刘东清
1.注水泥塞概念
注水泥塞工艺是将一定量的水泥浆替到套管或井眼的某一部位，使其形成满足工程需要的新的人工井底或满足工艺要求的临时封闭某井段的工艺技术。钻井、完井施工及井下作业、修井中都会遇到注水泥塞工艺技术。 2.注水泥塞用途
钻井完井过程中注水泥塞一般是在井下存在复杂情况需要封堵处理、套管开窗侧钻、弃井或底部井段没有油气层需要进行封填等情况下使用。井下作业中注水泥塞的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）堵漏、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）等。在修井作业中，为了进行回采油层，窜封窜，漏堵漏，上部套管试压等往往注水泥塞。
3.注水泥塞难点
彭述之在井内密度较小的大量液体上面打密度大的用浆量较小的水泥塞是一个比较麻烦的问题，特别是远离井底的悬空水泥塞或有强度要求的侧钻水泥塞。水泥塞过短，容易因计量误差造成水泥塞“打飞”；水泥塞过长，容易造成“插旗杆”“灌香肠”等事故。水泥塞过浅，水泥强度发展慢；水泥塞过深或大直径水泥塞，容易造成钻井液对水泥浆的污染和掺混，影响施工安全和水泥塞质量。有机构统计，水泥塞施工的一次成功率仅为25%，也就是说，要成功取得一个合格的水泥塞，平均需要进行3次注水泥塞尝试。塔河油田对2004-2005年实施的81井次各类打水泥塞施工进行统计分析，由于井深、替浆量较难把握等因素的影响，一次成功率（塞面误差控制在±10m）仅为23.25％，其中打塞后塞面上移大于30m的14井次，最高上移487m；塞面下移超过30m的13井次，第一次打塞后无塞面的4井次。 4.一般注水泥塞做法
针对常规打水泥塞施工存在一次成功率低的问题，各研究机构和施工单位都在不断地思考和开发新的工艺技术或井下工具，以适应不同现场情况的需要。例如井下作业常用的无管柱打水泥塞的工艺（电缆打水泥塞工艺、倒灰法打水泥塞工艺），针对漏失严重井常用的机械管柱桥堵打塞技术、充填物打塞技术、填砂打塞（投灰）技术、预垫稠泥浆打塞技术等，针对水平井研究使用的水平裸眼段打塞技术，为解决准确定位水泥塞、提高水泥塞质量而开发使用的水泥浆分流器（如图2）、水泥塞定位器、碰压自锁水泥塞控制器等。
电缆/绳索倒灰法注水泥塞是利用倒灰筒等工具将一定量的水泥浆装入筒内，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，井筒内的水泥浆候凝固结，形成封堵。与常规打水泥塞方法相比较，该工艺具有施工时间短、工序少、一次成功率高、成本低等特点。
水泥塞定位器分为带回压凡尔式、无回压凡尔式两种，设计了一套钻杆胶塞蹩压剪断销钉的机构。注水泥塞时将水泥塞定位器连接到钻具底部，下到预定的设计深度，开泵循环调整泥浆性能，正常后开始注入设计量的隔离液和水泥浆，投入钻杆胶塞并替入隔离液和替浆，胶塞到达胶塞套位置将剪销剪断并和胶塞套一起掉到球座位置，此时有压力显示。立即停泵，起钻到预定水泥塞顶部位置，开泵充分循环出多余的水泥浆。水泥塞定位器可以较准确确定替浆量，较准确定位水泥塞的高度，减少水泥用量，降低施工风险，提高生产效率。 钻井和完井施工作业中的注水泥塞作业，通常使用平衡法注水泥塞技术。是将钻具(或油管)下至设计注水泥塞深度底部，注水泥并替出水泥浆，管内留够水泥容量，使水泥面高
出环空水泥面高度，慢慢起出钻具使水泥塞留在原位置。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).将水泥浆替置到计算的水泥塞高，即钻杆未起出水泥塞时的水泥顶界，此时，管内外液柱压力应处于平衡。实际顶替时，通常的做法是留有一定的顶替量（一般30-50米钻杆内容积），防止起钻时管内返喷钻井液。特小镇规划设计
4).上提管柱至预定水泥面以上。套管内打水泥塞，钻井液干净且无井漏之忧时可将管柱提至预定水泥塞面以上1-3m ，反循环洗井，洗出多余水泥浆；裸眼打水泥塞一般采用正循环，管柱提至预定水泥塞面以上10-30m 左右。
5).起管柱至安全位置，坐井口、灌满钻井液、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。
5.平衡法注水泥塞计算
5.1 水泥浆(slurry)量Vs 计算
Vs=L ×Vh(1+K)
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式中: L ──要求的裸眼水泥塞长度(米)
