挤、注水泥分析课件

挤、注水泥第一节油井水泥油井水泥是一种凝固很快、且在很短时间内便有相当高机械强度的硅酸盐水泥，是石油工业的专用水泥，主要应用在固井工程、各种保护工程和油、气、水井大修工程上。在封窜工艺中，油井水泥质量是封窜成败的重要因素之一。一、油井水泥的配制油井水泥是用氧化钙60％-70％、二氧化硅21％—24％、铝钒土4％～7甲o、氧化铁2％-7％配成生料。将生料放在高温炉内煅烧，获得以硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2Ca0，Si02)、铝酸三钙(3CaO．Al203·Fe203)、铁铝酸四钙(4CaO·A120，·Fe20，)为主的熟料，再在熟料中加入适量的石膏，研磨成细粉，制成油井水泥。油井水泥与水混合后，发生一系列的物理、化学作用，很快凝固形成一种具有很高机械强度的“水泥石”。油井水泥凝固受温度影响很大，根据井的深浅不同分别采用热井水泥与冷井水泥。二、油井水泥的物理性能对油井水泥的物理性能要求有下述几点。(一)细度用4900孔／cm2的筛子过处理筛，筛余量不超过15％。(二)凝固时间按水泥质量加水50％，所得水泥浆的凝固时间符合冷井水泥或热井水泥规定的初凝和终凝时间。水泥浆从调配时起，到变稠开始凝结这段时间称为初凝时间，从初凝起到凝固硬化这段时间称为终凝时间。整个施工作业必须保证在水泥浆初凝以前完成，一般要求是小于初凝时间的75％。(三)流动度水泥浆要有较好的流动性，流动性好，流动阻力小，可提高水泥浆的挤注质量。测量时，锥形圆环平放于具有环形刻度玻璃板的中心，将配好的水灰比为50％的水泥浆搅拌后倒入环内，刮平表面，上提圆环，水泥浆在玻璃板上自由流散面积的最大、最小直径的平均值，即为水泥浆的流动度。

(四)体积安定性以标准稠度制成水泥试样，用煮沸法试验，体积变化必须均匀。(五)失水水泥浆的大量失水将引起急剧稠化，降低流动性，易在井壁形成水泥饼，严重者造成卡钻和蹩泵，特别是在松软和渗透性好的地层。低失水是优质水泥的一项重要指标。(六)抗折强度抗折强度是指按水泥质量加50％水，成型后养护48h的抗折强度。三、水泥凝固机理及影响因素水泥与水混合后发生的变化非常复杂。当水泥与适量的水混合成水泥浆，先发生一系列的水泥颗粒和水泥矿物的化合及水化现象。其中最快的是水解作用，其变化过程为放热反应。由于水化作用，使水泥浆中产生以硅酸钙为主要成分的胶体，随着水化作用的进行，胶体不断增多并逐渐凝聚变稠。同时在胶体中产生形成水泥石的新化合物，逐渐在非晶质胶体中开始呈现微粒晶体并逐渐硬化，使水泥浆失去流动性。水泥的凝固过程，除受本身物理、化学因素影响外，也受到外部物理、化学因素的影响，主要是温度、压力和各种化学添加剂的影响。水泥的凝固时间随着温度的增加显著缩短，初凝的时间也随着压力的增加明显缩短。由于施工的特殊要求，有时需要在水泥浆中加入某些添加剂，如石膏、硫酸铁、丹宁酸及表面活性剂等均能起到缓凝作用。加入泥浆，可配制成胶质水泥，它的漏失量很小。若加入石棉纤维，可配制成纤维水泥浆，这种水泥浆对于封堵窜槽有很重要的作用。应明确，不管使用哪种化学试剂和添加剂，均应在实验室内做好实验，取得优良的实验数据后再用于现场施工。第二节挤水泥

油田油、气水井在开发生产过程中，由于受油、气、水运移及各种应力、腐蚀、地质结构及施工措施诸因素的影响，一方面使新打井水泥返高不够，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，或造成油层窜通或地层胶结物被破坏，近井地带形成空洞，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，可使固井质量不合格井、窜槽井，套管破漏的油、气、水井恢复正常生产。挤水泥工艺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，套管外空洞、破漏处等目的层，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。一、挤水泥的目的方法及应用范围1．挤水泥的目的及作用

挤水泥目的是恢复油、气、水井正常生产。

(1)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。

(2)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。(3)通过挤水泥弥补油水井固套管破损不能承受各种应力作用，填补地层亏空。

