固井冲洗效率评价方法探讨

冲洗液是在注水泥浆前预先泵入的一段流体,用以冲洗附着在井壁和套管壁上的浮泥饼。但是目前就固井冲洗液的冲洗效率评价,国内外还没有形成统一的标准、方法和手段。在分析常用几种评价方法优缺点的基础上,根据旋转黏度计测量原理中转速与壁面剪切速率之间的关系,提出了一种新的冲洗效率评价方法。根据旋转黏度计的测量原理对旋转黏度计进行了改造,并确定了评价冲洗效率的试验步骤。利用改造后的旋转黏度计,根据评价试验步骤评价了3种固井冲洗液的冲洗效率,结果表明,该评价方法操作简单、人为误差小、对比性强、可重复性好、更客观实用,可以为现场施工提供有力的参考数据。但由于旋转黏度计构造的限制,无法精确测得冲洗效率,因此,需对该方法进行进一步改进。      

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。     

陆相页岩气水平井固井技术——以延长石油延安国家级陆相页岩气示范区为例

鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的上三叠统延长组及下二叠统山西组具有良好的页岩气成藏条件,陕西延长石油(集团)有限责任公司采用水平井分段压裂技术对该区页岩气进行开发。针对水平井固井过程中存在的油基钻井液清洗困难、长水平段套管难以居中、固井过程中易发生漏失、水平井及分段压裂对水泥环要求高、长封固段固井附件易失效等技术难题,开展了相关技术研究,获得了解决上述问题的技术措施:1在该示范区通过采用清油型前置液多级冲洗工艺,有效地冲洗界面残留油膜,提高油基钻井液冲洗效率;2新研制的水平井专用扶正器能有效降低管柱下入摩擦阻力,保证套管的居中度;3通过提高地层承压能力、优化浆柱结构实现平衡压力固井;4优选韧性材料提高水泥环的耐冲击能力,较好地满足了页岩气水平井分段压裂工艺对水泥石性能的要求;5研制的高性能固井附件,保证了长封固段水平井施工安全。所获成果已在该示范区的4口页岩气水平井中进行了应用,固井一次成功率达100%,固井质量优良率达100%,取得了良好的固井效果。     

页岩气水平井固井技术难点分析与对策

页岩气储层多为低孔低渗,需要采取压裂等增产措施沟通天然裂缝,所以对固井质量的要求很高。对页岩气水平井固井面临的套管下入与居中度、油基钻井液有效驱替和大型压裂对固井胶结质量的影响等技术难题进行深入分析,从有效通井、套管居中、套管漂浮固井技术、高效洗油冲洗液、采用弹韧性水泥浆体系等几个方面提出了提高页岩气水平井固井质量的技术对策,为今后页岩气水平井固井提供借鉴。中图分类号:文献标识码:A     

川西首口页岩气水平井固井技术

目前页岩气水平井的固井面临着套管难以下入、居中度低、顶替效率低、水泥环弹韧性差等技术难题.基于川西地区地质条件和钻井状况的认知,分析了川西首口页岩气水平井XYHF-1井的固井难点,总结了有效通井、优化扶正器安装、滑套固井技术、优选水泥浆体系等提高该并固井质量的技术措施,对固井质量进行了分析总结并认为SCW冲洗液、三级冲洗工艺、弹韧性水泥浆体系的应用是提高页岩气水平并固井质量的有效措施.图1表2参5     

南页1HF页岩气水平井固井技术

页岩气藏具有储层物性差、孔隙度和渗透率低等特点,为提高页岩气水平井固井质量,满足分段压裂要求,对南川地区页岩气水平井固井技术进行了研究。针对南页1HF井固井技术难点,开展了水平井套管下入数值模拟分析,扶正器类型优选及安放间距优化,应用了SCW驱油前置液体系、SFP弹性水泥浆体系等技术,为今后提高页岩气水平井固井质量积累了经验。     

丁山区块深层页岩气水平井固井技术

丁山区块页岩层埋藏深,温度、地层压力和破裂压力高,为了满足分段压裂和长期开采的要求,需要对深层页岩气水平井固井技术进行深入研究.在分析深部页岩地层固井难点的基础上,利用数值模拟分析了分段压裂对水泥石力学性能的要求;针对高温高压的地层特点及分段压裂要求,研制开发了高强度弹性水泥浆体系,同时优化前置液,以增强前置液耐温及润湿反转能力,提高固井质量.室内评价试验表明,弹性水泥浆体系耐温140 ℃以上,最低弹性模量达4.5 GPa,水泥石渗透率0.07 mD,前置液140 ℃热滚后7 min内的冲洗效率达100%.弹性水泥浆体系及配套工艺技术在丁页2-HF井进行了现场试验,固井质量优质,其中一界面优质井段达到96%以上,满足地面压裂施工压力105 MPa对水泥环完整性的要求.应用效果表明,弹性水泥浆体系、前置液体系及配套工艺能满足丁山区块深层页岩气水平井固井要求,确保了页岩气水平井压裂改造措施的顺利实施.      

