【摘要】本文围绕钻井过程中钻遇地层日趋复杂，针对某些特殊的问题，诸如水泥浆体积收缩、漏失、微间隙井、盐岩层和腐蚀性地层水、高温深井及气窜等，简述了保证固井施工的安全和固井质量几种特种水泥体系，重点论述了几种重要固井注水泥技术，以为固井泥浆及施工提供参考。
【关键词】固井技术 水泥体系 注水泥技术
一、固井特种水泥体系
（一）膨胀水泥
膨胀水泥即在水泥浆凝结时产生轻度体积膨胀的水泥体系，可以封闭环空微隙、改善水泥环与地层、套管的界面胶结。几种膨胀水泥体系如下：
钙矾石体系。钙矾石膨胀水泥体系含有钙、铝、镁氧化物和石膏，在水泥水化条件下能促使高硫型水化硫铝酸钙（即钙矾石）的形成及生长。钙矾石为针状或柱状结晶，每个晶胞含有32个水分子，故其体积较大。随着水化反应进行，钙矾石结晶体不断长大，并填补水泥石内孔隙结构。这种体积长大在有限空间进行，对套管和地层均产生预应力，因而增加水泥石与套管、地层两界面的胶结力。又由于向水泥石孔隙内膨胀，使水泥石结构致密，提高了水泥石的抗压强度并降低了渗透率。
氯化钠水泥体系。当水泥浆中含盐量（氯化钠）大于5%时，氯离子与水泥中C3A的水化物反应生成氯铝酸钙复盐（C3ACl·10H2O），氯离子与硅酸钙水化产物反应生成氯代硅酸钙水化物，由于这些复盐在孔隙内部所施加的内压力，使水泥石体积膨胀。
铝粉类水泥体系。某些金属粉末如锌、镁、钛、铝都能用来制备膨胀水泥，最常用的是铝粉。细的铝粉与水泥浆中的碱性物质反应生成大量微小的氢气气泡，使得水泥漿体积增大。这种技术适用于浅井。
锻烧氧化镁体系。加有锻烧氧化镁的油井水泥体系，在水化过程中氧化镁水化生成氢氧化镁（MgO+H2O→Mg（OH）2），其体积大于反应初体系的体积，从而在水泥石内部产生膨胀力，产生体积膨胀。
（二）硅灰水泥
硅灰是炼硅或炼硅铁合金过程中得到的副产品，是以SiO2为主要成分的比表面积极高的活性材料。硅灰是一种空心超细微珠，比表面积是粉煤灰的30～50倍，水泥的50～60倍。硅灰水泥在提高固井质量，尤其是在复杂井况下的固井中起到重要作用。
（三）胶乳水泥
胶乳是一种聚合物悬浮体系，通常由油溶性或水溶性单体的乳液聚合或反向乳液聚合制备而得，该体系为亚稳态。胶乳中聚合物胶粒的粒径在0.05～0.5μm范围。加入胶乳后的水泥称为胶乳水泥。
二、固井注水泥技术
（一）常规注水泥
注前置液：为提高水泥泵顶替钻井液的效率，保证水泥环质量，在钻井液与水泥浆之间注入一段“液体”，这种特殊的液体称为前置液，按其性质分为冲洗液和隔离液，在顶替钻井液过程中起到冲洗、稀释和隔离钻井液作用，从而提高水泥浆的顶替效率。
注水泥浆：指按封固井段内井眼与套管之间环荣大小计算用水泥数量，通过固井专用设备将干水泥和配浆水混合成一定密度的水泥浆，并通过套管注到井内。
压胶塞：指注水的水泥数量到达设计要求时，将胶塞压入井内。起作用是有效地隔离顶替液与水泥浆，并刮下套管壁上的水泥浆，同时与管串上的浮配合，起到控制替钻井液量的作用。
为防止先期注入的水泥浆在套管内与钻井液发生混窜，有时还在注前置液之后加入一个下胶塞，这是一个空心只有一层特殊隔膜的胶塞。起作用时组织水泥浆在套管内狱卒阿宁也混攒。当水泥浆充满套管时，下胶塞坐在浮攒上，压力达到一个较小的值时，隔膜被破坏通道打开，保证后续施工正常进行。
钻替井液：指用顶替液推动胶塞，将套管内的水泥浆替到套管外的环形空间，到达封固的层的过程，这是固井工作的重要环节。由于常用的顶替液为钻井液，故称替钻井液。
碰压：当顶替液的数量达到套管串浮箍以上的容积时，胶塞将坐在浮箍上，流体通道封闭，使套管内压力突然升高，这一现象称为碰压。它标志着浮箍以上的套管内的水泥浆全部被顶替到环空。
侯凝：试压结束后，将套管内的压力释放掉，使套管处于不变形的状态下侯凝，保证固井质量。此时，应注意浮箍、浮鞋的密闭性，如发生倒流现象，则需根据水泥浆与泥浆的压差值，确定一个回憋压力。此压力不宜过高，以免套管变形，一般在套管内外静压差基础上附加1-2Mpa.
（二）分级注水泥
分级注水泥是利用连接在管串上的可以打开和关闭的特殊接箍，将一口井的注水泥作业分两次或三次完成的注水泥工艺。
分级注水泥技术可分为两种：正规非连续式双级注水泥和非正规连续式双级注水泥。
正规非连续式双级注水泥：注一级前置液—注一级水泥浆—压第一级胶塞—替顶替液—碰压—敞压—投入打开塞—打开分级箍通道—循环洗井侯凝—注二级前置液—注二级水泥浆—压入关闭塞—替顶替液—碰压—关闭分级箍通道—结束。
非正规连续式双级注水泥：注一级前置液—注一级水泥浆—投一级胶塞—替顶替液—投打开塞—注二级前置液—注二级水泥浆—投关闭塞—替顶替液—一级胶塞碰压二级通道打开—关闭塞坐封通道关闭—施工结束。
（三）尾管注水泥
在接好注水泥管线并试压后，将前置液通过钻杆泵入，随后注入水泥浆（通过钻杆），注水泥结束后，压入钻杆胶塞并进行顶替，当钻柱内水泥浆被顶替完后，钻杆胶塞与尾管胶塞重合闭锁，压力上升到某一定值（尾管胶塞剪断压力）时，由钻杆胶塞和尾管胶塞组成的组合胶塞进入尾管，对尾管内的水泥浆进行顶替，替完后，组合胶塞坐在浮箍上碰压，说明作业结束。压力释放后，判断是否倒流，如回压阀可靠，井口泄压为零，将钻柱上提至尾管悬挂器顶部一定高度，将多余的水泥浆洗出井口。
尾管固井准备：井眼准备。井身质量符合标准要求，裸眼井段无漏，卡等现象。钻井液性能符合要求等。钻柱准备。对用来送入尾管悬挂器的钻柱做好标识，单独排放，以防与其他钻具混杂。同时钻柱钢级、壁厚及强度满足尾管下入及作业需要，钻柱内孔要用钻杆胶塞或通管器进行试通等。尾管挂检查与下入。按照尾管挂性能规范和标准对设计下入的管串及附件进行严格检查，确保好用。同时也要控制好下放速度等。另外在连接悬挂器时要保护好卡瓦。提前计算送入钻柱的回缩距，确定井底距尾管的距离。尾管坐挂。在现场推荐使用一台水泥车单独完成坐挂作业。其他注水泥方法，还有内管注水泥等。
