挤、注水泥分析

二、挤水泥过程有关问题探讨
1．挤水泥施工方法的确定
挤水泥的工艺方法较多，在确定 具体施工方法时应综合考虑油层物 性，挤封层段、位置，套管完好情 况，井况等诸因素，有针对性的选 择挤入法。
(1)套管平推挤水泥法：适用于堵漏、 封层、封窜、防砂等。使用条件：封 堵井段以上套管完好，封堵深度小于 500m，封堵长度不大于5m。 (2)光管柱挤水泥法：适用于堵漏、封 层、封窜、防砂等。使用条件：封堵 井段以上套管完好，封堵长度不大于 5m。
t=1.465V(r水泥浆-1)
(15—4)
式中 t____干水泥用量，t； V—水泥浆用量，m3； r水泥浆—设计水泥浆密度，g／用量后挤水泥 施工直接关系到挤封的成败。
1)施工前准备
(1)地面设备：挤水泥前检查好动力、 绞车、传动起升系统，做到起下钻具不 发生任何故障。水泥车(组)工作可靠。
(1)挤水泥过程中，最高压力不得超过套管 抗挤强度的70％。 (2)整个施工时间不得超过水泥浆初凝时间 的70％。 (3)挤水泥后需留水泥塞时应高于封堵井段 30--50m或达到设计位置。 (4)候凝时间24～48h。
2)挤水泥施工
(1)洗井畅通，如下封隔器井待洗净后 再座封。 (2)试挤：求出挤封前地层吸收情况， 进一步核定施工设计。试挤以压力平稳 计时，时 间不得低于5min，试挤的目 的是即可观察挤入量，确定用水泥浆量， 又可清洗挤封段通道。
(3)挤水泥施工。
①套管内平椎挤水泥。从井口直接推挤水 泥浆，顶替压井液，候凝。 ②光钻具挤水泥。 挤封管柱管脚下至欲挤封井段以上lOOm 左右，试挤后挤水泥浆、顶替、控压反洗、 憋压候凝。
二、油井水泥的物理性能 对油井水泥的物理性 能要求有下述几点。 (一)细度 用4900孔／cm2的筛子过处理筛，筛余量不超过 15％。 (二)凝固时间 按水泥质量加水50％，所得水泥浆的凝固时间符 合冷井水泥或热井水泥规定的初凝和终 凝时间。 水泥浆从调配时起，到变稠开始凝结这段时间称 为初凝时间，从初凝起到凝固硬化这段时 间称为 终凝时间。整个施工作业必须保证在水泥浆初凝 以前完成，一般要求是小于初凝时间 的75％。
一、挤水泥的目的方法及应用范围
挤水泥工艺是利用液体压力挤入一 定规格、数量的水泥浆，使之进入地层 缝隙或多孔地带，套管外空洞、破漏处 等目的层，达到在地层或地层与套管之 间形成密封带，以承受各种应力．满足 油、气、水井注采需要及生产措施的一 种工艺技术。
1．挤水泥的目的及作用
挤水泥目的是恢复油、气、水井正常生产。 (1)对油、气、水井封堵某一出水层位或高 含水层，解决在生产过程中注水开：发形成 的矛盾。 (2)对油、气、水井层间窜通，油层与非油 层窜通，生产井与邻井窜通，通过挤水泥封 窜槽。
式中 V--水泥浆用量，m3； R——原裸眼半径，m； r--套管半径，m； h--封窜段长度，m。
(15—2)
3)堵漏时
(15—3) 式巾 V--水泥浆用量，m3； K--系数，l--4； Vl--水泥浆基数(2.4m3)。
V=KV1
针对上述不同挤水泥目的计算出水泥浆用量 后按下式计算干水泥用量
(3)封隔器挤水泥法：适用于封窜、封 层、防砂等。使用条件：封堵层位以上 套管完好程度差(低于挤入压力有渗漏)， 或套管使用时间较长但可顺利通井的油 水井。
