固井复杂问题

固井复杂问题固井作业不仅关系到油气井能否顺利完成，影响投产后油气井质量的好坏、油气井寿命的长短及油气井产量的高低，而且其成本在整个钻井工程中也占有很大的密度（占20%～30%）。固井技术发展的目标一直围绕如何进一步提高固井质量及减少固井事故等。固井又是一个系统工程，影响因素复杂多样，具有其特殊性，主要表现在以下几个方面：（1）固井作业是一个一次性工程，如质量不合格，即使采用挤水泥等补救方法也难以取得良好的效果。（2）固井作业是一项系统工程、隐蔽性作业，涉及到材料、流体、化学、机械、力学等多种学科，施工时未知因素多，风险大。（3）固井作业施工时间短，工作量大，技术性强，费用高。因此，要求固井作业要精心设计、精心准备、精心施工，并要有较完备的预防固井复杂情况的预处理方案，确保优质高效地完成固井作业。固井作业涉及套管、水泥浆浆体性能设计、注水泥现场施工、水泥胶结质量等方面，为此，固井复杂问题和事故也可以分为以下几类。第一类：套管及下套管复杂情况，包括下套管阻卡、套管断裂、套管泄漏、套管挤毁、套管附件和工具失败、下套管后漏失或循环不通等。第二类：水泥浆浆体性能事故，包括水泥浆闪凝、水泥浆触变性、水泥浆过度缓凝等。第三类：注水泥现场施工复杂情况，包括注水泥漏失、环空堵塞、注水泥替空等复杂情况和事故。第四类：水泥胶结质量复杂情况，包括油气水层漏封、水泥胶结质量差、环空气（水）窜等。下面就上述固井复杂情况及事故发生的主要原因及预防、处理方法分别加以论述。1、下套管复杂情况1、1套管阻卡套管阻卡一般可分为以下三类：一是套管粘吸卡，二是井眼缩经卡，三是井眼坍塌或砂桥卡。1）管阻卡的原因及影响因素1.套管粘吸卡是由于套管的外径往往大于钻杆的外径，套管与井壁的接触面积大于钻杆的接触面积，上扣时间要大于钻杆的上扣时间，且下套管时又难以旋转，因此，卡套管的发生机率较大。2.井眼缩径卡套管是由于井眼不稳定，特别是钻遇蠕动性岩盐层或由于钻井夜性能不好形成较厚的假泥饼，导致井眼缩径，造成缩径卡套管事故。3.井眼坍塌或砂桥卡套管是在下套管过程中或下套管结束后发生井眼坍塌或形成砂桥造成卡套管事故。4.下套管前没有认真通井，对缩径段没有很好地划眼，易造成卡套管事故。5.下套管作业没有认真准备（包括组织、工具等），造成下套管时间过长或中间停顿等，易发生卡套管事故。6.中途测试、取心、电测后没有通井而直接下套管易发生卡套管事故。7.钻井液性能不好，没有形成很好的滤饼，井眼摩阻系数大，尤其是高密度、分散型钻井液，发生卡套管的机率大。8.下套管前对漏失层没有很好地堵漏，加之下套管时速度过快，易压漏地层，造成井塌引起卡套管事故。9.高压层下套管前没有压稳，在下套管过程中发生溢流，环空夜柱压力下降，易发生井塌，造成卡套管事故。10.井口不，下套管上扣时反复错扣，下套管时井下套管静止时间长且没有活动套管，易发生卡套管事故。11.钻井液密度设计不合理，如密度设计较低，造成井眼坍塌或没有压稳蠕动性地层引起井眼缩径，造成卡套管事故。12.下套管时遇阻，盲目下压，造成下套管由遇阻演变成套管卡死。2）防发生套管阻卡的技术措施1.下套管前认真通井，对缩径段反复划眼。2.设计合理的钻井液密度，保证压稳地层，防止井眼坍塌，减少蠕动性地层的蠕动速度和井眼缩径。3.中途测试、取心及电测后要求认真通井才能下套管。4.下套管前认真处理好钻井液性能，降低钻井液粘度、切力和失水，并充分循环处理钻井液，方可下套管。5.对于深井、长裸眼井和定向井、水平井等，必要时在下套管前要求加入塑料小球或混入5%～10%的原油，降低井眼摩阻系数。6.下套管作业要认真准备（包括人员组织、工具等），仅可能减少下套管时间和中间停待。7.下套管前对漏失层要求很好地堵漏，并控制下套管的速度，防止压漏地层。8.在高压层下套管前要求压稳，防止在下套管过程中发生溢流，保持井内压力平衡。9.在下套管过程中如发生井漏、井塌等复杂情况，一般要求起出套管，下载处理井眼，正常后再重新下套管。