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。     

小间隙井注水泥环空流动计算方法与应用

非常规井身结构中小间隙与小井眼段的注水泥环空流动与常规井眼有很大出入,采用常规流动计算方法来分析小间隙流动,则会造成很大的误差,影响到作业安全。为此,分析了小间隙对环空流态、流动阻力的影响,从理论上系统研究了小间隙注水泥流动的流态判别、偏心效应系数、摩阻系数等关键参数的计算方法,并提出了相应的修正方法:小间隙环空的水泥浆流变参数计算,应使用旋转黏度计600转和300转的读值进行流变参数计算,进而综合考虑流态、偏心、环空尺寸等影响因素,将环空进行分段,建立了深井固井环空流动摩阻计算模型。在中国西部地区应用了5口小间隙井,固井套管下入深度达到6 000m,小间隙井段长度达到2 000m,采用该修正方法计算的压力值和实际施工压力值的误差控制在1.5MPa以内,很好地满足了生产要求。     

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。     

深井超大环空小井眼安全钻井技术研究与应用——以蓬莱气区DB-1井为例

川渝地区因地质情况非均质性较强,在设计时为增加深井段、超深井段处理复杂的手段,通常采用备留一层技术套管封隔可能出现的、处理难度较大的复杂,若钻井施工比较顺利,备用套管未使用时,则会出现深井超大环空小井眼钻完井方式。若是目的层钻井液密度窗口窄,易漏、易塌,堵漏防塌难度大,钻完井作业则易发生卡钻事故。文章为了保障此类井的安全钻井,以蓬莱气区DB-1井为例,在分析了超大环空小井眼钻井难点——井筒清洁能力差及井漏预防和处理难度大,致使钻完井过程中易卡钻的基础上,研究制定了深井超大环空小井眼钻完井技术方案,通过优化钻井参数、钻井液性能、小井眼钻井工艺措施,形成了DB-1井深井超大环空小井眼安全钻井技术。现场应用后,DB-1井超大环空小井眼实现了安全钻完井作业,顺利完成了该井的钻探任务,对同类井安全钻井具有较好的指导意义。     

套管与水泥环微间隙的计算

根据弹性力学原理，计算了固井施工作业后浮鞋、浮箍失灵需井口施压时套管和水泥环界面（即第一界面）的微间隙。计算结果和现场试验均表明，大庆地区调整井固井后井口施压高于平衡压力２．０～３．０ＭＰａ对固井声幅检测结果没有影响     

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。     

分层注聚配注器环空聚合物流动研究

基于Fluent软件,模拟了聚合物溶液在分层注聚配注器环形空间的流动过程及流动场。计算结果显示建立的分层注聚配注器环空流道模型能很好地反映实际工作状态。带环切槽的环形空间进、出口端具有较好的节流作用,对聚合物的限流阻力大,随着配注心长度的增加,节流压差增大,可满足不同层、不同配注量的要求。聚合物溶液在所设计的配注器内的流动比较平稳,可很好地防止机械剪切作用,有效地减少了聚合物溶液的粘度损失,确保注聚过程的粘度保留率。     

深井小间隙尾管固井作业风险评价方法

深井小间隙尾管固井作业面临井深、窄间隙、高温、高压、窄安全密度窗口、油气活跃等难题,导致固井作业风险越来越大,因此必须提前有效识别施工过程中存在的风险并采取必要的控制措施。针对深井小间隙尾管固井作业中存在的风险,基于层次分析方法与模糊综合评价方法建立了三级风险评价体系架构,进而构建了深井小间隙尾管固井风险评价方法。在此基础上,运用计算机技术编制了一套深井小间隙尾管固井作业风险评价软件,从而实现了深井小间隙尾管固井作业风险大小的有效量化以及可能发生风险结果的预测分析。实例分析表明,本文所建立的评价方法可以分析深井小间隙尾管固井作业中存在的相关风险,进而采取相应的控制措施确保固井作业的安全,具有一定的推广应用价值。     

