新型钻固一体化潜活性材料性能研究及应用

提高固井第二界面胶结质量一直以来是钻井工程的作业目标之一,新型钻固一体化是通过在钻井液中加入潜活性材料使井壁形成的滤饼中含有潜活性材料,固井时通过固井液将滤饼中潜活性材料激活固化,使固井液-滤饼-地层形成一个整体从而提高固井第二界面胶结质量,其技术的核心是潜活性材料。主要围绕一体化潜活性材料性能开展研究,实验结果表明150℃/30 d高温老化验证含20%潜活性材料的钻井液钻井施工相对安全,一体化潜活性材料固井液在90℃、120℃和150℃下48 h抗压强度大于14 MPa,满足一体化固井液在90℃、120℃和150℃转换固井技术要求。150℃养护2 d后一体化潜活性材料泥饼与水泥、一体化潜活性材料泥饼与一体化固井液分别是普通钻井液泥饼与水泥的2.04倍和2.45倍,10 d后分别是2.25倍和2.84倍,这说明钻井液中加入一体化潜活性材料可提高固井第二界面胶结强度。通过27Al和29Si NMR图谱分析得出一体化潜活性材料泥饼界面比普通泥饼界面胶结结构更稳定。现场12口一体化潜活性材料应用证明,钻井液中加入一体化潜活性材料对于提高固井第二界面质量有一定好处,应进一步加大推广应用。     

MTC固井液二界面胶结强度实验研究

常规水泥浆体系固井二界面胶结强度较低,为了解决这一问题,进行了MTC固井液二界面胶结强度实验研究.结果表明,MTC固化体的体积收缩率远小于水泥石的体积收缩率.与低密度水泥浆体系相比,MTC固化体系与泥饼之间能够实现整体固化胶结,MTC固化体二界面胶结强度受井壁界面性质影响较小,尤其在有一定泥饼存在的情况下更是如此.但由于MTC固化体的抗压强度较低,在地层压力或注入压力较高的井中应谨慎使用.     

MTC固井液二界面胶结强度实验研究

常规水泥浆体系固井二界面胶结强度较低，为了解决这一问题，进行了MTC固井液二界面胶结强度实验研究。结果表明，MTC固化体的体积收缩率远小于水泥石的体积收缩率。与低密度水泥浆体系相比，MTC固化体系与泥饼之间能够实现整体固化胶结，MTC固化体二界面胶结强度受井壁界面性质影响较小，尤其在有一定泥饼存在的情况下更是如此。但由于MTC固化体的抗压强度较低，在地层压力或注入压力较高的井中应谨慎使用。     

固井前置冲洗液的研究发展

冲洗液的主要作用是冲刷井壁和套管壁的虚泥饼、油浆和油膜,稀释钻井液使之保持良好的流动性能。从而提高顶替效率并改善界面亲水能力,提高第一、二界面胶结强度,提高固井质量的。所以我们要在使用前要进行合理的设计,要全面了解其种类、性能标准、体系常用组分及作用原理、设计要求以及性能评价手段、方法、标准等,这样才能很好的利用和综合发挥冲洗液的作用。     

泥饼强度影响因素研究

用ＦＣＰ－２０００泥饼针入度仪对吐哈油田常用聚合物泥浆和聚磺泥浆体系中影响泥饼质量的因素进行了系统研究．结果表明体系中固相颗粒的含量及其粒度分布对泥饼强度的影响最大．虽然作用机理不同,但起抑制和封堵作用的处理剂都能提高泥饼强度,而尤以含有钾铵基聚合物的泥浆的泥饼强度最大．实验中还发现一具有规律的异常现象,即压力增加时,泥饼致密层变厚,但其强度却降低．现场泥浆检测标明,钾铵基聚磺泥浆具有最好的泥饼强度,最高可达４００ｇ以上．对水基钻井液体系而言,一般泥饼强度为２００ｇ左右即能满足工程要求．     

泥饼弹塑性影响因素研究

泥饼弹塑性反映泥饼在渗透、压缩、多孔和摩阻等方面的综合特性．主要就惰性固相颗粒粒度分布和包被性聚合物对反映这些性能的各参数的影响进行了实验研究．证实了泥饼的弹塑性和泥饼的强度是一对矛盾．含有细的和粒度分布大的固相颗粒的泥饼结构致密,可压缩性和渗透性小．聚合物含量增大使泥饼结构疏松,含水率和压缩性大．对吐哈油田１７ 口井的现场泥浆的泥饼质量进行的检测表明,ＡＰＩ失水泥饼实厚一般不超过１ｍ ｍ ,其强度多在１００ ～１５０ｇ;ＨＴＨＰ泥饼实厚在１ ～１．５ｍ ｍ ,强度为１５０～４５０ｇ,最高可达到５００ｇ 以上．但由于ＨＴＨＰ泥饼密性好,致密层厚,一般韧性稍差．     

