页岩气水平井套管偏心条件下注水泥全过程压力动态预测

某油田二叠系山西组页岩气水平井注水泥过程中易出现漏失和溢流等复杂问题,严重影响固井质量,现有套管居中条件下井筒压力计算方法难以满足井筒压力精确计算要求。亟需建立一套考虑实际井下工况的注水泥全过程井筒压力计算模型来准确预测、实时评价井筒压力分布特征,以确保固井安全与提高固井质量。考虑套管偏心工况下注水泥过程中多种流体注入对井筒静压和循环摩阻的影响,引入偏心环空摩阻压降修正系数,建立了考虑套管偏心条件下注水泥环空流动计算模型,结合计算A井套管偏心数据,分析了套管偏心对环空压力的影响。结果表明,套管偏心条件下环空摩阻压降比同心环空降低了22.7%～33.42%,套管偏心条件下压力计算模型的预测值与实际泵压吻合度高,计算误差在1.37%以内,采用该计算方法确保了注水泥施工过程中的压稳不漏原则。验证了建立的注水泥全过程压力预测模型与计算方法的准确性,成果对低压易漏地层固井施工具有重要指导意义,避免了井下复杂情况发生,确保固井施工安全。     

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。     

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。      

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。     

常规压井过程中立管压力控制误差分析

常规压井过程中立管压力的控制是非常重要的,现场采用的压力计算方法虽然简便,但是在某些情况下会带来一定误差。根据井控时井底常压的基本原理,分析了三种常规压井方法在考虑流体流型、环空摩阻、井型、井身结构等影响因素下的循环立压计算误差,特别针对边循环边加重方法,给出了一个循环周中分段加重的循环立压控制方法,从理论上证明该方法能减少压井时间。通过算例分析,指出钻柱内流体流型和环空内流动摩阻对压井操作存在的影响,对于深井、定向井、水平井、环空尺寸较小井在关井立压较高的情况下影响更大。建议对这类井压井操作时考虑各种影响因素,采用计算机软件准确控制井底压力平衡。     

压裂施工过程中的井底压力计算

影响井底压力计算的主要因素是压裂过程中压裂液的流动阻力,包括井筒摩阻和近井摩阻,其中近井摩阻包括射孔孔眼摩阻和近井弯曲摩阻。文中基于工程流体力学、岩石力学等相关理论,利用物质平衡原理,建立井筒摩阻、射孔孔眼摩阻和近井弯曲摩阻的数学模型．并对模型参数及物理意义进行分析和求解。计算结果表明：井筒摩阻可利用理论公式直接计算求取：若孔眼数、孔眼大小和相位等适当,射孔孔眼摩阻对井底压力的影响可忽略不计;近井弯曲摩阻主要通过降排量法和现场方法获得．但降排量法成本较高,采用现场方法可快速获得近井弯曲摩阻。该计算方法对于准确获取井底压力与施工时间的动态关系具有重要意义。     

注水泥动态过程研究与计算机模拟

为提高固井质量,分析了注水泥动态过程,建立了环空流速、井口压力、真空段长度以及环空动压力等动态参数计算模式,在此基础上开发了注水泥动态过程计算机模拟软件,并经过江汉油田现场资料验证,结果满足工程要求,为固井设计与施工提供了技术指导.     

注N2井井筒温度压力耦合下的井底流压计算

在注N₂提高采收率的过程中,井底流压的大小是影响驱油效果的重要因素,在计算气井的井筒压力分布时,通常采用Cullender-Smith模型。但是氮气的物性参数随温度和压力的变化而变化,为了精确的计算注氮气井井底流压的大小,以注水井转注氮气井作为研究对象,根据垂直管流的能量平衡方程,结合适用于氮气的物性参数密度、黏度、偏差因子及摩阻等计算方法,提出了注氮气井井筒温度和压力分布耦合的井底流压计算模型,应用四阶龙格－库塔迭代方法,用MATLAB软件计算了井底流压的大小,最后评价了注氮气井的启动压力、注气速度和井底流压的关系。根据对红浅井区氮气试注试验的测井数据分析,表明新压力预测模型计算结果与现场实测结果相吻合,注气初期注入压力受注入量变化影响较小,注入压力高低主要与储层物性有关。     

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。     

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。     

套管封固段变形对高温高压井环空圈闭压力影响规律

高温高压井在钻井及生产过程中，由于密闭环空流体受热膨胀产生的环空圈闭压力严重影响着气井的安全，环空圈闭压力大小与密闭环空体积变化密切相关。为研究套管封固段变形对环空圈闭压力的影响，根据弹性变形理论，在建立套管— 水泥环—地层协调变形模型的基础上，综合考虑环空流体参数、套管变形等因素，建立了多管柱环空圈闭压力计算模型，结合实际案例分析了套管变形对环空圈闭压力的影响规律。研究表明考虑套管封固段变形预测的环空圈闭压力值较不考虑该因素时降低约13%，且与现场实测值更接近。该研究对于指导高温高压井的套管柱设计及安全生产有重要的现实意义。     

高温高压固井新概念和新技术在南海西部的应用

影响高温高压井固井质量的问题很复杂,其中水泥浆选型和防气窜在高温高压固井作业中起着重要作用。为提高高温高压固井质量,必须全面研究高温高压固井中所遇到的问题,并提出解决的办法;要确立和完善高温高压固井新概念,增加高温高压固井的成功率和可靠性,抓住矛盾的主要方面,建立一套有效的防气窜工艺程序。通过对南海西部莺琼海域大气区的固井实践的总结,建立了对高温高压固井的新认识。     

