库车山前低返速固井钻井液低剪切流变特性研究

针对塔里木库车山前超高压气井四开低返速固井过程中钻井液实际处于低剪切流动状态和现场采用全剪切速率流变测试数据拟合其流变模式和流变参数的不足,研究了库车山前钻井液在低返速固井过程中的低剪切速率范围、对应的流变模式和流变参数及其对注水泥环空流动摩阻系数的影响。研究结果表明,在低返速固井过程中,钻井液的剪切速率明显小于1022 s?1（600 r/min）,且对应的流变模式及流变参数与全剪切速率范围内的差异巨大,导致基于二者的注水泥环空摩阻系数也存在较大的差异,从而影响对注水泥环空压力计算的精确控制。为此,对低返速固井,应根据其低剪切速率范围内的流变模式和流变参数计算环空流动压耗,控制固井排量,提高低返速防漏固井的成功率。      

深井注水泥小间隙环空流动计算方法研究与应用——以塔河油田S井为例

与常规固井相比,小间隙环空固井作业的某些技术控制指标发生了变化,从而使得井内压力平衡及注水泥流变学设计指标受到不同程度的影响,而目前小间隙环空固井还是按照常规井来处理的,对固井质量和施工安全造成不利的影响。为此对小间隙环空流态的判别方法、小间隙环空注水泥流动计算方法进行了研究,并对常规的计算方法进行修正。用修正后的方法以S井为例进行计算,其结果与实测数据非常吻合。     

高温高压小间隙固井摩擦阻力的分析计算

以南海西部油田一口高温高压井为例,研究了温度、压力对水泥浆流变参数及密度的影响,计算了环空摩阻、静液柱压力以及井底有效压力等参数,并与常规的固井计算进行比较。认为小间隙、高温高压井在注水泥过程中,环空摩阻大,注水泥时井底压力高,在不压裂地层的条件下,有可能导致顶替效率不高。为此,提出分段计算方法来解决该问题。     

偏心环空循环压耗的数值模拟与验证

在水平井和复杂结构井中，井斜角和方位角随井深不断变化，套管在井内不易居中，影响流体在环空中的流动状态和循环摩阻。现有的偏心摩阻压耗计算模型是基于特定井眼尺寸和流体性能条件下建立的，不具备普适性。为此，结合某水平井井眼尺寸和流体性能，基于计算流体力学(CFD)的仿真理论与方法，分析了不同套管偏心度和直径比对环空流态与摩阻压耗的影响，对比了套管居中和套管偏心工况下环空摩阻压耗与当量循环密度(ECD)分布特征。结果表明：随着偏心度增大，宽间隙中心流速增大，壁面低流速域增多，增加了流体滞留量；直径比越小，有助于提高窄间隙流速；环空间隙越小，套管偏心对摩阻压耗影响越大。实例井偏心环空摩阻压降比同心环空低2.16 MPa;文章建立的摩阻压降计算模型比现有经典模型误差更小，为偏心环空下摩阻压降的准确计算提供了可靠的计算方法。     

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根据相似原理，研究了幂律液体在偏心环空作层流流动时的流动规律，并建立了有关水力参数式及流态判别式。液体在偏心环空中流动的最大特点，在于不同间隙处流速流量的较大差异，从而引起水泥返高在不同间隙井段内也有很大的差别，影响其封固质量。文中应用该液体的流动规律及水泥浆与泥浆流变性能的相互关系，提出了保证固井注水泥时泥浆被驱替流动的基本条件和水泥浆在不同间隙处返至预定位置的方法。     

超深井小间隙安全注水泥技术研究与应用

对于超深井小间隙来讲,注水泥施工设计较为重要,直接影响固井质量。由于井眼深、环空间隙小,在固井施工过程中摩阻大、泵压高、顶替效率差,易诱发井漏、污染等诸多实际问题,严重影响注水泥施工安全。针对以上难题开展技术攻关,提出了优化环空浆柱结构设计,抗污染先导浆设计,高效隔离液设计,防污染实验设计,结合浆体流变性对注替排量参数的设计等技术。该技术的运用,不仅保证了注水泥施工的安全,还提高了超深井小间隙固井质量。以双探1井?127 mm尾管悬挂固井为例介绍了超深井小间隙安全注水泥的技术措施与实施效果,现场应用表明该技术是适用的,能够保证注水泥时的施工安全,且固井质量合格。     

