挤注水泥工艺.ppt

1、挤、注水泥工艺技术,主讲人：蔡兴奎,油井水泥使用条件和范围,挤水泥工艺技术,注水泥工艺技术,井下管柱固封处理技术,钢固水泥事故事例分析,注水泥塞工艺技术,挤水泥工艺技术,油、气、水井在生产开发过程中,由于受油、气、水运移及地层各种应力作用、腐蚀、地质构造、井身结构不合理及施工措施等内外诸多因素的综合影响,一方面使新完井水泥返高不够,固井质量不合格；另一方面使生产井原固井水泥环遭到破坏,或造成油层窜通、地层胶结物被破坏,近井地带形成空洞,或地层高含水淹没油层，或因地层出水,套管破漏使油水井不能正常生产,通过挤水泥工艺技术, 使固井质量不合格井、窜槽井,套管破漏、地层出水、高含水的油、气、水井恢复

2、正常生产。,挤水泥的目的方法及应用范围,是利用液体压力挤入一定规格、数量的水泥浆,使之进入地层缝隙或多孔地带,套管破漏处、管外空洞等目的层,达到在地层或地层与套管之间形成密封带,以承受各种应力,满足油、气、水井注采需要及生产措施的一种工艺技术,挤水泥工艺,挤水泥目的：,目的是恢复油、气、水井正常生产,挤入水泥的方法是：挤水泥施工作业中采取相应工艺,使水泥浆到达目的层的一种工艺措施 按挤入方法分有挤入法、循环挤入法、控制挤入法等 按挤封结构分有空井筒、钻杆或油管、封隔器、桥塞承转器法挤水泥等,挤水泥的目的方法及应用范围,挤入法：就是在井口处于封闭控制的状态下,依靠泵注设备施加一定的挤入压力通过液

3、体将水泥浆替挤到目的层的方法，为大修生产施工常用的方法。,平推法：井筒内无任何结构,利用原油、气、水井的套管作为挤水泥的过流通道,从井口直接挤水泥的方法。 优点：是施工简单,作业安全可靠。 缺点：不能分层作业,套管壁上易留水泥环，挤入井内的液体过多，需要地层有较强的吸收性。 适用范围：多用于油、气、水井上部套管较浅部位有损坏漏失点封堵或因地质工程因素报废井的挤封。,挤水泥的目的方法及应用范围,钻杆(油管)挤入法：此法亦称为光管挤水泥法。就是将钻杆(油管)下到待挤封井段设计位置,利用钻杆(油管)作为挤入水泥浆过流通道的一种挤入方法。 优点：挤入过程不动钻具,施工较简单且易反洗井,套管壁不会有残留

4、大段水泥环，安全可靠。 缺点：不能可靠的一次性挤封多层段间的窜槽和层段中间的封堵。 适用于中深井作业,多用于中深井堵漏、挤封上部油层、封堵顶部水层,或与填砂、注水泥塞、桥塞技术相结合挤封油层顶部窜槽。 推荐挤水泥管柱组合：108mm套铣钻头（油管斜尖）+钻杆(油管)串,单封隔器挤水泥法 单封隔器或与填砂、注水泥塞、桥塞技术配合挤水泥法,井下结构较简单,实现间隔层封堵,挤水泥针对性强,较好的保护非挤封层，对上部套管破损漏失及非常规井避免了上部套管承受挤封的高压,做到了有目的挤封堵。 缺点：填砂或注水泥塞、下桥塞增大了作业量，对封隔器坐封要求高 单封隔器挤水泥适用挤封底部油层,与填砂、注水泥塞、桥

5、塞技术相配合可挤封层间窜槽、挤封高含水层。 直接采用电桥或机桥塞挤水泥有利于简化施工,提高井况适应性及成功率，保障施工安全。 推荐挤水泥管柱组合：尾管+单封隔器+钻杆(油管)串,挤水泥的目的方法及应用范围,双封隔器挤水泥法 针对作业中施工需要保护上下非挤封层，必须隔封分层作业的挤注施工。 优点：利用双封隔器挤水泥根据施工作业需要可实现分层作业堵封, 保护非挤封层位，随着桥塞技术的发展其下封隔器可采用电桥或机桥塞替代底水泥塞或填砂作业,减少了作业量，提高了作业的安全性。 缺点：双封隔器挤水泥对井况要求高，作业施工风险较大，对封隔器性能要求高，对施工作业工序操作要求高，操作繁琐。 随着桥塞技术的发

6、展，双封隔器挤水泥在日常挤水泥施工中已经不常使用。 双封隔器挤水泥法：适用于油、气、水井封窜及多油层中部挤封作业。,挤水泥的目的方法及应用范围,循环挤入法：利用泵注设备将一定数量的符合性能要求的水泥浆循环到设计位置,然后上提工具管柱后,施加一定液体压力使水泥浆进入目的层的施工工艺，为挤水泥生产施工常用的方法。,挤水泥的目的方法及应用范围,循环挤入法重点解决两方面的问题： 一、对挤封层段多,易单层突进的油、气、水层采用循环挤入法能使水泥浆较均匀进入各挤封层,从而提高挤封效果。 二、对吸收性差、吸收量小,挤入压力高的层段,采用循环挤入法一方面能有效控制挤入压力,另一方面节约了水泥浆并可达到挤封目的