(4)封堵某井段漏失，保护油气资源。

(5)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。

(6)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。

(7)对某些因地质、工程因素需暂闭井及油田井网，生产层调整需上返的油水井进行挤封。2．挤水泥的方法及应用范围

挤入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。按挤封结构分有空井筒、钻具(油管)、封隔器等。

1)挤入法

挤入法就是在井口处于控制状态下，通过液体的一定挤入压力将水泥浆替挤到目的层的方法。(1)平推法。平推法在井内无任何结构，利用原油、气、水井套管作为挤水泥的通道，从井口直接挤水泥的方法。其优点是施工简单，安全可靠。不足点是不能分层作业，套管壁上易留水泥环。适用范围多用于油、气、水井上部套管损坏有漏失点，需封堵或因地质工程因素报废井的挤封。

(2)钻具(油管)挤入法。钻具挤入法就是将钻具下到挤封井段设计位置，利用钻具作挤入通道的一种挤入方法。其优点是挤入过程不动钻具，施工较简单且易反洗井，套管壁不会有大段残留水泥环。不足的是不能挤封中间层段的封堵或窜槽。适用于中深井作业，多用于中深井堵漏，封堵顶部水层，或与填砂、注水泥塞相结合挤封油层顶部窜槽。(3)单封隔器挤水泥法。

单封隔器或与填砂、注水泥塞配合挤水泥法，井下结构较简单，挤水泥针对性强，使非挤封层得到较好保护，对上部套管破漏及非常规井避免了上部套管承受高压，做到了有目的挤封。不足的是填砂或注水泥塞增大了作业量。单封隔器挤水泥适用挤封底部油层，与填砂注水泥塞相配合可挤封层问窜槽、挤封高含水层。采用电桥或桥塞挤水泥有利于简化施工，提高井况适应性及成功率。(4)双封隔器挤水泥法。

双封隔器挤水泥法其下封隔器还可采用电桥或桥塞替代底水泥塞或填砂作业，减少了作业量，利用双封隔器挤水泥针对施工作业需要可分层作业，有利于保护非挤封层，不足的是双封隔器挤水泥法对井况要求高。适用于油水井封窜及油层中部挤封作业。2)循环挤入法

循环挤入法是将一定数量的符合性能要求的水泥浆循环到设计位置，然后上提工具柱后，施加一定液体压力使水泥浆进入目的层的施工工艺。采用循环挤入法重点解决两方面的问题第一，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：第二，对吸收量小，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。

针对上述循环挤入法所解决的两方面的问题，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，上提钻具挤入，其用水泥量少，适用于单层挤封。3)控制挤入法

上述挤入中，循环挤入法多适用于井况较好，井筒内相对稳定的油水井作业。但随着油田开发时间的增长，油水井井况日趋复杂，出水出砂口益严重，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。原采用井口封井器及井下结构的不吐喷施工作业法取得了一定的成效，但施工较复杂且承压能力低。随着井下作业井控配套工艺技术的完善，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下的一种挤水泥工艺。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，特别对地层压力较高，砂埋油层的油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。1．挤水泥施工方法的确定挤水泥的工艺方法较多，在确定具体施工方法时应综合考虑油层物性，挤封层段、位置，套管完好情况，井况等诸因素，有针对性的选择挤入法。二、挤水泥过程有关问题探讨(1)套管平推挤水泥法：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，封堵深度小于500m，封堵长度不大于5m。(2)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。(3)封隔器挤水泥法：适用于封窜、封层、防砂等。使用条件：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。

(4)循环挤入法：适用于封层、防砂或吸收量低于200L／min，挤入压力高的孔、洞、缝型破漏井的封堵，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。

(5)控制挤入法：适用于井内不稳定，出砂、砾较严重的井。

2．挤水泥时的水泥用量

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)时

V=(3.8--4.7)R2Φh(15—1)

式中V——水泥浆用量，m3；

R--挤封半径，m；

Φ--有效孔隙度，％；

h--封堵层厚度，m。

2）封窜时

V=(3.8--4.7)(R2-r2)h

(15—2)

式中V--水泥浆用量，m3；

R——原裸眼半径，m；

r--套管半径，m；

h--封窜段长度，m。

3)堵漏时

V=KV1

(15—3)

式巾V--水泥浆用量，m3；

K--系数，l--4；

Vl--水泥浆基数(2.4m3)。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)(15—4)

式中t____干水泥用量，t；

V—水泥浆用量，m3；

r水泥浆—设计水泥浆密度，g／cm3；3．挤水泥施工在确定挤入方法，挤水泥用量后挤水泥施工直接关系到挤封的成败。

1)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。(2)井眼准备：井眼应畅通，井内相对稳定，所下工具达到设计要求。(3)工具及材料准备①井下结构：下入结构尺寸准，上扣达到上扣力矩，如下双封隔器，中间筛管接在下封隔器顶部位置。尾管不宜太长，且底部不带丝堵。采用封隔器时应在室内组装试压合格后方可下人。②材料准备：应备有合乎性能的压井液、水泥、添加剂、清水等。2)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5min，试挤的目的是即可观察挤入量，确定用水泥浆量，又可清洗挤封段通道。(3)挤水泥施工。

