固井质量问题及其原因分析

1、11/12/2021.1技术交流技术交流 20010年年8月月 固井质量问题固井质量问题及其原因分析及其原因分析11/12/2021.2主要内容1 1、概述、概述2 2、环空窜流的类型及成因、环空窜流的类型及成因3 3、固井质量影响因素分析、固井质量影响因素分析4 4、固井系统工程设计理念固井系统工程设计理念5 5、单项技术单项技术6 6、常见固井质量问题及其原因常见固井质量问题及其原因11/12/2021.3 固井，就是在钻井作业钻达一定固井，就是在钻井作业钻达一定的井深以后，在井眼中下入套管，把的井深以后，在井眼中下入套管，把水泥浆注入到套管外环形空间（简称水泥浆注入到套管外环形空间（简称

2、环空）某预定位置，并使其在预定时环空）某预定位置，并使其在预定时间内迅速硬化、凝结，与地层、套管间内迅速硬化、凝结，与地层、套管良好胶结，形成优质、完整、具有良良好胶结，形成优质、完整、具有良好层间封隔能力的水泥环，进而密封好层间封隔能力的水泥环，进而密封环空、实现层间封隔的工艺过程。环空、实现层间封隔的工艺过程。一、概一、概 述述11/12/2021.4固井目的：固井目的： 钻井：封隔井下复杂情况，如塑性盐层、高钻井：封隔井下复杂情况，如塑性盐层、高压水层、大段泥页岩以及疏松破碎带等，为泥浆压水层、大段泥页岩以及疏松破碎带等，为泥浆循环提供良好的井眼通道，为顺利进行后续钻井循环提供良好的井眼

3、通道，为顺利进行后续钻井作业奠定基础，从而防止井眼失稳，减少井下复作业奠定基础，从而防止井眼失稳，减少井下复杂和事故，以缩短建井周期，降低油气勘探开发杂和事故，以缩短建井周期，降低油气勘探开发成本。成本。一、概一、概 述述11/12/2021.5固井目的：固井目的： 完井：提供良好的井眼条件。完井：提供良好的井眼条件。 只有层间封隔良好的井眼，才能实施分层作只有层间封隔良好的井眼，才能实施分层作业，如分层测试等；才能实施酸化、压裂等强化业，如分层测试等；才能实施酸化、压裂等强化开采措施；才能根据油田长期开发的需要选用适开采措施；才能根据油田长期开发的需要选用适宜的开采方式，如分层开采、分组开采

4、等。宜的开采方式，如分层开采、分组开采等。一、概一、概 述述11/12/2021.6固井目的：固井目的： 开发：开发：提供良好的油气流通道；提供良好的油气流通道；防止油气防止油气资源散失而提高采收率；资源散失而提高采收率；防止油气藏能量散失而防止油气藏能量散失而延长自喷生产时间，降低油气生产成本；延长自喷生产时间，降低油气生产成本；防止套防止套管外油、气、水互窜而影响油气井的正常生产，并管外油、气、水互窜而影响油气井的正常生产，并节约修井费用；节约修井费用；支撑、保护套管，防止套管因受支撑、保护套管，防止套管因受力或受地层流体腐蚀而损坏，确保油气井寿命满足力或受地层流体腐蚀而损坏，确保油气井寿

5、命满足油田长期开发的需要；油田长期开发的需要；便于实施压裂、酸化、分便于实施压裂、酸化、分层注水、分层开采等强化开采措施等。层注水、分层开采等强化开采措施等。一、概一、概 述述11/12/2021.7固井的特点固井的特点l一次性工程一次性工程, ,如果固井质量不好如果固井质量不好, ,或出现固井事故，或出现固井事故，难以补救，且补救费用高；难以补救，且补救费用高；l隐蔽工程隐蔽工程, ,主要流程在井下主要流程在井下, ,施工时不能直接观察施工时不能直接观察, ,l施工时间短。施工时间短。l受多种因素的综合影响；受多种因素的综合影响；l费用高，花钱多；费用高，花钱多；l承前启后，钻井承前启后，钻

6、井- -采油；采油；一、概一、概 述述11/12/2021.8层间封隔失败的后果层间封隔失败的后果 环空窜流环空窜流：在注水泥作业后，由于水泥浆体系在注水泥作业后，由于水泥浆体系设计不合理，或固井工程设计不合理，或注水泥施设计不合理，或固井工程设计不合理，或注水泥施工操作不合理，水泥浆未能完全充满待封固的环形工操作不合理，水泥浆未能完全充满待封固的环形空间，或未能形成优质、完整的水泥环，或未与欲空间，或未能形成优质、完整的水泥环，或未与欲封固井段的地层、套管良好胶结，不能在油气井正封固井段的地层、套管良好胶结，不能在油气井正常生产寿命期间有效密封环空而导致井口冒油、气、常生产寿命期间有效密封环

7、空而导致井口冒油、气、水，或油、气、水在地下层间互窜的现象。水，或油、气、水在地下层间互窜的现象。一、概一、概 述述11/12/2021.9窜至地面窜至地面明显明显地下窜流地下窜流隐蔽隐蔽套管；套管；环空窜流通道；环空窜流通道；高压层；高压层；低压层；低压层；一、概一、概 述述层间封隔失败的后果：环空窜流层间封隔失败的后果：环空窜流11/12/2021.10一、概一、概 述述环空窜流的危害环空窜流的危害11/12/2021.11 美国一、概一、概 述述环空窜流的危害环空窜流的危害11/12/2021.12 一、概一、概 述述环空窜流的危害环空窜流的危害11/12/2021.13 一、概一、概

8、述述环空窜流的危害环空窜流的危害11/12/2021.14环空窜流的危害：环空窜流的危害： 钻井：由于不能有效封隔井下的复杂地层，将钻井：由于不能有效封隔井下的复杂地层，将影响后续钻井作业的顺利进行，从而影响油气井的影响后续钻井作业的顺利进行，从而影响油气井的建井周期和建井成本，甚至影响整个区块的勘探、建井周期和建井成本，甚至影响整个区块的勘探、开发进程开发进程 。 完井：由于地层之间未能得到良好的层间封隔，完井：由于地层之间未能得到良好的层间封隔，将无法根据油田长期开发的需要，进行分层测试、将无法根据油田长期开发的需要，进行分层测试、分层开采等分层作业。分层开采等分层作业。 一、概一、概 述

