1,渤海石油職業(yè)學院石油工程教學部,授課張建國,第一章措施井施工,第一節(jié)注水泥塞施工,2,在修井工作中，為了進行回采油層、找竄封竄、找漏堵漏、上部套管試壓等，往往注入水泥漿，在井內(nèi)某一井段形成堅固的圓柱體塞狀水泥石，以實現(xiàn)封隔井內(nèi)某一層段的目的，這種方法稱為注（或打）水泥塞。塞狀水泥石稱為水泥塞，俗稱灰塞。,3,注水泥塞分類、目的及用途1、分類底水泥塞懸空水泥塞2、目的及用途（1）處理鉆井過程中的井漏。（2）封層。隔開封閉某一層段（回采、找堵漏、找封竄、上部套管試壓等）。（3）封井。（4）提供特殊工具的承座基礎。,4,水泥塞封堵底層工藝,解決了因套管輕微變形而無法下入封隔器的油水井封堵問題。,夾層,二類油層,主力油層,水泥塞,石英砂,5,一、學習目標,掌握注水泥塞工藝理，現(xiàn)場能夠正確進行注水泥塞操作。,6,二、準備工作,7,1m鋼板尺一把,400型水泥車2臺,15立方米計量罐一個,二、準備工作,8,二、準備工作,2.編寫施工設計1）資料收集（1）作業(yè)井的套管規(guī)格、層位、射孔井段、地層滲透率、溫度、壓力系數(shù)、產(chǎn)液量、液性、漏失情況。（2）水泥性能。2）設計原則水泥塞厚度一般應在20m以上。被封堵層頂界到水泥塞面的距離必須大于5m。注水泥塞后井筒口袋深度應符合地質(zhì)要求。用非清水壓井注水泥塞時，修井液前后均必須替入適量清水作隔離液，井深超過3500m的井必須采用優(yōu)質(zhì)性能修井液。3)注水泥塞設計編寫要求編寫內(nèi)容、格式應符合設計的要求，詳見相關內(nèi)容中的設計模式。,9,二、準備工作,3.施工用液準備根據(jù)施工設計要求備足符合要求的修井液和清水。（1）在5m3儲液罐內(nèi)備足頂替用的修井液。（2）在2m3罐中裝入配灰漿用的清水。,準備施工用液,包括1)備足符合要求的壓井液和清水；壓井液一般為井筒容積的1.52倍2)備足符合要求配水泥漿的清水；配水泥漿的清水要做氯離子(CL-)化驗，當井深小于3000m時為1000mgL以下，當井深超過3000m時為700mg/L以下；,10,二、準備工作,4.油井水泥準備（1）施工前要在實驗室，對所用的油井水泥及添加劑的性能進行抽樣化驗。（2）把油井水泥和添加劑按設計要求用量備足拉送到井場，并在現(xiàn)場檢查水泥質(zhì)量。（3）將水泥擺放在配水泥漿的操作臺上。,11,二、準備工作,5.清水的準備（1）將清水拉到井場，并做氯根化驗。（2）將不合格的清水放入2m3配水泥漿罐內(nèi)。6.井筒及管柱準備（1）通井、刮削徹底清除井壁上污物。（2）若在自噴井注水泥塞施工，施工前必須用合適的壓井液進行壓井，達到井筒液柱壓力與地層壓力相平衡。（3）若井漏失嚴重，必須采取填砂或堵漏等工藝封堵漏失層段。（4）準確計算、丈量、配好注水泥塞管柱，并做好記錄。,12,二、準備工作,7.地面設施、設備準備（1）將水泥車與施工管線三通上裝單流閥的一端用快速管線連接。（2）接好刺水泥漿的刺槍。（3）在水泥車后面裝液斗內(nèi)裝清水22.5m3。（4）將水泥車上水管線插入2m3配水泥漿罐內(nèi)。（5）檢查好提升動力設備、井架、游動系統(tǒng)、工具、用具。（6）在現(xiàn)場必須有備用的水泥車。,13,1.將管柱完成在注灰深度（將注水泥管柱下至預計水泥塞底部0.5m2m），裝好井口；管柱尾部為光油管，如有其他需要可帶喇叭口或油管鞋,三、注水泥塞施工操作步驟,設計灰面頂部,設計灰面底部,14,3.