画鸵萌宠网
第九章 油水井窜通
在油水井生产过程中，由于地质构造、固井质量、射孔因素、油水井管理不当和修井作业等原因造成套管外水泥环破坏，或使水泥环与套管失去密封胶结，层与层之间互相窜通，严重影响油水井的正常生产，使生产成本大幅度增加，且油井产量迅速递减。当发现油水井窜通时，需利用各种方法检查窜通的位置、类型，采取适当的封窜工艺，解决这一生产中的实际问题，以恢复油水井的正常生产。
第—节 查窜工艺
一、油水井窜通的原因和危害 （一）油水井窜通的原因
油水井窜通的原因根据窜通类型的不同而不同。油水井窜通的类型有两种：一种是地层窜通；一种是管外窜通。
1．地层窜通
指地层内部的层与层之间的互相窜通。其原因主要有以下几方面： (1)由地层裂缝造成； (2)构造运动或地震所致；
(3)由于某些原因造成压裂改造中措施不当，沟通或压窜了本井的其它地层；
(4)放喷或井底生产压差过大，油井大量出砂，造成地层结构破坏。
2.管外窜通
管外窜通是指套管与水泥环或水泥环与地层之间的窜通。形成的原因主要有以下几个方面：
(1)固井质量差引起窜通；
(2)射孔振动太大，在靠近套管壁外的水泥环被震裂，形成窜通；
(3)由于对油水井管理措施不当而造成地层坍塌，形成窜通，如：注水井洗井时形成的倒流或井喷、正常注水时的倒泵压差过大、采油压差过大等均会引起地层出砂和坍塌，造成窜通；
(4)分层作业引起窜通，如：分层酸化或分层压裂时，由于施工时压差过大而将管外地层憋窜，特别是在夹层较薄时，憋窜的可能性更大； (5)由于套管腐蚀或破坏，使之失去了密闭的作用，从而造成未射孔的套管所封隔的高压水(油、气)层与其它层窜通。
(二)油水井窜通的危害
油水井窜通会给油井生产和管理带来严重危害，主要表现在： （1）不能对多油层进行分层开采；
（2）使油水井正常生产受到严重影响； （3）影响油田开发速度； （4）减小油田最终采收率； （5）降低油水井的使用寿命；
（6）给修井作业和管理造成麻烦，影响油田开发效益。 二、查窜工艺
油水井查窜的方法主要有声幅测井查窜、同位素测井查窜、封隔器查窜、桥塞查窜、水力测试、井温测井、SBT等多种方法。窜通的类型及原因不同，采用
精品文档
精品文档
的查窜方法也不同。
（一）声幅测井查窜 当进行声幅测井时，由声源振动发出声波，声波在套管中传播速度大于其它介质中的传播速度。而声波幅度的衰减与水泥环和套管、水泥环和地层的胶结程度有关，声波幅度的衰减反比于套管的壁厚，正比于水泥环的密度。也就是说,套管壁越薄水泥环越致密，声波幅度的衰减就越大。根据这一原理，通过声幅测井就可以检查套管外水泥环的固结情况及水泥上返高度等情况。从声幅曲线图中可以看出：当水泥环完好时，声幅曲线呈低幅度；反之，水泥环胶结差，声幅曲线呈高幅度。
在声幅测井解释时，根据声幅曲线的高低，可将管外水泥胶结的情况分成好、较好、差、无水泥胶结四个等级。一般情况下，水泥固结程度好的井，声幅曲线的幅度低；反之，水泥固结程度差的井，声幅曲线的幅度高；在接箍处固结差，其幅度异常低；在水泥面处，有高幅度到低幅度的突变。因此，根据声幅曲线，可以判断水泥胶结的好坏，而水泥胶结的好坏是油水井窜通的主要原因之一，水泥固结程度好的井，窜通的可能性小，否则窜通的可能性就大。
通过实践应用，声幅测井查窜是比较成功的。但只能提供第一界面(水泥环与管壁之间)窜通的资料。若第二界面(水泥环与井壁之间)封固不好而形成窜通，用声幅测井就难于判断。因而，通常现场应用的是以声幅测井为主的组合查窜法，其中包括声幅与封隔器、声幅与同位素的组合查窜等方法。
目前，用声波时差、声波变密度等测井方法，可检查第二界面窜槽情况。 声幅测井查窜的施工步骤：
（1）起出原井管柱，清洗井底。
（2）用直径和长度均大于测井仪的通井规下至预测井段以下。
（3）若套管变形、破损或井下有落物，应先进行处理，以保证声幅测井仪起下畅通。
（4）正常测井。 （5）资料解释。
（二）放射性同位素查窜
用人为的方法来提高窜通井段伽玛射线强度，往地层内挤入含放射性的液体，然后测得放射性曲线，并将所测得的曲线与油井的自然放射性曲线作对比，排除影响因素，即可鉴别地层的窜通情况。 根据查窜目的和查窜层段的长短，查窜方式可分为全井施工和下管柱分层段进行两种。全井施工，就是把活性液替入射孔层段，加压挤入地层和窜通层段进行查窜，一般情况下，射孔层段较少，窜通较单一，常用此方式。下管柱分层段进行施工，就是用封隔器将射孔层段隔开，通过油管堵塞器对射孔层段进行查窜，一般情况下，射孔层段较多，窜通较为复杂不易判断，用此方式进行施工效果显著。
放射性同位素查窜的施工步骤如下：
（1）收集资料编写施工设计，首先要收集井史数据、生产情况、射孔层段、地层系数、井身结构等资料及有关内容，根据施工目的决定施工方式及使用同位素名称、强度、浓度，计算配制活性液等。
（2）按设计要求配制活性液，并保证安全运到施工现场。与此同时，施工作业队必须进行压井、冲砂、通井等前期准备工作。
（3）测自然伽玛曲线，首先将油管下到施工井段以下20m充分洗井，待井
精品文档
精品文档
洗至稳定后进行测井或起出油管测井。
（4）下查窜管柱，下封隔器至欲测井段的夹层中部将射孔层段隔开，根据查窜目的可在其上下连接节流器、堵塞器等井下工具，尾管底部可接球座，球座必须在欲测井段以下。常用封隔器为水力扩张式封隔器。
（5）替挤活性液，用查窜管柱将活性液挤入欲测层段，关井扩压，使地层充分吸附放射性同位素离子，地层压力传递平衡。反循环洗井，洗出井筒或管柱内的同位素污物。
（6）测放射性同位素曲线，用查窜管柱即可在油管内测量，同时压井后也可起管柱测量。
（7）分析对比所得资料，通过对比，如层间放射性强度有明显增加，则说明有窜通。
（三）封隔器查窜
就是将封隔器下入欲测井内设计的预定位置，用以封隔开可能窜通井段与其它油层，然后根据所测得的资料来分析判断窜通情况的方法。
现场常使用的找窜方法，根据找窜情况确定封隔器的数量，可分为双水力扩张式封隔器和单水力扩张式封隔器找窜两种。根据欲找窜的层位情况划分，又可分为低压井找窜、高压井找窜、漏失层找窜三种方法。由于找窜的方法不同，应用的范围也不同，可根据欲找层段的具体情况，选择找窜方法。通常在多油层井找窜，而且下部层段又有漏失层的情况下，采用双水力扩张式封隔器找窜。 由于找窜的方法不同，其具体施工步骤也有所不同。下面就不同找窜方法的施工步骤分别进行阐述。
1．单水力扩张式封隔器找窜
将封隔器下至欲找窜位置的两油层之间的夹层中部，其下部接节流器，最下部接单流阀，然后从油管内注人高压水，来观察油层间是否有窜通的现象。观察窜通与否又分为套压法和套溢法两种，其方法如下：
（1）套压法：即观察套管压力的力法，采用高～低～高或低～高～低方式观察注水压力，同时观察套管压力变化。若套管压力随油管压力变化而变化，则说明油层之间有窜通现象；反之，则说明无窜通现象。
（2）套溢法：是观察套管溢流量的方法。变换注入压力，同时观察和计量套管溢流量。若套管溢流量随注人压力的变化而变化，则说明此两油层有窜通现象；反之，则无窜通。
2．双水力扩张式封隔器找窜
在第一组封隔器的节流器下部再接一组封隔器，两组封隔器刚好卡在下部层位射孔段的两端。观察窜通的方法是：将找窜管柱下入设计的预定位置，观察窜通情况。具体方法同单水力扩张式封隔器找窜，即可用套压法或套溢法进行观察判断。
3．低压井找窜
将封隔器下至预定位置后，先测量井的溢流量，再循环洗井、投球；当油管内压力起来后，测定套管返出液量。如返出液量小于或等于溢流量时，则证明管外不窜；如返出量大于溢流量，将封隔器提至射孔段上，验证封隔器的密封性。如封隔器是密封的，则说明地层是窜通的。找窜时应仔细观察排量、泵压、进出口水量等变化情况。并将这些数据详细记录在报表上。
4．高压井找窜 用不压井、不放喷的井口装置将封隔器下至预定位置，油管及套管装压力表。
精品文档
精品文档
查窜时，从油管内泵人高压液体，并观察套管压力是否随着油管压力而变化。如套管压力随着油管压力变化，且封隔器经验证完好，则证明管外是窜通的；反之，套压不随油压变化而变化，则证明被验证层位无窜通。
5．漏失井找窜
在漏失层找窜,找窜液无法构成循环的情况下，可以在水力扩张式封隔器下至预定位置后，采用油管打液、套管测动液面的方式或换其他类型封隔器；也可采用套管打液，油管内下压力计测压的方法进行找窜。
封隔器找窜时应注意事项:找窜前要先进行冲砂、热洗、通井等工作，以便了解该井套管完好情况及井下有无落物；油管数据要准确，封隔器要坐在欲测层段的夹层上，且位置应避开套管接箍；查窜时应坐好井口，若井口用自封封井器时，应有防止封隔器上顶的措施；测完一个点上提封隔器时，须活动卸压缓慢上提，以防止地层砂子大量外吐造成卡钻事故；若发现窜通时，必须上提封隔器至射孔井段以上，检查封隔器的密封性。 （四）桥塞查窜