7、。 针对上述解决的两方面的问题所使用的循环挤入法,其施工方法基本一致。不同的是第一种将一定水泥浆循环到设计位置不替置,紧接着再挤水泥浆后替置,其用水泥量大,多适用于多层同时挤封。第二种将一定量地面配制的水泥浆循环到设计位置,上提钻具保障钻具管脚干净，关井按设计要求挤入,其用水泥量少,适用于单层挤封。,上述挤入法中,循环挤入法适用于井况较好,井筒内相对稳定的油、气、水井作业。但随着油田开发时间的增长,油、气、水井井况日趋复杂,出水出砂现象日益严重,对于油、气、水相对活跃,甚至采用高密度修井液压不住井的油、气、水井，采用上述两种方法挤水泥,由于井内稳定性差,易吐喷,极易造成施工失败，给施工带来较大

8、的风险。 随着桥塞技术的发展，利用井口井控装置及井下插管桥塞技术（水泥承转器）的带压不返吐喷施工作业法，目前已成功并在推广使用。随着井下作业工艺技术的完善,控制挤入法工艺进一步发展。 控制挤入法是在井口采用井控装置与井下结构配套,使挤水泥前后即使活动钻具的情况下,井口、环形空间均处于受控状态及水泥浆处于带压状态下候凝的一种挤水泥工艺。（常用的方法为：插管桥塞承转器不喷吐带压挤水泥法） 采用控制挤入法扩展了挤水泥工艺技术,特别对高压出砂、出水层挤封效果较好。由于井口、环形空间均受控, 对地层压力较高,砂埋油层的油气水井可冲开出砂层后,有的放矢地进行防砂作业,从而进一步提高了挤封效果。 推荐作业施

9、工常用的管柱组合：插管+(油管)串+钻杆串；插管桥塞坐封设计要求位置。,控制挤入法,挤水泥的作用：,挤水泥的目的方法及应用范围,对油、气、水井封堵某一出水层位或高含水层,解决在生产过程中注水开发形成的矛盾。 对油、气、水井层间窜通,油层与非油层窜通,生产井与邻井窜通,通过挤水泥封窜槽。 通过挤水泥弥补油水井因套管破损不能承受各种应力作用,填补地层亏空。 封堵某井段漏失,保护油气资源。 对固井质量不合格的油、气、水井,通过挤水泥使其达到完井质量标准。 对油、气、水井地层出砂井段,采用挤水泥及其添加剂实现人工井壁防砂。 对某些因地质、工程因素需暂闭井及油田井网,生产层调整需上返或回采的油水井进行挤

10、封。 侧钻井需对开采亏空的射孔井段进行挤封。,挤水泥工艺技术,挤水泥施工方法的确定 挤水泥的工艺施工方法较多,在确定具体施工方法时应综合考虑油层的地质物性,挤封层段吸收性、位置,套管完好情况,井内装况等诸多因素,有针对性的选择挤入法。 套管平推挤水泥法:适用于堵漏、封层、封窜、防砂等，推荐使用条件:封堵井段地质物性、地层吸收性好，上部套管完好,封堵深度小于500m,封堵长度不大于5m，近年针对1000m以内层段也多用此法施工。 光管柱挤水泥法:适用于堵漏、封层、封窜、防砂等，使用条件:封堵井段以上套管完好,封堵长度不大于5m主要是针对单层作业。 封隔器挤水泥法:适用于封窜、封层、防砂等，推荐使

11、用条件:封堵层位以上套管完好程度差(低于挤入压力有渗漏),或套管使用时间较长但可顺利通井的油水井。 循环挤入法:适用于封层、防砂或吸收量低于200L/min,挤人压力高的孔、洞、缝型破漏井的封堵，推荐使用条件:井内稳定,封层、防砂时封堵层厚度大于5m的油水井。 控制挤入法:适用于井内不稳定、出砂、砾较严重的井。,挤水泥工艺技术,挤水泥时的水泥用量的相关计算 挤水泥时需用的水泥量与地层物性、生产历史、挤封目的、各种挤封井况等有关,应综合考虑。 1、 挤封射孔井段(防砂) V=(3.84.7)R2h 式中 V水泥浆用量,m3 R挤封半径,m 有效孔隙度,% h封堵层厚度,m 2、 封窜 V=(3.

