现代固井技术专题

第二部分第五专题油井百年大计，始于固井技术

影响油井百年大计的因素

油井百年大计与钻井、泥浆、地质、测井和固井等等因素有关，然而固井是诸多因素中的关键因素。“没有任何因素比固井质量对油井产能的影响更大”是油井百年大计始于固井技术的理论依据。从技术上消除隐患是油井百年大计的基石。油井百年大计，始于固井技术

一、固井的目的和意义二、地下水对水泥和套管的破坏三、水泥浆滤液对水泥和油层的腐蚀四、注水泥技术与地层岩性相互适应五、消除产层CO2和H2S对固井的影响一.固井的目的意义1.固井的目的就是要实现水泥对油、气、水层及其层与层之间的有效封隔；2.固井作业是一口井整个施工中最重要的组成部分，没有任何因素比固井质量对油井产能的影响更大；二.地下水对水泥和套管的破坏地下水的来源A地层硫酸盐水对水泥和套管的破坏B.砂岩层出水对水泥的损坏C.注水泥工艺的缺陷对地层或水泥的破坏A.地层硫酸盐水对水泥和套管的破坏

为什么有些井打完水泥塞后再次开钻，井里返出“蜂窝煤”？如果地层含有硫酸镁或硫酸钠水溶液水泥受到硫酸盐溶液腐蚀后就变成疏松的水泥块,有人风趣地说,井里出了”蜂窝煤”蕴藏着对水泥和地层的破坏。地层水怎么腐蚀水泥硫酸盐溶液中的硫酸根离子夺取石灰中的钙离子生成可溶性的硫酸钙，而硫酸钙再与C3A反应生成体积比C3A更大的硫代铝酸钙颗粒，引起水泥石膨胀。

（化学反应如下）MgSO4+Ca(OH)2---Mg(OH)2+CaSO4什么样的水泥不易受腐蚀a.

水泥熟料中铝酸三钙（C3A）含量低的水泥能抗腐蚀；b.铝酸三钙（C3A）在API水泥中有三种含量即15%、8%和3%；如何调整铝酸三钙（C3A）含量

控制抗硫酸盐

15%（O）--C3A8%（MSR）-

3%（HSR）-——普通水泥——中抗硫酸盐水泥——高抗硫酸盐水泥

1.经验数据，地层水硫酸盐含量超过3000mg/L选用高抗硫酸盐水泥。

2.可选用“J”级水泥，但J级水泥不属于波特兰水泥，因为它不含C3A

B.砂岩层出水对水泥的损坏

油砂中的水也起有害作用，因为它可使砂岩中的页岩杂质膨胀，从而减少油层渗透率。C.注水泥工艺的缺陷对地层造成的破坏淡水水泥浆不适应与某些泥页岩或膨润土地层固井。因为滤液介质会使地层不稳定、粘土或硅砂运移；2.对含有水敏性地层的含盐层固井使用盐水水泥浆的含盐量应为与地层含盐层达到平衡的最小值，并充分地控制失水。这里的最小值应是30%，不是饱和盐水，因为饱和盐水是37.2%的NaCl(BWOW)，饱和盐水使水泥浆过度缓凝。注水泥工艺的缺陷对地层造成的破坏3.地层水如果存在硫酸盐溶液，而错误地使用氯化钙快凝水泥，会加速水泥的损坏。因为氯化钙水泥的最终渗透率较高，因此对硫酸盐的抵抗能力降低。4.在水泥浆设计中错误地将不能用于含盐水泥浆中的添加剂用于盐水水泥浆中，造成固井事故，因而不得不采用挤水泥等方法补救固井质量，可能对套管造成损坏，特别是高压挤水泥作业时把套管挤坏。注水泥工艺的缺陷对地层造成的破坏5.注水泥过程盲目地提高顶替速度会造成严重井漏，影响地层封固质量。例如水泥浆注入套管时，会产生“自由降落”或“U型管效应”，有自动达到平衡的趋势。在出现自由降落时不得随意增大排量，否则会因为流出量过大压裂地层，造成对地层的破坏。三.水泥浆滤液对水泥和油层的腐蚀

