固井水泥浆环空顶替效率研究

为了在固井施工中,保障水泥浆胶结质量和提高水泥环密封效果,针对采用环空水泥浆顶替钻井液固井时,可能出现的钻井液滞留、顶替效率和顶替界面稳定性的问题,利用CFD流体仿真软件Fluent,针对竖直井建立了长度为100 m,外径为215.9 mm,内径为139.7 mm的环空顶替物理模型,开展偏心度、顶替速度、密度差对环空顶替界面稳定性及顶替效率的影响研究。仿真结果表明,顶替速度是影响顶替界面稳定性及顶替效率的一个因素,当低速度顶替时,顶替界面比较稳定,顶替效率较高;偏心度也会影响顶替界面稳定性及顶替效率,随着偏心度的增加,顶替界面越来越不稳定,界面出现倾斜,顶替效率也随之降低;密度差主要影响顶替界面的形态,在正密度差下,密度差越大,顶替界面越稳定,顶替效率也越高。降低套管偏心度、增大水泥浆的密度及进行低速下的层流顶替可提高界面稳定性,提升顶替效率。以上成果认识,对提升固井效率和固井质量具有一定指导意义。     

定向井固井注水泥顶替效率研究

本文依据非牛顿流体力学和两相管流力学理论,研究了定向井固井注水泥顶替效率问题。理论分析和实验结果是:对于定向井偏心环空注水泥情况,套管不居中是影响顶替效率的一个重要因素,但它不是唯一的、起决定性作用的因素。有时套管居中解决得很好,可是顶替效率和固井质量不见得高。所以,提高定向井偏心环空注水泥顶替效率的问题最终可归结为泥浆、水泥浆流变学问题。影响偏心环空注水泥顶替效率的关键因素是泥浆、水泥浆的动塑比和顶替流动压力梯度。通过优选泥浆、水泥浆性能参数和顶替流动的水力参数可以抵消套管偏心对顶替效率的影响,优选参数的数学模式可用本文的式(5)。此外,定向井固井时很难实现套管居中。固井施工中,与其扶正套管,不如再适当拉大套管扶正器安放间距,让扶正器之间的套管段呈斜置或弯曲状态,使偏心环空间隙具有三维不均匀性,从而使井中泥浆、水泥浆呈二、三维流动状态。泥浆、水泥浆的这种流动状态可以减小或消除偏心环空中的滞流区,有利于提高顶替效率。     

委内瑞拉Caracoles油田固井技术

委内瑞拉的Caracoles油田属低压高渗油田，尽管已经采取了完善的固井技术措施，但固井质量仍然不能满足油田开发要求。该油田特殊的地质、工程条件决定了其固井质量需求：在实现良好层间封隔的同时，实现层内界面胶结良好；采用可以对固井质量进行预评估的设计方法以更好的控制施工质量；防止由于井下发生井口难以观察到的渗漏诱发的气窜。通过实施壁面剪应力固井设计方法和提高水泥浆粘度的防漏方法，成功实现了对固井质量的控制。在20口井的施工结果表明：对主力产层CBL、VDL和SBT三项测井检查的固井质量优质率达到了100%，全部储层的固井质量优质率90.57%，合格率的96.23%。该油田的固井技术工作充分体现了先进、适用的特点。取得的技术成果对于解决老油田的调整井固井难题、新区探井的固井难题和储气库固井难题等具有重要参考价值。     

小井眼固井顶替效率研究

通过数学物理方法,推导出了小井眼固井顶替过程中液体环空层流流动方程组,通过保形变换、数值差分等处理,成功地编制出了计算机运算程序,得出了液体环空层流速度场、流量场分布规律。根据这套软件计算出了最佳小井眼环空结构、水泥浆n、K值范围、偏心度等参数。根据相似理论,制造了两套摸拟实验装置,通过小井眼冲洗、顶替实验,得出环空结构、水泥浆性能、泥浆性能、静止时间等一系列因素对于小井眼顶替效率的影响程度,最终提出了提高小井眼固井顶替效率的途径和方法。     

固井质量中水泥浆性能对顶替效率影响的应用探索

针对固井质量中水泥浆性能对顶替效率的影响问题,因此,开展水泥浆性能对顶替效率的影响因素分析,在此基础上,从水泥浆性能的角度出发提出提高顶替效率的措施,为全面提高油气田开发作业固井质量奠定基础。研究表明：水泥浆配方、搅拌质量和时间、温度和环境、固化时间控制、流变性能、井眼准备和清洗以及固井工艺及设备等因素都将会对顶替效率产生重要影响,因此,需要针对影响顶替效率的因素采取有效的措施,进而全面提高固井作业过程中的顶替效率。     

