安全打水泥塞与挤水泥作业..ppt

修留永 论安全打水泥塞作业 打水泥塞是钻井作业中常用的一种工艺 如地质或钻井报废弃井 填井纠斜或工程侧钻 地质侧钻 堵漏 隔绝某些地层等都需要打水泥塞封固 打水泥塞作业工艺比较简单 容易引起工程技术人员的忽视 不严格执行工艺措施 以至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 为确保打水泥塞作业的安全 有必要谈谈安全打水泥塞的问题 打水泥塞作业 打水泥塞根据钻井工艺要求可在套管中打 也可在裸眼中打 在套管内打水泥塞相对容易 安全 但是也不能忽视 否则会出现一些大的水泥卡钻杆事故 打水泥塞方法有平衡塞法 倾筒法等几种方法 我们公司常用的是平衡塞法 打水泥塞作业 这种方法就是将光钻杆下至注水泥塞深度的底部 注水泥后用泥浆替出水泥浆 管内留一定的水泥浆 使其水泥面高于环空水泥面高度 起出钻杆 一般起离塞面20 30m左右 循环出多余的水泥浆 也有注替结束后不循环直接起出钻具的做法 打水泥塞作业 打水泥塞有一定的技术要求 只要我们严格执行技术规范就会把水泥塞打好 避免出现将水泥塞打飞的复杂情况或者出现严重的焊钻杆事故 下面简述平衡塞法技术规范与注意事项 技术规范 1 1 水泥量设计根据水泥塞长度计算水泥量 注意要附加一定量的水泥 主要是考虑到井径误差和水泥塞顶部泥浆的污染 水泥浆量计算公式 水泥浆量 m3 水泥塞段长 m x井筒容积 m3 m 附加量 m3 1 2 顶替量计算替量必须准确 否则在水泥量少的情况下有可能把水泥塞打飞 为防止起钻时钻杆内反喷泥浆 钻杆内水泥面可比管外水泥面高100米 技术规范 技术规范 注替平衡后水泥塞长度计算公式 水泥塞长度 m 水泥浆量 l 井筒容积 l m 钻杆体积 l m 技术规范 注替平衡后水泥塞顶面深计算公式 水泥塞顶面深 m 钻杆下深 m 水泥塞长度 m 技术规范 顶替量计算公式 顶替量 m3 钻杆水眼容积 l mx 水泥塞顶面深 100m 1000 技术规范 3 确定施工排量 计算施工总时间 包括起钻和循环时间 技术规范 1 4 水泥浆性能设计为确保水泥塞的质量和强度 水泥浆的密度应在1 86 1 89之间 根据井温 压力实测水泥稠化时间 必要时加水泥添加剂 调整水泥浆性能 根据打水泥塞的井深及水泥量和总的施工时间确定合理的水泥稠化时间 与固井技术规定一样 稠化时间等于总施工时间加60分钟 技术规范 5 施工步骤 下光钻杆到预计井深 开泵循环正常后 准备注水泥 注清水或药水隔离液 数量约占环空高度的100米左右 注水泥 技术规范 注清水或药水后置液 数量约占管内高度的100米左右 达到管内外压力基本平衡 替泥浆 起钻至水泥塞顶面以上20 30m 循环洗出多余的水泥 再循环一周 起出钻具候凝 有时侯也可不循环直接起出钻具 注意事项 1 做水泥化验时所取的实验参数 水泥浆密度 井温 压力等 必须准确 否则也会导致注替结束后 不能把钻具完全起出 而把钻具固在井里的事故 注意事项 2 打水泥塞使用的钻具必须是光钻杆 不允许带钻挺 钻具在井筒里时必须活动钻具 特别是注替水泥时要不停的上下活动钻具 也可以同时转动顶驱或转盘防止卡钻 注意事项 3 对于 73mm以下的小直径钻杆必须循环出多余的水泥后方可起钻 因为钻杆水眼小 流动阻力大 加之停泵后水泥变稠 很容易起钻过程中把钻杆水眼固住 注意事项 4 在套管内打水泥塞也要活动钻具 特别是注替结束不循环起钻时不能停 必须将全部钻具起出井筒 不能认为钻具已起出水泥面以上 就可以停下而搞别的工作 因为实际注水泥量和顶替量的误差可能使钻具未完全提出水泥浆 即使刚刚提出水泥面 而钻杆上残留的水泥也可能把钻具固死 井打水泥塞设计一 基本数据1 目前井深 m 2 落鱼顶部位置 米3 水泥化验结果 高温级灰 稠化时间 分钟未稠 水源 4 需封填井段 m m5 光钻杆下深 m 打水泥塞设计模式 二 施工时间设计1 打清水 方 时间 分钟 2 注水泥 方 时间 分钟 3 注清水 方 时间 分钟 4 关闭灌泥浆闸门 时间 分钟 5 替钻井液 方 时间 分钟 含中途倒泥浆时间 打水泥塞设计模式 打水泥塞设计模式 6 卸方钻杆时间 分钟 7 起钻 柱 时间 分钟 8 接方钻杆时间 分钟 9 在井段 m处循环 替出多余的水泥浆 时间 分钟 以上作业需时间 分钟 设计水泥稠化时间 分钟 打水泥塞设计模式 三 打水泥塞注意事项1 光钻杆下到底后 一要把地面设备 特别是传动系统 刹车系统 防碰天车装置 气路 两台钻井泵等关键部位要检查好 二要循环好钻井液 三要大幅度提放和转转盘活动好井内钻具 四要检查好井口工具 为打完塞的起钻作业做好准备 打水泥塞设计模式 2 打水泥塞前 要明确岗位分工 水泥浆在裸眼时 主要队干部和技术办盯井人员要在钻台上把关 直到循环出多余的水泥 并把井内钻具起进技套内后 方可离开钻台 钻具在技套内的作业 由队上其它干部进行把关 打水泥塞设计模式 3 水泥浆出钻杆时 要上下大幅度活动钻具 并适当用转盘转动井内钻具 在实施接卸方钻杆 起卸光钻杆时 要适当用转盘转动内井钻具 打水泥塞设计模式 4 打塞的水泥浆密度不低于 g cm3 技术办盯井人员要亲自指挥注清水和水泥浆及替清水的施工 5 替钻井液时 技术办出一人在罐区指挥 技术员要亲自卡好4 罐的液面 注意3 与4 罐要隔开隔严 机泵房要配合好 柴油机转速要达到要求 