12、84.7)(R2-r2)h 式中 V水泥浆用量,m3R一一原裸眼半径,m r套管半径,mh封窜段长度,m,挤水泥工艺技术,针对上述不同挤水泥目的计算出水泥浆用量后按下式计算干水泥用量： t=1.465V(r水泥浆-1) 式中t一一干水泥用量,t V一一水泥浆用量,m3 r水泥浆一一设计水泥浆密度,g/cm3,堵漏时 V=KV1 式中V水泥浆用量,m3 K系数,14 V1水泥浆基数(2.4m3),挤水泥施工 确定挤入方法,挤水泥用量后,挤水泥施工直接关系到挤封的成败。 施工前准备 1) 地面设备:挤水泥前检查好动力、绞车、传动起升系统,做到起下钻具不发生任何故障，水泥车(组)工作可靠，必要时考虑

13、储备另一套泵注设备备用。 2) 井眼准备:井筒应畅通,上部套管试压合格,井内相对稳定,所下工具达到设计要求。 3) 工具及材料准备 井下结构:入井结构尺寸准,管柱上扣达到上扣要求力矩,若下双封隔器,中间筛管接在下封隔器顶部位置，尾管不宜太长，且底部不允许带丝堵，采用封隔器时应在室内组装试压合格后方可下入。 材料准备:应备有大于设计用量的合乎性能的压井液、水泥、添加剂、清水等。,挤水泥工艺技术,挤水泥工艺技术,挤水泥施工 1) 洗井畅通,如下封隔器井待洗净后再座封。 2) 试挤:求出挤封前地层吸收情况,进一步核定施工设计，试挤以压力平稳计时,时间不得低于10min,试挤量不少于2m3，试挤的目的

14、是既可观察挤入量,确定用水泥浆量,又可清洗挤封段通道。 3) 挤水泥施工 套管内平推挤水泥：从井口直接推挤水泥浆,顶替压井液,候凝。 光管挤水泥： 挤水泥管柱管脚下至欲挤封井段300m左右,试挤后挤水泥浆、正反挤水泥浆至设计位置、关井憋压候凝。 循环挤水泥：挤水泥管柱管脚下至欲挤封井段以下5m10m左右，循环注入设计要求的水泥浆，顶替到位，上提管柱管脚至欲挤封井段以上100300m左右，控压反洗、正反挤水泥浆至设计位置，关井憋压候凝。 封隔器挤水泥： 按设计量挤入水泥浆,按设计量替置压井液,扩压,上提挤水泥管柱至挤封段顶部以上30m控压反洗,反洗量应大于挤封管柱内容积3倍,提出井内挤水泥结构管

15、柱,灌满修井液,候凝。 控制挤入法: 其挤水泥方法与光钻具挤水泥同,但挤水泥或活动管柱必须在井口及环形空间受控状态下进行。采用插管桥塞进行不反吐挤水泥施工后，反洗量应23倍挤封管柱内容积,提出井内挤水泥结构,灌满压井液,候凝。,挤水泥工艺技术,挤水泥施工要求 挤水泥过程中,最高压力不得超过套管抗挤强度的70%， 整个施工时间不得超过水泥浆初凝时间的70%。 挤水泥后需余留水泥塞时，塞面位置应高于封堵井段3050m或满足设计位置要求。 候凝时间2448h。 施工前应取样做水、添加剂对水泥浆性能的影响试验。 在高矿化度介质的修井液（如：盐水等）中挤水泥施工，应保证水泥浆与高矿化度修井液充分隔离，防

16、止相互掺混改变水泥浆性能，导致井下事故的发生。,挤水泥工艺技术,挤水泥施工注意事项： 挤水泥施工是一个生产风险较高的作业工序，施工必须缜密严谨，慎之又慎，稍有不慎都可能造成井下管柱固封（钢固水泥，俗称插旗杆）等恶性事故的发生，为避免挤水泥过程中造成井下管柱固封及其他井下事故，在挤水泥作业中应注意下述事项： 1、挤水泥前,必须对射孔井段以上的套管进行试压，试压不合格则选择插管桥塞挤水泥，若条件无法满足则需下入封隔器对上部套管进行保护，个别井因井况不能试压，挤水泥后必须提出井内挤水泥结构。 2、入井挤水泥结构应有详细纪录，数据齐、全、准，且管柱丝扣达到上扣扭矩，挤注前确认管柱无卡阻。 3、在高密度

17、压井液中下入结构施工，挤封前应活动管柱，所下的封隔器应在施工前坐封，防止井口落物掉入井内。 4、挤水泥施工中必须保证设备运转正常，尽可能的准备一套备用泵注设备，井口和井控设施满足承受的挤入压力，关井憋压候凝不刺不漏。,挤水泥工艺技术,挤水泥施工注意事项： 5、根据施工设计要求加入一定比例的添加剂，中深井作业要考虑井温、挤注压力对水泥浆稠化时间的影响，井下作业公司重点井管理办法，作业井深达1500m井必须加入缓凝剂。 6、挤水泥施工，若后续候凝条件无特殊要求和采用插管桥塞挤封完毕后，应提出井内挤水泥结构。 7、光管循环挤水泥应在上提管脚至要求位置后，反洗井确认管脚干净无水泥后关井将水泥浆挤至设计

18、位置，憋压候凝。 8、施工中提升系统故障，应及时尽可能反洗净井内水泥浆，循环泵注设备故障，应及时提出井内注水泥管柱。 9、发现挤水泥后掉落钻具事故，应立即下钻，先洗井后打捞，若反洗不通则正洗，若无法循环可采用试挤清水措施，将泥浆稀释推远。正洗井时应活动钻具。 10、水泥候凝时间未到位，禁止盲目下钻探水泥塞。,挤水泥工艺技术,薄壁套管挤水泥 薄壁套管由于多为有缝管，承受压力低加之注采过程油水的运移，受各种应力的影响极易变形破漏，因此薄壁套管挤水泥，解决挤封过程中套管承压问题是一个关键。 在对薄壁套管进行挤水泥作业，应在挤封段以下注水泥塞，上部用封隔器保护上部套管或用双封隔器卡出挤封段，施工中采用