增韧纤维水泥浆在胜利油田小间隙井的应用研究

为解决胜利油田开发中后期小间隙固井中存在的诸多问题,从水泥石的弹性和韧性等方面开发出了增韧纤维水泥浆。优选出了增韧纤维,评价了增韧纤维对水泥浆流变性、稠化性能、降滤失性能以及与其他添加剂配伍性能的影响。同时研究了纤维对水泥石的力学性能、渗透率、泊松比和弹性模量以及胶结强度的影响。结果表明,增韧纤维在适宜的加量和长度范围内对水泥浆流变性、稠化性能、失水性能的影响不大,但对水泥石的力学性能影响显著;在小间隙固井中,使用增韧纤维可以改善水泥环的韧性和弹性,防止窜流发生;增韧纤维水泥石的韧性(抗折强度)较原浆水泥石明显提高。该水泥浆体系在23口小间隙井或漏失井进行了应用,解决了现场固井技术难题。     

幂律流体偏心环空螺旋流压力梯度的数值计算

为合理设计钻井水力参数,对可视为幂律流体的钻井液偏心环空螺旋流动的压力梯度进行了研究。利用待定系数法对幂律流体偏心环空螺旋流的控制方程进行了变换,得到了压力梯度公式。以可视为幂律流体的CMC水溶液为例,利用有限差分法对该流动的压力梯度进行了数值计算,并分析了内管自转速度、环空偏心度和流量对其的影响。结果表明:环空偏心度和流量是其主要的影响因素。通过比较利用轴向速度数值解求得的压力梯度与利用轴向速度解析解求得的压力梯度,发现二者吻合效果较好,进一步说明文中给出的幂律流体偏心环空螺旋流的压力梯度公式和数值计算方法是正确的,可进一步推广应用。     

注采井长封固段固井技术的研究与应用

油田区域的长期开采造成了地层下部压力明显低于上部,给注采井固井,特别是长封固段注采井固井带来许多困难.试验研究表明,适应于长封固段的梯度多凝水泥浆是由不同比例的水泥、降失水剂、分散剂、缓凝剂、膨胀剂和消泡剂组成.该水泥浆性能、水泥石强度、封固质量、油层保护方面均远远优于常规固井水泥浆,采用该水泥浆固井技术,提高了固井质量,减少了施工压力.现场应用表明,双级梯度多凝水泥浆固井技术能减少施工压力,防止压漏地层;在长封固段,双级梯度多凝水泥浆可以有效地防止水泥浆在凝结过程中因失重造成的油气窜槽,有效地压稳地层,保证固结质量;可以减少对地层的污染,快速封固好易漏、易塌等复杂地层,实现水泥浆在长封固段的紊流顶替,提高了封固质量.     

深水表层套管内管法固井技术与应用

深水表层套管固井是深水钻井中的一个关键环节,通常采用井口密封式内管法固井,但由于对内管法的下入深度还缺乏理论研究和设计依据,下入深度不够合理,导致作业过程中出现顶替过量或顶替不够,造成套管鞋固井质量不合格、套管内留高塞、内管柱被固在套管内等问题。针对深水表层套管固井时出现的系列问题,提出了一套适合井口密封式内管法固井的内管柱下入深度的设计理论和方法。利用该设计方法,可计算出了不同尺寸的内管柱、不同的顶替效率和不同水深条件下的合理下深,并绘制了相应参考图版。该设计方法现场实际应用效果良好,提高了深水表层套管的固井作业效率。     

欠平衡钻井环空多相流井底压力计算模型

随着欠平衡钻井技术的发展,对井底负压值精确控制的要求越来越高,目前已经开发了随钻井底压力测量仪器。对井底压力的大小实测发现,原有的气液两相流井底负压控制计算模型的计算误差较大,达到13%。为此,在H.V.Nickens所建立的钻井过程气侵时的两相流模型基础上,建立了直井环空多相流井底压力流动型态新的计算模型。该模型充分考虑了岩屑固相和多相加速度压降的影响,精度较高,利用深层欠平衡钻井实测数据,计算表明误差小于3%,为欠平衡设计计算与精确控制井底负压值提供了理论依据。     

