（2）套管长度与实际长度不符；（3）浮箍、浮鞋失灵，敞压时管内回流水泥浆；（4）替泥浆时，泥浆中混有水泥浆。29、什么叫水泥浆“失重”现象？固井后，水泥浆在凝固过程中由于胶凝和桥堵原因，其液柱压力降低的现象称为水泥浆“失重”。30、什么叫多级注水泥固井？根据井下条件，需利用双级箍实现两次或多次注水泥的特殊工艺固井方法。31、使用封隔器的作用是什么？（1）密封技术套管，防止下部灵敏地层受泥浆和水泥浆污染。（2）防止高压层间的相互沟通。（3）可

8、隔离循环漏失层，减轻水泥对地层的压力。（4）双级注水泥时，不必等待一级凝固时即可注入第二级水泥。32、尾管固井有哪些特点？（1）水泥浆稠化时间的确定：从混配水泥浆起至多余水泥浆完全循环出井口为止。考虑一定安全系数。（2）对尾管悬挂器及短方钻杆等工具，要进行认真全面检查。（3）下井钻杆要认真通内径。（4）对下井套管内径要用通径规检查。（5）尾管与套管重叠段选150-300米，对尾管挂进行悬挂能力校核。（6）对钻具长度，钻杆收缩距，要认真计算。（7）要进行流变学设计。（8）在注水泥施工结束时，要保持回压、以防管外水泥浆倒返。33U型管效应是怎样形成的？答：所谓U型管效应即固井时套管内出现的真空现象

9、，一般这种情况是由于水泥浆密度大于泥浆密度，由于密度不同在注水泥时造成管内外的静压差，当管内外的静压差大到一定值，使这个值足够克服整个流体的沿程阻力之和时，管内流体便会产生自由落体运动。随着自由落体运动速度的增大，泵入的流体不能填满管内便形成一真空段，即发生了U型管效应。34生位到井底是如何规定的？为什么？答：生位到井底这段距离一般约为每1000米井深为10米，这主要是为了替泥浆时胶塞刮掉套管内壁泥饼存于此而定的，一般认为1000米的管内泥饼约需10米的套管内容积。35高压异常地层（憋压层）会给固井质量造成一定的影响，目前常见的憋压层类型有哪些？答：常见的憋压层类型有：（1）透镜体型（2）砂岩

10、层尖灭型（3）渗透率变化型（4）断层遮挡型（5）套断型（6）复合型（7）堵水型。36易漏井有哪几种施工工艺技术？答：主要是应用双级注注水泥工艺技术、双密度注水泥工艺技术，施工时主要是控制水泥密度和泵压、泵速。37固有高压层的井，主要有何种措施？答：主要是考虑使用套管外封隔器，使用抗窜的特种水泥和外加剂，隔离液要适当减少，水泥浆密度控制好。38流动阻力主要受哪几种因素影响？答：影响流动阻力的主要因素有：流体的流速、密度和流度参数，以及流体通过的当量直径等。39隔离液的设计应注意哪些？答：隔离液的设计首先要考虑充分隔离开水泥浆和钻井液另外还要考虑隔离液的使用，因其一般密度较低，会对环空液柱压力造成

11、一定影响，影响压稳。40有碰压显示，试不住压怎么办？答：即有碰压显示，说明已碰压，在排除假碰压可能的情况下，检查地面管汇和泵车管汇，看是否有短路部分，如果有整改后重新试压，确保地面无问题，可判定为套管串有短路部分，应停止试压活动。第四章 固井设计知识固井设计包括套管柱设计和注水泥施工设计一、套管柱设计套管柱设计的目的在于保证套管安全下入，使套管柱满足注水泥作业和后期完井作业需要。因此要求入井套管必须有足够的强度（但不浪费），合适的居中度。（一）套管强度计算方法套管柱强度包括：抗拉强度、抗挤强度、抗内压强度中油集团公司颁布的“固井技术规定”中要求，在设计套管柱时，抗拉强度必须大于1.61.8（技

12、套、表层1.6以上）；抗挤强度大于1.125；抗内压强度大于1.1。1、套管的轴向拉力及拉抗强度 F0=ql10-3F0套管承受的轴向拉力，KNq套管单位长度的各义重力，N/ml套管段长，m上式计算为井口处套管所承受的轴向拉力。实际上在一口井上，井口套管承受的轴向力最大，在抗拉强度设计中，井口最为关键。在实际下套管过程中，套管要受到钻井液的浮力，因此套管上各处所受的拉力要比在空气中小，考虑浮力时，井口套管所受的拉力Fm，为 Fm=ql(1-d/s)10-3式中：d钻井液密度，g/cm3 s钢材（套管）密度（取7.8）g/cm3我国在对套管设计时，一般不考虑浮力的减轻作用。通常用套管在空气中的重