9、述11/12/2021.15环空窜流的危害：环空窜流的危害： 开发：开发：难以进行分层测试、分层开采或分难以进行分层测试、分层开采或分组开采等措施，致使部分储量难以动用，不利于组开采等措施，致使部分储量难以动用，不利于提高产量和采收率；提高产量和采收率；油气藏本身的能量、资源油气藏本身的能量、资源将通过窜流通道散失，不利于提高产量和采收率；将通过窜流通道散失，不利于提高产量和采收率；高压地层水将通过窜流通道进入油气藏，影响高压地层水将通过窜流通道进入油气藏，影响油气资源在地下分布、运移，甚至对油气藏造成油气资源在地下分布、运移，甚至对油气藏造成严重的破坏，如油气层水淹。严重的破坏，如油气层水淹

10、。 一、概一、概 述述11/12/2021.16环空窜流的危害：环空窜流的危害： 开发：开发：酸液、压裂液等注入流体通过窜流通酸液、压裂液等注入流体通过窜流通道进入非目的层，将降低增产措施的实施效果，同道进入非目的层，将降低增产措施的实施效果，同时，注入流体乱窜将使波及地区的地层压力发生变时，注入流体乱窜将使波及地区的地层压力发生变化，从而影响油气田的正常生产及合理开发，甚至化，从而影响油气田的正常生产及合理开发，甚至造成严重事故，如断块复活导致套管成片地被破坏；造成严重事故，如断块复活导致套管成片地被破坏；套管得不到水泥环的良好保护，易被地层流体、套管得不到水泥环的良好保护，易被地层流体、注

11、入流体腐蚀损坏，从而影响油气井的正常生产，注入流体腐蚀损坏，从而影响油气井的正常生产，甚至无法满足油田长期开发的需要。甚至无法满足油田长期开发的需要。一、概一、概 述述11/12/2021.17固井质量要求：固井质量要求： 不论是钻井、完井还是开发，对固井质量的要不论是钻井、完井还是开发，对固井质量的要求，都可以归结为：求，都可以归结为： 套套 管：管：有足够的强度，能承受井下多种外力有足够的强度，能承受井下多种外力的作用，耐腐蚀、不断、不裂、不变形。的作用，耐腐蚀、不断、不裂、不变形。 水泥环：水泥环：良好的层间封隔良好的层间封隔，不出现环空窜流不出现环空窜流。 可根据层间封隔效果判定固井质

12、量的原因。可根据层间封隔效果判定固井质量的原因。一、概一、概 述述11/12/2021.18 固井的主要目的是层间封隔，一旦出现环空固井的主要目的是层间封隔，一旦出现环空窜流，就表明层间封隔失败，因此，要实现固井窜流，就表明层间封隔失败，因此，要实现固井的目的，必须有效防止环空窜流。的目的，必须有效防止环空窜流。 环空窜流是一个非常复杂的物理、化学作用环空窜流是一个非常复杂的物理、化学作用过程，影响因素多，且各因素之间相互影响、相过程，影响因素多，且各因素之间相互影响、相互制约；既可由某些因素单独作用形成，也可由互制约；既可由某些因素单独作用形成，也可由某些因素综合作用形成；不同的影响因素，其

13、作某些因素综合作用形成；不同的影响因素，其作用时间、作用方式、作用原理都有所不同。用时间、作用方式、作用原理都有所不同。 二、环空窜流的形态及其成因二、环空窜流的形态及其成因11/12/2021.19 因此，要防止环空窜流，需对其本身、其影响因此，要防止环空窜流，需对其本身、其影响因素及其作用机理、作用规律有系统、科学、全面因素及其作用机理、作用规律有系统、科学、全面的认识。的认识。 只有这样，才能在进行固井工只有这样，才能在进行固井工程设计和固井作业时，对其进行全程设计和固井作业时，对其进行全面的掌握和控制，掐断环空窜流形面的掌握和控制，掐断环空窜流形成的渠道，有效防止环空窜流，从成的渠道，

14、有效防止环空窜流，从而获得优良的固井质量。而获得优良的固井质量。 二、环空窜流的形态及其成因二、环空窜流的形态及其成因11/12/2021.20环空窜流的两个必要条件环空窜流的两个必要条件l动力动力层间压差：客观存在、改变不了层间压差：客观存在、改变不了l通道通道水泥与地层、套管胶结形成良好层间封隔中水泥与地层、套管胶结形成良好层间封隔中的薄弱环节，即水泥石本体的薄弱环节，即水泥石本体 ，或水泥石与地层、，或水泥石与地层、套管之间的连接界面套管之间的连接界面、 。 二、环空窜流的形态及其成因二、环空窜流的形态及其成因地地 层层水泥石水泥石套套 管管11/12/2021.21二、环空窜流的形态及

15、其成因二、环空窜流的形态及其成因窜流窜流通道通道水泥石水泥石本体本体大肚子、窄边死泥浆、指进泥浆窜槽大肚子、窄边死泥浆、指进泥浆窜槽候凝，地层流体窜槽、侵入候凝，地层流体窜槽、侵入自由水通道、严重分层自由水通道、严重分层水泥水化裂缝，收缩、膨胀水泥水化裂缝，收缩、膨胀水泥石破碎解体，高温、冲击、射孔水泥石破碎解体，高温、冲击、射孔井壁残存泥饼井壁残存泥饼套管、地层表面油湿套管、地层表面油湿微环隙，管内憋压候凝微环隙，管内憋压候凝地层流体动态干扰地层流体动态干扰界面胶结破坏，界面胶结破坏，PT变化、冲击变化、冲击固井固井界面界面11/12/2021.22死泥浆、泥饼死泥浆、泥饼套管、地层表面油湿

