固井的完整指南

什么是水泥？

水泥是几种不同类型岩石的混合物，将其压碎并加热至非常高的温度，然后研磨成超细粉尘，用于生产混凝土。

通常，水泥结合岩石，包括石灰石，贝壳，页岩，铁矿石，白垩，粘土和板岩。首先将它们磨成小块，然后将它们送入水泥窑中，并加热到大约2700华氏度或超过1480摄氏度。

窑旋转，岩石中的某些元素从混合物中蒸发。剩下的叫做熟料，熟料要经过几个冷却器才能处理。处理由水泥厂完成，将其磨成我们称为水泥的细粉。

水泥种类

美国测试和材料学会区分水泥的五种基本类型：

类型一：普通水泥，在对凝结时间或加热水合无特殊要求时使用。所有水泥与水接触都会产生热量。这称为热水合，在某些环境中，必须进行低热水合。在其他情况下，这不是主要问题。

第二类：改性水泥，通常用于基础混凝土。它的凝结速度比其他类型的水泥慢，但不易开裂。

第三类：由于这种特性，经常在道路建设和维修中使用的速凝水泥可以在时间紧迫的情况下加快施工/维修时间。

类型IV：低热量水合水泥，这意味着当水与水泥接触时，水泥产生的热量比其他情况少。

V型：高抗硫酸盐水泥。硫酸盐是包含在地下水中的化学化合物，会腐蚀水泥并腐蚀水泥。对于地下结构以及潮湿和海上环境中的结构，这是用于避免快速侵蚀的水泥。

但是，油井中使用的水泥必须是一种特殊的水泥。它必须具有非常低的渗透率才能将井与周围的岩石和含水层密封起来，并且必须足够坚固以承受井，套管和周围的岩石所承受的压力。

由于对油井水泥的这些非常特殊的要求，美国石油协会将其进一步分为9个标准类别的水泥。根据井深和水化加热温度进行分类。

A类：对应于ASTM I型的普通水泥，适用的井深不超过6,000英尺（1,830米）。

B类：同样适用于最深6,000英尺或1,830米的深度，此类水泥具有比A级更高的抗硫酸盐侵蚀能力，但不及深井中使用的水泥等级高。像A类一样，B类产生的水化热温度为111-200华氏度或44-94摄氏度。

C级：这类水泥具有B级的耐温和抗硫酸盐性能，但当水泥必须更快凝固时，又具有高早期强度的特点。

D类：这是在6,000至10,000英尺（即1,830至3,050米）之间的深井中使用的水泥。这种水泥的特征是中等至高耐硫酸盐性，较高的耐​​压性以及较高的水合热温度，华氏200至290度，或摄氏94至144度。

E类：这种水泥用于10,000至14,000英尺（即2,050至4,270米）之间的更深的井中。像D类一样，它对硫酸盐具有中等到较高的抵抗力，并且具有相同的水合加热温度水平。

F级：此类水泥用于最深的井，深度在10,000至16,000英尺（或3,050至4,800米）之间。它可以承受所有水泥类别中的最高压力和温度。

G类：这类水泥与添加剂（称为促进剂和缓凝剂）一起使用，以根据固井工作的目的和所固井的类型缩短或延长凝结时间。G级水泥用于深度达8,000英尺或2,440米的井。

H级：像G级一样，这是一种基本的水泥类型，可以使用促进剂和缓凝剂，用于深度达8,000英尺或2,440米的井。唯一的区别是，它比G级水泥更粗糙。这两种水泥类别的水化热温度都在111至230华氏度之间，即44-111摄氏度之间。

J类：这种水泥与F级一样，可以承受地下最大的压力和温度，但也可以与促进剂或缓凝剂混合使用以调节凝结时间。

水泥添加剂

促进剂：这些化学物质会混入水泥浆中，以加快凝固时间。当固井不是钻探过程的最后阶段，而是沿钻探点，通常是定向井（水平井）时，这是必要的。加速器用于温度不高的表面附近。

缓速器：它们具有促进剂的相反作用，并在更大的深度使用。较慢的凝结时间更适合更大深度的高温特征，并确保水泥在凝结之前就已很好地分配，这意味着可以将所有水泥泵入井中并在凝结开始之前进行隔离。

延伸剂：增量剂使水泥浆的密度降低，这意味着每单位水中的水泥分子更少。一方面，这可以节省成本，因为在相同的成本下有大量的水泥。另一方面，这使得密封井周围岩石中的薄弱区域更加容易。弱区是地层中岩石“松散”的区域，这对井有潜在的风险。

分散剂：这些化学物质使水泥的粘性降低。这意味着水泥分子与水之间的摩擦较小。这种较低的摩擦力使水泥更容易流动。包含分散剂的水泥更适合从井中驱替钻井泥浆，因此可以更好地将其与周围环境隔离。它还允许更高密度的水泥浆。

