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论安全挤水泥作业
论安全挤水泥作业
摘要固井是建井过程中必不可少的一个环节,非常重要,它关系到一口井的成败,所以在公司的QHSE体系文件中对于固井管理已经作了明确的规定,为的是确保下套管注水泥成功,固井质量合格。
但是在实际固井工作中由于客观情况的变化,或主观上的工作失误,会出现一些固井复杂情况。
在注水泥过程中发生井漏、蹩高压、替空、油气水侵窜槽等都会导致固井质量不合格。
如果出现了水泥上返不够、局部替空、套管试不住压等情况就需要采取补救措施,这就引出了二次固井和挤水泥作业的问题。
挤水泥作业比较复杂,如果措施不当就会酿成严重的水泥焊钻具事故。
近几年来,这类事故也偶有发生,为确保挤水泥作业的安全,有必要阐述安全挤水泥作业的问题。
主题词固井复杂挤水泥安全
挤水泥就是利用液体压力挤压水泥浆,使之进入环空需要封固的井段或进入地层的裂缝、孔隙,以达到封隔油气层的目的,也可以达到堵炮眼和封堵套管漏失的目的。
如果管外有漏失层和高渗透层,则挤入压力小于地层破裂压力时就可以将水泥挤入,这叫做低压挤水泥。
如果挤入压力超过地层破裂压力才能将水泥挤入,叫做高压挤水泥。
一、挤水泥工艺
在石油钻井工业中常用的挤水泥工艺有三种。
1、利用井口装置关井挤水泥
下光钻杆或油管到预计井深,泵入一定量的水泥浆,替钻井液,把管柱提出水泥面,循环出多余的水泥浆,然后关闭井口(可以关防喷器,也可以应用采油树的锥挂关闭井口),从管柱水眼内挤入一定量的钻井液,达到把水泥浆挤入地层封隔油气水层的目的(或达到堵炮眼、堵套管破损、堵尾管重叠段的目的)。
2、用封隔器挤水泥
用油管或钻杆把封隔器下到预计井深,泵入一定量的水泥浆,替钻井液,把管柱提出水泥面,循环出多余的水泥浆,然后坐封封隔器,从管柱水眼内挤入一定量的钻井液。
3、用水泥承留器挤水泥
用钻杆或油管将水泥承留器下到挤水泥目的层顶部,(也可以用电缆把水泥承留器下到预计井深,点火坐封)从管柱水眼内直接挤水泥。
二、挤水泥设计主要内容
1、需采集的数据
地层孔隙压力、漏失压力;射孔位置;循环温度;套管内介质性能;容积数据;挤水泥允许井口压力数据;下井套管记录;作业管柱资料(油管或钻杆);套管强度资料(抗拉、抗内压强度等);井口装置。
2、确定挤水泥的方法
根据挤水泥的目的和采集到的有关数据确定应用哪一种挤水泥工艺,原则上先选择利用井口装置关井挤水泥方法,这种方法比较简单,其次选择用封隔器挤水泥方法,最后考虑用水泥承留器挤水泥的方法。
3、计算水泥浆量,配水用量、顶替钻井液量、作业管柱循环量、挤入量。
4、选择前置液和后置液配方、计算数量。
5、选择注水泥、替钻井液、挤水泥排量。
6、计算注水泥、替钻井液、循环、挤水泥压力。
7、确定水泥浆体系,做水泥浆化验。
8、计算最高压力时,管柱的向上力,及井口装置的向上力。
防止压力过高管柱上窜或套管柱所受的拉伸载荷过大,使套管丝扣滑脱。
9、施工步骤。
10、技术要求(包括安全注意事项)。
三、挤水泥的施工步骤(本节只叙述利用井口装置关井挤水泥的施工步骤)
安装合适的井口装置(采油树四通或者防喷器);应用电缆射孔或油管输送法在预计的井段射孔;将光钻杆(或油管)下过射孔深度5~10m;循环一周,有条件的井可以把套管内的介质替换成清水;关闭井口,试挤一定量的液体,记录排量、压力、累计流量、和地层的吸入量,校和设计的水泥量;注前置液;注水泥浆;替后置液,替顶替液;打开回水闸门,起钻至水泥面以上100m;正循环或反循环,将多余的水泥浆循环出井筒,再循环半周;关井口,从管柱水眼(或环空)挤顶替液;当挤到所需要的压力时蹩压候凝,水泥凝固后起钻;接钻头下钻,钻水泥塞;水泥塞钻穿后,试压检验堵孔效果,如果达到试压标准结束挤水泥作业。
四、技术要求(包括安全注意事项)
1、必须按井下温度和压力做水泥浆化验,确定药品种类和加量。
稠化时间=挤水泥施工时间(注水泥时间+替钻井液时间+起钻时间+循环时间+关闭井口时间+挤水泥时间)+60min。
水泥浆失水量依据地层渗透性而定,低渗透地层允许6.9MPa30min失水量在100~200ml之间,高渗透地层允许在50~100ml之间,裂缝性地层失水量控制在200~500ml之间比较合适。
24h的水泥石抗压强度>14MPa。
2、前置液和后置液的高度不得低于150m,目的是有效地隔离水泥浆与套管中的液体,防止互相污染。
