常规固井工艺技术分析研究

摘要：现代固井工艺起源于19世纪初，经过100多年发展，技术水平日臻完善，针对不同类油藏储层特征，形成多套固井工艺技术。本文在对固井基本条件及技术要求分析基础上，对常规固井工艺技术进行分析，包括插入法固井工艺、分级固井工艺、预应力固井工艺等，重点对工艺流程和技术特点进行研究，对油井固井工艺优化具有指导意义。

主题词：固井工艺  工艺技术  分析研究

1.前言

现代固井工艺起源于19世纪初，Halliburton在俄克拉荷马州成立新方法油井固井公司，标志着独立于钻机的泵注系统形成，后经历概念化阶段（1908～1938）、多种注水泥工艺发展阶段（1938～1970）、科学化发展阶段（1970～目前），形成了以管材力学、加工工艺学、制造技术、测量技术等为核心的固井工艺技术，为油气开田开发奠定了基础。

2.固井基本条件及技术要求

常规固井基本条件主要有三方面，一是井筒方面，要求井眼通畅，井底干净，井径扩大率小于15%，井下无漏失;二是完井管柱，套管居中，居中度不小于75%，套管与井壁环形间隙大于20mm;三是钻井液方面，钻井液中无严重油气侵，油气上窜速度小于10m/h，在不影响井壁稳定、井底压力稳定的情况下，钻井液性能应保证低粘度、低切力、低密度，且具有良好的流动性能;四是水泥浆方面，水泥浆稠化时间、流动度等性能应满足施工要求，水泥浆和钻井液要有一定密度差，一般要大于0.2;五是其它设备，如下灰设备、供水设备、注水泥设备、替泥浆设备及高低压管汇等，质量和性能满足施工要求。

对于常规固井关键技术要求，主现体现在三方面，首先是一次作业成功率，固井一次作业成功率是确保工程技术安全和提高固井质量的关键，可以省略后期补救作业;二是层间有效封隔，实现层间有效封隔是后续安全钻井和提高开发效益的保障;三是固井质量时效性，固井质量长期合格是延长油气井寿命和提高单井综合经济效益的关键。

3.常规固井工艺

常规固井工艺是用水泥车、下灰车及其它地面设备配置好水泥浆，通过前置液、下胶塞（隔离塞）与钻井液隔离后，通过高压管汇、水泥头、套管串注入井内，从管串底部进入环空，到达设计位置，实现设计井段的套管与井壁间的有效封固。其具体工艺流程为：注前置液→注水泥浆→压碰压塞（上胶塞） →替钻井液→碰压→侯凝。

3.1插入法固井工艺

插入法固井工艺一般适用于大直径套管固井，用下部连接有浮箍插头小直径钻杆插入套管的插座式浮箍（或插座式浮鞋），与环空建立循环，通过钻杆用水泥车向套管外环空注水泥。该工艺具有三方面技术特点，一是能减少水泥浆在套管内与钻井液的掺混;二是缩短顶替钻井液的时间，水泥浆可提前返出;三是减少因附加水泥量过大造成的浪费和环境污染。

插入法固井工艺套管结构为插入式浮鞋+套管串（也可以为：引鞋+1根套管+插入式浮箍+套管串），钻杆串结构为插头+钻杆扶正器+钻杆串，具体工艺流程：注入前置液→注入水泥浆替入钻井液（替入量比钻杆内容积少0.5m3）→放回压，检查回压凡尔是否倒流→上提钻杆循环出多余的水泥浆。

3.2分级固井工艺

分级固井工艺是通过地面控制打开和关闭位于套管中的一种特殊工具串，在固井时使注水泥作业分两次（级）或多次（级）施工完成，所有分级箍的关闭都是靠注水泥后释放关闭塞，在碰压时关闭塞推动关闭套下移，关闭循环孔。

分级固井工艺适用范围主要有六方面，一是一次要求注水泥量过大或固井段过长的井;二是地层破裂压力系数低、渗透性滤失严重的井;三是封固段中有严重漏失层的井;四是下部有高压层，固井侯凝期间需要防止侯凝失重的井;五是上下封隔层距离较远，而中间不需水泥封隔的井;六是完钻井深过大，套管过长，上部需要水泥封固支承的井。

由于分级箍的不同，分级固井工艺可分为多种类型，按施工方式可分为非连续打开式、连续打开方式和连续式注水泥式，按注水泥次数可分为双级注水泥工艺和三级注水泥工艺。

3.3预应力固井工艺

预应力固井是在稠油热采井中使用的一种固井工艺技术，在注水泥前或水泥浆凝固前，给套管提拉一定的拉力，使套管内部预先产生拉应力，从而平衡（减小）套管受热膨胀时所产生的压应力，防止原油热采过程中套管膨胀损坏。

3.4外插法固井工艺

外插法固井一般在大井眼浅井固井中使用，多用于易坍塌、易漏失且难以建立循环井的固井施工，其工艺特点是在套管外环空中插入多个细管，细管的长度取决于要求的封固段长度，细管的多少根据井径大小而定，一般井径越大用细管数越多。将多个外管并联在一起汇入至一根注入细管，通过水泥车从该管线中向套管外环空注入水泥，至套管外环空中返出，以达到固井的目的。

外插法固井只适用于浅井，具有水泥用量计算误差小、节约水、施工时间短等特点，固井过程中流动阻力小且不易漏失，水泥浆与钻井液掺混少。

3.5反注水泥法固井工艺

反注水泥法固井一般用于套管底部漏失严重的井，其工艺特点是从套管外环空按设计量向井内注水泥，从套管内返出钻井液，当井底严重漏失时，钻井液直接漏入地层，再用钻井液将水泥漿替到预定位置，以达到固井的目的。

反注水泥法固井的特点主要有三方面，一是减少了因水泥浆上返时底部回压过大而造成的水泥浆漏失，保证水泥浆返高，减小水泥浆对地层污染;二是水泥浆顶替效率低，易产生泥浆窜槽;三是为保证套管底部固井质量，需要部分水泥浆返入套管，固井后钻少量水泥塞。

4.结论

本文在对固井基本条件及技术要求分析基础上，对常规固井工艺技术进行分析研究，包括插入法固井工艺、分级固井工艺、预应力固井工艺、外插法固井工艺以及反注水泥法固井工艺等，重点对固井工艺流程和技术特点进行分析，对油井固井工艺优化具有指导意义。

参考文献：

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[2]郑永强.固井质量测井评价方法对比分析研究[J].中国石油和化工标准与质量. 2017（15）.

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作者简介：张升峰，男，1986年9月出生湖南邵阳，回族，工程师，2012年毕业于中国石油大学（北京），现于中石油辽河油田公司钻采工程技术部从事钻井管理工作。