注水泥塞工艺浅析

冯俊钦 李亚

摘要：本文简单介绍了打水泥塞的相关概念，和相关技术，分析了在打水泥塞施工过程中暴露出的一些问题，对这些问题进行了探讨，陈述了这几次打塞的经过，分析了注水泥塞失败的原因，计算了相关数据，结合以往经验，总结出注水泥塞的施工注意事项。

关键词：注水泥塞

一、常规注水泥塞工艺

1.1注水泥塞的工艺的定义

注水泥塞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。是井下作业中常用的工艺技术之一。

1.2注水泥塞的目的及用途

（1）封闭已试油层上返新层试油，或进行分层作业时的封堵非目的层;

（2）封闭底部水层;

（3）找堵漏、找封窜、上部套管试压等隔开封闭某一层段;

（4）堵塞报废井及回填枯竭层位;

（5）出于安全目的的封闭层位（如封闭高压层、有毒有害流体层）;

（6）特殊情况下的封堵。

1.3常规注水泥塞工序简介

1.3.1注塞前准备：

（1）井内压井液应处于稳定状态，油套压平衡。

（2）注水泥塞前，应充分循环洗井，其作用是降温除气。

（3）作好水泥浆与压井液配伍性试验，采取调整压井液或水泥浆性能来解决，以及考虑隔离液等。

（4）必要时为了保证注水泥塞质量，在调整好压井液性能基础上应对水泥塞井段井壁泥饼油垢污物的清除及对套管的洗刷。

1.3.2注水泥塞工序：

将管柱下到预定的深度，摆水泥车，连接地面管线，并对井口管线试压25.0-35.0MPa，打压5分钟不刺不漏为合格。配置水泥浆。调整好水泥浆的密度。打入前隔离液，注入水泥浆，然后打入后隔离液，泵入顶替液，顶替管线及流程的泥浆。上提管柱至塞面1.0-3.0m，座好井口，用修井液反洗出多余的泥浆。上提管柱到安全高度，装好井口，关井侯凝48小时。

1.3.2注水泥塞注意事项：

为了确保注水泥塞工序的质量，避免井下事故发生，应注意以下注意事项。

（1）将注水泥管柱下至预计水泥塞底部，并循环洗井到进出口水质一致。

（2）按设计配制好水泥浆后按前隔离液，水泥浆、后隔离液、替置液顺序和设计量注入井内。

（3）将水泥浆替置到设计位置，此时，管内外应处于平衡，上提管柱至预定水泥面以上1-3m。反循环洗井，洗出多余水泥浆。后起管柱至安全位置，座井口、灌满压井液、关井候凝。

（4）注水泥塞前最少要准备1.5倍于井筒容积的压井液。

（5）填砂后，沉砂时间要足够长，防止卡钻事故。自溢量大的井尽量不用填砂方法。砂面达到设计要求后，要下管柱至砂面以上2.0-3.0m进行注水泥浆施工，由于注灰时有一定的下冲量，约1.0-2.0m，这样就可以减少水泥浆下沉量，并且安全可靠。

（6）顶替完灰浆上提管柱时，起管柱时间不能太快，防止产生抽汲效应，将下部压井液抽汲到灰浆中，造成注水泥塞失败。

二、相关数据的计算

2.1水泥浆体积的计算

三、漏失层注水泥塞工艺浅析

注水泥塞技术的逐步完善，使其对复杂井况的适应能力不断加强，应用范围逐步拓展，在特殊情况下注水泥塞的施工成功率不断提高。

漏失地层具有压力较低的特点，在注水泥塞的施工过程中水泥浆容易倒灌入地层，造成常规注水泥塞工艺施工的一次成功率很低，严重时连续几次施工都无法完成封堵任务。高渗透地层甚至出现向井内灌水时无法灌满井筒，使常规注水泥塞工艺无法施工。而注水泥塞作业往往需要在漏失地层中进行。随着漏失层注水泥塞作业工艺的不断完善，施工成功率在不断提高。常用的漏失层注水泥塞作业有以下几种：

（1）填砂、填石子堵漏;

（2）挤注法注水泥塞工艺;

（3）长纤维物混入水泥浆中防漏失;