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。     

安棚深层系固井技术研究

河南安棚油田深层系深井存在着地温梯度大、封固段长、含碱层造成“糖葫芦”井段，顶替效率低等固井施工难点，针对这一难题，通过室内大量实验，对原有的水泥浆体系进行改进、研究，优选出了合适的水泥浆外加剂，提出了素流、塞流复合顶替固井技术，经过现场应用，较好地解决了深井固井质量问题。     

井径不规则性对固井顶替效率影响规律研究

固井环空水泥浆顶替效率的高低对防止钻井液窜槽、保证水泥胶结质量和提高水泥环密封效果具有重要影响,而井径不规则性则是影响顶替效率的主要因素。根据物质输运方程、扩散方程及κ-ε紊流方程,建立了固井环空水泥浆-隔离液顶替流动数学模型,利用计算流体力学方法对水泥浆顶替过程进行了数值模拟研究,得到了井径变化率、排量对环空速度分布和顶替效率的影响规律。研究结果表明:随着顶替排量的增加,顶替效率增大;井径不规则性越强,水泥浆顶替效率越低。研究结果可为复杂井筒的固井作业提供理论依据和指导。     

影响固井注水泥顶替效率的主要问题及其研究进展

理论研究与现场实践表明,注水泥顶替效率低主要是由套管偏心度过大、环空壁面上钻井液滞留层形成和注水泥顶替界面失稳造成的。针对上述三方面问题,调研了目前固井注水泥顶替机理的研究方法与成果,分析了研究中存在的不足,提出了注水泥顶替机理后续研究的相关目标:建立套管极限偏心度与井斜角、流体流变性能等参数的定量模型,进而指导下套管时扶正器安放设计(尤其是在大斜度井和水平井中);针对环空壁面上钻井液滞留层问题,理论分析其形成条件,确定无滞留层形成时流体性能参数之间满足的定量关系;为保证注水泥顶替界面的稳态,需研究适用于在不同井斜角的偏心环空中两相流体(非牛顿流体)之间顶替界面的理论模型,从而推导实现界面稳态的定量条件。通过对注水泥顶替机理开展系统的理论研究,可为提高顶替效果、改善固井质量提供一定的参考和依据。     

油气井固井注水泥顶替理论的研究

传统的油气井固井顶替方式为轴向一维顶替,该顶替理论研究获得一系列成果。但因一维轴向顶替自身的缺点,难以将近壁泥浆、虚泥饼驱替干净,对变径井眼造成的回流更是无能为力。使用螺旋流顶替理论能克服这一缺点,大大改善顶替效率。但此项技术起步较晚,研究成果很少,理论很不完善,从而使其应用受到限制。该文叙述了两种顶替理论的研究成果及各自存在的问题,以求为今后的研究提供思路。     

胶乳水泥浆的室内研究及应用

为了有效提高水平井水泥环胶结强度,提高固井质量,通过对现有胶乳添加剂的改善和优选,开发出一种新型胶乳水泥浆体系。对该体系的失水控制、防漏失性能、流变性、稳定性、稠化时间及水泥石力学性能进行了室内实验。实验表明,胶乳水泥浆具有良好的流变性和较高的沉降稳定性,能有效控制失水、防止环空窜流;水泥石的渗透率低、弹性及抗拉强度高、抗冲击能力强;能有效提高第一界面和第二界面的胶结强度,延长水平井寿命。     

氮气膨胀剂的研究与应用

氮气膨胀剂水泥浆体系主要由氮气膨胀剂、不渗透油井水泥降失水剂和减阻剂等组成，其中膨胀剂由氮气发气材料、稳气材料和特种表面活性剂组成。通过评价氮气膨胀剂对水泥浆体系膨胀率、稠化时间及抗压强度影响，考察了氮气膨胀剂与S902配伍性及氮气膨胀剂的抗盐性。结果表明，氮气膨胀剂能显著提高水泥膨胀率、对稠化时间和抗压强度无影响，具有良好的抗盐性及配伍性。新型防气窜水泥浆体系在胜利油田的直井、定向井、水平井等井中应用，固井优质率达到85％，合格率达到了100％，取得了较好的经济效益和社会效益。     

