挤注水泥工艺及事故预防.ppt

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1、挤注水泥工艺技术,及事故预防,挤注水泥工艺技术及事故预防,挤水泥工艺技术,注水泥工艺技术,油井水泥的定义及使用条件和范围,主要注水泥施工,钢固水泥的原因 及预防措施,钢固水泥事故事例,挤水泥工艺技术,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。,挤水泥工艺技术,一、挤水泥的目的

2、方法及应用范围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。,挤水泥工艺技术,1.挤水泥的目的及作用挤水泥工艺技术作为油水井大修基本工序,其目的是恢复油、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因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,

3、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。,挤水泥工艺技术,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

4、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。,挤水泥工艺技术,(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。,挤水泥工艺技术,(3)单封隔器挤水泥法 单封隔器或与填砂、注水泥塞配合挤

5、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间窜槽、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。,挤水泥工艺技术,(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。,挤水泥工艺技术,2)循环挤入

6、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

7、提钻具挤入,其用水泥量少,适用于单层挤封。,挤水泥工艺技术,3)控制挤入法 上述挤入法中,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。采用井口井控装置及井下结构（插管桥塞）的不吐喷施工作业法，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下的一种挤水

8、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。,挤水泥工艺技术,二、挤水泥过程及方法的确定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。(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

9、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。,挤水泥工艺技术,(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,挤人压力高的孔、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。,挤水泥工艺技术,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、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=(3.84.7)R2h

10、式中 V一一水泥浆用量,m3R一一挤封半径,m 一一有效孔隙度,%h一一封堵层厚度,m 2)封窜时V=(3.84.7)(R2-r2)h 式中 V一一水泥浆用量,m3R一一原裸眼半径,m r一一套管半径,mh一一封窜段长度,m,挤水泥工艺技术,3)堵漏时V=KV1 式中V一一水泥浆用量,m3K一一系数,14V1一一水泥浆基数(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)式中t一一干水泥用量,tV一一水泥浆用量,m3r水泥浆一一设计水泥浆密度,g/cm3,挤水泥工艺技术,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

11、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,上部套管试压,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: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。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:应备有合乎性能的压井液、水泥、添加剂、清水等。,挤水泥工艺技术,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5

12、min,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 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。光钻具挤水泥：挤封管柱管脚下至欲挤封井段100m以上,试挤后挤水泥浆、顶替、控压反洗、憋压候凝。,挤水泥工艺技术,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。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1.52倍挤封管柱内容积,起出井

13、内结构,灌满压井液,候凝。,挤水泥工艺技术,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3050m或达到设计位置。(4)候凝时间2448h。,挤水泥工艺技术,三、特殊井挤水泥 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。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

14、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。,挤水泥工艺技术,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

15、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,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；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,漏失井段应留有水泥塞。,注水泥工艺技术,一、注水泥机理及其应用

16、1.注水泥机理1)注水泥的目的新钻油水井固井,老区油水井由于生产层位调整,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,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

17、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。,注水泥工艺技术,(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。,注水泥工艺

18、技术,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（或修井）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。,注水泥工艺技术,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

19、结合衬(尾)管固井,计算注水泥用量。,注水泥工艺技术,1)水泥浆用量式中V一一水泥浆体积,m3 D一一井眼平均直径,m d1一-衬(尾)管外径,m d2一一衬(尾)管内径,m H一一衬(尾)管环形空间高度,m h1一一水泥塞高度,m h2一一喇叭口以上水泥返高,m k1一一附加系数(1.21.5),注水泥工艺技术,2)干水泥用量 t=1.465V(r水泥浆-1)3)顶替压井液量 式中V压井液一一顶替压井液量,m3H1一一钻具顶替压井液长度,mH2一一衬(尾)管顶替压井液长度,md1一一钻具内径,md2一一衬(尾)管内径,m。,注水泥工艺技术,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

20、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,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。,注水泥工

21、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,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: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,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,2)流型、流态的影响 钻井(修井)液,水泥浆均属非牛顿流体,按

22、其流动形态分为不流、塞流、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。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=21003000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。,注水泥工艺技术,3)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,如果压井液粘度、切力高,使其推动

23、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。,注水泥工艺技术,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

24、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,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。,注水泥工艺技术,采用紊流状态注水泥关键问题是提高上返速度

