注入水泥国外注水泥固井技术

（1）CemCRETE固井技术

为解决异常压力固井问题，道威尔一斯伦贝谢公司研究开发了CemCRETE固井技术。该技术是基于混凝土水泥浆技术，根据颗粒级配原理，通过优化水泥及外缠料的颗粒，使单位体积内固相颗粒增加，尽量降低水泥浆水灰比，提高水泥石的抗压强度和降低水泥石的孔隙度和渗透率。在墨西哥Vi11ahermosa油田，道威尔一斯伦贝谢公司用密度为1.309/cm³的CemCRETE低密度水泥浆成功完成了4600m的127mm尾管固井作业，固井质量良好。阿曼石油开发公司采用密度为2.40/cm³的CemCRETE水泥浆技术成功解决了Sarmad油田井深为4800mm的深井膏盐层的高压固井问题。1998年以来，CemCRETE固井技术在全球20国家600多口井进行了成功应用。

（2）泡沫固井技术

近几年来，美国哈利伯顿公司一直致力于机械注氮气泡沫水泥浆固井技术研究与完善工作，研制开发了相应的外加剂及配套现场施工工艺技术。泡沫水泥浆由净浆、氮气、稳泡剂及水泥浆处理剂组成，密度可低达0.72 g/cm³，美国在西德克萨斯的Spraberry油田，使用泡沫水泥浆（密度0.82～1.149/ccm³，失水<200m1），解决了该地区丙烷气层和多层漏失层并混有硫化氢腐蚀水层的水泥返高问题。

（3）防窜固井技术

如何防止固井后环空里发生气（水）窜一直是国内外固井技术研究的重点之一。30年来，对环空气（水）窜的形成原因、影响因素、气窜的物理过程及防气窜水泥浆体系做了大量的研究工作，先后研究开发了膨胀水泥、延缓胶凝水泥、触变水泥、可压缩水泥和非渗透乳胶水泥等多种防窜水泥浆体系，这些水泥浆体系均取得了一定的应用效果。

美国Ta1abani S等人提出，通过合理设计含有塑性材料的水泥，有助于防止气窜的发生。室内实验证明，通过设计合理的水泥混合物可防止3种类型的气窜发生。第一种通过磁铁矿可消除发生在套管和水泥之间的气窜；第二种是通过添加一种特殊材料能在一定程度上消除井壁上的滤饼对水泥胶结的不利影响，改善胶结质量，防止井壁与水泥之间发生气窜；第三种是添加合适的弹性材料。Haberman等人提出了在替浆以后用环空压力脉冲使水泥浆产生往复运动来防气窜的新方法。该项新技术在得克萨斯州的Queen油田实验7口井，较好的解决了环空气窜问题。

（4）MTC固井技术

MTC固井技术是指在泥浆中加入一些可水化的材料，使钻井液可在一定条件下转变成具有一定强度的固井液的技术。美国Rona1d E.Sweatman等人在南得克萨斯气田应用MTC固井技术取得了较好的效果。其中在南得克萨斯Rosita油田6口长裸眼井中固井，在Mca11en Ranch进行1口尾管固井，应用最大井深3744m，最高井底静止温度为171℃。9口井的现场应用结果表明，没有发生气窜，并经受了水力压裂的考验。

注入水泥国内注水泥固井技术发展现状

从1990年开始，中国颁布了“油井水泥”新标准，已完成了油井水泥向API标准过渡，提高了油井水泥的质量。在油井水泥外加剂研究方面，中国经历了引进、仿制、自行研制和配套的过程，截至目前，已形成了11大类100多个品种的水泥外加剂，基本满足了国内油田开发的需要。经多“七五”、“八五”、“九五”技术攻关，我国已经完善了8种油藏14种固井技术。

（1）漂珠低密度水泥浆固井技术

漂珠颗粒具有密闭、粒细、质轻、壁薄和活性高等基本性能。低密高强漂珠水泥浆体系是基于紧密堆积理论和颗粒级配理论设计的，复合超活性材料（即增强剂）后更具有了良好的性能。浆体超低密度、高强、低渗透（水泥浆密度范围达到1.08—1.60g/cm³，48h抗压强度大于13.5MPa）、适用井深范围大（漂珠水泥浆适用井深可达到4000m）。此外水泥石具有一定的微膨胀性，具有良好的界面胶结能力，可有效防止收缩和气窜的发生，有利于防止酸性气体对水泥环柱及套管的腐蚀。采用低密度漂珠水泥固井工艺技术解决低压易漏失地层和超长封固段的固井问题。水泥浆密度可以控制在1.309/cm3³（而国外已经达0.979/cm³），而承压强度可达到15MPa以上，是其他低密度水泥浆无法比拟的。另外，不同于泡沫水泥的地方还在其密度可以精确控制，有利于实现近平衡固井。

