平衡法注水泥塞现场应用技术

平衡法注水泥塞现场应用技术

发表时间：2019-05-23T15:31:30.797Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：万亚军唐剑何虹

[导读] 摘要：目前油气田注回填水泥塞侧钻、注试油水泥塞分层试采以及注水泥塞封井工作量较大，随着深井，超深井越来越多，井下情况越来越复杂，使得施工中出现了“插旗杆”或者“灌香肠”事故，给固井施工造成较大的压力，本文根据多年注水泥塞的施工经验，总结了平衡法水泥塞施工中各个施工步骤的技术要求。

川庆钻探工程有限公司国际工程公司四川成都 610051

摘要：目前油气田注回填水泥塞侧钻、注试油水泥塞分层试采以及注水泥塞封井工作量较大，随着深井，超深井越来越多，井下情况越来越复杂，使得施工中出现了“插旗杆”或者“灌香肠”事故，给固井施工造成较大的压力，本文根据多年注水泥塞的施工经验，总结了平衡法水泥塞施工中各个施工步骤的技术要求。

关键词：平衡法注水泥塞；技术要求；现场实践

水泥塞作业具有突然性，在固井施工中又划入“零星作业” ，因此给人的错觉就是简单、小型而不重要的施工作业，从而导致出现一些事故，而这些事故往往就会造成一口投资几千万上亿的井报废，因此应该引起固井工程师的高度重视，从各个方面进行仔细的考虑，确保施工作业的安全进行，以达到业主的要求。

一、水泥塞的分类

注水泥塞施工种类繁多，一般根据用途分为：堵漏水泥塞、侧钻水泥塞、封井水泥塞、试油水泥塞、回填水泥塞（其中又分为纠斜和导眼水泥塞两种）等。其中又根据注水泥塞的入井管柱离井底或人工井底又分为底塞和悬空水泥塞两种，注悬空水泥塞时由于水泥浆向下沉降和水泥浆候凝期间的重力置换等因素可能造成注水泥塞施工失败，所以在注悬空水泥塞作业前应在入井管柱下面垫100～300m的高粘液体，以减少水泥浆的下沉和置换程度。

二、注水泥塞方法

注水泥塞主要有以下两种方法：

（一）平衡法注水泥塞

所谓平衡法注水泥塞就是通过压力平衡计算，前置液所占环空高度与后置液所占钻具高度保持一致，同时确保替浆结束后钻具内液柱压力略高于环空液柱压力的注水泥塞方法，目前施工主要采用这种方法注水泥塞。

（二）倾筒法注水泥塞

所谓倾筒法注水泥塞就是预先把水泥浆配好后装入特制的倾筒内，然后通过电缆把倾筒送至注水泥塞位置进行注水泥塞，目前这种方法在油气田采用不多。

三、施工过程技术要求

（一）注水泥塞设计

1、资料收集，应有作业井的套管规格、井段、注塞管柱规格、温度、压力系数、泥浆性能、井下情况、作业目的等。

2、设计原则，坚持“三压稳”的原则，即施工前压稳、施工过程中压稳和候凝过程中压稳。水泥塞长度一般为100～300m，有效长度一般不小于60m，水泥塞上塞面要满足地质要求（有时在分层测试中会遇到水泥塞要求较短，为确保注塞的成功率，可采取多注水泥浆形成长塞，然后下钻钻掉多余水泥塞至地质要求塞面）。

（二）井眼准备

1、在裸眼水泥塞施工中，下注水泥管柱前要选择地层较为坚硬、井径规则的井段，避免在易坍塌、高渗透、大井径井段，保证井壁稳定，井下无漏失（堵漏水泥塞除外）和油气水侵等复杂情况。

