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1、固井-水泥浆失重技术与发展固井前后, 环空液柱压力是分阶段变化 的。前隔离液返出套管前, 环空液柱压力等 于泥浆柱压力， 水泥浆刚返至环空预计位 置时, 液柱压力等于水泥浆、前隔离液和上 覆泥浆柱的压力之和。此时, 前隔离液和上 覆泥浆柱的压力在水泥浆初凝时, 都可视为 一个常数, 以后则可能发生变化。随着水泥 的凝固, 水泥浆液柱压力是变化的。刚返至 环空预计高度时, 其液柱压力等于平均比重 乘返高。 Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38 1、水泥浆胶凝引起的失重 水泥是一种胶凝物质，它与水混合后，水泥浆在物理 、化学作用下逐渐从液态转变成固态。根据前面所介绍的 水
2、泥凝结和硬化理论可知，在水泥浆水化过程中，在浆体 内部形成两种不同类型的三维空间网“凝聚-结晶网”，正 是由于这种网架的作用（胶凝作用），在水化水泥颗粒之 间以及它们与井壁和套管之间，相互搭接起来形成了一种 空间网架结构，使水泥浆柱的一部分重量悬挂在井壁和套 管上，从而降低了水泥浆柱作用在下部地层的有效压力， 即所谓水泥浆胶凝引起的失重。当浆柱有效压力低于地层 压力，地层里的油、气，水就侵入环形空间。Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38 2、桥堵引起的失重 在注水泥过程中及水泥返至设计高度静止之后，由于 水泥浆失水形成的水泥饼、钻井时井下未带出的岩屑、注 水泥时高速冲
3、蚀下的岩块以及水泥颗粒的下沉等因素，在 渗透层或井径和间隙较小的井段形成堵塞（即桥堵），使 得桥堵段上部浆柱压力不能继续有效地传递至桥堵段下部 的地层，而下部浆柱由于体积的减小（水泥水化体积收缩 和失水），桥堵前上部浆柱作用的压力就失去了一部分（ 或全部），此时作用在下部地层的有效静液压力就减小了 ，这就是桥堵引起的失重过程和实质，当作用在地层上的 环空有效压力低于地层压力时，地层里的油、气、水就会 侵入环形空间。 桥堵引起的失重的严重程度主要决定于水泥水化体积的 减小程度和水泥浆失水的大小Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38水泥浆凝固过程中的四个现象 多余的水在水泥
4、初凝过程中便会以自由水 析出, 这是水泥在凝固过程中发生的第一个 现象 因地层, 特别是渗透层一般都附着有泥饼。 套管比较光滑, 且不具有渗透性, 所以水泥 浆与套管胶结较好。自由水就会跑向水泥 一地层胶结面 ,从而形成静水液柱, 这是水 泥凝固过程发生的第二个现象。 Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38水泥浆凝固过程四个现象 水泥凝固过程发生的第三个现象是： 目前注水泥 是边混合, 边向井内注。因混合水泥的时间先后不 一, 比重也不尽相同, 且地温又随井深成梯度变化, 所以水泥浆在井下凝固时间就不一致。从水泥浆 比重看, 比重大的较比重小的应先初凝，从混合水 泥时间
5、先后顺序看, 先混合的应先初凝，从水泥浆 所处的位置看, 水泥浆位于深部比位于浅部应先初 凝。由于初凝时间不一致, 释放自由水的时间就有 先后。当这一段释放出自由水, 由液体状态变为固 体状态时, 那一段可能还处于液体状态, 或者说这 一段已经初凝, 那一段才开始初凝。 Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38水泥浆失重 水泥浆凝固过程发生的第四个现象是:水泥 浆初凝时释放出的自由水, 使水泥浆液柱压 力变成静水柱压力, 这种现象叫做失重。 Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38 就整个水泥封固段而论, 失重是分段出现的。在高压或 异常高压区固井,
