石油，天然气，开始使用前为什要固井？为了加固井壁( 二 )

图5-9套管柱结构及受力示意图套管本身具有一定的抵抗外载的能力，称为强度。在轴向拉力作用下，套管具有抗拉强度；在外挤压力作用下，套管具有抗挤强度。只要保证套管柱上任意截面处的套管强度大于外载，套管柱就是安全的。由于套管柱的受力是两头大(井口最大轴向拉力，井底最大外挤力)中间小，因此可以选用不同强度的套管,构成强度两头大、中间小的套管柱，在保证套管柱安全的同时降低套管柱成本。按照这个原理设计的套管柱称为复合套管柱。二、注水泥工艺为了固定套管,封隔油层、气层和水层，下套管后必须在套管和井壁之间注入水泥。油气井注水泥的方法与地面建筑施工不同,要用泵把水泥浆送到**几百米甚至几千米的井底，然后再返入管外的环隙，并把其中的钻井液顶走。水泥要充满整个环空，凝固硬化后，形成坚硬致密的水泥环。这些特点决定了油井水泥与普通建筑水泥的性能差别。要求油井水泥浆具有良好的流动性和适当的凝固时间,具有较高的早期强度。套管外的水泥环将长期与**水接触，应具有良好的不透水性和抵抗**水腐蚀的能力。1.油井水泥1)油井水泥分类目前常用的油井水泥主要是高标号硅酸盐水泥。将石灰石或石灰质的凝灰岩、粘土或页岩以及少量的铁矿石等，按一定的比例配成原料，在1450℃高温下煅烧成为一种以硅酸盐为主要成分的熟料，再加入适量石膏,一起磨成一定细度的粉末便制成了这种油井水泥。
由于井内的温度和压力随井深的增加而升高，必须生产多种油井水泥，以适应不同井深条件的要求。2)水泥浆性能的调节大量固井实践证明：现有的多种油井水泥尚难充分满足各种井下条件的要求，为此必须加入某些添加剂，用以进一步调节水泥浆的有关性能。(1)密度的调节。常用的加重剂有重晶石粉、钛铁矿粉和方铅石粉；常用的减轻剂有粘土、硅藻土、粉煤灰、硬沥青、膨胀珍珠岩等。采用低水灰比加减阻剂的方法也能得到高密度的水泥浆。(2)稠化时间的调节。为了满足施工时间的要求，有时需使用缓凝剂来延长水泥浆的稠化时间。常用的缓凝剂有丹宁酸钠、龙胶粉、铁铬盐、磺化丹宁、木质素磺酸盐、酒石酸、羧甲基羟乙基纤维素以及一些复合物等。也可以用速凝剂缩短凝固时间。常用的速凝剂有氯化钙、硅酸钠、甲酰胺、氯化钾以及半水石膏等。(3)降失水剂。失水过多会引起:①水泥浆早稠、流动性骤降甚至堵塞环空，造成憋泵；②加快水泥浆柱压力的降低；③泥页岩吸水膨胀、剥落,影响油气产量；④大量的自由水上返、影响水泥环的密封性。因此应在水泥浆中加入合适的降失水剂。常用的降失水剂有羧乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧乙基合成龙胶粉以及S-24复合剂等。(4)减阻剂。
减阻剂又称分散剂、紊流剂，属于阳离子型表面活性物质。它只起表面物理化学作用，不与水泥发生水化反应。减阻剂具有润湿、润滑作用，可使水泥加快水化；能防止水泥浆先期脱水，并提高固井后的早期强度,能使水泥饼薄而不渗透，有利于保护油、气层。还有一些常用的水泥浆添加剂，可提高水泥浆的各种性能。如消泡剂能降低界面张力，抑制气泡产生；石英粉常用于高温井固井，可提高水泥石的抗腐蚀性能；盐类能改善岩盐层固井水泥的胶结强度等。2.注水泥1)注水泥地面设备注水泥地面设备有水泥储灰罐、水泥车、水泥混合漏斗、压风机组、水泥浆池等。根据注水泥工艺的要求，由水泥浆管线、水管线、气管线将这些设备相互连接起来，构成注水泥施工装置。地面设备中水泥车最为关键。用多少台水泥车取决于储灰罐的多少，即由注水泥的量决定。每增加一套水泥车，就要增加相应的其他设备及管线。一般每两三个储灰罐配一台压风机组。注水泥时，压风机通过空气管线把灰罐内的水泥吹入混合漏斗，同时清水也被泵入漏斗中与水泥混合形成水泥浆，进入水泥浆池。水泥车再将水泥浆吸入，通过管线泵送到水泥浆管汇。汇集所有水泥车泵送的水泥浆，送到井口水泥头处，进行注水泥循环。2)注水泥过程按设计将套管下到预定井深后，装上水泥头，循环钻井液做好注水泥的准备工作。