第十一章 找漏与堵漏工艺(修改)

第十一章找漏与堵漏工艺

§11—1 找漏

一．套管找漏的方法：

有测流体电阻法、木塞法、井径仪测井法、封隔器试压法、FD找漏法、井下视像等。下面介绍几种找漏方法：

（一）测流体电阻法找漏：原理：利用井内两种不同电阻的流体，采用流体电阻仪测出不同液面电阻差值的界面决定其漏失位置。

（二）木塞法找漏：原理：用一个木塞较套管内径小6～8mm，两端胶皮比套管内大4～6mm的组合体投入套管内，坐好井口后替挤清水，当木塞被推至破口位置以下后，泵压下降，流体便从破口处排出管外，不再推动木塞，停泵后测得的木塞深度，即为套管破漏位置。

（三）井径仪测井找漏：(参阅第六章内容)

（四）封隔器试压找漏：原理：用单封隔器或双封隔器卡住井段分别试压并确定其破漏深度。是油田大修作业中常用的找漏方法。

（五）FD找漏法：该方法是目前用得比较多的找漏方法。施工时只需要适合套管尺寸的堵塞器或皮碗封隔器，提放式开关、井口坐有封井器或防喷器即可。

原理：将油层以上套管当作液缸，堵塞器或皮碗封隔器作为活塞，防喷器或封井器密封环空。根据液体不可压缩的原理，通过堵塞器(皮碗封隔器)在套管内的往复运动，从套管、油管压力表产生的压力值的变化来判别和计算漏失量和漏失深度。

（六）井下视像找漏：原理：井下摄像机所摄取到的图像经井下仪器内电子系统处理储存、频率转换、将原图像改变成适宜电缆传输的数码信号，沿电缆传递至地面仪器，地面接收器接收、处理复原为模拟视像信号，最后录制并打印。

§11—2 堵漏及注水泥塞

堵漏方法有挤水泥堵漏和综合化学堵剂堵漏，重点讲挤水泥堵漏。

一．堵漏

（一）堵剂（水泥浆）

1．水泥的矿物成分及水化反应

目前广泛采用的油井水泥属于硅酸盐类水泥。它的主要原料是石灰石、粘土，如果含铁量不够时则加入适量的铁矿石。将它们按比例混合、粉碎、磨细，1450oC温度下煅烧成熟料，再加少量的石膏，磨细而成水泥成品。其主要矿物有以下四种：

（1）硅酸三钙3CaO·SiO2(简写C3S)，是水泥中的主要成分，水泥石强度主要由它形成，特别对早期强度起主要作用。要求早期强度高的水泥含C3S较高。

（2）硅酸二钙2CaO·SiO2(简写C2S)，为缓慢水化矿物，使水泥石强度逐渐增加，且持续时间长。

（3）铝酸三钙3CaO·AI 2 O3(简写C 3A)，促进快速水化，是决定水泥浆初凝和稠化时间的主要成分。由于它对硫酸盐侵蚀很敏感，因此高抗硫酸盐类水泥含C3A不得大于3%。

（4）铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3(简写C4AF)，是一种低水化热化合物，其含量增加会使水泥石强度降低。

水泥与水混合后发生的反应非常复杂。当水泥与适量的水混合成水泥时，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，是水泥浆中产生以硅酸三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，使水泥失去流动性。

从开始调配水泥浆到形成一定强度的水泥石大致可分为以下三个阶段：

（1）胶溶期：水泥遇水后，颗粒表面立即发生固体溶解和水化反应，产生水化物。当其浓度达

到饱和状态时，水化物开始以胶态粒子或细小晶体析出，水泥浆呈溶胶体系。

（2）凝结期：水化不断进行，胶体颗粒显著增加，部分晶体开始连接，使溶胶体系逐渐形成凝胶结构，水泥浆丧失流动性而很快凝结。

（3）硬化期：水化深入，大量晶体析出并互相连接，加之胶体的紧密作用，使结构强度显著增加，形成水泥石固体。

2．水泥浆的主要物理性能

1）水泥浆的密度

常用的油井于水泥密度为3.15克／厘米3左右，水泥浆密度受加水量的影响。加入水的多少用水灰比来表示，水的质量与干水泥质量之比称为水灰比(即m水/m灰)。水灰比过小流动性差，泵送困难；水灰比过大会引起水泥颗粒下沉，析出大量自由水并聚集上窜，破坏水泥石的密封性和削弱水泥石强度。水灰比的变化范围为38～56％，常取50％，配成的水泥浆密度为1.84克／厘米3左右。

