编制注水泥塞施工方案

第四章 编制注水泥塞施工方案
（７）如果地层压力小于静液柱压力时会出 现井漏，打悬空水泥塞时，一般采用的办法是：
①填砂至预定灰塞底部位置。这种方法适用于封闭 层与人工井底距离较短的井；若预封闭层与人工井底 距离较长，不易用填砂处理，就需要用钙化稠泥浆的 方法处理，即先垫入钙化稠泥浆于封闭层之上，再进 行注灰塞。
中原油田分公司井下作业工技能集训
第四章 编制注水泥塞施工方案
授课人：秦宏志
中原油田分公司井下作业工技能集训
学习目标： 掌握注水泥塞工艺方法，能够编制注水泥塞施工 方案，并能组织现场施工。 一、注水泥塞施工设计的编写 （１）油井基本数据。钻井深度、人工井底、油 层套管、水泥返高、油补距、试油井段、封堵井段。 （２）油井简况。简要描述油井的产量、压力、 井温，漏失、井筒介质、氯离子含量及矿化度等项资 料。
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（３）较高的水泥浆密度有利于提高注水泥 塞质量，一般水泥浆密度应不低于1.85g／ cm3。水泥浆的密度太小，灰塞的强度等指标 达不到；密度太大，则流动性变差。
（４）水泥浆的用量应根据各井的实际情况 决定，深井注灰塞和浅井注灰塞，其附加量是 有所不同的。一般是采用在理论计算的基础上， 加附加量的方法。不同长度的水泥塞，在不同 井别的情况下求出额定需要的水泥量。
如果井漏失严重，预封井段距人工井底较 短，则采用先填砂，使砂埋住漏失井段，然 后再注水泥塞；当漏失严重，预封井距人工 井底较长，则不易采用填砂方法。可采用钙 化稠泥浆或钙化稠泥浆中加入封堵剂的方法 进行处理漏失层。
８.探灰面、试压
候凝结束后，下油管加压10～20KN探灰 面，连续３次深度相符后根据有关套管试压 标准进行试压。
2、抗折强度 抗折强度是指按水泥质量加50%的水，成型 后养护48h的抗折强度。其抗折强度不能低于 18kg／cm2（热井水泥）和27kg／cm2（冷井 水泥）。流动度，按水泥的重量加50%的水所 得的水泥浆，其扩散直径不得小于16cm（冷井 水泥）和17cm。
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（三）注灰塞施工所要掌握的基本技术 （1）在注灰塞过程中，因压力高，故注灰塞 管柱必须上紧，不能发生断落事故，下入管柱 深度准确，每千米累计长度误差小于0.2ｍ。 （２）确保井内稳定不出油、气和水是灰浆 凝固的基本条件之一。因此，一般不在井内不 稳定、压井液外溢、气浸等情况下注灰塞。如 果一定要采用注灰塞的办法，则应采取在灰浆 中加入促凝剂，上提少量管柱，洗井加压候凝。 对高压、高含水层还可用挤入的方法注灰塞。
２．析水量 水泥浆析水即为水泥浆的游离水或称自由水， 国产水泥标准规定小于１％，ＡＰＩ标准只对基本 水泥规定小于3.5mL。析水量受水灰比的影响，比 值高，析水量大，析水量又与水泥的细度有关，水 泥的细度越小，则析水量越小，但流动性差，其次， 水泥的细度又与水泥的抗压强度有关，一般是随着 细度增加其抗压强度增大。
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（４）水泥凝固的初期应有一定的韧性，以 免射孔时震出裂缝，同时应具有良好的不透气， 不透水的性能。
水泥中矿物质含量影响水泥质量，见表４－４－１。
氧化铁
铝矾土含量
二氧化硫和氧化镁
在水泥中的成分 水泥中减少 高于6%－10%， 氧化铁而增 在摄氏温度120 加铝矾土含 －140℃条件下， 量，水泥在 具有良好的稳定 低温时就很 性和抗水侵性 快凝固和硬
⑧特殊情况下，可采用灌注法或挤注法。
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（６）施工准备及安全注意事项。 ①油井水泥标号、质量需符合设计要求。 ②注灰前洗井达到进出口液性一致。 ③注灰前准备足够的反洗井液。 ④注灰前核实入井管柱。 ⑤注灰地面管线上紧试压，不得刺漏。 ⑥注灰时灰浆量、顶替量必须计量准确。 ⑦所送清水不得用酸罐拉水。
化
二氧化硫含量超过3.5%，氧化 镁含量超过4.5%，水泥变成废 品。二氧化硫影响水泥的稳定 性；氧化镁在水泥中呈游离态， 水化速度慢，水化后生成氢氧 化镁，体积增大，致使水泥胀 裂强度降低
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油井水泥的物理性能
1、细度 用4900孔/cm2的筛子处理筛过,筛余量不超过15%.
