【井下作业】注水泥塞施工的方法及注意事项
注水泥塞工艺是将一定量的水泥浆替到套管内或井眼的某一部位，使其形成满足注采需要的新的人工井底或满足工艺过程的临时封闭某井段的工艺技术。
一、工艺原理
当干水泥与适量的水混合成水泥浆后，水泥颗粒与水立即发生水化反应，使水泥浆中产生以水硅酸钙为主要成分的胶体，随着水化作用的不断进行，胶体不断增多，并逐渐聚集变稠。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。在这一过程中，当水泥浆开始变稠并部分失去塑性时，称为初凝；当水泥浆完全失去流动性并刚能承担一定压力时称为终凝。终凝完毕后水泥浆硬化成石。
二、注水泥塞的目的及用途
在井下作业中注水泥塞是常用的工艺技术之一。注水泥塞的目的及用途主要有以下几种：
（1）封闭已试油层上返新层试油，或进行分层作业时的封堵非目的层。
（2）封闭底部水层；
（3）找堵漏、找封窜、上部套管试压等隔开封闭某一层段。
（4）堵塞报废井及回填枯竭层位。
（5）出于安全目的的封闭层位（如封闭高压层、有毒有害流体层）。
（6）特殊情况下的封堵。
三、注水泥塞的方法及施工步骤
1、注水泥塞方法
按注水泥塞位置来分有实心水泥塞及悬空水泥塞两种。为节省水泥、和方便施工，一般情况下多采用注悬空水泥塞方法。
根据井内压力及施工工艺分为灌注法注水泥塞、循环法注水泥塞、挤注法注水泥塞（包括循环+挤注）、电缆/绳索倒灰法等四种方法。
2、注水泥塞施工步骤
（1）循环注水泥塞
这是目前油田应用最广泛的方法。是将配好的水泥浆泵入井内循环顶替至预定位置，候凝固结，形成封堵。其施工步骤如下：
1) 将注水泥管柱下至预计水泥塞底部,并循环洗井到井内稳定。
2) 按设计配制好水泥浆后按前隔离液，水泥浆、后隔离液、替置液顺序和设计量注入井内。
3) 将水泥浆替置到设计位置,此时,管内外应处于平衡，上提管柱至预定水泥面以上1-3m。
4) 反循环洗井，洗出多余水泥浆。
5) 起管柱至安全位置,坐井口、灌满压井液、关井候凝。
6) 候凝一定时间后,探水泥面位置(深度)。
7) 按标准试压检验水泥塞密封情况.试压方法根据不同的井况采用相应的方法。
（2）挤注水泥塞操作程序
挤注水泥塞多用于封堵高压层, 其施工步骤如下：
1) 将管柱或封隔器/桥塞下至设计位置。
2) 充分洗井后座井口或座封封隔器。
3) 用清水试挤吸收性以压力稳定后计算，时间和挤入量。
4) 按试挤数据参数，挤入水泥浆量及替置量，并上提至反洗位置。
5) 反洗井或正（反）挤入压井液,关井候凝。
6) 候凝一定时间后,探水泥面位置(深度)。
7) 按标准试压检验水泥塞密封情况.试压方法根据不同的井况采用相应的方法。
特别提示: 为了避免挤水泥过程中造成井下管柱固封及其它井下事故，所以在挤水泥作业中应注意以下事项：
1）挤水泥前必须对目的井段以上的套管进行试压，试压不合格则需下封隔器进行保护。不能验证上部套管情况的,不宜使用挤注法注水泥塞。
2）挤注管柱必须密封,不得出现短路等现象,管柱结构应有详细记录。
3）根据施工要求加入一定比例添加剂,保证有足够的施工时间。
4）挤水泥施工过程必须保证设备运转正常。
5）井口承受挤入压力和关井憋压候凝不刺不漏。
6）出现问题后,可采用挤清水措施，将水泥浆稀释推远。
（3）电缆/绳索倒灰法注水泥塞操作程序
倒灰法法注水泥塞是利用倒灰筒等工具将一定量水泥浆装入筒内，由电缆或钢丝绳送至预定的注水泥深度处，通过电流爆破或机械撞击等方法将灰筒打开，水泥浆流出,然后提出倒灰筒,置流在井筒内的水泥浆候凝固结，形成封堵。
倒灰法注水泥塞多用于封堵要求不高,灰塞厚度较小的层段, 其施工步骤如下：
1) 采用电缆/绳索+带规环的碎削打捞篮通井至预定水泥塞底部以下。定位校深并标定记号。
2) 配制水泥浆。
3) 将配制好的水泥浆灌入倒灰筒内。
4) 用电缆或钢丝绳送至预定的注水泥深度处，深度采用校深或标定的记号深度。
5) 将灰筒打开后提出倒灰筒。
6) 关井候凝。
7) 候凝一定时间后,用电缆或钢丝绳探水泥面位置(深度)。
8) 按标准试压检验水泥塞密封情况。
（4）灌注法注水泥塞操作程序
灌注法注水泥塞就是往井筒内一定深度处灌注部分水泥浆，然后上提管柱至安全位置，关井侯凝的一种工艺方法，多用于夹层较厚、灰面要求不严格的井，是成功率最大的。其施工步骤如下：