13、力来考虑轴向拉力，认为浮力被套管柱与井壁之间摩擦抵销。在定向井及水平井中，套管弯曲会引起附加应力。当注入水泥浆量较大，在水泥浆未返出套管底部时，管内液体较重，将对套管产生一个附加接应力，Fc Fc=h(c-d/1000)d2cin/4式中：Fc注水泥产生的附加力，KN； h管内水泥浆高度，m c、d水泥浆、钻井液密度，g/cm3 dcin套管内径。当注水泥过程中，流动套管时，应考虑该力。其它附加力：下套管过程中的动载，如上提时附加力；注水泥时泵压变化等。这些附加力很难计算。抗拉安全系数St计算 St=F/F0F为双套管理论上能承受的最大拉伸力（接头拉伸强度），KN；F0计算点以下井段套管在空气

14、中重力。2、套管承受的外挤力及抗挤强度套管承受的外抗压力，主要来自管外液柱压力，地层中流体压力，高塑性岩石的侧向力及其它作业时产生的压力。一般情况下，在常规套管设计中，外抗压力按最危险的情况考虑，即按套管内全部掏空；套管承受钻井液柱压力计算，其最在外挤压力为：Poc=9.81dD10-2 P0c套管承受的外挤力。MPa d管外钻井液密度 D计算的井深,m从式中可以看出，套管底角所受的外挤力最大，井口处最小。套管的抗挤强度：指套管在外挤力作用下，失圆、挤扁时的最大外挤压力数值，一般从甲方手册查阅。在有轴向载荷时的抗挤强度在轴向力作用下，套管能够承受外挤或内压能力是会发生变化的，或者说，是与地面做

15、的抗挤或抗内压强度是不一样的。假定套管自重引起的轴各拉应力为Z，由外挤或内压引起的圆周向应力为r。因套管为薄壁管，r比t小得多，可忽略不计，因此可只考虑轴向拉应力Z和周向应力t二维应力，按照第四强度理论，套管发生破坏的强度条件为： 2Z+2t-Zt=2ss为套管钢材屈服强度，Mpa（Z/s）2-Zt/s+（t/s）2=1即为椭圆方程：Z/s为横轴，t/s为纵轴，为画出应力图轴为双轴应力椭圆。考虑轴向拉应力时，套管的抗挤强度计算为近的采用下式： Pcc=Pc(1.03-0.74Fm/Fs)式中:Pcc存在轴向拉力时的最大允许抗外挤强度，MpaPc原轴向力时的套管抗外挤强度（手册P160-177）

16、Fm轴向拉力，KNFs套管管体屈服强度（手册P160177）E式在0.1Fm/Fs0.5范围内计算误差与理论计算值在2%以内。抗挤安全系数 Sc=Pc（或Pcc）/P0c3、套管承受的内压力及抗内压强度套管承受的内压力来源：地层流体（油气水）进入套管产生的压力；生产中特殊作业（压裂、酸化、注水）时的外来压力。当井口敞开时，套管内压力等于套管内流体产生的压力；当井口关闭时，内压力等于井口压力与流体压力之和。通常井口内压力有三种确定方式：（1）假定套管内完全充满天然气，则井口处内压力近似表示为： Pi=Pgas/e1.115510-4GL式中：Pi井口内压力，Mpa Pgas井底天然气压力，Mpa

17、 L井深，m G天然气与空气密度之比，一般取G=0.55（2）以井口防喷器能承受的压力作为井口内压力。（3）以套管鞋处的地层破裂压力值决定井口内压力。 Pi=L(Gf+Gf)Gf套管鞋处地层破裂压力梯度，MPa/mGf附加系数，一般取0.0012MPa/m。 在上述三种方案中，一般采用套管内完全充满天然气时的井口处内压力来计算。即第一种情况。 套管的抗内压强度指套管在内压力作用下发生爆列时的内压值。 套管的抗内压安全系数： Si=P理/PiP理套管最小屈服强度下的抗内压力，MPa；Pi计算点处实际承受的内压力。（二）套管柱强度设计方法1、等安全系数法：基本思路是各危险载面上的最小安全系数等于或