①套管内平椎挤水泥。从井口直接推挤水泥浆，顶替压井液，候凝。②光钻具挤水泥。挤封管柱管脚下至欲挤封井段以上lOOm左右，试挤后挤水泥浆、顶替、控压反洗、憋压候凝。③封隔器挤水泥:按设计量挤入水泥浆，按设汁量替置压井液，扩压，上提挤水泥管柱至挤封段顶部以上30m反洗，反洗量应大于挤封管柱内容积3倍，起出井内结构，灌满压井液，候凝。④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。

3)挤水泥施工要求

(1)挤水泥过程中，最高压力不得超过套管抗挤强度的70％。

(2)整个施工时间不得超过水泥浆初凝时间的70％。

(3)挤水泥后需留水泥塞时应高于封堵井段30--50m或达到设计位置。

(4)候凝时间24～48h。4．挤水泥注意事项

为了避免挤水泥过程中造成井下管柱固封及其他井下事故，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管柱，挤封前应活动钻具。所下封隔器必须在施工时座封,防止井口落物掉入井内。(4)挤水泥施工过程必须保证设备运转正常。井口承受挤入压力和关井憋压候凝不刺不漏。(5)根据施工要求加入一定比例添加剂。(6)发现挤水泥后掉落钻具事故，应立即下钻，先冲洗后打捞。如反洗不通则正洗，如不能循环，可采用挤清水措施，将水泥浆稀释推远。特殊井挤水泥必须考虑特殊井的特殊性。

1．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。三、特殊井挤水泥为了解决承压问题，对在薄壁套管进行挤水泥作业，应在挤封段以下注水泥，上部用封隔器保护上部套管或用双封隔器卡出挤封段。施工中采用低压挤注或循环挤入法，水泥浆中加入一定添加剂，提高水泥浆流动性，降低水泥浆密度，以控制施工压力。一般压力控制在10MPa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。2．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，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远流长的水源。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。

3．低漏失井挤水泥

对地层致密，吸收量较小的漏失段挤封，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，将配制好的泥浆循环到目的层顶替后．在一定泵压下挤入，漏失井段应留有水泥塞。

第三节注水泥一、注水泥机理及其应用

1．注水泥机理

1)注水泥的目的新钻油水井固井，老区油水外巾于生产层位凋整，大修井下衬、尾管后均需注水泥。注水泥工艺技术应用于油气水井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。2)注水泥的方法

注水泥的方法很多，根据不同的井况采用不同的方法。

(1)常规注水泥。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，采用双挂钩胶塞成功地满足了衬(尾)管注水泥工艺的需要。3)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，封闭油水层及隔层达到适应注采需要的目的。实质上注水泥的过程就是用水泥浆顶替井内压井液的过程.

2．注水泥计算

所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。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。下面结合衬(尾)管固井，计算注水泥用量。

1)水泥浆用量V=(15—5)

式中V--水泥浆体积，m3；

D--井眼平均直径，m：

dl--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．n、；

Kl--附加系数(1．2—1．5)2)干水泥用量

t=1.465V(r水泥浆-1)(15—4)

式中t____干水泥用量，t；

V——水泥浆用量，m3；

r水泥浆——设计水泥浆密度，g／cm3；顶替压井液量

V压井液=(15—6)

式中V压井液—顶替压井液量，m3H1—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；

d2—衬(尾)管内径，m。二、注水泥的过程有关问题探讨1．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。2．影响注水泥质量的原因实践证明：注水泥过程中水泥浆的窜槽往往是影响注水泥质量的主要及普通原因。为了保证注水泥过程中水泥浆不窜槽，这就要求有较好的顶替效率。顶替效率就是要求的水泥返高位置的环空水泥浆体积与其环形空间体积之比值。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。影响注水泥质量的原因在于：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ΔP/L>4τ0／(D-d)，即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15—1所示：

(1)套管活动产生剪切力。

(2)接触面的牵引力。

(3)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，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。2)流型、流态的影响钻井(修井)液，水泥浆均届非牛顿流体，按其流动形态分为不流、塞流、紊流等五种，如图15—2所示。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。虽然塞流时(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，因而顶替效率也较低。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=2100～3000时，即处于紊流状态时，其流速大，压力梯度大，推进力大，因而顶替效率最高。据国外有关资料介绍，注水泥达到紊流时，由于增加了推动力，所以套管居中与否都有效果。3)水泥浆、压井液性能对顶替效率的影响