1) 将注水泥管柱下至预计水泥塞底部,并循环洗井到井内稳定。
2) 按设计配制好水泥浆后按前隔离液，水泥浆、后隔离液、替置液顺序和设计量注入井内。
3) 将水泥浆替置到设计位置。
4) 起管柱至安全位置,坐井口、关井候凝。
5) 候凝一定时间后,探水泥面位置(深度) 。
6) 按标准试压检验水泥塞密封情况.试压方法根据不同的井况采用相应的方法。
3.特殊情况下的注水泥塞方法
(1) 对漏失层的措施
1) 填砂、填石子堵漏
2) 长纤维物混入水泥浆中防漏失
3) 云母片等规则杂物
4) 垫稠泥浆或粘稠剂物质
5) 底木塞
6) 化学暂堵剂处理
(2) 高压井注水泥
1) 压井
2) 对高压低渗层、高压高含水层等注水泥采用挤注工艺方法。要挤压候凝。
3) 特殊情况下，可采用将水泥浆替到位后挤注，原地反洗出口控制压力（装油嘴），带压候凝。
四、注水泥塞计算
1、水泥浆体积的计算
V=KQ=K×（πD2/4）×H
式中
V———水泥浆用量，m3；
D.———套管内径，m；
H———水泥塞长度，m；
K———附加系数（1.5 -1.7），其取值原则是深井多取，浅井少取，井径小多取，井径大少取，水泥塞短多取，水泥塞长少取。
2、干水泥量计算
t=1.467 V（γ水泥浆-1）
式中
V———水泥浆用量，m3；
t———干水泥数量，t；
γ水泥浆———配置水泥浆密度，g/cm3。
3、清水用量计算
Q=V×γ水泥浆- t
式中
Q———清水用量，L；
γ水泥浆———水泥浆密度，g/cm3；
t———干水泥数量，t。
五、影响水泥浆性能因素及水泥浆填加剂
1、注水泥塞对井内压井液的要求
1）井内压井液应处于稳定状态，油套平衡。
2）注水泥塞前，应充分循环洗井，其作用是降温除气。
3）作好水泥浆与压井液配伍性试验，采取调整压井液或水泥浆性能来解决，以及考虑隔离液等。
4）必要时为了保证注水泥塞质量，在调整好压井液性能基础上应对水泥塞井段井壁泥饼油垢污物的清除及对套管的洗刷。
2、影响因素
水泥的性能主要表现在其凝固过程中。影响因素除了其本身的矿物成分及物理性影响外，外部影响条件也很多，因此施工作业使用油井水泥时应注意考虑以下因素。
（1）水泥矿物成分
要求得到不同凝结时间，一定强度及较好流动性的水泥，水泥矿物成分是一个重要的参数。对于油气井注水泥塞施工，应选择油井水泥，其成分基本能满足强度、流动性抗腐蚀等条件。
（2）水灰比对水泥性能的影响
水泥水化所需的水量是很难确定的，因不同矿物成分，不同细度、不同温度、不同的混合材料和处理剂，水泥水化时所需的水量都是不同的，生成的水化物也是不同的。
水灰比的增加，水泥浆中胶体成分相对降低，浆体对水泥颗粒的悬浮能力也降低，自由水在水泥塞段或封堵层等中形成水带，大大影响水泥塞质量。
（3）温度和压力对水泥性能的影响
随着井深增加，井下温度和压力也增加，水泥水化速度加快，水泥的水化物也发生变化，水泥浆（石）的性能也随之发生很大变化。其中温度的影响较压力更显著。
一般随温度和压力的增加，都会使水泥凝结时间缩短，流动度下降，水泥早期强度增加，由此造成水泥石强度降低，渗透性增加。因此，深井施工中要特别注意。
3、水泥浆添加剂及性能
油井水泥的品种是有限的，为了满足不同情况下注水泥塞作业施工及其质量的要求，有时须配合各种外加剂添加剂来调节水泥性能。目前所用添加剂主要有缓凝剂、速凝剂、减阻剂、降失水剂、降密度剂、加重剂及防漏剂等。
1）缓凝剂
对于深井或地温梯度高的井，由于水泥浆凝结时间缩短，流动性差，而施工时间比较长，常加入延长凝结时间（或稠化时间）的缓凝剂。
常用的缓凝剂有铁铬木质素磺酸盐（123）、酒石酸、葡萄糖酸钙（钠）、硼酸盐、羧甲基羟乙基纤维素、磷酸盐、磺化丹宁等。
2）速凝剂
在浅井和井下温度较低的注水泥塞或堵漏施工中，为了缩短水泥凝结时间及增加水泥早期强度，加入速凝剂。常用的速凝剂有氯化钙，氯化钠和硅酸钠等。
3）减阻剂
减阻剂的加入能改善水泥浆的流动性，有利于水泥浆在低速低压下进入紊流状态，提高注水泥质量。例如在循环法封串中减阻剂的加入更为重要，常用的减阻剂有萘磺酸甲醛聚合物、木质素磺酸盐及铁铬木质素磺酸盐等。
4）降失水剂
