《固井与完井作业》2

《固井与完井作业》郏志刚渤海石油职业学院石油工程系钻井专业室学习情境二油井水泥的选择学习情境二油井水泥的选择一、油井水泥的组成及水化反应（一）油井水泥的矿物成分；（二）水泥水化反应：1、胶溶期；2、凝结期；3、硬化期；（三）影响油井水泥水化作用的因素：1、成分；2、温度；3、细度；4、水灰比；5、压力；6、体积；二、水泥浆的性能（一）密度：（干水泥：3.15g/cm3、水泥浆：1.78~1.98g/cm3)（二）水灰比：（最小水量：<30BC、大水量：<清液3.5mL）（三）失水控制：（普通：100~300mL/30min）（挤水泥：50~150mL/30min）（控串：30~50mL/30min）（标准：50~200mL/30min）项目一油井水泥认识项目一油井水泥认识（四）流变性；（湍流、层流、塞流）（五）容积变化；（六）稠化时间；三、油井水泥分类（一）API水泥级别（八个）（二）API水泥的特性（三）其他油井水泥1、超细水泥；2、抗高温水泥；3、快凝早强水泥；二、水泥浆的性能项目二油井水泥的测定（1）可变密度，不沉淀、易流动、无气泡；（2）易混合、易泵送，摩阻系数小；（3）顶替效率高，流动性可调；（4）浇筑过程中，各项性能稳定；（5）泵送中不侵油、水，不失不渗；（6）速凝、早强，强度稳定性好；（7）固井胶结强度大；（8）抗腐蚀能力强；（9）冲击破损小；（10）可调稠化时间及抗压强度；一、水泥浆的性能的要求项目二油井水泥的测定（一）水筛法；（二）负压筛法；（三）实验室制备水泥浆；（四）水泥浆密度测定；（五）水泥浆稠化时间测定；（六）水泥浆流变性能测定；（七）水泥浆静失水量测定；（八）水泥浆游离水量；二、油井水泥细度测定学习情境三油井水泥外加剂的选择一、外加剂的应用（一）促凝剂：用于缩短水泥浆的稠化时间，加速水泥浆水化反应和提高早起强度的外加剂。（二）缓凝剂：用于延长稠化时间，增加可泵送时间，改善水泥浆的流动性。（三）降失水剂：用于减少失水、降低水泥用量、改善水泥浆的稳定性、防止因水泥浆的失重而引起的气串，避免井喷。项目一常用外加剂的使用项目一常用外加剂的使用（四）分散剂：用于改善水泥浆的流动性能、减少失水量、提高顶替效率，便于泵送。（五）防气串剂：用于防止环空发生气串。（六）减轻剂：用于降低水泥浆相对密度，以满足地层条件的需要。（膨润土、硬沥青、硅酸钠、微珠）（七）加重剂：用于提高水泥将密度。（重晶石、赤铁矿、食盐）一、外加剂的应用项目一常用外加剂的使用（八）抑泡剂和消泡剂：用于破坏泡沫稳定存在因素的化学剂。（九）减少或阻止高温强度衰退的硅质材料：用于防止水泥浆在高温下的强度衰退。（十）减少或防止井漏的外加剂和掺料剂：在注水泥施工期间，用来堵住地层中的裂缝、洞穴及渗透层等。一、外加剂的应用项目一常用外加剂的使用（一）冲洗液1、定义：是在隔离液或水泥浆前面注入的一种能清洗井壁、套管壁及稀释钻井液的液体，同时对稀释的接触段，钻井液能改善流变性能。2、分类：水基冲洗液；油基冲洗液；3、作用：（1）稀释分散钻井液，防止絮凝和胶凝；

（2）清洗环空，提高套管与井壁胶结强度；