2）水泥浆稠化时间

温度是影响稠化时间的重要因素，实验温度应取井内循环最高温度，计算式如下：

T=T s+H／168 （10—5）

式中：T——循环最高温度，℃；

T s——泥浆出口温度，℃；

H——套管鞋深度，米。

3) 水泥浆的析水和失水

为了有良好的流动性，水泥浆的水灰比取得较高，一般为0.5。水泥水化所需水灰比仅为0.18～0.20，所以水泥浆中存在大量自由水。水泥凝固过程就有自由水析出—析水。（水泥水化：水泥遇水后，颗粒表面立即发生固体溶解和水化反应，产生水化物。当其浓度达到饱和状态时，水化物开始以胶态粒子或细小晶体析出，水泥浆呈溶胶体系）。

水泥浆在压差作用下，自由水渗人地层的现象称之为失水。水泥浆失水会引起水泥浆早稠，降低流动性甚至堵塞通道造成憋泵，会使页泥岩吸水膨胀剥落；会加快水泥浆“失重”。可见水泥浆的保水性是很重要的。（析出水不是问题，问题是渗入地层而失水，引起水泥浆早稠）。

4）水泥石强度

API标准是以水泥石的抗压强度来衡量水泥石的强度。

5）水泥石的腐蚀

有的地区地层水中含有较高的硫酸钠、硫酸镁、碳酸钙等。它们渗透到水泥石内会使水泥石的某些物质解体，有的则在水泥石内生成新的较大的晶体使水泥石承受内压力而胀裂。硫酸盐对水泥石的腐蚀最严重。

6）水泥浆流变性

测定水泥浆的流变参数，确定流型，计算临界

流速，可以为选择合理返速提供依据。

3．影响水泥性能的主要因素及水泥分级

1）影响水泥性能的主要因素

（1）水泥成分的影响各种成分对水泥性能的

影响见表10—2。。

（2）水泥颗粒细度的影响：颗粒越小，水

化反应越快。见表10—3。

（3）温度和压力的影响：

图10—5中，曲线1是在常压下温度升高对水

图10—5温度、压力和井深对稠

泥浆稠化时间的影响；曲线2是温度

一定(60℃)时压力对水泥稠化时间的影响，曲线3是井下温度和压力综合影响曲线。由此可见，温度增加使水泥的水化速度加快，稠化时间缩短较突出。而压力的影响不很明显。

2）水泥分级：API各级水泥适用的温度范围见表10—4。

表10—4 API油井水泥分级

（1）膨胀水泥

水泥在凝固过程中要发生体积收缩，从而影响水泥与井壁和套管壁的胶结强度和密封性。若水泥在凝固过程中有一定膨胀性就可克服上述缺点。目前生产出两种膨胀水泥。

a. 冷井膨胀水泥它是以石膏和矾土作为膨胀剂与普通油井水泥以一定比例配制而成。在50oC以下的井内使用。

b. 热井膨胀水泥它是以MgO作膨胀剂。水泥水化时MgO与水作用生成Mg(OH)2，其固体体积是MgO的1.48倍。表现为水泥石外观体积膨胀。适用于40～90oC的温度环境。