19、低压挤注或循环挤入法,水泥浆中加入一定量的添加剂,提高水泥浆的流动性,降低水泥浆密度,以控制施工压力。一般压力控制在1OMPa左右,施工完毕不能长时间憋压应及时活动井内结构并起出。,特殊井挤水泥，应考虑特殊井的特点及特殊性,挤水泥工艺技术,高压高含水,严重出砂井挤水泥 对高压高含水,严重出砂井挤水泥,优先选用插管桥塞施工，常规挤水泥方法除保证水泥浆进入目的层外,关键应有一个使水泥浆相对稳定的凝结固化环境。由于受注水开发的影响,高压出水层有一个源源不断的水源。油层由于受水冲刷胶结物被破坏又造成地层坍塌,严重出砂,地层亏空。因此挤水泥工艺多采用控制挤入法且考虑地层亏空挤水泥前在管外填砂,垫稠泥浆或

20、先挤部分水玻璃。在井控装置及管柱止回阀的配合下,满足了水泥有相对稳定的凝结硬化环境的条件,从而提高施工成功率。但应考虑施工过程中有止回阀不能反洗井的因素,并考虑挤入过程由于环形空间密封钻具上顶的防顶措施。,挤水泥工艺技术,吸收性差的漏失井挤水泥 对地层致密,吸收量差的漏失段挤封,一般采用循环挤入法,既要保证水泥浆有效地进入地层,又要防止挤入压力过高挤毁套管，施工作业中将水泥浆密度控制在1.7g/cm3左右(根据井深浅选择水泥类型,可采用低密度水泥)且加入部分减阻剂；或采用以满足特殊封堵窜施工要求的，水泥颗粒直径5m以下的超微细颗粒水泥，将配制好的泥浆循环到目的层顶替后,在一定泵压下挤入,漏失井

21、段应留有水泥塞。 选择插管桥塞挤水泥，保护上部非挤封段，适当的提高挤入压力，改造地层吸收性，以确保水泥浆被挤入地层，满足施工要求。,注水泥工艺技术,注水泥的目的 新钻完成的油、气、水井固井,老区油、气、水井由于生产层位调整,大修井下衬管、侧钻下尾管后均需注水泥。注水泥工艺技术应用于油、气、水井内形成新的人工井底,应用于固套管,衬、尾管形成能密封油、气、水层及隔层的人工井壁,从而满足注采需要。,注水泥工艺技术,注水泥的方法 注水泥的方法很多,根据不同的井况应采用不同的方法。 1) 常规注水泥：是注水泥的基本方法,其他注水泥工艺均在此基础上发展衍生。所谓常规注水泥是将一定量水泥浆顶替到目的位置(井

22、段)至管外预定的环形空间的一种施工工艺。其优点是施工简单,容易掌握。 2）多级注水泥：对于深井、热采井及部分漏失等特殊层,为满足注采需要,往往采用多级注水泥工艺。多级注水泥工艺是根据不同的井段(层位)分别添加一定数量的添加剂,以提高注水泥效果,满足注采需要。 3) 环隙法注水泥： 在井眼与套管环形空间下小直径管柱进行注水泥称为环隙法注水泥,多用在管外出油气水而与井内不连通的油水井及水源井,使水泥返高到地面,封闭表层。 4) 衬(尾)管注水泥：油水井大修过程中,下衬(尾)管固井后，由于上部需倒开且喇叭口处要试压，从而形成了衬(尾)管悬挂及注水泥工艺技术，由于衬(尾)管与井眼环形间隙小,注水泥一方

23、面要保证质量达到试压标准,另一方面上部钻具要起出,井筒内要不留或少留水泥浆,采用悬挂器胶塞碰压及双挂钩胶塞碰压固井技术成功地满足了衬(尾)管注水泥工艺的需要。,注水泥工艺技术,注水泥机理 各种不同注水泥的目的,方法归纳起来,就是根据不同井径及套管、衬(尾)管尺寸,通过计算将一定量的水泥浆通过循环的方式顶替出压井液(钻井液),使水泥浆在环形空间(或井筒内)一定高度与地层(或井壁)通过一定时间有一个相对稳定的环境逐步胶凝、凝固,使其凝结固化,封闭油、气、水层及隔层达到适应注采（或修井）需要的目的，注水泥的过程实质上就是用水泥浆顶替井内压井液到达套管外环形空间的过程。,注水泥工艺技术,注水泥计算 所

24、有注水泥工艺均应通过计算,才能准确地将一定量的水泥注到目的层位，达到施工目的，衬(尾)管固井是油层套管固井方法的一种,它只下入全井长度的一部分套管,套管与钻杆通过正反扣接头连接下人井内,然后注水泥，下面通过衬(尾)管固井,计算注水泥用量。,注水泥工艺技术,水泥浆用量计算：,式中：V水泥浆体积 D井眼平均直径,m d1衬(尾)管外径,m d2衬(尾)管内径,m H衬(尾)管环形空间高度,m h1水泥塞高度,m h2喇叭口以上水泥返高,m k1附加系数(1.21.5),注水泥工艺技术,式中： V压井液顶替压井液量,m3 H1钻具顶替压井液长度,m H2衬(尾)管顶替压井液长度,m d1钻具内径,m

