钻井井壁壁后加压充填与固井工艺

钻井井壁壁后加压充填与固井工艺

【摘要】本文从钻井壁后充填与固井中使用的主要设备、充填材料与配比、施工中需要注意事项等几个方面对钻井井壁壁后充填与固井工艺施工技术进行探讨，供广大业内人士参考。

【关键词】钻井；充填；固井；工艺

0.前言

钻井井壁壁后充填与固井是当井壁漂浮下沉到底后，通过充填管道向井壁外侧与钻井井帮之间的环形空间注入比重大于泥浆的充填材料，并自下而上地将泥浆置换出来，充填材料凝固后，即可起到固结井壁和封水的作用。钻井井壁壁后充填与固井工艺是全部井壁下沉到底后的紧后工序，在钻井法竖井施工中是非常重要的环节，直接影响了竖井的垂直度、井壁稳定性以及封水效果等关键成井指标。充填质量不好，起不到固结井壁和封水的作用，造成隐患，而且将对马头门施工造成困难。充填与固井的主要施工方法有井壁加压充填固井和井壁漂浮充填固井，而井壁加压充填固井因为其安全、可靠以及便于施工的特点，是施工中主要采取的施工方法，所以本文将主要探讨井壁加压充填固井方法。

1.钻井壁后充填与固井的主要设备

充填与固井的主要设备包括材料输送泵、搅拌机械和充填管道以及注浆管道配套的单向阀，充填材料的储、运设备可以与井壁制作设备通用。

采用水泥浆或者水泥粉煤灰浆充填时，可用注浆泵（常用BW850/20型注浆泵）做输送泵，用泥浆搅拌机搅拌水泥浆，充填钢管宜采用内径为65～80mm，壁厚4～6mm的无缝钢管。

采用水泥车进行水泥浆充填，设备本身可以完成制浆和泵送水泥浆的工作，一般用2台即可满足充填的需要，减少了设备的用量和简化工艺过程。但是采用该设备，在使用袋装水泥时，往往由于水泥供量不均匀，输出的水泥浆相对密度得不到保证；在使用散装水泥时的水灰比难以控制，影响充填固井的质量，所以该设备应尽量避免使用。

采用水泥砂浆充填时，用砂浆泵作为输送泵，充填钢管内径应大于100mm。

充填固井时，为达到良好的充填效果，宜采用一台泵连接一根充填管道，以避免各条管道中流量不均匀，必要时可配置流量计。

2.钻井井壁壁后充填与固井材料

为置换出壁后环形空间的泥浆和提高结石率或结石强度，所采用的相对密度

比泥浆的相对密度大0.4以上，且水泥浆的相对密度不小于1.60。

壁后充填物宜采用有利于充填均匀密实，具有一定的强度，并有良好抗渗性能的胶结性材料。常用材料的充填有水泥浆充填、水泥粉煤灰浆充填、水泥砂浆充填和抛石注浆充填（先向壁后空间投入碎石后再注入水泥浆）。

钻井壁后充填材料应按照适当的配比配制，常用的充填材料可按下列计算公式计算。

2.1水泥浆充填材料的配置计算公式：

C,g=

式中式中C—所需干水泥重，t；

c—已知的干水泥重度，t/m3；

ω—水的相对密度，取ω=1；

m—已确定的水灰比；

g—所配制的水泥浆相对密度。

2.2水泥砂浆充填材料的配制计算公式:

γh

式中h—水泥砂浆重度，t/m3；

m—水灰比（m=0.6～0.85）；

n—砂灰比（n=0.5～2.0）；

ω—水的相对密度（ω=1）。

配制1 m3的水泥砂浆需水泥量按下列公式计算：

qc=

式中z—砂子相对密度（2.6～2.7）。

通常充填水泥浆的水灰比不大于0.75，且不宜加速凝剂。以P.O42.5普通硅酸盐水泥为材料、采用水灰比m=0.7配制的水泥浆为充填材料为例，其成井井壁质量良好，能完全封住水，井壁上基本上可以达到干燥的程度，井壁稳定性好、