就是将桥塞下至欲找窜井段夹层中部，利用入井机具，通过座封方式将桥塞座封。然后丢手，起出丢手接头，此时桥塞的自锁胶筒在上下卡瓦的作用下仍处在压缩状态保持密封。验窜方式：插管接头插入桥塞内腔，在允许压力范围内进行试挤验窜，通过套溢法和套压法来判断桥塞上下两层之间是否窜通。 现场使用桥塞找窜的方法有丢手封隔器找窜、可钻桥塞找窜、电缆式可钻桥塞找窜三种。其共同特点是：操作简便，封堵深度准确，可靠性和安全性强，丢手桥塞还可重复使用。桥塞找窜适用范围广泛，特别适用于深井和夹层较薄的窜通井。
桥塞找窜的施工步骤及注意事项:
（1）起出井内原管柱，若井内留有异物必须进行打捞和清理。 （2）洗井，保证井筒壁干净无杂物。
（3）通井，通井工具必须等于或大于桥塞的外型尺寸，通井深度须在欲找窜层位以下。若套管变形必须进行整型修复，保证通井工具畅通无阻。
（4）测套管接箍，准确调整桥塞位置。电缆桥塞入井时，磁性定位器可随桥塞一同入井进行跟踪定位。
（5）将认真检查过的桥塞及入井机具与找窜管柱或电缆连接好，平稳下入井内预定深度。
（6）确定桥塞位置无误，座封桥塞，并验证其座封效果。电缆桥塞座封丢手后，提出电缆。
（7）试挤验窜，收集有关资料进行分析对比，判断层间是否窜通。电缆桥塞须下挤注工具总成，插入桥塞内腔进行试挤验窜。 （五）水力测试
水力测试可以检测邻近的油、水或气、水窜槽位置及检查射孔井段的封堵效果。目前最常用的方法是压力试验和排空试验。
压力试验就是在井口加一定的压力，观察压力下降的情况，以检查套管柱的密封性或挤水泥质量。如果套管鞋处的压力能保持不变，则表明固井质量可靠；如果套管鞋处不能保持压力不变，则说明固井质量有问题，需要采取补救措施。 排空试验是一种检验水泥封固质量的钻杆测试方法(DST)，它是用气举或提捞等方法，部分或全部掏空井内液体，并关井一段时间，观察井口压力有无变化，打开井口观察有无气体排出，下工具探井内液面是否升高等。在固井质量好的井
精品文档
精品文档
段或在非渗透层封隔好的井段，在关井和开井期间压力是没有变化的。如果封堵效果不好，则会有其它(邻层)渗透层的流体流出，使压力曲线发生变化，这时就需要进行补救水泥作业，见图9-1。
图9-1排空试验压力曲线图
A—下入封隔器时的初始静液压力； B—井下测试阀打开时的“流动”压力； C—井下测试阀关闭时流动停止的压力； D—关井结束时的压力；
E—起出封隔器时的最终静液压力。
（六）井温测井
井温测井可以测出在井身剖面上随深度变化的温度、温度梯度及热异常位置。目前该方法主要应用在以下两个方面：一是确定水泥面位置，二是检查水泥窜槽。
图9-2水泥窜槽的井温曲线
井温测井由井下温度计和电子线路组成，采用接触式测量法。生产测井中常用的有普通井温仪、纵向微差井温仪和径向微差井温仪三种类型。井下温度计目前主要有电阻温度计、PN结温度计和热电偶温度计三种。温度测井仪多采用电
精品文档
精品文档
阻温度计。其原因是电阻温度计精确度高，而且测量范围大。其作用原理是利用导体的电阻温度变化特性。电阻温度计采用桥式电路，利用热敏电阻与普通电阻构成电桥，当遇热时，热敏电阻值发生改变，破坏电桥的平衡，输出一个电信号，从而可以间接地测出温度的变化。
井温测井可以判断水泥窜槽，由于窜流的流体和原有的地层温度不同，从而造成井温曲线记录的异常，据此可判断水泥窜槽现象。图9-2是一口油井的气体向下窜流，从裸眼井段顶部流入井眼的情形。这个气窜现象是由井温曲线在气顶高于地温梯度线，且在尾管底部有明显负异常而反映出来的。
由于井温曲线受诸多因素的影响较大，因而在解释时应充分认识其井眼环境，排除干扰以提高解释的准确度。
（七）分区水泥胶结测井（SBT） 80年代末，西方阿特拉斯测井公司推出了一种新的固井质量测井仪，即SBT。它主要从纵向和横向（沿套管圆周）两个方向测量水泥胶结质量。它利用装在六个滑板上的12个高频定向换能器的声系来定量测量套管周围六个60°区块。有六个动力推靠臂，每个臂把一个块发射和接受换能器滑板贴在套管内臂上。该仪器设计考虑的短源距使补偿衰减测量结果基本上不受快速地层影响。实现了测量的高分辨率，360°全方位覆盖。
SBT刻度简易，灵活且精度高，不象CBL测井那样，常因没有自由套管刻度或刻度仪器偏心而大大降低目的层段的测量精度。SBT测井克服了CBL测井的诸多不足（受微环隙、快速地层、外层套管、水泥空隙、仪器偏心、气侵、钻井液密度和性能变化及刻度不当等因素的影响），采用多信息直观显示尤其是水泥胶结成像。这对正确评价水泥固井质量，避免不必要的验窜和挤水泥作业、节省大量费用和井场占用的时间、对合理设计和分析射孔、试油及油气开采动态等方面，都具有重要意义。
SBT可以探测水泥窜槽。探测水泥窜槽是固井质量测井的主要任务之一。直观显示水泥窜槽是SBT的独到之处。其原因是它具有较高的环向分辨率，克服了CBL的致命弱点，即测井响应是井周360°平均化的结果，不具备反映环向水泥胶结不均匀的能力。实验资料表明，SBT可准确探出小于10°的窜槽，这是CBL测井所无法达到的。一般来说，长井段CBL值，套管波和地层波中等可以反映有水泥窜槽或微环隙，但无法由CBL对二者加以区分。微环隙与水泥窜槽不同，一般不会引起窜槽。SBT可直观显示沟槽，从而避免了因怀疑是微环隙而进行验窜和加压重测CBL。
第二节 封窜与验窜
挤水泥是一种补救注水泥或修井的作业。该作业是利用液体压力挤压水泥浆，使之进入地层缝隙或地层孔隙的一种方法。目的在于使水泥环对地层和套管间造成密封，防止形成窜槽。 一、水泥类型及性能
精品文档
精品文档
（一）油井水泥组合
油井水泥含有4种主要的化合物：铝酸三钙、硅酸三钙、硅酸二钙、铁铝酸四钙。它们在水化时对水泥物理性能将产生较大的影响，故称为水泥的“活性成分”。利用这种现象，可以人为地控制水泥中4种活性成分的比例，以及它们的细度大小，就能有效地改变油井水泥的基本性能,如表9-1所示。 （二）API油井水泥标准 水泥的性能如流动性、凝结和稠化时间、强度及热稳定性等与其所处的温度、压力条件密切相关，尤其是温度的影响极大。为了适应变化，美国石油学会(API)油井水泥系列中有9种水泥可供选择使用。目前世界上已有40多个厂家按API标准生产油井水泥，使得API标准成为油井水泥向国际标准(ISO)过渡的主要基础。API标准油井水泥使用范围见表9-2。
表9-1油井水泥性能 化合物 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙 早期强度 良 劣 良 劣 长期强度 水化反应速度 良 良 劣 劣 中 水化热 中 小 大 小 收缩 中 中 大 小 抗硫酸盐腐蚀性能 迟 速 低 迟 表9-2油井水泥使用范围 API级别 使用深度范围 类 型 普通 中 抗流酸盐型 高 备 注 m A B C D E F G H J 0～1830 * _ * _ * * * * * * * _ _ * * * * * * * _ 普通水泥 中热水泥 早强水泥 中温中压条件 超高温高压条件 超高温高压条件 基本水泥 基本水泥 超高温高压条件 1830～3050 _ 3050～4270 _ 3050～4880 _ 0～2440 _ 0～2440 _ 3660～4880 * 注：*表示常用的； - 表示不常用的。 （三）基本水泥发展 为了满足生产的需要，国外基本水泥有了很大的发展。生产水泥时将特定的外加剂加入水泥中而成为定型的基本水泥。原API的9种水泥，已简化为A，B，C，D，G，H 5种，而D，E，F级可由G，H级水泥加缓凝剂来实现。固井基本水
精品文档
精品文档
泥变化，反映出生产的需要以及固井技术的重大发展。在国外开发的油田中，已经使用了这些基本水泥固井及挤水泥作业。它表明： （1）多种固井胶结材料已成功地用于固井；
（2）API各级水泥种类不断减少，它在固井中的作用和地位也在变化； （3）高炉矿渣在钻井液和固井液中的应用，使泥浆转化为水泥浆（MTC）显示出潜在的良好应用前景；
（4）大于350℃的热采井、地热井中，水泥加硅粉技术已逐步被高铝水泥代替；
（5）超细水泥在小井眼、小间隙注水泥、挤注和修补套管作业中的应用日益增加； （6）可储存液体水泥是一种新颖独特的固井材料，用简单的设备能精确配比混合，可严格控制水泥浆参数，有利于提高固井质量，有效用于注水泥和修井作业。
（四）水泥外加剂
