实习技术员的基本功(六)

序言：

    由于本口井比较特殊，采用的是分级固井的方式完井。这也算是水平井完井的一大特点，与其它定向井的完井方式不一样。所以在这里简单的介绍下。

正文：

由于本井是一口水平井，所以完井方式有些特殊。采用的是分级固井的割逢衬管完井的方式。

    割逢筛管完井方法共有两种：一种是在钻完油气层后，下入套管柱端连接衬管的管柱到油层部位，使用套管外封隔器注入水泥封固油层以上井段的环行空间。另外一种完井方式是当钻头钻到油层顶部，下入套管至油层顶部，注水泥固井，下入钻头从套管鞋继续向下钻穿油层至完井井深，再下入带割缝衬管的管柱，封隔器还密封衬管和套管的环行空间。

     使用割缝衬管还允许一些细砂随着原油进入井中，较大的砂粒被阻在衬管外面形成”砂桥”或者”砂拱”，随后较小的砂粒被挡住，以后更小的砂粒被阻挡住。这样，在井壁形成由粗到细的滤砂层，阻止油层大量出砂，起到防砂的效果。

     上图中的缝眼是纵向排列的。

     “口袋”是有出砂沉淀的用途的。对于出砂严重的油层应该将沉砂口袋加长；稠油井为了便于抽油泵下入口袋，口袋也应加长；低渗透油层，由于动液面低，应该加长口袋。本井预留口袋60米。

下面来说说我们表套，技套，和油层套管(上图为技套)。

表套和技套：钢级J-55的浅绿色套管，最小屈服强度379MPa,最高屈服强度552MPa,最低抗拉强度517MPa,延伸率22.5%。

而此次下的油套为两种：钢级N80的为红色套管，最小屈服强度552MPa,最高屈服强度758MPa,最低抗拉强度689MPa,延伸率17%。

钢级P110为白色套管，最小屈服强度758MPa,最高屈服强度965MPa,最低抗拉强度865MPa。

套管螺纹分两大类：API套管螺纹和非API标准的特殊套管螺纹。

API套管螺纹又分：短圆螺纹(STC),长圆螺纹(LTC),梯形螺纹(BTC)，直连型螺纹(XL)。

 油井水泥的性能中对于固井最重要的是水泥水化反应和速度，也就是水泥浆稠化，硬化的速度和反应成生物的强度及热稳定性。

     注水泥的设计方案设计必须做到：一是依据井下地层条件和参数，如被封固地层的岩性和物性，井底温度和压力，地层流体性质等。二是依据井筒条件，如获取井径资料，地层及油气电测资料或数据，完井钻井液性能，地层孔隙压力和破裂压力，确定套管下深及管串组合，水泥封固层位及段长等。在上述条件齐全后方可进行注水泥设计。其中包括：注水泥浆量，替钻井液量，驱替钻井液的流型，临界流速，临界排量，全过程注替压力变化计算，排量及压力控制和隔离液设计等。

     在注水泥和替钻井液过程中，钻井液能否被顶替干净，是水泥作业成功的关键。实践证明，良好的井眼和套管居中是提高顶替效率的前提。

     在大斜度和水平井段，由于重力作用套管容易粘靠井壁，形成套管偏心。套管偏心引起环空间隙不均匀，使流经的液体受到阻力不同。流体的最大流速分布在环空间隙较大的上部，而下部的流速降低，甚至没有液体流经，降低顶替效率，使水泥浆不能有效地填充整个环空，造成环空窜通，这是影响固井质量的主要因素之一。

    扶正器除了能改善套管的居中程度以外，还可以减少下套管的摩擦阻力。扶正器的选择取决于井眼的状况及扶正器受力情况。常用的扶正器有两种：一种是弹性扶正器，另一种是刚性扶正器(本口井使用的是螺旋翼片的刚性扶正器，在入套管前，可以用平口起子将三个螺丝上紧固定在套管上)。弹性扶正器适合于井径大而不规则的井眼，而刚性扶正器适合于井眼轨迹规则，井径均匀的井眼，不适合于有”狗腿”或井径扩大的井段。

    在实际应用中，在造斜段至降斜段内每根套管加一只扶正器；在延伸段或水平段内，刚性扶正器和弹性扶正器配合使用，一般情况下1根套管1只扶正器。

分级注水泥，就是应用分级注水泥器，在一口井中使注水泥作业分成二级或三级(自下而上分段)完成的注水泥方法。

分级注水泥的作用：降低环空液柱压力，防止漏失，防止损坏油气层；在高压油气井，可分级注入不同稠化时间的水泥浆，在完成第一级注水泥施工后，打开循环孔，反循环钻井液，形成对地层的回压，直至第一级水泥凝固。这样可防止环空高压油气水窜；在多油气层中，且油气层段间隔长时，在间隔段不注水泥可节省水泥；可用较低功率的水泥泵，以较高速度顶替水泥浆，在环空形成紊流，有利于提高封固质量；可使用两凝水泥固井。

