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[摘 要]影响水泥帽封固质量的实质原因就是井壁上的不易流动的泥浆和泥饼影响水泥浆填充环空。本文论述的方法，利用流体力学原理有效地解决了这个问题.
[关键词]井口水泥帽 封固质量 塞流
中图分类号：TE256.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0331-01
引言
吉林油田大部分开发调整井需要通过井口固40-50米水泥帽来固定和密封井口。井口水泥帽一般采用双排油管常规注水泥固井，封固质量合格率一直保持在70%左右的一个较低水平。
在提高水泥帽质量方面，一般分为3类，一是提高环空返速：主要是双排油管注水泥；二是防止水泥下沉工艺技术：有水泥托盘、水泥伞、水泥注托器；三是：套管居中工艺措施：主要有套管扶正器、井口下隔水管。第一类和第三类措施的目的是解决顶替效率，由于井径偏大，结果并不理想；第二类措施主要解决了一部分水泥浆下沉的问题。这些工艺措施的封固质量合格率也只能提高5个百分点左右，对水泥帽的封固质量仍然没有明显的改善。
2008到2009年吉林新民、扶余、红岗等采油厂的420口井的水泥帽固井质量合格率为78.33%；2010年1-5月扶余和红岗采油厂的水泥帽合格率低达51.5%。由于井口水泥帽封固质量存在问题，有近三分之一的井封固质量达不到标准，不同程度的出现了井口套管头下沉、管外冒油气水和油井作业时井口晃动等现象，给油井的正常投产使用留下了隐患。近10%的井需要重新进行二次封固。
油田开发需要进一步提高井口水泥帽的封固质量。
一、塞流固井原理
1.影响水泥帽封固质量的原因分析
地表50米井段的压力为正常压力梯度，孔隙流体属于地表水质，流体处于相对静止状态，地下相对稳定。影响水泥帽封固质量的原因初步有四个方面：
（1）表层土为成岩，井眼质量差：水泥帽一般要求封固井深40-50米以上的井段，这一井段属于第四系未成岩的表层黄土，极易坍塌，井径扩大率平均在70%左右，最大井径大500mm以上，并且井径变化率也很高，井眼质量非常差。
（2）套管居中不能得到保证：由于井径偏大，套管在井口已被固定，不能很好的居中。
（3）井壁虚泥饼不易被有效清除：一方面表层黄土疏松，极易形成虚泥饼，同时井径大的原因，这些虚泥饼得不到很好的清除。
（4）偏流现象严重，顶替效率差：以上三个方面的原因，导致了替水泥浆时可能出现严重的偏流现象，水泥在某一方位会出现不同程度的缺失；大量虚泥饼的存在，二界面也可不完全能胶接；水泥浆在初凝前还会有不同程度的下沉现象。
2.塞流顶替原理
根据钻井流体力学，要提高顶替效率，一是提高替速使流体处于紊流状态，充分冲刷井壁；二是降低替速使流体保持塞流状态，均匀顶替也能起到提高顶替效率的作用。由于井口井径偏大，无法实现紊流顶替，这里主要是通过实现塞流顶替来提高顶替效率的。
要实现塞流，必须调整水泥浆的雷诺系数，按幂律模式：
（1）
式（1）中的套管和井筒直径D1、D2、水泥浆密度和替速的可变范围小，可以视为常数，式（1）可简化为：
（2）
稠度系数K与雷诺数Re成反比，在替速确定的情况下，利用增加井筒轴心附近泥浆的稠度系数K，在井筒轴心附近的的稠度系数趋近于井壁泥浆的的稠度系数，降低井筒横截面上的的稠度系数并均匀分布而实现塞流顶替。
增加稠度系数K的方法是通过水泥侵来实现的，水泥侵后的泥浆稠度系数K取值空间可以在数倍范围内调整。稠度系数K的调整可以通过调整水泥浆的密度来实现。
利用水泥侵的原理，用水泥使井内的泥浆发生水泥侵，導致井壁上不易流动的泥浆进一步稠化，切力和稠度提高，流动时呈塞流状态。在远离井眼轴线靠近井壁的某处临界面上，泥饼与井壁间的附着力小于或等于受水泥侵的泥浆混合体内的最大静切力，在外力的作用下，受水泥侵的泥浆混合体在临界面处脱离井壁，以塞流状态被顶出到地面。结果使井壁和套管外壁之间的环空增大，为水泥浆充分填充其间创造了条件，水泥浆能够充分置换出井筒内的泥浆和虚泥饼，很好解决了大井眼的偏流问题，使水泥充分填充胶结。