②压木塞法，用管柱将木塞压送到灰塞底部以防灰 浆下沉，此多用在正规套管井中。
③在悬空井垫一段稠化物或高密度液体，切断液体 交换条件，而达到防止其下沉目的。
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（四）提高注水泥塞质量应采取的措施 提高注水泥塞质量的措施，除了井眼、套管
尺寸、注水泥设备、所下管柱的准确性、施工 组织工作外，还应做到：
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c、层流与塞流过渡的流态。 d、紊流：雷诺系数大于3000，流体颗 粒呈环形涡流流动。 e、层流与紊流过渡流态。 在注灰塞过程中，一般采用紊流顶替。 ５．抗压强度 API标准是用试样的抗压强度作为水泥质 量的主要指标。
６．失水量 泵入井下的水泥浆，因压差的关系，出现失水及滤 失，这种失水量是一个速率的概念， 在规定的温度和压力下，通过一定面积和筛网滤出的 自由水的量。水泥浆过多失水，会使水泥浆出现“瞬凝” 现象，使水泥浆流动度大大下降，导致注水泥塞过程阻 力增大，发生憋泵。一般水泥浆失水程度分级如下：
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二、注水泥塞现场施工
1．施工用液准备
依施工设计备足符合要求的压井液（泥浆或 清水）。一般为井筒容积的1.5-2倍。其次准 备两倍以上设计顶替量、反洗井的用液量，其 密度与洗井用压井液密度一致。
２．油井水泥准备
将油井水泥及其他添加剂按设计用量运到井 场，按质量标准进行检查。要求水泥不受潮不 结块；牌号与实际相符。
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（二）水泥的要求及检验标准 （１）水泥应配制成流动性能良好的水泥 浆。在施工过程中始终保持良好的可泵性和足 够安全的可泵时间。 （２）水泥浆泵入预计井段处，应很快凝 固和硬化，凝固后其体积不收缩或微膨胀，有 一定的机械强度。 （３）水泥浆凝固后，能在井下高温高压 及油水介质的长期作用下，其性能保持良好的 稳定性。
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３．井筒准备
刮削井筒，清除套管污物，保证下入注灰 管柱畅通。
４．洗井
对于一般非自喷井，通常采用清水洗井， 泵车大排量彻底洗井一周半至两周，脱气降温。 停泵，观察井口液面下降情况，确定地层是否 漏失。对于油层压力高于静液柱压力的井，则 用泥浆或氯化钙反循环压井，待井压住后再进 行下步工作。
清水用量e=100×（1－ρ／3.15）／(ρ－1) 水泥浆配制量V
V=68.3／(ρ－1)
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第二种计算方法：
如需密度为ρ= 1.85g/cm3的水泥浆V升（L），求需 清水多少升？干水泥量要多少千克？ 解 清水用量为V1升，则所需干水泥为(V-V1)升： 根据密度计算公式ρ=m/V
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⑧施工前明确分工，组织紧凑，统一指挥。 ⑨施工起重设备正常运转，不得熄火。 ⑩施工中起重设备发生故障立即反洗井。 ⑾施工中泵车坏，不能正常施工时，应立 即提油管至安全位置，必要时将井内油管全部 提出。 ⑿在两层之间小于５ｍ的夹层井段注灰塞 时，对所下的管柱必须进行磁定位校深，以确 保水泥塞深度的准确性。
1、提高顶替效率，避免水泥浆窜槽； 2、改善水泥浆和井液性能； 3、减少水泥浆凝固时收缩反映与环空液注压 力变化； 4、保证水泥浆的返高和灰塞符合设计要求。
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（五）计算
Ⅰ、淡水水泥浆密度按下面公式计算：
密度ρ=（100＋e）／(100／3.15＋ e) = (100＋e)／(31.8＋ e)
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５．配制水泥浆
根据施工设计，配制所需灰浆数量，并 准确测量所配灰浆密度。
６．注水泥塞
将配制好的灰浆通过泵车，经油管替入 井内，准确计量替入的灰浆量，待灰浆替完 后，迅速替入顶替液（这里为清水）。顶替 液是注灰塞成功与否的关键，必须计量准确、 无误。
