==套管附件==

1、水泥頭

1)套管水泥頭

釋放下膠塞時，旋轉退出釋放下?lián)蹁N，下膠塞在重力和泵送液體推動下離開下膠塞所在內腔(釋放指示銷有顯示)，并沿套管內壁被驅替至套管浮箍上。放上膠塞時，旋轉退出釋放上擋銷，上膠塞在重力和頂替液的推動下，離開上膠塞所在內腔(釋放指示銷有顯示)，驅替水泥漿并清刮套管內壁直到與下膠塞重合、碰壓為止。

2)尾管水泥頭

尾管水泥頭用于尾管固井。尾管水泥頭由提升短節(jié)、本體、旋轉軸承機構、鉆桿塞擋銷機構、投球機構、鉆桿聯(lián)接短節(jié)和閥門管匯等部分組成，如圖所示。尾管水泥頭主要用于尾管固井，提升短節(jié)和旋轉軸承機構的作用同鉆桿水泥頭的對應機構相同。坐掛尾管懸掛器時，旋轉投球機構的手柄，頂桿便將球從投球機構內腔頂出，球在重力和泵送液體的推動下，沿鉆桿內腔落到懸掛器球座上，在泵壓的作用下使尾管懸掛器實現(xiàn)坐掛。釋放尾管膠塞時，旋轉鉆桿塞擋銷機構的手柄，使擋銷從鉆桿塞內腔收回，鉆桿塞便在泵送液體的推動下離開鉆桿塞所在內腔，沿鉆桿內壁落到尾管膠塞座上，在泵壓的作用下剪切釋放尾管膠塞。

膠塞

2、循環(huán)頭

循環(huán)頭用于下套管或尾管中途連接下入套管、頂驅或地面高壓管匯上，建立循環(huán)的井口工具。

3、插入接頭

插入接頭與插入式浮鞋或浮箍配套使用，主要用于大尺寸套管的內管固井作業(yè)，有直插式和旋轉插入式。

4、SSR平衡閥

SSR平衡閥與鉆桿水泥頭配套使用，主要作用是：平衡SSR水下釋放系統(tǒng)管內外壓差，避免膠塞非正常釋放。

==固井質量==

1、注水泥質量要求

1、水泥返高、水泥塞長度和人工井底的規(guī)定

油氣層固井，設計水泥返高應超過油氣層頂界150米，實際封過油氣層頂部不少于50米。其中要求合格的水泥環(huán)段，對于淺于2000米的井不少于10米，深于2000米的井不少于20米。

2、為了保證套管管鞋封固質量，油層套管采用雙塞固井時，阻流環(huán)距套管鞋長度不少于10米，技術套管(或先期完成井)，一般為20米，套管鞋位置應盡量靠近井底。

3、油氣層底界距人工井底(管內水泥面，浮箍位置)不少于15米，主要是為了滿足采油方面的需要。

4、其中第二條是為了防止上膠塞下行時所刮下的套管內表面上的液膜漿體污染水泥漿，而影響套管鞋附近的水泥封固質量。

2、水泥環(huán)質量鑒定

目前我國水泥環(huán)質量鑒定一般以聲幅測井(CBL，也稱水泥膠結測井)為準。聲幅相對值在15%(油田現(xiàn)場有的也采用10%)以內為優(yōu)等，30%為合格；聲幅超過30%的井段則視為水泥封固不合格。聲幅測井一般在注水泥后24小時到48小時內進行，但對特殊井(如尾管固井、采用緩凝水泥固井等)聲幅測井時間可依具體情況而定，現(xiàn)在變密度測井(VDL)也在逐漸普及。

1、井溫測井

水泥的水化反應是放熱反應，其凝結過程中所放出的熱量通過套管傳給套管內液體，可使井內溫度上升一定數(shù)值，如6℃~20℃。而環(huán)空中沒有水泥的井段，井內溫度為正常溫度。利用這一特性，可以測定水泥漿在環(huán)空中的返高位置，即水泥頂部深度。

2、聲幅測井(水泥膠結測井)