要水泥浆适应井下各种复杂情况，需在水泥中加(干加或湿加)各种外加剂，以满足注水泥施工和固井质量的要求。水泥外加剂有以下数种： 速凝剂：主要用于缩短水泥浆凝固时间。 缓凝剂：主要用于延缓水泥浆凝固时间。 消泡剂：改变水泥浆表面张力，减少泡沫。
减轻剂：主要用于减轻水泥浆密度。 加重剂：可以提高水泥浆密度。
降失水剂：主要用于降低水泥浆滤失量。
堵漏剂：主要用于提高水泥浆对井下地层堵漏能力。 膨胀剂：主要用于提高水泥浆与地层、套管胶结强度。
泥浆转化为水泥浆：在一定固相含量的钻井液中加入水化材料、激活剂、分散剂等，使钻井液转化为水泥浆。
泡沫水泥外加剂：通过化学反应产生惰性气体，减轻水泥浆密度。 分散剂：主要是降低水泥浆粘度。
稳定剂：主要是吸收水泥浆游离水，防止水泥浆沉淀。 防气窜剂：加人防气窜剂能减少或防止地层气侵入水泥浆。 增强剂：增加水泥石的强度。
目前，国内、外水泥外加剂品种繁多，可根据具体情况选用。 二、特殊情况注水泥 （一）长封固段注水泥 封固段长，一般情况套管内外液柱压力差也较大，注水泥施工在顶替水泥浆时有较高的压力，特别是管外的液柱压力加上施工时流动压力必须小于裸眼段的破裂压力，这是基本的原则。为了减小管外水泥浆液柱压力，可以采用分级接箍注水泥方法；或者根据设计在部分水泥浆中加减重剂。 水泥浆封固段长，在封固段顶端和末端井筒静止温度有差异，则需针对不同温度条件对水泥浆加缓凝剂，以满足施工的需要。同时还需在水泥浆中加入降失水剂、分散剂等外加剂以改善水泥浆流变性能。因此，根据施工要求必须进行实验室试验确定其加量。
在长裸眼段，为了有好的水泥封固质量，必须在套管上加扶正器。加扶正器
精品文档
精品文档
的位置和数量要根据井径图确定，但是对狗腿较大井段，油水层之间应加扶正器使其封隔良好。
（二）高压气井注水泥
水泥浆被顶替到预定环空位置，从停止流动到硬化可分为四个阶段,即水泥浆、水泥浆胶凝、水泥凝固和水泥硬化四个阶段。第一个阶段是液相完全能传递液柱压力，时间在20min左右；第二阶段胶凝时进一步脱水的水泥结构内孔隙压力降低而引起环空液柱压力下降，一旦低于气层压力时则发生气侵和水泥气窜，这种现象被称为“失重”或“胶凝现象”。这是高压气井气侵、气窜的主要原因，对于这类井注水泥工艺技术上应采取以下措施:
（1）改变水泥特性，加防气窜剂，使用触变性水泥、延迟胶凝强度水泥、可压缩水泥、不渗透水泥、硅石微粒水泥等，根据井况进行选择。
（2）提高初始压力，提高水泥浆密度，或在井口施加回压和提高钻井液的密度。
（3）在长封固段内，采用不同稠化时间的水泥浆固井。 （4）使用分级接箍注水泥或减小水泥浆柱长度。
（5）使用机械工具封堵流动通道，用套管外封隔器(ECP)封堵气层。注水泥后将ECP胀开，防止候凝时气层的气体外窜。 （三）调整井注水泥
油田注水开发钻调整井的数量日益增多，由于长期注水特别是高压注水，其压力已接近或超过地层破裂压力，除油层中形成局部超高压圈闭外，相关的地层也可能有憋压层，这些新的变化对注水泥提出了特殊要求。
1．坚持静态固井
注水泥过程中需要尽可能在一定时间内实行面积停注，有一个静态环境使水泥凝固。在中小油田中为兼顾采油注水工作，可采取静动结合的方法。在注水泥过程中，一定半径范围内的采油井、注水井停下来，为提高固井质量创造必要条件。
2．局部封堵全井防窜
采用套管外封隔器对主要油气层进行封堵，再注水泥达到局部封堵，全井防窜。
3．改善水泥浆性能，提高顶替效率
在水泥中加减阻剂、降水剂、分散剂改善水泥浆流变性，有必要提高水泥浆密度(高于钻井液密度)以减小因水泥浆自由水析出而增加液柱压力，增强抗水侵能力，这样在顶替时容易达到紊流状态。 （四）注蒸汽热采井注水泥
稠油开采注水高达360℃蒸汽，除了在选择套管时应注意热应力和套管螺纹耐热密封性能外，在注水泥工艺技术上还应采取以下措施:
（1）水泥试验表明，当温度超过110℃时，油井水泥的抗压强度要大幅度下降，再继续升温达到临界温度时，水泥浆的强度将发生崩解。为了提高其热稳定性应选用G级水泥加30％左右石英砂(80目～100目)，大于350℃时在国外已逐步用高铝水泥。
（2）热采井环空应全部封固，井段太长时，可采用多级注水泥方法，注水
精品文档
精品文档
泥时要求水泥浆返出地面，保证井口段水泥环质量。
（3）在套管柱上合理加扶正器，提高顶替效率和固井质量。 （五）低压、裂缝层注水泥 首先是选定完井方式，如前所述的先期完井的方法，将技术套管下至油气层顶部，然后采取尾管射孔或割缝衬管完井，或在套管柱上带套管外封隔器(ECP)下至油气层顶部，上部带上分级注水泥接头，采用分级注水泥的方法，以免注水泥时液柱压力高而压漏裂缝层。
除此之外，还有一种行之有效的办法是采用轻质外加剂降低水泥浆密度(亦称为低密度水泥)。目前，国内配制低密度水泥浆使用的轻质外加剂主要有：
1．膨润土
用膨润土作减轻剂，水泥浆密度一般可配到1.5～1.6 g／cm3。膨润土不同掺量的水泥除强度较低外，其他性能都较好，适用于封固低压层和漏失层。
2．氧化沥青
现场使用的氧化沥青粒度小于500μm，密度为1.17～1.25 g／cm3。氧化沥青配制的低密度水泥密度为1.35～1.50 g／cm3，具有性能稳定、堵塞裂缝和防腐能力较强等优点，适用于中深井、浅井低压油气层固井作业。但成本较高，软化点较低，温度高时有粘结现象，给现场作业造成一定难度。
3．微珠
微珠的化学成分是硅、铝及铁的氧化物。各地生产的微珠，其化学组成和物理性能基本相同，但由于各地的煤种、煤质、煤粉的细度及燃烧工艺的差异，煤粉中所含微珠的数量、质量、成分、粒度等也有所不同。微珠具有质轻、吸附水少(只需少量水润湿微珠的表面)，有一定活性，与水泥相容性好等特点。目前现场使用的微珠有两种：一种是空心微珠(漂珠)，可配制成密度为1.20～1.60 g／cm3的水泥浆。另一种是实心微珠，可配制成密度为1.57～1.61 g／cm3的水泥浆。实践证明，微珠低密度水泥比其他低密度水泥具有较高的抗压强度，可适用于3000～4000m的井。
4．泡沫水泥
泡沫水泥是在水泥浆中混入(或产生)一定量的气体，使之均匀地分布在水泥浆中，达到降低水泥浆密度的目的。为使泡沫稳定在水泥浆中，可用国内定点厂家生产的高性能的泡沫稳定剂。泡沫水泥有以下优点：密度低，一般为O.84～1.32 g／cm3，最低可达0.5～0.6 g／cm3；流变性能好，能较好地满足注水泥施工要求；强度高于其他低密度水泥；水泥浆中有可压缩的弹性微气泡，在产生失重的情况下，气泡补偿了水化过程中水体积的减少，从而限制了地层流体的侵入，避免窜槽发生，同时可使水泥浆与套管和井壁很好地胶结，提高了固井质量。鉴于上述优点，泡沫水泥已成为低压、低渗透油、气层注水泥施工的主要措施之一。 （六）盐膏层注水泥
（1）在掌握盐膏层溶解与温度关系的基础上，配制饱和盐水水泥浆，以期在井下温度压力条件下，盐水水泥浆处于饱和状态而减少盐膏层的溶解程度。 （2）饱和盐水水泥浆密度应控制在大于钻井液密度0.05～0.2 g/cm3左右，水泥浆失水宜小于50～150mL。 （3）由于饱和盐水与水泥混合过程容易产生气泡，影响泵的正常上水效率和按要求配制的水泥浆密度。因此配制饱和盐水水泥浆时应相加入加重剂、消泡剂及盐系分散剂。同时为改善水泥浆性能，可根据实际情况加入降失水剂、抗盐
精品文档
精品文档
剂、早强剂、减阻剂等有关外加剂，以满足水泥浆流变学设计的要求，并能提高胶结质量。
（七）水平井注水泥
1．加入降失水剂，使水泥浆的自由水最好为零
按API标准在常温垂直量筒中测出的自由水为1％的水泥浆，而在加温及倾斜条件下测量时自由水可高达7％。因此，对大斜度井要改变现有自由水测量方法，可先把水泥浆预热到井底循环温度，再放到倾斜45°的量筒中去测量自由水。 2．增大液相粘度
例如可加入橡胶乳液(Latex emulsion)提高水泥浆内液相粘度，增加自由水运移的阻力。
3．加入固体微粉
挪威Statoil公司近期的研究表明，加入很细的微硅粉，在水泥浆内分散并充填在水泥颗粒之间，可阻止或减少自由水的流动。为使硅粉发挥作用，必须使其在水泥浆中分散良好。
4．隔离液
大斜度井中紊流顶替效果好，低速顶替时有密度差的影响。当两种流体密度差大到一定程度时，在套管内、外都会发生楔人现象，其结果是重流体在轻流体下面通过。在钻井液与隔离液间发生这种现象影响还不大，但在水泥浆与钻井液之间则应尽量避免，以防止水泥浆被污染或部分钻井液被包围在水泥浆中而残留下来。因此，隔离液的密度应接近水泥浆的密度，其流变性要介于钻井液和水泥浆之间，至少应充满200～250mm环空长度。