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（５）如果压井液由于地层压力高不是清 水，而是泥浆或高含盐的压井液，在替入的 水泥浆前后要加前垫水和后垫水，目的是防 止水泥浆与泥浆掺和或快速凝固，而且清水 还能冲洗套管壁使灰浆能牢固的凝结在套管 上。
（６）替水泥浆时，一要做到顶替量准确； 二要造压差，使油管内液柱压力大于环空液 柱压力0.2～0.3MPa，以保证水泥浆自动从 注灰管柱内流出。而且起管柱时油管不喷， 保证水泥塞质量。
=（m水+m干水泥）/V =（m水+m干水泥）/V
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二、相关知识
（一）灰浆的重要参数 １．密度 按照ＡＰＩ标准，干水泥密度为3.15g／
cm３，根据设计要求配制一定密度具有一定 流动性能的水泥浆，需添加适量的水以及其 他添加剂，以满足施工要求。现场使用的水 泥浆密度不低于1.85g／cm3，用密度计测得。
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７．起管柱，反洗井，候凝
当灰浆、顶替液按要求替完后，上提管 柱至预计灰面深度以上１～２ｍ左右接反洗 井管线反洗井，将管柱内及环空的残余灰浆 洗出井筒。反洗井用液量不得少于注灰管柱 内容积的1.5倍，反洗井结束后，上提管柱 至预计灰面100m以上，灌满井筒，关井候 凝。候凝时间应根据所选用油井水泥的API 级别，以及井温确定。一般候凝时间至少大 于24h。
０～200mL／30min 失水很好地被控制； 200～500mL／30min 中级控制； 500～1000mL／30min 勉强控制； 1000～2000mL／30min 控制差。 7、水泥浆渗透率 在一定的井深、压力下，水泥浆允许水或气体通过的 能力。在注水泥塞施工过程中，水泥浆的渗透率越低越 好。
⑤上提管柱至反洗深度，反洗井，将多余的 灰浆洗出井筒。
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⑥上提油管至候凝深度，装井口，关井 候凝。
⑦候凝后，下油管加压10～20kN探灰 面,重复两次,深度相符后提出方入。洗井畅 通后，按标准试压：φ139.7mm套管试压 12MPa；φ177.8mm套管试压10MPa；经 30min，压力下降不超过0.2MPa为合格 （裸眼井不试压）。
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（３）注灰塞目的。 （４）注灰塞具体要求。预计灰面位置、灰塞厚 度、理论灰浆量、实际配成灰浆量（附加量，一般 附加量取理论灰浆量的１.2倍）、灰浆密度、添加 缓凝剂、促凝剂、上返井段。 （５）施工方法。
①下油管底带管鞋至要求的深度洗井合格后 （替入垫底泥浆：密度多少，用量多少方），将油 管完成在注灰位置，装好井口（若垫底泥浆的井， 要反洗井洗出多余泥浆）。
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以上注水泥塞操作过程是在油层压力与 静液柱压力接近的前提下进行的。如果油层 压力低于静液柱压力时，则有地层漏失现象。 对于这种漏失井注灰塞，洗井时应采用垫稠 泥浆的方法。即用清水将配制好的稠泥浆顶 替至漏失井段，然后上提管柱至注灰塞深度， 循环洗出多余的稠泥浆。
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②接好正、反洗井管线，地面管线试压25MPa， 不刺不漏为合格。
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③配灰浆：按要配制的灰浆量所需的清水量、 干水泥量以及添加剂量配成密度、数量符合设 计要求的灰浆。
④正替灰浆量，顶替液量［φ73ｍｍ油管， 其量为深度（m）×3.019L／m；若井内压井 液为高含盐类，在替入的灰浆前、后需按一定 的容积比，替入前垫液和后隔离液(清水)］。
３．沉降性 在注灰塞过程中，由于高密度的水泥浆泵入， 造成油套不平衡。高密度的水泥浆向下沉降，其沉 降速度由井内液柱压力、地层压力以及水泥浆的密 度决定的。
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４．流变性 研究水泥浆流体的流动和变形特征，论述 流速（剪切速率）与发生运动的压力（剪切应 力）之间关系。水泥浆在顶替过程中有三种流 态，它们是： a、塞流：即流体介质线速度小于27m／ min，流体颗粒为直线流动。 b、层流：线速度大于27m／min，雷诺 数（描述流体流动状态的一个系数值，由实验 计算而得）小于3000，流动颗粒沿直线运动。