18、大于给定的安全系数。设计时，先考虑下部套管抗挤（通常水泥面以上磁管外应考虑双轴应力，再考虑上部套管应满足抗拉及抗内压要求）。2、边界载荷法（拉力余量法）：此法抗挤强度设计与等安全系数法相同。抗拉强度采用：以抗拉设计的第一段套管的可用强度=抗拉强度/安全系数；边界载荷（拉力余量）=抗拉强度-可用强度。以抗拉设计的第二段套管的可用强度=抗拉强度-边界载荷以各段均按同一个边界载荷来用可用强度。优点：套管各段边界载荷相等，套管受拉时，各段拉伸余量相等，避免浪费。3、最大载荷法：基本思路是将套管按表层、技套、油层分类，每一类套管按其外载性质大小进行设计。其方法为：先按内压力筛选套管，再按有效外挤力及拉应

19、力进行强度设计。4、AMOCO法，独特之处：抗挤考虑受拉影响（双轴），计算外载时考虑按箍处受力，计算内压时考虑抗应力影响。5、BEB法：图解法，计算外挤内压时考虑拉力的影响，拉应力按浮重计算，并考虑浮力作用在套管鞋底部截面上使底部受压应力。6、前苏联设计方法：该方法比较繁琐，一般不常应用，略。目前，我国常采用等安全系统法和BEB法。（三）套管伸长与回缩1、套管在外力作用下伸长L=FL/AEF外力，N；L套管总长，m；A套管截面积，m2；E套管钢材的弹性模量，E=206106Kpa=206109Pa 2、套管在自重作用下的伸长l=WL2/2AEW单位长度套管所产生的重力，N/m 3、套管在泥浆中

20、（下入井后）的伸长经验公式l=7.854-m/4L210-7m钻井液密度，g/cm3 4、套管在热应力作用下，伸长（缩短）量lr=LT为钢材料的热膨胀系数；=12.110-6m/mT套管变形前后的温差，在井眼中，由于温度变化作用，套管伸缩量l=liTi5、固井后套管回缩距计算固井后，由于下部封固段水泥的凝固，使井口套管承受的自重明显减少，原来已拉伸的套管会由于受力的减少而回缩，因此要求从井口斜放套管回缩的距离，以保证套管不致于被拉段。套管回缩距计算，公式：L=L自/10E（L固钢-L总m）L套管回缩距，m； L自自由段套管长度，m；L固封固井段套管长度，（封固段长）m；L总套管总长，m；钢钢的

21、密度，g/cm3；m泥浆密度，g/cm3；E钢的弹性模量，2.06108KPa。 钻井测试手册P350页也提供了一套经验公式：L=7.854-m/2L固l10-7m泥浆密度，g/cm3； L固封固段套管长度，m； l自由套管长度，m（四）定向井套管强度设计在弯曲井段，套管弯曲应力对套管抗拉抗内压强度影响较大。1、定向井中套管管体允许的弯曲半径，推荐使用下式：R=ED/200YPK1K2 式中：R允许的套管弯曲半径，cm E钢材弹性模量，206106Kpa D套管外径，cm YP钢材的屈服极限，KPa,甲方手册P206表318 K1抗弯安全系数，取1.8 K2螺纹联接处的安全系数，K=3 井眼曲

22、率K与井眼轨迹半径R0关系 R0=5730/K R0井眼轨迹半径 K曲率（/100.m）要想使套管安全入井，必须满足：R地层孔隙压力（2）欠压易漏井及环空液柱压力地层破裂压力在高压层与漏失层在一口井同时存在的情况下，固井设计必须以压稳为前提条件。（二）流体方案设计1、水泥浆方案（1）水泥浆密度。水泥浆密度必须满足地层防漏要求和封固井段的特点要求。（2）水泥浆配方。水泥浆配方的选择以确定的水泥浆密度、井深、井温和地层水、气特点来选择。一般来说，按照井深和地层水特点来选择油井水泥级别（A级运用于0-1828m，G级适用于0-2440m），根据井底温度选择抗高温外加剂，包掺料，根据地层压力、渗透性确

23、定水泥浆的防窜、防渗性能。目前，在大庆地区，一般调整井、开发井均采用A级水泥，井深大于1800m的探井，采用G级油井水泥，深井（3000m以上）全部采用G级混石英砂抗高温水泥浆体系。（3）水泥浆主要性能要求稠化时间：满足施工要求，一般情况下要求不低于施工时间加1小时30分钟。流动度：要求220mm。失水：根据油藏特点不同而不同，一般低渗油藏对油层保护要求较高时，采用低失水水泥浆，失水量控制在300ml以下，有特殊要求的按要求调节水泥浆失水量。初始稠度：要求水泥浆必须有较低的初始稠度（15Bc）。抗压强度：为满足完井期间射孔、酸化压裂等作业要求，水泥石必须有足够的抗压强度。对常规水泥浆，要求水泥