25、,一般上返速度要求达到1.52m/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

26、盐、树脂磺酸盐,三聚氨胶磺酸盐等。,注水泥工艺技术,2)调整压井液与水泥浆性能(1)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。(2)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

27、加入CMC或褐煤等。在m、m隔、隔c、c时,其效果最好。,注水泥工艺技术,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为宜,上下活动一般采取 2min活动一次,行程4.56m。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

28、艺技术,4.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。原套管应进行大于衬(尾)管挂尺寸的通井规对套管检查与试下。对送入钻柱要进行质量检查,满足固衬(尾)管作业需要。,注水泥工艺技术,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。正反扣接头下井前要灵活可靠,按规定连接。3)控制下放速度及循环压井液 下入过程中,要绝对控制好衬(尾)管下放速度。推荐标准是在原套管内下人时,每下放一个

29、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)倒扣作业倒扣应控制不超过井下钻杆规定的允许扭矩,即控制好一次最大扭转圈数,在嗽叭口反螺纹未被倒开时应控制好钻杆反回速度,防止钻具在其他正扣处脱开。应从上提下放距离和悬重相应变化取得综合判断。倒扣脱手后将上部钻具上提至设计位置反洗井。反洗井

30、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。,油井水泥的定义及使用条件和范围,一、油井水泥使用的特殊条件它包括配制和注入水泥浆的方法,井底条件以及封隔地层和油井开采需要,对油井水泥提出各种要求。基本要求应当是:水泥能配成流动性能好的水泥浆。这种性能应在配制、注入和被顶替置至规定环空位置的整个过程中始终保持；水泥浆满足井下温度和压力条件下,保持其稳定性；水泥浆注入并被置替至规定位置后,能控制在要求时间内凝固,固化后应保持原始体积最小的变化；,油井水泥的定义及使用条件和范围,水泥浆在配制和注入时,它的密度可允许通过外加剂来调节,并保持要求的强度、流动性能和稠化时间等；对于地层含有

31、盐溶液和硫酸盐水溶液,要求水泥石具有一定抗蚀性；凝固的水泥石应有较快强度发展,成致密固体,短期内达要求的抗压强度和低的渗透性,同时还具有塑性,适应射孔需要,不产生过多水泥石裂缝；要求同一品种水泥的化学成分及其矿物组成不应有过大差别,以保持水泥质量的稳定性而且还应容易接受外加剂的处理。,油井水泥的定义及使用条件和范围,二、API 级别定义及使用范围 l.定义 A、B、C、D、E与F级油井水,是由水硬性硅酸钙为主要成分的水泥熟料,加入适量石膏和助磨剂,磨细制成的产品。在粉磨与混合D、E、F级水泥的过程中,允许掺加适宜的调凝剂。并要求助磨剂对水泥强度不产生不良影响。G、H级油井水泥,是由水硬性硅酸钙

32、为主要成份的水泥熟料,加入适量的石膏或石膏和水,磨细制成的产品。在粉磨与混合G、H级水泥过程中,不允许掺加任何其它外加物。J级油井水泥,符合标准规定J级水泥物理性能要求的产品。,油井水泥的定义及使用条件和范围,2.使用范围 A 级。深度范围01828.8m井深,温度至76.7。无特殊性能要求,仅有普通型(O)。B 级。深度范围01828.8m井深,温度至76.7。属中热水泥,分为中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型(MSRNHSR)。C 级。深度范围O1828.8m,温度至76.7,属早强水泥,分普通,中抗硫酸盐和高抗硫酸盐型。D 级。深度范围1828.8m3050m,温度在76127。为基本水泥加缓凝

33、剂,用于中温中压条件,分中抗硫酸盐平和高抗硫酸盐型。E 级。深度范围30504270m,温度在76143。为基本水泥加缓凝剂,用于高温高压条件,分中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型。,油井水泥的定义及使用条件和范围,F 级。深度范围30504880m,温度在110160。为基本水泥加缓凝剂,用于超高温高压条件,分为中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型。G 级及 H 级。深度范围02440m,温度093。为两种基本水泥,分中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型,当掺入促凝剂或缓凝剂,能适应于较大范围变化的井深和温度条件下使用。J 级。深度范围36604880m,温度49166。仅有普通型,抗硫性能还未形成规格,当使用外加剂后

34、,能适用更大压力温度变化范围。,油井水泥的定义及使用条件和范围,三、油井水泥API 级水泥使用范围油井水泥特性.doc,主要注水泥施工,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。,主要注水泥施工,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