配制水泥漿根據(jù)設計要求的水泥塞長度配制水泥漿，配水泥漿的水與試驗用水必須一致。1）密度應控制在1.81.95之間，使用密度計直接測定。水泥漿的密度太小，灰塞的強度等指標達不到；密度太大，則流動性變差。2）用量應根據(jù)各井的實際情況決定，深井注灰塞和淺井注灰塞，其附加量是有所不同的。配制水泥漿量應大于水泥塞體積，一般是采用在理論計算的基礎上，加附加量的方法。實際配制的水泥漿量是理論用量的1.2倍。,三、注水泥塞施工操作步驟,2.連接施工管線，并按施工設計要求試壓；試壓25MPa，經(jīng)5min不刺不漏為合格；,15,三、注水泥塞施工操作步驟,4.注水泥塞1）正替設計規(guī)定量的水泥漿2）正頂替水泥漿用與壓井液相同密度的液體將水泥漿頂替到預定位置。,16,一、頂替量準確、無誤。保證油套管水泥漿面平衡，防止拆井口后油套管返水。73mm油管,其量為深度m3.02L/m；,頂替是注灰塞成功與否的關鍵，必須要做到：,油管規(guī)范,17,1000m,頂替量=3.021000=3020L,注灰管柱下入深度。,實際注水泥塞的厚度。,無隔離液,頂替深度,18,950m,頂替量=3.02950=2869L,有隔離液,注灰管柱下入深度。,實際注水泥塞的厚度。,隔離液的厚度。,頂替深度,19,二、要造壓差。使油管內(nèi)液柱壓力大于環(huán)空液柱壓力0.20.3MPa，以保證水泥漿自動從注灰管柱內(nèi)流出。而且起管柱時油管不噴，保證水泥塞質(zhì)量。三、要注意。常規(guī)注水泥塞施工的液體要保持中性，礦化度不能太高。用非清水（泥漿或高含鹽類）壓井注水泥塞時，在替入的灰漿前、后需按一定的容積比，替入前墊液和后隔離液（清水）。目的是防止水泥漿與泥漿摻混或使水泥漿速凝或不凝固。，而且清水還能沖洗套管壁使灰漿能牢固的凝結(jié)在套管上。,頂替是注灰塞成功與否的關鍵，必須要做到：,20,清水,隔離液,非清水,按設計配制好水泥漿后按前隔離液，水泥漿、后隔離液、替置液順序和設計量注入井內(nèi)。,21,5.反洗井上提管柱至設計灰面以上12m，坐好井口后用壓井液將管柱內(nèi)及環(huán)空的灰漿殘余洗出井筒。要求：1）反洗井用液量不得少于注灰管柱內(nèi)容積的1.5倍，2）泵的排量要適當?shù)鸵恍悦庠斐伤嗳恢孟乱啤?三、注水泥塞施工操作步驟,22,6.關井候凝上提油管至設計水泥面位置以上100m，坐好井口，向井筒灌滿同性能壓井液，關井候凝。1）候凝時間應根據(jù)所選用油井水泥的API級別以及井溫確定，一般在2448h之間。,三、注水泥塞施工操作步驟,23,2）候凝時井內(nèi)必須穩(wěn)定，油套管液面必須在井口。3）對于高壓不穩(wěn)定井或?qū)娱g干擾大的井應采取加壓候凝，一般加壓35MPa。,7.探灰面（探水泥面位置(深度)符合設計要求）加深管柱探灰面，反復試探3次，每次加壓（510）（1020）kN，確定水泥塞面后，上提管柱至灰面以上20m，坐好井口，裝上壓力表；,三、注水泥塞施工操作步驟,24,8.試壓對所打水泥塞的密封情況進行驗證，保證灰塞密封合格，試壓標準同套管試壓,套管內(nèi)注水泥塞試壓標準,試壓前先反循環(huán)洗井后再試壓，防止油管堵塞，試壓失真。,三、注水泥塞施工操作步驟,25,26,注水泥塞操作步驟：,頂替水泥漿,試壓,反洗井,探灰面,下管柱,連管線試壓,配制水泥漿,關井候凝,注水泥塞,27,1.