超深井下套管固井技术
摘要：随着勘探开发的不断深入，深井、超深井数量越来越多，套管的下深也越来越大，对下套管技术也提出了越来越高的要求。在各次下套管前，认真通井做好井眼准备、调整好钻井液性能。下套管作业中严格执行制定的技术措施，保证了各次套管顺利下到预定井深。
关键词：超深井套管设计、下套管钻井、固井工艺、典型举例
一、超深井套管设计
（一）超深井主要应解决6个方面技术难点
（1）井深结构的局限性导致固井质量难以满足要求。
（2）技术套管磨损严重，导致下部钻进困难。
（3）套管柱设计难以完善，固井工具可靠性差。
（4）地下水质变化大，导致水泥石的腐蚀严重。
（5）井下漏失和井涌问题等井壁稳定问题突出。
（6）穿越高压层和低压盐膏层、含硫地层。
（二）套管设计
现在虽然有成熟的设计方法和设计标准但由于外在的计算条件难以确定，深井套管柱设计依然是一项困难的工作。经常发生这样的情况:按照规范设计很好的管串，在以后的生产过程中出现挤毁、破裂、变形、磨损等问题。例如：克参1井的地层压力高达124MPa，完井选用V150、P110和NKT140梯形扣套管，试油时套管发生破裂。
因此，超深井的套管设计、应适当增加安全系数，并对各种生产条件全面衡量，经过谨慎权衡后，确定最终的外载条件。
用于超深井固井的主要工具、附件有内管注水泥工具、分级注水泥接筛、尾管悬挂器、浮箍、浮鞋、扶正器。
扶正器对于保证顶替效果、提高固井非常重要，它的重要作用有两个：套管居中和造成局部紊流。按以下原则：
（1）套管鞋部位下入1~2个扶正器。
（2）油气层段及上下50m内，每根套管加1个扶正器。
（3）在大肚子井段，每根套管加一个扶正器。
（4）其他井段酌情下入扶正器。
二、水泥浆和前置液设计
深井、超深井的水泥浆密度一般较高，因此，在密度一定的情况下，最重要的性能就是失水控制了。由于配制一定密度的水泥浆所需的水灰比小，所以，少量的失水就会对水泥浆性能特别是稠化时间和粘度产生极大影响，因此API失水最好在50m以内或更低。
深井、超深井中往往难以采用紊流固井技术。当套管尺寸大时，虽然顶替排量较大，但由于环空容积大水泥返速较低，当套管尺寸小时，由于流体摩擦阻力大，顶替排量小。这两种情况都难以实现紊流固井。因此，最现实的方法是：低返速固井和大排量顶替固井。最佳的顶替原则是保证水泥浆在环空的壁面剪切应力接近30MPa。如果井下条件不允许，至少也要保证有15MPa的壁面剪应力。
三、固井工艺
深井、超深井的固井由于井深结构的特殊性，上部套管尺寸较大，往往采用内管柱固井技术和双胶塞古井，主要是最大限度避免水泥浆和钻井以及其他流体的泥浆，保证套管鞋处水泥石的质量；中间的技术套管常采用分级固井和尾管固井技术以及低密度水泥浆固井技术，以有效封固长裸眼井段；完善套管多采用尾管回接固井或一次固井技术，有时也采用分级固井。
内管柱固井技术：对于效地缩短作业时间Φ339.7mm套管和Φ508mm套管以及更大尺寸套管，采用内管柱固井的主要理由有两点：
(1) 由于内容积较大，大部分固井作业时间均在替浆上，采用内管柱固井后可以有
效地缩短作业时间;
(2) 由于套管内径较大，管内壁粘附的泥饼相对较多，当上胶塞通过时，
大量泥饼被挂带至套管鞋处，影响套管鞋处水泥石的质量。后两个问题有时也用双胶塞固井来解决。
内管柱固井工具有两种形式：井口密封和井底密封。工艺流程：套管下至预定井深后，使管串在井口（一般坐定于套管上）固定，再于套管内下入钻杆（或油管），插入预先连接在套管串下部的插座，加上适当钻压后即可实现密封。这时就可以通过钻杆按一次固井的施工步骤正常施工。替浆结束后，上提钻杆，下部回压阀关闭，结束固井。
有些内插座也常与套管鞋作为一体，而不再单独加工。
内管柱固井的关键环节是要保证内插座的密封，应在注水泥前循环时重点检查。当套管下入深度较大时，由于流体密度的变化，会造成钻杆和套管环空容积的变化，这时井口会有轻微溢流或液面下降，属正常现象，应注意与密封失效区别。
另外，大尺寸套管下井，尚需考虑套管飘浮上顶。通过内管加压密封，也要考虑浮力问题，避免因此造成事故。
井口密封的内管柱固井工具，是用井口法兰板通过钢圈密封的。在高参1井的Φ339.7mm技术套管固井中，使用这种形式的内管固井工具，将密度1.35g/cm3的水泥浆一次从2100m的井底返至地面，注水泥时间120min，而顶替时间只用了９min，ＣＢＬ检测固井质量优质。
分级固井技术：Φ339.7mm套管和Φ244.5mm套管固井常采用分级固井，对Φ139.7mm套管有时也采用该技术。