35、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工具的承座基础。,主要注水泥施工,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。(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

36、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。,主要注水泥施工,2)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。,主要注水泥施工,(2)挤注水泥塞操作程序将管柱或封隔器下至设计位置。充分洗井后座井口或坐封封隔器。用清水试挤吸收性以压力稳定后计算,时间不低于5m

37、in,挤入量不小于1.5m3。按设计要求,挤入水泥浆量及替置量,并上提至反洗位置。反洗井或正(反)推入设计压井液、候凝。,主要注水泥施工,(3)循环挤水泥塞操作程序。将管柱下至设计要求位置。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。上提管脚至要求位置反洗井或正、反推挤后、关井候凝,主要注水泥施工,二、注水泥塞计算1.水泥浆体积的计算V=/4D2HK式中V一一水泥浆用量,m3D一一套管内径,mH一一水泥塞长度,mK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。,主要注水泥施工,

38、2.干水泥量计算n=V1.465(水泥浆-1)/50式中V一一水泥浆用量,m3n一一干水泥数量,袋水泥浆一一配置水泥浆密度,g/cm33.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/cm3一一干水泥数量,袋。,主要注水泥施工,三、注水泥塞有关工艺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,下入深度及井下结构很重要。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。,主要注水泥施工,(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

39、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。,主要注水泥施工,(3)替水泥浆时,两端需垫清水,其目的是:避免水泥浆与压井液掺混。冲洗套管壁,保证水泥塞能与套管壁牢固粘结。润滑油管,造压差,使水泥浆易于流动。,主要注水泥施工,(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

40、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。,主要注水泥施工,(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

41、位置。注水泥塞底部投入电桥或桥塞。,主要注水泥施工,2.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。,主要注水泥施工,3.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

42、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

43、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。,主要注水泥施工,堵漏堵漏方法有挤水泥堵漏和综合化学堵剂堵漏,另外衬管法和套固法也是有效方法之一,这里重点介绍挤堵工艺技术。挤堵水泥浆和综合化学堵剂方法在施工上大体相同。是将堵剂以一定的压力和排量挤入破漏管外,并在套管内留有一定长度的水泥塞,经2448h反应凝固后再钻通,试压符合要求,施工结束。,主要注水泥施工,一、挤堵方法1.套管平推法这种方法一般用在漏失井深较浅的井,光井筒坐好井口将堵剂直接挤入井筒,顶替到破漏位置以上3050m,关井候凝。2.循环挤入法如果漏失井段较深,大多采用循环法作业。将钻具下至破

44、漏位置以下2030m,先循环部分水泥浆或堵剂,然后上提钻具至候凝深度,坐井口再挤堵、顶替完成作业。3.单封隔器法（桥塞法）对套管两处以上的破漏,且相距较长,封堵一处漏失后封另一漏失时则需要用工具封隔器保护已封段以避免损坏已封层。,主要注水泥施工,二、堵剂挤水泥和综合堵剂是油田普遍采用的封堵方法,然而堵漏成功与否的关键取决于堵剂在套管破漏处管外的运动状态。堵剂在破漏管外流动时,没有将破漏处管外的环形断面均匀灌注,而在破漏处管外呈舌状推进是造成封堵失败的主要原因。因此改变堵剂的反应速度,改变堵剂在破漏管外的流向,可以提高封堵效率。,主要注水泥施工,1.油井水泥浆加速凝剂堵漏对于漏失量在200400

45、L/min、试挤压力在24MPa、破漏深度超过150m的井,采用油井水泥加入一定比例的速凝剂封挤效果较好。水泥用量一般810t,水泥浆密度在1.851.93左右,速凝速度控制在施工需要的安全时间。,主要注水泥施工,2.综合堵剂堵漏对于漏失量大于500L/min，试挤压力低(O1MPa)的大漏失井,采用水泥浆加水玻璃、填砂挤封剂的方法堵漏,效果很好。1)水泥浆加水玻璃堵漏水玻璃遇水泥浆后,对水泥浆凝固有急剧的加速作用,部分水泥浆与水玻璃在破漏管外混合后快速凝固,以堵塞漏失量大的裂缝和溶洞,从而改变水泥浆在破漏管外的运动状态,使后续的水泥浆能进入漏失量小的裂缝和溶洞而较好地均布在破漏管外的周围,以