10.下套管时如遇阻，应反复活动套管，并接方钻杆或循环头循环处理钻井液，不能盲目下压，防止套管卡死。11.下套管前要校正井口，做到天车、转盘和井口三点一线，防止下套管上扣时错扣。12.必要时使用套管扶正台，采用人工或机械扶正套管，防止下套管上扣时错扣并加快下套管速度。13.尽可能使用自动灌浆设备，减少因灌浆造成的下套管停顿时间，使用自动灌浆设备时要及时注意其工作状况，如失败要采用人工灌浆。14.下完套管后要求先灌满钻井液后再慢慢开泵循环，等循环畅通后慢慢提高循环排量，防止混入空气造成开泵困难和压漏地层。15.采用人工灌浆时，在灌浆间隙要不停地活动套管，上下活动套管距离不小于2米，发现井下有遇阻迹象时要停止灌浆，并采用大距离活动套管或接方钻杆循环等措施，等正常后再灌浆和下套管。16.下套管过程中要及时注意井口返浆，如发现异常应立即停止下套管进行处理，待正常后方可继续下套管。3）套管阻卡的处理方法套管遇卡后，应在保证套管串不被破坏的前提下开展处理工作，而且，应根据不同的卡套管类型采用不同的处理方法较卡钻相比，套管遇卡处理难度更大，手段也相对较少。（1）套管粘卡发生套管粘卡后，推荐采用以下步骤进行处理：1.强力活动套管；发生套管粘卡后一般是先接方钻杆或循环头开泵循环，后在套管和设备（井架、提升系统）安全的条件下，尽最大可能上下活动套管，采用此种方法一般可以消除套管粘卡。如果强力活动次数后（通常为10次左右）仍不能解卡，一般要停止强力活动。此后，在一定范围内活动没有卡住的套管，防止卡点上移。2.泡解卡剂；在强力活动套管无效后，处理套管粘卡的主要方法是通过泡解卡剂的方法来处理套管粘吸卡。其基本步骤一般如下：第一：选择合适的解卡剂。解卡剂一般分为水基、油基两种，其密度要根据井内地层压力选定，对于高压井，要选择高密度的解卡剂。一般油基解卡剂适合大多数地区，但在个别地区，水基解卡剂也取得了较好的应用效果。第二；计算卡点位置。现场一般采用计算在一定拉力条件下的套管伸长来计算卡点位置。计算公式如下：L=ESI/F式中L——自由套管的长度，m；E——钢的弹性系数，2.1×105MPa；I——自由套管在力F作用下的伸长，m；F——自由套管所受超过自身质量的拉力，N；S——套管截面积，m2。第三：计算解卡剂的用量。根据计算的卡点位置，在卡点位置及其以下部分注入合适的解卡剂。要求具有一定的附加量，一般在20%左右。第四：井内压力平衡计算。根据井内地层压力、钻井液密度、地层岩性、解卡剂的密度和用量，进行井内压力平衡计算，确保不会发生井涌、井喷和井塌事故。第五：解卡。根据不同的解卡剂的类型、地层特性和现场的实际卡套管的情况，在解卡剂注入一定时间后采用类似强力活动套管处理方法解卡。（2）套管缩径卡和井眼坍塌或砂桥卡1.套管缩径卡时，井内一般可以循环钻井液，可以通过类似套管粘卡的处理方法进行处理。2.井眼坍塌或砂桥卡时，如可以循环钻井液且井口尚能返浆，应坚持先小批量低压循环钻井液，后逐步提高钻井液的密度、切力，正常后固井。3.如果套管已经下到井底，且循环钻井液漏失，应根据现场实际情况进行处理。大多数情况下选择小批量固井的方法，争取把下部地层封固，必要时再对上部地层进行挤水泥作业补救。4.如果套管没有下到井底，可选择先固井，后采用增加一层尾管固井封固下部地层的方法补救。1.2套管断裂1）套管断裂的原因及影响因素1.套管设计时安全系数设计偏低，没有考虑如温度变化、套管弯曲等因素对套管强度的影响，造成套管强度不够而发生套管断裂。2.套管本身质量问题，特别是丝扣加工质量不过关，造成丝扣处脱落。3.套管浮箍以上由于没有对套管丝扣联接处加以固定，在钻水泥塞时造成套管脱落。4.钻遇硫化氢气层，钻井液中含有硫化氢而产生氢脆作用，造成套管断裂。5.在技术套管中钻进，没有采取有效的防护措施，钻杆接头将套管磨穿，造成套管断裂。6.地层水含有腐蚀性物质，如水泥环封固质量不好，易造成套管腐蚀破坏断裂。7.套管遇卡后，施加拉力太大，造成套管脱落。