浮力作用对大斜度井套管居中度的影响

准确了解套管内外密度差所产生的浮力对套管居中度的影响对于大斜度井合理安放扶正器,降低套管下入风险具有重要的意义。通过对扶正器受力分析模型进行修正,建立了套管内外密度差对套管居中度的影响图版,同时考虑顶替过程中套管内外密度差随时间变化情况,形成埕海油田大斜度井套管扶正器安放方法。计算结果表明,埕海地区扶正器安放间距分别为30 m、20 m、15 m时,通过浮力作用使套管居中度最大可增加36.4%、19.6%、12.2%,井斜角越大、套管内外密度差越大,居中度变化值越大。扶正器安放间距为10 m时,浮力作用减弱,居中度变化值最大仅为6.2%。研究结果表明,扶正器安放间距、井斜角的正弦值、套管内外密度差与浮力作用下的居中度变化量呈三次多项式的非线性正相关。ZH29-30井实践表明,考虑浮力作用的套管居中度设计方法,可以有效提高固井顶替效率,保证套管安全下入。     

环空幂律液体旋流研究与应用

在油气井固井注水泥顶替技术中，多用一维轴向流顶替方式进行顶替。该顶替方式理论与实践证明不能有效替净环空被顶替液。轴向流顶替存在的最主要的缺点是顶替液对近井壁区的驱动能力弱，对边壁的高粘附钻井液及虚滤饼清除效果差，造成二界面附近难以被替净；对于变径、不规则环空流道，由于存在涡流而滞留的钻井液，轴向流顶替效果更差。而通过使用旋流扶正器不但可以提高套管居中度，而且可以改变液体流速剖面，产生螺旋流，从而增加周向剪切驱动力，这有利于将环空窄间隙钻井液和井壁附着虚滤饼驱替干净，从而提高水泥与地层的胶结质量，提高固井质量。为此，研究了旋流扶正器作用下形成的环空幂律液体螺旋流边壁剪切应力，提出了旋流扶正器安放间距设计的新理念，即根据旋流周向剪切驱动力与近壁滞留钻井液粘滞阻力相平衡的原则确定旋流扶正器安装位置。推导出了旋流扶正器安放间距设计理论公式，该公式简单，利于现场施工应用。     

页岩气井固井套管居中与下入能力研究

在对井筒内管柱受力状态进行科学分析的基础上,建立了长水平段和造斜段套管居中度分析模型,对扶正器的选择和安放间距进行了设计。采用有限元法对FYHFl井及MYHFl井扶正器选择方案和下入方案现场应用效果进行分析,分析结果表明,在井况许可的条件下,水平段应采用API标准扶正器,且每根套管加装1只扶正器,以保证套管的居中度和固井质量;选择合适的扶正器、设置合理的间距能有效减小套管下入阻力,同时明显增强套管串刚度;套管居中度对采用油基钻井液的页岩气水平井固井质量影响明显,套管居中度应该控制在67%以上,并严格控制套管贴边,以免影响水泥环均匀性和压裂效果。     

四川盆地富顺区块坛202井技术套管居中度分析

井身质量和套管居中是提高注水泥浆顶替效率、保证固井质量的主要条件,为了控制套管的偏心度,固井时常采用安装套管扶正器或活动套管等有效措施。合理安放套管扶正器,提高套管居中度,不但有利于减少下套管摩阻和套管卡钻的风险,保障套管顺利下入,还有利于提高固井时顶替效率。套管居中度是影响固井质量的关键因素,越来越受到钻井工程的重视,套管居中度计算也从简单计算逐渐采用软件模拟。但套管居中度分析多是理论计算,与实际的套管居中度是否一致,很少提及。采用现有的三种软件模拟壳牌公司四川盆地富顺区块坛202井技术套管的居中度,并与电测套管居中度对比分析。结果表明:(1)现有模拟软件分析套管居中度均大于实际电测套管居中度,不同软件模拟数值相差大;(2)需要进一步加强套管居中度系统研究,优化扶正器性能参数,进一步完善现有模拟软件模型,使软件模拟套管居中度更符合实际。该认识为下一步开展套管居中度分析方法研究、完善相关模拟软件提出了具体方向。     

