分级固井注水泥工艺技术及运用实践研究

分级固井注水泥工艺技术及运用实践研
究
摘要：随着我国固井工程技术的发展速度不断加快，分级固井技术发展也得到快速提升。

在石油气井固井工程施工过程当中，分级固井水泥施工工艺得到了广泛的运用，特别是在解决井漏现象以及地层压力系数较低的工程项目当中发挥出了非常重要的作用。

关键词：分级固井；注水泥；工艺技术
引言：钻井工程技术快速发展的过程中广泛应用了分级固井注水泥施工，尤其是当前我国双级注水泥施工技术逐步完善的背景下，其在我国钻井工程中发挥相当重要的作用。

使用分级箍显著提升了固井成功率及其固井工程的合格率，在使用多种外加剂的过程中固井质量得到进一步提高。

1.分级箍在石油气固井工程中的应用
1.1 分级箍结构
在分级注水泥工艺施工过程当中，通常分为两种施工方法：第一种是非连续性的双重注水泥施工模式；第二种是连续性双击注水施工方法。

除此之外，分级箍的类型也有很多种类型，常用的尺寸包括三种：φ139.7mm、φ177.8mm、
φ244.5mm。

当前我国在石油勘测企业当中相继研发和制造了分级箍模型，但是在实际的施工和下井操作当中，和国外一些比较先进的发达国家相比还有着一定的差距。

在我国某大型油田钻井企业当中，依照具体的施工需求，自行设置了相应的滑套式分级箍设置方法，一共分为了四个不同类型的型号，四种型号当中滑套式的分级箍在对油田开采施工过程当中的使用范围相对比较广泛，在油田的开发领域当中，慢慢发展成为了一套比较系统化的施工产品。

其中主要的工作原理和工作特点为：通过一级注水泥施工结束之后，再投入到第一级水泥将作为顶部施工程[1]。

1.2 工作原理和工作特点
我国某大型油田钻井企业根据施工要求，自行设计了滑套式分级箍，一共设
计了四个型号，即φ139.7mm、φ177.8mm、φ244.5mm 与φ339.7mm。

这四种型
号的滑套式分级箍在对油田的开采过程中使用的范围很广，在油田开采领域中成
为成功的系列产品。

其工作机理及工作特点为：第一级注水泥施工结束后，投入
硬压塞顶替第一级泥浆，当顶替第一级泥浆完毕后进行固井碰压，接着在水泥车
上或者泵房内实施放压，并且在此过程中时刻注意浮箍浮鞋的工作情况，如果其
运行正常，那么投入重力塞，以保证加压开孔的顺利实施，随后，通过水泥车继
续替入泥浆，以使分级箍的开孔压力控制在 4~5 MPa 范围，滑套下落时注意控
制速度，不得快于每分钟60米，接着迅速将循环孔打开，循环出分级箍以上的
水泥浆。

此时一级泥浆作业替入结束形成凝固现象，开始进行二级泥浆替入作业。

当二级水泥作业完成后，即投入上胶塞，一旦上胶塞落入上胶套后，继续实施替
浆作业，当压力值达到 3~4MPa时，就可以关闭套销钉，那么上胶塞、上胶套及
关闭套座一并座入关闭套卡簧槽内，由此将循环孔堵塞住，泵压仍然持续上升，
碰压的压力值为 15~20MPa，进而通过水泥车对其继续施加压力，以使碰压的压
力值上升至22~26MPa 范围后，将循环孔关闭[2]。

最后进行检查工作，首先通过
在水泥车上放回水，检查是否将循环孔严密关闭。

若经检查确认循环孔已被严密
关闭，那么即时等候凝固，如果检查循环孔关闭并不严密，那么应重新进行加压，直至循环孔关死。

如果重新施压循环孔仍然不能关闭，那么可以通过憋压侯凝的
途径进行侯凝，当水泥浆达到凝固状态后开始实施放压。

值得注意的是，在侯凝
阶段严密观察压力值的变化情况，一旦压力值超过固井规定的压力范围时即刻进
行放压。

在应用分级箍之前，首先要在室内进行压力测试，通常情况下，试压值
保持在 20~30MPa 范围，压力测试完毕后，还需做纵向应力试验。

在固井工程中，应力大约控制在 450KN，工程后期无须再做复合应力试验。

当上述工作全部结束后，在实际生产中应着重注意配合间隙的问题。

比如注意上滑套、下滑套和分级
箍间的装配间隙，当下滑套到达止环位置后，一定要确保水泥浆的垫层完全消除，那么必须对下滑套与双级箍之间所存在的间隙进行详细检查，从而使循环孔的开
关过程得以顺利实施，进而有效增加分级箍在固井工程中应用的成功率。