百色油田调整井固井技术研究与应用

百色油田由于注采不平衡,纵向上形成多压力层系,给调整井固井带来很大的困难,通过分析百色油田调整井固井封固后环空油气水窜槽的原因,认为提高调整井固井质量必须改善水泥浆在井下的胶结环境和提高水泥浆的防窜性能。百色油田调整井采取的主要固井技术措施施为,使用双纠套管扶正器,使套管居中不偏心,采用快体冲洗液,并加以大量的低密度水泥浆前置液,尽量消除泥饼对水泥胶结的影响,提高界面胶结强度和质量,采用具有直角稠化,短侯凝,超短过滤,低失水,高早强,微膨胀性能的防窜双凝水泥浆体系和环空憋压候凝措施,达到压稳,防窜的目的,在水泥浆中引入膨胀剂和套管内敞压候凝技术,消除因内部压力和水泥浆固有的膨胀－收缩特性而造成的微缝－微孔隙,实现环空密封。经6口井现场应用表明,该固井工艺技术措施解决了百色油田薄油层,薄隔层的封固难题,提高了百色油田的固井质量。     

水平井固井液压扶正器的研究与应用

水平井固井时套管往往偏向下井壁,居中度差,固井后形成的水泥环薄厚不均,导致水平井固井质量差,严重制约了水平井优势的发挥。现场多使用扶正器来提高套管居中度,但是常规扶正器存在外径大、下入困难、破坏井壁的问题,为此专门研制开发了水平井固井液压扶正器。该工具原始外径小、下入安全,膨胀后外径大、扶正能力强,能够显著提高水平井套管的居中度,扶正器上的扶正片能够对固井水泥浆产生扰流作用,大大提高了水平井的固井质量。该类扶正器现场应用简便,不影响正常的施工程序,在胜利油田进行了多口井的现场应用,效果显著。     

大港油田产能井固井质量技术研究与应用

大港油田产能建设正面向深层、老油田开发,深层高温及老油田的压力系统紊乱给固井带来了新的挑战,为此对大港油田产能井固井质量存在的问题进行分析,通过对深层高温井固井以及老区调整井固井质量影响因素的实验研究,提出缩短稠化时间、优选钻井液体系、提高配浆温度是提高调整井固井质量的有效措施,2012年措施实施后固井质量有了明显的改善。     

多封隔器密闭环空热膨胀力学计算方法及应用

环空温度压力变化对高温高产气井多封隔器管柱力学行为和安全可靠性的影响较大。为此,基于动量守恒定律、能量守恒定律及各层环空流体瞬态传热机理,建立了单层和多层环空的温度、压力场计算模型,分析全井筒环空温度和热膨胀压力的变化规律;针对多封隔器完井管柱,综合考虑密闭环空温度效应和体积变化效应,建立了多封隔器间密闭环空热膨胀压力计算模型,研究双封隔器间密闭环空的热膨胀压力变化规律;以南海西部某高温高产气井作为实例开展分析。结果表明:(1)环空温度效应和体积效应共同作用使全井筒A环空热膨胀压力最小,C环空热膨胀压力最大;(2)双封隔器间密闭环空热膨胀压力与环空温差基本上呈线性关系,温度效应引起的压力增量占主导作用,体积效应对压力增量的贡献率随环空温差的增大而增大;(3)确定实例井最大产气量为212×10~4 m~3/d,在产量为160×10~4 m~3/d时,双封隔器最大坐封间距为312 m。结论认为:在强度允许的前提下,选择内径较大的生产套管有利于降低密闭环空热膨胀压力。     

新型高温缓凝剂WHJ在深井固井中的应用

缓凝剂对于保证水泥浆在高温下的流变性是不可缺少的,但目前国内自主开发的高温缓凝剂使用温度均低于180 ℃。为了确保深井高温条件下固井施工的顺利进行,以含磷化合物为主要原料研制出了高分子油井水泥缓凝剂WHJ。该缓凝剂中含有多种易被水泥颗粒吸附、抑制水泥水化能力强的基团,分子与水泥颗粒之间的作用力大,另外缓凝剂分子量大,在高温下的脱附能力差,高温下缓凝性能优良。现场应用结果表明,缓凝剂WHJ在高温下具有良好的抑制水泥水化的能力,具有广阔的推广应用前景。