大庆油田侧钻小井眼水平井固井施工压力设计与应用

针对大庆油田侧钻水平井环空间隙比常规井眼和小井眼环空间隙小得多、侧钻水平井尾管内径小，这样造成循环摩阻大，固井施工压力高，固井质量不易保证的实际，开展了注水泥设计，确立了环空压耗与井眼长度的关系及钻井液性能对压耗的影响。通过偏心环空时的压降计算施工压力研究及注替过程的速度、压力分析，开发与应用了侧钻水平井固井施工设计软件。通过两口井的实践，证实了设计的可靠性，地面施工一次成功。     

小间隙固井合理扩眼尺寸研究

若想提高小间隙井的固井质量,需要扩眼增大环空间隙。基于环空水力摩阻当量密度,提出了小间隙环空摩阻压降当量密度法、管内外推力相等法和声幅测井法等3种小间隙固井扩眼尺寸确定法,并综合3种方法给出了小间隙固井扩眼值的推荐范围。所得结果认为,为保证139.7、127.0和114.3 mm套管固井质量,所需扩眼尺寸分别为176.7～187.5、164.5～174.8和151.6～162.1 mm。该研究成果应用于塔河油田S119-1CH井127.0 mm尾管固井中,在井下5 561.45～5 976.00 m固井质量优质。     

窄压力窗口井段精细控压压力平衡法固井设计方法与应用

四川盆地复杂深井、超深井钻进受套管层序的限制,同一裸眼井段通常钻遇多个压力系统,纵向地层出现窄安全密度窗口,虽然钻井常采用控压钻井(MPD)技术保证了安全有效钻进,但也给下部小间隙尾管固井带来了巨大的挑战,因而开展既能满足四川盆地小间隙尾管固井质量又能保证窄度安全密度窗口地层固井安全的固井工艺技术研究具有重要的现实意义。为此,在借鉴控压钻井成功应用的基础上,提出了精细控压平衡压力法固井技术:在注水泥设计时将环空流体静液柱压力设计为欠平衡(略低于地层孔隙压力),然后利用精细控压钻井装置MPD在井口节流产生回压或施加井口补偿压力,使注水泥过程通过井口压力和流体在环空的流动摩阻达到平衡孔隙压力,注水泥结束后环空继续施加一定的补偿压力,防止静压不足与水泥浆失重造成候凝期间环空窜流。四川盆地某探井(超深井)应用该技术后,全井段固井水泥胶结合格率为97%,胶结质量优的井段为76%。结论认为,该技术无需增加其他设备,仅借助控压钻井的设备就能实现高顶替效率下的固井施工安全和固井质量提升。     

注水泥顶替环空钻井液滞留角度优化计算

在油气井固井注水泥过程中,由于套管偏心,井眼环空各间隙处钻井液被水泥浆顶替的情况不同,窄间隙处的钻井液受到较大的阻力而容易滞留。为了保证固井质量,从流体受力分析出发,研究了水泥浆与钻井液密度差以及流体流变性能等因素对注水泥顶替效率的影响规律,建立了偏心环空内的钻井液滞留角度范围模型。采用"高斯数值积分结合弦割法"对该模型进行了数值求解,结合现场实际情况,计算了不同固井工况下的截面顶替效率,进而定量求得钻井液零滞留时的驱动压力梯度。对于直井和大斜度井,通过增大水泥浆与钻井液的密度差、降低钻井液静切力以及提高水泥浆动切力均有利于改善大斜度井和水平井内的注水泥顶替效率。     

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随着石油天然气勘探开发的发展，近年来钻井后期采用小井眼完井日益增多，由于环空间隙太小（５．５～１２．５ｍｍ），固井作业难度大，固井质量很不理想，难以满足产层改造工艺的要求。为此提出了从改善井眼条件、套管串结构和工具附件、水泥浆性能、注水泥工艺技术措施出发提高小环空间隙井眼固井质量的观点和以下建议：①钻井液性能要满足小环空间隙井眼固井的要求；②搞好团井前的准备工作；③设计套管柱结构时，要考虑井眼环空间隙过大和过小的影响以及工具附件的改进和应用。     