（2）低密度水泥：煤灰、膨胀珍珠岩粉、碱粘土等与水泥混合制成低密度水泥。

（二）向井里注灰（注水泥）的目的：补救措施、封窜、堵漏、注水泥塞。

（1）新打井水泥返高不够，固井质量不合格；补救措施。

（2）生产井原固井水泥环遭到破坏，造成油层窜通；

（3）因地层出水，套管破漏使油水井不能正常生产；

（4）修井作业中，由于各种原因需要注水泥塞。

（三）水泥浆堵漏的方法

1．水泥浆堵漏的目的

封堵某井段漏失，保护油气资源。

2．水泥浆堵漏的方法

说明：其实套管破漏，不是出水就是窜层，在实际作业中就是封窜、堵水等。

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）套管平推法：

平推法在井内无任何结构，利用原井套管作为挤水泥的通道，从井口直接挤水泥的方法。适用于因地质工程因素报废井的挤封。适用于堵漏。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。

优点是施工简单，安全可靠。缺点点是不能分层作业，套管壁上易留水泥环。

（2）钻具（光油管）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。使用条件：封堵井段以上套管完好，封堵长度不大于5m。适用于中深井作业，多用于中深井堵漏。

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。缺点是不能挤封中间层段的封堵。

2）控制挤入法

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。控制挤入法对高压出砂、出水层挤封效果较好。

二．注水泥塞

（一）概念：在修井作业中，为了进行回采油层、找窜封窜、找漏堵漏、上部套管试压等，经常要向井里注入水泥浆，在某一井段形成坚固的水泥石，以实现封隔井内某一层段的目的，这种方法称为注水泥塞。俗称灰塞。

（二）施工方法

按照注入位置不同注水泥塞方法有：注底部灰塞和注悬空灰塞两种。对于不同的井况与不同的施工目的，应选用不同的施工方法。

（三）注水泥塞的施工工序（以底部注水泥塞为例）

注水泥塞的基本方法：按设计要求下入注灰管柱进行反洗井；调配合乎要求的水泥浆；按顺序将水泥浆挤入井内；上提注灰管柱反洗井；关井控压侯凝。如图10—7。

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，水泥车工作可靠。

（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：按照注灰方式，准确组配下井管柱。深度误差每1000m不能超过2//。

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：试挤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 将注灰管柱下至预计所注灰塞底部下0.5—2m 处，进行循环洗井到井内稳定。② 配置好水泥浆，按照清洗液、水泥浆、隔离液与替置液的先后顺序注入井内。

③ 进行替置。替置到注灰管内、外压力平衡，或管内压力略大于管外压力。 ④ 上提注灰管柱。提至设计灰塞灰面顶部半米左右，进行反洗井至合乎要求。 ⑤ 关井侯凝24—48h 。