5．使用刚性套管扶正器。使用一般的弹簧片扶正器，在井斜角达70°～72°以上的大斜度井中，弹簧片都被压坏，注水泥窜槽严重，有50％的井要挤水泥补救。使用刚性扶正器，可以提高注水泥质量，需挤水泥补救的井仅仅占20％。 （八）尾管注水泥 （1）先下技术套管注水泥固井再钻开油层，下尾管注水泥完井可以缩短注水泥长度，保证套管质量，更重要的是能更好地保护油层。尾管注水泥时注水泥封固段短。 （2）要事先在井口最大关井压力情况下校核技术套管的抗内压强度，若抗内压强度安全系数偏小，则应从尾管顶部回接套管到井口。如塔里木克拉2地区气井，压力系数在2.2左右，即先下尾管完成，再回接套管至井口完井，以保证气井套管能安全生产。
（3）接箍处环空间隙不得小于5／8in(16mm)，确保有足够的水泥环厚度。可用液压扩孔钻头或双心钻头扩眼。根据经验，7in(177．8mm)尾管要求井径为230mm以上，5in(127mm)尾管要求井径为170mm以上，才能保证环形空间水泥封固好，但当前国内外实施中均小于此数值。
（4）下尾管时，每根套管下放时间不少于1～1.5min，以防压漏地层和损坏悬挂器弹簧及卡瓦片等部件。 （5）应有足够的预冲液和水泥附加量，保证与主要封隔段的接触时间不少于10min。
（6）注重水泥浆时要按性能要求，改善流度及降低滤失量。用预配制的方法，保证水泥浆的均匀度。
精品文档
精品文档
（7）尾管与上层套管重叠长度控制在50～150m之间，特殊情况重叠也不宜过长。
（8）裸眼尾管后期完成井，一般应在尾管鞋以下3～5m注悬空水泥塞，凡尾管完井，如有漏失，必须先处理井漏后再下尾管。
（9）凡不用胶塞碰压时，都应配置专用计量罐。用胶塞碰压时，当顶替量超过压缩系数量后仍未碰压，也不宜多替。
（10）条件允许时，可适当活动尾管，以提高固井质量。 三、固井质量评价
注水泥施工后，需要对注水泥质量进行评价，用压力试验和测井方法解释水泥胶结质量。
（一）压力试验
1．套管试压
不同尺寸的套管试压压力不同，不应用套管内泥浆试压，应将套管内泥浆替出换成清水试压。
2．套管鞋试压
检查套管外部和套管鞋处固井质量。 （二）测井方法解释水泥胶结质量
（1）声波测井(CBL)，CBL值的高低反映水泥环与套管界面(第一界面)的胶结质量。
（2）声波测井与变密度测井(VDL)综合解释， VDL的地层波反映水泥环与地层界面(第二界面)的水泥胶结质量，CBL／VDL综合解释能较好地评价水泥胶结质量。
（3）分区水泥胶结测井(SBT)，该项测井图出现SBT，CBL，VDL，伽马(GR)及水泥图五个分图，能较准确地解释水泥胶结质量。中国海洋石油总公司已使用该方法解释水泥胶结质量。
四、封窜工艺 （一）循环法封窜
循环法封窜的工作原理就是将水泥浆以循环的方式，在不憋压力的情况下替入窜通井段，使水泥浆凝固，以达到封窜的目的。对窜通时间不长，窜通量不大的管外窜通井，可采用循环法封窜。其优点是对油层的污染比较小，一般不会产生封窜后堵死全部射孔段的问题。
循环法封窜根据封窜管柱的连接方法和所用工具的不同，可分为单水力扩张式封隔器封窜和双水力扩张式封隔器封窜两种方法。
单水力扩张式封隔器封窜：采用这种方法进行封窜时，封窜前只露出夹层以下一至两个小段，其它层段采用人工填砂或注悬空水泥塞的方法掩盖，封隔器应坐封在夹层上，并且井口部分最好采用自封封井器或闸板防喷器来密封，这样有利于封窜工作的顺利进行。 双水力扩张式封隔器封窜：是采用两个水力扩张式封隔器中间加节流器管柱下入井内，下封隔器应坐封在窜通层以下紧靠窜通层的夹层上，上封隔器坐封在已窜通的夹层上。在封堵时水泥浆由两级封隔器中间的节流器流出，由窜通的下部油层进入窜通部位。其优点是可以不填砂或注悬空水泥塞，可以不留水泥塞或少留水泥塞；缺点是下入井内的封隔器多，遇到卡钻时难以处理。 循环法封窜的施工步骤：
（1）下封窜管柱，使封隔器坐于施工设计要求的夹层位置。
精品文档
精品文档
（2）冲洗窜槽，洗至流出液体不夹带大量泥砂，且泵压平稳时为止。 （3）泵入与设计的性能和数量要求相符合的水泥浆。
（4）替液至节流器以上10～20m处，并略待水泥浆稠化，稠化时间随水泥、水泥浆的性质、井深位置、井下温度、添加剂的性质和数量而定。
（5）解封封隔器上提管柱，使管脚提至射孔井段以上，然后反洗井，洗出多余的水泥浆，洗井液量最少是井筒容积的1.5～2倍。 （6）起出20～40m管柱，关井候凝48h。 （7）试压，检验封堵情况。 （二）挤入法封窜
挤入法封窜的工作原理就是在压力允许的范围内，让水泥浆通过封窜管柱进入井内，使水泥浆充满所有窜槽部位，使窜通层充分吸附水泥浆，以达到封窜的目的。当遇到井壁坍塌，窜槽体积大，其形状不规则，且堆有大量岩块时，采用此方法封窜比较可靠，能堵住复杂的窜槽。其缺点是在封窜过程中会有大量的水泥浆进入地层，容易堵塞油流通道，造成污染油层的恶果，同时封堵工艺比较复杂，容易造成井下事故。
根据井况的不同，挤人法封窜可以分别采用封隔器法封窜、油管封窜、桥塞封窜三种方法。
1． 封隔器法封窜
其封窜管柱自下而上由单流阀、球座、节流器、水力扩张式封隔器和油管组成。封隔器下入位置应根据层段的不同而有所选择，以避免水泥浆污染其它油层。具体选择的方法是：当窜槽以上的油层少时，可采用由下而上挤水泥浆的办法，将下部的射孔段填砂或注悬空水泥塞，只露出部分射孔段。封堵时水泥浆由此上返进入窜槽内，以达到封窜的目的。当窜槽以上的油层较多时，为了防止挤死上部油层，可将窜槽下部的射孔段填砂掩盖，将封隔器坐在紧靠窜通层上部的夹层上，水泥浆自上而下地挤入。 封隔器挤水泥浆的施工步骤：
（1）将封隔器下至预定的夹层上，其下部接节流器、单流器及球座。 （2）反洗井至水清。
（3）投球，试挤清水至泵压平稳。 （4）挤入水泥浆。
（5）用清水将水泥浆替至节流器以上10～20m处。
（6）根据水泥浆性能、添加剂数量及井下温度决定静止时间，等候压力扩散和水泥浆稠化。
（7）上提封隔器至射孔井段以上。 （8）反洗井至水清。
（9）上提1～2根油管，关井候凝24～48h。 （10）钻水泥塞验窜。 2．油管封窜
当窜槽复杂或套管破损不易下封隔器时，可采用此方法进行封窜。用此方法封窜时，将欲封夹层以下射孔段用填砂或注悬空水泥塞的办法全部掩盖，油管下至射孔井段以上30—50m，水泥浆自管内注入，当水泥浆快出管柱时(一般控制在lOOm左右)，即关套管闸门将水泥浆挤入窜槽。挤完水泥后，正反替清水至射孔段处，关油、套闸门，憋压候凝。 3．桥塞封窜
精品文档
精品文档
当封窜井较深，夹层较薄时，为提高封堵准确性，缩短工期可采用此方法进行封窜。其封窜管柱结构与找窜结构相同，在确定层间窜通后进行试挤。根据窜通量的大小和挤注压力的高低，将定量的水泥浆由管柱内挤入(根据试挤压力的高低，挤注水泥浆的方法可分为直接挤注和先替后挤两种)，正替清水至下部射孔段处，然后上提管柱至上部射孔段以上20～30m处反洗井，洗至水清为止。提出挤封管柱，关井候凝。
挤入法封窜应注意的问题： （1）挤封管柱靠近封隔器或桥塞上部应接安全接头，以便下部结构遇卡后可以倒开上部管柱。
（2）挤水泥浆时，如泵压明显上升无法正常施工，应及时停止挤注，替清水将水泥浆替出管柱或建立循环反洗井，避免油管堵塞、卡钻等井下事故的发生。 （3）挤水泥浆时，必须确保一切设备正常运转，同时须有备用水泥车才可施工。
（4）挤水泥浆的全部工作时间不得超过水泥初凝时间的70％。 （5）油管封窜要保证挤封层以上套管完好无损和漏失，顶替清水量准确无误。
（三）循环挤入法封窜
循环挤入法实际上就是循环法与挤入法的联合使用。它先使水泥浆在不憋压的方式下进入窜槽，再用挤入的方法使水泥浆充填好。其封堵过程是水泥浆开始进入窜槽时，套管闸门是打开的，以保证水泥浆在憋不起压力的情况下进入地层。当地层窜槽内进入足够的水泥浆后，关闭套管闸门挤入剩下的水泥浆，再替够清水，静止一定时间，上提封隔器至射孔井段以上，反洗井冲去多余的水泥浆，然后上提油管10～20m，关井候凝。
（四）填料水泥浆封窜
填料水泥浆封窜就是为了防止水泥浆由于重力作用而下沉，在水泥浆挤入并充满窜槽后，接着挤入填料水泥浆堵死窜槽的进口，避免水泥浆反吐，以达到封窜的目的。
填料水泥浆封窜的施工步骤及注意事项： （1）根据该井的电测曲线(微井径或射孔质量检查图)，定出窜槽的进出口位置及封隔器的位置。进口段应选取渗透性不好的薄油层或误射孔井段。如上述条件不具备时则补孔0.5m作为进口。 （2）下入双级封隔器管柱。
（3）验证窜槽。用试挤的方法进一步核实资料，同时检查管柱。 （4）配水泥浆及填料水泥浆，其填料可根据窜通量的大小来选定。
