振动固井对泥饼的剪切作用机理研究

钻井时钻井液会在井壁上形成泥饼,如果固井时泥饼没有被清除掉,就会在井壁上形成一个不可固化层,严重影响第二界面的胶结强度,而振动固井可以通过剪切作用清除泥饼,提高固井质量,但人们对其作用机理还缺乏认识。为此,利用有限元法,对振动固井中的泥饼剪切作用过程与规律进行了数值模拟分析。分析结果表明:振动固井产生的振动波对泥饼的剪切力比环空流动产生的剪切力大,可以直接剪切除去部分泥饼;振动波的频率比较低时,振动波可以剪除虚泥饼层与部分可压缩层;振动波的频率比较高时可以剪除泥饼可压缩层与部分密实层,泥饼致密层一般不会被破坏。由于频率高的振动波衰减较快,传播距离短,振动固井时为了提高泥饼的破坏程度,不能一味地提高振动波的频率,应在保证振动波传播距离足够的条件下,适当提高振动波的频率。      

固井前置液合理用量计算方法

前置液是固井浆柱结构必不可少的组成部分,主要用于稀释和隔离钻井液,以改善顶替效率和保证固井质量。提高固井质量的关键是有效清除井壁与套管壁上的虚泥饼,替净环空各间隙(尤其是窄间隙处)的钻井液。根据测试分析和数值模拟,建立了前置液合理用量的计算方法:借助六速旋转黏度计法,定量评价前置液对井壁泥饼的冲蚀能力;以流体力学软件数值模拟的方法,研究前置液对水平井段偏心环空内各间隙处钻井液的驱替能力。现场应用和结果对比表明,该方法有效提高了鄂尔多斯盆地定北地区的固井质量。该方法可适用于其他地区、不同井眼状况、不同前置液与钻井液性能下的前置液设计,为保证固井质量提供了一定的参考。     

pH值和稀释剂对固井前甲酸盐钻井液性能的影响

固井前甲酸盐钻井液的流变性和失水造壁性差是导致固井质量不理想的关键问题之一。为提高环空钻井液顶替效率和井壁泥饼冲洗效率,研究了pH值和稀释剂磺化丹宁对油田现场某井区甲酸盐钻井液流变性和失水造壁性的影响,通过比较甲酸盐钻井液调节前后形成泥饼的微观结构,分析了钻井液性能改变的机理。结果表明,pH值和稀释剂对甲酸盐钻井液的流变性和失水造壁性的影响较大。随pH值和稀释剂加量的增大,甲酸盐钻井液的塑性黏度、动切力、高温高压滤失量和泥饼厚度先降低后增加,泥饼冲洗效率和界面胶结强度先增加后降低。在90℃下,现场甲酸盐钻井液适宜的pH值为11.5、稀释剂最佳加量为0.3%。甲酸盐钻井液经NaOH溶液和稀释剂调节后,改善了黏土颗粒的分散性,优化了钻井液性能,并提高了形成泥饼的致密性,有利于环空钻井液的顶替和井壁泥饼的冲洗清除,改善固井胶结质量。图9表5参19     

泥饼形成预测模型及影响因素分析

在钻井完井过程中,工作液的滤失将会造成复杂的井下情况和油气层损害。泥饼的形成对井眼安全、快速钻进及储层保护起着重要作用。在分析泥饼形成机理的基础上,文中给出了预测泥饼厚度与工作液滤失量的数学模型,利用有限差分方法对模型进行了数值求解,实现了泥饼形成过程的数值模拟;同时,利用该模型分析了井眼与储层的压差、工作液固相质量分数、泥饼渗透率和环空流速对泥饼厚度及滤失速度的影响。研究认为:随着井眼与储层的压差、工作液中固相颗粒质量分数、泥饼渗透率的增加,泥饼厚度增大;随着环空流速的增加,泥饼厚度减小;在条件相同的情况下,随泥饼厚度的增加,工作液的滤失速度减小。     