16、套管、地层表面油湿出现出现时间时间注水泥注水泥凝结后凝结后候候 凝凝自由水通道、分层自由水通道、分层水泥水化裂缝水泥水化裂缝地层流体侵入地层流体侵入动态水干扰动态水干扰管内憋压、微环隙管内憋压、微环隙提前作业、动井口提前作业、动井口水泥石破碎解体水泥石破碎解体界面胶结破坏界面胶结破坏二、环空窜流的形态及其成因二、环空窜流的形态及其成因11/12/2021.23 固井是一项涉及多学科的系统工程，影响因素固井是一项涉及多学科的系统工程，影响因素多，且各因素之间相互影响、相互制约，既可单独多，且各因素之间相互影响、相互制约，既可单独作用影响固井质量，也可综合作用影响固井质量，作用影响固井质量，也可综

17、合作用影响固井质量，因此，要提高固井质量，必须对固井质量影响因素因此，要提高固井质量，必须对固井质量影响因素及其作用机理形成全面、清晰的认识，只有这样才及其作用机理形成全面、清晰的认识，只有这样才能在固井工程设计和固井作业时对其进行全面的掌能在固井工程设计和固井作业时对其进行全面的掌握和控制，从而获得优良的固井质量。握和控制，从而获得优良的固井质量。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析11/12/2021.24根据固井作业涉及的对象分根据固井作业涉及的对象分u井眼条件井眼条件u地层条件地层条件u作业目的作业目的u套管套管u钻井液钻井液u水泥浆水泥浆u前置液前置液u注水泥施工注水泥施

18、工固固井井质质量量影影响响因因素素三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析11/12/2021.25（1）井眼类型）井眼类型 根据井眼剖面形状，可分为常规直井、定向根据井眼剖面形状，可分为常规直井、定向井、水平井、特殊结构井等；井、水平井、特殊结构井等； 根据钻井目的，可分为探井、评价井、开发根据钻井目的，可分为探井、评价井、开发井、调整井、注入井等；井、调整井、注入井等； 根据井下复杂情况，可分为高温高压深井、根据井下复杂情况，可分为高温高压深井、超深井，低压易漏井，热采井、小间隙井等。超深井，低压易漏井，热采井、小间隙井等。 不同的井型，其作业要求和难点也有所不同，不同的井型，其作

19、业要求和难点也有所不同，可根据具体情况制定相应的技术标准，并选用适可根据具体情况制定相应的技术标准，并选用适宜的技术措施。宜的技术措施。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析- -井眼条件井眼条件11/12/2021.26（2）井眼参数）井眼参数 主要包括井深、井径、返高及上层套管程序，主要包括井深、井径、返高及上层套管程序，可影响环空浆柱结构、注水泥过程中的环空流动压可影响环空浆柱结构、注水泥过程中的环空流动压耗、顶替流速、流态以及水泥浆、冲洗液、隔离液耗、顶替流速、流态以及水泥浆、冲洗液、隔离液的用量。的用量。（3）井眼质量）井眼质量 包括井径规则程度、井眼光滑程度、井径扩大包括

20、井径规则程度、井眼光滑程度、井径扩大率，以及井眼的清洁、畅通程度等。率，以及井眼的清洁、畅通程度等。 可影响安全下套管、环空流动压耗，以及水泥可影响安全下套管、环空流动压耗，以及水泥浆的量及其对钻井液的顶替效率。浆的量及其对钻井液的顶替效率。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析- -井眼条件井眼条件11/12/2021.27（4）环空间隙）环空间隙 影响水泥浆对钻井液的顶替流速、流态，从而影影响水泥浆对钻井液的顶替流速、流态，从而影响顶替效率，响顶替效率，以及平衡注水泥设计。以及平衡注水泥设计。 另外，小间隙水泥环抗冲击能力较弱，其长期密另外，小间隙水泥环抗冲击能力较弱，其长期密封

21、性能对水泥石的力学及厚度有特殊要求。封性能对水泥石的力学及厚度有特殊要求。（5）井内温度、压力）井内温度、压力 影响水泥浆的流变性、稳定性和注水泥施工的安影响水泥浆的流变性、稳定性和注水泥施工的安全性，以及水泥石的强度等性能。全性，以及水泥石的强度等性能。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析- -井眼条件井眼条件11/12/2021.28（1）地层岩性剖面）地层岩性剖面 可影响水泥与地层之间的界面胶结及密封能力，可影响水泥与地层之间的界面胶结及密封能力，从而影响固井第二界面的层间封隔质量。从而影响固井第二界面的层间封隔质量。（2）地层压力）地层压力 可影响环空浆柱结构、水泥浆体系性

22、能、平衡注可影响环空浆柱结构、水泥浆体系性能、平衡注水泥施工设计、顶替流速、流态和在候凝过程中压稳水泥施工设计、顶替流速、流态和在候凝过程中压稳地层流体、防止地层流体窜槽等一系列影响固井质量地层流体、防止地层流体窜槽等一系列影响固井质量的关键环节。的关键环节。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析- -地层条件地层条件11/12/2021.29（3）地层流体特性）地层流体特性 包括组分、状态包括组分、状态(静态、动态静态、动态)，可影响水泥浆的，可影响水泥浆的正常凝结过程，妨碍其形成优质、完整的水泥环；另正常凝结过程，妨碍其形成优质、完整的水泥环；另外，可通过化学腐蚀作用破坏水泥石的

23、化学、力学稳外，可通过化学腐蚀作用破坏水泥石的化学、力学稳定性从而影响水泥环的长期密封性能。定性从而影响水泥环的长期密封性能。（4）地层气窜潜力）地层气窜潜力 不同气窜潜力的地层，需要使用不同的防窜水泥不同气窜潜力的地层，需要使用不同的防窜水泥浆体系，并采取适当的压稳防窜候凝措施。浆体系，并采取适当的压稳防窜候凝措施。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析- -地层条件地层条件11/12/2021.30（1）返高）返高 影响水泥浆的量、浆柱结构、顶替流速流影响水泥浆的量、浆柱结构、顶替流速流态度以及候凝过程中的压稳。态度以及候凝过程中的压稳。（2）后续强化开采措施）后续强化开采措施