在注灰塞過程中，因壓力高，故注灰塞管柱必須上緊，不能發(fā)生斷落事故；管柱必須丈量、計算準確，累計長度誤差小于0.2。2.必須保證油管掛密封盤根完好，管柱和井口要密封，保證在液體循環(huán)過程中不會“短路”；3.井筒內(nèi)的液體要保持中性，礦化度不能太高，否則將使水泥漿在井筒內(nèi)速凝或不凝固。嚴禁使用促凝或緩凝作用的液體作為注水泥塞壓井液；4.井筒液柱壓力與地層壓力保持平衡，既不噴，也不漏，將井壓穩(wěn)方可注水泥塞施工；確保井內(nèi)穩(wěn)定不出油、氣和水是灰漿凝固的基本條件之一。因此，一般不在井內(nèi)不穩(wěn)定、壓井液外溢、氣浸等情況下注灰塞。,四、注水泥塞施工注意事項,28,5.注灰井在不溢不漏情況下才能進行注水泥塞施工；6.替、頂、反洗水泥漿過程中，中途不得隨意停泵。1）施工中若水泥車發(fā)生故障不能泵送時，應立即上提管柱至安全高度或全部起出井內(nèi)管柱；2）施工中提升設備發(fā)生故障不能起下管柱時，應立即反洗井，將井內(nèi)全部水泥漿洗出井筒；7.必須在設計的施工時間內(nèi)控制施工，關井候凝期間，井口要保證無滲漏,四、注水泥塞施工注意事項,29,8.探灰面時，加深管柱若未探著灰面，應將管柱尾管提至候凝深度以上；9.注水泥塞管線的進出口應一致,并做好反洗準備,管按標準試壓；10.坐油管掛時必須檢查油管掛密封盤根是否完好,若盤根損壞應及時更換；11.對有漏失的油井注水泥塞施工,必須墊夠稠修井泥漿方可施工；12.從配水泥漿到反洗井開始所經(jīng)歷的作業(yè)時間要控制在水泥漿稠化時間的70之內(nèi),四、注水泥塞施工注意事項,30,1.設計的水泥塞厚度應在10m以上；2.水泥塞與被封堵層頂界的距離必須大于5m；3.注水泥塞后井筒口袋深度應符合地質(zhì)要求。正常情況下，水泥塞頂面要保證在待返油層或上部已射層底界20m以上；,五、注水泥塞施工質(zhì)量要求,31,4.需封井的油水井無特殊要求者應注兩個水泥塞，第一個水泥塞位于最上一個射開層頂界以上5060m，第二個水泥塞頂面距井口50m左右；5.注水泥塞井段夾層小于10m時，注水泥塞管柱要進行磁性定位校正長度，尤其是深井；6.特殊情況下，可采用灌注法或擠注法。對高壓、高含水層還可用擠入的方法注灰塞。7.減少水泥漿凝固時收縮反應與環(huán)空液柱壓力變化；,三、注水泥塞施工質(zhì)量要求,32,8.打懸空水泥塞時，一般采取的辦法是：（1）填砂至預定灰塞底部位置。這種方法適用于封閉層與人工井底距離較短的井；若預封閉層與人工井底距離較長，不易用填砂處理，就需要用鈣化稠泥漿的方法處理，即先墊入鈣化稠泥漿于封閉層之上，再進行注灰塞。（2）壓木塞法，用管柱將木塞壓送到灰塞底部以防灰漿下沉，此多用在正規(guī)套管井中。（3）在懸空井墊一段稠化物或高密度液體，切斷液體交換條件，而達到防止其下沉目的。,33,六、注水泥塞施工技術要求,1、自噴井注水泥塞前，必須用壓井液將井壓平衡后，方可進行注水泥塞施工。2、注水泥塞管線必須按標準試壓，試驗壓力為10MZa，5min不刺不漏。3、注水泥塞管柱必須丈量、計算準確，累計長度誤差小于0.2。4、必須保證油管掛密封盤根完好或采用懸掛式井口裝置。5、井筒液柱壓力與地層壓力保持平衡，既不噴，也不漏。6、如果地層漏失嚴重，可根據(jù)具體情況，先填砂或使用堵漏劑進行堵漏。7、井筒內(nèi)的液體要保持中性，礦化度不能太低，否則將使水泥漿在井筒內(nèi)速凝或不凝固。