钻井液静切力对水平段固井顶替界面影响规律研究

水平封固段的固井顶替效果是水平井固井质量的关键问题,钻井液静切力是影响水平段固井顶替效果的重要参数。文章首先利用Gambit软件建立了300 m长水平段偏心环空数值模型,再利用Fluent软件基于国家超级计算中心天河一号计算平台,数值模拟隔离液顶替钻井液的过程。研究结果表明,在扶正器扶正条件和钻井液静切力调整允许时,尽量提高水平段套管居中度并降低钻井液静切力,可以达到理想的隔离液顶替效率与固井质量。当井眼条件差、扶正器下入困难时,降低钻井液静切力,可以大幅降低偏心环空窄边钻井液滞留,提高隔离液顶替效率和固井质量。当钻井液静切力较高不方便调整时,提高扶正器的扶正效果可以降低或抵消钻井液静切力对顶替的不利影响,提高隔离液顶替效率和固井质量。     

页岩气水平井固井技术难点与对策浅析

有效封固页岩产层,避免气体窜漏和稳定气井产量,是页岩气水平井固井的难题。在分析总结页岩地层特征、钻井施工条件及后期完井工艺特点的基础上,指出页岩气水平井固井技术难点主要集中在井壁的稳定性较差、套管安全下入难度大、套管居中度不高、油基钻井液驱替及界面清洗困难、顶替效率不高、后期大型压裂对水泥石性能要求高等方面。针对这些难点,从有效通井、扶正器合理安放保证套管居中、高效前置液技术、采用塑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。现场应用表明,该配套技术提高了水泥环的封固质量。     

扶正器安放设计与套管居中度分析

套管居中程度对固井质量影响很大,合理设计扶正器安放位置有利于提高套管居中度.为此,首先建立了套管居中度的数学模型,用于计算扶正器处和扶正器间套管的居中度,然后分析了井斜角、安放间距和套管内外液体密度差对套管居中度的影响规律.研究结果表明:随着井斜角的增大,套管居中度降低;扶正器间距的增加会增大井斜角对居中度的影响;随着...     

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。     

镇平277-2浅层漏失水平井固井技术

镇平277-2井是浅层漏失水平井,因底层压力低、孔隙发育,在钻井过程中发生多次漏失,使固井水泥返高难以保证;水平井段不测井径,水泥量难以把握;套管在重力和弯曲应力作用下,贴靠井壁,套管居中度差;岩屑在重力作用下沿井眼径向沉降在井眼下侧,且采用油基钻井液钻井,致使顶替效率低,严重影响水泥与地层及管柱的胶结强度.由此提出了一系列固井技术措施,进行了冲洗隔离液设计,采用防漏、低失水量、零析水、高沉降稳定性、微膨胀水泥浆体系,避免了水泥石体积的收缩,应用复合流态顶替、下套管摩阻预测、合理选择及安放扶正器等技术,获得了较好的固井质量.     

海上大位移井固井顶替数值模拟研究

顶替效率及界面稳定性是海上大位移井固井顶替能否成功的关键因素。应用计算流体力学理论,结合南海一口大位移井固井基础资料,通过数值模拟得到了水泥浆流变性以及不同井眼情况对固井顶替效率的影响规律。计算结果表明:增大水泥浆稠度系数,顶替效率增加;增大水泥浆流性系数,顶替效率减小;固井顶替效率随着屈服应力增加先增大后降低,最终趋于稳定;固井时水泥浆的流性指数不宜过高,n值应控制在0.6以内;稠度系数应大于1.5Pa·sn,不应超过3Pa·sn;屈服应力在10~18Pa的范围区间,有利于水泥浆顶替钻井液。偏心度对界面稳定性影响很大,建议将偏心度控制在0.5以内;使用套管扶正器,界面的稳定性明显改善,优选出最佳刚性扶正器旋流角为60°;套管屈曲对界面稳定性的影响显著,使环空界面的顶替效率明显降低。     

库车山前井防漏固井方法技术研究

由于塔里木油田库车山前地区目的层深、地质条件复杂,导致该地区的井在固井过程中时常发生漏失事故,严重影响固井质量。基于此问题,对整个固井期间产生激动压力的原因进行分析。通过研究钻井液性能、环空间隙、钻具和套管下放速度、排量以及井浆流变性能对激动压力的影响,得出环空间隙越小激动压力越大,建议不得小于20mm;降低钻井液屈服值能减小破坏胶凝结构产生的激动压力;提出了更为合理的套管下放速度计算模型以及提升循环排量频率的概念和控制方法 ;调整井浆的流变性能可以有效降低施工中产生的摩阻,并依此提出了注替排量的计算模型。现场应用表明,该套防漏固井方法对库车山前地区井的防漏设计有指导意义。     