24、对返高及拟实施强化开采措施井段的水泥对返高及拟实施强化开采措施井段的水泥石强度、固井质量有特殊要求。石强度、固井质量有特殊要求。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析- -作业要求作业要求11/12/2021.31（3）后期工况变化）后期工况变化 不同的井别，有不同的后期工况变化，但不同的井别，有不同的后期工况变化，但都要求水泥环具有良好的长期密封性能。都要求水泥环具有良好的长期密封性能。 水泥浆凝结后，井内温度、压力的变化可水泥浆凝结后，井内温度、压力的变化可影响水泥石与地层、套管的界面胶结及密封能影响水泥石与地层、套管的界面胶结及密封能力，从而影响水泥环的长期密封性能。力，从而影

25、响水泥环的长期密封性能。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析- -作业要求作业要求11/12/2021.32（3）后期工况变化）后期工况变化 高温下水泥石强度衰退、解体，导致水泥环高温下水泥石强度衰退、解体，导致水泥环密封性能失效。密封性能失效。 水泥石耐腐蚀能力不足，水泥石所处化学环水泥石耐腐蚀能力不足，水泥石所处化学环境的变化，如地层水离子组分发生变化，均可影境的变化，如地层水离子组分发生变化，均可影响水泥石的化学、力学稳定性，从而影响水泥环响水泥石的化学、力学稳定性，从而影响水泥环的长期密封性能。的长期密封性能。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析- -作业要求作

26、业要求11/12/2021.33（1）类型）类型(油基、水基、脂基等油基、水基、脂基等) 不同类型的钻井液在地层和套管表面的润湿不同类型的钻井液在地层和套管表面的润湿性，可影响水泥石对地层、套管的界面胶结强度性，可影响水泥石对地层、套管的界面胶结强度及密封能力，从而影响第一、第二界面的层间封及密封能力，从而影响第一、第二界面的层间封隔能力。隔能力。（2）密度）密度 影响环空浆柱结构、平衡注水泥设计等与井影响环空浆柱结构、平衡注水泥设计等与井底有效压力相关的各个环节，如压稳和防漏。底有效压力相关的各个环节，如压稳和防漏。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析- -钻井液钻井液11/12

27、/2021.34（3）流变性）流变性(粘度、切力、触变性粘度、切力、触变性) 是否利于顶替，可影响水泥浆对其的顶替效是否利于顶替，可影响水泥浆对其的顶替效率。是否利于降低循环压耗，影响平衡注水泥。率。是否利于降低循环压耗，影响平衡注水泥。（4）滤饼质量）滤饼质量 薄而韧且容易被冲洗液分散的滤饼有利于安薄而韧且容易被冲洗液分散的滤饼有利于安全下套管、提高水泥对地层、套管的胶结能力，全下套管、提高水泥对地层、套管的胶结能力，从而提高联结界面的胶结、密封质量。从而提高联结界面的胶结、密封质量。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析- -钻井液钻井液11/12/2021.35（1）表面粗糙度

28、及清洁度）表面粗糙度及清洁度 影响水泥与套管之间的界面胶结能力，从而影影响水泥与套管之间的界面胶结能力，从而影响层间封隔效果。响层间封隔效果。（2）抗拉、承压及耐腐蚀能力）抗拉、承压及耐腐蚀能力 影响套管的安全以及油气井的生产寿命。影响套管的安全以及油气井的生产寿命。（3）套管丝扣连接）套管丝扣连接 丝扣连接强度对于安全下套管、套管柱抗拉强丝扣连接强度对于安全下套管、套管柱抗拉强度有重要影响。丝扣连接的密封能力对气井的安全度有重要影响。丝扣连接的密封能力对气井的安全生产有重要影响。生产有重要影响。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析- -套管套管11/12/2021.36（1）体系

29、）体系 可根据不同的分类指标进行分类。不同体系具可根据不同的分类指标进行分类。不同体系具有不同的特殊性能，以满足封隔不同地层的需要。有不同的特殊性能，以满足封隔不同地层的需要。（2）稳定性）稳定性 目前，主要考核指标为失水、析水和悬浮稳定目前，主要考核指标为失水、析水和悬浮稳定性（水泥石柱上下的密度差）。失水、析水、水泥性（水泥石柱上下的密度差）。失水、析水、水泥石柱上下的密度差越小，体系越稳定。水泥浆体系石柱上下的密度差越小，体系越稳定。水泥浆体系稳定是安全施工、候凝过程压稳、形成优质水泥环稳定是安全施工、候凝过程压稳、形成优质水泥环的重要物质基础。的重要物质基础。三、固井质量影响因素分析三

30、、固井质量影响因素分析- -水泥浆水泥浆11/12/2021.37（3）流变性）流变性 可影响现场配浆、平衡注水泥、顶替流速、可影响现场配浆、平衡注水泥、顶替流速、流态以及最终的顶替效率。流态以及最终的顶替效率。（4）施工安全性）施工安全性 合理的稠化时间，既可确保注水泥施工操作合理的稠化时间，既可确保注水泥施工操作安全进行，又可缩短候凝时间。安全进行，又可缩短候凝时间。（5）适应性）适应性 对材料性能的微小变化、温度波动、液灰比对材料性能的微小变化、温度波动、液灰比波动有较强的适应性，影响施工的安全、效率及波动有较强的适应性，影响施工的安全、效率及质量。质量。三、固井质量影响因素分析三、固井

31、质量影响因素分析- -水泥浆水泥浆11/12/2021.38（6）凝结过程中的防窜能力）凝结过程中的防窜能力 水泥浆具有适当的防窜能力，既有利于在候凝水泥浆具有适当的防窜能力，既有利于在候凝过程中压稳地层流体、防止地层流体侵入环空、降过程中压稳地层流体、防止地层流体侵入环空、降低固井质量，又有利于降低体系的成本。低固井质量，又有利于降低体系的成本。（7）水泥石强度及长期稳定性）水泥石强度及长期稳定性 水泥石强度应足以支撑、保护套管，并满足后水泥石强度应足以支撑、保护套管，并满足后续施工的需要。主要体现为抗高温强度衰退和抗地续施工的需要。主要体现为抗高温强度衰退和抗地层流体腐蚀的能力。层流体腐蚀

