注水泥塞施工工艺

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注水泥施工工艺作业大队 一、前言注灰工艺是将一定量的水泥浆替到套管内或井眼的某一部位，使其形成满足注采需要的新的人工井底或满足工艺过程的临时封闭某井段的工艺技术，由于其施工工艺简单成本低廉且有效期长，在井下作业中被广泛应用。注灰绝对避免“插旗杆”“灌香肠”的工程事故。 二、油井水泥油井水泥是油气井固井工程中的主要材料之一，是油水井封堵的主要材料。由于在油水井封堵中要把水泥浆送到几百米或上千米的井下，井下的温度又随着井深的变化而变化，而水泥浆的各种性能又与温度压力密切相关，因此对油井水泥及由油井水泥所配制的水泥浆的性能都有严格的要求。在油田井修井工作中，挤、注油井水泥是一种经常使用且行之有效的方法。了解与掌握它的特性，施工要求，对提高修井质量，降低施工成本都具有很重要的意义。 目前国内外使用的油井水泥主要是硅酸盐水泥，是由水硬性硅酸钙为主要成分，加入适量石膏和助磨剂，磨细制成的产品。干水泥与水混合而成水泥浆。而油井出水的封堵主要靠的是把水泥浆挤入地层和井筒内，水泥浆凝结硬化后形成的水泥石（在井下生产套管的环形空间内）封死油层。在固井和封堵等一些作业中，为了适应不同井深的需要和防止地层流体中的硫酸盐对水泥石的腐蚀，有多种级别和不同类型的（表2-1）油井水泥可供选取。 API油井水泥级别和类型（表2-1）级别类型备注普通型中抗硫酸盐型高抗硫酸盐型A√××普通水泥B×√√抗硫水泥C√√√具有高早期强度D×√√适于中温条件E×√√适于高温条件F×√√适于超高温条件G×√√基本油井水泥J×√√基本油井水泥注：表中“√”表示有此类水泥，“×”表示无此类水泥 水泥浆密度是单位体积内所含的水泥浆的质量。对配制水泥浆的要求是在不能压漏地层的同时还要保证水泥石的强度和水泥浆的流动性。随着水泥的不断水化，水泥浆不断变稠，直至失去流动性。为了保证挤水泥施工安全，能将水泥浆泵送到井内环形空间的预定位置，水泥浆必须在一定的时间内保持其流动性。 对水泥浆稠化时间的要求是，注水泥能在稠化时间内完成，并包含有较大的安全系数。反过来，当水泥浆的稠化时间确定后，整个注水泥施工必须在规定的时间内完成，否则易导致不能把水泥浆完全注入套管而发生注水泥的施工事故。一般情况下，为了既保证水泥石的强度又保证水泥浆的流动性，配制水泥浆的密度通常为：1.80～1.90g/cm³ 水泥凝固及影响因素水泥与水混合后发生的变化非常复杂。当水泥与适量的水混合成水泥浆时，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，其变化过程为热反应。由于水化作用，使水泥浆中产生以水硅酸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集变稠。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，使水泥浆失去流动性。水泥浆失去流动性，但尚未获得强度的过程叫水泥浆的凝固过程。在这一过程中，当水泥浆开始变稠并部分失去塑性时，称为初凝。 当水泥浆完全失去流动性并可承担一定压力时，称为终凝。当终凝完毕后，水泥浆硬化成石，水泥的凝固过程，除受本身物理，化学因素影响外，也受到外部物理，化学因素的影响。主要是温度,压力和各种化学添加剂的影响。水泥的凝固时间随着温度的增加显著缩短，初凝的时间也随着压力的增加显著缩短。这两项因素给深井施工造成一定的困难.