添加剂直接转化成水泥浆滤液。水泥浆滤液的PH值很高（12~12.5），且有很多钙离子，使粘土矿物不稳定。高PH值的滤液会引起碳酸钙、石灰或硅酸钙等水化物沉积。溶解于滤液中的钾离子会形成碳酸钾沉积物。因而水泥浆的失水量必须得到很好地控制。添加剂的合理选择对水泥有保护和增强的作用，但有时会对水泥产生腐蚀作用，例如在硫酸盐溶液的环境中氯化钙快凝水泥因其最终渗透率较高，会加速水泥的损坏。四.注水泥技术与地层相互适应a.水泥浆体系与地层的相互作用b.水泥浆失水量应与地层相适应c.水泥浆类型与岩性相适应a.水泥浆体系与地层的相互作用

1.高温高压井用抗高温高密度水泥浆体系。其设计重点是谋求高密度水泥浆体系的稳定性。2.高压气井固井使用防窜水泥浆体系如乳胶水泥浆体系。设计中以谋求水泥浆无自由水、快速形成抗压强度和水泥石无渗透性的防窜性能。3.在循环容易漏失的松软地层和破裂压力梯度很低地层，常常需要低密度水泥浆。通常用飞灰、硅藻土、膨润土和珍珠岩作填料，但密度不得低于1.5g/cm3。我们也曾用硅烟作基料研制过1.5~1.8g/cm32000psi/24hr的低密度水泥浆。b.水泥浆体系与地层的相互作用

水泥浆体系与其所接触的地层之间的相互作用是非常重要的，这种作用包括三个主要方面：

1.失水

2.地层损坏

3.井漏水泥浆体系与井下条件相适应

井下有大套盐岩层使用聚合物外加剂水泥浆体系固井，既解决盐层大溶性问题又能阻止地层的塑性运动。（聚合物外加剂在盐层固井专题中有详细介绍）b.水泥浆失水量应与地层相适应

最能影响地层稳定的水泥浆性能应该是水泥浆的失水量，高离子滤液会引起水敏性地层疏松脱落，可以降低产层的渗透率，特别是流经易漏失层，形成厚的泥饼造成桥堵，压破地层是对地层最大的危害。对漏失地层的认识漏失层分类疏松或高渗透地层自然裂缝地层诱发的垂直或水平裂缝地层多孔和洞穴地层漏失层的特征疏松沙砾层自然裂缝诱发裂缝孔穴地层1.泥浆池液面逐渐下降2.如继续钻进，可能回转变为完全漏失3.漏失前地层渗透率必须达到10md，沙砾层渗透率很少达到3.5md,泥浆不会漏入油气砂层。1.自然裂缝出现于各种岩层。2.漏失是泥浆池液面逐渐下降。继续钻进并暴露更多裂缝。裂缝必须达到一定的宽度才能容纳泥浆1.漏失通常突然出现，当泥浆密度超过1.25gcm3会促使诱发裂缝的形成1.通常为石灰岩地层2.上返泥浆突然全部漏失漏失前钻头回下落几英寸或几英尺，并出现跳钻从固井过程认识漏失漏失地层注、替过程处理后情况沙砾层、自然裂缝较小地层返出量减少降低排量恢复正常沙砾层、自然裂缝和诱发裂缝地层突然井漏，井口不返泥浆降低排量不能恢复正常水泥浆失水量控制

是对地层和水泥保护的重要措施1.在油层井段水泥浆失水量不得高于

50mL/30min.2.在渗透性地层之下如果存在气层，桥堵很可能引起气窜，在这种情况下，水泥浆的API失水量应很低，一般在20~30mL/30min.3.对于高密度水泥浆，流动性能设计很重要，特别是在低排量情况下，API失水量应当很低，低于50mL/30min.c.水泥浆类型与地层岩性必须相适应

在中国南海海域，井深在1500~2000m有大段的以伊利石/蒙脱石为主的页岩层，固井质量不好，因为淡水配制的水泥浆不适应它，只要改用用盐水水泥浆固井提高了固井质量。根据试验盐水水泥浆与伊利石/蒙脱石地层相配伍。这就说明，含盐水泥浆的滤液可减轻非膨胀性页岩的裂解，并抑制水敏性粘土的膨胀与运移。含盐水泥浆可提高与水敏性地层的固结质量。页岩层用盐水固井，是从百年大计出发。五.消除产层CO2和H2S对固井的影响

1.国外专家研究发现，如果高温井里出现高浓度的CO2，硅粉的加入量从35