32、的能力。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析- -水泥浆水泥浆11/12/2021.39（8）水泥环的力学、热学性能）水泥环的力学、热学性能 在油井生产过程中，水泥环所处环境条件不可在油井生产过程中，水泥环所处环境条件不可避免地要发生变化，如由热采引起的温度变化，由避免地要发生变化，如由热采引起的温度变化，由酸化、压裂引起的压力变化，以及由蒸汽吞吐引起酸化、压裂引起的压力变化，以及由蒸汽吞吐引起的周期性应力等。的周期性应力等。 水泥石应具有一定的力学、热学性能，以适应水泥石应具有一定的力学、热学性能，以适应这些工况的变化，并维持良好的界面胶结、密封能这些工况的变化，并维持良好的界面

33、胶结、密封能力，使水泥环具有良好的长期密封性能。力，使水泥环具有良好的长期密封性能。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析- -水泥浆水泥浆11/12/2021.40 不同的密度、类型，有不同的特殊性能，以不同的密度、类型，有不同的特殊性能，以满足不同固井作业的需要。满足不同固井作业的需要。 可影响冲洗、隔离的效果，从而影响水泥浆可影响冲洗、隔离的效果，从而影响水泥浆对钻井液的顶替效率。对钻井液的顶替效率。 用量影响接触时间、顶替效率，亦影响环空用量影响接触时间、顶替效率，亦影响环空浆柱结构设计和平衡注水泥设计。浆柱结构设计和平衡注水泥设计。 能否与钻井液、水泥浆良好相容，可影响顶能

34、否与钻井液、水泥浆良好相容，可影响顶替效率和施工安全。替效率和施工安全。 可能冲垮、泡垮地层而影响井眼的稳定性。可能冲垮、泡垮地层而影响井眼的稳定性。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析- -前置液前置液11/12/2021.41（1）安全下套管）安全下套管 将套管安全下至井底，有利于后续固井作业的将套管安全下至井底，有利于后续固井作业的顺利进行，并提高固井作业的质量，为获得优良的顺利进行，并提高固井作业的质量，为获得优良的固井质量奠定基础。固井质量奠定基础。（2）循环洗井、调整钻井液性能）循环洗井、调整钻井液性能 确保井眼清洁、稳定，为顺利进行固井作业做确保井眼清洁、稳定，为顺利

35、进行固井作业做好准备，尤其要减少死泥浆、岩屑床的存在。好准备，尤其要减少死泥浆、岩屑床的存在。 适当降低钻井液的粘度、切力，使其利于被水适当降低钻井液的粘度、切力，使其利于被水泥浆顶替，可提高顶替效率，并降低循环压耗。泥浆顶替，可提高顶替效率，并降低循环压耗。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析- -施工施工11/12/2021.42（3）配浆）配浆 混配的水泥浆，其性能是否达到设计要求，对于混配的水泥浆，其性能是否达到设计要求，对于安全施工、平衡注水泥、提高顶替效率、候凝过程中安全施工、平衡注水泥、提高顶替效率、候凝过程中压稳并使水泥浆凝结形成优质、完整的水泥环具有重压稳并使水泥

36、浆凝结形成优质、完整的水泥环具有重要意义。要意义。 连续混配方式，通过调节水灰比控制水泥浆的密连续混配方式，通过调节水灰比控制水泥浆的密度波动，因此，所配水泥浆的性能与设计水泥浆性能度波动，因此，所配水泥浆的性能与设计水泥浆性能之间存在一定的差异，不利于提高固井质量。之间存在一定的差异，不利于提高固井质量。 批量混配方式，需增加批量混配设备，但所配水批量混配方式，需增加批量混配设备，但所配水泥浆密度波动较小，性能更接近设计要求，利于提高泥浆密度波动较小，性能更接近设计要求，利于提高固井质量。固井质量。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析- -施工施工11/12/2021.43（4）

37、平衡注水泥）平衡注水泥 按照设计的排量、流态注水泥，且在注入过程按照设计的排量、流态注水泥，且在注入过程中压稳地层流体而不压漏薄弱地层，可防止地层流中压稳地层流体而不压漏薄弱地层，可防止地层流体环空窜槽和井漏。体环空窜槽和井漏。 能否实现平衡注水泥，可影响水泥浆的返高、能否实现平衡注水泥，可影响水泥浆的返高、水泥浆的流速流态、顶替效率、施工作业的安全，水泥浆的流速流态、顶替效率、施工作业的安全，并影响最终的固井质量。并影响最终的固井质量。三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析- -施工施工11/12/2021.44（5）顶替效率）顶替效率 替净是形成优质、完整的水泥环，获得优良替净是

38、形成优质、完整的水泥环，获得优良固井质量和层间封隔效果的重要前提。顶替效率固井质量和层间封隔效果的重要前提。顶替效率不高，可直接降低水泥环的层间封隔质量。不高，可直接降低水泥环的层间封隔质量。 套管居中，合理的接触时间，合理的顶替流套管居中，合理的接触时间，合理的顶替流速、流态，顶替液和被顶替液之间合理的密度级速、流态，顶替液和被顶替液之间合理的密度级差、流变性级差，加强冲洗、隔离效果，以及在差、流变性级差，加强冲洗、隔离效果，以及在有条件的情况下，上下、旋转活动套管，振动固有条件的情况下，上下、旋转活动套管，振动固井等，均有助于提高顶替效率。井等，均有助于提高顶替效率。三、固井质量影响因素分