初凝时间随时间压力变化如表2-2所列 压力变化对水泥初凝时间的影响（表2-2）大气压（公斤厘米m2）初凝时间1100比一个大气压时缩短10％200比一个大气压时缩短15～40％300比一个大气压时缩短35～40％400比一个大气压时缩短45～52％500比一个大气压时缩短55～60％ 添加剂的影响由于施工的特殊要求，有时需要在水泥浆中加入某些添加剂。如石膏，硫酸铁，丹宁酸，及表面活性剂等均能起到缓凝作用。水泥浆中加入其它物质会使其他性质发生变化。如加入泥浆,可配置成胶质水泥，它的漏失量很小。又如加入石棉纤维，可配置成纤维水泥浆，这种水泥浆对于封堵串槽有很重要的作用。但是，必须强调指出的是，不管使用那种化学试剂和添加剂，均应在实验室作好实验，取得现场优良的实验数据后在用于现场施工。 水泥收缩效应水泥浆在稠化和凝固过程中，水泥与水的总体积（绝对体积）要变小。这种现象称为水泥的缩水效应。水泥收缩效应对油井的影响有两点：1、由于深部油层温度较上部油层的温度高，所以深部水泥先发生收缩效益，较早地形成真空，从油层内吸收油，气。到深度被高压油，气饱和后，油气便沿着上部温度较低，凝固较满的水泥上升在水泥中形成油，气流动通道，造成管外环行空间油气外冒或喷出如遇有压力低而渗透性高的地层，则油，气可以直接侵入该层，形成隐性串通。2、由于水泥收缩效应形成真空，将吸收井壁泥饼中的水分。泥饼脱水后，失去了对地层的密封和穿压作用，渗透性增大，成为油，气进入井内的通道。在现场施工中，为减少上述影响，采用分段使用不同凝固时间的水泥，既一段采用缓凝水泥，一段采用普通水泥，一段采用催凝水泥（称“三凝水泥”）。这样，可以调节全井各井段水泥的凝固时间，使其凝固时间大致趋向一致，以消除水泥收缩效应的影响。 缓凝剂的影响在现场施工中，经常使用的缓凝剂常为亚硫酸酒精废液（既CCB）。加入量为干水泥重量的2-3所列。表2-3加入压硫酸酒精废液后水泥浆性能变化 压硫酸酒精废液后水泥浆性能变化表2-3序号式样水灰比试验温度流动度（厘米）相对密度凝固时间时:分拉力强度（公斤/厘米m2）初凝终凝24小时48小时1原浆2:19018.51.791:532:2311-2616-192压硫酸酒精废液（0.5％）2:19022.51.774:154:3511-1217-193压硫酸酒精废液（1％）2:19022.51.775:255:257.5-2017-194压硫酸酒精废液（1.5％）2:190241.778:208:2011.1-11.517.1-18.3 但是，在另外一种情况下（如浅井高压及漏失井注水泥）需要水泥加速凝固，这时要加入速凝剂。例如，在水泥奖中加入氯化钙，氯化钠，烧碱等均能将水泥浆凝固时间大大缩短。据资料统计，在20℃时加入1～2%的氯化钙可使凝固时间缩短。现场常用的速凝剂是氯化钙。对于每一种水泥（既使是同一牌号的水泥），缓凝剂和速凝剂的加入量是不同的。这是因为缓凝剂和速凝剂的作用受到水泥的化学成分，温度，出厂时间，保管条件等因素的影响，不可能有一个固定的用量。因此，在现场使用前应作室内试验，取的数据后再用以指导现场施工。 因当指出，不论是缓凝剂还是速凝剂，加量均有一定限度，若加入量超过此界限，则试剂就起相反的作用了。现场施工时，水泥浆相对密度计来计量。一般现场要求泥浆相对密度为1.8～1.9，故可按每袋水泥（50公斤）配置35公升水泥浆进行估计。为了施工方便，还可按水泥混合容积表进行配置或计算。水泥密度3.15 三、油水井注水泥工艺1、注水泥：所谓注水泥，既是把油井水泥与水相混合配成一定相对密度的水泥浆，用高压泵将其泵送至油、套管环形空间的重要部位或套管柱下部的裸眼内。