川西南高压页岩气井固井技术

川西南页岩气水平井固井存在油基钻井液密度高、黏度大,井眼不规则、套管下入困难,后期压裂对水泥环力学性能要求高等难点。从流体、固井工艺、工具、附件等几方面入手,采用范式旋转黏度计法,优选出QY高密度驱油前置液体系,使用增韧剂配制弹塑性水泥浆体系,水平段使用引鞋"抬头"技术辅助套管下入,并采用旋流刚性扶正器和弹性扶正器交叉使用的方式保证套管居中度,实现螺旋流顶替等技术。经川西南3口页岩气水平井固井试验,施工成功率达100%,水平段固井质量均达到优质,为以后类似井固井提供了参考。     

固井冲洗液冲洗效率评价方法

针对目前固井冲洗效率评价方法在实验重复性、测试准确性等方面存在的不足，研制了一种新的冲洗效率评价的装置及实验方法。利用牛顿流体在2 个同轴圆筒之间的环形区域内剪切速率分布规律，通过改变装置中杯体直径、转子转速，使冲洗液对杯体内壁的冲洗剪切速率与现场的冲洗剪切速率相等，测量冲洗前后杯体内壁所挂钻井液的变化量，从而计算得到冲洗效率。利用该方法对在用的3 种冲洗液的冲洗效率进行了评价，依据评价结果优选了冲洗液类型，并优化了冲洗液用量。实验结果表明:该方法能够模拟固井施工中冲洗液对井壁的冲洗剪切速率及冲洗时间，在相同实验中冲洗效率结果的变化率控制在5% 以内，具有较高的重复性，可以作为冲洗效率对比评价的一种方法。     

适合页岩气固井的洗油隔离液的研究与应用

为了清洗页岩气水平井中的油基钻井液,提高固井后水泥环与环空双界面的胶结质量,开展了室内洗油冲洗隔离液的研究。采用化学清洗与物理冲刷相结合的方法,根据不同类型的表面活性剂复配的协同作用,研制出具有润湿、清洗、隔离、防塌等功能的ＬＷＧ 洗油隔离液,可迅速清除环空壁面的油基钻井液,产生较高的内摩擦力和液相黏度,实现任意加重,利于清除黏稠的高密度油基钻井液,防止因水基隔离液用量大而导致的页岩坍塌问题。该隔离液满足了不同页岩气井况的固井要求,已成功在１０ 余口页岩气水平井固井现场得到应用,主要油气层位固井质量合格率达１００％,优质率达８０％以上。     

表面活性剂型可加重固井前置液作用机理及应用

表面活性剂型可加重固井前置液是摈弃常规固井前置液中使用的无机和有机聚合物类悬浮剂，直接利用表面活性剂通过形成胶束进行增稠，使其溶液具有一定的黏度和切力，从而达到悬浮固相颗粒的目的。对该前置液的悬浮机理进行了详细的阐述，该表面活性剂型可加重固井前置液体系，适应密度范围宽、悬浮稳定性能好，最高抗温可达150℃，具有良好的流动性能，流变性能可调，与钻井液和水泥浆具有良好的相容性；可针对不同工况，改变前置液的流变性能，使体系保持较低的黏度，实现紊流或塞流顶替，最大程度地提高冲洗顶替效果；能够改善环空界面的胶结环境，兼具有隔离作用。对应用该前置液的2口具有代表性的大位移水平井及特殊工艺井进行介绍，经现场验证，该体系可依据实际井况进行流变性能调节，实现最佳的顶替流态，冲洗顶替效果好，且具有良好的抗高温沉降稳定性能，有助于固井质量的提高和确保固井施工的安全性。      

W/O型微乳酸前置冲洗液的制备及其性能研究

页岩气水平井钻井过程中,因使用油基钻井液而产生的油基泥饼往往难以被冲洗,进而造成固井时顶替效率低、固井二界面胶结强度差。为解决上述难题,基于前人的研究成果,提出了以土酸、长链季铵盐C-223、聚氧乙烯醚Z-15等为主要原料配制出W/O型柴油—土酸微乳固井前置冲洗液的设计及配方,并通过室内实验对其冲洗性能开展评价及微观机理分析。研究结果表明:(1)以C-223∶Z-15=3∶2的复配比作为主表面活性剂、正丁醇∶正辛醇=1∶2的比例作为助表面活性剂、柴油∶土酸=5∶4的比例配置的微乳酸稳定性良好,与油基钻井液相容性好,冲洗效率可达96.86%;(2)微乳酸冲洗后的界面接触角发生明显改变,套管壁的水相润湿性大幅度提高,套管无明显腐蚀现象;(3)微乳酸在形成过程中,随酸液浓度的不断增加,体系呈现由澄清向混浊的相态变化,增溶酸量多且预留油空间大;(4)微乳酸中布朗运动的微粒平均粒径在21.2 nm左右;(5)土酸、柴油的单相横向弛豫时间均为单一的时间峰,且土酸的弛豫时间分布在柴油的弛豫时间分布范围之内,有利于二者溶合成稳定的微乳酸。结论认为,该冲洗液体系能有效提高第一、第二界面的润湿性,将亲油性界面转变为亲水性界面,有利于提高固井顶替效率和固井质量。     