,34,六、注水泥塞施工技術要求,8、注水泥塞的管柱內(nèi)壁要清潔，管柱和井口要密封，保證在液體循環(huán)過程中不會“短路”，保證水泥漿頂替深度的準確及正洗出多余的水泥漿。9、計算頂替量必須準確。10、要有專人指揮，專人計量。11、正洗井時,泵的排量要適當?shù)鸵恍?，以免造成水泥塞位置下移?2、替、頂、正洗水泥漿過程中，中途不得隨意停泵。13、在頂替水泥漿中途，若水泥車出現(xiàn)故障，應立即起出井內(nèi)油管。14、若頂替液將水泥漿頂替到預定位置，在上提油管時提升系統(tǒng)出現(xiàn)故障，應立即正洗出全部水泥漿。15、從配水泥漿到正洗井開始所經(jīng)歷的作業(yè)時間要控制在水泥漿稠化時間的50之內(nèi)，正洗井中途不得停泵。,35,淡水水泥漿的配制,（按干水泥100kg，密度3.15g/3計算）,七、參數(shù)計算,36,37,38,干水泥密度為3.15g/cm3,39,頂替液用量的計算,40,八、相關知識,（一）油井水泥指應用于各種鉆井條件下進行固井、修井、擠注等作業(yè)的硅酸鹽水泥和非硅酸鹽水泥。（二）油井水泥的主要成分2.化學組成1）主要氧化物氧化鈣（CaO）通常占熟料中的6267。二氧化硅（SiO2）通常占熟料中的2023。三氧化二鋁（AI2O3）通常占熟料中的37。氧化鐵（Fe2O3）通常占熟料中的26。,41,八、相關知識,2）游離氧化物游離氧化鈣（fCaO）；游離氧化硅（fSiO2）。其他氧化物氧化鎂（MgO）通常在熟料中含量小于6。堿質(zhì)（K2ONaO）。硫酐（SO3）熟料中含量一般在0.20.5。五氧化二磷（Z2O5）含量一般在0.20.5。二氧化鈦（TiO2）含量一般在0.20.3。,42,2.礦物組成由硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣四種化合物組成。它們在水化時對水泥物理性能將產(chǎn)生較大的影響，故稱為水泥的“活性成分”。人為地控制水泥中四種活性成分的比例以及它們的細度大小，能有效地改變油井水泥的基本性能，,43,（三）AZI油井水泥的分類2.根據(jù)使用環(huán)境分為：A、B、C、D、E、F、G、H、J九種，修井常用水泥為G級和H級。2.根據(jù)水泥抗硫酸鹽能力分為：普通型（O）、中抗硫型（MSR）、低抗硫型（HSR）。3.特殊水泥（2）纖維水泥纖維水泥就是一種能減少射孔損傷的彈性水泥，具有良好的變形恢復力，并能抗沖擊。（2）超細水泥超細水泥是平均粒度直徑為6um，最大粒度直徑為10um的精磨水泥。由于粒度極小，很適合需滲入狹小縫隙封堵套管和接箍的漏失。3.水泥添加劑有限的油井水泥類型，不可能全面滿足各種復雜情況下的施工要求，解決的辦法是在油井水泥中加入一種或多種添加劑，使水泥漿適合各種條件下的注水泥施工及其質(zhì)量要求。添加劑主要用于調(diào)整水泥稠化時間、密度、濾失量、流變性，增加強度及增加熱穩(wěn)定性。,44,（四）油井水泥的物理性能2細度用3900孔/2的篩子處理篩過，篩余量不超過10。2凝固時間按水泥質(zhì)量加水50，所得水泥漿的凝固時間應符合冷井水泥或熱井水泥規(guī)定的初凝和終凝時間。水泥漿從調(diào)配時起，到變稠開始凝結(jié)這段時間稱為初凝時間,從初凝起到凝固硬化這段時間稱為終凝時間。整個施工作業(yè)必須保證能夠在水泥漿初