论安全挤水泥作业.docx
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论安全挤水泥作业
论安全挤水泥作业
摘要固井是建井过程中必不可少的一个环节，非常重要，它关系到一口井的成败，所以在公司的QHSE体系文件中对于固井管理已经作了明确的规定，为的是确保下套管注水泥成功，固井质量合格。
但是在实际固井工作中由于客观情况的变化，或主观上的工作失误，会出现一些固井复杂情况。
在注水泥过程中发生井漏、蹩高压、替空、油气水侵窜槽等都会导致固井质量不合格。
如果出现了水泥上返不够、局部替空、套管试不住压等情况就需要采取补救措施，这就引出了二次固井和挤水泥作业的问题。
挤水泥作业比较复杂，如果措施不当就会酿成严重的水泥焊钻具事故。
近几年来，这类事故也偶有发生，为确保挤水泥作业的安全，有必要阐述安全挤水泥作业的问题。
主题词固井复杂挤水泥安全
挤水泥就是利用液体压力挤压水泥浆，使之进入环空需要封固的井段或进入地层的裂缝、孔隙，以达到封隔油气层的目的，也可以达到堵炮眼和封堵套管漏失的目的。
如果管外有漏失层和高渗透层，则挤入压力小于地层破裂压力时就可以将水泥挤入，这叫做低压挤水泥。
如果挤入压力超过地层破裂压力才能将水泥挤入，叫做高压挤水泥。
一、挤水泥工艺
在石油钻井工业中常用的挤水泥工艺有三种。
1、利用井口装置关井挤水泥
下光钻杆或油管到预计井深，泵入一定量的水泥浆，替钻井液，把管柱提出水泥面，循环出多余的水泥浆，然后关闭井口（可以关防喷器，也可以应用采油树的锥挂关闭井口），从管柱水眼内挤入一定量的钻井液，达到把水泥浆挤入地层封隔油气水层的目的（或达到堵炮眼、堵套管破损、堵尾管重叠段的目的）。
2、用封隔器挤水泥
用油管或钻杆把封隔器下到预计井深，泵入一定量的水泥浆，替钻井液，把管柱提出水泥面，循环出多余的水泥浆，然后坐封封隔器，从管柱水眼内挤入一定量的钻井液。
3、用水泥承留器挤水泥
用钻杆或油管将水泥承留器下到挤水泥目的层顶部，（也可以用电缆把水泥承留器下到预计井深，点火坐封）从管柱水眼内直接挤水泥。
二、挤水泥设计主要内容
1、需采集的数据
地层孔隙压力、漏失压力；射孔位置；循环温度；套管内介质性能；容积数据；挤水泥允许井口压力数据；下井套管记录；作业管柱资料（油管或钻杆）；套管强度资料（抗拉、抗内压强度等）；井口装置。
2、确定挤水泥的方法
根据挤水泥的目的和采集到的有关数据确定应用哪一种挤水泥工艺，原则上先选择利用井口装置关井挤水泥方法，这种方法比较简单，其次选择用封隔器挤水泥方法，最后考虑用水泥承留器挤水泥的方法。
3、计算水泥浆量，配水用量、顶替钻井液量、作业管柱循环量、挤入量。
4、选择前置液和后置液配方、计算数量。
5、选择注水泥、替钻井液、挤水泥排量。
6、计算注水泥、替钻井液、循环、挤水泥压力。
7、确定水泥浆体系，做水泥浆化验。
8、计算最高压力时，管柱的向上力，及井口装置的向上力。
防止压力过高管柱上窜或套管柱所受的拉伸载荷过大，使套管丝扣滑脱。
9、施工步骤。
10、技术要求（包括安全注意事项）。
三、挤水泥的施工步骤（本节只叙述利用井口装置关井挤水泥的施工步骤）
安装合适的井口装置（采油树四通或者防喷器）；应用电缆射孔或油管输送法在预计的井段射孔；将光钻杆（或油管）下过射孔深度5～10m；循环一周，有条件的井可以把套管内的介质替换成清水；关闭井口，试挤一定量的液体，记录排量、压力、累计流量、和地层的吸入量，校和设计的水泥量；注前置液；注水泥浆；替后置液，替顶替液；打开回水闸门，起钻至水泥面以上100m；正循环或反循环，将多余的水泥浆循环出井筒，再循环半周；关井口，从管柱水眼（或环空）挤顶替液；当挤到所需要的压力时蹩压候凝，水泥凝固后起钻；接钻头下钻，钻水泥塞；水泥塞钻穿后，试压检验堵孔效果，如果达到试压标准结束挤水泥作业。
四、技术要求（包括安全注意事项）
1、必须按井下温度和压力做水泥浆化验，确定药品种类和加量。
稠化时间=挤水泥施工时间（注水泥时间+替钻井液时间+起钻时间+循环时间+关闭井口时间+挤水泥时间）+60min。
水泥浆失水量依据地层渗透性而定，低渗透地层允许6.9MPa30min失水量在100～200ml之间，高渗透地层允许在50～100ml之间，裂缝性地层失水量控制在200～500ml之间比较合适。
24h的水泥石抗压强度＞14MPa。
2、前置液和后置液的高度不得低于150m,目的是有效地隔离水泥浆与套管中的液体，防止互相污染。