上图中左一是重力塞，左二是泵送打开塞，右一是旁通坐，右二是关闭塞，柜子上面的是碰压板。

       分级注水泥器的作用原理是利用不同作用的胶塞，在地面通过水泥浆泵送并靠压力实现打开，关闭，从而完成全部分级注水泥施工。下放重力塞或泵送打开塞，坐入分级接箍打开座并形成密封，井口憋压，剪断打开销钉，迫使开打套下行，露出循环孔。注完第二级水泥，压入关闭塞，替钻井液，直至关闭塞坐入关闭座，继续憋压，剪断关闭套销钉，迫使关闭套下行，关闭循环孔。

 

上图为套管外封隔注水泥技术，就是应用联结在套管串的套管外封隔器，在注水泥及水泥凝固过程中，实现套管环空封隔。

 

 

     套管外封隔器主要由橡胶筒，中心管，阀箍等组成。中心管为一段套管，可直接与套管接箍连接。橡胶筒是由软金属片叠加成加强层，并与橡胶硫化成一体，可承受高压的可膨胀密封元件。阀箍上装有二只断开杆和三个并列串联的控制阀，在施工中阀可以准确地控制封隔器坐封，不必担心封隔会提前坐封或由于坐封压力过大而胀破胶筒。阀箍中还有过滤装置，可防止钻井液中的颗粒物堵塞阀孔及进液通道。

 

      根据帕斯卡流体力学原理：在一个平衡流体中，由于外部施加的压力而引起的分压力在流体内部是均匀变化的。套管外封隔器正是根据这一原理起作用的。

 

     膨胀机理：当顶替胶塞通过封隔器中心管及阀箍时，将断开杆打断(如果无胶塞通过应事先将断开杆卸掉)，当顶替胶塞运行到阻流环时，套管内形成密封，憋压时钻井液经阀箍的进流孔，滤网进入锁紧阀。当压力达到一定值时，锁紧阀的销钉被剪断，锁紧阀打开，同时单流阀也打开，钻井液经限压阀进入中心管与胶筒间的膨胀腔内，在液体压力作用下，封隔器膨胀变形与井壁紧密接触形成密封。当膨胀腔内的压力达到一定值时，限压阀销钉剪断，限压阀关闭，将进液孔堵死，此时套管内压力与膨胀腔内的液体压力相互隔绝，实现完全坐封，井口液压为零，锁紧阀自动锁紧，实现永久性关闭，以后的井下压裂作业不影响封隔器的作用。

以上是分级固井的设备介绍。下面就现场实际操作时，总结的经验给大家谈谈。

联入的计算。这是个很重要的概念，如果你没有算好套管的长度，及联入的长度，会出现套管头无法安装。联顶节与联入不是一样的概念。本队每次送的表套，技术套，和油套的联顶节统一为8.4米。而联入是从钻盘面到联顶节下面一根套管接箍的长度。

 

     上图就是套管头。要卸掉联顶节才能安装。作用是悬挂套管，密封环行空间，连接封井器或采油树等。本队由于下了技术套管，所以是坐在技套的接箍上，不会从环空中掉下去，而如果没有技套是被表套与油套之间压死了的(不可考证，待研究)。

接着上面说。我们队是40的架子，含基础面补心高度是7.8米，在一开表套及技套和油套的联顶节高度均为8.4米(如果不下技术套管，则会送来表套的联顶节，因为防喷器是坐在它上面的。如果要下技术套管则表套就不会有联顶节，防喷器是坐在技术套管上)，而井口坐吊卡和接箍须量出高度，油套的井口高度要刻意调整。这样就可以使卸去联顶节的油套接箍高于表套和技套。

    表套接箍：0.21米，吊卡高0.32米；技术套管接箍：0.27米，吊卡高0.31米；油套接箍：0.21米，吊卡高：0.26米，活塞总成高：0.08米。如上图x为7.78米，y为7.82米，z为7.59米。

    上图为二开井口，利用表层套管做成的简易井口。在本队实际的操作中，如果不下入技术套管，则计算表套的联入，为了能轻松取出吊卡，在吊卡下垫了8厘米的活塞总成。而如果要下技术套管，意味着表套要作成简易井口，所以没有联入这个概念了。只需要计算技术套管的联入即可。

    上图是本队下入技术套管后的三开井口示意图。表套被随意焊掉。配合技术套管的接头，焊入环形铁板。技术套管在接提升双公接头接法兰底座再坐防喷器，最上面接的是喇叭口。其实我们实际操作的坐防喷器的高度并非那么准，只要满足两边的压井管汇能顺利装上，且喇叭口也能顺利接上就行。