3．对注灰塞的基本要求：

（1）把设计好的灰浆替置到设计位置。

（2）灰浆在设计位置凝固，并具有一定强度。 （3）严禁水泥卡钻事故发生，确保安全顺利。 4．注水尼塞水泥用量计算 （1）水泥浆体积计算 K H D V ??=

24

π

（10—1）

式中 V ——水泥浆用量，m 3

；

D ——套管内径，m ； H ——水泥塞长度，m ； K ——附加系数，（一般取1.5—4）。 （2）干水泥用量的计算

1.4651m V ρ=-水泥浆（） 式中 m ——干水泥用量，t 。

V ——水泥浆用量，m 3

图10—7底部注灰塞基本方法示意图

ρ水泥浆——设计水泥浆相对密度，g/cm 2

（3）清水用量的计算

质量单位计算公式： m V m ρ=?-水干水泥水泥浆水泥浆（） 体积单位计算公式： m V V ρ=-

干水泥

清水水泥浆干水泥

ρ干水泥——干水泥相对密度（一般取3.15）

，g/m 3 5．挤水泥注意事项

（1）挤水泥前需对射孔井段以上套管进行试压，不合格时需下封隔器封隔。 （2）入井结构应有详细记录，数据齐全准确，管柱螺纹达到上扣力矩，防掉。

（3）在高密度压井液中挤水泥，挤封前应活动钻具。封隔器必须在施工时座封。防止井口落物掉入井内。

（4）施工过程保证设备运转正常。井口承受挤人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。

四．打悬空水泥塞 常用的方法有：

1．填砂至欲注水泥塞底部位置。适用于低压井。

2．压木塞法。用下井钻具将木塞压送到欲打水泥塞底部位置。适用于正规套管井。

3．在悬空井段垫稠化物或高密度液体，防止下沉。用于套管严重损坏或非正规套管井。

作业：补充题

1．影响水泥性能的主要因素有哪些？ 2．水泥的主要矿物成分是什么？

×××井试油注灰打塞

2．施工前井况简介

该井共试油两层。第一层通井、替钻井液、射孔后，下测试仪评价，测试完毕后，进行压裂改造。用Φ4mm油嘴控制放喷5天，探冲砂后，下Φ56mm长筒泵进行排液求产，日产油0.2t，水18.94m3。求产完后，待注灰上返。

3．施工目的、要求

封闭上返。封闭层位S3上，井段3336.2---3349.2m，注灰井段3310.0—3330.0m。

具体要求：

（1）下井油管要准确丈量，精确至厘米，要逐根检查，涂抹密封脂，上紧扣，以保证油管密封。

（2）通井机要提前发动，中途不得熄火；水泥车要先循环起泵，保证上水正常。

（3）搅拌灰浆不得混入杂物，要拌均匀，用密度计测灰浆密度达到施工设计要求。

（4）注灰中途提升设备若发生故障，应立即反洗井洗出全部灰浆；若循环设备发生故障时，应立即起出全部管柱，以防发生事故。

（5）顶替液量必须计算、计量准确。

（6）油井水泥施工前要进行认真检查，不准结块、失效，要进行初凝实验，合格后方可施工。

（7）注灰侯凝后，若探不到灰面，要立即起油管到原侯凝位置，不得停在原位置；若达到设计要求后，再试压的试压标准与套管试压相同，试压合格后注灰施工结束。

（8）施工人员要穿戴好劳保用品，施工人员要服从统一指挥。

（9）注灰管柱采用光油管，不允许用组合管柱施工；井下要清洁，液面平稳无气侵，不溢不漏。

（10）必须在施工设计时间里向井内完成注灰施工。

（11）关井侯凝期间，井口要保证无渗漏。

（12）要结合注灰施工设计进行技术培训和施工技术交底。

4．施工准备

（1）备齐施工设备及配套工具。

（2）400型水泥车（带刺抢）2台。

（3）G级油井水泥1.25t（25袋）。

（4）1m3拌灰池子1个，15m3铁池子一个。

（5）清水60m3,水罐车3台。

（6）密度计1支，水桶1支，铁锨2把。

（7）Φ73mm×0.65m笔尖1个。

5．施工程序

（1）起原井管柱。卸井口，起出原井管柱，带出Φ56mm泵及尾管。

（2）压井。下入Φ73mm油管至施工设计井深3330m处，用清水30m3正循环洗井一周以上。

（3）配置密度为1.85g/cm3的水泥浆，加入缓凝剂，实配灰浆量0.8m3(配灰用清水0.48m3，干水泥20袋，缓凝剂0.1吨)。

（4）正替入水泥浆0.8m3。

（5）正替清水顶替液9.77m3。

（6）上提油管2根至设计灰面以上3311.0m处，然后用清水注满井筒，关井侯凝48h。

（7）探灰面深度3313.1m，清水正试压12MPa，30min压降小于0.5Mpa为合格。用2%的SJ防膨液40m3反替井筒液，出口清水40m3，排量400 500L/min，然后起出注灰管柱，带出Φ73mm×0.65的笔尖。

6．施工效果

注灰关井侯凝48h后探灰面，共下入加厚油管216根，末根方入8.5m，加压30KN，连探3次，灰面深度均为3313.1m，起出方入，完成深度为3304.6m。清水正试压，压力12Mpa，稳压30min压力不降则试压合格；施工中应取资料17项，实取17项，资料录取率100%；安全生产，文明施工，注灰施工一次成功。

7．结论与评价

该经注灰施工中严格执行了设计方案，经3次实探灰面深度均为3313.1m，较施工设计要求的灰塞厚度减少了3.10m，用清水正试压，压力12Mpa，稳压30min压力不降，符合施工设计整体要求，注灰施工质量合格。

8．井下管柱结构示意图