强度高。根据施工中的取样实验数据，P.O42.5普通硅酸盐水泥浆试块的28d抗压强度可达到35 MPa～42MPa；P.O32.5普通硅酸盐水泥浆试块的28d抗压强度可达到32.5 MPa～37 MPa。

此外，为了节省水泥，还可以加入适当比例的外加剂，如粉煤灰、膨胀剂等；当采用水泥砂浆充填时，由于其易堵塞充填管路，管径应适当加大，并且相应加大钻孔直径；采用抛石注浆充填时，其充填质量较差，碎石受泥浆污染后，不易与水泥浆胶结在一起，且注入物难于保持均匀，一般不采用。

3.钻井井壁充填与固井施工

安放井壁的方法通常是漂浮法下沉，井壁下沉到底，井壁处于漂浮状态时加入适量的配重水后，进行成井垂直测量工作，为保证井筒垂直度始终处于良好状态，宜采用井壁加压充填方式，井壁内加满配重水，上部井壁用木楔子、千斤顶等固定在锁口中央，使其不能移动，再用经纬仪或者大口径测井仪复测井壁垂直度，加固井壁进行充填工作。

注浆充填前，应先在管路中注入泥浆做试验，待一切正常后方可正式充填注浆。采用注浆泵或者空压机等压注清水或者泥浆使环状间隙中泥浆充分循环开后，方可注入水泥浆。施工中应避免因安放井壁时间过长导致底部泥浆相对密度过大，注浆充填翻浆困难或者不彻底，造成充填夹层。

根据井径的情况，可对称等距离布置4～6条充填管道，并且要采用一管一泵方式充填。钻井井壁充填固井宜采用分次分段纯压式注浆方式。由于水泥浆充填工艺简单、可靠，充填密实、均匀，且具有较高的强度和抗渗性能，故一般宜采取水泥浆充填。井壁底向上50m，基岩和冲积层交界面上下各15m处以及井壁外侧为钢板结构等部位，必须采用水泥浆充填。一次充填宜采用内管充填工艺，充填高度宜尽量大但应小于第一次最大计算充填高度2～5m，防止井壁底第一段的充填高度超过允许值产生的浮力大于井壁及其附加重量，产生井壁上浮。

核算第一段高的充填高度不得超过最大允许充填高度，第一次井壁加压充填高度可按下式计算：

h＜

式中h—底部第一段高允许的最大充填高度，m；

—井壁下沉到底后，从平衡水面（使井壁总重和泥浆浮力平衡时井壁内的水面）到追加配重水面的高度差，m；

d—井壁筒内径，m；

D—井壁筒外径，m；

γ—配重水相对密度；

γg—充填物的相对密度；

γ—泥浆的相对密度。

第一段高水泥浆充填结束后，各管内压注约1.5～2倍管路体积的清水洗管，然后迅速关闭注浆管口阀门，尽量减少水泥浆倒流进入注浆管而致使注浆管堵塞。

井壁底部第一段高的充填完成2天后，待井壁底第一段的充填物完全凝固（可用垂球进行检查）、浮力消除后，方可进行上部段高的充填，其段高可适当加大，必要时应进行未凝固井壁应力的复核。上段充填时采用外管充填工艺，环状间隙内下入4～6条充填管道，注浆管在水泥浆中的埋深应保持在5～15m，当注浆管在水泥浆中的埋管深度超过15m时，应拆卸一节注浆管后继续注浆。

4.结语

钻井井壁壁后充填与固井是钻井施工中承前启后的关键工序，充填与固井的紧前、事中的质量管理等都将直接影响充填与固井质量，而充填与固井的质量也将直接影响紧后工序的施工难度和施工质量。紧前质量管理包括钻孔垂直度、钻孔泥浆性能、钻孔直径等，紧后工序管理包括抽除井壁配重水、割除井内支撑物、壁后封水压浆检查工作等，事中质量管理包括注浆设备、充填材料及充填工艺的各个环节，同时要预防钻井充填固井时可能发生故障。

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