泡沫水泥固井工艺研究

２８　内蒙古石油４Ｌ－ｖ－　２０１１年第１８期　泡沫水泥固井工艺研究　刘建红　，王　莉。，吴国勤。，胡　华　（１．吐哈油田井下技术作业公司，新疆鄯善８３８２０２；２．吐哈油田技术检测中心；　３．吐哈油田吐鲁番采油厂）　摘要：在解决固井井漏问题过程中主要有两种方法：双级或多级注水泥和降低水泥浆密度。两者　都无法满足地层破裂压力系数小于１．Ｏ８的固井密度要求，由此提出并采用了超低密度水泥浆一泡沫水　泥浆进行固井施工。本文主要对泡沫水泥浆固井工艺进行研究。　关键词：固井；井漏；超低密度水泥；泡沫水泥　中图分类号：ＴＥ３２１　文献标识码：Ａ　文章编号：１ＯＯ６—７９８１（２Ｏｌ１）１８一ｏｏ２８—０２　在钻井过程中通常会钻遇低压高渗地层、漏失　层、浅表裂缝性地层，容易造成系列严重的井漏、井　涌等钻井事故，使用欠平衡钻井、空气钻井、空气／雾　化钻井、空气／泡沫钻井等一系列实用性很强的钻井　技术能够有效地解决了此类地层的钻进问题Ｌ１　］。　然而后续固井施工上，如果仍然采用常规油井水泥　进行封堵、固井施工，往往会造成水泥浆严重漏失、　返深不够等固井事故，使得固井质量得不到保证，很　难满足后续的油气射孔、酸压、增产及采油气等施工　作业，由此迫切需对此类地层固井施工中的水泥浆　漏失、返深不够等问题进行研究。近年来，在国外较　成功的作法是采用充气的泡沫水泥浆进行封堵或固　井施工，己在低压高渗透地层、漏失层、高温层、出水　地层的堵漏、固井施工中获得了可喜成果；同期在国　内一些油田也尝试采用泡沫水泥浆进行固井施工，　虽然在一系列的固井施工中取得了成功，但是还没　有从根本上解决其主要技术问题，使得此项固井技　术没有得到大规模推广使用。鉴于在全国范围大力　推广使用欠平衡钻井、空气钻井、空气／雾化、空气／　泡沫钻井等实用钻井技术之际，作为与之配套的充　气泡沫水泥浆体系及相对应的固井施工技术研究就　显得尤为必要　ｊ。　意设计量的气体充入，形成的泡沫均匀细小；化学发　气法施工简便，但是发气量较少，尤其是在液柱压力　超过ＩＯＭＰａ的井内，这种泡沫水泥浆在井下很难大　幅度降低水泥浆的密度，鉴于此目前在解决低压易　漏地层固井施工中，主要采用机械充气法；而化学发　气法则多用于解决固井施工后水泥的“失重”等问　题。　２两种泡沫水泥固井施工工艺技术　２．１机械充气泡沫水泥固井施工工艺技术　使用泡沫水泥固井施工需首先考虑到封固井段　的地层温度和压力，只有待这两个参数确定之后，才　能确定何时充入一定体积的气体才能够得到给定的　密度。因此在进行固井施工前，需要根据设计情况来　选择适宜的施工工艺方法。其中在使用液氮充气泡　沫水泥固井施工时，主要有以下两种施工方法：　２．Ｉ．Ｉ变排量注气　在施工过程中，泡沫水泥基浆排量保持不变，排　量不断变化，在注水泥完毕时，形成的泡沫水泥浆柱　从上到下的密度都是几乎相同的，其中在具体施工　时，充气速率即排量随着施工进程逐渐增大。由于要　实现连续变化充气速率在实际操作上是行不通的，　但每次可以增加一个很小的值，也可得到非常稳定　的泡沫水泥浆柱密度，具体方案设计可由计算机来　完成。　其优点是在划分的每一级注水泥中，基本都能　得到相同的泡沫水泥浆密度；但其旖工操作比较复　杂，同时当含量很低的泡沫水泥浆到达井底时，有可　能压裂地层，因其密度接近正常水泥浆的密度。　２．Ｉ．２定排量注气　１泡沫水泥制造方法　目前，制造泡沫水泥浆的方法主要有两种：一种　是机械充气法，即指在普通水泥浆内通过机械方法　充入任意设计量的气体，并加入表面活性剂来稳定　泡沫，通过人工干预在水泥浆内形成均匀细小的泡　沫，达到降低水泥浆密度的目的；另一种是化学发气　法，即是在干水泥中掺入一定量的发泡剂，当水泥和　水混合搅拌后，发泡剂与水泥中的某些化学成分起　反应产生气体，分布在水泥浆中从而形成泡沫水泥。　