25、 d2衬(尾)管内径,m。,干水泥用量计算 t=1.465V(r水泥浆-1),顶替压井液量,注水泥工艺技术,注水泥的基本要求 注水泥过程中除按要求作出施工设计并对施工井有关资料、数据收集准确、齐全外还应做到: 1) 用合乎性能要求的压井液充分洗井,保证井内稳定、不喷、不漏、不塌。 2) 用合乎性能的水泥浆及添加剂,使水泥返高达到设计位置。 3) 水泥浆性能好,与井壁、套管能很好凝结,不窜漏。,注水泥工艺技术,影响注水泥质量的原因 注水泥过程中水泥浆的窜槽是影响注水泥质量的主要原因。 为了保证注水泥过程中水泥浆不窜槽, 就要求有较好的顶替效率。 顶替效率就是水泥返高位置的环空水泥浆体积与其环形空

26、间体积之比值。 现场施工中注入水泥浆量与替出压井液量大致相等(留水泥塞部分除外),即顶替效率接近1时,才能保证有较好的注水泥质量。,注水泥工艺技术,影响注水泥质量的原因在于:套管井眼套管不居中时产生的影响 1) 套管是否居中 注水泥浆过程中存在压井液的流动阻力,压井液推动水泥浆驱动力，当所下套(衬、尾)管居中时,环形空间阻力无变化、截面上流速均等,且压井液与水泥浆二者之间存在压力差, 使压力梯度大于阻力梯度,这样不存在水泥浆窜槽。 当套管不居中时:如图所示 产生剪切力。 接触面的牵引力。 上下压力差引起的向上推力及密度差产生的浮力。 产生间隙差,窄间隙处流动阻力大使流速变小。宽间隙处流动阻力小

27、,流速增大,当水泥浆的驱动力小于流动阻力时,小间隙处压井液静止不动,极易形成窜槽。,注水泥工艺技术,流型、流态的影响 钻 、修井液、水泥浆均属非牛顿流体,按其流动形态分为不流、塞流、不完全层流、完全层流、紊流等五种。 通过水泥浆流型图可看出,注水泥过程中不同流态对顶替效率影响是较大的。 塞流时(即雷诺数Re=64时)无残留压井液,但其流速小,压力梯度小,推进力小, 顶替效率较低。 处于层流时,其流速是中间高两边低,压力梯度、推进力均属中等,其顶替效率是最差的。 当雷诺数Re=21003000时,即处于紊流状态时,其流速大,压力梯度大,推进力大, 顶替效率最高。 注水泥达到紊流时,由于增加了推动

28、力,所以套管居中与否都有效果。,注水泥工艺技术,水泥浆、压井液性能对顶替效率的影响 1) 粘度、切力的影响。 当套管不居中,若压井液粘度、切力高,使其推动阻力增加,顶替困难，顶替率不高。若水泥浆的粘度、切力高,相应的推动力大,顶替效率相对较好。 2) 失水量的影响。 若水泥浆失水量大,大量自由水渗透到地层,形成水带、水道,使其顶替效率降低。 水泥浆失重的影响 固井模拟试验证明：管外环形空间大,失重速度慢；水泥浆密度小,失重速度慢；同一性能水泥浆温度高者失重快,加速凝剂的水泥浆失重速度快,加缓凝剂的失重慢。 由于水泥浆失重,水泥浆液柱压力降至低于地层中油气水层压力某一值时,地层的油气水就可能侵入

29、,造成水泥浆窜槽。 综上所述,顶替效率直接影响水泥浆是否窜槽,而窜槽与否又直接关系到固井质量,所以为了保证固井质量,必须提高顶替效率,注水泥工艺技术,提高顶替效率,保证固井质量的技术措施 1) 尽量采用紊流注水泥工艺技术 常用的水泥浆当雷诺数小于100时表现为塞流,超过1200时呈紊流，水泥浆在紊流时,由于各质点强烈地互相混合,质点运动不规则,除了有沿液流总方向的运动外,还有横向运动,有旋涡,使整个液体都均匀推进，因此水泥浆上返时呈紊流状态能大大地提高对窄边压井液的牵引力,而且流速高,泵压也高，增加了压力梯度，采用紊流状态注水泥的关键问题是提高上返速度，一般认为：上返速度达到1.5 2m/s才

30、能达到紊流时的临界速度，由于衬（尾）管与井眼的环形空间比钻井时钻柱与井眼的间隙小得多，在相同排量下，泵压即使比钻进时低得多，也可能造成对地层很大的压力而压漏地层，依靠增加排量的方法提高上返速度达到紊流，就受到地层条件的限制。在低压易漏失地层采用塞流注水泥工艺。 使用紊流引导剂（水泥减租剂）是实现低速紊流的有效途径，采用水泥减租剂可降低水灰比 、改善流动性、降低泵压达到减租作用，为小井眼固井注水泥提供条件。 2) 调整压井液与水泥浆性能 压井液尽量降低切力(m)、粘度(m)、密度(rm),使水泥浆能很好顶替。 提高水泥浆的切力(c)、粘度(c)、密度(c),使cm、cm,在此前提下,c与m的差值

