浅析平衡法注水泥塞的工艺安全

马莉娜 靳峰 王栋林 吴亮

摘 要：平衡注塞法（即管柱送入法）注水泥塞作业已成为油田一种常规施工工艺，该作业风险较大（如水平井、大斜度井、高温井、漏失复杂井的注水泥塞作业）。平衡塞法注水泥塞作业施工工序简单，易引起技术人员忽视，以致酿成各类井下质量事故。急需解决该作业安全工艺提升。本文介绍如何高效安全完成常规注塞施工工序，并提供青西油田的部分案例仅供参考分析。

关键词：平衡法；水泥塞；井下质量事故；案例分析

1 平衡法注水泥塞简介

平衡法注水泥塞就是通过管内外平衡计算，实现管内外液柱压力平衡的注水泥塞方法，这种方法在青西油田使用较普遍。注水泥塞施工与普通固井施工的不同点：将相对体积较小的水泥浆置于容积较大的井眼（套管）中去，而流经管道均比套管小（类似尾管固井），因此存在水泥浆易受修井液污染、冲稀和升温快、流阻大、压差大、易失水、管柱破损、井下落物等一系列问题。

2 注水泥塞液量设计

根据水泥塞长度计算水泥量，注意要附加一定量的水泥，主要是考虑到井径误差和水泥塞顶部泥浆的污染。水泥浆量（m3）=水泥塞段长（m）×井筒容积（m3）/m+附加量（m3）；根据设计水泥塞的厚度计算出水泥的用量，清水的用量以及顶替液的用量，算替量的时候要从设计灰面开始计算油管串的长度，还要加上地面管线的长度。具体计算公式如下：干水泥用量计算公式：G=V*a（b-c）/（a-c）；清水用量计算公式：Q=V-G/a；水泥浆量计算公式：V=πD2h*10-6/4；替水量计算公式：V替=10-6*πd2（H1+H2）/4。式中：G-所需干水泥总重量（t），V-欲配水泥浆数量（m3），a-干水泥密度（一般为3.15），b-欲配水泥浆密度，c-水的密度（一般为1），D-套管内径（mm），d-油管内径（mm），h-水泥塞预计厚度（m），V替―替水量总量（m3），H1-油管串长度（m），H2-地面管线长度（m）。

3 注水泥塞作业步骤

①将油管下至设计灰面底部以上1～2m，正循环充分洗井，将井筒内的油和其它杂质洗干净。尤其气井必须彻底充分洗井，达到降温脱气，否则会导致打塞失败；②正替水泥浆及顶替液至设计位置。正替入水泥浆前，如果井内为非清水的压井液要注入隔离液。替量打的准确与否对打塞的成功至关重要，除计算准确外，现场要有专人指挥、配合泵车，停泵时间和打完替量时间尽可能一致；③上提油管至预计灰面1-2m的位置，反循环洗井，洗出多余泥浆至见清水为止。反洗时也要充分，以免残留水泥浆在管内凝固，造成水泥焊管，造成严重井下事故；④上提管柱将深度完成在预计灰面以上100m的位置，关井候凝；⑤候凝后加深管柱探水泥灰面，反复试探三次，深度确定后，每次加压5-10kN，上提管柱20m，装井口、装压力表试压。若水泥塞上面有开层，应该下封隔器试压。

4 案例分析

案例：QX-XX井注塞施工：Q2-69井为青西凹陷窟窿山构造的一口开发井，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）组合管柱充分正循环洗井降温后进行注塞作业。注塞管柱管脚深度：4610.45m。依次正替入前置液、密度1.85g/cm3水泥浆、后置液、顶替液，上提管脚塞面以上2m，準备反循环洗出多余水泥浆。反循环洗井1m3后，泵压忽然由11MPa升至23MPa，油管停止返出。改正循环，泵压23MPa，套管未见返出；Φ起89mm油管至水泥塞面以上正打压不通，最高泵压43MPa，决定立即起管检查。

起出注塞管柱发现，4591.17m处油管有破洞，分析事故发生原因为前期入井管柱未仔细检查，与水泥浆不匹配的地层水进入油管后提前与水泥浆接触，改变水泥浆的性能，缩短了水泥浆稠化时间，因此在水泥浆未替出油管时已稠化，最终导致反洗不通油管内被水泥浆堵死。本次事故充分说明了下注塞管柱前期对管柱认真检查的重要性，也说明了水泥浆与地层液体接触后将直接改变稠化时间，证明了隔离液的必要性。

5 提高打水泥塞成功率应该注意的问题

①根据设计要求，准确计算下管深度，干水泥、水泥浆、顶替液的用量，计算顶替液从设计灰面开始计算油管串长度，还要考虑地面管线长度。在管柱内水泥浆可高于环空内水泥浆100m，以防上提管柱时油管溢流减缓施工速度。确保水泥塞的质量和强度，水泥浆的密度应在1.86g/cm3-1.89g/cm3之间；②在注塞管柱下到位后，作业之前要确保地面设备运转正常，特别是传动系统、刹车系统、防碰天车装置、气路、泵入设备等关键部位要详细检查，保证注完水泥后顺利起出油管，循环正常进行；③下注塞管柱前，认真丈量管柱并检查是否有破损，短路循环将造成严重质量事故；④如顶替液不是清水，注水泥前要打一段顶替液，最大程度维护水泥浆性能，与实验用水保持一致；⑤注水泥浆时如果泵车故障，要迅速将油管起到安全位置，根据情况将水泥浆反循环洗出；⑥探灰面时，离设计灰面50m就要控制油管下放速度，压重不能太重；⑦打水泥塞前充分了解地层情况，地层出气要考虑气体对水泥塞的影响，起管候凝时要起出20根以上候凝；⑧地层掏空的情况下（如水力泵排液），设计水泥塞的底部离下面层段的顶界要不正常情况大，防止地层吸水，造成水泥塞下移，进入地层，将井段堵死。也可根据现场情况填砂打塞，填砂过井段，在砂面上打塞，防止水泥塞下移，这种方法成功率最高；⑨对高压不稳定井或层间干扰大的井采取加压候凝，一般加压3-5MPa。

作者简介：

马莉娜（1981- ）女，汉族，甘肃玉门人，助理工程师，主要从事油田开发工作。