后续作业对固井声波测井的影响及对策

针对固井质量优良的井因后续作业后出现套管环空带压的问题,提出采用固井质量综合评价、改进现有水泥浆体系、固井施工工艺和后续作业等方法来解决问题的技术思路。具体包括：运用预应力固井技术,克服水泥浆（石）的体积收缩;使用适当的旋转管柱和增大前置液的使用量来提高顶替效率;利用膨胀剂、纤维,稠化时间可调的柔性水泥浆体系来满足后续作业对固井质量的要求。试验表明,所采取的固井技术措施行之有效,能够保证固井质量,满足后续作业的需要。     

威远区块页岩气水平井固井技术难点及其对策

针对四川盆地威远一长宁国家级页岩示范区威远区块页岩气水平井固井中所面临的油基钻井液与水泥浆不相容、高密度油基钻井液驱替困难、水泥环在大型体积压裂条件下易破坏等问题,有针对性地开展了水泥环密封力学参数理论依据、保证界面胶结的驱油前置液、满足压裂条件的韧性水泥石和有利于井筒密封的固井工艺技术等研究,取得了如下成果:①建立了考虑水泥环塑性特征及界面胶结强度的水泥环密封完整性理论模型,可指导页岩气水平井水泥石力学性能设计,减小微间隙的发生;②开发了驱油前置液,其对油基钻井液的冲洗效率超过90%且与油基钻井液及水泥浆相容性好;③根据水泥环密封完整性理论模型所开发的韧性水泥石,在保证相对较高抗压强度的同时杨氏模量降低30%;④确定了清水顶替等适用于页岩气井的固井技术,有利于保证井筒的密封性能。该研究成果应用于现场的12口井,水平段平均固井优质率达到92%,后期压裂效果良好,有效地保证了井筒的密封完整性,为页岩气高效开发提供了技术支撑。     

生物驱油剂用于固井前置液的研究与应用

生物驱油剂应用于固井前置液是较为新颖的技术。对其所配制的冲洗液及隔离液的降低表面张力、腐蚀性、pH值、密度、悬浮性等物化性能,以及与胜利油田现场应用的各类钻井液、固井水泥浆的相容性进行了研究,得到了一种对钻井液冲洗及顶替性能优良的新型生物固井前置液。固井现场应用证明,其冲洗、顶替、置换性能良好,固并双界面胶结质量明显改善,从而大幅度地提高了固井质量。     

提升偏心环空注水泥顶替效率的浆柱结构优化分析

套管偏心是决定注水泥环空流速与流态演化的关键因素,进而制约了顶替效率的提升;优化浆柱结构是改善顶替效率的重要途径,而关于相关的理论机理未见报道。借助于计算流体力学Fluent软件,建立了不同套管偏心下水平环空3D模型,探讨了不同套管偏心下的顶替效率变化特性,结合套管偏心0.4时顶替效率差的案例,通过探究不同浆柱结构下的环空流体滞留体积分数,以推荐最佳注水泥浆柱结构。研究表明：(1)套管偏心0.1时,偏心效应与浮力作用下顶替效率优于居中工况;偏心度大于0.1后,在套管偏心与质量扩散效应耦合作用下,顶替效率逐渐降低;(2)先注入隔离液后注入冲洗液有利于充分发挥隔离液在正密度差下的顶替效果,再利用低密度冲洗液的冲刷作用,进而提高了顶替效率;(3)套管偏心时,宽边流速高于窄边,引起水泥浆从宽边提前返出,而窄边滞留大量钻井液的问题。模拟成果为偏心环空下浆柱结构设计与优化提供了重要理论依据。     

提高第二界面固井质量的钻井液与前置液研究

针对提高第二界面固井质量的问题．研究出了多功能钻井液和SF-1冲洗前置液。对这两种体系的性能评价表明：加入矿渣后多功能钻井液的滤失量大大降低．泥饼的胶结强度提高，从而降低了钻井液对地层的损害；加有活性组分的SF-1前置液具有较强的稀释钻井液、降低粘度和切力的作用，提高了钻井液和水泥浆的相容性。现场应用表明．多功能钻井液须与MTC固井液配合使用．才具有提高第二界面固井质量的效果；SF-1前置液改善了水泥环与套管和水泥环与井壁的胶结环境．增强胶结力，提高了水泥浆的顶替效率．有效地提高了固井质量。密度介于钻井液与水泥浆之间的加重前置液在现场使用效果良好．固井质量优质，钻井液与水泥浆界面清晰。