油气水平井内固井二界面泥饼形成规律实验研究

固井二界面问题是水平井固井面临的一大工程难题,泥饼厚度直接影响固井二界面胶结质量。为此,开展固井二界面泥饼形成规律实验研究对于提高固井二界面胶结质量进而防止环空窜流具有重要意义。以井斜角为变量,设置井斜角角度梯度为0、30°、60°、90°,利用厚度测量装置测量固井二界面的泥饼厚度,分析得出泥饼厚度随井斜角的变化规律。实验结果表明,同一井斜角下,沿重力方向,泥饼厚度逐渐增加;水平方向上,泥饼厚度基本相同。不同井斜角下,背离重力方向处,随着井斜角的增大,泥饼厚度逐渐减小;向着重力方向处,随着井斜角的增大,泥饼厚度先减小后增大。     

YK5H井壁面剪应力理论固井实践

壁面剪应力固井理论已在国内外部分油田的固井实践中得到验证,水泥浆环空壁面剪应力大于15Pa,固井质量可保证合格,水泥浆环空壁面剪应力大于30Pa,固井质量可保证优质。YK5H井Ф177．8套管＋0139．7筛管尾管固井,运用壁面剪应力固井理论于现场设计和施工,取得了较好的效果,为现场固井施工提供了一定的借鉴作用。     

可水泥化钻井泥浆技术

使用兼具钻井液和固井液功能的工作液进行钻井和固井,可解决传统固井施工中存在的水泥浆不能完全顶替环空内钻井液及泥饼的问题,具有施工时间短、节约人力和物力的优点.本文综述了可水泥化泥浆技术的优越性和实施方法。     

高温高压泥饼胶结模拟评价系统的研制与应用

根据模拟实际钻井过程中泥饼的形成、冲洗液对泥饼的冲刷、固井液的动态顶替、固化胶结的实际情况,提出了仿真型高温高压泥饼胶结模拟评价系统的设计思路,研制了模拟评价系统,实现了对地层渗透性、井下温度、压力和钻井工作流体动态循环的模拟.该仪器可对钻井液泥饼、冲洗液、固井液胶结质量等多项性能进行评价.文章对该模拟系统的组成、结构、模拟实验方法、评价方法进行了简要介绍,阐述了其在研究钻井工作液的井下工作变化、钻井液、泥饼、冲洗液的实验室评价以及在影响固井界面胶结质量中的作用.     

元坝地区固井技术难点与对策探讨

川东北元坝地区面临井深、高温、高压、固井安全密度窗口窄、防漏防窜矛盾突出等诸多技术固井难题。针对元坝地区已完成井固井质量不稳定、环空窜气的现状,创新性地在元坝15口井固井作业中使用了泥饼固化防气窜固井技术,该技术有效提高了固井质量,对下步该地区提高固井质量、减少环空窜气有一定的借鉴意义。     

一种新型油基泥浆固井清洗液的评价及应用

针对油基泥饼对固井水泥石胶结面的影响,在室内评价了一种新型油基泥浆固井清洗液HICLEAR,并在模拟现场作业程序的基础上建立室内清洗效率的评价方法。室内评价表明,HICLEAR清洗液白油乳化率高达85%,清洗后的滤饼全部脱落,基本无残留。室内考察冲刷强度、冲刷时间及浸泡时间对清洗效果的影响发现,300转与600转冲刷6min后的清除效率均超过90%,随冲刷时间的增加清洗效率增加,浸泡2h后的泥饼在200转冲刷3min既可以将油基泥饼基本清除干净,实验结果表明增加冲刷强度、冲刷时间及延长浸泡时间可提高清洗效率。HICLEAR清洗液在番禺气田现场7口井应用表明,水泥石第一界面与第二界面固结良好,能够保证固井质量。     

在旋流扶正器作用下环空流场旋流衰减规律研究

在油气井固井注水泥顶替技术中，传统的一维轴向流顶替方式不能有效替净环空被顶替液；而使用旋流扶正器不仅提高套管居中度，还能使环空流体改变流速剖面而做螺旋运动，这使轴向驱替的同时增加一周向剪切驱动力，从而有利于将环空窄间隙滞留泥浆和井壁附着虚滤饼驱替干净,提高固井质量。文章对旋流扶正器本身结构、流体性能、施工排量与旋流发展之间的关系进行了较为全面的研究，研究得出的旋流周向速度的经验公式，计算精度较高，对计算边壁剪切应力，设计旋流扶正器的间距具有重要的意义。     

水泥浆在井壁上的剪应力对固井质量的影响研究

针对青西油田固井中存在的技术难点,就如何提高顶替效率和固井质量,通过大量的室内试验与研究,总结出了影响顶替效率的6个主要因素,其中最主要的影响因素是水泥浆在井壁上的剪应力(简称壁面剪应力),通过对该力的详细分析与研究,得出了其计算公式,并制定出了相应的技术措施.在8口井进行了现场试验应用,固井质量优质率高达75%,取得了理想的效果.     

