浅谈挤水泥技术在修井中的运用

　　摘要： 本文从油井水泥的成份、水泥添加剂、水化机理、固化过程、施工方法等方面详细论述了油田修井作业中针对不同情况，采用不同的方法，达到挤水泥的最佳效果。

　　关键词：修井,挤水泥技术

　　1 油井水泥的特点

　　1.1 油井水泥的主要成分

　　油井水泥属硅酸盐类水泥，主要原料为石灰石、粘土和少量铁矿石。把原料按一定比例混合磨碎，做成生料，在1450℃的高温下煅烧，生成以硅酸钙为主要成分的熟料，再加少量的石膏磨细，便成为油井水泥。

　　1.2 水泥浆的物理性能

　　水泥浆应具有良好的流动性，在注水泥中不会凝固，注到预定位置后要尽快凝结硬化形成水泥石。由于井下情况差别很大，对水泥浆的主要物理性能，如密度、稠化时间、失水、强度等要进行测量，根据现场要求进行调配。

　　1.3 水泥添加剂

　　(1)促凝剂：可缩短水泥浆稠化时间的物质称为促凝剂。常用的有：R-5、氯化钙、氯化钠、氯化钾、水玻璃及海水等;

　　(2)缓凝剂：可延长水泥浆稠化时间的物质称为缓凝剂。常用的有：HR20、HR12、葡萄糖酸钙、铁络盐、璜化单宁和璜化烤胶、CMC;

　　(3)降失水剂：可降低水泥浆失水量的物质称为降失水剂。常用的有：DR-13、DR-15、CMC、柠檬酸、羧甲基羥乙级纤维素、粘土;

　　(4)减阻剂(分散剂)：可降低水泥浆流动阻力的物质称为减阻剂(分散剂)。常见的有：b-奈磺酸甲醛的缩合物、铁铬木质素磺酸盐、木质素磺化钠等;

　　(5)加重剂：可增加水泥浆密度的物质称为加重剂。常用的有：重晶石、赤铁矿;

　　(6)减轻剂：可降低水泥浆密度的物质称为减轻剂。常用的有：膨润土、硅藻土、膨胀珍珠岩、火山灰、粘土粉、沥青粉、玻璃微珠等;

　　(7)热稳定剂：可使水泥石在较高温度下保持一定强度的物质称为热稳定剂。常用的有：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小时强度不衰减即为合格。

　　(8)消泡剂：可防止水泥浆产生气泡的物质称为消泡剂。常用的有：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：可防止或减少水泥浆漏失的物质称为防漏失剂。常用的有：沥青粒、纤维材料等。

　　1.4 使用油井水泥的基本要求

　　水泥浆流动性好，适宜的初始稠度且均质不起泡;容易混合和泵送，分散性好，摩擦阻力小;流变性好，顶替效率高;在注水泥、候凝和硬化期间应保持所需要的物理性能和化学性能;满足所要求条件下的稠化时间和抗压强度;具有一定的稳定性，具有抗地层水的腐蚀能力，水泥在固化过程中不受油气水的影响;失水量及失水压力要符合要求，固化后不发生渗透;具有足够快的早期强度，短期内达到要求的抗压强度和较低的渗透性，适用于射孔需要，不产生过多水泥石裂缝;水泥凝固有较小的体积收缩率;水泥浆体系稳定，上下密度一致。

　　1.5 环境对油井水泥的影响

　　试验数据表明：温度对油井水泥的稠化时间有很大影响：温度每降低11～14℃时，稠化时间增加一倍。温度每升高11～14℃时，稠化时间会缩短一半。API标准规定配浆温度为27℃。因此，推荐现场混合水的温度在4～27℃之间。对于深井，配浆温度越低越好。压力变化对水泥凝固时间有较大的影响：压力高，凝固快。压力对水泥浆的失水有较显著的影响，在水泥浆泵送或静止时，压力越高，压差越大，水泥浆在喉道处失水量增加。水泥浆的密度越大，水泥石的抗压性越好。水泥浆的密度越小，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。水泥浆固化后具有一定的机械强度。水泥浆在采用正常水灰比候凝24小时的抗压强度约为抗拉强度的8～10倍。

　　2 挤水泥工艺技术

　　2.1 挤水泥的目的和要求

　　2.1.1 挤水泥的目的

　　(1)封堵套管外窜槽，加固套管外水泥环;

　　(2)阻挡水层，减少出水，提高采收率;

　　(3)封堵枯竭层位，改采其它层位;

　　(4)报废封井，防止层位流体运移;