（5）封挤窜槽。首先向井内连续泵入胶质水泥浆作为前隔离液，将油与水隔开；再挤人普通水泥浆及填料水泥浆(有时再挤入胶质水泥浆作后垫)；替清水使水泥浆自下而上进入窜槽井段，直到填料水泥浆填堵窜槽进口并有明显升压时停泵。清水的替入量等于井内油管与地面管线容积之和。
（6）提封隔器，使尾管球座在窜槽顶部以上。 （7）关井候凝48h。 五、验 窜
油水井窜通在通过封窜处理后，其效果的好坏必须经验窜来检验。通过验窜收集必要的有关数据和资料进行分析对比，来判断封窜效果。 （一）验窜的方法和类型
精品文档
精品文档
根据油水井窜通的两种形式（套管外窜通和地层窜通），现场常用的验窜方式主要有声幅测井验窜和封隔器验窜两种类型，其工作原理和施工方法与相应的找窜方式基本相同。声幅测井验窜就是在整个封窜工序完成后，测得声幅曲线图，若声幅曲线幅度小，说明水泥环完好，封窜效果好；反之，封窜效果差。根据水泥环胶结的好坏，声幅曲线解释把井分为优质井、合格井和不合格井。封隔器验窜又可分为单封隔器验窜和双封隔器验窜，就是应用套溢法和套压法对封窜效果进行检验和判断。其具体方法可参考套溢法和套压法的具体内容。同样，验窜的两种方式也可进行组合，以便收集更为详细的资料，做出准确判断。 （二）验窜的施工步骤
声幅测井验窜施工步骤与其找窜施工步骤相同，可参考测声幅找窜的施工步骤。封隔器验窜施工步骤如下：
（1）通井洗井，保证井眼畅通无阻。 （2）下验窜封隔器管柱至设计位置。
（3）接水泥车管线，并按设计要求进行管线试压。 （4）投球坐封封隔器。
（5）验窜试挤，验证封堵效果，收集有关数据。
（6）调整验窜管柱位置，检验封隔器坐封效果及验窜数据的可靠性。 （7）提出验窜管柱及封隔器，并校对其位置和有关数据。
（8）对收集的资料和数据进行分析，做出对验窜效果的评价。 （三）验窜的质量要求和验窜标准：
（1）施工管柱结构及封隔器位置与完成深度应符合设计要求。 （2）验窜的管柱和封隔器应密封完好。
（3）验窜试挤时的注入量、返出量或套压变化量，计量应准确。
（4）验窜时在正常生产压差下，即在泵压8MPa～10MPa～8MPa或10MPa～5MPa～10MPa三个压力点下，注入清水10～30min，观察记录套管压力或套管溢流量的变化，无溢流量或无溢流量变化及管压无变化为封窜合格。
（5）验窜应收集的有关资料有：验窜管柱下入深度及封隔器位置；验证层位及井段；加压值、注入量、反出量或管压变化值；油管及封隔器试漏情况。
第三节 环空气窜及控制技术
油气井注水泥后，由于环形空间液柱压力与地层压力不平衡关系的变化，使地层中的液体进人环形空间，产生纵向流动，这种纵向流动的现象称为流体窜流，简称环空窜流。地层中最活跃的是气体，气体的粘度比地层水的粘度低80～100倍，发生窜流的可能性最大，因此，流体窜流一般又称为气体窜流或环空气窜。 严重的环空气窜可能导致很高的井口压力和气体流动，不仅使后续钻井工程和开采工程无法进行，还可能造成全井报废的恶果。
气窜问题是一个很复杂的问题，影响的因素和涉及的问题很多。国内外现场实践表明，即使注水泥工艺措施非常优良，水泥浆在候凝过程中气体窜流不时仍有发生。这是当前提高固井质量所要解决的主要问题和本节介绍的主要内容。 气体窜流实际上是一个压力平衡问题。如水泥浆在候凝阶段，液柱压力始终保持水泥浆柱的原始压力，气体就不可能侵入环形空间。这就间接地说明，在水泥浆凝固过程中，作用在井内的静液柱压力在发生变化。下面针对气窜的危害，
精品文档
精品文档
水泥浆凝固过程的特点，气窜的方式以及防止气窜的方法，重点进行介绍。
图9-3环空窜流示意图
一、环空窜流的危害
环空窜流导致井口冒油冒气，这是人们熟悉和注意的问题；而井筒内不同压力层系的流体互窜(图9-3)，则是人们容易忽视的问题。有时，为了避免井口冒油冒气，还人为地采用封隔器封堵的办法，从而把地面观察到的冒油冒气现象转移到地下，造成了开采时的最大隐患。特别在高压、多油气层的深井中，表现尤为突出，危害也最大。归纳起来，注水泥后环空窜流带来的危害有以下几方面： (1)窜流导致环空井口冒油冒气，使大量的油气散失，降低了油气产量； (2)井下不同压力系统在层间窜流，不仅降低了油气采收率，还影响了油气田的合理开发；
(3)窜流降低了增产措施的效果，使油气产层得不到合理的开采；
(4)窜流使套管遭受流体的侵蚀和腐蚀，降低了套管的强度和使用寿命。 此外，当流体窜入套管内部，还会影响下部井段油气的继续发现和造成错误判断。
注水泥质量造成的环空窜流，一般可采取挤水泥的补救办法，在窜流的孔隙或通道中重新充填性能良好的水泥浆，达到弥补水泥环缺陷的目的。实际上，挤水泥的办法，往往并不能完全奏效，其原因在于：
(1)窜流位置，特别是小于毫米级的位置，难以确定；
(2)窜流的孔隙极小，一般都小于微米级，需要的挤注压力过大，有时水泥浆根本就不能进入；
(3)挤水泥压力过高，有时会破坏水泥的胶结能力，甚至压裂地层，从而使环空窜流更为严重。
另外，挤水泥作业，费用较大，如长庆油田陇东地区的油井，挤水泥作业的费用为钻井成本的15%～20%。显然，采用挤水泥补救流体窜流的办法，并不是一种好的方法。
二、水泥浆的凝固特性与气窜的关系
水泥浆的凝固过程是一个溶解、水化、结晶和硬化的过程。在该过程中，水泥浆体的网架结构及微孔隙逐渐形成并不断变化，从而使水泥石的物理性能、机
精品文档
精品文档
械性能发生变化。
静胶凝强度KPa 4
2 0
时间，h（不包括在稠度仪中搅拌的20min）
图9-4水泥浆的静胶凝强度、收缩、压力和温度之间的关系
（一）水泥浆的凝固结特性
随着水泥水化作用的继续进行，固相体积不断增大，液相不断减小，形成的体系结构，在吸水的作用下，出现了许多超细的微孔隙结构，整个体积表现出收缩的现象。水化颗粒的胶凝挤压、微孔隙体积收缩是水泥浆凝固过程的主要结构性质，其主要特点如下：
(1)水泥浆的结构特性是互相影响、相互交错在一起的。即结构的胶凝和挤压，促进了孔隙收缩的形成；反之，孔隙收缩又增强了结构的压紧。
(2)水泥胶凝强度的增加与水化体积的收缩同时产生（图9-4）。初凝前，胶凝强度增长缓慢，体积收缩较小；初凝之后，胶凝强度的增长速度比终凝以后快，在终凝前水泥的体积收缩率为0.1%～0.5%，而终凝后为3%～5%。
(3)水泥浆的渗透率和孔隙度随胶凝强度的增加和体积的收缩而逐渐变小。在水泥凝固初期，渗透率高达0.3μm2，而凝固后的水泥基体在10-4μm2 以下，气窜发生可能性极小。表9-3为水泥浆不同凝期总孔隙率和毛细孔数量分别降低和增加的情况。
表9-3 水泥浆不同凝期的总孔隙率和毛细孔分布 养护时同 d 总孔隙 ％ 10～10 mm 23不同孔径的分布，％ 10～10 mm 2体积收缩系数% 4～10nm 1 2 11.02 5.55 27.3 31.9 53.5 26.7 19.2 41.4 （二）孔隙的形成和液柱压力的传递 水泥颗粒需要的水化水，一般在水泥质量的0.2%～0.3%左右，实际水量比需要的水化水大得多，水灰比为0.5左右。多余的水将聚集在水泥浆的凝胶结构内，形成含水的毛细孔道。图9-5说明，水泥浆在不同水化阶段内毛细孔的形成和体积大小。不难看出，毛细孔在水化初期已经形成，且随水灰比的减小和凝固时间的增加，而被圈闭在充有水的孔隙中，井下压力传递从液体传压变为孔隙传压。 水泥浆传压方式按其凝固过程可分为以下三个阶段： 1．液体传压
精品文档
精品文档
在配浆开始后的15min到30min的过程中，水泥颗粒处于胶溶解和分散阶段，水化作用还未进行或刚刚开始，水泥浆在注替和流动过程中还受到高速的剪切作用，在稠度20Bc内，压力传递保持液体的传压特性。
水泥浆体系毛细管体积分数%
图9-5 水泥水化
2．液塑态孔隙传压
当水泥浆开始水化和凝固前，水泥浆已进入液塑状态。此时，毛细孔已经形成，孔隙直径为10～lO2 nm，液柱压力被圈闭在孔隙中。由于浆体结构的形成和胶凝强度的不断增加，部分浆柱被悬挂在套管和井臂上，水泥浆柱的压力通过液塑态浆体的毛细孔传递，且随水泥浆胶凝强度的增加而减小。 3．塑固态孔隙传压
水泥浆的塑固态出现在初凝开始到终凝以后。此时，水泥浆从完全丧失流动到凝固成致密的固体，水泥石的渗透率越来越小，孔隙直径减小到10nm以下，孔隙的传压能力随之变差，最后水泥柱的全部质量悬挂在井壁上和圈闭在孔隙中，使孔隙中的静水柱压力不能作用在地层上。
当水泥浆全部质量悬挂在套管和井壁时，所需水泥浆的最小胶凝强度τGmin为：
τGmin=25ρc(Dh-dp) (9-1) 式中 ρc ----水泥浆密度，g/cm3;
Dh----井眼直径，cm; dp----套管外径，cm.