31、在0.20.3较好。有关实验表明,c与m差值大,顶替效率好,如c=70,m=38,其差值在32时,顶替效率可达95%左右。,注水泥工艺技术,3) 注水泥前注入隔离液 注水泥前注入隔离液,其目的在于防止压井液和水泥浆掺混,另外可冲刷井壁、泥饼和泥垢,提高顶替效率,但要求其隔离液应有一定的粘度和切力，隔离液粘度太高适用于塞流,一般中粘度即可满足施工需要,可加入CMC或褐煤等。 在m、m隔、隔c、c时,其效果最好。 4) 注水泥时活动套管 注水泥时活动套管能显著的提高顶替效率,特别是旋转套管能产生周向牵引力,把窄边间隙处的压井液顶替掉, 注水泥时活动套管压井液将被替完，旋转活动以1020r/min为

32、宜,上下活动一般采取5min活动一次,行程35m。 为了减少水泥浆“失重”对固井质量的影响,可采用在环形空间憋回压的方法,减轻水泥浆的失重影响。实践证明,注水泥时,环空压力高于管内的压力是提高水泥与套管固结力的一种方法。 为了提高顶替效率,保证固井质量,除采取以上工艺技术外,还可采用套管上加扶正器扶正套管及改进注水泥的方法等措施。,注水泥工艺技术,衬(尾)管下入和衬(尾)管注水泥检查程序 1）井眼准备和送入钻具的检查 压井液性能应符合设计要求,呈优质状态(低粘、低切),井筒内无沉砂,裸眼段无卡阻、坍塌和漏失存在，原井套管应用大于衬(尾)管尺寸的通井规对套管进行检查及试下衬(尾)管。对送入钻柱要

33、进行质量检查,满足固衬(尾)管作业需要。 2) 衬(尾)管柱检查 衬(尾)管柱应符合设计要求,应与原井筒套管相匹配并用标准通径规通过。密封脂应达到设计标准并均匀涂抹,上扣达到规定力矩，正反扣接头（丢手释放部分）下井前要按规定连接，检查，灵活可靠。 3) 控制下放速度及循环压井液 下入过程中,要控制好衬(尾)管下放速度，推荐标准是在原套管内下人时,每下放一个立柱,速度应均匀；进入裸眼井段,立柱下放速度一般应控制为0.51m/s。校对好指重表,随时核对悬重变化,全部衬(尾)管下完应核对悬重一次,并作为倒扣时加压重量的依据。在衬(尾)管下至设计深度后应充分循环洗井,注意泵压及排量变化,正常后注入符合

34、设计性能要求及数量的水泥浆。,注水泥工艺技术,4) 剪断销钉作业 剪断销钉要求压力表要准并正确依照工具规定剪切力执行。 5) 丢手释放作业 丢手释放施工的操作方法：准确丈量方入，下压2030KN，正转钻柱圈数小于丢手释放接头反扣螺纹扣数，上提钻柱至原丈量方入以上，指重为原悬重（含加衬尾管悬重）正转钻柱圈数大于反扣螺纹扣数，若一次无效，渐次上提钻具（0.3m0.5m/次），重复变换旋转速率挂甩丢手释放，应从上提下放距离和悬重相应变化判断丢手释放结果，丢手成功后将上部钻具上提至设计位置反洗井，反洗井量必须大于脱手后上部管柱内容积1.5倍,候凝时间不小于24h，丢手释放时应控制不超过井下钻柱规定的允

35、许扭矩,即控制好一次最大扭转圈数,在嗽叭口反扣螺纹未被倒开时应控制好钻柱返回速度,防止钻具在其他正扣处脱开，从上提下放距离和悬重相应变化取得综合判断。,注水泥塞工艺技术,注水泥塞 注水泥塞是根据设计要求,将一定量的水泥浆循环替至到套管或井眼的某一部位,使其形成满足注采需要的新的人工井底或满足工艺过程的临时封闭某井段的工艺技术。 注水泥塞种类 在油田井下作业中注水泥塞是常用的工艺技术之一，按其注水泥塞位置来分有底水泥塞及悬空水泥塞两种。 注水泥塞的目的及用途主要有以下几种: 1) 在新开发区处理钻井过程中的井漏。 2) 在开发井为了进行回采、找堵漏、找封窜、上部套管试压等隔开封闭某一层段。 3)

36、 堵塞报废井及回填枯竭层位。 4) 提供薄壁套管等特殊井测试工具的承座基础。,注水泥塞工艺技术,注水泥塞方法 1) 平衡塞法。这是常用的方法。所谓平衡塞法既将钻具(或油管)下至设计水泥塞深度底部,将一定数量的水泥浆循环替至设计深度,套管内留够水泥浆容积的工艺方法。 2) 倾筒法。倾筒法利用倾卸筒等工具将一定量水泥浆装入倾卸筒内,由电缆或钢绳送至注水泥深度,通过电流法和机械方法使倾筒开关打开,上提倾卸筒使水泥浆留在设计深度的工艺方法。（爆炸投注水泥塞类同） 3) 双塞法。双塞法与一次注水泥的双塞法固井相似,不同的是双塞在钻杆内,水泥浆在两塞之间,利用井口泵压突增判断水泥浆是否顶替出的工艺方法称双