　　(5)封堵误射孔层位，防止窜通或出水。

　　注水泥塞与挤水泥的区别在于：注水泥塞主要是考虑井筒内，依靠正常循环压力将水泥浆送至预定位置并使其凝固密封。挤水泥主要是考虑井筒外，依靠高压使水泥浆挤入套管外的射孔井段、渗透层、缝隙、孔洞、环空等部位，并使其失水凝固密封。

　　2.1.2 挤水泥对水泥浆滤失的要求挤水泥的机理是水泥浆在压差的作用下在喉道处滤失形成滤饼，凝固后形成坚硬的水泥石。对于高渗透松散地层，可用组合水泥浆挤注。首浆的失水量为300～800mL/30min，稠化时间为2小时。尾浆的失水量100mL/30min，稠化时间为4小时以上。首浆进入地层后部分失水或凝固，尾浆挤注时产生一定的压差。

　　2.1.3 挤水泥排量

　　在松散地层，0～8MPa的泵压可以获得0.5m3/min ～1.5m3/min的排量。致密地层，使用24～28Mpa的泵压，地层吸收排量为50～100L/Min。2.2 挤水泥工艺技术挤水泥时可在低于或高于地层破裂压力下进行。

　　2.2.1 送浆加压挤入法

　　下光管柱从油管将一定数量的符合性能要求的水泥浆循环送到设计位置，然后上提管柱对井筒施加一定的压力后关井(见图1)，使水泥浆进入目的层并在喉道处滤失形成滤饼变成坚硬水泥石。

 

　　2.2.2 循环挤入法

　　管柱下至挤注层以上10～20m，从油管挤注水泥浆，当水泥浆在射孔炮眼处失水形成滤饼时，泵压明显上升，停止挤注，进行洗井洗出多余水泥浆，上提管柱候凝(见图2)。该方法适用于老井、套管密封压力不准及地层吸收情况不确切的井况，以及采用平推加压方法不可行的井。该技术特点是水泥浆液柱产生的压力较大。油管挤注压力较低，套管压力较高。水泥浆量充足。具有一定的安全性。失水压力不易掌握。对失水量的控制是挤注成功的关键。浅井、高渗透率、地层胶结松散水层不宜采用此方法。

　　2.2.3平推加压挤入法

　　下光管柱至挤入井段以上一定距离，从油管挤注一定量的水泥浆后替挤清水，使水泥浆在管鞋以下一定距离时带压直接关井(见图3)。该方法适用于挤注压力较低，水泥浆量较大的层位。对于封层、封井、调层、堵串、尤其加固套管外水泥环有效。对于浅层正压水层极为有效。

 

　　该技术特点是整个施工过程不动管柱。水泥浆量充足，挤注压力较低。不洗井、带压候凝防止水泥浆外吐。适合浅井、松散地层采用。

　　2.2.4水泥承转器挤入法

　　用水泥承转器挤水泥，适用于挤注层上部套管承压不可靠的井及挤注量无法预计的井或隔层挤注。

　　2.2.5空井筒加压挤入法

　　空井筒加压挤入法主要用于挤注松散的浅水层或油气水井的工程报废封井。其条件是挤水时地层有吸收量，能够使水泥浆进入井筒。

　　3 挤水泥作业应注意事项

　　(1)挤水泥前应掌握水泥的型号、级别、适用井深、适用温度、稠化时间。

　　(2)禁止使用油管挂悬挂井口进行挤水泥。

　　(3)禁止使用旋塞代替闸门进行挤水泥。

　　(4)挤水泥进口和出口在井口处至少各连接一段高压软管线。

　　(5)挤水泥前应对管线、井口进行试压，试压压力为工作压力的1.2倍。

　　(6)使用防喷器半封挤水泥。

　　(7)估算油管、套管环空液柱压差时要考虑流体的摩阻、压力表的误差和精度，同时还要考虑油套环空是否有气体的影响。

　　(8)应控制最高挤水泥压力，防止水泥浆在顶替到位前失水而顶不到位。如果挤水泥压力过高，可适当降低泵入排量或水泥浆密度，使挤水泥压力适当降低。

　　(9)挤注量较大时，如果泵压平稳上升，挤水泥过程应连续不间断。

　　(10)如果挤注压力过低，可适当停泵，间歇挤注以提高挤注压力，增加挤水泥效果。

　　(11)挤水泥时水泥泵车出现故障，水泥浆挤入量不足时，可用备用泵车顶替，将井筒内的水泥浆挤入地层，准备二次挤水泥。

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