（三）气侵的方式和条件
根据国内外研究的结果，气体窜流的方式有以下三种： 1．水泥浆窜槽和泥饼干裂引起的油、气、水窜 由于水泥浆顶替效率差，滞留钻井液在环形空间形成窜槽的薄弱环节；另外，
精品文档
精品文档
水泥浆凝固时可能吸收滞留泥饼的水分，造成泥饼干裂，这些都可能造成油、气、水窜的通道,如图9-6所示。
套管
水泥
图9-6由于钻井液替换不好发生的气体运移
2．界面微间隙引起的油、气、水窜
当水泥憋压候凝释放套管内的压力时套管产生径向收缩，使水泥环与套管和井壁的连接力减小或产生微间隙。另外，如果减小套管内钻井液密度，也可能出现微间隙问题，油、气、水就可能沿此界面窜流(图9-7)。现场证实，微间隙在20μm以内，不会产生气窜问题，而微间隙增至200μm时,出现了气窜问题。
图9-7通过套管一水泥界面和水泥一地层界面发生的气窜
套管
水泥
图9-8 通过水泥本身发生的气窜
3．水泥浆失重引起的油、气、水窜
这种油、气、水窜流发生在水泥基体内部(图9-8)。其原因是因为水泥的胶凝和体积收缩。既然水泥浆凝固过程的传压方式是通过毛细孔隙进行的，气体侵
精品文档
精品文档
入孔隙就必须克服水泥孔隙中静液柱压力和液体（包括油气和孔隙中的水）在孔隙流动时的阻力。水泥浆的孔隙压力和孔隙阻力随水泥浆的凝固过程而逐渐减小和增大。当孔隙中静液柱压力降至地层压力时，由于孔隙流动的阻力有一定数值，此时井内不会发生气侵。如果在水泥浆凝固过程中，气层压力始终小于孔隙压力和孔隙阻力之和，气体窜流就不会发生，这也是防止气窜的基本条件。
三、控制气窜的方法
根据水泥浆失重和气窜的原因，控制气窜的基本方法，可归纳为以下几种： (1)增加孔隙压力，弥补水泥浆失重造成的压力降低现象。 (2)增加孔隙阻力，降低水泥石的渗透率，阻止气体的窜流。
(3)缩短过渡时间（是指气侵最容易发生的时间，大约在水泥浆静止后10 min～4h），使水泥浆孔隙压力降到地层压力之前，胶凝强度增加240Pa。 主要采取的方法包括如下的工艺措施和改性水泥的使用。 （一）限制水泥浆返高
在水泥浆封隔长度无什么特殊要求的情况下，可适当减少水泥柱高度，以减少水泥浆的失重对气窜的影响。水泥柱的最小高度，可按气窜潜力系数GFP=2～3设计。 LcGPF(Dhdp)(mGf) （9-2）
4cgsGPF(Dhdp)(cm)
式中 Lc----水泥浆的封隔长度，m; GFP----气窜潜力系数，无因次； ρm----钻井液密度，g/cm; Gf----地层压力梯度，MPa/m; τcgs----水泥胶凝强度，Pa;
表9-4为GFP=2～3时，井身结构为Φ215．9mm井眼,Φ177 .8mm套管和Φ11．14m井眼,Φ244．47mm套管两种系列，在井深为2500m，3500m和4000m的合理水泥浆封隔长度。
如水泥浆的实际封隔长度Lo≤Lc，气窜可能性极小；如Lo>Lc，则气窜可能性增大。因此，可采用如下防气窜措施：
(1)根据Lo计算的GFP值，选用表9-4中相应的水泥浆体系，以弥补(Lo-Lc)水泥段的失重压力(Lo-Lc)(ρc-ρw)。 (2)在水泥浆候凝初期(1h前)，对环空逐次憋压，憋压的总值为(Lo-Lc) (ρc-ρw)。
3
表9-4合理的水泥浆封隔长度(m) 井深 m ρc g/cm3 ρm g／cm3 Gf g／cm3 DH-dP cm GFP 3 893 2503 2 510 1137 2500 1.90 1.62 1.42 3.81 6.67 精品文档
精品文档
3500 4000 1.95 2.40 1.82 2.21 1.62 2.01 3.81 6.67 3.81 6.67 986 2001 1231 2761 620 1187 748 1511 （二）采用多凝水泥浆
井内要封隔的水泥段较长时，为了防止气窜，需在水泥柱各段范围内添加不同的外加剂以调节水泥浆的凝固时间或可泵时间，使水泥浆从下到上逐渐凝固。下部速凝段(Lc1)处于危险状态时，上部缓凝段(Lc2)仍保持较高的静液压力；当缓凝段降至水柱压力时，下部速凝段早已凝固，从而防止了气窜。两凝水泥浆的段长Lc2=(1.5～2)Lc1，初凝时间或稠化时间的差值为2～2.5h。水泥浆密度按速凝段降至水柱压力设计。
c
100PfmLmwLc1L （9-3）
c2式中 Pf----地层压力，MPa;
Lm----环空中钻井液长度，m; ρw----水的密度，g/cm3;
Lc1----下部速凝段，m; Lc2----上部速凝段，m。
（三）环空憋压
环空憋压弥补水泥浆失重引起的压力降是很奏效的。表9-5中说明，水泥浆的传压特性，憋压在候凝20min时，传压率为94％，在初凝时憋压，传压率仅有23％，因此，憋压时间应尽早为好。根据现场经验，一般选择在水泥候凝60min前进行憋压。
表9-5 憋回压时间与传压率的关系 序号 憋压开始 min 憋压值 MPa 憋压前 井底压力，MPa 憋压后 增加值 传压率 ％ 1 2
20 322(初凝) 0.018 0.0555 0.113 0.064
0.130 0.078 0．017 0.013 94 23 t．min
精品文档
精品文档
图9-9水泥浆失重近似计算
环空憋压按以下步骤进行：
(1)作近似的水泥浆失重曲线，如图9-9；
(2)计算水泥浆原始压力降至水柱压力的失重速率Gp，
GpPcPw60c16000Lc （9-4）
式中 Pc----水泥浆柱原始压力，MPa; Pw----水柱压力，MPa。
(3)环空憋压在水泥浆候凝15，30，45和60min进行。有关参数及憋压值如表9-6所示。
表9-6环空憋压值 时间 min 失重压力 MPa 环空憋压值 MPa 15 30 45 60 Pl=15Gp 15Gp P2=30Gp 15Gp p3=45Gp 15Gp P4=60Gp 15Gp （四）可压缩水泥 这是一种增加孔隙压力的水泥浆。由发气剂和水泥浆混配而成，发气剂通称为防气窜剂。可压缩水泥浆不仅能增加孔隙压力(图9-10)，还具有低渗透、胶凝强度高和微膨胀的特性。国内在四川油田五口高压气井中使用，井深为3500m左右，井底温度为85～110℃，预计地层压力40～60MPa，水泥密度为1.92～2.15 g／cm3，钻井过程有气侵显示，某井中途测试产气量44×104 m3／d。五口井固井后，声幅检测良好，并在50～60MPa下对井进行试压，无任何降压现象。
100
精品文档
精品文档
压力MPa 80
60
40
时间，h
图9-10不同浆体的孔隙压力变化曲线
(注：G级水泥，水灰比O．24，实验温度90℃，压力80MPa) 1．防气窜剂发气的配方
G级水泥浆+KQ(0.5～1)％十降失水剂(2～3)％十缓凝剂(O.03～0.04)％。 2．防气窜水泥的封隔长度
封隔长度包括油气层井段及以上(200～300)m井段。 3．防气窜剂加量的确定
防气窜剂的加量采用实验方法确定。根据井下温度和压力，将加有防气窜剂的水泥浆放人高压釜内进行凝固实验(见图9-11)。开始，由于气体的产生，压力有升高的现象。随着水泥浆水化，体积收缩，压力将不断降低。当水泥浆达到初凝时，其釜内压力如不低于已知地层压力(见图9-12)，则此加量是较为合理的。防气窜剂KQ的加量一般为O.3％～1.2％。
图9-11高温高压釜
精品文档
精品文档
图9-12可压缩水泥浆压力设计示意图
（四）可压缩水泥浆基本性能要求
(1)根据水泥浆的初凝时间或稠化时间,确定防气窜剂的发气时间。合理的发气时间应在水泥浆返至预定位置和候凝初期；
(2)为了保证气泡在水泥浆中的均匀性和稳定性，防气窜剂应均匀地混拌在水泥中；
(3)严格控制水泥浆的游离液(小于0.5％)和适当降低水泥浆失水(小于200mL／30min)。
（五）不渗透水泥
这是一种能增加孔隙阻力，降低水泥基体渗透率或不渗透的水泥。根据降低渗透率的方法的不同，有以下几种不同类型的不渗透水泥浆。 1．堵气剂
堵气剂的主要成分为胶乳。胶乳是固体聚合物。将胶乳分散在水中，并用阴离子表面活性剂和护胶凝剂加以稳定构成堵气剂。胶乳微粒直径较小，在(O.2～O.5)μm范围内，在一般情况下，具有初期堵塞水泥孔隙和形成薄膜的能力。当气体与水泥浆中的胶膜接触时，胶乳微粒将聚结在孔隙中，形成一种粘性的低渗透聚合体和塑性膜，从而阻止了气体继续窜人环形空间的可能性。此外，胶乳水泥具有良好的流变性能，收缩小和强度高的特点。ARCO石油天然气公司使用这种非渗透性水泥，在美国等地，进行了60多次的套管和尾管固井，成功率为93％。在国内，海洋上使用的同类产品G600，同样取得了很好的效果。 2．气阻剂(FLOLOK)
FLOLOK利用桥堵剂和聚合物的特殊作用，堵塞水泥孔隙的喉道，增加孔隙阻力和限制孔隙中游离液的流动，防止了气体的侵入。北美Wrster公司利用这种非渗透性水泥，在美国和墨西哥的84次注水泥作业中，获得了90.5％的成功率。
3．微粒硅水泥
这是80年代中期为解决北海油田浅气层固井的气窜问题，由Statoil公司研究的低密度不渗透水泥浆体系。微粒硅的主要成分为85％～98％的非晶质二
精品文档
精品文档
氧化硅。微粒硅极细，其直径范围为(0.02～0.5)μm,平均直径约为0.15μm，为水泥颗粒直径的1％；比表面积约为(15～25)m2/g，为水泥的50～80倍。 微粒硅防气窜的作用有两个方面：一是不同粒度级配的微粒硅堵塞在水泥石的微孔隙中，降低了基体的渗透率；另一方面是，粒度极小的微粒硅被束缚在孔隙的游离液中，增加了流动阻力。微粒硅水泥除了能有效地防止气窜外，还具有低游离液、低失水、高强度及防腐蚀的能力。这些结论是通过大量室内实验和国外70次成功固井得来的。国内长庆油田使
