淺析平衡法注水泥塞的工藝安全

馬莉娜 靳峰 王棟林 吳亮

摘 要：平衡注塞法（即管柱送入法）注水泥塞作業(yè)已成為油田一種常規(guī)施工工藝，該作業(yè)風(fēng)險較大（如水平井、大斜度井、高溫井、漏失復(fù)雜井的注水泥塞作業(yè)）。平衡塞法注水泥塞作業(yè)施工工序簡單，易引起技術(shù)人員忽視，以致釀成各類井下質(zhì)量事故。急需解決該作業(yè)安全工藝提升。本文介紹如何高效安全完成常規(guī)注塞施工工序，并提供青西油田的部分案例僅供參考分析。

關(guān)鍵詞：平衡法；水泥塞；井下質(zhì)量事故；案例分析

1 平衡法注水泥塞簡介

平衡法注水泥塞就是通過管內(nèi)外平衡計算，實現(xiàn)管內(nèi)外液柱壓力平衡的注水泥塞方法，這種方法在青西油田使用較普遍。注水泥塞施工與普通固井施工的不同點：將相對體積較小的水泥漿置于容積較大的井眼（套管）中去，而流經(jīng)管道均比套管小（類似尾管固井），因此存在水泥漿易受修井液污染、沖稀和升溫快、流阻大、壓差大、易失水、管柱破損、井下落物等一系列問題。

2 注水泥塞液量設(shè)計

根據(jù)水泥塞長度計算水泥量，注意要附加一定量的水泥，主要是考慮到井徑誤差和水泥塞頂部泥漿的污染。水泥漿量（m3）=水泥塞段長（m）×井筒容積（m3）/m+附加量（m3）；根據(jù)設(shè)計水泥塞的厚度計算出水泥的用量，清水的用量以及頂替液的用量，算替量的時候要從設(shè)計灰面開始計算油管串的長度，還要加上地面管線的長度。具體計算公式如下：干水泥用量計算公式：G=V*a（b-c）/（a-c）；清水用量計算公式：Q=V-G/a；水泥漿量計算公式：V=πD2h*10-6/4；替水量計算公式：V替=10-6*πd2（H1+H2）/4。式中：G-所需干水泥總重量（t），V-欲配水泥漿數(shù)量（m3），a-干水泥密度（一般為3.15），b-欲配水泥漿密度，c-水的密度（一般為1），D-套管內(nèi)徑（mm），d-油管內(nèi)徑（mm），h-水泥塞預(yù)計厚度（m），V替―替水量總量（m3），H1-油管串長度（m），H2-地面管線長度（m）。

3 注水泥塞作業(yè)步驟

①將油管下至設(shè)計灰面底部以上1～2m，正循環(huán)充分洗井，將井筒內(nèi)的油和其它雜質(zhì)洗干凈。尤其氣井必須徹底充分洗井，達(dá)到降溫脫氣，否則會導(dǎo)致打塞失敗；②正替水泥漿及頂替液至設(shè)計位置。正替入水泥漿前，如果井內(nèi)為非清水的壓井液要注入隔離液。替量打的準(zhǔn)確與否對打塞的成功至關(guān)重要，除計算準(zhǔn)確外，現(xiàn)場要有專人指揮、配合泵車，停泵時間和打完替量時間盡可能一致；③上提油管至預(yù)計灰面1-2m的位置，反循環(huán)洗井，洗出多余泥漿至見清水為止。反洗時也要充分，以免殘留水泥漿在管內(nèi)凝固，造成水泥焊管，造成嚴(yán)重井下事故；④上提管柱將深度完成在預(yù)計灰面以上100m的位置，關(guān)井候凝；⑤候凝后加深管柱探水泥灰面，反復(fù)試探三次，深度確定后，每次加壓5-10kN，上提管柱20m，裝井口、裝壓力表試壓。若水泥塞上面有開層，應(yīng)該下封隔器試壓。

4 案例分析

案例：QX-XX井注塞施工：Q2-69井為青西凹陷窟窿山構(gòu)造的一口開發(fā)井，人工井底4788m，最大井斜33.5°（3874.20m），前期填砂至4614.47m，下入Φ73mm（加大）+Φ89mm（加大）組合管柱充分正循環(huán)洗井降溫后進(jìn)行注塞作業(yè)。注塞管柱管腳深度：4610.45m。依次正替入前置液、密度1.85g/cm3水泥漿、后置液、頂替液，上提管腳塞面以上2m，準(zhǔn)備反循環(huán)洗出多余水泥漿。反循環(huán)洗井1m3后，泵壓忽然由11MPa升至23MPa，油管停止返出。改正循環(huán)，泵壓23MPa，套管未見返出；Φ起89mm油管至水泥塞面以上正打壓不通，最高泵壓43MPa，決定立即起管檢查。

起出注塞管柱發(fā)現(xiàn)，4591.17m處油管有破洞，分析事故發(fā)生原因為前期入井管柱未仔細(xì)檢查，與水泥漿不匹配的地層水進(jìn)入油管后提前與水泥漿接觸，改變水泥漿的性能，縮短了水泥漿稠化時間，因此在水泥漿未替出油管時已稠化，最終導(dǎo)致反洗不通油管內(nèi)被水泥漿堵死。本次事故充分說明了下注塞管柱前期對管柱認(rèn)真檢查的重要性，也說明了水泥漿與地層液體接觸后將直接改變稠化時間，證明了隔離液的必要性。

5 提高打水泥塞成功率應(yīng)該注意的問題

①根據(jù)設(shè)計要求，準(zhǔn)確計算下管深度，干水泥、水泥漿、頂替液的用量，計算頂替液從設(shè)計灰面開始計算油管串長度，還要考慮地面管線長度。在管柱內(nèi)水泥漿可高于環(huán)空內(nèi)水泥漿100m，以防上提管柱時油管溢流減緩施工速度。確保水泥塞的質(zhì)量和強(qiáng)度，水泥漿的密度應(yīng)在1.86g/cm3-1.89g/cm3之間；②在注塞管柱下到位后，作業(yè)之前要確保地面設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，特別是傳動系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、防碰天車裝置、氣路、泵入設(shè)備等關(guān)鍵部位要詳細(xì)檢查，保證注完水泥后順利起出油管，循環(huán)正常進(jìn)行；③下注塞管柱前，認(rèn)真丈量管柱并檢查是否有破損，短路循環(huán)將造成嚴(yán)重質(zhì)量事故；④如頂替液不是清水，注水泥前要打一段頂替液，最大程度維護(hù)水泥漿性能，與實驗用水保持一致；⑤注水泥漿時如果泵車故障，要迅速將油管起到安全位置，根據(jù)情況將水泥漿反循環(huán)洗出；⑥探灰面時，離設(shè)計灰面50m就要控制油管下放速度，壓重不能太重；⑦打水泥塞前充分了解地層情況，地層出氣要考慮氣體對水泥塞的影響，起管候凝時要起出20根以上候凝；⑧地層掏空的情況下（如水力泵排液），設(shè)計水泥塞的底部離下面層段的頂界要不正常情況大，防止地層吸水，造成水泥塞下移，進(jìn)入地層，將井段堵死。也可根據(jù)現(xiàn)場情況填砂打塞，填砂過井段，在砂面上打塞，防止水泥塞下移，這種方法成功率最高；⑨對高壓不穩(wěn)定井或?qū)娱g干擾大的井采取加壓候凝，一般加壓3-5MPa。

作者簡介：

馬莉娜（1981- ）女，漢族，甘肅玉門人，助理工程師，主要從事油田開發(fā)工作。