聲幅測井是根據(jù)聲學原理所進行的測井。在井下，從測井儀聲波發(fā)射出聲波，聲波向四周以近似球形的波陣面發(fā)散，通過不同的介質和路線后傳播到接收器。最先到達接收器的是沿著套管傳播的滑行波(叫套管波)所產生的折射波，其次是傳到地層后又傳播回來的地層波，盡管在鉆井液內聲波的傳播距離最短，但由于在鉆井液內聲速相對較低，所以鉆井液波(泥漿波)到達最遲。聲幅測井記錄的是最先到達的套管波的首波幅度。

套管波在傳播過程中要向套管內和環(huán)形空間散失能量，即聲幅要衰減(降低)。套管波的衰減程度和套管內外介質性質及期分布有關。因為管內鉆井液的分布及性質是不變的，因此向管內散失的能量為恒定值。在此基礎上的套管波的衰減程度就將取決于管外水泥與套管的膠結情況。實驗證明，在其它條件不變的情況下，套管首波幅度的對數(shù)與套管周圍水泥未膠結部分所占套管周長的百分數(shù)之間存在線性關系，即與套管膠結的水泥越多，所接收的聲幅越上，而當管外全為鉆井液時，所接收的聲幅最大。

由測量線路把所接收的聲幅大小轉變成與之成比例的電壓大小，加以記錄。沿井深由下而上進行測試，就可得到一條沿井深反映水泥與套管膠結情況的聲幅測井曲線。應用聲幅測井曲線檢測水泥環(huán)質量是通過相對幅度進行的(以環(huán)空內全為鉆井液的自由套管段的聲幅值為基準)。

相對幅度=目的段聲幅曲線幅度/自由套管段聲幅曲線幅度*100%。

3、聲波變密度測井

聲幅測井測量記錄的是套管首波幅度。聲波變密度測井(VDL，簡稱變密度測井)是用接收器將套管波、地層波等聲波幅度按到達時間先后全部測量記錄，再用一定的方法顯示，以評價水泥環(huán)質量的測井方法。當進行變密度測井時，同時進行聲幅測井。變密度測井因為能夠測量記錄地層波，因此能夠反映出水泥與地層(俗稱第二界面)有膠結情況。將變密度測井結果與聲幅測井結果對比分析，可以全面地評價水泥環(huán)質量。

==固井技術的現(xiàn)狀及發(fā)展==

1、概述

固井作業(yè)是油氣井鉆井工程中最重要的環(huán)節(jié)之一，其主要目的是封隔井眼內的油層、氣層和水層，保護油氣井套管、增加油氣井壽命以及提高油氣產量。自1903年開始固井以來經過近100年的努力，國內外固井技術有了很大的的進步。主要表現(xiàn)在:油井水泥的擴充與完善，油井基本水泥由一兩種發(fā)展到13種；油井水泥外加劑已發(fā)展到14大類200多個品種；普遍采用計算機控制技術對配漿過程進行連續(xù)監(jiān)控，注水泥設備向操作自動化、密度控制精確化方向發(fā)展。

復雜的地層固井技術日趨完善，研究開發(fā)了適應高壓氣井、低壓易漏失井、多壓力系統(tǒng)以及深井超深井高溫固井配套技術。小井眼固井、水平井固井、分支井固井和大位移固井等特殊工藝井固井技術；研制開發(fā)了尾管懸掛器、雙級(多級)注水泥器以及扶正器等；固井計算機模擬、仿真與監(jiān)控技術，提高了固井方案設計、現(xiàn)場施工的準確性、針對性和科學性。

2、國內外固井技術進度情況

(1) 油井水泥與外加劑研究

1、基本水泥。

基本水泥增加了酸溶水泥、高細度水泥、波特蘭水泥與高爐礦渣混合物、可儲存液體水泥和合成樹脂水泥。

2、外加劑

應用油井水泥外加劑已成為解決各種復雜固井問題、提高固井質量和保護油氣層的主要技術手段。據(jù)美國統(tǒng)計，固井外加劑的用量占油田化學劑的38％。油井水泥外加劑主要進展:

• 研制開發(fā)了適應更寬溫度和密度范圍、抗鹽和抗高溫的高性能降失水劑

• 用于深水固井的特殊外加劑

• 泡沫水泥漿外加劑

• 改善水泥石性能的外加劑

• 滿足特殊地質條件下的水泥外加劑

(2) 固井技術

1、CemCRETE固井技術

為解決異常壓力固井問題，道威爾—斯倫貝謝公司于1998年底研究開發(fā)了CemCRETE技術。該技術基于混凝土水泥漿技術，利用顆粒級配原理，通過優(yōu)化水泥及外摻料顆粒直徑分布(PSD)，優(yōu)選3種以上不同直徑的顆粒，使單位體積內固相顆粒增加，盡量降低水泥漿水灰比，提高水泥石的抗壓強度和降低水泥石的孔隙度和滲透率。

