浅析如何提高挤灰一次成功率

刘云鹏

【摘要】本文主要针对挤灰失效的主要几点原因，通过分析灰浆影响因素、挤水泥机理，制定出措施对策，进而提高挤灰一次成功率。

【关键词】顶替量 灰浆 挤注压力 一次成功率

一、前言

井下作业中，无论大修作业还是小修作业，挤灰是经常应用到的挤封堵油层和封井的工序，但是在挤灰过程中往往由于人为和客观因素，会导致挤灰的失败，需要进行二次挤灰。这样一来，施工周期会增加，作业成本会增加。例如：施工过程中由于操作不正确造成挤灰插旗杆、灌香肠等井下事故，造成很大的经济损失;挤灰后无灰面，试压不合格，再次处理，误工误时影响油井产量，严重的影响了企业的经济效益。因此，提高挤灰一次成功率显得尤为重要。

二、挤灰在井下作业中的应用

挤灰的主要目的是封隔油气产层和其他流体层，以达到完井和修井的施工目的：①封堵油、气、水井某一出水层，解决生产过程中的注水开发所带来的矛盾;②封堵油、气、水井窜槽;③通过挤灰弥补油水井因套管损坏难以承受应力作用，可以填补地层亏空;④封堵特殊井段漏失，达到保护油气层目的;⑤对固井质量不合格的特殊井，通过挤水泥来达到完井标准。

（一）环境对油井水泥的影响

（1）温度带来的影响。温度对油井水泥稠化时间影响非常大;一般情况下，温度每减少11～14°C时，稠化时间反而会增加一倍。温度每增加11～14°C时，稠化时间相应的会缩短一半。因此施工时适当降低灰浆的温度，这样挤灰成功率会有所提高。API标准配浆温度为27°C。因此，目前现场清水的温度在4～27℃之间，浅井水温可以在37°C以内，相反，深井配浆温度越低越好。因此，稠油、超稠油和高凝油注水泥塞或挤水泥施工作业井作业之前，要用凉水充分洗井或打一定量的前置液，从而降低井筒内的温度，防止泵送灰浆过程中由于温度过高，发生“灌肠”或“插旗杆”的工程事故。现场需要用温度计实际测量水温度，通过调节使混合水的温度值在标准围之内。因此，灰浆稠化时间是关键的因素，温度的影响必需要加以考虑。

（2）压力对油井水泥的影响。大量现场挤灰案例证明，压力变化对水泥凝固时间的影响较大，其变化规律是压力高，凝固快。压力对灰浆的失水有比较显著的影响，在灰浆泵送或静止时，压力越高，压差越大，灰浆在喉道处失水量就会增加，灰浆凝固就会加快。

（3）密度对油井水泥的影响。灰浆的密度越大，水泥石的抗压性越好。灰浆的密度越小，水泥石的抗压性越差。密度过低水泥石的渗透率增大，密封性差。密度增大流动性降低，稠化时间缩短。

（二）挤灰的主要机理

挤灰的主要机理是：灰浆在压差的作用下在喉道处失水（滤失）形成滤饼，凝固后形成坚硬的水泥石。滤饼形成的水泥石的硬度要成倍大于灰浆形成的水泥石硬度。因此挤灰是利用灰浆的失水（滤失）特性来完成的，否则不应称为挤灰。滤失量过小未形成脱水的灰浆（滤饼），在循环时被冲洗掉，导致挤灰失败。只有失水量合适的灰浆，进入喉道后形成一定强度的滤饼，才能达到封堵的目的。在孔穴和裂缝地层挤灰作业，由于连通性好，灰浆极易进入地层深处，因此滤失量控制的过低，不易建立起挤灰压力或挤灰压力增长缓慢，灰浆需求量较大。采用滤失量较大的灰浆快速滤失，在喉道处形成滤饼，从而丧失流动性，建立起挤灰压力，使更多的灰浆失水，最终达到整体封堵效果。

（三）井下作业中提高挤灰一次成功率的几点措施

（1）控制好挤注压力。从理论角度，确定挤灰压力需兼顾地层、水泥环、套管的承受能力，避免高压挤灰时发生套管挤毁和大面积的水泥环破坏。但从挤灰现场实际出发，挤灰时若套管被挤毁则水泥环和地层岩石早已彻底破坏，挤入的灰浆难以实现有效封固。挤灰压力不能超过地面预计关井压力。主要目的在于最大限度的防止灰浆在顶替到位之前出现明显性失水问题。以及在挤灰时水泥环不会发生严重损坏，且灰浆可通过地层产生的微裂缝进入套管与井眼环空的空隙中。在控制挤灰压力后，取得了较好的挤灰效果。因此挤灰压力过高的问题解决。

（2）选择合适的添加剂。防止地层流体与灰浆发生化学反应带来的影响，根据地层情况选择合适的添加剂，确保挤灰一次成功。油井水泥是一种多矿物组成的结晶细小的人造岩石，主要有四种矿物成分：硅酸三钙（Ga、si质量分数为40-65%）、硅酸二钙（Ga、si质量组成20%）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）及铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3）等四种化合物混合组成，如果仅仅靠调节水泥的化学成分不能完全满足挤灰工艺的要求，应通过加入添加剂调节灰浆的性能，确保挤灰后所留灰面质量符合要求。

（3）计算好顶替量并控制好泵注量。顶替量的获得通常是计算下井管柱内容积或套管内容积得出。挤灰前计算好顶替量。目前井下作业现场，挤灰中用到的泵车，单个清水槽为2方。考虑到井下作业现场地面凹凸不平的情况，泵车本身会倾斜一定角度，这样会导致泵入顶替量的不准确。加之，泵车控制表盘计量不准确，与实际泵入量会有一定差异。此差异可能会引起过顶的情况发生，造成灰面不准确或无灰面。有鉴于此，作业现场通过两点措施来控制。一是：泵车停驻地点尽量选择相对较平坦的地点，泵注过程中监测好水槽泵注水位;二是：通过实际泵入量与泵车控制表的实际比对，换算出泵注系数，根据控制表和换算关系换算出实际泵入量。以此，从以上两个方面来有效控制顶替量的泵入准确性，是挤灰一次成功的有力保障。

（4）对于漏失严重井选择好合理挤灰方式。经过现场调查发现，地层无漏失时挤灰成功率较高，而针对漏失性地层，现场技术人员普遍反映较为棘手。结合作业现场挤灰现状，总结出针对漏失性地层挤灰方法。

分层填砂挤灰工艺技术的原理，是在进行注灰施工前，对要封堵的井段的地质资料进行详细的分析，将每个小层的井段都要了解清楚，在生产层位进行填砂保护，在夹层中进行挤灰封堵的工艺技术。该方法的优点是成功率高，减小油层污染，提高油井的寿命;缺点是挤灰后需冲砂将保护层冲开。该方法实施后对于漏失井采用填砂挤灰法取得了较好的效果，且产量有所升高。

三、结语

通过对挤灰的原理进行分析，对影响挤灰的因素要考虑套管完好情况、井温、井底压力、灰浆密度、稠化时间、灰浆失水量等进行实践观察，总结出井下作业中提高挤灰一次成功率的几点措施，并成功應用于现场，有效的提高了现场挤灰一次成功率。为井下作业中的挤灰成功率提供了直接理论依据，为企业石油上产提供了间接保障。