46、防止水泥浆窜流以提高封堵效率。就漏失井深不一,水泥浆加水玻璃堵漏又分为分段合成法和井口合成法两种。,主要注水泥施工,(1)分段合成法。将一定数量的水玻璃(用量一般根据漏失量和漏失压力的大小而定,现场一般用量在0.61m3)在试挤正常后按顺序挤入12m3水泥浆隔离液水玻璃隔离液水泥浆顶替液关井候凝。使用分段合成法封堵破漏,注意防止水泥浆与水玻璃在泵内直接掺混反应,同时隔离液量不宜大,否则会降低水玻璃浓度和水泥浆浓度而影响速凝效果。,主要注水泥施工,(2)井口合成法。是将水泥浆和水玻璃分别由泵同时挤入井内,使凝固速度再加快,对于漏失井段浅、漏失量大、挤封后憋不住压的井效果较好。,主要注水泥施工,2

47、)填砂堵漏以密度为1.2g/cm3、粘度2535s的轻泥浆做为携砂液,砂砾选用直径0.50.8mm的石英砂,理论的填砂量为水泥浆体积的80%90%,现场经验数据以破漏长度每5m加砂22.5m3携砂比根据漏失量和漏失压力而定,一般可控制在15%30%,排砂排量要求大于500L/min。具体施工时用三部泵车施工,其中一部负责搅拌砂液,另外两部以大排量将携砂液挤人破漏管外(人工加砂速度可控制在1015min加砂1m3)。替洗清水35m3做为清洗液以使砂砾沉降堵塞裂缝和溶洞,然后按挤水泥方法施工,完成堵漏。凡管外出油气水,漏、窜均存在的破漏,这种破漏普遍较深。对于这类封堵可先以硅土胶泥或高密度、高粘度

48、压井液挤压管外窜漏,然后再挤水泥浆加速凝剂堵漏完成施工。,主要注水泥施工,封窜一、循环法封窜1.循环法封窜的工作原理就是将水泥浆以循环的方式,在不憋压力的情况下替人窜通井段,使水泥浆凝固,以达到封窜的目的。对窜通时间不长,窜通量不大的管外窜通井,可采用循环法封窜,其优点是对油层的污染比较小,一般不会产生封窜后堵死全部射孔段的问题。,主要注水泥施工,2.循环法封窜的分类与应用循环法封窜根据封窜管柱的连接方法和所用工具的不同,可分为单封隔器封窜和双封隔器封窜两种方法。单封隔器封窜:采用这种方法进行封窜时,封窜前只露出夹层以下一至两个小段,其它层段采用人工填砂或注悬空灰塞的方法掩盖。封隔器应坐于夹层

49、上,并且井口部分采用闸板防喷器来密封,以便有利于封窜工作的顺利进行。双封隔器封窜:是采用两封隔器中间加节流器（筛孔）管柱下人井内,下封隔器应坐于窜通层以下紧靠窜通层的夹层上,上封隔器坐于已窜通的夹层上。水泥浆在封堵时由两级封隔器中间的节流器流出,由窜通的下部油层进入窜通部位。其优点是可以不填砂或注悬空水泥塞,可以不留水泥塞或少留水泥塞；缺点是下入井内的封隔器多级,遇到卡钻时难于处理。,主要注水泥施工,3.循环法封窜的步骤(1)封窜管柱,使封隔器坐于施工设计要求的夹层位置。(2)冲洗窜槽,洗至返出液体不夹带大量泥砂,且泵压平稳、时为止。(3)泵入与设计要求相符合的性能和数量的水泥浆。(4)替液至

50、节流器以上1020m处,并略待水泥浆稠化,稠化时间随水泥、水泥浆的性质、井深位置、井下温度、添加剂的性质和数量而定。(5)解封封隔器上提管柱管脚提至射孔井段以上反洗井,洗出多余的水泥浆,洗井液量最少是井筒容积的1.52倍。(6)起出2040m管柱,关井候凝48h,主要注水泥施工,二、挤入法封窜1.挤入法封窜的工作原理就是将水泥浆通过封窜管柱,在压力允许的范围泵人井内,使水泥浆充满所有窜槽部位,使窜通层充分吸附水泥浆,以达到封窜的目的。当遇到井壁坍塌,窜槽体积大,其形状不规则,且堆有大量岩块时,采用此方法封窜比较可靠,能堵住复杂的窜槽。其缺点是在封窜过程中会有大量的水泥浆进入地层,容易堵塞油流通