24、石的抗压强度：24小时18MPa，48小时20MPa；对低密度水泥浆，24h抗压强度应大于12MPa，48h抗压强度大于14MPa。2、前置液方案使用前置液的目的在于有效冲洗附着在井壁和管壁上的残余钻井液，隔离钻井液和水泥浆，并适应调节环空液柱压力，为替净和压稳创造条件。前置液包括冲洗液和隔离液。（1）前置液方案选配依据选配前置液方案主要依据钻井液类型，关键时确定冲洗液。一般来说，使用油基钻井完井，附着在井壁及管壁上的油膜难以冲洗，要求冲洗液必须对油膜有较强的乳化冲洗效果。而一般的水包油钻井液体系则易于冲洗，因而对冲洗液选择条件较为宽松。（2）前置液的性能要求与钻井液和水泥浆具有良好的相容性；

25、冲洗液密度满足压稳要求。3、顶替液顶替液设计的关键在于平衡施工过程中管内外压差，降低施工压力，保证施工安全。在地面设备许可的条件下，应尽可能采用较低密底的钻井液或者采用清水做顶替液，以减少或避免固井后钻井液中固相沉淀而出现的假水泥塞。（三）注水泥施工参数设计1、井眼容积 Vw=Di2Hi/4式中Vw为封固段井段容积；Hi、Di2分别为第I井段段长及对应的井径。2、套管外容积即封固段内由套管外所围的圆柱所占的体积。 Vc=Di2H/4式中Vc为套管外容积，Dc为套管外径，H为封固段长度。3、环形容积井壁和套管之间环空所占的体积。 Va=Vw-Vc4、水泥塞体积指碰压座（浮箍、承托环、阻流板等）到

26、井底之间的一段套管内容积，固井后，这里充满水泥。 Vs=(Dc-2t)2（L-Ls）/4式中Vs为水泥塞体积，t为套管壁厚，L为井深，Ls为碰压座下深。5、设计水泥体积 Vcem=Va+Vs+Vf式中，Vf为水泥浆附加量，附加系数依据地区注水泥经验系数而定。6、干水泥用量 M=Vcem/q式中M为干水泥用量，q为单位水泥造浆体积。造浆量q因水泥浆配方、性能要求不同而不同。一般常规水泥浆（A、G级原浆）每袋水泥造浆量可用下式表示： q=15.873+(50-15.873Pc)/(c-1)式中c为设计水泥浆密度。7、替钻井液量 Vt=vilivI、lI分别表示生位以上不同壁厚管柱的每米内容积和段长

27、。8、用水量计算总用水量=注隔离液用水+注水泥浆用水+顶替用水+洗车用水9、施工泵压计算 PP=（PHA-PHc）+P式中PP表示施工最高压力；PHA表示环空液柱最高压力，PHC表示管内液柱压力，P为流动阻力，可用下式表示为： P=0.2LV2f/DL套管长度，m；流体密度，g/cm3；V流速，m/s；D套管直径，cm；f流体范围摩抗系数，f=0.00454+0.644Re-0.70当Re=2100时，f=0.00758P也可以用以下经验公式表示 ： P=0.00098L+（3-4）MPa。式中L为井深。10、井底循环温度计算 T=T0+108L/168式中，T为井底循环温度（），T0为循环出

28、口温度（），L为井深。第五章 常见固井事故应急预案循环洗井阶段1、循环洗井压力过高怎么办？理论上讲，循环压力只应是沿程阻力作用的结果。如果由于洗井不充分，泥浆中固相含量过高；泥浆粘度以及切力过高；井壁坍塌脱落造成环空不畅等原因，应加大洗井排量或处理泥浆性能后使压力降至正常值以后方可施工。如果是由于环空间隙过小，导致环空流速过快，应适当降低洗井排量，以防止冲毁井壁或坍塌。2、在洗井过程中发现泥浆中有油气显示应如何处理？首先应判断是否是油气侵造成的，如长时间大量的油气显示，则应提高泥浆比重，延长循环时间，适当提高洗井排量，直至油气消失。3、在洗井过程中如发现水浸造成泥浆密度有明显降低，应怎么办？答:应提高泥浆比重。4、循环洗井时如发现微漏应如何处理？答：应继续加大排量循环，如漏失加重，应进行堵漏处理，如循环一段时间以后，形成泥饼，微漏停止，方可固井。5、钻进井漏处理以后如果在循环洗井时泥浆多返，应如何处理以待固井？答：应延长洗井时间，适当增大洗井排量，提高泥浆比重。6、井口出砂的原因有几种？答：一是井底钻屑没有完全清洗出来。如果是由于泥浆性能问题，应调整泥浆性能，使其便于携屑，缩短洗