2、试油水泥塞施工中，下注水泥管柱前一定要清除井内封隔器、腐蚀破损的采油管柱碎屑，以防止出现注水泥管柱阻卡。

（三）下注水泥管柱

1、在裸眼水泥塞施工中，在要求允许的范围内，尽量避开易塌、井径大、高渗透的井段注水泥塞，最好选在坚硬地层处。

2、注水泥管柱不能有钻头、扶正器、钻铤，因为在起钻过程中，钻头会拖动钻杆内水泥浆随管柱向上运动，扶正器会拖动管柱外部水泥浆向上运动，增加水泥浆与泥浆的污染。

3、要求对入井管柱进行密封性检查，并且下注水泥管柱前要对管柱进行强度校核。

4、当注水泥管柱外径不一致时，应将外径较小的管柱置于替泥浆结束后水泥浆面以下的位置，这样可以降低起钻过程的摩阻，井口管柱抗拉强度更大，增加施工安全性。

5、管柱下至预定深度后，检查好所有参与施工设备。

（四）充分循环泥浆

1、在注水泥塞施工中，必须循环出下注水泥管柱过程刮掉的泥饼及岩屑。

2、调节注水泥管柱下深以上的泥浆性能达到均匀一致，尤其是密度（泥浆进口与出口的密度相同的情况下才能施工，否则将导致平衡法注水泥塞的失败），尽量降低泥浆的粘切，以提高施工注替过程的顶替效率，并降低注替施工结束后起钻过程的摩阻；回填水泥塞施工中，尽可能提高注水泥管柱下深以下的泥浆的粘切，以降低水泥浆候凝期间的重力置换。

3、充分循环可降低注水泥井段的温度，以降低施工风险。

4、循环泥浆过程以及水泥塞施工的注替全过程都要转动管柱，并且上下活动管柱（3～5m），以提高顶替效率，并检查井下有无阻卡。

（五）管线试压

试压管线应包括注替管线和循环管线，试压值不小于预计管线在施工过程中所承受的最高压力值。

（六）注前置液

前置液在施工中的作用分为隔离液和冲洗液。

1、隔离液的作用侧重于隔离开泥浆和水泥浆，防止其相互接触污染，危及施工安全，一般隔离液的密度同钻井液密度。

2、冲洗液功能上侧重于稀释钻井液，冲洗井壁，提高对钻井液的顶替效率和水泥与井壁胶结质量。由于冲洗液密度和粘度都很低，不控制失水，因此在裸眼水泥塞施工中，如果井下存在易喷、易塌等复杂情况下，应慎用。

（七）注水泥浆

注水泥塞对入井水泥浆的性能要求较高，要求水泥浆有适合的密度和稠化时间，较低的初始稠度和失水，良好的浆体稳定性和流变性，能与泥浆有良好相容性，凝固后的水泥石具有较高的抗压强度，水泥塞施工中水泥浆性能要求如下：

1、密度要求：设计水泥浆密度必须在充分考虑地层压力条件的情况下保证管柱内液柱压力与管柱外液柱压力平衡。

2、水泥浆稠化时间要求：水泥浆在井底循环温度（=井底静止温度×0.9～1.0）下的稠化时间（40BC）等于现场施工时间再附加90~120min。

3、失水和析水控制：失水控制在50ml/(30min×6.9MPa)以下，析水降为零。

4、流变性能要求：注水泥塞施工要求水泥浆的粘切一定要低，流动性一定要好，以提高水泥浆的可泵性，减少起钻时的磨阻。

5、水泥石抗压强度要求：水泥石24～48h抗压强度应不小于14MPa，其养护压力和温度依据井深条件而定。

为保证入井水泥浆密度达到设计要求，现场施工可以采用批混。

（八）注后置液

平衡法注水泥塞原则上要求后置液密度与前置液密度相同，替泥浆结束后在注水泥管柱内的高度与前置液在环空内的高度相同，但是实际操作中应注意以下两点：

1、如果设计要求洗出多余水泥浆（特别是在回填水泥塞施工中要求正循环洗井），要求替泥浆结束后后置液在管柱内占的高度要比前置液在环空内占的高度要高，这样可以大大降低循环洗井时的风险，又不影响水泥塞面的位置。

2、当前置液和后置液采用化学冲洗液，密度小于泥浆密度时，在设计不循环洗出多余水泥浆，而直接起钻至水泥浆面以上开泵冲洗管柱内壁的情况下，可以适当减少后置液在管柱内的高度，以减少在起钻出水泥浆面时管柱内返喷泥浆的量，因为冲洗液在环空驱替泥浆时，与泥浆混窜密度增加，管柱刚起出水泥浆面时，环空液柱压力大于管柱内压力，在“U”型管效应作用下，推动管柱内液体向上涌，形成返喷。