利用壁面剪应力提高固井水泥浆顶替效率的研究与应用

壁面剪应力设计方法,从理论上把塞流顶替、低速顶替及紊流顶替技术统一起来。对流变参数不再作特殊要求,只要结合环空返速,使摩阻大于一定数值即可。水泥浆环空流动的壁面剪应力是影响顶替效率的关键因素。但要实现最终合格固井质量的目标,还需要从入井流体的整体设计考虑。     

一种低温低密度可固化隔离液的研制与性能评价

为适应海上“零排放”的环境保护政策,最大限度减少环空自由套管长度,同时为了提高斜井（尤其大位移井段、水平井段）固井顶替效率,改善固井二界面封固质量,研制了一种低温低密度条件下可固化的隔离液LL-CSF。对其进行性能评价,结果表明：① LL-CSF与钻井液和水泥浆具有良好的相容性,满足固井作业对前置液的要求;② LL-CSF与钻井液和水泥浆的混合液固化体抗压强度达到1.6 MPa以上,且与钻井液的混合液固化体也具有一定的抗压强度;③温度为20℃和40℃时,LL-CSF有利于提高固井二界面抗剪切强度,且40℃下可提高约3倍,但温度超过60℃时则不利于固井二界面胶结;④随着温度和时间的增加,LL-CSF固化体抗压强度先增大后降低,但随着LL-CSF密度的增大,其固化体抗压强度总体呈增大趋势;⑤ LL-CSF固化体具有较好的耐久性和稳定性。LL-CSF固化机理初步认为先是矿渣中富钙相和富硅相分解,然后各种离子和化学键重组而形成相应的水化产物。LL-CSF具有成本低廉、现场实施简便,可满足海洋固井的特殊需求,即在低温（小于40℃）且水泥浆不返到地面而又需要隔离液固化充填的固井中具有一定的应用前景。     

一种低温低密度可固化隔离液的研制与性能评价

为适应海上“零排放”的环境保护政策,最大限度减少环空自由套管长度,同时为了提高斜井（尤其大位移井段、水平井段）固井顶替效率,改善固井二界面封固质量,研制了一种低温低密度条件下可固化的隔离液LL-CSF。对其进行性能评价,结果表明:① LL-CSF与钻井液和水泥浆具有良好的相容性,满足固井作业对前置液的要求;② LL-CSF与钻井液和水泥浆的混合液固化体抗压强度达到1.6 MPa以上,且与钻井液的混合液固化体也具有一定的抗压强度;③温度为20℃和40℃时,LL-CSF有利于提高固井二界面抗剪切强度,且40℃下可提高约3倍,但温度超过60℃时则不利于固井二界面胶结;④随着温度和时间的增加,LL-CSF固化体抗压强度先增大后降低,但随着LL-CSF密度的增大,其固化体抗压强度总体呈增大趋势;⑤ LL-CSF固化体具有较好的耐久性和稳定性。LL-CSF固化机理初步认为先是矿渣中富钙相和富硅相分解,然后各种离子和化学键重组而形成相应的水化产物。LL-CSF具有成本低廉、现场实施简便,可满足海洋固井的特殊需求,即在低温（小于40℃）且水泥浆不返到地面而又需要隔离液固化充填的固井中具有一定的应用前景。      

