第九章油水井窜通Word文件下载.docx

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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。

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

（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

早期强度

长期强度

水化反应速度

水化热

收缩

抗硫酸盐腐蚀性能

硅酸三钙

良

中

硅酸二钙

劣

迟

小

铝酸三钙

速

大

低

铁铝酸四钙

表9-2油井水泥使用范围

API级别

使用深度范围

m

类型

备注

普通

抗流酸盐型

高

A

0～1830

*

_

普通水泥

B

_

*

中热水泥

C

早强水泥

D

1830～3050

中温中压条件

E

3050～4270

超高温高压条件

F

3050～4880

G

0～2440

基本水泥

H

J

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，H5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1.5～1.6g／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1.17～1.25g／cm3。

氧化沥青配制的低密度水泥密度为1.35～1.50g／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）