用这种水泥，在207口井的固井中，成功率在90％以上。它不仅较好地解决了气窜问题，还很好地解决了地层漏失和地下水的腐蚀问题。 4．在水泥中加入发泡剂
进入地层的气体与发泡剂作用形成稳定的泡沫，并在水泥浆的孔隙中形成一层不渗透的阻挡层，阻止了气体的侵入。根据实验，水泥中加入发泡剂，气体运移阻力增加了5倍。道维尔斯伦贝谢(DS)公司生产的Gasblock就属于这一类，已在现场应用，取得了较好的效果。 对于不渗透水泥，除了要求符合一般的施工技术指标外，还需要特别满足以下指标：
（1）游离液在高温高压条件应接近于零；
（2）套管固井失水要求≤100mL／30min； （3）尾管固井失水要求≤lOOmL／30min；
（4）水泥浆失重至水柱压力时，导气率(QLc/△P)<0.19～0.49。导气率是指水泥浆在单位压力梯度下，气体的通过量。反映水泥浆的抗气侵能力。（式中Q----气体侵量，cm3／s；△p----压差，MPa； Lc----水泥浆长度，cm。） （六）缩短过渡时间的水泥 1．直角稠化水泥(RAS)
RAS为全分散体系组成。水泥浆在初凝前保持较小的稠度，作用在地层上的压力为全部浆柱压力。胶凝强度的增加，无平缓的变化阶段，而是突然增加到240Pa(图9-13)。过渡时间极短，一般在几十秒到l～2min内。胶凝强度的突然增加，说明水泥浆的快速水化和迅速
凝固，水泥石的渗透率降低得很低。这种水泥浆体积收缩较高，在循环温度低于120℃时很难调节。
图9-13各类水泥浆的胶凝强度变化曲线
精品文档
精品文档
1----直角稠化水铌浆； 2----触变性水泥浆； 3----延迟胶凝水泥浆； 4----般水泥浆。
2．触变性水泥
触变剂采用交联二氧化锆及纤维素等合成，或由钛化合物与纤维素交联构成另五种触变剂。 触变性水泥有以下主要特点：
（1）水泥浆初期的胶凝强度主要是由于浆体结构的形成，而不是凝固引起的，胶凝强度具有可逆的性质，即静止变稠，开泵循环变稀的特点。
（2）触变水泥的过渡时间比一般水泥低一倍以上(图9-13)。当胶凝强度增长率至240Pa时，静液柱压力并未低于地层压力，起到了防气窜的作用。 Conoco公可从1983年开始在德克萨斯州进行的15口尾管及2口套管固井中均取得成功，尾管顶部封固得也好，整个声幅测井及固井质量良好，未发生气窜问题。这种水泥在防止地层漏失和封堵地层漏失，是非常有作用的。美国DS公司生产的D53，D111及Halliburton公司生产的Thlx-Set 31都属于这种类型。
3．延迟胶凝强度水泥
该水泥浆能在较长的侯凝时间内保持零胶凝时间(t0)。T0指的是水泥浆静止后，水泥浆胶凝强度或稠度不变化段的时间。越长说明水泥浆保持液态传压能力的时间越长，作用在地层上的压力为整个浆柱压力。
从图9-13和表9-7可知，延迟胶凝强度水泥具有零胶凝时间，而且时间较长；而过渡时间却比一般水泥浆小很多，这对防气窜的作用非常有利。另外，延迟胶凝水泥的零胶凝时间和过渡时间，还具有随温度增加而缩短的特点(表9-8)，即在井越深的井段，水泥浆的零胶凝时间越短，凝固越快；而在井浅的井段，零胶凝时间及过渡时间较长，浆体仍保持较高的静液柱压力，起到了双凝水泥的防窜作用。
HalIiburton服务公司应用这种水泥，在美国易窜流地区进行了8口井的注水泥作业，取得了较好的效果。 对比这三种水泥浆可知，直角稠化水泥浆过渡时间最短，触变性水泥浆与延迟胶凝水泥浆接近。直角稠化水泥浆与延迟胶凝水泥浆的零胶凝时间最长，而触变性水泥浆最短。另外。延迟水泥浆具有过渡时间失水低及零胶凝时间随井深增加而减短的特点。因此，水泥浆体系的选择应根据井下情况和气窜的特点确定。
表9-7 不同水泥浆在各凝期的特性 水泥类型 API失水 零胶凝时间 过渡时间 失水，mL／30min 过渡时间 mL/30min min min 初始 内的失水,mL 过渡时间开始 40 胶凝低失水水泥 10 H级水泥+降失水剂 200 H级水泥 1000 延迟胶凝水泥 270 0 0 0 20 27 50 60 1.33 0.25 3.33 33.33 0.01 0.25 3.33 33.33 0.2 6.75 166.5 199.8 精品文档
精品文档
表9-8 零胶凝时间与过渡时间对比 水泥 类型 水泥浆密稠化时间 82℃的失度 ρc min 水 mL/30min 抗压强度 MPa 零胶凝时间(过渡时间) min 12h 26.7 19.9 24h 37.4 27.4 36h 42.4 30.3 2400m 3000m 3600m 12 (11) 12 (24) 47 (25) 13 (20) 28 (18) 触变性 水泥 延迟胶凝 水泥 2.03 2.03 268 286 232 91 60 (31)
（七）防气窜水泥
水泥浆在井筒内凝固时，作用于地层的浆柱压力在不断降低，从而引起了油、气、水窜问题。解决的方法之一是使用可压缩水泥。该水泥能够在凝固过程产生极微小的气泡，并使孔隙压力增加，以弥补水泥浆凝结过程中井底压力的降低。
1．气窜控制剂的发气原理
作为水泥浆的发气材料品种很多，如铝粉、锌粉、双氧水以及漂白粉都可以作为发气材料，但是从效果、来源以及成本等因素综合考虑，铝粉是较理想的材料。国外哈里伯登(Halliburton)公司研制的GasCheck及国内西南石油学院研制的气窜控制剂KQ的基本发气材料选用的是铝粉。
金属铝(A1)的化学性能很活泼，与酸、碱作用都要产生氢气，水泥浆是具有碱性的(pH值一般在12～13)，在井下温度和压力下，产生氢气的化学反应会加速，产生的氢气将均匀地分布在水泥浆中(简称充气水泥浆)，并借助浆柱部分质量、孔隙阻力或桥塞，对地层憋起一个附加压力，从而弥补了水泥浆失重造成的压力降低。铝粉在水泥浆中的化学反应式为
2Al+Ca(OH)2+2H20--→Ca(AlO2)2+3H2↑
2．气窜控制剂的室内实验
根据上述分析，充气水泥浆的效果可以通过以下实验进行检验。 1）充气水泥浆的可压缩性
实验设备：恒温水浴箱、高压釜、试管(20mL)。
实验是在不同条件下，对充气水泥进行可压缩性试验。 实验是将充气水泥浆放于试管中，凝固24h（已终凝），再观察其膨胀现象。常压下水泥浆膨胀了50%，而高压下没有膨胀。但从水泥石内部窜出少量小气泡来看，说明充气水泥浆确实具有可压缩性，这对桥堵引起的失重具有重要意义。若充气水泥浆在桥堵以前发气，在桥堵后，由于体积减小产生的失重程度就会减小，因为气体的压缩性比液体大得多。若充气水泥浆在桥堵以后继续发气，就可能完全补偿由于体积减小产生的失重，甚至还可能超过初始水泥浆柱压力。发气对胶凝产生的失重也具有同样的作用。高压下养护的充气水泥浆凝结以后有微小气泡窜出，表明充气水泥浆内具有较大的孔隙压力，该孔隙压力对防止地层油、气、水窜具有重要作用，也是充气水泥浆的一个重要特征。
精品文档
精品文档
2）原浆与水泥浆凝固过程井底压力的变化
实验装置：模拟井筒采用有机玻璃管，内径φ30×2000（mm），配置压力表及传压装置等。
实验条件：G级水泥，水灰比0.5，温度为30℃。
从模拟实验数据(表9-9)及图9-14可知，原浆对井底压力的降低非常明显，静止300min时，井底压力降低了28％，而充气水泥浆的井底压力不但没有降低，反而有所增高，静止270min时，增加了45％。这是由于在浆柱自身质量及水泥浆结构强度的作用下，充气水泥浆发气后，微小气泡被压缩所产生的附加压力。这就证明了它确有防止水泥浆胶凝引起的压力降低效果。实验还发现，充气水泥浆内的气泡直径随压力及井深的增加而激剧减小。
表9-9模拟试验数据 静置时间，min 井底 原浆压力，KPa （A） 充气浆（B） 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 18 17.7 16.5 16.1 16.1 16 15.5 30 32 32 32 24 21.5 21.5 21.5 19.5 22 23 25 26.8 27.5 29 3．防气窜剂及防气窜水泥浆的性能 1）防气窜剂的基本要求
如将铝粉直接加人水泥浆中，水泥浆会立刻发气。这对固井来说是绝对不允许的。充气水泥浆过早发气会导致：大量气泡影响泵注效果，甚至根本不能泵送；如在井内流动时发气，泵压将大大增加。
4030201000306090120150180210240270300静置时间 min
图9-14不同浆体井底压力的变化
为保证水泥浆正常施工及有效弥补井底压力的减小，气窜控制剂应具备：
井底压力 kPa原浆充气浆(1)控制初发时间（即充气水泥浆开始发气时间）。初发时间实际上是泵送水泥浆到预位置所需时间，不同井深，充气水泥浆的初发时间也各不相同。
(2)发气后，应持续较长的发气时间，即在水泥浆初凝前的一段时间里，逐渐地、均匀地发气，且须有良好的保气性能。
精品文档
精品文档
研制的防气窜剂KQ是用氧化剂与铝粉发生化学反应制成。化学作用使铝粉表面生成一层薄而致密的保护膜，保护膜的特性决定了水泥浆的初发和持续发气时间，调节缓蚀剂含量、反应时间等不同因素，就可得到不同初发时间的气窜控制剂，形成用于不同井深的系列产品(如：3000m，5000m，7000m)。 影响防气窜剂的主要因素有： ①.铝粉的细度； ②.缓蚀剂的含量； ③.合理的反应温度； ④.合理的反应时间； ⑤.外加料的选择。
防气窜KQ的生产流程按如下顺序进行：
①.铝粉缓蚀； ②.压滤； ③.烘至半干；
④.加入外加料均匀混拌； ⑤.烘干； ⑥.均匀混拌； ⑦.KQ产品。
防气窜剂KQ分为A型、B型和c型三种。B型发气速度最慢，A型次之，c型最快。其初发时间分别大于40，30，20min，且分别适宜于深井、中深井和浅井的注水泥作业。加量一般在0.3％～1.0％范围内。合理的加量应根据井深、井温、地层压力、水泥浆密度和收缩率来确定.