（3）隔绝钻井液、水泥浆，避免相互接触污染；（4）改善钻井液流动性能，易于流动顶替；4、密度：~1.03g/cm3；5、高度：＜250m；二、前置液项目一常用外加剂的使用（二）隔离液1、定义：是在水泥浆前面注入的一段配制液体。用于隔离钻井液与水泥浆，液体黏度、密度和静切力可调。2、分类：塞流隔离液；湍流隔离液；3、作用：（1）形成平面推进钻井液；（2）利于稳定井壁，防止坍塌；（3）隔绝钻井液、水泥浆，避免相互接触污染；（4）具有浮力效应及拖拽力，增强顶替效果；4、密度：大于钻井液0.06~0.12g/cm3；5、失水量：50ml/30min左右；6、高度：200m；二、前置液项目二油井固井水泥体系应用（一）普通水泥浆体系；（二）正常水泥浆体系；（三）高密度水泥浆体系；（四）低密度水泥浆体系；（五）抗盐水泥浆体系；（六）防气窜水泥浆体系；（七）膨胀水泥浆体系；（八）泡沫水泥浆体系；（九）MTC水泥浆体系；（十）塑性水泥浆体系；（十一）触变水泥浆体系；油井水泥的选择与应用不同水灰比、不掺入任何外加剂、外掺料的油井水泥浆体系。一般应用导管、表层和浅井。也可以应用到一般油层。（一）普通水泥浆体系；油井水泥的选择与应用掺入降失水剂、分散剂等外加剂，根据井底温度和施工时间加入不同比例的缓凝剂，达到高分散低失水，易泵送目的的水泥浆体系。有高温水泥浆体系、高早强体系、短候凝体系等。（二）正常水泥浆体系；油井水泥的选择与应用

掺入赤铁矿、钛铁矿、重晶石等加重材料及其它配伍外加剂的水泥浆体系。常用于高压井。（三）高密度水泥浆体系；油井水泥的选择与应用掺入漂珠、微硅、般土、粉煤灰等低密度材料及其它配伍外加剂的水泥浆体系。常用于低压井。现在已经研究并采用超低密度水泥浆体系，水泥浆密度达到：1.05~1.09g/cm3，强度依然很高。（四）低密度水泥浆体系；油井水泥的选择与应用钻井过程钻遇盐层、膏层或盐膏层，多采用欠饱和或半饱和盐水泥浆体系，由于氯离子含量高，水泥浆中要加入抗盐外加剂以防止水泥浆污染，保证固井质量。（五）抗盐水泥浆体系；油井水泥的选择与应用在水泥浆中加入膨胀剂或胶乳等外加剂，防止水泥凝固过程中失重，易造成气侵，带来井喷隐患。多用于油气活跃的井。（六）防气窜水泥浆体系；油井水泥的选择与应用为克服水泥浆的体积收缩和解决油水气侵，在水泥中加入膨胀剂配成的水泥浆体系。有氢气、氮气和晶格膨胀剂。（七）膨胀水泥浆体系；油井水泥的选择与应用采用化学发泡剂和稳泡剂或用机械的方法充入空气或氮气的水泥浆体系。具有成本低、密度低、强度高、隔热好等优点。（八）泡沫水泥浆体系；油井水泥的选择与应用向泥浆（钻井液）中加入某些物质如矿渣和外加剂如激活剂、早强剂、分散剂，使泥浆转化为水泥浆。它在防漏失、防气窜、提高固井质量、环境保护等方面具有优势。（九）矿渣水泥浆体系；油井水泥的选择与应用为提高水泥石的抗拉、抗剪和抗冲击性能，防止水泥环的碎裂，在水泥浆中加入增韧剂（也叫增塑剂）。目前有：高分子聚合物类、纤维类、橡胶类。应用于小间隙薄水泥环井等，它能够承受钻头、钻杆、射孔等产生的冲击和振动，防止对水泥环的破坏。（十）塑性水泥浆体系；油井水泥的选择与应用水泥中加入触变剂（无机或可交联的聚合物）形成的搅拌后水泥浆变稀，静止后变稠的特性。适用于松散地层、漏失地层、一定条件下可以防止气窜。无机有：膨润土体系、硫酸钙体系、硫酸铝—硫酸亚铁体系等。（十一）触变水泥浆体系；学习情境四注水泥作业一、注水泥作业概论1、注水泥设计依据：井别：油井、气井、注水井、注气井、注油气井；油层压力：高压层、低压层、漏失层（地层裂缝带）；腐蚀性气体或液体：含H2S、CO2、高矿化度地下水；注水泥返高：长井段注水泥、水泥返至地面；2、注水泥选择：水泥浆性能：高、中、低密度、缓凝、耐高温、耐腐蚀；注水泥方式：一次注水泥、多级注水泥、套管外封隔器注水泥（水泥充填封隔器）；一、注水泥作业概论3、注水泥作业分类图：固井现场布置示意图二、注水泥作业前的准备固井准备是固井工程的重要组成部分，直接影响到固井施工质量和固井封固质量的好坏。