注水泥塞的主要作用是阻挡地层之间流体的窜流。 2、水泥塞的功能①、防止套管腐蚀。②、借水泥浆迅速形成密封，阻止井喷。③、封隔漏失层或低压层。④、减少钻井下部井段时套管所受到的冲击载荷。 3、水泥塞质量差的影响如果注水泥的质量不好，不仅增加井的生产费用，而且还会因生产层之间封隔不好导致如下不良反映：①、增加井底回压，影响采油。②、无用油体侵入井内。③、采油时，不得不从井内采出大量无用的流体。④、天然气在环行空间聚集。⑤、使技术改造措施无效。⑥、储量计算不准。为此，认识与研究注水泥顶替机理，注水泥的方法，提高注水泥质量的措施等，对于提高注水泥的质量和施工效率都是十分有宜的。 4、注水泥顶替机理注水泥就是利用高压泵将水泥浆注入井内目的层段的过程。由于一般施工时井内都有泥浆或压井液，故其实质就是用水泥浆顶替井内压井液的过程。在井筒内水泥浆顶替泥浆固井时，水泥浆与泥浆都是塑性流体。流体在偏心环行空间内流动，液流动特性可分为低流速，中等流速和高流速三种情况下流动的几何状态，一般说来，流动状态都是中间快，边上慢，泥浆被逐渐替出来。因此实际施工中，由于远离管璧的流速比紧靠管璧处的流速高，所以在流体中部或塞流内部的流体要对管璧处流体发生窜槽。同时，由于环行空间隙转大处流体的平均流速比间隙小处大，故在间隙小处易形成串槽。 从上述内容可知影响注水泥效果的因素很多。但是，主要的影响因素有以下几个方面。①泥浆流变性的影响②紊流与层流的影响③相对密度差的影响④套管偏心的影响 5、注水泥的方法(1)常规法注水泥常规法注水泥，就是采用通常使用的工具，设备和工艺方注水泥。(2)低速注水泥这种注水泥的方法是使用水泥浆上返速度保持在塞流或接近层流状态，造成水泥浆与泥浆之见有一个稳定的接触面。在注水泥过程中，利用液体相对密度之差，水泥浆以活塞方式向上替推泥浆，因此，这种方法能够有效地将井径不规则处的泥浆排出。 (3)环隙法注水泥这种方法是在井眼和套管环行空间下入油管或小口径管子注水泥，此法多用在钻凿深井后或下入未凝固的水泥浆中，在钻水源井封闭表层时也也多用此种方法，这是要使表层套管水泥上返到地面，这种方法由于工艺复杂现场很少用。(4)延迟固井注水泥这种方法是为了某种目的需要，下入套管前在井底置入控制滤失剂与缓凝剂，延缓水泥凝固时间。注水泥的具体方法是：先将水泥浆通过钻杆注入井内，随后将钻杆提出，然后在将套管下部堵死，下入未凝固的水泥浆中。这种方法允许套管有较长的上，下活动时间，以保证套管周围有均匀的水泥层，保证水泥固结质量。 6、注灰的注意事项注灰要严格按照施工设计，编写时应当有被封堵层静压，设计的注水泥塞压井液液柱压力要大于静液压力１～１.５MPa。根据中国石油天然气行业标准SY/T5587.14-93，结合注灰的实际情况，特做如下规定： 1）、验油管、验套管的质量标准1﹚注灰前，必须把准备下入注灰的管柱试压合格，对油管试压25MPa，10分钟压降小于0.5MPa为合格。2﹚注灰前，要求验套管，试压12MPa,经30分钟压降小于0.5MPa为合格。 7、注水泥塞施工步骤及注意事项1﹚下管柱预处理，对漏失层应垫稠修井液或填砂注灰井在不溢不漏的情况下才能进行注水泥塞施工。2﹚设计灰面与被封层间距小于10m的要对注灰管柱磁性定位校正深度。3﹚将管柱完成在设计深度，座罗卜头，装好闸门。4﹚摆水泥车，连接地面管线，并对进口管线试压25～30Mpa，经5分钟不刺不漏为合格，大排量洗井降温或大排量洗井脱气两周以上。5﹚配水泥浆。6﹚按设计顶入水泥浆和全部顶替量。7﹚上提管柱，尾管完成在设计灰面以上3～5m,座好井口后，用压井液反洗出多余的灰浆。