8.在压裂和注水泥施工时，由于施工压力太高，超过了套管的抗压强度，造成套管断裂破坏。9.在热采井内，套管受热膨胀，但由于套管外面又有水泥固结，限制了套管的自由伸长，在套管内部产生压应力，当压应力超过材料的屈服极限时，套管就会断裂。2）防止套管断裂的技术措施1.下套管时防止套管错扣，不允许在错扣焊接。2.套管遇阻卡后，不能强拉强提，上提拉力不能大于套管本体和丝扣抗拉强度的80%。3.表层套管和技术套管下部的留水泥塞套管应用防止螺纹松扣脂或在松扣处采用铆钉固定，防止在钻水泥塞或下部钻进过程中造成套管脱落。4.对于含有硫化氢的井，下套管前必须充分循环钻井液，压稳产层，清除钻井液中的硫化氢。同时，应采用访硫套管和井口装置。5.应尽可能提高表层和技术套管鞋处的固井质量。6.在已下套管的井内钻进，要控制转盘的转速。钻铤未出套管鞋时，转速不大于60r/min，钻铤出套管鞋后也不要超过150r/min.对于深井和复杂井，钻井周期长，对套管要采取相应的保护措施。7.对于热采井固井，应采用优质钢材，在固井时要提拉一定的预应力，消除因温度升高，钢材受热膨胀产生的压应力。1、3套管挤毁1）管挤毁的原因及影响因素1.套管强度设计不合理，造成套管挤毁。2.灌钻井液不及时，造成在下套管过程中掏空太长，引起套管挤毁。3.套管加工质量不好，如壁厚不均匀或椭圆度太长或钢材性能达不到标准。4.在挤水泥时，没有下挤水泥封隔器，挤水泥施工压力超过上部套管的抗内压强度，造成上部大直径套管挤毁。5.存在特殊地层，如岩盐层，由于岩盐层蠕动，蠕变压力大于套管的抗外挤强度，就会造成套管挤毁。2）防止套管挤毁的技术对策1.下套管时要及时灌浆，控制套管掏空深度。2.在岩盐层等蠕动性特殊地层段套管强度设计应采用蠕变压力设计，并考虑不均匀载荷的影响。3.挤水泥作业设计时要考虑套管抗压和抗外挤强度的影响。4.控制下如套管的质量，防止不合格的套管入井。6.尽可能提高封固段的水泥石胶结质量，尤其是蠕动性特殊地层，提高套管抗外挤能力。1、4管附件和工具复杂情况1)浮箍、浮鞋复杂情况1.浮箍、浮鞋堵塞：下完套管后，循环不通，开泵压力持续上升，井口不反浆。预防措施：对入井套管进行严格通径，并严格防止套管内落物。解决措施是在浮箍、浮鞋以上套管射孔，重新建立循环后固井。2.浮箍、浮鞋失效：下完套管或注水泥结束后，浮箍、浮鞋失效或密封不严。预防措施：a.对入井套管进行严格通径，并严格防止套管内落物对浮箍浮鞋的损害；b.如果浮箍浮鞋已经失效，对于常规固井可以采用关井候凝的方式，对于尾管固井或双极固井，则采用管内外液柱平衡压力固井方式。2）双极箍复杂情况1.双级箍打不开双级箍打不开是指一级固井结束后，不能顺利打开双级箍的二级固井循环孔，造成二级固井无法正常进行。造成双级箍不能顺利打开的可能原因有：①非连续式双级箍打开塞与打开塞座密封不严，无法施加压力，造成无法打开双级箍；②双级箍本身加工质量和设计有缺陷，双级箍在重力作用下本体变形或双级箍本体与打开套配合间隙过小，造成双级箍打开套下行阻力大，无法打开双级箍；③一级固井水泥浆性能设计不当，如稠化时间短，返到双级箍以上时水泥浆已经稠化，或是水泥浆与钻井液相容性差，造成双级箍处的水泥浆胶凝，无法顺利打开双级箍；④一级固井后发生环空堵塞，造成双级箍无法打开；⑤双级箍放置位置不合适，井斜角大且狗腿度大，打开塞未座牢，造成双级箍无法打开；⑥井口连接双级箍时打钳位置不对，双级箍内外套发生微变形。防止双级箍打不开的技术措施有：①禁止在双级箍本体上打钳，防止双级箍本体变形；②选择质量好，设计合理的双级箍产品；③尽可能设计水泥浆不要返到双级箍以上位置，如一级固井水泥浆必须返到双级箍以上，其稠化时间要附加重力塞的下落时间，且选用性能良好的固井隔离液防止双级箍处的水泥浆胶凝；④双级固井前要充分循环处理钻井液，确保井眼稳定；⑤选择合适的双级箍放置位置，对于常规的机械打开双级箍，其井斜角一般不要大于60～80；对于大斜度井采