CemCRETE固井技術應用密度為1.20g/cm3的低密度水泥漿，24h抗壓強度大于14MPa，水泥石的滲透率和孔隙度明顯小于常規(guī)水泥漿阿曼石油開發(fā)公司(PDO)采用密度為2.40g/ cm3的高密度水泥漿技術成功地解決了Sarmad 油田井深為4800m的深井膏鹽層的高壓固井問題。

2、泡沫固井技術

哈里伯頓公司應用泡沫水泥漿替代常規(guī)漂珠低密度水泥漿固井取得了良好的現(xiàn)場應用效果。泡沫水泥漿由凈漿、氮氣、穩(wěn)泡劑及水泥漿處理劑組成。國內通過研究，在水泥和配漿水中分別加入兩種發(fā)泡劑，在混漿時發(fā)生化學反應生成氮氣，通過穩(wěn)泡劑使之形成穩(wěn)定且相互獨立的泡沫水泥漿，化學泡沫水泥漿在國內很多油田應用取得了較好的效果。

3、防竄固井技術

人們對環(huán)空氣(水)竄的形成原因、影響因素、氣竄的物理過程、預測方法及防氣竄水泥漿體系做了大量的研究工作，先后研究開發(fā)了膨脹水泥、延緩膠凝水泥、觸變水泥、可壓縮水泥和非滲透乳膠水泥等多種防竄水泥漿體系。在防氣竄水泥漿性能評價與預測研究方面，國內外有許多評價和預測水泥漿防氣竄性能的模式與方法，它們考慮氣井氣層壓力、漿體結構、水泥漿密度、返深等因素?？梢杂行У刂笇Х罋飧Z固井設計。

4、鉆井液轉化水泥漿(MTC)固井技術

該項固井技術是指在泥漿中加入一些可水化的材料，使鉆井液可在一定條件下轉變成具有一定強度的固井液的技術。該技術有利于提高固井質量，尤其是有助于改善第二界面膠結質量，自80年代研究應用以來，一度在固井界引起極大的關注，被認為是傳統(tǒng)固井作業(yè)的一次革命。淡化了頂替效率及頂替技術。MTC的應用美國在開采了56年的某油田14口井中應用了多功能鉆井液技術，結果表明，固井成功率從原來的28％提高到65％，單井成本節(jié)約8萬美元。勝利、遼河、滇黔桂、長慶等許多油田已推廣應用。

(三) 固井工具

為適應水平井、大位移井固井要求，美國哈里伯頓等公司相繼研制開發(fā)了滾珠式剛性扶正器、井下啟動剛性扶正器、套管漂浮接箍等。為解決漏失層、氣層等特殊復雜地層固井問題，美國貝克—休斯公司研制開發(fā)了水泥漿膨脹的長裸眼封隔器，可通過水泥漿進行膨脹永久性封隔地層，取代注水泥作業(yè)，并能在封隔器上進行射孔作業(yè)，滿足測試、生產需要。

為適應欠平衡鉆井技術的需求，美國貝克公司研制開發(fā)了在欠平衡條件下，下入尾管專門井下裝置，從而保證了全過程欠平衡作業(yè)的實施。遙控水泥頭。減少了開擋銷釋放膠塞的時間，保證了施工的連續(xù)性。為解決水平井尾管固井中由于井斜大，造成座掛銅球無法到位實施憋壓座掛的技術問題，國內研制開發(fā)了專門用于大斜度、水平井尾管固井的送球器。

(四) 水泥漿頂替技術

美國道威爾—斯倫貝謝公司提出了有效層流固井技術，在無法實現(xiàn)紊流的條件下采用有效層流固井技術取得了較好的現(xiàn)場應用效果。中石化石油鉆井研究所針對深井不規(guī)則井眼水泥漿頂替效率低的技術問題，提出了紊流—塞流復合頂替技術，通過理論分析提出在不同井徑條件下同時實現(xiàn)紊流和塞流的水泥漿流變性能要求以及相應的水泥漿流變性能設計方法。較好地解決了深井井眼不規(guī)則的固井問題。