海洋深水高温高压气井环空带压管理

中国南海高温高压油气藏开发过程中,井筒环空带压问题突出,一旦超过允许值将会影响安全生产。为了保证气井的正常生产,需要确定环空压力的合理范围,为此基于ISO 16530-1:2017标准和API RP 90-2的推荐做法,研究并建立了考虑管柱承压能力和关键节点校核的深水高温高压气井环空带压控制值计算模型以及一套环空压力管理图版。研究结果表明:(1)管柱承压能力计算主要针对环空对应的油管和套管;(2)关键节点校核计算主要针对井口装置、封隔器、井下安全阀和尾管悬挂器等;(3)建立了环空最小预留压力计算模型,以确保对深水高地层压力或井底高流压气井的环空施加一定的备压,保证井下管柱和工具在合理环空压力范围内正常工作;(4)以某深水气井为实例进行了计算与分析,得到了考虑和不考虑壁厚减薄情况下随投产时间变化的各环空带压控制值。结论认为,所建立的模型及图版应用于海上深水高温高压气井,使用简便、可操作性强,可以为深水高温高压气井及类似井的井筒环空压力管理提供借鉴。     

高温高压含硫气井环空流体热膨胀带压机理

在高温高压含硫气井中,环空带压值过大将会影响正常生产,一旦超过允许值将诱发潜在的安全事故。针对开采过程中井筒温度升高使密闭环空流体受热膨胀而导致的环空带压问题,建立了高温高压含硫气井环空流体热膨胀带压值的计算模型,并进行了实例计算。结果表明,高温高压含硫气井环空流体热膨胀引起的带压值很有可能会引起生产管柱的失效,给油气井安全生产带来威胁。因此,有必要在井身结构设计、套管强度设计与环空保护液优选时,根据油气井正常开采的工作制度,降低开采过程中环空带压值并开展有效的环空带压管理,确保高温高压含硫气井的长期安全生产。     

基于黏度计读值预测的高温高压流变性预测方法

钻井液高温高压流变参数预测分析是深井超深井钻井液性能调整、水力参数计算的基础,建立了一种基于黏度计读值预测的钻井液高温高压流变性分析方法。首先,开展了高温高压流变实验,基于实测数据分析了旋转黏度计读值随温度、压力的变化规律。然后,引入比例因子将各转速测量读值归一化,运用数值方法分别分析了恒压变温、恒温变压情况下比例因子与温度、压力的变化关系,先建立了高温高压下比例因子预测模型,随后建立了通用的高温高压黏度计读值预测模型,同时给出了高温高压流变模型优选与流变参数计算方法。通过多组实验数据计算对比,运用该方法计算所得黏度计读值与实测值吻合很好。进而运用该方法分析了一组实测钻井液在井筒内的流变参数变化情况,与传统方法相比,该方法不再局限于常规流变参数（塑性黏度、表观黏度等）预测,其可以扩展到所有流变模型的高温高压流变参数预测中。      

东方13-1 高温高压气田全寿命多级屏障井筒完整性设计

东方13-1 气田目的层温度高达141℃,压力系数1.90~1.94 g/cm3,天然气中CO2 含量14.63%~50.04%,属高温高压高含CO2 天然气藏,实际开发中极易造成固井窜槽、油套管强度下降及腐蚀失效,给井筒安全造成隐患。为此设计采用了具有防漏、防窜、防腐蚀、防应变、防温变功能的“5 防”树脂水泥浆体系及油气响应型自修复水泥浆体系,实现全井段水泥封固;并提出了“尾管树脂水泥浆+ 尾管顶部封隔器+ 回接插入密封+ 回接管柱顶部封隔器+ 自修复水泥固井+ 树脂水泥固井”六级屏障设计技术,形成多级屏障的安全系统。现场应用结果表明,东方13-1 气田各生产井?177.8 mm 尾管及回接段固井质量优良, 而且从投产至今,各生产井井口压力监测均未发现有环空带压问题。该套技术可以有效封固高温高压高含CO2 产层,保障从钻完井至后期开发生产整个周期过程中的井筒完整性,降低了环空带压风险。     

顺南井区高温高压防气窜尾管固井技术

顺南井区井温超高,地层压力系统复杂,气层异常活跃,防气窜固井难度大,导致固井质量不合格。为解决气体窜通和水泥石高温强度衰退的难题,开展高温高压防气窜固井优化研究。通过优化外加剂,得到了新型胶乳液硅防气窜水泥浆体系。研究结果表明,用粒径为0.18、0.125或0.09 mm的硅砂复配,能够克服178℃下水泥石高温强度衰退的难题;胶乳水泥浆体系加入液硅后,防气窜能力增大;加入纤维可以使水泥石弹性模量降低48%,抗冲击性好;水泥浆呈直角稠化,具有较好的防气窜能力。优化前置液结构,使用加重隔离液技术实现低速紊流顶替。为防止水泥浆失重导致气层不稳,替浆后反循环洗井并尽快进行环空憋压,实现以快治窜。同时,配套抗高温气密封固井工具与附件,以保证防气窜固井质量。顺南井区φ177.8 mm尾管防气窜固井质量得到良好改善,为该工区高温高压防气窜固井提供重要的技术支撑。      

多压力层系下固井液密度确定方法的研究

室内利用模拟试验装置进行了环空压差和层间压差与固井质量的关系的试验研究。结合现场调查和统计规律,建立了环空压差和层间压差与固井质量的关系图版。提出了高压层固井环空压差大于1MPa和低压层固井环空压差小于9MPa的情况下,用A级水泥原浆固井能够保证固井质量。建立了调整井小层孔隙流体压力的计算及调整方法,地层压力调整的临界系数为1.55,从而优化了固井液(包括循环钻井液、隔离液和水泥浆)密度设计,使其更加合理,在大庆油田调整井中得到广泛应用,有效地提高了调整井的固井质量。