（2）低密度泡沫水泥浆固井工艺技术

泡沫水泥浆与其他低密度水泥相比，具有本质上的区别，其技术指标与特点如下：密度低（发泡后密度1.40～1.509/cm³）、正常地层压力下适用井深在3000m以内、强度高、导热率低、浆体具有可压缩性、水泥石具有可膨胀性，能够补偿水泥浆在凝固过程中的液柱压力和体积损失，因而具有防油、气、水窜能力。

在低压易漏、长封固段以及热采井进行了低密度泡沫水泥浆现场施工，截止目前，已经在胜利油田进行了200多口井的现场施工，解决了长封固段封固、低压地层固井、原油保温等问题，并取得了100%合格率、77%优质率的良好的固井质量。

（3）塑性水泥固井技术

固井质量的评价不仅仅局限在电测解释结果上，还应重视在射孔等后续作业中因碰撞和震裂对水泥环所造成的破坏。目前我们已研制成功一种性能优异的水泥增韧添加剂，这种添加剂可较好地解决水泥石脆性问题和提高水泥石的塑性，从而极大地改善了水泥石的综合性能，这对于提高低渗透油藏固井质量以满足后期作业要求具有十分重要的意义。

已推广使用塑性水泥固井70余井次，固井质量合格率100%，优质率87%。另外，还成功应用在胜利油田第一口分支水平井桩1一支平1井，取得了良好的施工效果。

（4）不渗透水泥技术

通过实验攻关，研制出不渗透剂SWC100，该外加剂能在水泥浆滤饼表面形成致密的弹性膜，降低滤饼渗透率，降低水泥浆失水量，减小固井对储层的污染，提高油井采收率，同时该外加剂利用高分子化合物的可控聚合反应，增大水泥浆对地层流体的侵入和运移阻力，提高水泥浆防窜性能。

西指准噶尔地区永6井的177.8mm尾管固井段（4350～6250m），钻遇层位有上第三系、白垩系和西山窑地层，主要岩性为泥岩、泥质粉砂岩及砂岩，5850m以下为主要油气层段，油气层较为活跃，存在着水层，5920～5928m发现煤层，钻井液密度达1.60g/cm³，井底高压地层水以0.6m³/h的速度外溢十分严重，压稳、防漏问题较突出。油井完井要求分层测试，固井时第二界面固井质量难以保障，因此，在该段（4350~6250m）固井设计中加人了候凝防气窜措施，在水泥浆体系中加入了SWC100不渗透剂。该井固井质量良好，油层段固井质量优质，其封固质量完全满足分层测试的要求。

（5）MTC固井技术

工程技术研究院、德州石油钻井研究所、滇黔桂石油勘探局自1992年开始对MTC固井技术进行了大量的研究与应用工作，已全面掌握了钻井液转化为水泥浆的激活、性能控制和现场施工技术。对MTC固井液的高温强度特性、水化产物的化学成分、微观特性、耐腐蚀性能、抗冲击性能和模拟射孔实验等进行了深入的研究，结果表明，MTC固井液水化产物的化学成分与波特兰水泥相似，耐腐蚀能力与普通水泥石相当或好于普通水泥石，动态力学性能与普通水泥石相当或稍低于普通水泥石，但可满足油田开发要求。到目前为止，MTC固井技术已在现场应用数百VI井，固井质量明显优于常规水泥浆固井，最大井深达到4500m，并有许多井承受住了酸化压裂作业，有的井已连续生产8年未发生任何问题。

（1）在各种情况下固井质量的基本要求

1.地质及工程设计要求，套管的下入深度/水泥浆返高和管内水泥塞高度符合规定。

2.注水泥井段环空内的钻井液全部被水泥浆替走。

3.水泥环与套管喝井壁岩石之间的连接良好。

4.水泥石能抵抗油、气、水的长期侵蚀。

在固井质量标准中，最重要的是水泥环的固结质量。其表现为水泥与套管与井壁岩石两个胶结而都有良好的有效封隔，能承受两种力的作用。一种是水泥的剪切胶结力，它用于支承井内套管的重量；另一种是水力的皎洁力，它可以防止地下高压的油、气、水穿过两个胶结界而上窜，造成井口的冒油、气、水。