(五) 注水泥計算機動態(tài)模擬與設計系統(tǒng)

國內外普遍研制開發(fā)了相應的注水泥動態(tài)模擬與設計系統(tǒng)，提高了固井設計的針對性和準確性。美國LANDMARK、道威爾—斯倫貝謝、哈里伯頓公司都擁有先進的固井設計及作業(yè)評價系統(tǒng)。

(六) 注水泥設備

美國是生產成套固井設備的主要廠家，主要包括哈里伯頓、道威爾—斯倫貝謝和BJ公司，中國主要是江漢石油管理局第四石油機器廠。水泥漿的密度最高可精確控制在2.64g/ cm3以內。

(七) 水泥漿實驗儀器

為了適應固井技術不斷發(fā)展的需求，國內外普遍加大了水泥漿實驗儀器開發(fā)力度。除常規(guī)的失水儀、稠化儀、膠凝強度儀外，美國CHANDLER公司于2000年研究開發(fā)出了用于模擬和評價注水泥環(huán)空氣竄的最新儀器—7150型水泥漿氣竄模擬儀。

3、國內固井技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

(一)油井水泥與外加劑

從1990年開始，中國頒布了“油井水泥”新標準，淘汰了75、95和120℃老的水泥標準，已完成了油井水泥向API標準過渡，提高了油井水泥的質量。大慶油田為解決低溫水泥石早強問題，與有關水泥生產廠家研究并應用了高鋁水泥，取得了較好的效果。國內外的比較固井基本水泥研究與應用方面，主要表現(xiàn)在研究投入不足、基本水泥種類很少，且應用更少。

在油井水泥外加劑研究方面，中國經歷了引進、仿制、自行研究和配套的過程。到目前為止，已形成了11大類100多個品種的水泥漿外加劑，基本滿足了國內油田開發(fā)的需要。在分散劑、低溫防氣竄劑、常規(guī)性能降失水劑等性能方面已接近或達到國外先進水平。油井水泥外加劑方面的差距國內多數(shù)抗鹽、抗高溫外加劑適應120℃以上的外加劑種類很少且性能不穩(wěn)定；對減少或防止高溫強度衰退的硅質材料研究較少且質量不穩(wěn)定；中國油井水泥外加劑普遍各自為政，配伍性較差；因投入關系，我國平均使用一噸油井水泥，外加劑消耗量為0.057噸，國外為 0.17噸。

(二) 常規(guī)固井技術

我國已完善了8種油藏14種固井技術，原來許多如尾管固井、雙級固井、水平井固井等特殊固井工藝已普遍使用，逐步演變成常規(guī)固井技術。但與國外相比，我國在超低密度水泥漿固井、超高密度水泥漿固井、超深井超高溫固井，等方面仍有較大差距。

(三) MTC固井技術

我國自1992年開始對MTC固井技術進行了大量的研究與應用工作，已全面掌握了鉆井液轉化為水泥漿的激活、性能控制和現(xiàn)場施工技術，現(xiàn)場已應用幾百口。今后應進一步加強MTC水化機理研究和 MTC固化物高溫高壓及長期力學性能研究，簡化現(xiàn)場施工工藝，拓寬其應用范圍。

(四) 固井工具的研制與開發(fā)

尾管懸掛器、雙級注水泥器、套管扶正器、套管外封隔器及常規(guī)的工具附件，基本滿足了現(xiàn)場固井技術要求。固井工具質量及可靠性已接近國外產品水平。與國外相比，中國在可旋轉的尾管懸掛器、帶封隔器的尾管懸掛器、多級固井工具及大位移井固井的專用固井附件方面有較大差距。

（五）固井計算機模擬與設計軟件

國內西南石油學院等單位研究開發(fā)了較先進的固井計算機模擬與設計軟件。 國內各油田都有自己的固井設計軟件。但軟件的先進性、科學性及功能方面還需要提高。固井現(xiàn)場施工實時監(jiān)測及作業(yè)評價系統(tǒng)應用還不廣泛。

4、總結

固井技術一直是隨著鉆井技術的進步而發(fā)展的。現(xiàn)有的固井技術基本適應了油田勘探開發(fā)的需要。隨著油氣勘探開發(fā)的深入，固井技術也將得到進一步的完善和發(fā)展。