固井

钻井工程术语

固井，向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业。是钻完井作业过程中不可缺少的一个重要环节，它包括下套管和注水泥。

简要概述

向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业称为固井。

固井是钻井过程中的重要作业。在钻井作业中一般至少要有两次固井（生产井），多至4~5次固井（深探井）。最上面的固井是表层套管固井，它起的是“泥浆通路，油气门户”的作用。在下一次开钻之前，表层套管上要装防喷器预防井喷。防喷器之上要装泥浆导管，是钻井液返回泥浆池的通路。钻井过程中往往要下技术套管固井，它起的是“巩固后方，安全探路”的作用。和公路的隧道、煤矿中的巷道一样，钻井过程中也会遇到井塌、高压和不稳定的地层，同时也是为了在向前“探路” 中遇险有个退路，起到“救助”的作用。

固井过程

固井分为三步：下套管、注水泥、井口安装和套管试压。

1、下套管

套管有不同的尺寸和钢级。表层固井通常使用20~13 3/8英寸的套管，多数是采用钢级低的“J”级套管。技术套管通常使用13 3/8~7英寸的套管，采用的钢级较高。油层套管固井通常使用7~5英寸的套管，钢级强度与技术套管相同。根据用途、地层预测压力和套管下入深度设计套管的强度，确定套管的使用壁厚，钢级和丝扣类型。

套管与钻杆不同，是一次性下入的管材，没有加厚部分，长度没有严格规定。为保证固井质量和顺利地下入套管，要做套管柱的结构设计。

2、注水泥

是套管下入井后的关键工序，其作用是将套管和井壁的环形空间封固起来，以封隔油气水层，使套管成为油气通向井中的通道。

油井水泥

油井水泥是封固套管和井壁环形空间的重要材料。因为井有深有浅，地下有常压常温和高压高温，地层中还含有各种不同的化学物质，所以要求油井水泥有广泛的适应能力。我国使用的油井水泥有9个级别和三个类型。不同级别和类型的水泥适用不同的井下条件。所以，根据井的深度和温度选择水泥是注水泥作业的首要任务。

水泥级别

有限的水泥级别，尚满足不了注水泥浆时要求的性能，使用的G级和H级水泥多采用添加剂调节其性能，是使用最普遍的水泥。添加剂可分七类：有调节密度剂、调节凝固时间添加剂、控制漏失添加剂、降失水剂、控制粘度剂、异常情况的特殊添加剂等。一种级别的水泥可使用一种或多种添加剂。

套管下完后，立即接通循环管线和注水泥管线，做好注水泥前的准备工作。首先要开泵循环钻井液，因套管与井壁的间隙较小，利用高的上返速度冲击井壁上的泥饼，同时调整钻井液的性能，直到循环泵压稳定为止。在这期间，固井泵的启动，供灰、供水、混浆、吸浆等工作都应准备就绪。

在水泥浆注入套管之前，要泵入一定量的前置液，用来隔离钻井液和水泥浆，以避免混浆。而且隔离液返出套管后，也起到清洗环形空间的作用。

水泥浆的顶替速度要根据井下的情况而定。如无特殊情况应采用高速紊流顶替。但在地层破裂压力低的情况下，只能采用低速顶替。

3、井口安装和套管试压

下套管注水泥之后，在水泥凝固期间就要安装井口。表层套管的顶端要安套管头的壳体。各层套管的顶端都挂在套管头内，套管头主要用来支撑技术套管和油层套管的重量，这对固井水泥未返至地面尤为重要。套管头还用来密封套管间的环形空间，防止压力互窜。套管头还是防喷器、油管头的过渡连接。陆地上使用的套管头上还有两个侧口，可以进行补挤水泥、监控井况。注平衡液等作业。

套管试压是检查固井质量的重要组成部分。安装好套管头和接好防喷器及防喷管线后，要做套管头密封的耐压力检查，和与防喷器联接的密封试压。探套管内水泥塞后要做套管柱的压力检验，钻穿套管鞋2~3米后（技术套管）要做地层压裂试验。生产井要做水泥环的质量检验，用声波探测水泥环与套管和井壁的胶结情况。固井质量的全部指标合格后，才能进入到下一个作业程序。

固井质量检测方法

1、声幅测井（CBL）：胶结好，声幅小；胶结差，声幅大。

2、变密度测井（VDL）：固井一界面胶结好，二界面胶结差，则套管波信号弱，地层波信号也弱；一二界面胶结都好，则套管波信号弱，地层波信号强。一界面胶结差，则很难判断二界面的胶结情况。

3、井温测井：确定水泥返高，作为水泥充填程度的补充解释。

4、水泥胶结评价测井（CET）：声波脉冲的衰减率取决于环空介质的声阻抗：套管外为钻井液时，其声阻抗小，衰减很慢；套管外为水泥浆时，其声阻抗较大，衰减很快；而且，水泥石的强度越高，其声阻抗越大，声波能量衰减越快，即衰减能反映水泥石的强度。

提高固井质量的技术

提高固井质量主要应从三个方面入手：

1、提高对钻井液的顶替效率；

2、防止固井后油气水外窜；

3、提高水泥环界面胶结与密封质量。

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