热采侧钻井塑性水泥浆研究与应用

辽河油田稠油热采侧钻井由于其自身的特殊性,如环空间隙小、水泥环薄等,固井质量一直不是很理想,进而导致油井生产寿命短.优选出一种塑性材料,在基浆中加入3%～5%该塑性材料可以将水泥石的变形能力提高8%以上,同时该塑性材料能产生适度弹性膨胀,提高水泥石与套管、地层的封隔性能,可保证水泥环的长期封隔效果.优选出了与该塑性水泥浆配伍的降失水剂、促凝剂、缓凝剂和分散剂,形成了适合不同井温条件的塑性水泥浆配方,该塑性水泥浆的流动性好,失水量可控制在50 mL以下,稠化时间在2～3 h之间可调.该塑性水泥浆在大量热采侧钻井中的现场应用,取得了十分理想的效果.     

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.     

超高密度水泥浆体系的研究与应用

针对中原油田超高密度水泥浆固井技术难题,通过优选加重材料、解决加重材料的沉降问题以及沉降稳定性与流动性之间的矛盾,开发出一套性能稳定的超高密度水泥浆体系。该体系采用粒径为0.154 mm、0.076 mm及0.03 mm的密度为7.0 g/cm3的铁粉,按照2∶1∶3的比例复配作加重材料,液固比取0.23~0.28时,加重材料加量为180%~390%(BWOC)时均可使水泥浆密度达2.80 g/cm3;选用胶乳作悬浮剂,其不但增大了浆体的悬浮能力,而且具有一定降失水性能。该水泥浆在30℃、常压条件下的48 h抗压强度大于14 MPa;失水量控制在50 m L以内;沉降稳定性好,上下密度差最大为0.028 g/cm3;防窜系数SPN小于3,满足了现场施工需求。研究了该超高密度水泥浆的现场混配工艺。该技术在文72-421井获得了成功应用,固井质量优良率为100%,为复杂高压油气井固井提供了技术支撑。     

铬凝胶体系提高稠油驱油效率实验研究

针对辽河油田锦99块普通稠油区块地层流体特点,采用铬凝胶体系调驱技术。考察了HPAM、有机铬交联剂用量,体系pH,不同水型,剪切强度和剪切时间对铬凝胶体系成胶性能的影响。结果表明,在HPAM用量0．1％,有机铬交联剂用量0．05％,体系pH5—8,剪切强度5000—8000min^-1,剪切时间30s以内,采用模拟水、地层水、回流水配制的凝胶体系均能成胶。应用铬凝胶体系进行单管、双管岩芯封堵驱油实验,结果表明,注入铬凝胶体系后,封堵效率在85％以上,含水率下降幅度较大,驱油效率明显提高。     

高温复合低密度水泥浆的研究与应用

解决在高温高压下减轻材料的性能稳定以及形成水泥石的体积收缩和强度快速形成与发展难题,是低密度水泥浆在深井固井中推广应用的前提.以满足高温高压固井对水泥浆的性能要求为目标,通过对耐高温高压水泥减轻材料和其他外加剂的优选,经多次的室内实验,配套使用了10种水泥外加剂和外添料,形成了流动性和稠化时间满足施工要求,密度为1.35～1.40 g/cm3、具有耐高温、防漏增塑、微膨胀、低渗高强复合性能的低密度水泥浆,并且在183℃、70MPa的易漏失井--桩古斜472井中得到了成功应用.     

微硅低密度水泥在塔北深井固井中的应用

介绍了微硅低密度水泥浆外加剂的优选、配方及其性能特点,探讨了微硅低密度水泥现场混配方法和施工工艺。经在5口深井固井中应用,有效地防止了注水泥漏失及地层损害。该水泥与多种外加剂具有良好的配伍性,性能易于调节,施工简单。     

盐探2井固井水泥浆技术

盐探2井是为探明东营地区地下矿盐资源而投资部署的一口重点探采井.针对该井完钻钻井液密度高(1.87 g/cm<'3>)、平均环容小、水泥环薄、井底静止温度高(143 ℃)、固井封固段长、环空静压力高、钻遇盐水层等复杂情况,经过大量研究与室内实验,优选出了前置液,完善了水泥浆设计方案,开发出了高密度抗高温低失水缓凝增韧水泥浆体系.该水泥浆具有一定的抗压强度、良好的稳定性和较好的失水控制能力,稠化时间易调,其在盐探2#φ177.8mm尾管固井中进行了成功应用,现场注水泥225t,施工顺利,固井质量为优,实现了开发目的.