(4)循环挤入法：适用于封层、防砂或 吸收量低于200L／min，挤入压力高的 孔、洞、 缝型破漏井的封堵，使用条 件：井内稳定，封层、防砂时封堵层厚 度大于5m的油水井。 (5)控制挤入法：适用于井内不稳定， 出砂、砾较严重的井。
2．挤水泥时的水泥用量
挤水泥时需用的水泥量与地层物性、生产 历史、挤封目的、各种挤封井况等有关，应 综合考虑。
1)挤封射孔井段(防砂)时
V=(3.8--4.7)R2Φh (15—1)
式中 V——水泥浆用量，m3； R--挤封半径，m； Φ--有效孔隙度，％； h--封堵层厚度，m。
2）封窜时
V=(3.8--4.7) (R2-r2)h
采用循环挤入法重点解决两方面 的问题
第一，对挤封层段多，易单层突进的油、 气、 水层采用循环挤入法能使水泥浆 较均匀进入各挤封层，从而提高挤封效 果： 第二，对吸收量小，挤入压力高的层段， 采用循环挤入法一方面能有效控制挤入 压力，另一方面节约了水泥浆并可达到 挤封目的。
针对上述循环挤入法所解决的两方面 的问题，其施工方法基本一致。不同的 是第一种将一定水泥浆循环到设计位置 不替置，紧接着再挤水泥浆后替置，其 用水泥量大，多适用于多层同时挤封。 第二种将一定量地面配制的水泥浆循环 到设计位置，上提钻具挤入，其用水泥 量少，适用于单层挤封。
(2)井眼准备：井眼应畅通，井内相对稳
定，所下工具达到设计要求。
(3)工具及材料准备
①井下结构：下入结构尺寸准，上扣达到 上扣力矩，如下双封隔器，中间筛管接在下 封隔器顶部位置。尾管不宜太长，且底部不 带丝堵。采用封隔器时应在室内组装试压合 格后方可下人。 ②材料准备：应备有合乎性能的压井液、 水泥、添加剂、清水等。
挤、注水泥
第一节 油井水泥
油井水泥是一种凝固很快、且在很短时间 内便有相当高机械强度的硅酸盐水泥，是 石油工 业的专用水泥，主要应用在固井工 程、各种保护工程和油、气、水井大修工 程上。在封窜工艺 中，油井水泥质量是封 窜成败的重要因素之一。
一、油井水泥的配制 油井水泥是用氧化钙 60％-70％、二氧化硅21％—24％、铝钒土4 ％～7甲o、氧化铁2％- 7％配成生料。将生料 放在高温炉内煅烧，获得以硅酸三钙 (3CaO· SiO2)、硅酸二钙(2Ca0， Si02)、铝酸 三钙(3CaO．Al203· Fe203)、铁铝酸四钙 (4CaO· A120，· Fe20，)为主的熟料，再 在熟 料中加入适量的石膏，研磨成细粉，制成油井 水泥。 油井水泥与水混合后，发生一系列的 物理、化学作用，很快凝固形成一种具有很高 机械强 度的“水泥石”。 油井水泥凝固受温 度影响很大，根据井的深浅不同分别采用热井 水泥与冷井水泥。
水泥的凝固过程，除受本身物理、化学因素影响 外，也受到外部物理、化学因素的影响，主要是 温度、压力和各种化学添加剂的影响。水泥的凝 固时间随着温度的增加显著缩短，初凝的时间也 随着压力的增加明显缩短。 由于施工的特殊要求，有时需要在水泥浆中加入 某些添加剂，如石膏、硫酸铁、丹宁酸及表面活 性剂等均能起到缓凝作用。加入泥浆，可配制成 胶质水泥，它的漏失量很小。若加入石棉纤维， 可配制成纤维水泥浆，这种水泥浆对于封堵窜槽 有很重要的作用。应明确，不管使用哪种化学试 剂和添加剂，均应在实验室内做好实验，取得优 良的实验数据后再用于现场施工。