钻井液润湿性对固井Ⅰ、Ⅱ界面胶结质量的影响

利用自行设计的HmP岩心滤失简易装置,近似模拟井下条件形成泥拼,并考察不清洗、清洗、清除并清洗3种情况下岩心与水泥装的剪切胶结强度;同时,用金属棒模拟套管进行相应实验。研究表明:钻井液润湿性对固井I、Ⅱ界面胶结强度的影响非常大,与水基钻井液相比,油基钻井液形成的界面胶结强度降低了近15%。因此,在设计前里液时合理使用润湿反转别很有必要。     

泥饼强度影响因素研究

用ＦＣＰ－２０００泥饼针入度仪对吐哈油田常用聚合物泥浆和聚磺泥浆体系中影响泥饼珠因素进行了有明体系中固相颗粒的含量及其粒度分布对泥饼强度的影响最大。虽然作用机理不同，但起抑制和封堵作用的处理剂有提高泥饼强度，而尤含 钾铵基聚合物泥 泥饼强度最大。     

泥饼厚度影响因素研究

使用 Ｆ Ｃ Ｐ ２０００ 泥饼针入度仪,对吐哈油田常用泥浆体系进行系统评价实验,建立了反映泥饼不同力学特征的泥饼层状结构理论模型．认识到影响泥饼实厚的最主要因素是钻井液的固相含量,但只有增加级配合理的惰性粒子而不是膨润土才能切实提高泥饼的综合质量,聚合物稀释剂和包被剂对泥饼实厚有重要影响,但影响规律视其种类和加量的不同而有很大的变化,主要取决于不同条件下聚合物分子与固相颗粒的不同作用机理．对水基钻井液体系而言,泥饼实厚为０．５ ～ １．５ｍ ｍ 是较合适的．     

裸眼时差与变密度测井地层波能量相结合改进固井Ⅱ界面评价

固井Ⅱ界面胶结情况直接影响生产井中油、水层的窜通,是固井质量检测的重要环节.利用裸眼井声波时差资料计算出变密度波列中的地层波波至,结合现场变密度资料在频域内对地层波能量进行了准确求取,并对固井Ⅱ界面进行了评价.结果表明,固井Ⅰ、Ⅱ界面水泥完全胶结时,地层波能量和声波时差存在一定的指数关系.在此基础上考虑地层声速参数对地层波能量的影响,特别是快、慢地层对Ⅱ界面评价的影响,给出了一种新的主要反映水泥胶结质量的Ⅱ界面胶结指数的定义.评价结果表明,新的胶结指数曲线在固井Ⅱ界面胶结良好井段相对较平滑且数值接近于1,基本能够消除地层声速对Ⅱ界面胶结质量的影响,进而改进了固井Ⅱ界面的评价质量.     

钻井液泥饼形成及评价研究综述

钻井过程中钻井液滤失形成地层浅处的内泥饼和井壁表面的外泥饼。形成高质量泥饼可以保证顺利钻进,但也对后期固井和生产造成影响。介绍了泥饼的形成过程和结构特征,调研了泥饼形成的数值模拟研究和实验研究,总结了泥饼评价的常规方法和参数计算经验公式。内泥饼和外泥饼的形成是同时进行、相互影响的过程;目前的研究多局限于外泥饼的形成和评价,且评价结果因技术人员经验和主观认识而有较大差异;研究中通常忽略内泥饼的形成及其对外泥饼的影响。未来研究需要综合考虑影响泥饼形成的地层因素和钻井液因素;基于"数字岩心"技术,研究泥饼的颗粒、孔隙与喉道特征;建立泥饼形成的数值模型,研究各因素对泥饼形成的影响规律。从微观结构揭示泥饼形成机理,并建立泥饼评价方法,对钻井液滤失造壁性能评价和体系优选、评价泥饼对固井质量的影响等工作有重要的意义。     