一种适用于油基钻井液的表面活性剂隔离液

页岩气钻井过程中采用的油基钻井液极易残留在井壁和套管壁表面,与固井水泥浆产生接触污染。套管壁及井壁长期处在油基钻井液环境中,两界面亲油憎水,给固井作业带来油基钻井液顶替和清洗困难、混浆流变性能变差、混浆强度严重下降、界面胶结质量不良等问题。针对以上问题,对表面活性剂及隔离液进行了如下研究:①调研油基钻井液对水泥浆的接触污染机理;②测定溶液表面张力,验证表面活性剂对清洗效果的影响;③配制表面活性剂水溶液和隔离液,利用模拟套管冲洗法测定清洗效率。实验结果表明,表面活性剂的加入能显著降低水油界面张力,提高清洗效率;配制出了一种清洗效率高达92.86%的三元复配表面活性剂隔离液体系,表面活性剂组成为LAS+JFC-6+AOS （1:1:1）;该隔离液对油基钻井液有良好的清洗效果,可提高界面胶结质量,有助于提升页岩气井的固井质量。      

建35-3井空井固井技术

建35-3井是建南南高点低压易漏地质构造上的一口开发井,该井在φ311.2 mm井眼采用空气钻井技术钻至井深2 690 m,然后下入φ244.5 mm技术套管.为了解决空气钻井达到设计井深后,替入钻井液再下套管、注水泥固井面临井壁水化失稳和井漏等问题,决定在该井直接进行空井固井作业.通过分析固井技术难点,并采取非插入武正注反灌注水泥固井作业,选用双凝双密度水泥浆体系,用增韧防漏水泥浆作尾浆,该井实现了低压易漏地层全井封固,而且施工顺利,固井质量合格,值得借鉴和推广.     

顺北二叠系低压易漏井固井质量影响因素探讨

顺北油田二叠系地层孔隙裂缝发育,漏失压力低,完钻井固井漏失率为82%,井口反挤补救固井54.5%,导致固井质量不理想;为此,以该区域已施工井为参考依据,分别以地层承压能力识别方法、套管居中度评价方法、冲洗液紊流冲洗效果评价及井筒浆体匹配性计算为研究对象,系统分析了区域固井质量的内因。研究成果表明,二叠系地层漏失压力为62~67 MPa;在井径扩大率小于10%、井斜角低于0.3°时,扶正器间距可为55 m,而井眼质量较差时建议间距为22 m;前置液黏度偏高、隔离液与领浆性能参数不匹配导致前置液滞留井内,以及水泥浆提前返出井口,固井质量不理想。该研究成果为低压易漏地层漏失压降计算、扶正器安放间距设计及井筒浆体性能优化提供了系统研究的新思路,为解决该类固井难题提供了关键技术措施。      

油基钻井液下水泥浆抗污剂的研究与应用

针对目前油基钻井液下水泥浆易被污染,固井质量难以保证的问题,运用实验方法结合理论分析,开展了抗污染水泥浆体系的研究。利用人工岩心法证实了油基钻井液对固井质量有较大影响,特别是对二界面胶结强度影响最大。通过实验分析了基础水泥浆被油基钻井液污染后性能的变化,研制出了一种主要成分为烷基酚聚氧乙烯醚的抗污染剂Anti-P。室内实验结果表明,将1%抗污剂Anti-P加入水泥浆中,在水泥浆被少量油基钻井液污染后（小于10%）,水泥浆性能不受影响,保证了固井质量。将其在多口井进行应用,效果良好。该成果填补了目前抗污染水泥浆体系的空白,值得进一步研究推广。      

乌兹别克复杂水平井固井工艺技术

1-G井、350井是乌兹别克斯坦的第一批水平井,表层套管尺寸大,技术套管裸眼段长,地层异常高温,盐膏层段长,油气层"上喷下漏"导致固井难度极大.经过研究摸索,(4)508 mm表层套管、(4)339.7 mm技术套管采用了插入法固井,采取两凝水泥、稀释钻井液、大排量注替等措施较好地解决了长裸眼大环空内的水泥浆窜槽问题.(4)244.5 mm尾管固井,选用厚壁套管、悬挂简单可靠的外台阶式尾管悬挂器,使用欠饱和盐水水泥浆,采取稀释钻井液、增加水泥浆的接触时间、大排量紊流顶替等措施,达到了封隔地层防止长段膏岩层蠕动之目的.(4)139.7mm完井套管固井,采用管外封隔器带分级箍加盲板的复合结构,使用不渗透水泥浆体系,较好地解决了高渗透油气层的封固问题.350井完井固井工具出现问题后,成功地实施了反向注水泥固井技术.     