39、析三、固井质量影响因素分析- -施工施工11/12/2021.45（6）候凝过程中压稳（失重）候凝过程中压稳（失重） 如在候凝过程中不能压稳地层流体，地层流体将如在候凝过程中不能压稳地层流体，地层流体将侵入环空，破坏水泥浆柱的完整性、使其无法形成优侵入环空，破坏水泥浆柱的完整性、使其无法形成优质、完整的水泥环而导致环空窜流。质、完整的水泥环而导致环空窜流。 可通过多种压稳措施，如环空憋压，双级、多级可通过多种压稳措施，如环空憋压，双级、多级注水泥，振动固井，可压缩水泥等。注水泥，振动固井，可压缩水泥等。 建议：建议：KQ，延缓或消除失重，进而压稳。，延缓或消除失重，进而压稳。三、固井质量影响因

40、素分析三、固井质量影响因素分析- -施工施工11/12/2021.46四大时段四大时段温度变化温度变化压力变化压力变化外力作用外力作用液体环境液体环境水泥石自水泥石自 身性能身性能配浆性能配浆性能平衡注水泥平衡注水泥顶替效率顶替效率顺利作业顺利作业注水泥注水泥凝结后凝结后压稳压稳自由水通道自由水通道水化微裂缝水化微裂缝动态干扰动态干扰收缩微环隙收缩微环隙管内憋压候管内憋压候 凝微环隙凝微环隙l提前动井口提前动井口l提前试压提前试压候候 凝凝准备阶段准备阶段基本数据收集基本数据收集室内设计室内设计现场陈化现场陈化,复核复核井眼准备井眼准备下套管下套管三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分

41、析11/12/2021.47影响固井质量的六大关键环节影响固井质量的六大关键环节 任一环节有误，都可能导致环空任一环节有误，都可能导致环空窜流、导致水泥环层间封隔失败。窜流、导致水泥环层间封隔失败。基本数基本数据收集据收集地层情况地层情况井眼质量井眼质量泥浆性能泥浆性能温度压力温度压力固井要求固井要求复杂事故复杂事故后期工况后期工况固井工固井工程设计程设计套管柱套管柱下套管下套管水泥浆水泥浆冲洗液冲洗液隔离液隔离液扶正器扶正器浆柱结构浆柱结构顶替设计顶替设计平衡注水泥平衡注水泥压稳候凝压稳候凝室内结果室内结果现场复核现场复核水泥浆水泥浆前置液前置液陈化实验陈化实验适应性试验适应性试验配灰、配液

42、配灰、配液室内复核室内复核井眼及作井眼及作业准备业准备泥浆性能泥浆性能井下稳定井下稳定井眼畅通井眼畅通井眼清洁井眼清洁下套管下套管施工机具施工机具候凝候凝管内干扰管内干扰管外干扰管外干扰失失 重重收收 缩缩膨膨 胀胀悬浮失稳悬浮失稳压稳压稳注水泥注水泥配浆配浆前置液前置液水泥浆水泥浆注替排量注替排量顶替效率顶替效率顺利作业顺利作业三、固井质量影响因素分析三、固井质量影响因素分析11/12/2021.48 前述因素相互影响、相互前述因素相互影响、相互制约，既可单独作用，也可制约，既可单独作用，也可联合作用影响固井质量。因联合作用影响固井质量。因此，从某种程度上说，影响此，从某种程度上说，影响固井

43、质量的因素构成一个环固井质量的因素构成一个环环相扣的单链过程，任何一环相扣的单链过程，任何一个环节存在不足，都将影响个环节存在不足，都将影响最终的固井质量，为此，在最终的固井质量，为此，在进行固井施工方案设计时，进行固井施工方案设计时，必须对其进行全面的考虑。必须对其进行全面的考虑。 四、固井系统工程设计理念四、固井系统工程设计理念11/12/2021.49地层条件：既定地层条件：既定井眼质量：给定井眼质量：给定泥浆性能：可调泥浆性能：可调套管性能：限定套管性能：限定注水泥工艺：注水泥工艺：可控可控工况变化：限定工况变化：限定优良优良固井固井质量质量水泥浆、冲洗液、隔离水泥浆、冲洗液、隔离液性

44、能：可调液性能：可调四、固井系统工程设计理念四、固井系统工程设计理念11/12/2021.50 如何针对上述既定或给定的影响因素，调配如何针对上述既定或给定的影响因素，调配并配制出能满足平衡注水泥、提高顶替效率、候并配制出能满足平衡注水泥、提高顶替效率、候凝过程中压稳地层流体、形成优质水泥环，凝结凝过程中压稳地层流体、形成优质水泥环，凝结后能适应后期工况变化需要的水泥浆，并通过合后能适应后期工况变化需要的水泥浆，并通过合理的施工工艺将其注入井内，注入理的施工工艺将其注入井内，注入过程中压稳而不压漏地层并顶替干过程中压稳而不压漏地层并顶替干净，之后压稳候凝，使水泥浆柱形净，之后压稳候凝，使水泥浆

45、柱形成优质、完整的水泥环，即成为影成优质、完整的水泥环，即成为影响固井质量的关键。响固井质量的关键。 四、固井系统工程设计理念四、固井系统工程设计理念11/12/2021.51（1）、作业前的准备工作）、作业前的准备工作-基本内容基本内容 收集基本数据，如井眼条件、地层条件、钻井收集基本数据，如井眼条件、地层条件、钻井液性能、后期工况变化等。液性能、后期工况变化等。 根据收集到的基本数据，确定可满足平衡注水根据收集到的基本数据，确定可满足平衡注水泥、提高顶替效率、候凝过程中压稳、形成优质水泥、提高顶替效率、候凝过程中压稳、形成优质水泥环、良好界面胶结、适应后期工况变化、维持长泥环、良好界面胶结

46、、适应后期工况变化、维持长期密封性能水泥浆、水泥石应该具备的性能。套管期密封性能水泥浆、水泥石应该具备的性能。套管及其附件。及其附件。 制定详细、周密的施工方案。现场配浆、平衡制定详细、周密的施工方案。现场配浆、平衡注水泥、提高顶替效率、候凝过程中压稳。注水泥、提高顶替效率、候凝过程中压稳。四、固井系统工程设计理念四、固井系统工程设计理念11/12/2021.52v基本设计参数、条件合理可靠基本设计参数、条件合理可靠v水泥性能优良、质量稳定可靠水泥性能优良、质量稳定可靠v处理剂质量稳定、性能配伍无突变处理剂质量稳定、性能配伍无突变v套管及其附件满足要求且质量可靠套管及其附件满足要求且质量可靠v