8﹚上提油管25根（并确保喇叭口深度在射孔井段以上位置），座罗卜头，装好闸门，向井筒灌满压井液（或依设计挤注压井液）。 9﹚关井候凝24～48小时（关井4小时后在原位置上提下放活动管柱1-3次，但不探灰面，观察悬重变化并及时汇报）。10﹚缓慢加深管柱探灰面，重复试探3次，加压20～30KN,确定水泥塞面后，上提管柱至灰面以上5m,座好井口，装压力表，反循环洗井，按设计对水泥塞进行试压，试压标准同套管试压。11﹚施工中作业队队长、技术员、动力队大班司机必须在施工现场，确保设备及提升系统、液压系统和液压钳完好。12﹚施工前要查清井史资料。13﹚施工中要有专人指挥，专人计量。14﹚配灰前保证提升设备和施工车辆运转正常。15﹚施工严格执行设计要求，管柱丈量准确。16﹚注灰前要保证井口不刺不漏。 17﹚水泥、水质合格，配灰水的清水氯根：当井深小于3000m时，为1000mg/L以下，当井深超过3000m时，为700mg/L以下。18﹚水泥浆要混合均匀，不能有疙瘩，不能混入纸片等杂物。19）注灰前井场要备有2倍以上井筒容积的压井液。20﹚注灰井在不溢不漏的情况下才能进行注水泥塞施工。21）注灰井必须保证两辆完好的水泥车和至少两辆罐车，施工中途若水泥车发生故障，不能泵送时，应立即上提管柱至安全高度或起出全部管柱。22）施工中途提升设备发生故障，不能起下管柱时，应立即进行洗井，将井内全部水泥浆洗出井筒。23）关井候凝期间，井口要保证不刺不漏，并由作业班全体看井，由专人负责看护井口。24）探灰面时，加深管柱若未探着灰面，应将管柱上提至候凝深度以上。25）有异常情况要及时汇报。 四、结论与认识综合上述，可得出以下结论和认识：1、注灰打水泥塞进行永久性封堵，工艺简单、是目前对报废井最有效的永久性封堵工艺。２、为了保证水泥浆的流动性和凝结后水泥石的强度，配制水泥浆的密度应在1.80～1.90g/cm3之间。３、在挤水泥浆封堵的过程中要控制好挤水泥浆的压力，整个挤注水泥浆施工（包括配制水泥浆、挤注水泥浆、打顶替液、反洗井、提管柱等）必须在规定的时间内完成，否则容易造成工程事故。４、挤注水泥浆结束后必须关井后凝，且水泥浆在井筒内的候凝时间必须要达到要求，以免水泥浆在井内未凝结完全，易出现事故和质量问题。5、注灰前套管内壁必须清洁，必须刮削。6、挤注水泥前还要测试地层的漏失量，以确定底层的吸收能力。7、挤注时井口装置的配套是一个很重要的关键。8、验证套管是否有窜槽也很关键。 注水泥施工监督标准一、质量标准监督二、工序施工监督三、应录取资料监督 一、质量标准监督（1）设计的水泥塞厚度应在10m以上，水泥塞顶面与被封堵层顶界的距离必须大于5m;（2）正常情况下，水泥塞顶面要保证在待返油层或上部已射层底界20m以下(口袋);（3）需要封井的油水井，无特殊要求应设计注两个水泥塞。第一个水泥塞位于最上一个射开层顶界以下50-60m内，第二个水泥寨顶面距井口10-15m处;（4）配水泥浆的清水氯根，当井深不超过3000m时为1000mg/L以下，当井深超过3000m时为700mg/L以下;5）注水泥浆井段的井温超过干水泥技术性能指标或配制的水泥浆量超过1.5m3时要提前做油井水泥稠化时间测定。并根据上述化验和设计的配制量，设计添加剂的名称、用量以及反洗的时间; （6）灰塞下部垫底材料（填砂、稠泥浆、软木塞等）及深度符合设计要求;（7）封堵层漏失严重，应先设计堵层后再注水泥塞;（8）注水泥塞井段夹层小于10m时，井内注水泥塞管柱要考虑先进行磁性定位，校核井内尾管深度再注水泥塞;（9）灰面以上井段、套管内壁、油(气)层不受灰浆污浆;（10）灰面深度及注灰管柱长度要符合设计要求;（11）灰柱试压合格。