（4）云母片等规则杂物;

（5）垫稠泥浆或粘稠剂物质;

（6）底木塞;

（7）化学暂堵剂处理。

3.1填砂法注水塞工艺

（1）施工工序：探人工井底—>计算需要填砂数量—>将管柱下到被封堵层段上部20m—>向油管边灌水边填砂—>沉砂8小时，探砂面—>砂面符合要求后按常规注水泥塞方法注水泥塞。

（2）注意事项：

a、根据设计要求将管柱下到被封堵井段的上部20m，保证填砂作业能埋住被封堵井段不少于5m。

b、向油管正填砂，砂量是预先探人工井底后计算好的砂子数量，填砂过程中要将砂子用水渗透，向油管边灌水边填砂。

c、填砂后沉砂8小时，探砂面，保证砂面符合设计要求。

d、沉砂时间要足够长，防止卡钻事故。砂面达到设计要求后，要下管柱至砂面以上2-3m进行注水泥漿施工，由于注灰时有一定的下冲量，约1.0-2.0m，这样就可以减少水泥浆下沉量，并且安全可靠。

3.2挤入法注水塞工艺

（1）施工工序：安装井口装置（采油树四通或者防喷器）—>用光油管下入设计注塞位置以下5.0-10.0m;—>用清水充分循环洗井—>关闭井口，试挤一定量的前置液，记录排量、压力、累计流量和地层吸入量—>校核设计的水泥量—>注前置液—>挤注水泥浆—>替后置液、替顶替液—>上提管柱至设计塞面以上2.0-3.0m反循环循环出多余水泥浆—>打开回水闸门，起管柱至安全位置—>关井口，从管柱或环空挤入顶替液—>憋至设计压力时关井侯凝。

（2）注意事项：

a、注水泥塞前需按井下温度和压力做水泥浆试验，确定泥浆性能调整剂。

b、所有入井管柱确保丈量准确，水眼畅通;丝扣涂抹螺纹密封脂，按标准扭矩上扣，确保管柱的密封。

c、注入水泥浆后必须充分循环冲洗掉多余的水泥浆。水泥浆及混浆返出井口时要及时排放掉，严禁进入循环系统。冲洗干净后，再循环半周，以确保井内管柱安全。

d、洗出多余水泥浆后，要上提管柱至安全位置。

四、油井水泥添加剂浅析

油井水泥的品种是有限的，为了满足不同情况下注水泥塞作业施工及其质量的要求，须配合各种外加剂填加剂来调节水泥性能。目前常用的添加剂主要有：促凝剂、缓凝剂、降失水剂、减阻剂、加重剂、减轻剂、热稳定剂、消泡剂、防漏失剂。

4.1常用油井水泥添加剂

（1）促凝剂：在浅井和井下温度较低的注水泥塞或堵漏施工中，为了缩短水泥凝结时间及增加水泥早期强度，加入速凝剂，可缩短水泥浆稠化时间。常用的速凝剂有HR-5、氯化钙，氯化钠、氯化钾和硅酸钠等。

（2）缓凝剂：对于深井或地温梯度高的井，由于水泥浆凝结时间缩短，流动性差，而施工时间比较长，常加入延长凝结时间（或稠化时间）的缓凝剂。常用的缓凝剂有HR20、HR12、葡萄糖酸钙（钠）、铁铬盐、磺化丹宁、羧甲基羟乙基纤维素、酒石酸、硼酸盐、磷酸盐等。

（3）降失水劑：降失水剂能防止水泥浆急剧脱水、改善水泥浆中微粒的数量和级配。常用降失水剂有DR-13、DR-15、CMC、柠檬酸、羧甲基羟乙基纤维素、粘土等。

（4）减阻剂（分散剂）：减阻剂的加入能改善水泥浆的流动性，降低水泥浆流动阻力，有利于水泥浆在低速低压下进入紊流状态，提高注水泥质量。常用的减阻剂有b-萘磺酸甲醛聚合物、铁铬木质素磺酸盐、木质素磺酸盐等。