（2）在固井中常出现的固井质量问题

1.井口有冒油、气、水的现象。

2.不能有效地封隔各种层面，开采时各种压力互窜，影响井的生产。

3.因固结质量不良在生产中引起套管的变形，使井报废等。 2100433B

注入水泥就是从井口经过套管柱将水泥浆注入井壁与套管柱之间的环空中，将套管柱和地层岩石固结起来的过程。固井的目的是固定套管，封隔井眼内的油、气、水层，以便于下-步的钻进或进行其它生产工艺。最常见的注水泥方法是从井口经套管柱将水泥浆注入并从环空中上返。除此之外，还有一些用于特殊情况下的注水泥技术，包括双级或多级注水泥、内管注水泥、反循环注水泥、延迟凝固注水泥等。

注水泥技术所包括的内容有：选择水泥、设计水泥浆性能、选择水泥外加剂、井眼准备、注水泥工艺设计等。

油井水泥是固井工程主要材料之一，由于油气井注水泥要把水泥泵送到井下几百米或几千米井眼与套管的环形空间，而井下温度和压力又随井深而增加，因此对油井水泥性能的要求与一般建筑用水泥就应有所不同。例如，对油井水泥的流动性、凝结时间以及水泥石的渗透性等有特殊的要求。对油气井注水泥的基本要求包括：

1）水泥浆返高和套管内水泥塞高度必须符合设计要求；

2）注水泥井段环形空间内的钻井液全部被水泥浆替走，不存在残留现象；

3）水泥石与套管及井壁岩石有足够的胶结强度，能经受住酸化、压裂及下井管柱的冲击；

4）水泥凝固后管外不冒油、气、水，环空内各种压力体系不能互窜；

5）水泥石能经受油、气、水长期的侵蚀。

注入井在油田生产中的作用至关重要，一方面注入井不断地补充油层能量，保持地层压力，使油井保持旺盛的生产能力；另一方面是注入的水也作为油的排驱剂，将油向生产推进二因此注入井的平稳注入有利于油田的平稳可持续发展。

注入井管柱是聚合物溶液从井1：3进入地层的通道。油田上所用的注入井管柱主要有两种，一种是笼统注入管柱，一种是分层注入管柱。用的最多的是笼统注入管柱，分层注入管柱是近年来针对聚合物溶液注入时的层间矛盾而发展起来的一项新工艺。注入井管柱的设计主要是考虑防止聚合物溶液的降解，下面分别就两种管柱的结构和防降解措施加以介绍。

注入井笼统注入管柱

所有聚合物溶液都是在流速非常高的情况下发生降解的，但是水解聚丙烯酰胺在正常操作条件下也很敏感，尤其是在盐水的含量或硬度很高的情况下更是如此，其中对高价阳离子尤为敏感，因为这些阴离子化的分子其离子的耦合相对来说是很脆弱的，此外，伸展应力同剪切应力一样对聚合物溶液具有破坏性，而这二者通常又是伴生的。因此，在注入井管柱中，主要防止铁离子(可发生络合反应而导致降解)和节流现象的发生。故笼统注入管柱使用了光油管，其基本结构为：油管 喇叭口(如图1)。

注入井分层注入管柱

分层注入管柱主要是解决笼统注入时出现的层间、层内矛盾及利用常规分层配水管柱配注聚合物出现的剪切降解问题，从而达到分层注入，提高聚合物驱油效果。

同心双管、井下工具与两种永久式封隔器通过不同的密封形式组合，形成两条相互独立的注入通道。双层注入时，由内管注下层，内外管环空注上层，双层分注量在地面控制。上层洗井由内管下入新型移位器将滑套开关打开后直接进行，下层可下入连续油管完成洗井，管柱内径可满足下层测静压、吸入剖面的要求。整套管柱主要由两部分组成：一是可钻式丢手部分；二是插入管柱部分。

化学试剂通过数据头上的化学注入孔注入，通常化学注入孔上带针阀、安全阀和单流阀确保安全。在加工工业使用化学剂注入系统在高压或低压下以精确的注入量往返回或注入流体中注入液态化学剂。往返回流体中注入的化学剂通常为甲醇、乙二醇、防腐剂、除氧剂、钻井液添加剂（烧碱和液态聚合物）和消泡剂等。化学注入泵系统也可以用来向高压反应釜定量输送反应原料。

化学注入泵系统由超高压液压部分、机械部分、驱动空气部分组成。液压部分为化学注入系统提供超高压的压力源，驱动空气部分为整个系统提供动力源。化学注入系统最大工作压力为1,050bar，高压回路具有过滤、过压保护装置，具有油位、压力显示功能，具有保压、卸荷的功能。驱动空气部分为整个系统提供驱动动力源，驱动空气回路最大工作压力为10bar，驱动空气回路具有过滤、过压保护装置，具有压力显示功能，具有压力调节的功能。