分析两种方法各自特点可知，机械充气法可实现任　在施工过程中，泡沫水泥基浆排量和排量基本　不变，因此在整个封固井段内从上到下形成的泡沫　水泥浆密度是不同的。由于静液柱压力影响，井底泡　收稿日期：２０１Ｉ—Ｏ８—１７　作者简介：刘建红（１９７９一），助理工程９干，２００３年毕业于华东石油大学自动化专业，主要从事油田井下作业工作。　２０１１年第１８期　刘建红等　泡沫水泥固井工艺研究　２９　沫水泥浆密度大于顶部的泡沫水泥浆密度，因此在　使用这种施工方法时，必须清楚知道地层破裂压力　和循环当量密度，才能够确保在固井过程中地层不　被压裂，避免泡沫水泥浆漏失。　其优点是在现场施工中易于操作，设计较简单；　同时领浆密度较低，井底泡沫水泥浆密度大，具有较　好的抗压强度，候凝时间短等特点；另外其缺点是当　返回地表时上部的泡沫水泥浆密度太低，渗透性太　强，不能满足封堵隔离的目的，还有可能造成浆内气　故不能像普通注水泥施工一样，为了避免由于气泡　对上水和下灰速度的影响，施工工序可以分为两部　份：　路注水泥，可采用单打单抽、双打双抽、或直　一接打水泥（不用过渡池），由于水泥中只含发气剂　ＦＣＡ、增强剂ＦＣＰ、缓凝剂ＦＣＲ和降失水剂ＦＣＷ，打　水泥时不会出现氮气，如同打纯水泥一样；　另一路注泡沫剂，内含发气剂ＦＣＢ和稳泡剂　ＦＣＦ，两路均经过管汇车或三通后混入井，这样发气　泡不稳定，发生聚结或破裂逸出，从而使泡沫水泥强　度难以形成。所以，在具体施工中一般都需在环空加　一定回压或采取穿鞋戴帽固井方式，使浆内泡沫稳　定并将泡沫水泥加压至一定密度，满足封堵隔离的　目的。　２．１．３施工装备　使用机械充气，尤其使用液氮充气方法在制造　泡沫水泥时，由于采用在地面向水泥基浆中充气这　一工艺方法，使得它的施工工艺与其他常规固井施　工方法有很大的差异，且需要很高的技术和相应的　专用设备与仪器。除了常用固井装备与设施，如水泥　车、装灰车等外，还需要以下一些装备设施：供气装　置、泡沫发生器、监测控制系统及其它如动态加药装　置，井口控制装置等一些满足施工的特种工具及装　置　图１　机械充气泡沫水泥施工管汇连接示意图　２．２化学泡沫水泥的固井工艺技术　２．２．１添加剂的混配方法　发气剂ＦＣＡ、增强剂ＦＣＰ、缓凝剂ＦＣＲ、降失水　剂ＦＣＷ均按一定比例干混于水泥中，倒罐两次、混　拌均匀后装车上井。　施工前将发气剂ＦＣＢ、稳泡剂ＦＣＦ倒入注泡沫　剂水泥车上的水箱中，并加水至设计注入总量，手动　搅拌使其混匀。　２．２．２施工工艺方法　发气剂ＦＣＡ和ＦＣＢ与水会立即反应生成氮气，　剂在管内反应的同时进入井内形成泡沫水泥浆。为　了测试泡沫水泥浆密度，可在井口接一旁通管取样。　２．２．３施工工艺流程及装备　使用化学发气法制造泡沫水泥时，需要的固井　施工装备与机械充气法相比较少，除了常用固井装　备与设施，如水泥车、装灰车等外，只需要增加一台　注泡剂车，其施工工艺流程如图２所示。　图２化学泡沫水泥施工工艺流程不意图　３结论　针对现阶段固井施工中，在低压易漏、浅表疏松　或裂缝性等地层中往往会出现井漏、水泥浆返高不　够等固井事故，无法满足后续如射孔、增产或采油气　等施工的问题，本文提出了使用超低密度一泡沫水　泥浆进行固井施工，总结分析了机械充气和化学充　气法两种配置方法，并对其中涉及的泡沫水泥性能、　施工方法、工艺流程进行了研究。　［参考文献］　［１］　许树谦．充气泡沫水泥浆固井技术研究［博士　学位论文］，西南石油学院，１９９８．　［２３　杨志毅．复杂并固井低密度水泥浆体系研究　［硕士学位论文］．西南石油学院，２００３．　［３］　刘崇建，黄柏宗，徐同台等编著．油气井注水泥　理论与应用［Ｍ］．石油工业出版社，２００１，（９）．　［４３　谭文礼，邹建龙等．国内外固井技术发展状况．　第四届石油钻井院所长会议论文集．石油工　业出版社，２００４，（１２）．　［５］　刘大为，田锡君，廖润康译．现代固井技术　［Ｍ］．辽宁科学技术出版社，１９９４，（２）．