（5）加重剂：在有高压地层情况下挤注水泥，常加入密度大的添加剂来增加水泥浆密度。主要有重晶石粉、赤铁矿粉、钛铁矿粉和石英砂粉等高密度的惰性材料。

（6）降密度剂（减轻剂）：井下有低压漏失层时，注水泥时可能发生井漏，以引出更多的麻烦，因而常加入降密度剂，降低水泥浆密度。常用降密度添加剂有膨润土、硅藻土，沥青粉、膨胀珍珠岩、火山灰、粘土粉、沥青粉等密度小、吸水性强的混合材料。

（7）热稳定剂：热稳定剂的加入可使水泥石在较高温度下保持一定强度。常用的热稳定剂有：硅粉，其掺入量占干水泥质量的30%-40%。对热稳定剂的性能要求：270℃，35MPa条件下48小时强度不衰减为合格。

（8）消泡剂：防止水泥浆产生气泡的物质称为消泡剂。常用的消泡剂有：甘油聚醚、山梨醇甘油酸脂、磷酸三丁酯及硅醚油等。

（9）防漏失剂：井下有低压漏失层时，也可以加入与泥浆堵漏剂相同的物质，也可用胶质水泥浆。常用添加剂有碎木片、树皮、锯木等纤维状物质，还有颗粒状物质如硬沥青，塑料及珍珠岩等，还有片状材料如云母、玻璃纸片等。

4.2添加剂的选择及注意事项

选择填加剂时还必须注意以下问题：

（1）在填加剂时，不仅要使水泥浆某项性能要求能达到要求，还应考虑填加剂对其它性能的影响。如在使用缓凝剂时，往往使水泥早期强度下降;使用速凝剂时，往往使水泥浆流动性变差，所以必须对水泥浆全面性能进行检查。

（2）填加剂品种的选选和用量的确定，事先应作室内试验，取得基本数据，以指导现场施工。有些填加剂用量比例都有极限，超过此限，则会起相反的作用，应引起注意。

（3）在选用填加剂时还应注意施工条件。如用量过大或过于灵敏都会给现场施工带来困难。

五、跃新372井的打水泥塞分析

5.1、跃新372井基础数据

5.2、施工工序及分析

5.2.1施工工序：

1、封堵管柱组合：Φ73mm外加厚油管157根×1606.54m+补心差×1.22m=1607.76m。

2、测吸水指数：挤注前对封堵层测吸水值数，排量控制在300-500L/min，吸水值为：102L/min，压力15MPa。

3、试挤清水：排量300-500L/min，试挤过程中观察挤注压力变化;

4、施工参数：该区块地层等压梯度：0.022Mpa/m，井段地层最低破裂压力为24.601MPa Mpa，打塞中施工最高泵压不能超过15Mpa，排量不超过300-500L/min。

5、挤灰封堵：

（1）、用盐水17m3彻底循环洗井一周。

（2）、用清水0.5m3打前隔离液，注1.85g/cm3水泥浆1m3，用清水0.5m3打后隔离液。

（3）、用盐水4.06m3顶替水泥浆至1515.00m，起打塞管柱至井深1322.72m，关闭套管闸门。

（4）、用密度为1.23g/cm3的盐水0.85m3正挤水泥浆至1500m，挤注排量200-300L/min，挤注过程中压力不能超过15Mpa。

（5）、憋压15MPa，关井侯凝48h。

6、要求：

（1）封堵前对井口试压，保证井口无渗漏。

（2）从配置水泥浆至关井，时间控制在120分钟以内。

（3）调配水泥浆用的清水清洁干净，PH值7.5-8.5之间

（4）施工负责人在施工前做好施工技术交底。

（5）人员分工明确，每道工序有专人把关，每个岗位任务明确，顶替量必须计量准确，有两人计量。根据现场实际情况相应调整施工措施。

5.2.2经验分析：

该井注水泥塞封堵井段为封堵1512-1500m。该井段平均孔隙度为21.20%，属于高漏失井段。在井深在1537.82-1540.21m井段破损，采油一厂技术科通知用油水井水泥对破损井段以下进行封堵，2013.8.19-2013.8.22日分两次用密度为1.85/cm3的水泥浆进行封堵，共泵入水泥浆1.80m3，封堵后塞面：1500.12m，对1500.12m以上套管进行试压，打压20MPa，稳压30min，无压降。