固井技术

注水泥（固井技术）

第一节. 注水泥设计和计算的基本条件和参数

1. 注水泥设计的主要条件与参数:

(1)井所在区域;

(2)海域水深, 转盘到海平面高度, 转盘到泥线高度;

(3)设计井深(测量井深和垂直井深);

(4)井眼轨迹, 造斜点, 最大井斜角;

(5)井的性质, 探井还是生产井;

(6)油气层估计深度;

(7)薄弱地层的破裂压力值, 高孔隙地层压力;

(8)井底

(9)钻井液类型及主要性能;

(10)套管资料；

(11)套管程序;

(12)其它条件；

2. 通过实验应取得的参数与资料:

(1)水泥浆类型;

(2)水泥浆密度;

(3)流变性能;

(4)自由水含量;

(5)失水量;

(6)可泵时间;

(7)稠化时间;

(8)抗压强度;

(9)混合水需要量;

(10)水泥造浆量;

(11)添加剂种类及加入量(固体添加剂为重量百分比, 液体添加剂为体积

百分比)。

第二节. 注水泥质量控制和安全措施

1. 根据注水泥设计和计算参数作出完全符合井况和钻井作业要求的固井

设计。

2. 井眼准备必须达到:

①井壁稳定、不垮塌、不漏失;

②通过循环和处理后钻井液性能稳定, 井眼畅通无阻卡;

③岩屑清除彻底;

④地层孔隙压力, 薄弱地层破裂压力准确;

⑤通过循环建立正确的循环压力。

为此,要求在完钻后彻底通井划眼, 大排量循环, 彻底清除岩屑。一般规定,大斜度井固井, 尾管固井, 在电测后至下套管(尾管)前循环通井不少于2～3次。

3. 套管程序必须符合地层情况, 同一井段不得出现两套以上的地层压力,

套管鞋一定要坐在坚硬地层。

4. 海上作业, 一般规定, 浮箍至浮鞋之间不得少于两根套管; 浮箍位于油气层底界以下不少于25米。

5. 水泥返高面必须满足产层和复杂地层的封固要求, 一般应根据目的层性质确定水泥返高面:

(1)常压油气层固井, 水泥返到油气层顶界以上至少150米;

(2)高压油气层固井, 水泥返到油气顶界以上至少300米;

(3)隔水套管、表层套管固井, 水泥必须返到泥面;

(4)技术套管固井, 水泥一般返到上层套管鞋内以上100米左右;

(5)尾管固井, 水泥返至尾管顶部。

6. 根据油田经验, 确定裸眼容积附加数, 保证产层封固要求。规定如下:

(1)隔水管套固井, 按钻头直径计算的环空容积附加数为200％;

(2)表层套管固井, 按钻头直径计算的环空容积附加数为100％;

(3)技术套管和油层套管, 按钻头直径计算的环空容积附加数为50％;

(4)尾管固井, 按钻头直径计算的环空容积附加数为30％;

(5)如果采用电测环形容积, 南海西部地区附加数取5％～10％, 渤海地区取30％左右。

7. 保证水泥浆质量:

(1)根据井温和地层液体性质选择水泥类别。如果地层液体中含有硫酸盐溶液, 必须选择高抗硫酸盐型油井水泥;

(2)根据井底静止温度,确定是否使用防止水泥强度衰退的添加剂。例如井底静止温度达110℃时会导致水泥石强度的热衰退, 因此超过110℃时的井必须在水泥中加入水泥重量的35％～40％的硅粉;

(3)根据井底循环温度选用缓凝剂和其它添加剂。井底循环温度预测不准会导致添加剂的错误选择, 以致造成水泥浆闪凝或超缓凝;

(4)重视水质检查是保证水泥浆质量的关键因素之一。例如用淡水配水泥浆, 钻井平台的钻井水应作氯根检验, 凡氯根含量超过500 PPm, 必须更换钻井水。海上用泥浆池配混合水时, 一定要将泥浆池清洗干净, 否则, 会因钻井液材料而影响水泥浆质量;

(4) 必须保证现场材料与化验用材料的性能和质量的一致性。

8. 水泥浆体系必须符合地层和施工要求。

海上固井作业常用的水泥浆体系有如下几种:

