二次固井工艺技术优化研究与应用

为满足气田开发,将对新疆K气田部分老井的连木沁层位进行开发利用时发现,需要对该部分井进行二次固井。根据储层高渗漏特性,以及油层套管及技术套管二次固井需求,研制大颗粒防漏泥浆,优选G级微膨胀水泥,同时将锻铣取套、分层注灰等工艺技术相结合,建立一套二次固井工艺技术体系。在新疆K气田五口井进行现场运用,取得良好效果,同时为同行业二次固井工艺优选实施提供借鉴。     

均匀地应力下水泥环应力计算及影响规律分析

套管试压工况下水泥环受力状态恶劣,容易导致水泥环发生破坏。运用弹性力学理论,对套管试压工况下的套管、水泥环和地层模型计算公式进行了推导,得出均匀地应力条件下水泥环二维应力状态解析解,并对模型进行了有限元数值模拟。分析了套管试压值、地应力、水泥环厚度、水泥石弹性模量、水泥石泊松比等因素对水泥环受力状态的影响规律。分析结果表明,水泥环无论在何种受力情况下,其内径处均易聚集较大应力;水泥环厚度的确定不但要考虑固井顶替效率和固井质量等影响因素,还应考虑水泥环与地层匹配情况以及水泥环可能的受力状况;水泥石弹性模量越小,水泥环受力越小,水泥环也就越安全。该项研究成果对注水泥固井设计及水泥环受力优化具有一定的理论指导意义。     

水平井固井质量对套管变形影响分析

针对某井区深井X-1h井中出现的套管变形损坏问题，对比分析了压裂段固井质量与套损位置关系，基于现场数据，建立了套管-水泥环-地层力学耦合模型，分析了套管-水泥环界面胶结失效后形成微间隙的大小、水泥环破坏后的缺失角度以及水泥环缺失方位对套管应力和变形失效的影响。研究结果显示：固井质量不佳对套管的应力及变形失效有显著影响；套管-水泥环界面过大的微间隙会由于套管在内压作用下的鼓胀效应而放大内压的作用；当水泥环缺失角度在45°～60°区间时，套管Mises应力最大，超过套管材料最小屈服强度；当水泥环缺失方位与井周最小主应力方向一致时，套管应力集中最明显，略大于套管材料的最小屈服强度，套管局部发生塑性变形失效。研究结果可为现场固井作业施工提供一定的指导。     

水力压裂诱发断层滑移对套管的剪切作用研究

国内某平台出现的压裂过程中的套管变形损坏问题频发，现场蚂蚁体测试结果显示该区块储层天然裂缝及断层发育，因此推断水力压裂诱发断层激活滑移导致套管受剪切变形。首先建立了包含上部盖层、含有断层的储层以及下部隔层的断层滑移地质力学模型，对断层面间相互作用关系进行推导，运用黏聚接触方法对其进行表征，模拟计算了压裂液进入断层后断层激活滑移的距离。随后建立了含有断层的三维水平井套管—水泥环—地层力学耦合模型，计算分析了压裂诱发的断层滑移量及其对套管所受外载荷、应力及变形的影响。结果表明，水力压裂流体进入后降低了断层胶结物胶结强度与断层面摩擦强度，使得断层系统力学平衡被破坏，导致断层激活滑移；断层滑移的剪切作用会给穿越断层的套管施加强度高且非均匀性强的外载荷，造成套管变形失效。研究验证了现场对于套管变形是由于压裂流体激活天然裂缝及断层滑移剪切套管所致的猜想，并提出了相应的预防措施，对现场实际作业具有一定的指导意义。