   在装套管头时，比表套高0.2米左右。按照采由厂甲方要求，油套接箍高出地面一个母接头长，这里就是0.21米。剩下的就是装套管头。

 

     在下油套排表时，应使套管鞋高于井底几米，工程部和固井的会做交代，比如在本井中就要求了下入筛管的长度，加浮鞋，套管封隔器和分级注水泥器和联顶节后长度小于井深。

   上图中油套的接箍长度为0.21米，两个叠加起来的吊卡及中间的活塞胶皮的整体长度为0.6米左右，所以出井口0.81米。

固井开始

本口井固井详细操作过程为：下入套管时在前面某根油套中放入碰压板。

如上图，我们把碰压坐也就是盲板放在套管外分隔器下面的一根油套中。

上图中的10MPa不一定准确，图中利用10MPa的压力来膨胀分隔器，具体现场中使分隔器膨胀的压力可以从厂家来人或者工程部领导的要求中得知。如果你一不小心开了泵，且未到使分隔器膨胀的压力，可以采取打开泵房的低压闸门来泄压，让钻具内液体回入罐中。

如上图，紧接着利用16MPa的压力来打开分级箍，来建立循环。打开分级箍候，先接方钻杆循环一下。

如上图，循环好后开始注水泥。达到需要注水泥量后，放下关闭塞，利用替浆液来碰压关闭分级箍。

如上图，最后是下小钻杆来钻胶塞，水泥塞，最后钻开盲板。以上就是本队固井的主要工序，参加的车辆有：供水车，压风机，配浆车，混浆车。

介绍下常规固井施工的作业工序(读者可以比较着了解)：

1．          接水泥头，并装入顶替胶塞；

2．          对注水泥管线进行冲洗，试压；

3．          对前置液(含冲洗液和隔离液)；

4．          压下胶塞(下塞)；

5．          注水泥浆；

6．          压顶替塞(上塞)；

7．          替压塞液；

8．          按设计替顶替液；

9．          小排量碰压(碰压附加值控制在3~5MPa)；

10．     放回水，检查浮鞋，浮箍密封情况；

11．     候凝。

按工程科及固井和厂家的要求下入套管后，接方钻杆等待厂家憋压打开套管分隔器建立循环。

上图为接好的井口注水泥固井状态图。A接的是方钻杆，B接的是靠近清水罐旁的水泥车上的管线，它采用的是硬管线，很显然是碰压用的，它能承受高压。C接的是注水泥管线的车的。

上图中，类似A的开关有几个，就是方便控制工艺流程的，这个开关只需要插入一个杆子就可以转动。B处为测量方钻杆打入的替浆量的。而C处在装井口时，放入了个关闭塞，由对称的两个螺栓固定住，如果要打入关闭塞，只需要扭送螺栓就可以了。(普通固井此处放置的是胶塞)

上图为接方钻杆下计量泵入顶替液的量的计量器。不过在现场中坏掉了。其实现场操作中有三方计量这个概念：司钻房里看到的流量；固井队带的外接流量器；泥浆工计量泥浆罐的下降速度来计算泵入速度，算出液面下降多少为规定打入的替浆量(现场中使用这种)。

上图是注水泥的组合，不难看出有灰罐和水泥车，压风机车，它们连上钻台的管线为上图的C处。

上图的组合离清水罐最进，它们是用来碰压，憋压的。

    先打入清水憋压，11MPa分级器坐封，在打压18MPa，建立循环，用方钻杆循环1个小时，待泥浆性能达标后，开始固井作业。由于本井后期是油基泥浆，所以要先打入驱油剂，然后是先导浆，接着是隔离液，再是注水泥。注水泥的密度是随时变化的，根据井径来的(电测会给固井出一分井径数据)。注完水泥就开始压塞，拧送螺栓，打入压塞液，用井队的三凡尔大泵，泵入替浆液，在刚才的井口结构中，会接一根消防管线到罐上，放出循环出的泥浆到钻屑坑中。计算快到碰压位置时，停泵。用靠进清水罐的固井车来碰压。

碰压是根据浮箍的深度算套管的容积，替浆的方数就是这个容积，当胶塞达到浮箍时，泵压瞬时增大，泥浆泵立刻停止替浆，固井施工结束，然后可以打开水泥头旋塞阀，观察浮箍是否倒返。若正常敞压候凝，若倒返，则顶压憋压候凝。

替浆量根据设计水泥塞高度(承托环，浮箍，定量顶替)。固井时为达到替浆所需的流态，一般采用泥浆泵进行顶替。当顶替到所需要体积还差2方左右时，采用水泥车小排量顶替。此时观察泵压(水泥车上)。如果泵压出现较快的上升，其幅度达到5MPa左右，即认为是碰压了(本井工艺特殊是8-17个)。降低排量的作用是避免泥浆泵排量太大，液体的惯性作用打坏碰压坐。另外也是为了观察。