47、注水泥设备性能良好、可靠注水泥设备性能良好、可靠v现场作业人员操作熟练现场作业人员操作熟练v参与方协调、处理到位参与方协调、处理到位v井眼及作业准备充分井眼及作业准备充分（1）、作业前的准备工作）、作业前的准备工作-基本条件质量控制基本条件质量控制四、固井系统工程设计理念四、固井系统工程设计理念11/12/2021.53（2）、套管柱强度、结构设计及安全下入）、套管柱强度、结构设计及安全下入n结构简单但强度满足要求结构简单但强度满足要求u关键（特殊）工况分析关键（特殊）工况分析u合适的强度设计及校核方法合适的强度设计及校核方法u强度、结构满足要求强度、结构满足要求n能够安全下入能够安全下入u井

48、眼准备、泥浆性能井眼准备、泥浆性能u减摩降组措施减摩降组措施u下入操作下入操作四、固井系统工程设计理念四、固井系统工程设计理念11/12/2021.54（3）、调配出性能优良的固井液）、调配出性能优良的固井液水泥浆水泥浆 水泥石的力学、热学、化学性能满足后期水泥石的力学、热学、化学性能满足后期工况及其变化的需要，流变性能满足平衡注水工况及其变化的需要，流变性能满足平衡注水泥、提高顶替效率的需要，防窜性能满足候凝泥、提高顶替效率的需要，防窜性能满足候凝过程中压稳、快速形成强度的需要，稳定性满过程中压稳、快速形成强度的需要，稳定性满足不出现自由水通道、形成优质水泥环的需要，足不出现自由水通道、形成

49、优质水泥环的需要，稠化时间满足安全施工的需要，强度满足支撑、稠化时间满足安全施工的需要，强度满足支撑、保护套管的需要。保护套管的需要。四、固井系统工程设计理念四、固井系统工程设计理念11/12/2021.55l密度：井底压力密度：井底压力l流变性：配浆、平衡注水泥、顶替效率流变性：配浆、平衡注水泥、顶替效率l体系稳定性：滤失、自由水、悬浮稳定体系稳定性：滤失、自由水、悬浮稳定l稠化时间：施工安全稠化时间：施工安全l强度：快凝、早强、高强强度：快凝、早强、高强l压稳防窜：失重（弹性膨胀）压稳防窜：失重（弹性膨胀）l界面胶结强度：良好（刚性微膨胀）界面胶结强度：良好（刚性微膨胀）l水泥石的渗透率：

50、不产生水化裂缝水泥石的渗透率：不产生水化裂缝l长期密封性能：强度、界面胶结、渗透率长期密封性能：强度、界面胶结、渗透率l适应性：温度、液灰比、施工条件及工艺适应性：温度、液灰比、施工条件及工艺基基本本性性能能要要求求四、固井系统工程设计理念四、固井系统工程设计理念（3）、调配出性能优良的固井液）、调配出性能优良的固井液水泥浆水泥浆11/12/2021.56稠化时间对促凝剂加量波动具有良好的适应性稠化时间对促凝剂加量波动具有良好的适应性四、固井系统工程设计理念四、固井系统工程设计理念（3）、调配出性能优良的固井液）、调配出性能优良的固井液水泥浆水泥浆11/12/2021.57四、固井系统工程设计

51、理念四、固井系统工程设计理念（3）、调配出性能优良的固井液）、调配出性能优良的固井液水泥浆水泥浆稠化时间对温度波动具有良好的适应性稠化时间对温度波动具有良好的适应性11/12/2021.58四、固井系统工程设计理念四、固井系统工程设计理念（3）、调配出性能优良的固井液）、调配出性能优良的固井液水泥浆水泥浆超高密度：密度对液灰比波动反应灵敏超高密度：密度对液灰比波动反应灵敏可通过密度控制液灰比可通过密度控制液灰比11/12/2021.59四、固井系统工程设计理念四、固井系统工程设计理念（3）、调配出性能优良的固井液）、调配出性能优良的固井液水泥浆水泥浆超低密度：密度对液灰比波动反应迟钝超低密度：

52、密度对液灰比波动反应迟钝通过密度控制液灰比误差较大，不利于性能控制通过密度控制液灰比误差较大，不利于性能控制11/12/2021.60l堵漏能力堵漏能力l水泥石的抗冲击破碎能力水泥石的抗冲击破碎能力l体系在凝结过程中的弹性膨胀能力体系在凝结过程中的弹性膨胀能力l体系在凝结过程中的微刚性膨胀能力体系在凝结过程中的微刚性膨胀能力l抗高温衰退能力抗高温衰退能力l耐腐蚀能力耐腐蚀能力l抗盐污染能力抗盐污染能力四、固井系统工程设计理念四、固井系统工程设计理念（3）、调配出性能优良的固井液）、调配出性能优良的固井液水泥浆水泥浆特特殊殊性性能能要要求求11/12/2021.61l分散及流变性控制分散及流变性

53、控制l体系稳定性控制体系稳定性控制l稠化时间稠化时间l早期强度早期强度互相矛盾互相矛盾互相矛盾互相矛盾四、固井系统工程设计理念四、固井系统工程设计理念（3）、调配出性能优良的固井液）、调配出性能优良的固井液水泥浆水泥浆11/12/2021.62n兼顾水泥浆综合工程性能兼顾水泥浆综合工程性能n兼顾流变性和体系稳定性兼顾流变性和体系稳定性n兼顾稠化时间和早期强度兼顾稠化时间和早期强度n兼顾初期和后期固井质量兼顾初期和后期固井质量n压稳候凝防窜性能压稳候凝防窜性能n针对井况的特殊性能针对井况的特殊性能设计原则设计原则（3）、调配出性能优良的固井液）、调配出性能优良的固井液水泥浆水泥浆四、固井系统工程