必要时,可做管内介质与水泥的污染实验。
3、射孔位置必须避开套管接箍。
4、如果射孔位置是油气层,射孔前要作好防喷工作。
5、所有下井管柱要丈量准确,水眼通畅;丝扣涂匀螺纹密封脂,按标准扭矩上扣,确保管柱的密封。
6、注水泥替顶替液后起钻到水泥面以上,必须循环冲洗掉多余的水泥浆。
水泥浆及混浆返出井口时要及时排放掉,严禁进入循环系统。
冲洗干净后,再循环半周,以确保井内管柱的安全。
7、钻井队必须对设备进行仔细检查,要求设备运转正常后再进行注水泥作业,保证打完平衡塞后正常起钻。
8、固井公司必须对固井设备进行仔细检查,对管汇试压合格,试运转正常后再开始施工。
五、实例
(一)成功的实例
官32-74井由第一钻井公司50531队承钻,4月30日固井,5月2日试压20Mpa,30min压力不降。
5月3日交井,5月15日井下作业公司下φ118mm通径规至2502.3m,替换成清水,试压20Mpa,30min压力不降。
然后气化水,测液面在1764m。
起通径规时发现油管外壁有水,怀疑套管渗漏,下封隔器找漏,初步判断3处可能有问题。
6月10日钻井公司20507钻井队用φ118mm封隔器找漏,确定漏失位置在1936.48m~1938.48m之间。
6月15日用井下照相技术判断漏失点在1937.05m,(加补心差2.3m,应为1939.35m)。
经油田公司开发事业部组织的专题会议研究,决定应用挤水泥的方法补救套管破损。
1、挤水泥设计
⑴基本数据
井身结构
φ444.5mm钻头×263m+φ339.7mm套管×260.19m
φ215.9mm钻头×2620m+φ139.7mm套管×2617.54m
油层套管规格
φ139.7mm×N80×φ7.72mm(宝钢生产)
阻位:
2597.32m,人工井底:
2594.65m,水泥返深:
2138m。
套管破损段最大井斜角0.5度。
漏失压力25.4MPa。
⑵水泥量计算
预计注水泥4m3,挤入量3.5m3。
水泥浆密度1.88g/cm3。
⑶下井管串结构
φ73mm钻杆X400m+Y211型封隔器+φ73mm钻杆X1540m
⑷施工排量和时间计算(见表1)
表1施工排量和时间
工序
排量m3/min
累计流量m3
时间min
累计时间min
注水泥
0.5
4
8
8
替清水
0.5
3.38
7
15
起钻22柱
135
150
循环
0.5
40
190
座封隔器
5
195
挤水泥
0.2-0.5
3.5
45
240
⑸水泥浆性能要求
采用嘉华G级,密度:
1.88g/cm3,试验温度:
65οС,压力:
20MPa,稠化时间:
300min,24小时强度:
>14MPa。
采用井场水源进行水泥浆模拟化验,确定药品加量。
2、施工步骤
⑴用φ118mm通径规通径至2000m,清水循环起钻。
⑵井口安装18-35防喷器,必须有四通并带有闸门,能与水泥车管线连接,确保安装质量。
⑶下钻到井深1940m,下到位置后清水循环一周。
⑷按操作规程座封Y211型封隔器,试挤清水1m3,压力不超过6MPa,排量小于5l/s,记录压力和吸收量。
⑸上提钻具解封,注药水隔离液0.5m3,注水泥4m3,先替0.5m3药水,再替清水2.88m3。
⑹起钻400m,起钻时灌满清水。
循环清水一周,放掉多余的水泥浆。
⑺按操作规程座封Y211型封隔器,关防喷器半封闸板,使用水泥车由四通闸门注水,环空蹩压10MPa。
⑻应用间歇挤水泥方法正挤清水,累计挤入量3.5m3,压力15MPa。
在挤水泥过程中,压力升至15MPa时停止挤入,待压力下降后继续挤水泥作业。
蹩压候凝,12h后放空起钻,24h下钻钻水泥塞至1960m。
⑼套管试压15MPa。
如试压合格,继续下钻到阻位,循环洗井后起钻合格交井。
3、技术要求
⑴注水泥计量,根据水灰比计算,用水泥车计量。
替清水计量用水泥车计量,由固井公司负责。
⑵采用一台40-17型水泥车负责注水泥、替清水、挤水泥施工。
一台AC-400型水泥车负责供水。
一台下灰罐供灰,一台AC-400型水泥车环空蹩压。
⑶钻井队仔细检查井口工具,杜绝井口落物,严防发生落物卡钻。
⑷入井钻杆水眼必须保证畅通,长度丈量准确无误,上紧丝扣确保密封。
⑸钻井队负责钻井设备及井口工具的检查和使用,确保注水泥后的正常起钻。
⑹固井公司施工人员负责对固井队设备的检查和使用。
固井管汇试压至20Mpa,不刺不漏方可施工。