钻具挤入法就是将钻具下到挤封井段设计位 置，利用钻具作挤入通道的一种挤入方法。 其优点是挤入过程不动钻具，施工较简单且 易反洗井，套管壁不会有大段残留水泥环。 不足的是不能挤封中间层段的封堵或窜槽。 适用于中深井作业，多用于中深井堵漏，封 堵顶部水层，或与填砂、注水泥塞相结合挤 封油层顶部窜槽。
(3)单封隔器挤水泥法。
单封隔器或与填砂、注水泥塞配合 挤水泥法，井下结构较简单，挤水泥 针对性强，使非挤封层得到较好保护， 对上部套管破漏及非常规井避免了上 部套管承受高压，做到了有目的挤封。
不足的是填砂或注水泥塞增大了作业 量。单封隔器挤水泥适用挤封底部油 层，与填砂注水泥塞相配合可挤封层 问窜槽、挤封高含水层。采用电桥或 桥塞挤水泥有利于简化施工，提高井 况适应性及成功率。
③封隔器挤水泥: 按设计量挤入水泥 浆，按设汁量替置压井液，扩压，上提 挤水泥管柱至挤封段顶部以上30m反洗， 反洗量应大于挤封管柱内容积3倍，起 出井内结构，灌满压井液，候凝。 ④控制挤入法：其挤水泥方法与光钻具 挤水泥同，但挤水泥或活动管柱必须在 井口及环形空间受控状态下进行。
3)挤水泥施工要求
(3)通过挤水泥弥补油水井固套管破损 不能承受各种应力作用，填补地层亏空。 (4)封堵某井段漏失，保护油气资源。 (5)对固井质量不合格的油、气、水井， 通过挤水泥使其达到完井质量标准。
(6)对油、气、水井地层出砂井段， 采用挤水泥及其添加剂实现人工井壁 防砂。 (7)对某些因地质、工程因素需暂闭 井及油田井网，生产层调整需上返的 油水井进行挤封。
(五)失水 水泥浆的大量失水将引起急剧稠化，降低 流动性，易在井壁形成水泥饼，严重者造成 卡钻 和蹩泵，特别是在松软和渗透性好的地 层。低失水是优质水泥的一项重要指标。 (六)抗折强度 抗折强度是指按水泥质量加50％水，成型后 养护48h的抗折强度。
三、水泥凝固机理及影响因素 水泥与水混合后发生的变化非常复杂。当水泥与 适量的水混合成水泥浆，先发生一系列的水泥颗 粒和水泥矿物的化合及水化现象。其中最快的是 水解作用，其变化过程为放热反应。 由于水化作用，使水泥浆中产生以硅酸钙为主要 成分的胶体，随着水化作用的进行，胶体不断增 多并逐渐凝聚变稠。同时在胶体中产生形成水泥 石的新化合物，逐渐在非晶质胶体中开始呈现微 粒晶体并逐渐硬化，使水泥浆失去流动性。
(三)流动度 水泥浆要有较好的流动性，流动性好，流动阻力 小，可提高水泥浆的挤注质量。 测量时，锥形 圆环平放于具有环形刻度玻璃板的中心，将配好 的水灰比为50％的水泥浆 搅拌后倒入环内，刮平 表面，上提圆环，水泥浆在玻璃板上自由流散面 积的最大、最小直径的平 均值，即为水泥浆的流 动度。 (四)体积安定性 以标准稠度制成水泥试样，用煮沸法试验，体积 变化必须均匀。
第二节
挤水泥
油田油、气水井在开发生产过程中，由 于受油、气、水运移及各种应力、腐蚀、 地质结构及施工措施诸因素的影响，一 方面使新打井水泥返高不够，固井质量 不合格；另一方面使生产井原固井水泥 环遭到破坏，或造成油层窜通或地层胶 结物被破坏，近井地带形成空洞，或因 地层出水，套管破漏使油水井不能正常 生产，通过挤水泥工艺技术，可使固井 质量不合格井、窜槽井，套管破漏的油、 气、水井恢复正常生产。