Vh ──裸眼(open hole)容积(升/米)
K ──裸眼容积附加数(％)
5.2 平衡水泥塞高度(钻杆在水泥浆中)H 计算
多媒体课件制作软件H=Vs/(Van +Vd)
式中: H ──钻杆仍在水泥浆中的水泥塞高度(米)
Van ──钻杆与裸眼间的环空(annulues)容积(升/米)
Vd ──钻杆(drill pipe)内容积(升/米)
5.3 后隔离液(spacer)体积 Vsp2计算
Vsp2=Vsp1/Van ×Vd
式中: Vsp1──水泥浆前面隔离液量(立方米) 5.4 顶替量Vdisp 计算
Vdisp=Vd ×[D-(H+hsp2)]
式中:Vdisp ──顶替量(立方米)
D ──钻杆深度(水泥塞底部)(米)
hsp2──后隔离液在钻杆内长度(米)
hsp2=Vsp2/Vd(米)
6.平衡水泥塞计算举例
如图1内容，其它井况如下：裸眼直径:215.9毫米(8.5英寸)；井眼容积:36.59升/米；裸眼容积附加:30％；钻杆:127毫米×284.5牛/米；钻杆内容积:9.257升/米；井眼环形容积:23.956升/米；水泥前隔离液:3.0米3
。
计算如下:
1).水泥浆量Vs:Vs=L×V(1+K)=152×36.59×1.3/1000=7.23(米3)
2).平衡塞高度H:H=Vs/（Van+Vd）=7.23×1000/（23.956+9.257）=217(米)
3).后隔离液Vsp2:Vsp2=Vsp1/Van×Vd=3.18/23.956×1000×9.257=1159(升)
=1.159(米3)
4).顶替量Vdisp:Vdisp=Vd[D-(H+hsp2)]=9.257×[2286-(217+1159/9.257)
=17993(升)=17.993(米3)
7.注水泥塞安全施工措施
考虑注水泥塞的特点，注水泥塞时应当注意以下问题：
1). 选好位置。在裸眼注水泥塞时应选择坚硬地层处，优选一个规则井段。如果打水泥塞目的是为了定向造斜，虽然不能选择硬地层，但水泥塞有必要延伸到硬地层。
2). 打好底子。注水泥前在预计水泥塞下面垫稠钻井液，防止因水泥浆与钻井液密度差过大，水泥浆通过较低的钻井液向下沉降。
3). 充分洗井。施工前应充分循环钻井液，应采用低屈服点和低塑性粘度及适当加重的钻井液。洗井的目的是替油脱气、降温、排液、清洗井筒。替油脱气：洗井时将井内的油和气洗出井内，避免因油气
影响水泥塞的质量。降温：洗井时将井内的温度降低，满足水泥浆的适用范围。排液：排出井内的含各种矿物质盐水，避免水泥浆在顶替和反洗时，井内的含盐液体内的促凝剂和水泥浆发生速凝。清洗井筒：对于套管内壁附有原油，蜡，铁锈等杂质，在洗井时被清除掉，有利于水泥塞和套管壁的粘接牢固。
4). 隔离保护。水泥浆前后都要使用隔离液，防止水泥浆受
5).做好实验。任何水泥塞作业，都应选用合适的水泥，并模
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拟水泥塞底部的实际静止温度做水泥浆性能试验。必要时应做水
泥浆污染实验。水泥浆性能应符合地层条件和满足施工要求。处
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理井漏的水泥塞，需要静切力高的稠水泥浆，以防止流入地层孔
隙或裂缝中。水泥浆的稠化时间应足够长，保证多余水泥浆安全
替出。
6).用好工具。尽量采用分流接头注水泥。这种接头使水泥
浆从侧向孔流出，可以减少高密度的水泥浆下沉。分流接头见图
2。钻杆底部加一个扶正器，可以显著地改善钻井液顶替效率。在
水泥浆中上提钻具的速度一定要慢，减少水泥浆污染。循环钻井
液时要活动钻具，避免粘钻杆事故。
8).准确计量。掌握准确的设计量与记录量，尤其实际施工记录量要准确。替浆量按替到钻杆未起出水泥塞时的水泥浆顶界计算。对于较短的水泥塞，替浆后井口卸开钻杆可静止观察5分钟，使钻杆内外液柱压力自动平衡；对于过长的水泥塞可采用两次注水泥塞施工，以减少风险。
9). 严格程序。认真执行操作规程，防止掉落等各类事故。对于漏失井注水泥塞，最好替浆后直接起钻杆，不循环泥浆或在近井口处循环泥浆。要有足够长的候凝时间(12-24h)
一般推荐的水泥抗压强度为3.45MP a。
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