4、官32-74井挤水泥施工情况
⑴第一次挤水泥施工情况
2004年6月24日下钻到1941.28m,钻具结构是:
φ73mm钻杆(402.02m)+Y211型封隔器(1.58m)+φ73mm钻杆(1537.68m)。
用清水顶通循环正常,停泵,座封封隔器。
用水泥车挤清水0.1m3,压力6MPa,7min后降为0MPa。
关防喷器半封闸板由环空蹩压5MPa,证实封隔器起作用。
由钻杆水眼挤清水1m3,压力由6MPa降为5MPa,蹩通。
开防喷器解封,注药水前置液0.5m3,注水泥浆4m3(平均密度1.90g/cm3),替药水3.4m3。
起钻22柱,钻柱下端面在井深1540m处。
开泵循环返出水泥0.5m3,继续循环返出药水清水循环正常后,停泵座封隔器,关井环空蹩压12MPa,开始挤水泥。
见表2:
表2挤水泥压力记录
序号
时间(h:
min)
挤入量(m3)
压力(MPa)
静止时间(min)
静止后压力(MPa)
1
12:
43-12:
48
1.5
11
3
8
2
12:
51-12:
53
0.5
12
7
9.5
3
13:
00-13:
01
0.2
12
8
9
4
13:
09-13:
10
0.2
12
16
8.5
5
13:
26-13:
27
0.2
11
24
7
6
13:
51-13:
52
0.2
11
51
7
7
14:
43-14:
44
0.2
12
1
9
蹩压候凝。
6月24日23:
00压力降为3.5MPa,起钻接钻头下钻,钻水泥塞。
钻完水泥塞后,试压10MPa,20min下降到8MPa,封堵套管失败,准备第二次挤水泥封堵破损套管。
⑵第二次挤水泥施工情况
2004年6月30日下钻到1947.4m(钻具组合与第一次挤水泥的钻具组合相同)。
清水循环正常,坐封封隔器,关防喷器环空蹩压12MPa,挤入清水1m3,压力由17MPa降到10MPa,吸收量0.7m3。
解封开井后,注水泥4m3(平均密度1.87g/cm3),替药水3.5m3。
起钻22柱到井深1540m,开泵循环返出水泥约0.5m3,循环出药水后返出清水正常。
座封隔器关井环空蹩压12MPa,开始挤水泥。
见表3:
表3第二次挤水泥压力记录
序号
时间(h:
min)
挤入量(m3)
压力(MPa)
静止时间(min)
静止后压力(MPa)
1
14:
45-14:
50
1.5
16
5
11
2
14:
55-14:
57
0.5
16
23
12
3
15:
20-15:
21
0.2
20
1
17.5
7月1日下钻探水泥塞,1894m遇阻,7月3日钻完水泥塞。
当日17:
15打压到16MPa,蹩压到17:
45,30min压力未降,试压合格。
(二)失败的实例
G7-3JX井是冀东油田的一口救援井,井底目标点是G7-3井的喷层(大约3341m)。
该井下φ139.7mm套管固井完成,然后在3341m-3346m井段射孔16个,向喷层注水泥压井。
第一次直接由套管内挤入水泥40m3,由于炮眼未堵住,进行了二次挤水泥堵炮眼作业。
φ73mm光钻杆下深3343.72m,注水泥浆4m3,替后置液0.4m3,替钻井液(密度1.57g/cm3,37sec)6.2m3。
起钻25柱(720m),大约离水泥面390m,坐采油树锥挂,挤水泥。
共计挤入水泥0.95m3,压力22MPa,不降,蹩压候凝。
12h后开井起钻遇卡,开泵可以循环钻井液,上提下放活动钻具无效,卡死,卡点2018m。
幸运的是经过一个多月的5次泡酸震击解卡。
如果水眼不通,该事故就很难处理,可能会使油井报废。
分析原因主要是钻具起到水泥面以上,未循环钻井液冲洗多余的水泥浆,钻杆接头的抬肩挂起少量的水泥浆,候凝过程中水泥凝固与套管固结在一起。
六、结论
1、挤水泥作业对水泥浆性能有一定的要求,必须做水泥浆化验,水泥稠化时间和失水等性能符合施工要求。
2、足量的前置液和后置液可以有效的防止水泥污染钻井液、钻井液污染水泥浆,有利于打平衡塞和挤水泥的安全。
3、管柱一旦与套管被水泥固住很难处理,可能会导致油井工程报废。
4、打完水泥塞,管柱起到水泥面以上必须循环洗掉多余的水泥浆,待井眼清洁后再关井挤水泥。
5、当管柱上带有封隔器时,要优选封隔器的位置,使其在打水泥平衡塞时在水泥面以上,防止起钻时抽吸。
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