54、设计理念四、固井系统工程设计理念11/12/2021.63密度密度流变性流变性稳定性稳定性用量用量顶替流态顶替流态化学性能化学性能v提高顶替效率提高顶替效率v环空浆柱结构环空浆柱结构v平衡注水泥平衡注水泥v压稳防窜候凝压稳防窜候凝设计原则设计原则（3）、调配出性能优良的固井液）、调配出性能优良的固井液前置液前置液四、固井系统工程设计理念四、固井系统工程设计理念11/12/2021.64（4）、平衡注水泥）、平衡注水泥 在压稳地层流体而不压漏薄弱地层的条件下在压稳地层流体而不压漏薄弱地层的条件下将水泥浆顺利注入井内。在窄安全压力窗口或小将水泥浆顺利注入井内。在窄安全压力窗口或小间隙的井内，这一工

55、作尤为重要。间隙的井内，这一工作尤为重要。（5）、顶替效率）、顶替效率 顶替效率不高是固井质量不好的直接原因，顶替效率不高是固井质量不好的直接原因，因此，应通过各种措施尽可能提高顶替效率。因此，应通过各种措施尽可能提高顶替效率。四、固井系统工程设计理念四、固井系统工程设计理念11/12/2021.65（6）、候凝过程中压稳）、候凝过程中压稳 在水泥浆凝结过程中，一旦不能压稳地层在水泥浆凝结过程中，一旦不能压稳地层流体，发生地层流体窜槽，就无法形成优质、流体，发生地层流体窜槽，就无法形成优质、完整的水泥环。完整的水泥环。 因此应用各种辅助手段，压稳地层流体，因此应用各种辅助手段，压稳地层流体，确

56、保水泥浆柱凝结形成优质完整的水泥环。确保水泥浆柱凝结形成优质完整的水泥环。四、固井系统工程设计理念四、固井系统工程设计理念11/12/2021.661、套管、套管强度及结构设计强度及结构设计n井眼类型：探井、开发井井眼类型：探井、开发井n下入过程中井口套管受强大拉力下入过程中井口套管受强大拉力n下入过程中底部套管受强大外挤压力下入过程中底部套管受强大外挤压力n压井、生产过程中井口套管受强大内压压井、生产过程中井口套管受强大内压n有无腐蚀性地层流体？有无腐蚀性地层流体？n有无软泥岩、盐岩？有无软泥岩、盐岩？工工况况分分析析11/12/2021.671、套管、套管强度及结构设计强度及结构设计n是否

57、存在高温热应力或热应力循环？是否存在高温热应力或热应力循环？n是否存在深井套管内壁的磨损问题？是否存在深井套管内壁的磨损问题？n弯曲井段？强度、密封性能及通过性？弯曲井段？强度、密封性能及通过性？n是否需要气密封？是否需要气密封？n井眼质量如何？大肚子？狗腿？糖葫芦？井眼质量如何？大肚子？狗腿？糖葫芦？n是否需要减摩降阻？强力扶正？是否需要减摩降阻？强力扶正？工工况况分分析析11/12/2021.68u下入摩阻分析下入摩阻分析u最大允许下入速度最大允许下入速度u作业前充分通井、洗井作业前充分通井、洗井u在泥浆中混入适量原油或塑料小球（润滑性）在泥浆中混入适量原油或塑料小球（润滑性）u漂浮下套管

58、技术漂浮下套管技术u按计算结果严格控制套管下入速度按计算结果严格控制套管下入速度u按安全操作规程进行作业按安全操作规程进行作业u注意活动套管并及时灌泥浆注意活动套管并及时灌泥浆u根据需要中途循环根据需要中途循环1、套管、套管安全下入安全下入11/12/2021.69密度：密度：加重料或减轻料，液灰比加重料或减轻料，液灰比分散：分散：分散剂，分散剂，液灰比，液灰比，比表面积，粒度级配比表面积，粒度级配增稠：增稠：分散剂，分散剂，液灰比，液灰比，比表面积比表面积，降失水剂降失水剂促凝：促凝：比表面积比表面积，液灰比，促凝剂，增强剂液灰比，促凝剂，增强剂缓凝：缓凝：比表面积比表面积，液灰比，缓凝剂液

59、灰比，缓凝剂降自由水：降自由水：比表面积，比表面积，液灰比，粒度级配，降失水剂液灰比，粒度级配，降失水剂降失水：降失水：比表面积，粒度级配，降失水剂（滤饼渗透率）比表面积，粒度级配，降失水剂（滤饼渗透率）悬浮稳定：悬浮稳定：粘、切，粘、切，密度差，密度差，外掺料颗粒直径外掺料颗粒直径2、水泥浆体系设计技术、水泥浆体系设计技术11/12/2021.70密实：密实：粒度级配，粒度级配，液灰比液灰比提强度：提强度：水泥量，水泥量，液灰比，粒度级配，增强剂，外掺料液灰比，粒度级配，增强剂，外掺料压稳：压稳：凝结早期弹性膨胀，减小或延缓失重凝结早期弹性膨胀，减小或延缓失重界面胶结：界面胶结：凝结后期刚性

60、膨胀凝结后期刚性膨胀防水浸防水浸：增强内聚力：增强内聚力堵漏：堵漏：触变、纤维、颗粒触变、纤维、颗粒韧性：韧性：密实、胶乳、纤维等密实、胶乳、纤维等抗腐蚀：抗腐蚀：密实、胶乳、硅粉等密实、胶乳、硅粉等抗高温衰退：抗高温衰退：硅质材料硅质材料2、水泥浆体系设计技术、水泥浆体系设计技术11/12/2021.71v合理确定地层承压能力合理确定地层承压能力v憋压堵漏提高地层承压能力憋压堵漏提高地层承压能力v防漏、堵漏水泥浆防漏、堵漏水泥浆v环空浆柱结构设计技术环空浆柱结构设计技术v注水泥仿真设计技术注水泥仿真设计技术v紊流顶替平衡注水泥技术紊流顶替平衡注水泥技术v前置液紊流水泥浆有效层流顶替平衡注水泥