什么是固井？

固井是将水泥与水和添加剂混合到浆液中的过程，然后将浆液倒入型腔中以使其与周围环境隔离，并防止水和其他液体进入型腔以及防止液体从型腔流入环境。

在油气钻井中，固井是指将井眼与周围的岩石和地下含水层隔离并保持整个井眼以及钢套管的过程。它是套管和固井过程中的一部分。

固井目的

固井在石油和天然气工业中具有多个目的：

Bull Zonal隔离：阻止地下水进入井眼。

公牛水保护：不仅要确保水没有流入井中，而且要确保井中的石油和天然气不会进入地下含水层。

Bull套管腐蚀防护：浇在井眼钢套管周围的水泥可以保护金属免受水和周围岩石中元素的腐蚀作用。

套管的结构支撑：套管在套管周围的水泥层的帮助下被固定在适当的位置，从而通过防止套管移位而使井更安全。

固井类型

石油和天然气工业中固井有两种类型：一次和二次。第一个更常见，它是油井钻探中套管和固井阶段的一部分。

主要固井：钻完井眼后，将统称为井套管的钢管降低到井眼中。为了将其牢固地固定，将水泥通过钻柱倒入井中，并在套管自重的压力下向上注入套管的侧面。

一些井具有多于一层的套管，并且在两套管之间分别具有多于一层的水泥。水泥层与防喷器一起降低了喷出的风险。

除了将套管固定就位并切断水进入井眼之外，固井也被用来堵塞所谓的漏水区。这些是地层中的空腔，可以转移大量的钻井泥浆并损害钻井。这就是为什么需要将其插入的原因。

在页岩油井中，初步固井还包括在定向钻井开始之前堵住垂直井。

二次固井：也称为补救固井，二次固井用于解决在初固井阶段产生的问题或在井的使用寿命期间出现的问题。

二次固井是通过以下两种方法之一进行的：挤压固井和堵塞固井。

挤压固井涉及在高压下将一定量的水泥浆向下泵入井筒，以填充所有已确定对井的正常运行有问题的型腔。通常用于套管裂缝或岩石中的裂缝和孔洞。

顾名思义，堵头固井包括用水泥制成堵头以封闭孔，通常是为了防止水和其他流体流入和流出井眼。

在将套管切成一定深度后，也可将塞水泥用于弃井。然后必须用水泥塞密封该井，以确保不会随意释放残留在地下的任何碳氢化合物。

固井设备

固井设备包括：

-水泥搅拌机

-泥浆泵

-固井头

-墙壁刮板

-导靴

-浮领

-两个插头

除所有这些工具外，固井设备还包括称为扶正器的设备，其目的是使套管在井眼中间保持笔直，从而使水泥的分布均匀。

在整个扩展套管和固井过程中，扶正器是必不可少的，因为如果套管偏离中心，则会存在很大的钻井泥浆风险，使泥浆无法进入套管周围的水泥密封层，并且会损害其作为井与井之间的隔离器的质量。围绕它。

固井过程

在油井开始生产之前，套管和固井是钻探石油的最后阶段。在安装套管并开始固井之前，将残留在井中的大多数钻探泥浆连同残留在井底的所有岩屑一起冲洗掉并循环。

然后，将由钢丝制成的，像刷子刷一样成圈或伸出的刮擦器以相等的间隔安装到套管上，然后旋转或上下推压这些刮擦器，这样刮擦器就可以清洁井壁，防止卡钻泥，使水泥更好地粘附在墙壁上。

清理完壁并将套管固定在油井中之后，将一个塞子顺着井眼下移，以防止水泥与留在井底的钻井液混合。该插头称为底部插头。它有一个空心的内部，里面有一个称为破裂盘或隔膜的东西。

导靴是套管的一小部分，然后连接到套管的底端。导靴中有一个阀门，以确保水泥仅从套管流到管道和岩石之间的空间（称为环空），而不会流回套管。

浮动轴环是另一个位于导靴顶部的阀，可进一步确保水泥和残留的钻井泥浆之间不会混合。导靴首先进入井中。然后将底部插头插入外壳，并被浮动套环卡住。之后，将水泥头连接到套管最后一个接头的顶部，即井眼的顶部，然后开始将水泥泵入井中。

最初，压力适中，但压力却增加了，以致于泥浆可能破坏底部塞子隔膜，并且水泥开始通过导靴流入井中，并向上流到套管的侧面，从而填充环空。

在将所有水泥泵入井中之后，将第二个塞子插入套管，以将管道内残留的任何水泥向下推至井眼，然后向上推至两侧。这是一次固井的结束，水泥可以开始凝固。

如果开始生产后的初次固井阶段出现问题，则进行二次或补救固井以纠正初次固井过程中的错误。