煤层气近井煤缝壁面滤饼的结构与硬度特征及工程意义

煤层气近井部位钻完井液侵入形成的煤缝壁面滤饼结构,对压裂裂缝的起裂和延展具有较为复杂的制约关系。为了弄清煤缝壁面滤饼的结构与力学性状及其对压裂裂缝起裂延展的控制作用机制,基于矿井解剖、界面区微观结构SEM及元素EDS分析、矿相XRD测试以及界面硬度压痕法试验等手段,分析研究了煤层气近井煤缝壁面滤饼的组合方式、界面搭接结构、界面力学性状等制约压裂裂缝延展的关键因素。研究结果表明:①煤层气近井煤缝壁面与滤饼界面主要有煤岩—固井水泥滤饼搭接型、固井水泥滤饼—钻完井液滤饼—煤岩搭接型两种形式,前者界面结合相对更为紧密;②上述两种滤饼界面区的基材没有发生显著的物理化学变化,界面清晰、分界明显,均属于惰性接触界面;③压痕结果显示,煤岩—固井水泥滤饼搭接型界面材料维氏硬度规律为固井水泥滤饼煤岩搭接界面,而固井水泥滤饼—钻完井液滤饼—煤岩搭接型界面材料维氏硬度规律为固井水泥滤饼钻完井液滤饼搭接界面,硬度值能够较好地指示界面组合中的力学薄弱面;④从矿井解剖现场采集的样品证实,水力压裂期间压裂裂缝优先突破煤岩—钻完井液滤饼的界面。结论认为,该研究成果可以为煤储层水力压裂裂缝延展机制理论深化、压裂裂缝起裂延展模式的精准构筑、压裂效果评价等提供新的思路。     

固井二界面泥饼固化剂与水泥浆滤液的反应机理

固井二界面封隔失效已是制约油气高效开采的重要因素,而提高固井二界面胶结质量是解决这一工程难题的主要途径。基于提出的MCS (mud cake solidification)技术,采用现代分析测试技术,研究了固井二界面泥饼固化剂与水泥浆滤液的反应机理。研究结果表明,在压差的作用下泥饼固化剂的有效成分将发生向泥饼方向的迁移扩散,进而吸附在泥饼表面且渗透进入泥饼本体;泥饼固化剂与水泥浆滤液反应,生成水化硅酸钙(C-S-H)、水化铝酸钙(C₃AH₆)等胶凝物,且随着养护时间的延长,这些胶凝物可由低聚态的硅酸阴离子逐渐聚合为高聚态水化硅酸胶凝物,即在最初的3 h内,硅酸阴离子单聚体的量急剧下降,同时二聚体的量先增多后减少,最终生成高聚物,进而固化泥饼,提高固井二界面胶结质量。      

矿渣MTC固化滤饼能力实验研究

固井液与钻井液滤饼实现整体固化胶结一直是石油工程界期待解决的重大技术难题。由于钻井液滤饼的存在，水泥浆与井壁不能牢固胶结，固井后常常出现油气水窜等严重问题，从而造成固井失败。为此，系统地比较了矿渣MTC水泥浆与油井水泥浆在没有滤饼、普通钻井液滤饼、多功能钻井液滤饼3种情况下的界面胶结性能。实验结果表明，没有滤饼存在时，油井水泥浆的胶结性能明显优于矿渣MTC；普通滤饼存在时，水泥浆和MTC均不能得到令人满意的胶结性能；油井水泥浆不能使多功能钻井液滤饼固化胶结，而矿渣MTC能够实现多功能钻井液滤饼的固化胶结。多功能钻井液钻井技术与矿渣MTC固井技术联合使用可以适当淡化顶替技术，充分发挥矿渣MTC技术的经济、技术优势，提高固井质量。     

南苏丹Palouge油田滤饼清除技术

南苏丹Palouge油田水平井采用筛管完井,无法彻底清除筛管和井壁上的钻井液滤饼,致使油井产量达不到预期产量。为此,针对Palouge油田储层具有弱盐敏性、中度水敏性,酸敏性和碱敏性不明显的特性及该油田所用Drill-in钻井液主要由可降解的有机处理剂、碳酸钙和聚合醇组成的情况,选用酸性滤饼清除剂HBK-Lb,并优选缓蚀剂及加量,形成了酸性滤饼清除完井液。室内性能评价结果:酸性滤饼清除剂HBK-Lb对Drill-in钻井液API滤饼和筛网滤饼的清除率达到90%以上;酸性滤饼清除完井液可以清除岩心内外的滤饼;酸性滤饼清除完井液静态污染岩心的渗透率恢复率≥ 97.0%,动态污染岩心的渗透率恢复率≥ 102.3%。Palouge油田的6口油井完井时应用了酸性滤饼清除完井液,完井液漏失速度随浸泡时间增长增快,说明滤饼被清除掉,完井后单井产能与未应用酸性滤饼清除完井液的邻井相比平均增加了12.4%。研究表明,酸性滤饼清除完井液不但能解除Plalouge油田储层井壁周围的内外滤饼,而且能提高储层的渗透率。