(1)普通海水水泥浆体系, 适用于无特殊要求的导管固井和作表层套管尾随水泥浆;

(2)低失水水泥浆体系, 适用于技术套管固井作尾随水泥浆;

(3)低密度、高早期强度水泥浆体系, 适用于大斜度井固井, 全面提高水泥石强度;

(4)触变水泥浆体系, 适用于漏失层固井。当触变水泥浆进入漏失层时, 前缘的流速减慢并开始形成一种胶凝结构。最后由于流动阻力增加, 漏失层被堵塞。一旦水泥浆凝固, 漏失层将被有效地封堵;

(5)延迟胶凝强度水泥浆体系, 适用于气层固井。

9. 套管注水泥, 打水泥塞或挤水泥, 都必须进行水泥浆性能试验。

10. 水泥浆主要性能必须满足地层和作业要求:

(1)水泥浆密度, 必须大于钻井液密度。在地层承受能力较大的情况下, 对

于大斜度井固井,应尽量提高水泥浆密度。

(2)根据地层渗透率和套管程序设计水泥浆失水量, 一般规定如下:

①油层井段固井, 水泥浆失水量控制在100～300毫升/30分·7兆帕;

②高压气层井段固井, 水泥浆失水量控制在20～50毫升/30分·7兆帕;

③尾管固井, 水泥浆自由水为零, 失水量控制在50毫升/30分·7兆帕以下;

④大斜度固井自由水为零, 失水量控制在100毫升/30分·7兆帕以下;

⑤挤水泥作业的水泥浆失水量依地层渗透率决定, 详见本章第四节。

(3)稠化时间, 稠化时间是由作业时间和地层性质来决定的。一般固井作业, 稠化时间等于作业时间加上1～2小时, 但对于高压气层固井, 在保证安全施工的条件下,应尽量缩短稠化时间,避免气窜。

11. 套管附件必须配套使用:

(1)为提高套管在井眼中的居中度, 必须坚持使用扶正器;

(2)为减少钻井液对水泥浆的污染, 必须使用双胶塞固井;

(3)为保证下套管安全及固井后水泥浆不回流, 必须同时使用浮箍和浮鞋。 12. 应根据钻井液类型选择和使用有效的前置液类型。前置液类型分水基型和油基型两类,

分别适用于水基钻井液和油基钻井液。前置液中一般由清洗液和隔离液组成, 可以单独使用也可以配合使用。

常用前置液是由表面活性剂、清水、海水和硅酸钠与纤维素组成的化学物; 隔离液有高粘型隔离液, 如用海泡石水化后通过重晶石调节密度的液体; 多功能隔离液, 它既可用于水基钻井液也可用于油基钻井液; 低密度水泥浆也被用作隔离液使用, 广泛用于大斜度井固井。海上前置液实例介绍如下:

实例一: 9.54米3(60桶)双功能水基前置液(Dual Spacer)

泵入程序:

①9.54米3(60桶)双功能隔离液;

②1.59米3(10桶)钻井水;

③3.18米3(20桶)化学清洗剂;

④1.59米3(10桶)钻井水。

隔离液组分: 清水4542.5升(1200加仑) + 双功能隔离液母料(Dual Spacer)272.16公斤(600磅) + 辅助剂(MIX Aid)15.14升(4加仑) + 消泡剂15.14升(4加仑) + 加重晶石调整至所需要密度。

实例二: 9.54米3(60桶)海泡石高粘型隔离液

泵入程序:

①9.54米3(60桶)海泡石隔离液;

②1.59米3(10桶)钻井水;

③3.18米3(20桶)化学清洗剂;

④1.59米3(10桶)钻井水。

隔离液组分: 海泡石408.23公斤(900磅) + 清水8176.55升(2160加仑) + 消泡剂18.93升(5加仑)。

当上述材料搅拌至出现较高粘度后加重晶石调至所需密度。

实例三: 9.54米3(60桶)双功能油基前置液

本实例的60桶双功能油基前置液是由下列材料混合搅拌, 呈现一定粘度后加重晶石调至所需密度, 材料如下:

清水 7.5米3