（九）替泥浆

替泥浆是平衡法注水泥塞施工的最关键环节之一，技术要求非常高。

1、替泥浆过程要求泵入的泥浆是循环泥浆时参与循环的泥浆，以保证泵入的泥浆密度与井内泥浆密度完全相同。

2、替泥浆计量一定要准确，否则将造成施工失败或起钻过程管柱返喷泥浆。

3、考虑到实际施工中的计量误差，设计替浆量要考虑到替泥浆结束时钻杆内水泥浆要比管柱外高100～150m。

4、施工中如果注入的水泥浆量和后置液量与设计有偏差，替浆量要随之进行修正。

（十）起钻

起钻过程要求迅速，以降低施工风险，但是要控制管柱上提速度，以防止过大抽吸作用而引起污染。起钻过程要边起钻边向井内灌泥浆，以防止井内掏空过大引起地层流体溢出。司钻要时刻注意指重表读数，如果起钻过程遇阻卡，可以在管柱强度与设备安全允许的条件下强行上提，如仍不能解卡，可接方钻杆，在管柱抗扭范围内，强行转动管柱然后再上提。如果距水泥浆稠化时间还有循环泥浆一周时间仍不能解卡，则应考虑将水泥浆以最快方式循环出，然后再进行解卡处理。

（十一）循环洗井

循环洗井是起钻至设计井深后将多余的水泥浆循环洗出，冲洗干净管柱内壁的水泥浆的过程。在循环洗井过程中应注意以下两点： 1、在裸眼水泥塞施工中，应采用正循环洗井，以减少地层的循环压降，如果地层存在漏失，则直接起钻至安全位置，开泵冲洗管柱内壁，如果管柱没有经过密封检查，则循环量应等于此时管鞋以上井筒容积的1.5倍，以保证注水泥管柱存在刺漏的情况下井下的安全。

2、试油水泥塞施工多采用反循环洗井，但是当水泥浆面以上存在漏失压力较低的射孔井段，在反循环较高压力降下可能发生漏失时，可以在施工前对射孔井段进行试压，以决定是采用反循环还是正循环洗井。循环洗井量应大于水泥浆面以上井筒容积1.5倍，原因同上。

（十二）第二次起钻

第二次起钻是关井候凝前的最后一次起钻，所以管柱一定要起至安全位置。如果第二次起钻前是反循环洗井，起钻前一定要检查防喷器有没有打开。

（十三）候凝

候凝期间必须保证井内灌满泥浆关井候凝，地层条件允许的情况下要采用蹩压候凝，以提高水泥塞质量。

（十四）下钻探塞

下钻探塞时应采取安全措施，时刻注意指重表的变化，防止未凝固水泥固结钻具或憋泵。

（1）钻软水泥时应控制钻压，并在钻水泥塞前处理好钻井液。（2）不应完全依靠水泥浆化验结果确定水泥浆凝固时间，宜假定井下温度低于水泥浆试验温度。（3）不应完全依赖悬重变化判断水泥面，宜假定探水泥塞面时水泥浆未凝固。（4）井眼较大时应在理论预计的水泥面位置以上2个立柱开始循环洗井；井眼较小时应在理论预计的水泥面位置以上3～4个立柱开始循环洗井。（5）下钻发现悬重下降时应上提2个立柱后再开始循环。

四、结论

充分的前期准备是施工成功的基础，良好的组织是施工成功的前提，因此从思想上重视每一次注塞施工，严格按上述技术要求组织施工，土库曼分公司井下作业部10年来累计应用平衡法注水泥塞工艺技术注塞施工近100井次，取得了注水泥塞一次成功率100%，未发生一起注水泥塞安全事故的成绩。

参考文献

[1]中国石油天然气集团公司固井技术规范.

[2]乐尚文.怎样注好水泥塞.《增产及固井技术》，2006，1（83）.