不低于1250转 分 泵房由付司钻控制气门 听从技术人员停泵的指挥 打水泥塞设计模式 6 替完钻井液后 接卸方钻杆和起光钻杆的速度要快 7 打塞作业结束后 从起钻开始计时 水泥候凝24小时后 开始下钻修水泥面 钻修面至预定井深即可 注意提前准备好纯碱和其它钻井液处理剂 修面结束后 循环搞一次短起下钻 并记录好钻具提放时的井下阻力 为后续施工防卡提供依据 安全挤水泥作业 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 安全挤水泥作业 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 安全挤水泥作业 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 安全挤水泥作业 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 挤水泥工艺 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 挤水泥工艺 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 挤水泥工艺 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 挤水泥设计主要内容 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 挤水泥设计主要内容 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 挤水泥设计主要内容 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 挤水泥设计主要内容 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 挤水泥设计主要内容 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 挤水泥设计主要内容 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 施工步骤 1 安装合适的井口装置 采油树四通或者防喷器 施工步骤 2 应用电缆射孔或油管输送法在预计的井段射孔 施工步骤 3 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 施工步骤 4 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 施工步骤 5 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 6 当挤到所需要的压力时蹩压候凝 水泥凝固后起钻 施工步骤 施工步骤 7 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 技术要求 技术要求 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 技术要求 技术要求 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 技术要求 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 技术要求 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 118mm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 118mm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 实例 1 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 73mm钻杆 402 02m Y211型封隔器 1 58m 73mm钻杆 1537 68m 用清水顶通循环正常 停泵 座封封隔器 实例 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 实例 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 挤入量及压力情况见见表1 实例 表1挤水泥压力记录 实例 挤水泥作业结束后蹩压候凝 6月24日23 00井口压力降为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 封堵套管破损失败 准备第二次挤水泥封堵破损套管 实例 2 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2 实例 表2第二次挤水泥压力记录 实例 挤水泥作业结束后蹩压候凝 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开始对套管柱试压 最高压力16MPa 蹩压到17 45 30min压力未降 试压合格 实例 二 失败的实例 实例 G7 3JX井是冀东油田的一口救援井