必要时，可做管内介质与水泥的污染实验。
3、射孔位置必须避开套管接箍。
4、如果射孔位置是油气层，射孔前要作好防喷工作。
5、所有下井管柱要丈量准确，水眼通畅；丝扣涂匀螺纹密封脂，按标准扭矩上扣，确保管柱的密封。
6、注水泥替顶替液后起钻到水泥面以上，必须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，以确保井内管柱的安全。
7、钻井队必须对设备进行仔细检查，要求设备运转正常后再进行注水泥作业，保证打完平衡塞后正常起钻。
8、固井公司必须对固井设备进行仔细检查，对管汇试压合格，试运转正常后再开始施工。
五、实例
（一）成功的实例
官32-74井由第一钻井公司50531队承钻，4月30日固井，5月2日试压20Mpa，30min压力不降。
5月3日交井，5月15日井下作业公司下φ118mm通径规至2502.3m，替换成清水，试压20Mpa，30min压力不降。
然后气化水，测液面在1764m。
起通径规时发现油管外壁有水，怀疑套管渗漏，下封隔器找漏，初步判断3处可能有问题。
6月10日钻井公司20507钻井队用φ118mm封隔器找漏，确定漏失位置在1936.48m～1938.48m之间。
6月15日用井下照相技术判断漏失点在1937.05m，（加补心差2.3m，应为1939.35m）。
经油田公司开发事业部组织的专题会议研究，决定应用挤水泥的方法补救套管破损。
1、挤水泥设计
⑴基本数据
井身结构
φ444.5mm钻头×263m+φ339.7mm套管×260.19m
φ215.9mm钻头×2620m+φ139.7mm套管×2617.54m
油层套管规格
φ139.7mm×N80×φ7.72mm（宝钢生产）
阻位：
2597.32m，人工井底：
2594.65m，水泥返深：
2138m。
套管破损段最大井斜角0.5度。
漏失压力25.4MPa。
⑵水泥量计算
预计注水泥4m3，挤入量3.5m3。
水泥浆密度1.88g/cm3。
⑶下井管串结构
φ73mm钻杆X400m+Y211型封隔器+φ73mm钻杆X1540m
⑷施工排量和时间计算（见表1）
表1施工排量和时间
工序
排量m3/min
累计流量m3
时间min
累计时间min
注水泥
0.5
4
8
8
替清水
0.5
3.38
7
15
起钻22柱
135
150
循环
0.5
40
190
座封隔器
5
195
挤水泥
0.2-0.5
3.5
45
240
⑸水泥浆性能要求
采用嘉华G级，密度：
1.88g/cm3，试验温度：
65οС，压力：
20MPa，稠化时间：
300min，24小时强度：
>14MPa。
采用井场水源进行水泥浆模拟化验，确定药品加量。
2、施工步骤
⑴用φ118mm通径规通径至2000m,清水循环起钻。
⑵井口安装18-35防喷器，必须有四通并带有闸门，能与水泥车管线连接，确保安装质量。
⑶下钻到井深1940m，下到位置后清水循环一周。
⑷按操作规程座封Y211型封隔器，试挤清水1m3，压力不超过6MPa，排量小于5l/s,记录压力和吸收量。
⑸上提钻具解封，注药水隔离液0.5m3,注水泥4m3，先替0.5m3药水，再替清水2.88m3。
⑹起钻400m，起钻时灌满清水。
循环清水一周，放掉多余的水泥浆。
⑺按操作规程座封Y211型封隔器，关防喷器半封闸板，使用水泥车由四通闸门注水，环空蹩压10MPa。
⑻应用间歇挤水泥方法正挤清水，累计挤入量3.5m3，压力15MPa。
在挤水泥过程中，压力升至15MPa时停止挤入，待压力下降后继续挤水泥作业。
蹩压候凝，12h后放空起钻，24h下钻钻水泥塞至1960m。
⑼套管试压15MPa。
如试压合格，继续下钻到阻位，循环洗井后起钻合格交井。
3、技术要求
⑴注水泥计量，根据水灰比计算，用水泥车计量。
替清水计量用水泥车计量，由固井公司负责。
⑵采用一台40-17型水泥车负责注水泥、替清水、挤水泥施工。
一台AC-400型水泥车负责供水。
一台下灰罐供灰，一台AC-400型水泥车环空蹩压。
⑶钻井队仔细检查井口工具，杜绝井口落物，严防发生落物卡钻。
⑷入井钻杆水眼必须保证畅通，长度丈量准确无误，上紧丝扣确保密封。
⑸钻井队负责钻井设备及井口工具的检查和使用，确保注水泥后的正常起钻。
⑹固井公司施工人员负责对固井队设备的检查和使用。
固井管汇试压至20Mpa，不刺不漏方可施工。
