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1、 挤水泥工艺技术挤水泥工艺技术 注水泥工艺技术注水泥工艺技术 油井水泥的定义及使用条件和范围油井水泥的定义及使用条件和范围 主要注水泥施工主要注水泥施工 钢固水泥的原因钢固水泥的原因 及预防措施及预防措施 钢固水泥事故事例钢固水泥事故事例 油田油、气水井在开发生产过程中,由于受油、气、水运移及各种应力、腐蚀、地质结构及施工措施诸因素的影响,一方面使新打井水泥返高不够,固井质量不合格；另一方面使生产井原固井水泥环遭到破坏,或造成油层窜通或地层胶结物被破坏,近井地带形成空洞,或因地层出水,套管破漏使油水井不能正常生产,通过挤水泥工艺技术,可使固井质量不合格井、窜槽井,套管破漏的油、气、水井恢复正常
2、生产。一、挤水泥的目的方法及应用范围挤水泥工艺是利用液体压力挤入一定规格、数量的水泥浆,使之进入地层缝隙或多孔地带,套管外空洞、破漏处等目的层,达到在地层或地层与套管之间形成密封带,以承受各种应力,满足油、气、水井注采需要及生产措施的一种工艺技术。1.挤水泥的目的及作用挤水泥工艺技术作为油水井大修基本工序,其目的是恢复油、气、水井正常生产。(1)对油、气、水井封堵某一出水层位或高含水层,解决在生产过程中注水开发形成的矛盾。(2)对油、气、水井层间窜通,油层与非油层窜通,生产井与邻井窜通,通过挤水泥封窜槽。(3)通过挤水泥弥补油水井因套管破损不能承受各种应力作用,填补地层亏空。(4)封堵某井段漏
3、失,保护油气资源。(5)对固井质量不合格的油、气、水井,通过挤水泥使其达到完井质量标准。(6)对油、气、水井地层出砂井段,采用挤水泥及其添加剂实现人工井壁防砂。(7)对某些因地质、工程因素需暂闭井及油田井网,生产层调整需上返的油水井进行挤封。2.挤水泥的方法及应用范围挤水泥的方法及应用范围 挤入方法是挤水泥施工作业中采取相应工艺挤入方法是挤水泥施工作业中采取相应工艺,使水泥浆使水泥浆到达目的层的一种工艺措施。按挤入方法分有挤入法、循到达目的层的一种工艺措施。按挤入方法分有挤入法、循环挤入法、控制挤入法。按挤封结构分有空井筒、钻具环挤入法、控制挤入法。按挤封结构分有空井筒、钻具(油油管管)、封隔
4、器等。、封隔器等。1)挤入法挤入法 挤入法就是在井口处于控制状态下挤入法就是在井口处于控制状态下,通过液体的一定挤通过液体的一定挤入压力将水泥浆替挤到目的层的方法。入压力将水泥浆替挤到目的层的方法。(1)平推法平推法 平推法在井内无任何结构平推法在井内无任何结构,利用原油、气、水井套管作利用原油、气、水井套管作为挤水泥的通道为挤水泥的通道,从井口直接挤水泥的方法。其优点是施工从井口直接挤水泥的方法。其优点是施工简单简单,安全可靠。不足点是不能分层作业安全可靠。不足点是不能分层作业,套管壁上易留水套管壁上易留水泥环。适用范围多用于油、气、水井上部套管损坏有漏失泥环。适用范围多用于油、气、水井上部
5、套管损坏有漏失点点,需封堵或因地质工程因素报废井的挤封需封堵或因地质工程因素报废井的挤封。(2)钻具(油管)挤入法 钻具挤入法就是将钻具下到挤封井段设计位置,利用钻具作挤入通道的一种挤入方法。其优点是挤入过程不动钻具,施工较简单且易反洗井,套管壁不会有大段残留水泥环。不足的是不能挤封中间层段的封堵或窜槽。适用于中深井作业,多用于中深井堵漏,封堵顶部水层,或与填砂、注水泥塞相结合挤封油层顶部窜槽。(3)单封隔器挤水泥法 单封隔器或与填砂、注水泥塞配合挤水泥法,井下结构较简单,挤水泥针对性强,使非挤封层得到较好保护,对上部套管破漏及非常规井避免了上部套管承受高压,做到了有目的挤封。不足的是填砂或注