高石梯-磨溪区块高压气井尾管固井技术

针对西南油气田高石梯-磨溪区块高压气井φ177.8 mm尾管固井遇到的气层活跃、安全密度窗口窄、流体相容性差及高温大温差等问题,制定了相应的固井技术措施。开发了适合高温大温差固井的自愈合防窜高密度水泥浆体系,并进行了室内研究。结果表明:该体系密度为2.0~2.8 g/cm3,现场一次混配可达2.6 g/cm3以上;适应温度为常温~180℃;浆体的上下密度差不大于0.05 g/cm3;失水量不大于50 mL;稠化时间与缓凝剂掺量具有良好的线性关系,稠化过渡时间不大于10 min;静胶凝强度过渡时间不大于20 min;24 h抗压强度大于10 MPa,水泥石顶部48 h抗压强度大于3.5 MPa,低温下强度发展快,形成的水泥石体积稳定不收缩,具有类似韧性水泥的力学性能;遇油气产生体积膨胀,保证了界面胶结质量和密封完整性,降低了固井后发生气窜的风险。该固井技术在高石X井和高石Y井中进行了应用,固井优质率和合格率得到较大幅度提高,水泥环后期不带压,获得良好应用效果。      

油水双效PC-W21L冲洗液在PY30-1气田固井作业中的应用

使用油包水钻井液钻进时,井壁和套管壁上会粘附着一层油浆、油膜,它将导致水泥环界面胶结性能较差,该种情况下水泥石的界面胶结强度几乎为零,这将严重影响固井质量及油田的勘探开发。为了满足PY30-1气田大位移井钻井作业,下部12 14 in井段使用的是油基钻井液钻进,而上部地层存在断层,容易发生漏失,故上部17 12 in(1in=2.54cm)井段使用价格低廉的水基泥浆。笔者进行研究和筛选,最终确定采用油水双效冲洗液PC-W21L,它是由一系列环保溶剂组合而成的一种环境友好的材料,就该冲洗液对油基、水基泥浆的清洗性能进行了评价,结果表明,该冲洗液具有良好的清洗能力;并与泥浆、隔离液及水泥浆进行相容性试验,结果表明,该冲洗液与泥浆、隔离液及水泥浆均有较好的相容性。油水双效冲洗液PC-W21L在现场PY30-1气田6口井的固井作业中得到了成功的应用,固井质量优良。     

提高定向井第二界面胶结质量的钻固一体化技术

定向井由于其井眼轨迹复杂、套管不易居中,导致固井顶替效率低、泥饼清除困难。而顶替不干净的钻井液和未清除的井壁泥饼与水泥浆不相溶是固井第二界面胶结质量差的主要原因。钻固一体化技术的实质是在钻井液中引入一种可固化的潜活性胶凝材料,在井壁形成可固化的泥饼,固井时通过补充潜活性材料和加入激活剂可将其转换做为固井液,有效解决了钻井液与固井液不相溶的难题。该技术在两口定向井成功应用,有效提高了油层段的第二界面胶结质量,有效防止了各种流体层间窜流的可能性。     

黄桥二氧化碳气田开发井钻井工艺

黄桥二氧化碳气田在钻井过程中存在直井段易井斜,浦口组地层缩径、垮塌及卡钻,下部地层先漏后涌等井下复杂情况或事故,及机械钻速低与钻具和套管腐蚀的问题。华泰2井和华泰3井在钻井过程中,通过不同井段选用不同钻头,采用不同钻具组合和钻井参数,解决了直井段易井斜的问题,提高了机械钻速;浦口组以上地层采用金属两性离子聚合物钻井液钻进,中生界以下地层使用金属两性离子聚合物防塌钻井液钻进,解决了浦口组地层缩径、垮塌和卡钻,及下部地层先漏后涌等问题;在钻遇二氧化碳气层后采取加入防腐处理剂等防腐措施,解决了钻具的腐蚀问题;通过室内管材动静态腐蚀评价试验,确定采用含Cr套管与普通套管相结合的套管完井方式,解决了套管腐蚀问题;采用微硅低密度水泥浆和胶乳不渗透防气窜水泥浆体系固井,提高了固井质量,有效防止了环空气窜。通过华泰2井和华泰3井2口井的钻井,形成了一套适合黄桥二氧化碳气田开发井的钻井工艺技术,为今后二氧化碳气田的开发提供了借鉴。