4、官32-74井挤水泥施工情况
⑴第一次挤水泥施工情况
2004年6月24日下钻到1941.28m，钻具结构是：
φ73mm钻杆（402.02m）+Y211型封隔器（1.58m）+φ73mm钻杆（1537.68m）。
用清水顶通循环正常，停泵，座封封隔器。
用水泥车挤清水0.1m3，压力6MPa,7min后降为0MPa。
关防喷器半封闸板由环空蹩压5MPa，证实封隔器起作用。
由钻杆水眼挤清水1m3，压力由6MPa降为5MPa，蹩通。
开防喷器解封，注药水前置液0.5m3，注水泥浆4m3（平均密度1.90g/cm3），替药水3.4m3。
起钻22柱，钻柱下端面在井深1540m处。
开泵循环返出水泥0.5m3，继续循环返出药水清水循环正常后，停泵座封隔器，关井环空蹩压12MPa，开始挤水泥。
见表2：
表2挤水泥压力记录
序号
时间（h:
min）
挤入量（m3）
压力（MPa）
静止时间（min）
静止后压力（MPa）
1
12:
43-12:
48
1.5
11
3
8
2
12:
51-12:
53
0.5
12
7
9.5
3
13:
00-13:
01
0.2
12
8
9
4
13:
09-13:
10
0.2
12
16
8.5
5
13:
26-13:
27
0.2
11
24
7
6
13:
51-13:
52
0.2
11
51
7
7
14:
43-14:
44
0.2
12
1
9
蹩压候凝。
6月24日23：
00压力降为3.5MPa,起钻接钻头下钻，钻水泥塞。
钻完水泥塞后，试压10MPa,20min下降到8MPa，封堵套管失败，准备第二次挤水泥封堵破损套管。
⑵第二次挤水泥施工情况
2004年6月30日下钻到1947.4m（钻具组合与第一次挤水泥的钻具组合相同）。
清水循环正常，坐封封隔器，关防喷器环空蹩压12MPa，挤入清水1m3，压力由17MPa降到10MPa，吸收量0.7m3。
解封开井后，注水泥4m3（平均密度1.87g/cm3），替药水3.5m3。
起钻22柱到井深1540m，开泵循环返出水泥约0.5m3，循环出药水后返出清水正常。
座封隔器关井环空蹩压12MPa，开始挤水泥。
见表3：
表3第二次挤水泥压力记录
序号
时间（h:
min）
挤入量（m3）
压力（MPa）
静止时间（min）
静止后压力（MPa）
1
14:
45-14:
50
1.5
16
5
11
2
14:
55-14:
57
0.5
16
23
12
3
15:
20-15:
21
0.2
20
1
17.5
7月1日下钻探水泥塞，1894m遇阻，7月3日钻完水泥塞。
当日17：
15打压到16MPa，蹩压到17：
45，30min压力未降，试压合格。
（二）失败的实例
G7-3JX井是冀东油田的一口救援井，井底目标点是G7-3井的喷层（大约3341m）。
该井下φ139.7mm套管固井完成，然后在3341m-3346m井段射孔16个，向喷层注水泥压井。
第一次直接由套管内挤入水泥40m3，由于炮眼未堵住，进行了二次挤水泥堵炮眼作业。
φ73mm光钻杆下深3343.72m，注水泥浆4m3，替后置液0.4m3，替钻井液（密度1.57g/cm3，37sec）6.2m3。
起钻25柱（720m），大约离水泥面390m，坐采油树锥挂，挤水泥。
共计挤入水泥0.95m3，压力22MPa，不降，蹩压候凝。
12h后开井起钻遇卡，开泵可以循环钻井液，上提下放活动钻具无效，卡死，卡点2018m。
幸运的是经过一个多月的5次泡酸震击解卡。
如果水眼不通，该事故就很难处理，可能会使油井报废。
分析原因主要是钻具起到水泥面以上，未循环钻井液冲洗多余的水泥浆，钻杆接头的抬肩挂起少量的水泥浆，候凝过程中水泥凝固与套管固结在一起。
六、结论
1、挤水泥作业对水泥浆性能有一定的要求，必须做水泥浆化验，水泥稠化时间和失水等性能符合施工要求。
2、足量的前置液和后置液可以有效的防止水泥污染钻井液、钻井液污染水泥浆，有利于打平衡塞和挤水泥的安全。
3、管柱一旦与套管被水泥固住很难处理，可能会导致油井工程报废。
4、打完水泥塞，管柱起到水泥面以上必须循环洗掉多余的水泥浆，待井眼清洁后再关井挤水泥。
5、当管柱上带有封隔器时，要优选封隔器的位置，使其在打水泥平衡塞时在水泥面以上，防止起钻时抽吸。
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