6、水泥塞增大了作业量。单封隔器挤水泥适用挤封底部油层,与填砂注水泥塞相配合可挤封层间窜槽、挤封高含水层。采用电桥或桥塞挤水泥有利于简化施工,提高井况适应性及成功率。(4)双封隔器挤水泥法双封隔器挤水泥法其下封隔器还可采用电桥或桥塞替代底水泥塞或填砂作业,减少了作业量,利用双封隔器挤水泥针对施工作业需要可分层作业,有利于保护非挤封层,不足的是双封隔器挤水泥法对井况要求高。适用于油水井封窜及油层中部挤封作业。2)循环挤入法 循环挤入法是将一定数量的符合性能要求的水泥浆循环到设计位置,然后上提工具柱后,施加一定液体压力使水泥浆进入目的层的施工工艺。采用循环挤入法重点解决两方面的问题。第一,对挤封层段多
7、,易单层突进的油、气、水层采用循环挤入法能使水泥浆较均匀进入各挤封层,从而提高挤封效果。第二,对吸收量小,挤入压力高的层段,采用循环挤入法一方面能有效控制挤入压力,另一方面节约了水泥浆并可达到挤封目的。针对上述循环挤入法所解决的两方面的问题,其施工方法基本一致。不同的是第一种将一定水泥浆循环到设计位置不替置,紧接着再挤水泥浆后替置,其用水泥量大,多适用于多层同时挤封。第二种将一定量地面配制的水泥浆循环到设计位置,上提钻具挤入,其用水泥量少,适用于单层挤封。3)控制挤入法 上述挤入法中,循环挤入法多适用于井况较好,井筒内相对稳定的油水井作业。但随着油田开发时间的增长,油水井井况日趋复杂,出水出砂
8、日益严重,对于油、气、水相对活跃,甚至采用高密度修井液压不住井的油、气、水井采用上述两种方法挤水泥,由于井内稳定性差,易吐喷,极易造成施工失败。采用井口井控装置及井下结构（插管桥塞）的不吐喷施工作业法，目前已成功并在推广使用。随着井下作业工艺技术的完善,控制挤入法工艺进一步发展。控制挤入法是在井口采用井控装置与井下结构配套,使挤水泥前后即使活动钻具的情况下,井口、环形空间均处于受控状态下的一种挤水泥工艺。采用控制挤入法扩展了挤水泥工艺技术,特别对高压出砂、出水层挤封效果较好。由于井口、环形空间均受控,特别对地层压力较高,砂埋油层的油水井可冲开出砂层后,有的放矢地进行防砂作业,从而进一步提高了挤
9、封效果。二、挤水泥过程及方法的确定二、挤水泥过程及方法的确定1.挤水泥施工方法的确定挤水泥的工艺方法较多,在确定具体施工方法时应综合考虑油层物性,挤封层段、位置,套管完好情况,井况等诸因素,有针对性的选择挤入法。(1)套管平推挤水泥法:适用于堵漏、封层、封窜、防砂等。使用条件:封堵井段以上套管完好,封堵深度小于500m,封堵长度不大于5m。(2)光管柱挤水泥法:适用于堵漏、封层、封窜、防砂等。使用条件:封堵井段以上套管完好,封堵长度不大于5m主要是针对单层作业。(3)封隔器挤水泥法:适用于封窜、封层、防砂等。使用条件:封堵层位以上套管完好程度差(低于挤入压力有渗漏),或套管使用时间较长但可顺利
10、通井的油水井。(4)循环挤入法:适用于封层、防砂或吸收量低于200L/min,挤人压力高的孔、洞、缝型破漏井的封堵。使用条件:井内稳定,封层、防砂时封堵层厚度大于5m的油水井。(5)控制挤入法:适用于井内不稳定、出砂、砾较严重的井。2.挤水泥时的水泥用量挤水泥时需用的水泥量与地层物性、各种挤封井况等有关,应综合考虑。1)挤封射孔井段(防砂)时V=(3.84.7)R2h 式中 V一一水泥浆用量,m3R一一挤封半径,m 一一有效孔隙度,%h一一封堵层厚度,m 2)封窜时V=(3.84.7)(R2-r2)h 式中 V一一水泥浆用量,m3R一一原裸眼半径,m r一一套管半径,mh一一封窜段长度,m 3
11、)堵漏时V=KV1 式中V一一水泥浆用量,m3K一一系数,14V1一一水泥浆基数(2.4m3)针对上述不同挤水泥目的计算出水泥浆用量后按下式计算干水泥用量：t=1.465V(r水泥浆-1)式中t一一干水泥用量,tV一一水泥浆用量,m3r水泥浆一一设计水泥浆密度,g/cm3 3.挤水泥施工 在确定挤入方法,挤水泥用量后,挤水泥施工直接关系到挤封的成败。1)施工前准备 (1)地面设备:挤水泥前检查好动力、绞车、传动起升系统,做到起下钻具不发生任何故障。水泥车(组)工作可靠。(2)井眼准备:井眼应畅通,上部套管试压,井内相对稳定,所下工具达到设计要求。(3)工具及材料准备 井下结构:下入结构尺寸准,