试压压力12MPa,稳压30min,压降小于0.5MPa为合格 二、工序施工监督（1）检查注水泥塞用的油井水泥是否符合GB10238《油井水泥》规定，有无合格证及检验(初凝试验)报告。（2）送井水泥严禁有受潮结块现象;（3）检查注水泥的管柱记录，与地面准备下井管柱核对无误，油筒要用符合标准的通径规通过，管内无杂物;（4）检查油管螺纹、端面完好，管体无孔洞、裂纹，保证下井管林尾管端以卜密封;（5）配制水泥浆罐、水垫罐、顶替液罐，应使用无变形的正方形或长方形罐，在地面摆放水平，罐内要保证清洁干净无泥沙或其它杂物; （6）检查作业机、泵车是否完好，保证在配制水泥浆前到完成候凝管柱座井口后不能熄火停机;（7）作业机在配制水泥浆前要动井口试提一次井内注水泥浆管柱4.5-5.5m（8）进口管线试压25-35MPa,经5min不漏，方可进行下步工作;（9）检查配制灰浆用量、密度、隔离液顶替量及注灰时间符合设计要求;（10）监督注水泥塞施工过程，检查灰面深度符合没计要求;（11）监督水泥塞试压施工过程，试压符合设计要求。 三、应录取资料监督封闭井段;原井筒压井液名称、密度;井内管柱深度;注水泥前洗井方式、洗井液量、漏失量;水泥名称及技术指标配置水泥用量、配置清水用量;水泥浆密度、水泥浆注入量;添加剂名称、添加剂用量前、后垫物质名称、性质;前、后垫物质数量顶替液名称顶替液量、井内液体替出量;配置水泥浆时间、水泥浆注入时间;憋压关井井口压力;反洗泵压;反洗深度;候凝时间;候凝深度;探灰面时间、探次、负荷、深度;提管时间、根数、完成深度;井筒试压方式、试压时间、泵压、试压结论 注水泥塞案例：里107-8井二次注灰原因分析1、施工目的：该井于2011年1月6日实施二次重复补孔14号层后日产液28t，含水100.0%。2011年1月28日测产液剖面：14号层上部无液，下部为主产层，相对产液量为62.79%；13号层为次产层，相对产液量为29.07%。分析认为下部0-14号层已无潜力，需要注灰，并补孔上部8、9号层继续认识层间潜力。 2、基础数据： 层位数据： 3、施工过程：3月6日：接反冲砂管线，备清水80m³，反冲砂，共冲下D73mm加厚油管4根，从1683m冲至1729.35m，P：3.0MPa，Q：30m³/h，出口入池，彻底反循环2周后停泵，共冲出地层砂238L，黄色，粒径约0.1mm。冲砂反洗井时测漏失量为4.2m³/h，冲砂结束后起D73mm加厚油管2根，将d62mm喇叭口完成于1705.78m，座油管挂，在1m3池子中注入清水219L，加入D级水泥450Kg，配成密度1.85g/cm³水泥浆360L，正替入所配灰浆，正顶替清水5088L后停泵，顶替灰浆时漏失清水：1.2m³，起D73mm加厚油管20根，座油管挂关井候凝。3月7日：18:00起油管挂1个，加深油管探至1714.78m未探着灰面，座油管挂接正洗井管线，泵注清水3.5m³套管返水，关闭套管闸门，清水打压至10MPa，10分钟压降至5MPa，不合格。起D73mm加厚油管10根，关井等注灰。 3月8日：起油管挂1个，下D73mm加厚油管12根，末根方入4.5m遇阻，管柱悬重由145KN↘120KN，探灰面为1724.13m。起D73mm加厚油管2根座油管挂，将d62mm喇叭口完成于1715.18m，备清水45m³/h正洗井P：3.5MPa，Q：35m³/h，出口入池。洗井结束后在1m³池子中注入清水219L，加入D级水泥450Kg，配成密度为1.85g/cm³水泥浆360L，正替入所配灰浆，正顶替清水5090L后停泵。