最常见的施工是双级固井，也有一些井采用三级固井。由于双级古井可以分为连续式和间隙式两种工艺方法。一般情况下多采用间隙式双级古井。
采用分级固井的主要原因是：要求的水泥封固段过长可能压漏地层；出于放气窜或顶替效率方面的考虑，一次固井水泥量过大；水泥浆性能难以保证长封固段的固井质量。
分级箍的作用原理：先按一次固井工艺，注入一级水泥，并返至设计井深。碰压后，投入重力塞，待重力塞达到分级箍位置后，坐于下滑套上，这时在井口加压剪断销钉，下滑套下行，打开循环孔，建立循环。可以等一级水泥凝固后再注二级水泥（间歇式）或直接注二级水泥（连续式）。二级水泥顶替完成后，由关闭胶塞坐放到上滑套上，在井口加压，关闭循环孔。自通径分级箍则是在完成二级固井后，继续憋压，剪断上内套与胶塞套之间的销钉，使胶塞套和重力套滑落到井底。
分级固井的关键环节是：保证下部回压阀密封可靠、上下滑套正常工作和重力塞顺利下行到位。另外，由于必须通过井口憋压对分级箍进行操作，所以套管柱设计必须考虑由此产生的附加载荷，抗拉安全系数不得小于1.5。
如果回压阀密封失效，则影响二级注水泥的正常施工，因此，当不能保证回压阀可靠时，可以考虑对顶替钻井液加重以平衡管内外压力，防止水泥浆倒流，下滑套若不能打开，就无法建立二次循环，导致二级注水泥无法施工，这是可以采取的办法有两个；
（1） 一级水泥凝固后，通过射孔建立循环。
（2） 在大套管内，下入钻具，利用钻具质量打开循环孔。
若重力塞下行遇阻，也可以采用这一方法。因此，水泥浆稠化时间设计应考虑这一因素。对于上滑套无法关闭的情况，一般采用憋压候凝的方式处理。
四 超深井下套管典型实例
胜科1井下套管固井技术
（一）Φ339.7mm表层套管下入
表层套管井眼稳定性差，井壁容易坍塌、井半径不规则、环空返速低造成携岩效果不好，而且本井段存在多压力层系和阶梯式井眼，这些因素对Φ339.7mm大尺寸、高刚性套管的安全下入造成很大的难度。针对这些不利因素，采取多次分段下钻通井、调整钻井液性能，成功将套管下到了预定井深，并且创造了该尺寸套管胜利油田的下深记录。
为此在下套管的过程中采取措施
(1） 为防止套管串下部脱扣，在套管串下部结构和最下部100m套管进行先涂抹丝扣胶，然后打销钉紧固。
(2） 所有套管涂抹套管密封脂，采用专用套管卡盘和套管钳等井口工具，保证了打套管的安全下入和丝扣的连接质量。
(3） 所有套管涂抹套管密封脂，采用专用套管卡盘和套管钳等井口工具，保证了打套管的安全下入和丝扣的连接质量
(4） 认真检查套管附件，并按规定操作。
(5） 下完套管缓慢开泵，充分利用振动筛、除砂器清除套管扶正器刮下的泥饼。
（二）(Φ244.5mm+Φ250mm)技术套管下入
在三开井段中，存在多套压力层系、大段软泥层、和盐膏层，井半径极其不规则，对套管串顺利下到预定井深 提出了非常高的要求。
为此在下套管的过程中采取措施
（1） 盐膏层和软泥层井段采用壁厚15.88mm的Φ250.8mm加厚套管，以提高套管的抗外挤能力。
（2） 为防止套管串下部脱扣，在套管串下部结构和最下部100m套管进行先涂抹丝扣胶，然后打销钉紧固。
（3） 所有套管涂抹套管密封脂，采用专用套管卡盘和套管钳等井口工具，保证了打套管的安全下入和丝扣的连接质量。
（4） 为保证井眼稳定，减少钻井液上反冲蚀井壁，下套管过程中控制下放速度，使钻井液上返速度不大于0.96m/s.
（5） 所有入井套管按相关标准检验，合格后入井。
（三）Φ139.7mm油层套管下入
本井段使用Φ215.9mm钻头，钻完井深7026m，全井下入Φ139.7mm套管而且从井底到地面用水泥加固。基于井下实际情况，采用先悬挂尾管，再进行回接的技术措施。通过对各种工具、附件的优选和配置封下部井段和套管内灌入的专用钻井液等措施克服了施工中存在的难题，最终顺利下入套管固井。
为此在下套管的过程中采取措施：
（1） 为降低下套管回流阻力和对地层的回压，下套管前应适当降低钻井液密度，降粘切，提高流动性。同时为确保套管下到预定井深能顺利开泵，套管下入到裸眼井段后进行多次中途开泵，开泵压力控制在10MP以内。
（2） 下套管前根据循环排量和压力推算地层承压能力，防止井漏。
（3） 采用特种材质的抗高温液压尾管悬挂器及相应浮鞋、套管扶正器等附件，并对悬挂器各销钉耐压数据多次模拟实验，保证数据的可靠
（4） 为确保套管重叠段的封固质量，尾管与上层套管重叠200m。
五 小结
总之，超深井下套管过程中，要综合个方面因素，尤其是井下不确定性因素，在各次下套管前，认真通井做好井眼准备、调整好钻井液性能。下套管作业中严格执行制定的技术措施，保证了各次套管顺利下到预定井深。