37、塞法,其优点是可控制水泥浆回流。 另外根据井内压力及施工工艺又分为循环注水泥塞和挤水泥塞及循环挤注水泥塞三种方法。,注水泥塞工艺技术,注水泥塞施工步骤 1) 循环注水泥塞操作程序 将注水泥管柱下至预计水泥塞底部以下0.52m并循环洗井到井内稳定。 按设计配制好水泥浆后按清洗液,水泥浆、隔离液、替置液顺序注入井内。 替置到注水泥浆管内外液压平衡,上提管脚至设计水泥面以上23m反循环洗井,反洗出多余水泥浆。 起出部分或全部管柱、灌满压井液、候凝。,注水泥塞工艺技术,2) 挤注水泥塞操作程序 将注水泥管柱或封隔器下至设计位置。 充分洗井后关井（或座井口）或坐封封隔器。 清水试挤吸收性。要求以挤入压力

38、稳定后计算,时间不低于5min,挤入量不小于1.5m3。 按设计要求,挤入水泥浆量及替置量,并上提管柱管脚（或提出全部管柱）至设计要求位置反洗出多余水泥浆。 反洗井或正(反)推入设计要求量压井液至水泥塞面预留位、关井候凝。,注水泥塞工艺技术,3) 循环挤水泥塞操作程序 将管柱下至设计要求位置。 循环洗井保持井内稳定。(井内不稳定要用井控装置配合) 按设计循环注入水泥浆后,推挤部分水泥浆及顶替量。 上提管脚至设计要求位置反洗井或正、反推挤后使水泥浆至预计留存塞面位置、关井候凝。,注水泥塞工艺技术,注水泥塞计算 1）水泥浆体积的计算 V=/4D2HK （井筒容积：V=/4D2H） 式中 V一一水泥

39、浆用量,m3 D一一套管内径,m H一一水泥塞长度,m K一一附加系数(1.54),其取值原则是：井深多取,井浅少取,井径小多取,井径大少取,水泥塞短多取,水泥塞长少取，漏失严重井多取，低漏失井少取。,2. 干水泥量计算 n=V1.465(水泥浆-1)/50 t=V1.465(水泥浆-1) 式中 V水泥浆用量,m3 n一一干水泥数量,袋 水泥浆一一配置水泥浆密度,g/cm3 3. 清水用量计算 式中Q一一清水用量,L 水泥浆一一水泥浆密度,g/cm3 n一一干水泥数量,袋。,注水泥塞工艺技术,注水泥塞工艺技术,注水泥塞相关施工工艺探讨 1) 注水泥塞过程中,注水泥管柱类型选择,下入深度及井下结

40、构很重要，首先注水泥塞管柱不能在施工过程中造成掉落事故，同时注水泥管柱深度是将水泥塞注到什么位置的重要依据,不能超过允许误差。 推荐注水泥塞管柱组合：108mm套铣钻头（油管斜尖）+钻杆(油管)串 2) 井内稳定是注好水泥塞,留好水泥塞面的关键条件,尤其是一些高压注水井或油井、水窜井内注悬空水泥塞与底水泥塞,要特别注意水泥浆上顶或稀释无水泥塞的情况，对类似井况需采取下列措施。 水泥浆中加入速凝剂或其他添加剂。 少量上提钻具,控压洗井加压候凝。 采用井控装置,用密闭法注水泥塞。 对高压高含水层采用挤注工艺方法。 注悬空水泥塞时底部垫稠修井液,防止水泥浆下沉。,注水泥塞工艺技术,3) 替水泥浆时,

41、两端需垫隔适量的清水（隔离液）等，其目的是: 避免水泥浆与压井液掺混，影响性能。 冲洗套管壁,保证水泥塞能与套管壁牢固粘结。 润滑管柱,造压差,使水泥浆易于流动。 4) 替压井液时造压差,保证注水泥塞质量，造压差的方法一般有下列三种： 第一种水泥浆替置平衡,而清水不平衡利用压井液与清水之间的密度差造压差。 第二种水泥浆不替置平衡,而清水替平衡,利用水泥浆与清水之间的密度差造压差。 第三种水泥浆与清水均不替置平衡,利用压井液与水泥浆之间密度差造压差。 第一种与第二种造压差方法多用于高密度压井液井中,第三种多用于在低密度压井液井中，第二种与第三种是常用方法,与第一种相比有下述优点: 上提注水泥管柱