2.分级固井注水泥工艺技术的实际应用
2.1 方案设计
工作人员应于施工工作开始之前立足具体工程实际情况审查电测井直径大小、岩石特点、井身结构类型等。

设计套管柱后对水泥浆设计工作进行完善，保证在
明确下套管作业技术要求，在此基础上对固井施工方案设计进行优化。

固定质量
受到多个方面因素的影响，比如混合水泥时水泥浆接触时间、顶替流动状态、钻
井内部液体性质、分级箍扶正器的安装位置等等。

因此，施工人员应注意选择科
学的流动状态，这对顶替工作效率的提高起到促进作用，而且对井漏等事故的发
生起到一定的预防作用。

井体内部结构对泥浆流动状态同样产生直接的影响，且
井体内部尺寸大小对水泥浆的流变性起到决定性作用，且这个过程中顶替流态中
按照从差到优的排序以此为：层流、塞流、紊流。

但是受到水泥浆状态比较粘稠
的影响，使用过程中离不开较高的压力泵和排量，这样才能将其达到标准的施工
状态，且施工过程中受到人体条件因素和设备公路等因素影响，因此，施工过程
中基本上不会考虑续流的方法。

使用续流和顶替流态则耗费的施工时间较长，施
工过程中水泥浆筹划时间有限，增加了该方法的实施难度。

施工过程中工作人员
可考虑水泥浆低速顶替法和前置去留法，该方法的使用为泥浆流动起到保证作用，且可以实现层层递进的目标，对泥浆流动效率的提高起到促进作用，如此一来水
泥浆的接触时间也相应的提升，显著提高了空心顶替工作效率。

2.2 分级注水泥作业要点
应用过程中需要结合井下的实际条件，选用科学的分级注水泥工艺。

通常情
况下，应用连续性分级注水泥方法，保证井下条件稳定的同时，一级水泥浆到达
设计量时，及时进行一级碰压，从泵房或者水泥车上进行放压，检查浮箍浮鞋在
井下是否工作正常，保证水泥浆不回流后才能投入重力塞，否则不能打开水泥循
环孔。

在选择分级箍位置过程中，需要保证选点地层稳定，井径较为规则，在分
级箍上、下套管上安装套管扶正器，保持分级箍在井眼中的居中度。

由于第二级
注水泥碰压压力一般维持在 15~20 MPa，因此在关孔的过程中，将井口的最大压
力控制在 15~20MPa，同时也要充分考虑钻井液静液柱压差[3]。

在分级柱压力设
计的过程中需要准确计算出最大压力，保证压力值满足井口压力的需求，否则必
须在替浆及时注入一定量的重泥浆，增加套管内泥浆的密度后可以降低关孔压力，
为井口施工提供安全的环境，同时需要对薄弱的地方进行抗拉强度校核。

非连续
式分级注水泥施工的方法，可以充分结合不同井的实际情况进行应用，在现场应
用过程中，结合多种外加剂，例如 SXY 系列、ST200S 和ST200R 系列等，分级
注水泥固井的电测结果满足质量要求，上下有分割层，不需要在中间设置水泥封隔。

结束语：工程中应用的分级箍具有较高的固井合格率，逐渐发展成为系列化
产品，同时获得了推广应用。

分级注水泥施工方法在应用过程中主要包含对地质
情况的考察、套管柱设计、下套管作业、固井和分级注水泥等环节，在施工过程
中必须做好质量控制。

参考文献：
[1]吴昭.肯基亚克油田盐膏层固井技术研究与应用[D].东北石油大学，2021.
(08):56.
[2]梁洪.川渝地区低压漏失井正注反打固井技术研究[D].西南石油大学，2020. 03):102.
[3]孙宝玉.辽河油田马古-H201CH 侧钻水平井半程固井工艺技术研究与应用[J].中国石油石化，2021(21):39.
[4]《水泥化学分析方法》GB/T176-2017
作者简介：
张芳，1981.3.11，女，回族，新疆阜康人，大学专科。

主要研究方向：水
泥化学分析。