12、上扣达到上扣力矩,如下双封隔器,中间筛管接在下封隔器顶部位置。尾管不宜太长。采用封隔器时应在室内组装试压合格后方可下入。材料准备:应备有合乎性能的压井液、水泥、添加剂、清水等。2)挤水泥施工 (1)洗井畅通,如下封隔器井待洗净后再座封。(2)试挤:求出挤封前地层吸收情况,进一步核定施工设计。试挤以压力平稳计时,时间不得低于5min,试挤的目的是即可观察挤入量,确定用水泥浆量,又可清洗挤封段通道。(3)挤水泥施工 套管内平推挤水泥：从井口直接推挤水泥浆,顶替压井液,候凝。光钻具挤水泥：挤封管柱管脚下至欲挤封井段100m以上,试挤后挤水泥浆、顶替、控压反洗、憋压候凝。封隔器挤水泥：按设计量挤入水泥
13、浆,按设计量替置压井液,扩压,上提挤水泥管柱至挤封段顶部以上30m反洗,反洗量应大于挤封管柱内容积3倍,起出井内结构,灌满压井液,候凝。控制挤入法:其挤水泥方法与光钻具挤水泥同,但挤水泥或活动管柱必须在井口及环形空间受控状态下进行。采用插管桥塞进行不反吐挤水泥施工后，反洗量应1.52倍挤封管柱内容积,起出井内结构,灌满压井液,候凝。3)挤水泥施工要求(1)挤水泥过程中,最高压力不得超过套管抗挤强度的70%。(2)整个施工时间不得超过水泥浆初凝时间的70%。(3)挤水泥后需留水泥塞时应高于封堵井段3050m或达到设计位置。(4)候凝时间2448h。三、特殊井挤水泥三、特殊井挤水泥 特殊井挤水泥必
14、须考虑特殊井的特殊性。1.薄壁套管挤水泥 薄壁套管由于多为有缝管,承受压力低加之注采过程油水的运移,受各种应力的影响极易变形破漏,因此薄壁套管挤水泥,解决挤封过程中套管承压问题是一个关键。为了解决承压问题,对在薄壁套管进行挤水泥作业,应在挤封段以下注水泥,上部用封隔器保护上部套管或用双封隔器卡出挤封段。施工中采用低压挤注或循环挤入法,水泥浆中加入一定添加剂,提高水泥浆流动性,降低水泥浆密度,以控制施工压力。一般压力控制在1OMPa左右,施工完毕不能长时间憋压应及时活动井内结构并起出。2.高压高含水,严重出砂井挤水泥 对高压高含水,严重出砂井挤水泥,除保证水泥浆进入目的层外,关键应有一个使水泥浆
15、相对稳定的凝结固化环境。由于受注水开发的影响,高压出水层有一个源远流长的水源。油层由于受水冲刷胶结物被破坏又造成地层坍塌,严重出砂,地层亏空。因此挤水泥工艺多采用控制挤入法且考虑地层亏空挤水泥前在管外填砂,垫稠泥浆或先挤部分水玻璃。在井控装置及管柱止回阀的配合下,满足了水泥有相对稳定的凝结硬化环境的条件,从而提高施工成功率。但应考虑施工过程中有止回阀不能反洗井的因素,并考虑挤入过程由于环形空间密封钻具上顶的防顶措施。3.低漏失井挤水泥 对地层致密,吸收量较小的漏失段挤封,一般采用循环挤入法,既要保证水泥浆有效地进入地层,又要防止挤入压力过高挤毁套管。施工作业中将水泥浆密度控制在1.7g/cm3
16、左右(根据井深浅选择水泥类型,可采用低密度水泥)且加入部分减阻剂；或采用以满足特殊封堵窜施工要求的，水泥颗粒直径5m以下的超微细颗粒水泥，将配制好的泥浆循环到目的层顶替后,在一定泵压下挤入,漏失井段应留有水泥塞。一、注水泥机理及其应用一、注水泥机理及其应用1.注水泥机理注水泥机理1)注水泥的目的注水泥的目的新钻油水井固井,老区油水井由于生产层位调整,大修井下衬、尾管后均需注水泥。注水泥工艺技术应用于油、气、水井内形成新的人工井底,应用于固套管,衬、尾管形成能密封油、气、水层及隔层的人工井壁,从而满足注采需要。2)注水泥的方法注水泥的方法 注水泥的方法很多,根据不同的井况采用不同的方法。(1)常规注水泥。常规注水泥是注水泥的基本方法,其他注水泥工艺均在此基础上发展衍生。所谓常规注水泥是将一定量水泥浆顶替到目的位置(井段)至管外预定的环形空间的一种施工工艺。其优点是施工简单,容易掌握。(2)多级注水泥 对于深井、热采井及部分漏失等特殊层,为满足注采需要,往往采用多级注水泥工艺。多级注水泥工艺是根据不同的井段(层位)分别添加一定数量的添加剂,以提高注水泥效果,满足注采需要。(3)环隙法注水泥