6、失重问题是关系到固井成败的突出问题 。这个问题必须慎重对待, 妥善解决。因为高压和异常高 压区, 水泥封固的油气水层具有相当大的原始饱和压力, 当 水泥浆返到预定位置经历一定时间后, 水泥浆就逐渐初凝, 分段失重。当上覆泥浆、前隔离液和部分未初凝的水泥浆 以及刚初凝失重的水泥浆产生的液柱压力之和大于地层压 力时, 油气水就不致上窜，若压力过大, 使自由水进入渗透 层, 也可能还会发生环空液面下降。若压力小于地层原始 饱和压力时, 水泥浆与地层又没有足够的胶结强度, 油气水 就会上窜, 造成封固段窜槽。这时, 如果井口失控, 油气水 上窜就会引起泥浆外溢, 甚至井喷, 给油田开发带来难以弥 补的
7、损失。Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38 随着我国石油工业的迅猛发展和钻井技术 的不断革新以及在国际合作的技术交流中 ，对水泥浆失重所引起的窜井喷井有了相 应的措施：Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38 预防水泥浆在凝结过程中因失重引起的油、气、 水窜的措施 1）限制水泥返高； 2）在水泥柱内采取多种凝结时间（或稠化时间） ； 3）环形空间憋压候凝； 4）在注水泥前增加环空泥浆密度； 5）利用常规多级注水泥技术； 6）增加水泥浆混合水的密度； 7）使用充气水泥或非渗透水泥。 Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38固井
8、过程防窜防喷 在高庄和异常高压区固井, 防窜防喷的基本 原理是当封固段水泥浆失重之后,上覆泥浆 、前隔离液所产生的液柱压力之和大于地 层原始饱和压力, 或采取人为加压, 分级固 井等方法, 使环空压力处于平衡状态, 从而 使地层油气水不致上窜。 现场施工中, 根据水泥浆返高, 将所固的井 分为低返井和高返井两类, 不同井应采用不 同的防窜防喷措施。低返并防窜防喷Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38 所谓低淳井, 一般指固井时水泥浆的实际返 高低于最大允许返高的井。这类井固井时, 只要水泥浆的实际返高不超过最大允许返 高, 不必采取特殊措施, 地层中的油气水也 不会上窜
9、Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38 三清楚是：一.油气水层的压力系数，二.压 力最大的层位，三.井深井内泥浆的平均比 重。 三准确是：一.平均井径 二.最大允许返高 三.前隔离液、水泥浆、后隔离液和替泥浆 量。 三把关是：一.注入、返出量 二.施工泵压 三.关井候凝时的井口压力变化Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38二. 高返井防窜防喷 高返井是指固井时水泥返高超过最大允许返高, 甚至返到 井口的井。水泥浆至返井口具有三个突出的优点： 一是 保护套管, 避免环空泥浆、地层水对套管外壁的腐蚀，二 是避免因长期起下管柱造成套管断裂，三是保护油气
10、层的 产能。水泥将套管串固结之后, 开采深部高压油气层时, 油 气不致从上部套管断裂和丝扣处渗漏中深部、浅部油气层 也不致因深层高压油气从断裂、丝扣处窜出, 形成倒灌。 此外, 从水泥浆失重的原理可以看出, 如采用一般方法固井 , 返高越高, 失重就越厉害, 对固井成功率的威胁就越大。 因此, 必须用特殊水泥、特殊方法固井, 以免一因水泥浆高 返而造成固井失败。Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38一.井口加回压候凝固井 当水泥浆返高超过最大允许返高不多时, 采 用此法比较好。井口加回压候凝, 必须搞清 上一层套管和井口装置的承压能力、地层 破裂压力, 以便在允许范围内
11、加回压Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38二.提高上夜泥浆比重固井 水泥浆超过最大允许返高不多, 也可以采用 提高上覆泥浆比重的方法固井。为了节约 加重材料和处理剂, 在注前隔离液时, 可先 注入比重较高、其它性能与井浆基本相同 的泥浆固井。提高泥浆比重, 要考虑泵压升 高和管汇、设备的承压能力, 避免因流动阻 力太高, 在顶替过程中压漏地层。Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38三. 两凝水泥固井 当油层集中在深部, 就采用两凝水泥固井。 具体办法是将全井分为上、下两段, 下段注 催凝水泥或一般高温水泥, 封住油层, 其返 高一般控制在最大允