高密度钻井液条件下的顶替效率

顶替效率是固井施工过程中最难控制的因素,提高注水泥的顶替效率能有效驱替钻井液、清除钻井液虚泥饼,从而提高水泥胶结质量和水泥环密封性能。是防止油、气、水窜的前提。随着开采工艺的发展,对固井顶替效率提出了更高的要求：影响顶替效率的因素复杂多变,本文针对影响顶替效率几大重点因素展开深入研究,结合大庆油田近几年来使用越来越多的高密度钻井液引起的固井顶替效率低的实际,通过对现场的实测数据进行综合分析,为大庆油田高密度钻井液井的固井施工设计及提高顶替效率措施提供依据。     

侧钻小井眼固井顶替效率数值模拟

保证小井眼固井质量的关键是如何用固井液把环空中的钻井液及井壁泥饼顶替干净。小井眼本身井况的复杂性（如井眼不规则、套管偏心）、顶替液与被顶替液的流体性质以及固井施工参数都是影响小井眼固井顶替效率的主要因素,因此需要开展相关研究,以认识各因素对固井质量的影响规律,并对固井参数进行优化。本文首先基于计算流体力学相关理论与方法,建立了侧钻小井眼固井顶替数值模型,分析了固井顶替过程中顶替液与被顶替液之间的两相界面变化特征,揭示了小井眼固井的顶替机理;其次,基于小井眼固井顶替数值模型,模拟了幂律流体在小井眼固井顶替过程中顶替界面的发展过程,得到了顶替界面长度与顶替效率随顶替时间的变化规律。根据数值模拟结果分析了顶替液与被顶替液流性指数与稠度系数、顶替液与被顶替液之间的密度差、套管偏心度和固井顶替排量对顶替界面长度与顶替效率的影响规律。研究结果指导了长庆苏里格气田首口侧钻水平井固井施工成功。     

密度差对水平段固井顶替界面影响规律研究

水平封固段的固井顶替效果是影响水平井固井质量的关键问题,居中度和密度差是影响水平段固井顶替效果的重要参数。本文基于国家超级计算中心天河一号大规模集群计算平台,采用Fluent软件对300 m长水平段偏心环空进行1 000 s的隔离液顶替界面的数值模拟实验,研究居中度和密度差对隔离液与钻井液顶替界面的影响规律。研究结果表明,在扶正器扶正条件和密度差设计许可时,尽量提高水平段套管居中度与密度差,可以达到理想顶替效果与固井质量。当井眼条件差、扶正器下入困难时,采用大密度差的浆体设计,可以大幅改善偏心环空窄边钻井液滞留,提高隔离液顶替效率与固井质量。当钻井条件限制无法采用合理的密度差设计时,提高水平段扶正器的扶正效果,可以大幅改善偏心环空窄边钻井液滞留,提高隔离液顶替效率与固井质量。本文研究结论对固井顶替施工具有重要理论与实践指导意义。     

复合钾盐生物聚磺钻井液在长庆水平气井的应用

为解决长庆气田天然气水平井施工中位于斜井段位置的井壁失稳和钻头泥包技术难题,室内研究了复合钾盐生物聚磺钻井液体系,并在长庆地区15口水平井应用.结果表明,该体系表现出防塌能力强,页岩回收率达到78%以上,易塌层平均井径扩大率低于20%;性能易调控,具有良好的井眼净化能力,泥饼薄、坚韧、致密光滑,摩阻系数控制在0.026 2~0.034 9.与同区块非试验井相比,不仅井下安全,井壁稳定,井眼畅通,而且钻井平均机械钻速都提高了40%以上.该体系成功解决了因泥页岩水化膨胀而引起的缩径扩径、掉块坍塌、高摩阻大扭矩、钻头泥包等技术难题.     

水力脉冲振动注水泥装置的设计与试验

研制了新型水力脉冲振动注水泥装置,该装置安装在套管底部,在注水泥过程中产生水力冲击作用于套管、水泥浆和钻井液,通过消除气泡、清除泥饼、提高顶替效率和水泥石强度来提高水泥胶结质量.试验测量了水力脉冲装置的脉冲特性.结果表明,当喷嘴压降产生的上推力超过弹簧预紧力时,脉冲装置可以形成幅度为0.5～1.5 MPa、频率为22～25 Hz的压力脉冲,压力脉冲波形规则.调整喷嘴直径,可以控制压降;调整弹簧预紧力,可以控制脉冲压力幅度.该水力脉冲振动注水泥装置活动部件少,安全可靠,便于现场应用.