42、时,水泥浆能不断补充管柱起出空间,能较好保证注水泥塞质量。 水泥浆密度高,易造压差,故泵人的清水量较少。 计算较简单,适合于现场施工。,注水泥塞工艺技术,5) 对采用压井液密度较小的井注悬空水泥塞时，除采用垫稠化物外还可采取下列措施,防止水泥浆下沉。 对低压井采用填砂的方法,将砂面填到预注水泥塞底部位置。 对常规套管井,采用压木塞的方法,用钻具(油管)将木塞压送到设计位置。 注水泥塞底部投入电桥或桥塞，以提高堵塞封堵效果。,注水泥塞工艺技术,注水泥塞对井内压井液的要求 1) 井内压井液应处于稳定状态,不漏失,不存在油(气)、水浸现象(对于处理漏失,注水泥塞情况除外)。 2) 做好水泥浆与压井液

43、配伍性试验,采取调整压井液或水泥浆性能来解决,以及考虑隔离液作用，必要时为了保证注水泥塞质量,在调整好压井液性能基础上应对水泥塞井段井壁疏松泥饼的清除及对套管的刷洗。 3) 调整压井液性能,尤其是密度,为了保持注水泥塞成功,注水泥塞段以下压井液应尽可能呈高粘高切 , 而上部压井液保持低粘低切和较小失水。,注水泥塞工艺技术,注水泥塞注意事项 1) 注水泥塞的特点在于要将相对体积少的水泥浆置于大的井眼中去,而流径管道均比套管小,因此存在压井液污染、掺混、升温快、流阻大,压差大易失水等一系列问题。 2) 考虑注水泥塞的特点,注水泥塞时应当注意以下问题。 应有井径资料,优选一个规则井段,并在要求允许的

44、范围内,避开坍塌、亏空井段(在裸眼注水泥塞时应选择坚硬地层处)。 掌握准确的设计量与记录量,认真计算水泥、水、添加剂和顶替量,使用足够量的隔离液,尤其实际施工记录量要准确。水泥量的附加数要求考虑注替过程中被稀释,掺混或污染影响水泥塞质量问题。 应当配制密度较高的水泥浆,要求水泥浆均匀程度和流动性能好。除考虑速凝,缓凝因素外,当井下静止温度超过120时应渗入35%硅粉。 严格施工程序,认真执行操作规程,防止掉落事故及各类事故。 注替水泥浆完毕,上提钻具应慢,防止过大抽吸作用而引起地层及井筒的污染。,油井水泥使用条件和范围,油井水泥API 级水泥使用范围,油井水泥使用条件和范围,API 水泥 (

45、各级 )性能表,井下管柱固封处理技术,井下管柱固封形成的原因 井下管柱固封：在油田开发过程中,为满足生产需要,油水井采用挤注水泥等堵剂作业较多,而在挤注过程中由于措施不当等原因,造成管柱及井下工具被水泥等堵封剂固在井筒内的现象,称谓井下管柱固封，俗称钢固水泥或插旗杆。 造成钢固水泥的原因很多,除工作质量外归纳为: 1) 挤注水泥或堵剂前,井况不清,上部套管（或注水泥管柱）有破漏,使其水泥浆(或堵剂)短路上返。 2) 施工措施不当,判断、计算失误。 3) 设备运转不正常,中途发生故障。 4) 地质因素引起井涌、喷,水泥浆在凝固过程没有一个稳定的环境。,挤、注水泥等作业过程中,造成钢固水泥的类型有

46、下述三种。 渗漏卡:由于管柱丝扣未上紧或由于管柱(套管)某处有破裂存在,挤注水泥及堵剂过程形成水泥浆堵剂渗漏凝固卡钻而钢固管柱。 变形卡:挤注过程由于套管变形,使挤注水泥施工完毕后,起不出结构,形成套管变形,水泥等卡钻。 掉落卡:由于管柱未达到上扣扭矩,在挤注过程使部分管柱扣松动甚至脱扣或由于井口掉落物,形成卡钻而形成钢固水泥。 钢固水泥一般分为两类 一类是在一定深度的整个井筒,管柱内、外全被水泥等固封无任何循环通道；另一类钻具内无水泥,管柱与套管环空被水泥固封,个别井甚至有循环通道。 一旦形成钢固水泥事故要想不采取措施而起出井内管柱都是难以实现的。,井下管柱固封处理技术,预防钢固水泥的措施及

47、注意事项 为了避免挤水泥过程中造成钢固水泥及其他井下事故,所以在挤水泥作业中应注意以下事项： 1)挤水泥前必须对射孔井段以上的套管进行试压,试压不合格则需下封隔器对上部套管进行保护，个别井因井况不能进行试压,则挤水泥后必须起出井内结构。 2)入井结构应有详细记录,数据齐、全、准,且管柱丝扣达到上扣力矩,防掉。 3)在高密度压井液中下入结构,挤封前应活动钻具，充分循环洗井，防止泥浆固相颗粒下沉卡。所下封隔器必须在施工时座封。防止井口落物掉入井内。 4)挤注水泥施工过程必须保证各类设备运转正常、完好。井口承受挤入压力和关井憋压候凝不刺不漏。 5)注水泥塞应确保井内稳定无外溢，外溢井应压井平稳后方可施工。挤注水泥应按施工规定及要求加入一定比例添加剂。 6)无特殊施工要求的施工，注水泥完成后应将管柱全部提出；或提管脚至距水泥面（射孔井段）100