12、许返高之内, 或略高一 点。上段注入加重缓凝水泥。当下段水泥 失重之后, 上段还处于液体状态, 有足够的 液柱压力防止下段油气水上窜。待下段水 泥凝固并具有足够的强度时, 上段才开始初 凝, 解决了下段水泥失重问题。Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38四.三凝水泥固井 当井下油气水层成组出现, 且相距一定距离时, 埋藏越深的 油气层, 压力越大。如果仅仅为了克服深层水泥浆失重, 而 将上部全打成加重缓凝水泥, 在油气层相距较远的情况下, 也可能将浅层压漏, 甚至因浅层漏失造成深层油气上窜。 因此,可将全井分成三段, 上段注缓凝水泥, 中段注加重缓 凝水泥、下段注催凝水
13、泥。待下段水泥胶结之后, 中、上 段还处于液体状态, 具有足够的液柱压力防止深层油气上 窜。待中段水泥胶结之后, 上段水泥还处于液体状态, 有足 够的液柱压力防止中段油气上窜。但中、下段水泥返高, 都必须控制在最大允许返高之内, 满足这个基本要求, 就可 以保证固井质量。 Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38五.双级、三级注水泥固井 利用双级注水泥接头, 将全井分为两段或三 段, 分两次或三次由下至上固井, 但每次水 泥浆的返高都必须限制在最大允许返高之 内。固井方法基本与低返井相同, 每次固完 之后, 必须通过双级注水泥接头调整好环空 泥浆, 尤其是比重要达到下次固
14、井前的要求, 才固第二次, 这样也可防止因水泥浆失重而 引起的油气上窜。 Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38六.尾管固井 采用尾管完成的井, 悬挂器位置、水泥返高 的确定, 除遵从一般低返井原则之外, 还要 进行一次失重计算。如果水泥返高超过了 最大允许返高, 碰压之后, 应立即倒开钻杆, 将前隔离液和多余的水泥浆替出, 然后关井 加压候凝。 Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38水泥浆体系的稳定性水泥浆体系的稳定性主要是指水泥浆体系的沉降稳定能力和滤失控制 能力, 即析水和失水。前者反映了体系在自由状态下控制体系配浆水 、维持体系组分均匀、
15、性能一致的能力, 后者反映了体系在压差挤压 作用下束缚、控制体系配浆水、维持体系性能稳定的能力。目前对水 泥浆体系稳定性的控制, 主要是为了防止由于水泥浆在注水泥和候凝 过程中向地层大量失水、性能发生显著变化、达不到设计要求而引发 的固井施工安全问题和固井质量问题, 以及由于水泥浆在候凝过程中 沉降失稳、水泥颗粒下沉、自由水聚集、上升、形成自由水通道而引 发的固井质量问题。 对于常规流体, 其液柱压力恒定、不随时间变化。但是, 对于水泥浆, 其有效浆柱压力将在顶替就位后随时间的推移而逐渐下降。井底有效 压力将由于水泥浆失重而在固井候凝过程中逐渐降低, 当其下降至不 足以压稳地层流体时, 地层流
16、体将侵入环空, 破坏水泥与地层之间的界 面胶结, 破坏水泥浆柱的完整性、使其无法形成优质、完整的水泥环 而引发环空窜流。Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38结 论 (1 ) 水泥浆体系的稳定性, 即水泥浆体系的失水和 析水, 对水泥浆在凝结过程中的失重有重要影响。 ( 2) 在其它条件相同的情况下, 水泥浆体系的失水 和析水越小, 水泥浆在凝结过程中的失重幅度越小 , 从而更有利于在候凝过程中维持高的井底有效压 力而压稳地层流体防窜。 ( 3) 在进行水泥浆配方及性能设计时, 应尽可能提 高体系的稳定性, 降低体系的失水和析水, 以提高 体系自身的压稳防窜候凝能力。 Date采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38