表9-10两种水泥石的密度变化 水泥石深度段 cm 原浆水泥石 密度，g/cm3 充气水泥石 10～15 35～40 60～65 90～95 120～125 精品文档
1.37 1.72 2.15 2.07 2.63 1.40 1.45 1.70 2.10 2.03 精品文档
140～145
2.12 2.32 2）防气窜剂对水泥浆性能的影响
防气窜水泥浆的防气窜能力已被上述实验所证实，但防气窜水泥浆的性能是否符合一般固井水泥指标的要求，同样关系到使用价值。
下面应用实验的方法，将一般水泥浆和防气窜水泥浆的性能进行对比。 (1)水泥浆柱上下密度的变化
将G级水泥配制成密度为1.82 g／cm3的一般水泥浆和充气水泥浆分别放置于长度为1.5m的垂直玻璃井筒内，在温度为45℃的情况下，养护24h。取出水泥石，从上到下分段称重，并将计算得出的各段水泥石密度列于表9-10。
从表9-10可知，原浆水泥柱上下密度变化范围在1.37～2.63 g／cm3之间，充气水泥柱密度变化范围在1.4～2.32 g／cm3之间，其水泥石柱的密度分布比原浆均匀。这表明微小的气泡较均匀地分布在浆体中，没有窜至上部的现象。
(2)水泥石的强度和膨胀性(表9-11)
表9-11充气水泥浆与原浆的水泥石特性 试验温度、压力、养护时间（75℃，5～7MPa，48h） 浆体类型 水泥浆密度 KQ加量 g/cm3渗透率 10μm-32 强度，MPa 抗压 胶结 膨胀率，％ 常压 试验压力 ％ G级原水泥浆 G级充气水泥浆 1.90 0 0.5 0.00271 0.00259 30.5 38.5 1.24 1.35 -1.3 10.5 -2.4 2.4 0.2 0.00296 37.0 1.40 9.0 2.0 从表9-11可知，在相同条件下，充气水泥浆的抗压强度和连接强度分别比一般原水泥浆高21％～26％和9％～13％。一般水泥浆都具有收缩特性，而充气水泥浆即使在压力作用下，仍具有膨胀和孔隙压力变化不大的特点，这有利于防止水泥浆在凝固过程的油、气、水窜问题。
(3)水泥石的渗透率(表9-12)
水泥浆密度，g/cmKQ加量．％ 一般G级水泥浆 3 表9-12两种水泥石渗透率的试验对比 1.90 0.5 0.7 0 0.3 (0.6) (0.9) 1.0 (1.2) a 0.001567 0.001483 b a b 0 0.0143 0 5.0 0.001325 15.1 (O.00376) 0.001484 4.9 (0.00317) 0.001668 -6.9 (0.00571) G级水泥浆+降失水剂 精品文档
精品文档
(73.7) (77.8) (60.1) 一般G级水泥浆和G级水泥浆+降失水剂的试验温度、压力、养护时间分别为90℃，47MPa，24h和110℃，45～60MPa，48h，a,b分别为水泥石渗透率（10μm)和下降率，正号为增加值。括弧中的数值为括弧中KQ加量的值。
-3
2
常压下的充气水泥浆膨胀性很大，水泥石的强度较低，渗透率一般比原浆大1000倍以上，无法起到封隔地层的作用。当试验压力为5～7MPa时，养护1～2d，其渗透率低于原浆水泥石的渗透率，且降低幅度较大(表9-12)。这同样有利于防气窜能力的提高。
3）充气水泥浆对套管的腐蚀问题
由于充气水泥浆中的微小气泡是氢气，有人曾对其是否会造成套管氢脆腐蚀提出疑问。氢脆是原子氢作用的结果，碱性较高的充气水泥浆具有强的缓蚀性能，发气产生的是离子氢，不存在渗透到金属内部的氢脆问题。西南石油学院对充气水泥浆的腐蚀问题，进行了一系列试验研究工作，试验是将受拉力的套管试件浸泡在充气水泥浆和一般水泥浆中，在一定温度和压力下，养护一段时间，然后取出试件，测量试件在水泥浆浸泡凝固前后，抗拉屈服强度 的变化情况。
套管试件按金属腐蚀试验标准制作，试件的钢级P110，直径3mm左右。作用在试件的拉力为其抗拉屈服强度的60％～80％。试验温度、压力为：常温常压；75℃，50MPa；95℃，60MPa。养护时间3d，19d，120d。具体试验情况如表9-13.
表9-13 套管钢材在可压缩水泥中腐蚀试验 试验条件 养护水泥浆 试验℃，MPa 时间 配方 密度次数 3 d g/cm常温常压 3 1 75，50 75，50 2 75，50 5，50 75，50 75，50 4 95，60 3 3 3 3 3 3 3 普通 1.925 普通 1.925 2%KQ 1.925 普通 5%KQ 普通 普通 8%KQ 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 直径 屈服强度 养护载荷 养护后屈服mm MPa KN 强度 MPa 3.18 3.17 3.17 3.05 3.05 3.20 3.20 3.20 3.12 3.15 859.42 859.15 859.15 859.46 859.46 859.90 859.90 859.90 858.75 859.82 4.57 4.54 4.54 4.20 4.20 4.63 4.63 4.63 4.40 4.48 887.12 862.95 865.49 863.57 858.09 879.79 877.31 879.79 852.21 857.25 常温常压 3 3 常温常压 3 普通 1.91 普通 1.91 精品文档
精品文档
95.60 5 95，60 95，60 3 3 3 2%KQ 1.91 普通 1.92 5%KQ 1.92 8%KQ 1.92 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 3.15 3.30 3.12 3.12 3.25 3.25 3.04 3.09 3.22 3.22 3.22 3.05 3.05 3.15 859.82 859.90 858.75 858.75 859.52 859.52 858.90 858.78 859.07 859.07 859.07 859.46 859.46 859.82 859.31 4.48 4.92 4.40 4.40 4.77 4.77 5.57 5.75 6.25 6.25 6.25 5.60 5.60 5.98 859.82 877.43 852.21 862.67 854.70 861.93 869.92 876.12 860.29 862.75 857.84 863.57 858.09 859.82 865.21 常温常压 3 常温常压 19 5%KQ 6 95，60 19 5%KQ 常温常压 19 普通 95，60 19 8%KQ 95，60 19 8%KQ 7 95，60 19 普通 常温常压 19 8%KQ 95，60 120 普通 常温常压 120 8 95，60 120 8%KQ 常温常压 120 常温常压 127 普通 平均 120100稠度，Bc80604020006080100120140160180200210稠化时间，min系列1系列2系列3
图9-15 G级油井水泥稠化曲线
(水泥浆相对密度1.85，实验条件80℃，50MPa)
根据24个试件的腐蚀试验可知，浸泡和凝固在充气水泥浆中的试件，其抗拉屈服强度没有什么变化，试验前，平均抗拉屈服强度为859.31MPa；浸泡凝固后，平均抗拉屈服强度为865.21MPa。
防气窜剂与一般水泥外加剂相容性较好，对水泥浆的流变性能、游离水和失水略有改善，但并不明显；对水泥浆的稠化时间有延长的趋势(图9-15)，且可调节。
防气窜剂KQ系列产品以及国内类似产品DG--29，ZG，QJ--625已在四川、中原、塔里术、克拉玛依、吐哈、大庆、吉林等油田上千口井的固井中使用，有
精品文档
精品文档
效地解决了环空窜流问题，也未出现过套管腐蚀现象。哈里伯登公司于1979～1980年，在美国、加拿大、阿根廷等国使用Gascheck固井250次，累计成功率为85.2％。
精品文档
精品文档
思考题
1.油水井窜通的原因和危害。
2.声幅测井查窜、同位素测井查窜、封隔器查窜、桥塞查窜、水力测试、井温测井、SBT等的工作原理及施工步骤。
3.循环法封窜、挤入法封窜、循环挤入法封窜、填料水泥浆封窜的工作原理及施工步骤。
4.验窜的施工步骤。 5.水泥类型及特性。 6.什么是环空气窜。 7.水泥浆的凝固特性。 8.控制气窜的方法。
精品文档
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容