这种方法不需要附加材料和设备，容易操作，风险低。
二、塞流固井施工方法
1.井眼数据准备：准备水泥帽封固井段的井径数据，洗井液密度等资料数据。
2.注入一定密度的水泥浆：根据塞流所需要的水泥侵稠化系数和井眼容积设计出水泥浆的密度和注入量。
3.清水替出水泥浆：待水泥侵充分稠化后清水替出低密度水泥浆。
4.注水泥固井：用设计好的水泥浆密度和水泥浆量采用常规固井方法完成固井。
三、现场试验与应用
1.B1-27井试验情况
B1-27井，15148队施工，井口平均井径283mm，井径扩大率37%完井洗井液密度1.40g/cm3，设计固水泥帽40米，油管下深50米。
首先以某种注速注入一定量，一定密度的水泥浆；静止一段时间后用清水将其替出地面，替出物见大量的虚泥饼和细沙与水泥浆的粘稠状混合物；以某種注速注入密度为1.9g/cm3的水泥浆，直至其返出地面结束。
声变检测结果：水泥帽封固质量为优质，除井口附近外的井段水泥胶接指数都在0.8以上。与同一区块相邻的井对比封固质量有明显的提高。
2.规模试验效果显著
用塞流固技术先后在扶余和新民采油厂共试验15口井，试验井的合格率达到了86.67%，提高了36个百分点，胶接合格井段平均为23.77米，优质井段达到9，27米，分别提高4米和8.5米。
3.推广应用效果稳定
2010年5-11月，共推广280口井，帽子封固合格率为85.37%；比同期使用常规固帽子方法提高了28.29个百分点。
四、结束语
通过对井口水泥帽固井差的原因分析，提出并实现了塞流顶替，很好解决了大井眼的偏流问题。
现场操作简便，风险小，投入小，质量稳定，封固质量显著提高。
塞流顶替解决了大井眼的偏流问题，在井口水泥帽固井上良好效果，为表层套管和技术套管等大井眼的固井提供了一种可借鉴的方法。
参考文献
[1] 《流体力学》，汪志明，石油工业出版社，2006
[关键词]井口水泥帽 封固质量 塞流
中图分类号：TE256.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0331-01
引言
吉林油田大部分开发调整井需要通过井口固40-50米水泥帽来固定和密封井口。井口水泥帽一般采用双排油管常规注水泥固井，封固质量合格率一直保持在70%左右的一个较低水平。
在提高水泥帽质量方面，一般分为3类，一是提高环空返速：主要是双排油管注水泥；二是防止水泥下沉工艺技术：有水泥托盘、水泥伞、水泥注托器；三是：套管居中工艺措施：主要有套管扶正器、井口下隔水管。第一类和第三类措施的目的是解决顶替效率，由于井径偏大，结果并不理想；第二类措施主要解决了一部分水泥浆下沉的问题。这些工艺措施的封固质量合格率也只能提高5个百分点左右，对水泥帽的封固质量仍然没有明显的改善。
2008到2009年吉林新民、扶余、红岗等采油厂的420口井的水泥帽固井质量合格率为78.33%；2010年1-5月扶余和红岗采油厂的水泥帽合格率低达51.5%。由于井口水泥帽封固质量存在问题，有近三分之一的井封固质量达不到标准，不同程度的出现了井口套管头下沉、管外冒油气水和油井作业时井口晃动等现象，给油井的正常投产使用留下了隐患。近10%的井需要重新进行二次封固。
油田开发需要进一步提高井口水泥帽的封固质量。
一、塞流固井原理
1.影响水泥帽封固质量的原因分析
地表50米井段的压力为正常压力梯度，孔隙流体属于地表水质，流体处于相对静止状态，地下相对稳定。影响水泥帽封固质量的原因初步有四个方面：
（1）表层土为成岩，井眼质量差：水泥帽一般要求封固井深40-50米以上的井段，这一井段属于第四系未成岩的表层黄土，极易坍塌，井径扩大率平均在70%左右，最大井径大500mm以上，并且井径变化率也很高，井眼质量非常差。