固井准备有相当大的部分由钻井监督组织实施。固井准备主要包括：1、井眼准备。2、钻井液准备。3、钻井设备准备。4、钻具准备。5、井口装备和井口工具准备。6、下套管设备。7、固井设备准备。8、固井材料和工具设备。9、固井水准备。10、固井设计，水泥化验，技术措施准备等。二、注水泥作业前的准备1、井眼准备(1)测深：完钻时，必须准确计算井深。以恢复悬重后（或无钻压情况下）的方式计算。(2)保径：对电测井径小于钻头名义尺寸的井段，必须用标准钻头划眼处理。对钻头与套管间隙太小的井眼或井段（如6″×5″环形间隙），在有条件时应进行扩眼处理。(3)井身质量：凡全角变化率超标的井，应采取措施处理，以利套管下至设计井深。二、注水泥作业前的准备1、井眼准备(4)通井：要做到井底无沉砂、井壁无台肩、垮塌，井内无油气水侵、无漏失、无阻卡，塑性地层要保证有较长时间的蠕变周期。(5)洗井：上返速度力求达到1.2m/s。钻头在井底位置循环时间不得少于三周，达到入井与出口钻井液密度一致（相差小于0.02g/cm3），无岩屑。二、注水泥作业前的准备2、钻井液准备钻井液性能与固井有密切关系的性能指标应达到：(1)钻井液密度在1.30g/cm3～2.10g/cm3范围内：屈服值应小于8Pa，塑性粘度应在22mPa·s～30mPa·s之间；(2)钻井队应按固井设计要求，准备标量顶替泥浆。对准备的顶替用重泥浆应定期搅拌循环，保证固井时排得出、不沉淀。顶替用重泥浆不得与其它泥浆混装。二、注水泥作业前的准备3、钻井设备准备(1)检查：提升系统、循环系统、电力系统、仪表系统等，并作必要的更新、维护、保养，使之外于良好状态。(2)两台泥浆泵缸套直径应适当，保险销子与固井施工压力要匹配。循环系统中用于顶替作业的各泥浆罐（包括储备罐）各闸门应灵活可靠。(3)下套管前，按下套管最大负荷对钻井设备能力进行核算，对于大吨位下套管作业，作业前应校正钻机，甩掉多余钻具。二、注水泥作业前的准备4、钻具准备(1)在进行内管法固井、尾管固井、注水泥塞、挤水泥作业时，都要使用钻杆。所用钻杆内径必须畅通。(2)最后一次通井起钻时，对所用钻具进行编号并排列整齐。钻铤、加重钻杆要放在恰当位置。(3)检查用于固井的钻具不能有伤。不合格不得下井，保证钻具能承受额定负荷。二、注水泥作业前的准备5、井口装备、井口工具准备(1)检查套管和钻杆连接的循环接头、钻杆回压凡尔，能关闭套管与井眼环空，也能关闭钻杆与井眼环空，实施随时有效井控。(2)准备套管吊卡，B型大钳及用于与套管本体、接箍的钳头，钻杆卡瓦，能接方钻杆和水龙头的循环接头。二、注水泥作业前的准备6、下套管、固井设备准备(1)检查动力装置、液压管钳、气动吊卡、气动卡盘、扭矩仪等，应正确安装下套管专用设备机具工具。(2)固井前在地面高压管汇中应安装反循环管线，排出尾管喇叭口以上多余水泥浆。(3)注水泥车组、连接管线、闸门试运行正常。水泥头，挡销、闸门好用，上扣方便。流量计系统，保证计量准确。三、固井现场布置示意图一三、固井现场布置示意图二四、注水泥固井作业(一)一次注水泥技术(二)双级(分级)注水泥技术(三)筛管顶部注水泥技术(四)尾管注水泥技术(五)管外封隔器工艺技术(六)管内注水泥工艺技术(七)管外注水泥技术(八)反循环注水泥技术(九)延迟凝固注水泥技术（一）一次注水泥作业1、定义：一次性把水泥浆从套管内注入并从环形空间返出的注水泥作业。目前大多数固井施工都采用一次注水泥技术。