起油管挂1个，D73mm加厚油管4根，清水20m³反洗井，P：2.5MPa，Q：12m³/h，出口入池，循环16min后返出多余灰沫停泵，起油管挂1个，D73mm加厚油管15根，将喇叭口上提至1571.18m，座油管挂关井候凝。3月10日：11:00时，拆井口，起油管挂1个加深油管17根，末根方入1.50m遇阻，管柱负荷由150KN↘130KN，反复探三次，探灰面深：1686.5m，灰面合格。起出方入，座油管挂，清水油管正打压至15MPa，稳压30分钟，无压降验灰塞合格。 4、原因分析：第1次注灰时测漏失量为4.2m³/h，将注灰管柱上提至1705.78m（设计深度：1715m）。因补孔底界为1670m，为确保补孔工序顺利完成，不能将注灰管柱上提过高（设计灰面：1685±1m），在1705.78m注灰（灰厚30m）理论上（无漏失）灰面为1675m。因此既不能多提也不能反洗井，该井2010年12月堵层作业将10号层以下射孔井段全部封堵，仅对14号层进行2次重复射孔作业。所以将10号层列为重点复查，所以当天注灰未反洗井，且减少了上提油管根数（应起25根，实起16根），顶替灰浆时漏失清水（替灰浆前先将井筒灌满）1.2m3。3月7日实探灰面为1724.13m，所配灰浆只有60L留在套管内，其余灰浆全部漏失至地层中。 5、应对措施：该井由于漏失量大，且夹层小，应采用添砂方法处理漏失井段，确保注灰成功率。 强49井注灰施工一、基本数据完钻井深（m）2900.0目前人工井底(m)2740.94转注日期1998.5.27目前灰面位置(m)2679.13生产井段(m)1854.0-2030.0联入(m)3.70原始地层压力（Mpa）18油补距(m)3.19目前地层压力（Mpa）9.8气油比（m3/m3）2.00区块注水压力（Mpa）/硫化氢含量（％）/地层温度（℃）98.9地层水矿化度(mg/l)5720.0套管数据类别规格（mm)钢级壁厚（mm）内径（mm）下入深度（m）水泥返深（m）表层339.73J559.65320.43146.88地面技术油层139.7P1107.72124.262757.21393.0 强49井注灰施工2、生产层位数据：层号层位射孔井段厚度m渗透率md孔隙度卡封情况连通油井射开情况强49-4强49-5强49-6Ng51854.——1858.4.0202.525.33101882020.——2030.10.019.818.4Es2292622—2624.2.6113.624.5试油注灰封Es3322717——27192.059.119.9试油注灰封 二、施工目的：根据断块二次开发方案要求，决定注灰封掉8号层，恢复5号层注水，补充地层能量，进行水平井开发。灰面位置：1920±1m。三、施工经过：1、10.30搬上，处理井筒、通井、验管，刮削施工。2、11.3下d62mm油管鞋至深度1950.26m。清水60m3,正循环洗井二周,泵压3.0Mpa,排量30m3/h,出口入池见清水，测得漏失量1.45m3/h。 3、配灰浆360L，比重1.83g/cm3正替灰浆360L，正打顶替清水5838.4L,上提管柱15根,关井候凝48小时，探灰面：下D73mm外加厚油管18根，悬重180.8Kn↓165.0Kn，方入0.8m,深1922.74m,一次合格。 该井由于存在漏失,没有采用反洗井方式,避免了灰面进一步下降.因此注灰一次成功.结论:对于漏失井注悬空水泥塞,为了保证灰面合格,顶替量一定要计量准确,不采用反洗井方式. 谢谢！