(])粘度、切力的影响。当套管不居中，如果压井液粘度、切力高，使其推动阻力增加，顶替困难而顶替率不高。如果水泥浆的粘度、切力高，相应的推动力也大，顶替效率好。(2)失水量的影响。

水泥浆中如果失水量大，大量自由水渗透到地层，形成水带、水道，使其顶替效率降低。

4)水泥浆失重的影响

根据固井模拟试验认为，水泥浆注入模拟井筒静止后立即发生失重现象，使水泥浆的有效液柱压力不断下降，在终凝以后，有的压力可降至零，甚至出现负压。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。因为水泥浆失重，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浸入，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。3．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根据对油井水泥浆性能的测定，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，因而增加了压力梯度。采用紊流状态注水泥关键问题是提高上返速度，一般上返速度要求达到1．5—2m／s，才能达到紊流时的临界流速。同时应注意的是，由于套管(衬、尾管)与井眼的环形空间比钻井时钻柱与井眼间隙小很多，因而在相同排量下，即使泵压比钻进时低得多，也可能造成对地层很大的压力而压漏地层。所以靠增加排量的方法提高上返速度达到紊流，往往受到地层条件的限制，对于低压易漏失地层，可采用塞流注水泥工艺。

根据设备能力(400型水泥车)，要达到紊流注水泥的临界流速是有一定困难的，但使用紊流引导剂(水泥减阻剂)是实现低速紊流的有效途径。采用水泥减阻剂可为小井眼固井注水泥提供条件：可降低水灰，比改善流动性；降低泵压达到减阻作用。其减阻剂类型有：木质素类磺酸盐、芳香族茶磺酸盐、树脂磺酸盐，三聚氰胺磺酸盐等。2)调整压井液与水泥浆性能

(1)压井液尽量降低切力(τm)、粘度(ηm)、密度(γm)，使水泥浆能很好顶替。(2)提高水泥浆的切力(τc)、粘度(ηc)、密度(rc)，使ηc>ηm、τc>τm，在此前提下，rc与rm的差值在0.2～0.3较好。有关实验表明，ηc与ηm差值大，顶替效率好，如ηc=70，ηm=38，其差值在32时，顶替效率可达95％左右。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ηm、τm<η隔、τ隔<ηcτc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，如图15—3。根据经验介绍，旋转速度以10—20r／rim为宜，上下活动一般采取2min活动一次，行程4．5--6m。为了减少水泥浆‘‘失重”对固井质量的影响，可采用两凝水泥。即在油气层或高压水层段注入速凝水泥，在油层卜段注人缓凝水泥尽量缩短油气层部位的凝固时间，以减少油气水的窜入。一般还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。

第四节注水泥塞一、注水泥塞的目的用途及方法

注水泥塞既是根据设汁要求，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。1．注水泥塞的目的及用途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)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上具的承座基础。2．注水泥塞的方法及施工步骤

1)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；替至设汁深度，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。

(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—2)注水泥塞施工步骤

(1)循环注水泥塞操作程序。

①将注水泥管柱下至预计水泥塞底部以下o．5--2m并循环洗井到井内稳定。②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。③替置到注水泥浆管内外液压平衡、亡提管脚至设汁水泥面以上2～3m反循环洗井，反洗出多余水泥浆。④起出部分或全部管柱、灌满压井液、候凝。

(2)挤注水泥塞操作程序①将管柱或封隔器下至设计—位置。②充分洗井后座井口或座封封隔器。③用清水试挤吸收性以压力稳定后计算，时间不低于5min，挤入量不小于1．5m3。④按设计要求，挤入水泥浆量及替置量，并上提至反洗位置。⑤反洗井或正(反)推入设计压井液、候凝。

(3)循环挤水泥塞操作程序。

①将管柱下至设计要求位置。②洗井保持井内稳定(井内不稳定要用井控装置配合)。③按设计循环注入水泥浆后，推挤部分水泥浆及顶替量。④上提管脚至要求位置反洗井或正、反推挤后、关井候凝。二、注水泥塞计算

1．水泥浆体积的计算式中V--水泥浆用量，m3；

D--套管内径，m；

H--水泥塞长度，m；

K--附加系数(1.5--4)，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。

2.干水泥量计算

式中V--水泥浆用量，m3；

n--干水泥数量，袋；

r水泥浆—配置水泥浆密度，g／cm3？3．清水用量计算式中Q——清水用量，L；

r水泥浆—水泥浆密度，g／cm3；

n—干水泥数量，袋。

三、注水泥塞有关工艺探讨

1．怎样注好水泥塞

(1)注水泥塞过程中，注水泥管柱类型选择，下