固井特种水泥体系与注水泥技术探讨.doc

固井特种水泥体系与注水泥技术探讨【摘要】本文围绕钻井过程中钻遇地层日趋复杂，针对某些特殊的问题，诸如水泥浆体积收缩、漏失、微间隙井、盐岩层和腐蚀性地层水、高温深井及气窜等，简述了保证固井施工的安全和固井质量几种特种水泥体系，重点论述了几种重要固井注水泥技术，以为固井泥浆及施工提供参考。 【关键词】固井技术  水泥体系  注水泥技术 一、固井特种水泥体系 （一）膨胀水泥 膨胀水泥即在水泥浆凝结时产生轻度体积膨胀的水泥体系，可以封闭环空微隙、改善水泥环与地层、套管的界面胶结。几种膨胀水泥体系如下： 钙矾石体系。钙矾石膨胀水泥体系含有钙、铝、镁氧化物和石膏，在水泥水化条件下能促使高硫型水化硫铝酸钙（即钙矾石）的形成及生长。钙矾石为针状或柱状结晶，每个晶胞含有32个水分子，故其体积较大。随着水化反应进行，钙矾石结晶体不断长大，并填补水泥石内孔隙结构。这种体积长大在有限空间进行，对套管和地层均产生预应力，因而增加水泥石与套管、地层两界面的胶结力。又由于向水泥石孔隙内膨胀，使水泥石结构致密，提高了水泥石的抗压强度并降低了渗透率。 氯化钠水泥体系。当水泥浆中含盐量（氯化钠）大于5%时，氯离子与水泥中C3A的水化物反应生成氯铝酸钙复盐（C3ACl·10H2O），氯离子与硅酸钙水化产物反应生成氯代硅酸钙水化物，由于这些复盐在孔隙内部所施加的内压力，使水泥石体积膨胀。 铝粉类水泥体系。某些金属粉末如锌、镁、钛、铝都能用来制备膨胀水泥，最常用的是铝粉。细的铝粉与水泥浆中的碱性物质反应生成大量微小的氢气气泡，使得水泥漿体积增大。这种技术适用于浅井。 锻烧氧化镁体系。加有锻烧氧化镁的油井水泥体系，在水化过程中氧化镁水化生成氢氧化镁（MgO+H2OMg（OH）2），其体积大于反应初体系的体积，从而在水泥石内部产生膨胀力，产生体积膨胀。 （二）硅灰水泥 硅灰是炼硅或炼硅铁合金过程中得到的副产品，是以SiO2为主要成分的比表面积极高的活性材料。硅灰是一种空心超细微珠，比表面积是粉煤灰的3050倍，水泥的5060倍。硅灰水泥在提高固井质量，尤其是在复杂井况下的固井中起到重要作用。 （三）胶乳水泥 胶乳是一种聚合物悬浮体系，通常由油溶性或水溶性单体的乳液聚合或反向乳液聚合制备而得，该体系为亚稳态。胶乳中聚合物胶粒的粒径在0.050.5m范围。加入胶乳后的水泥称为胶乳水泥。 二、固井注水泥技术 （一）常规注水泥 注前置液：为提高水泥泵顶替钻井液的效率，保证水泥环质量，在钻井液与水泥浆之间注入一段“液体”，这种特殊的液体称为前置液，按其性质分为冲洗液和隔离液，在顶替钻井液过程中起到冲洗、稀释和隔离钻井液作用，从而提高水泥浆的顶替效率。 注水泥浆：指按封固井段内井眼与套管之间环荣大小计算用水泥数量，通过固井专用设备将干水泥和配浆水混合成一定密度的水泥浆，并通过套管注到井内。 压胶塞：指注水的水泥数量到达设计要求时，将胶塞压入井内。起作用是有效地隔离顶替液与水泥浆，并刮下套管壁上的水泥浆，同时与管串上的浮配合，起到控制替钻井液量的作用。 为防止先期注入的水泥浆在套管内与钻井液发生混窜，有时还在注前置液之后加入一个下胶塞，这是一个空心只有一层特殊隔膜的胶塞。起作用时组织水泥浆在套管内狱卒阿宁也混攒。当水泥浆充满套管时，下胶塞坐在浮攒上，压力达到一个较小的值时，隔膜被破坏通道打开，保证后续施工正常进行。 钻替井液：指用顶替液推动胶塞，将套管内的水泥浆替到套管外的环形空间，到达封固的层的过程，这是固井工作的重要环节。由于常用的顶替液为钻井液，故称替钻井液。 碰压：当顶替液的数量达到套管串浮箍以上的容积时，胶塞将坐在浮箍上，流体通道封闭，使套管内压力突然升高，这一现象称为碰压。它标志着浮箍以上的套管内的水泥浆全部被顶替到环空。 侯凝：试压结束后，将套管内的压力释放掉，使套管处于不变形的状态下侯凝，保证固井质量。此时，应注意浮箍、浮鞋的密闭性，如发生倒流现象，则需根据水泥浆与泥浆的压差值，确定一个回憋压力。此压力不宜过高，以免套管变形，一般在套管内外静压差基础上附加1-2Mpa. （二）分级注水泥 分级注水泥是利用连接在管串上的可以打开和关闭的特殊接箍，将一口井的注水泥作业分两次或三次完成的注水泥工艺。 分级注水泥技术可分为两种：正规非连续式双级注水泥和非正规连续式双级注水泥。 正规非连续式双级注水泥：注一级前置液注一级水泥浆压第一级胶塞替顶替液碰压敞压投入打开塞打开分级箍通道循环洗井侯凝注二级前置液注二级水泥浆压入关闭塞替顶替液碰压关闭分级箍通道结束。 非正规连续式双级注水泥：注一级前置液注一级水泥浆投一级胶塞替顶替液投打开塞注二级前置液注二级水泥浆投关闭塞替顶替液一级胶塞碰压二级通道打开关闭塞坐封通道关闭施工结束。 （三）尾管注水泥 在接好注水泥管线并试压后，将前置液通过钻杆泵入，随后注入水泥浆（通过钻杆），注水泥结束后，压入钻杆胶塞并进行顶替，当钻柱内水泥浆被顶替完后，钻杆胶塞与尾管胶塞重合闭锁，压力上升到某一定值（尾管胶塞剪断压力）时，由钻杆胶塞和尾管胶塞组成的组合胶塞进入尾管，对尾管内的水泥浆进行顶替，替完后，组合胶塞坐在浮箍上碰压，说明作业结束。压力释放后，判断是否倒流，如回压阀可靠，井口泄压为零，将钻柱上提至尾管悬挂器顶部一定高度，将多余的水泥浆洗出井口。 尾管固井准备：井眼准备。井身质量符合标准要求，裸眼井段无漏，卡等现象。钻井液性能符合要求等。钻柱准备。对用来送入尾管悬挂器的钻柱做好标识，单独排放，以防与其他钻具混杂。同时钻柱钢级、壁厚及强度满足尾管下入及作业需要，钻柱内孔要用钻杆胶塞或通管器进行试通等。尾管挂检查与下入。按照尾管挂性能规范和标准对设计下入的管串及附件进行严格检查，确保好用。同时也要控制好下放速度等。另外在连接悬挂器时要保护好卡瓦。提前计算送入钻柱的回缩距，确定井底距尾管的距离。尾管坐挂。在现场推荐使用一台水泥车单独完成坐挂作业。其他注水泥方法，还有内管注水泥等。4