2、管串结构：联顶节套管串浮箍套管(2根)浮鞋3、常规固井作业程序下套管到位→灌满泥浆、接水泥头开泵循环（同时连接固井设备、管线）→管线试压→注前置液（或投底塞、注前置液）→配、注水泥浆→投胶塞（或顶塞）、注后置液→注顶替液、碰压→装井口、候凝→探塞、钻塞→测固井质量→套管试压。4、常规固井作业要求（1）下完套管、开泵循环时，先低泵冲小排量顶通，后分逐步提排量。（2）提至施工排量后，至少循环二至三周才能施工。（3）循环结束到注前置液开始间隔不超3分钟，否则应再循环。（4）管线试压应大于设计的最高施工压力。（5）施工过程中，返出的混浆、水泥浆不得返入循环系统。（6）钻水泥塞时，转速宜在45～60转/分，钻压在0.8～1.5吨。5、常规固井水泥头的操作：(1)安装试压后的水泥头，检查阀门、挡销是否关闭。(2)打开洗管线阀门，清洗注水泥管线。(3)关闭洗管线阀，打开注水泥阀，注前置液、水泥浆。

(4)注水泥浆结束后，关闭注水泥阀，打开水泥头左右两个胶塞挡销，释放胶塞。(5)打开压胶塞阀门，进行压胶塞替浆作业。(6)确认胶塞下放，关闭挡销。替浆结束后，确定憋压。关闭替浆阀门，候凝。水泥浆初凝后卸掉水泥头。6、一次单塞注水泥固井作业图解7、一次双塞注水泥固井作业图解（二）双级注水泥（分级）定义是利用连接在管串上的可以打开和关闭的特殊接箍（分级箍），将一口井的注水泥作业分成二或三次完成的注水泥工艺。1、分级箍作用：（1）长封固段固井；（2）漏失条件下固井；（3）大水泥量固井；（4）封固某一地层段；（5）减少窜槽，减小泵压；2、型号表示方法：3、分级箍结构：4、分级箍作用原理：1、入井、一级固井时状态4、分级箍作用原理：2、投入开孔塞到位时状态4、分级箍作用原理：3、开孔后、二级固井时状态4、分级箍作用原理：4、二级固井、关闭塞到位时状态4、分级箍作用原理：5、关闭分级箍循环孔时状态（二）正规非连续式双级注水泥工艺流程：1、非连续双级注水泥工艺特点：（1）水泥浆密度大于地压时，可防止过长的水泥浆液注造成薄弱地层压裂、漏失，影响固井质量，甚至固井失败；（2）可以防止由于水泥浆由于不同时间的凝点而造成的泥浆柱“失重”，从而导致油气失压上窜；（3）可依据地层温度选用不同温度凝点的水泥，避免了由于地层温差而响影了固井质量；（4）由于水泥浆流动距离缩短，从而减少了水泥浆与底层的污染；（5）两级间不封闭时，由于填充的是钻井液或顶替液，因此可以减少了水泥浆的用量，降低了固井成本；2、正规非连续式双级注水泥工艺流程图解：3、非连续双级注水泥工艺要点：（1）泵注隔离液之后注一级水泥浆，完成后投入一级胶塞（底塞）。（2）泵注顶替液，其用量要严格计算（浮箍至分级箍间套管容积），以使一级胶塞碰关闭时，水泥浆能够完全返出，到达环空设计高度。（3）投入打开塞，随泵注的二级水泥浆。（4）当二级水泥浆注完后投入关闭塞，进行加压顶替。（5）当一级水泥浆全部返到设计高度时，打开塞应正好座封在分级箍下内套上。（6）施压后分级箍孔打开，二级水泥浆开始上返，当关闭塞座封在分级箍上内套时，加压关闭二级通道，施工作业结束。4、非正规连续性双级注水泥工艺流程图解：（三）筛管顶部注水泥技术1、定义：为保护裸露的纯油层或开采裂缝性、孔隙性、古潜山、低压漏失油层，在目的层采用筛管完井。上部用水泥封固。完井管串采用特殊的工具附件，保证注水泥成功，实现对油层的有效开采。2、管串结构：联顶节外封隔器盲管筛管串引鞋分级箍套管串（三）筛管顶部注水泥技术3、筛管顶部注水泥固井应用图解：裸眼直井内筛管顶部注水泥水平井筛管顶部注水泥（四）尾管固井注水泥施工（1）定义：尾管是指下入的套管不延伸到井口，而是通过钻杆悬挂固定在上层套管上，这段不延伸到井口的套管段称为尾管（或衬管）。（