致密气藏超长水平段低摩阻水泥浆固井技术

长庆油田致密气藏超长水平段固井,存在裸眼段长、环空间隙小、流动摩阻压耗大和施工压力高,易发生漏失造成固井质量差和后期环空带压等一系列复杂问题,严重影响后续开采和单井产量。为此开发了低摩阻低密度水泥浆和低摩阻高强韧性水泥浆,来提高水泥浆的流动性,降低流动摩阻压耗、施工压力和漏失风险。低摩阻低密度水泥浆采用耐压性能优良的空心玻璃微珠做为主要减轻材料,提高体系的耐压性能,入井后保持较高的结构圆整度,有效降低摩阻压耗。低摩阻高强韧性水泥浆在常规高强韧性水泥浆的基础上,引入实心玻璃微珠和复合高效增强剂,在保证水泥石力学性能的基础上,提高了水泥浆的流动性能,降低了水泥浆的摩阻压耗。室内模拟实验表明,低摩阻低密度水泥浆较常规低密度水泥浆范宁摩阻系数由0.0593降低至0.0295,降低50.25%;低摩阻高强韧性水泥浆较常规高强韧性水泥浆摩阻系数由0.070降低至0.0414,降低40.86%。前期先导性试验应用表明,使用低摩阻水泥浆摩阻压耗降低明显,有效降低施工压力。采用低摩阻水泥浆并进行低摩阻高强韧性水泥浆分段梯度携砂设计,助力致密气藏5256 m超长水平段固井施工顺利完成,固井质量合格,为长庆致密气藏超长水平段固井提供有力的技术支撑。      

深部开窗侧钻井元坝1–侧1井固井技术

元坝1–侧1井是在元坝1井的基础上进行开窗侧钻的一口重点探井,目的是为了进一步揭示元坝地区礁滩相储层气藏情况。完钻斜深7427.23 m,?146.1 mm无接箍尾管下深7425.81 m,是目前川东北地区完钻和套管下深最深的一口井。具有井深、温度高、压力高、钻井液密度高、环空间隙小、井斜、位移大、裸眼段长、小间隙、无接箍套管不能加装扶正器、套管在井眼中居中困难、地层破裂压力梯度不详、面临井漏等技术难题。通过采取优选抗高温水泥浆体系、加重隔离液体系,合理设计入井管柱结构,采用平衡压力固井技术,改进配浆方式等一系列技术措施固井。保证了套管顺利下入,解决了井漏、顶替效率低、施工泵压高、气体窜槽等问题。固井施工顺利,测井解释固井质量优,为超深井、小间隙井固井提供了可借鉴的依据。     

纤维增韧小井眼水泥浆性能研究

由于小井眼环空间隙小的特点,小井眼固井较常规井眼固井有更大的难度,对水泥浆提出了更高要求。文中研究了由改性纤维XW-5构建的密度为1.50,1.85,2.00g·cm^-3的水泥浆的性能。结果表明,该水泥浆流变性好,滤失量控制良好,浆体稳定性好,稠化过渡时间短,早期抗压强度高,抗冲击功和抗折强度高,且具有很好的防漏效果,能够满足小井眼固井要求。     

莺歌海盆地高温低压定向井旋转尾管固井技术

南海莺歌海盆地某气田A15井是一口典型的高温低压定向深井,井底温度高、地层压力低、尾管固井环空间隙小,若采用常规尾管固井技术固井顶替效率低,易发生气窜和漏失,高温低压气层井段的封固质量难以保证。为提高该井尾管固井的质量,该井采用了旋转尾管固井技术和高温胶乳防气窜水泥浆体系,与优选出的油基钻井液冲洗液和隔离液配合,通过预测旋转扭矩和尾管的居中度,完成了该井高温低压储层段Φ177.8 mm尾管固井作业。高清扇区水泥胶结测井结果证实,该井尾管固井井段气水隔层和射孔井段封固质量达到良好,高压水层封固质量合格,与采用常规固井技术的邻井A9井相比,尾管固井质量大幅提高。A15井旋转尾管固井的成功,为南海莺歌海盆地高温低压定向井尾管固井质量的提高提供了一条新途径。      

开窗侧钻井小井眼小间隙固井技术

油层套管开窗侧钻是老油田盘活报废井、提高采收率的重要手段。然而侧钻井固井时由于环空间隙小,固井过程中水泥浆上返摩阻大,环空当量密度大大增加,经常压漏地层,导致水泥浆漏失低返;另外受井眼尺寸的限制,套管居中度差,水泥浆易窜槽,其固井质量严重制约了侧钻井技术的应用前景。从水泥浆密度和性能上考虑,研制了低密度低摩阻水泥浆,通过降低水泥浆密度来减小固井时的液柱压力,同时配套采用综合技术措施,在现场多口井进行应用,固井质量显著提高。探索出一套适合华北油田特点的提高侧钻井固井质量技术,实践证明该技术是切实可行的。