（2）套管居中不能得到保证：由于井径偏大，套管在井口已被固定，不能很好的居中。
（3）井壁虚泥饼不易被有效清除：一方面表层黄土疏松，极易形成虚泥饼，同时井径大的原因，这些虚泥饼得不到很好的清除。
（4）偏流现象严重，顶替效率差：以上三个方面的原因，导致了替水泥浆时可能出现严重的偏流现象，水泥在某一方位会出现不同程度的缺失；大量虚泥饼的存在，二界面也可不完全能胶接；水泥浆在初凝前还会有不同程度的下沉现象。
2.塞流顶替原理
根据钻井流体力学，要提高顶替效率，一是提高替速使流体处于紊流状态，充分冲刷井壁；二是降低替速使流体保持塞流状态，均匀顶替也能起到提高顶替效率的作用。由于井口井径偏大，无法实现紊流顶替，这里主要是通过实现塞流顶替来提高顶替效率的。
要实现塞流，必须调整水泥浆的雷诺系数，按幂律模式：
（1）
式（1）中的套管和井筒直径D1、D2、水泥浆密度和替速的可变范围小，可以视为常数，式（1）可简化为：
（2）
稠度系数K与雷诺数Re成反比，在替速确定的情况下，利用增加井筒轴心附近泥浆的稠度系数K，在井筒轴心附近的的稠度系数趋近于井壁泥浆的的稠度系数，降低井筒横截面上的的稠度系数并均匀分布而实现塞流顶替。
增加稠度系数K的方法是通过水泥侵来实现的，水泥侵后的泥浆稠度系数K取值空间可以在数倍范围内调整。稠度系数K的调整可以通过调整水泥浆的密度来实现。
利用水泥侵的原理，用水泥使井内的泥浆发生水泥侵，導致井壁上不易流动的泥浆进一步稠化，切力和稠度提高，流动时呈塞流状态。在远离井眼轴线靠近井壁的某处临界面上，泥饼与井壁间的附着力小于或等于受水泥侵的泥浆混合体内的最大静切力，在外力的作用下，受水泥侵的泥浆混合体在临界面处脱离井壁，以塞流状态被顶出到地面。结果使井壁和套管外壁之间的环空增大，为水泥浆充分填充其间创造了条件，水泥浆能够充分置换出井筒内的泥浆和虚泥饼，很好解决了大井眼的偏流问题，使水泥充分填充胶结。
这种方法不需要附加材料和设备，容易操作，风险低。
二、塞流固井施工方法
1.井眼数据准备：准备水泥帽封固井段的井径数据，洗井液密度等资料数据。
2.注入一定密度的水泥浆：根据塞流所需要的水泥侵稠化系数和井眼容积设计出水泥浆的密度和注入量。
3.清水替出水泥浆：待水泥侵充分稠化后清水替出低密度水泥浆。
4.注水泥固井：用设计好的水泥浆密度和水泥浆量采用常规固井方法完成固井。
三、现场试验与应用
1.B1-27井试验情况
B1-27井，15148队施工，井口平均井径283mm，井径扩大率37%完井洗井液密度1.40g/cm3，设计固水泥帽40米，油管下深50米。
首先以某种注速注入一定量，一定密度的水泥浆；静止一段时间后用清水将其替出地面，替出物见大量的虚泥饼和细沙与水泥浆的粘稠状混合物；以某種注速注入密度为1.9g/cm3的水泥浆，直至其返出地面结束。
声变检测结果：水泥帽封固质量为优质，除井口附近外的井段水泥胶接指数都在0.8以上。与同一区块相邻的井对比封固质量有明显的提高。
2.规模试验效果显著
用塞流固技术先后在扶余和新民采油厂共试验15口井，试验井的合格率达到了86.67%，提高了36个百分点，胶接合格井段平均为23.77米，优质井段达到9，27米，分别提高4米和8.5米。
3.推广应用效果稳定
2010年5-11月，共推广280口井，帽子封固合格率为85.37%；比同期使用常规固帽子方法提高了28.29个百分点。
四、结束语
通过对井口水泥帽固井差的原因分析，提出并实现了塞流顶替，很好解决了大井眼的偏流问题。
现场操作简便，风险小，投入小，质量稳定，封固质量显著提高。
塞流顶替解决了大井眼的偏流问题，在井口水泥帽固井上良好效果，为表层套管和技术套管等大井眼的固井提供了一种可借鉴的方法。
参考文献
[1] 《流体力学》，汪志明，石油工业出版社，2006