降失水剂能防止水泥浆急剧脱水、改善水泥浆中微粒的数量和级配。常用降失水剂有羧甲基羟乙基纤维素、土般土及烷基磺酸钠等。
5）降密度剂
井下有低压漏失层时，注水泥时可能发生井漏，以引出更多的麻烦，因而常加入降密度剂，降低水泥浆密度。常用降密度添加剂有搬土、硅藻土，沥青粉等密度小、吸水性强的混合材料。
6）加重剂
在有高压地层情况下挤注水泥，常加入密度大的添加剂。主要有赤铁矿粉、重晶石粉、钛铁矿粉和石英砂粉等高密度的惰性材料。
7）防漏剂
井下有低压漏失层时，也可以加入与泥浆堵漏剂相同的物质，也可用胶质水泥浆。
常用添加剂有碎木片、树皮、锯木等纤维状物质，还有颗粒状物质如硬沥青，塑料及珍珠岩等，还有片状材料如云母、玻璃纸片等。
选择填加剂时还必须注意以下问题：
（1）在添加剂时，不仅要使水泥浆某项性能要求能达到要求，还应考虑填加剂对其它性能的影响。如在使用缓凝剂时，往往使水泥早期强度下降；使用速凝剂时，往往使水泥浆流动性变差，所以必须对水泥浆全面性能进行检查。
（2）添加剂品种的选选和用量的确定，事先应作室内试验，取得基本数据，以指导现场施工。有些填加剂用量比例都有极限，超过此限，则会起相反的作用，应引起注意。
（3）在选用填加剂时还应注意施工条件。如用量过大或过于灵敏都会给现场施工带来困难。
4.稠化实验
六、注水泥塞注意事项
注水泥塞的特点在于要将相对体积少的水泥浆置于大的井眼中去，而流径管道均比套管小，因此存在压井液污染、掺混、升温快、流阻大，压差大易失水等一系列问题。
考虑注水泥塞的特点，注水泥塞时应当注意以下问题：
1、井径资料，在裸眼注水泥塞时应选择坚硬地层处，优选一个规则井段，并在要求允许的范围内。
2、掌握准确的设计量与记录量，认真计算水泥、水、添加剂和顶替量，使用足够量的隔离液，尤其实际施工记录量要准确。水泥量的附加数要求考虑注替过程中被稀释，掺混或污染影响水泥塞质量问题。
3、要求水泥浆均匀程度和流动性能好。
4、严格施工程序，认真执行操作规程，防止掉落事故及各类事故。
七、事故案例
1998年5月10日，某作业队在齐108-16-18井进行注灰作业施工。该井的基本数据是：套管外径为∮177.8mm，人工井底为1320m，欲封堵井段为1250~1306m，封堵后生产井段为1149~1190m，设计灰面位置为1220m。
因该井两个井段漏失严重，故采用打桥塞碰压注灰工艺（设计桥塞位置为1240m，碰压阀下在桥塞上部20m处，预计灰塞厚度20m）。该作业队首先进行通井，通井合格后，按设计要求下注灰管柱，打桥塞完成在1240m，进行正注灰浆0.5m3，打清水碰压后上提2根管柱候凝。当候凝10h后，上提油管发现遇卡，在500KN范围内反复活动解卡无效，造成“插旗杆”事故，后转大修。
案例提示：注灰施工前，要查清井的各项资料；施工准备要充分；下管柱必须通井后再施工；候凝时必须将油管鞋提到设计灰面100m以上；关井后，确保井口密封。
八、井控要求
注水泥塞（作业监督应注意）
1、按设计要求安装好井控装置。
2、用设计要求密度的洗（或压）井液洗（或压）井合格后才能进行施工。
3、进出口管线试压合格，并每间隔10-15m用地锚并加垫软物固定牢靠。
4、井口密封可靠。
安全要求：
1、配灰时，抓牢刺枪，防止因泵压大造成刺枪飞起伤人；
2、配灰时，操作人员穿戴劳保用品；
质量要点：
1、注灰管柱深度、油井水泥、水泥添加剂、淡水应符合设计要求，管柱应按设计试压合格；
2、注灰前应用清水（或压井液）洗井脱气一周以上，直至出口无气泡；
3、全部施工动力设备必须能正常工作才能注灰；
4、所配水泥浆密度达到设计要求；
5、水泥浆前后要注入淡水作隔离液。
6、灰浆顶替到位，反洗时要待残余灰浆返净，如果未返灰浆要认真核实洗井液量及出口返出量数据，确认管柱以上液面均无灰浆方可；
7、施工时间控制在水泥浆稠化时间70％以内。
8、候凝管柱应符合施工设计要求，管柱应上提至最上面一个油层射孔段以上50米；
9、关井候凝时间达到设计要求后才能探灰面；
10、探灰面时加压20KN，反复探两次，确认灰面深度合格后应上提油管至原候凝位置进行反洗井、正试压，试压合格方可结束注灰。
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