用泥浆泵完成碰压是极其危险的。由于泥浆泵排量大，每一冲的量也大，在底部突然堵住(碰压开始时)，产生较大的水击作用会打穿胶塞阻位，造成断套管，替空等事故。

 

规范及要求(参考)：

1．          油层固井应使用油井水泥外加剂，严格控制水泥的失水。盐水泥浆固井，失水小于等于350ml；淡水泥浆固井，失水小于等于250ml。

2．          固井前通过循环确定正常循环压力。注水泥前要以不小于钻进时的最大排量至少循环两周，达到井下正常。

3．          口袋要求：井深3000米以上，口袋不小于70米。

4．          表层及技术套管的候凝时间不少于24小时。油层套管的候凝时间不少于36到48小时。

5．          开井方式候凝的井，必须在井口安装简易水泥头。关井方式候凝的井，应控制井口套管压力高于管外静止压差2到3MPa，观察井口及放压。测声幅后进行试压及安装简易井口作业。

师傅经验总结：

1．          联入：下套管最后加入的叫联顶节，固完井后把联顶节卸掉，从转盘面到套管上接箍的长度叫联入。套余：指联顶节在转盘面以上的长度。

2．          下套管时，每1到20根灌满一次泥浆(不要灌太满也不要欠太多)，套管都有阻流环，防止泥浆携带岩屑进入套管造成阻流环失效，给固井带来风险。套管内液太低，会压坏套管，多会喷。环空内灌浆时因为下套管发生井漏了。

3．          当井筒内水泥浆与环空里的水泥浆达到平衡点的时候，就会起压。

4．          套管内阻流环的位置一般就是人工井底的位置，对于油层套管来说，一般应该在油层以下15米左右。或者下部6根以内的位置，考虑因素在浮箍与浮鞋之间留有多少空套管束增加成功碰压的机会。

5．          套管串加短套管的目的：下入井底便于调整套管口袋；下至井口，便于坐挂时避让套管接箍；以往调整井施工中，在油顶，底上下20米处各下一根短套管，为后续套管测井等工序标定。短套管的目的主要还是磁定位，因为普通套管接箍长度一般在10厘米左右，伽马射线测井校套管没有特殊套管，下入短套管后，测井以该套管为参照物，射孔，测井等误差可以缩小至最小，总之是磁定位的作用。

6．          不同的水泥，由不同的水灰比。造浆率=(1+水灰比+其他固态添加剂百分比)/密度。(在试验室的水泥浆化验时，根据水泥，水，化学剂等计算出来的，视为已知数)；水泥量=水泥浆量/造浆率。

7．          固井灌香肠原因很多：水泥浆还在套管中时达到一定的稠度，泵压升高，导致大泵憋泵，水泥浆不能被替出套管。这种事故发生主要原因是水泥浆的性能不好，稠化时间过短或者发生闪凝，也有设备的原因；不放或者放入不合适的胶塞，下胶塞无法打通，或者在套管内止住；回压凡尔失灵导致水泥浆倒回套管；水泥浆失水过大，失水后水泥浆凝固时间发生变化。

 

8．          双胶塞就是上下胶塞。使用下胶塞可以更好的隔离泥浆与水泥浆，采用双胶塞固井，要配合使用双胶塞水泥头。一般一开时，并不使用胶塞顶替，而是采用定量的顶替液，可以节约成本和缩短施工的时间。也因为一开井段短，混浆也较少，二是大胶塞加工难，可靠性也低。固井中胶塞的作用避免水泥和泥浆在管内混浆，后胶塞提供替浆结束碰压的指示作用。

9.   人工井底就是水泥塞的高度，通俗的讲就是人为造成的井底。

后记：

    固完井后，应甲方要求，用小钻杆钻盲板(碰压板)。所以钻杆，方钻杆，钻头全部换掉。每下一定深度(油套内是水泥浆)要开泵循环一下，用清水循环出重浆，如果接钻杆到底在开泵，则泵无法打开，井内全是重浆(密度1.30左右)，而用清水循环是无法在井底开泵，所以要分段循环，同时要把循环出来的泥浆收集在单独的一个罐，若遇井下不测，则用来压井。而清水为单独一个罐装。钻穿盲板后，井下作业人员抢下油杆。然后搬家走人。

总结：

   本集只是简单的讲解了本口井的固井工艺，其中的概念浅显，还有一些细微之处忽略掉了。目的是希望同学及朋友自己去发现一些知识点。再这里感谢固井队的专家老师给予现场指导，同时感谢自己的师傅倾囊相授。

参考资料：

1．李克向《实用完井工程》