窄安全密度窗口地层控压下尾管技术研究及应用

在窄安全密度窗口地层下套管过程中,套管柱在井眼中运动产生的波动压力极易诱发井下复杂情况。为保障窄安全密度窗口条件下下套管作业的安全,文章建立了偏心环空下套管瞬态波动压力计算模型,并基于井筒压力平衡关系建立了尾管下入与钻杆送入过程中井筒压力预测与控制模型,分析了作业中井底压力瞬态波动的主要影响因素,开展了现场控压下套管案例研究。研究结果表明,套管下入速度、套管偏心度、钻井液流变参数是影响井底压力波动的主要因素。环空瞬态波动压力随着环空流体流变参数(屈服值、稠度系数、流性指数)、套管下入速度的增大而增大,随着偏心度的增加而减小。并在DB-X井开展了现场试验,建立了控压下套管井筒压力控制图版,计算结果显示当尾管送入速度控制在0.16～0.20 m/s时能有效保障井底安全,该数据指导了本井的现场施工,有效防止了下套管过程中井下复杂的发生。文章的研究结果为下套管速度优化、井底压力控制提供了新思路,对降低窄安全密度窗口地层中下套管施工风险和提高固井质量具有重要意义。     

基于赫巴流体的薄弱地层套管下放速度预测

井筒压力波动是钻井过程中不可避免的潜在安全隐患。特别是固井环节,在薄弱地层,套管下放速度过快,很容易压漏地层,因此薄弱地层固井环节套管下放速度的控制显得尤为重要。文中以赫-巴流变模型为基础,计算井筒激动压力,在薄弱层段,以钻井时最大循环压耗与静液柱压力之和来代替下套管时有效液柱压力最大值,建立了新的套管安全下放速度计算模型。实例验证,误差为8.6%,表明该模型在薄弱地层具有较高的计算精度,可以为现场薄弱层段下放套管提供一定的参考。     

套管下入激动压力计算模型及影响因素分析

套管下放产生激动压力可能会压漏薄弱地层,造成井下复杂.基于此问题,根据平板层流模型,建立一种适应于现场的激动压力计算模型.采用数值计算求解,分析钻井液性能、环空间隙、套管下深对激动压力的影响,结果表明,钻井液流变性和胶凝结构同激动压力密切相关,套管进入裸眼段前循环钻井液能减弱钻井液触变性,有利于降低激动压力;环空间隙越小激动压力越大;在上层套管内下套管也应控制下放速度,对窄安全密度窗口井而言可能因猛下套管造成井漏.     

高温高压油井套管下放波动压力研究

波动压力是破坏井眼压力平衡系统导致井喷、井漏、井塌及其他复杂情况的重要原因,其预测及应用在钻井工程中占有重要地位。在固井作业下套管过程中,主要表现为激动压力,通过控制套管下放速度来控制激动压力,从而实现全过程平衡压力固井,不压漏低压层和保护薄弱地层。波动压力预测作为非常规套管柱设计的主要因素,在海洋高温高压钻井中显得尤为突出。尽管动态计算方法能较准确地计算井底波动压力,但是从安全角度来考虑,稳态法更适合实际工程计算。     

南海莺–琼盆地复杂地层套管–井眼间隙优化

南海莺–琼盆地地质构造复杂,存在高温高压地层,钻井液安全密度窗口窄,为预防下套管作业过程中产生的波动压力可能诱发的井漏、溢流甚至井喷等井下故障,在充分调研南海莺–琼盆地常用井身结构的基础上,建立了下套管过程中井筒内波动压力计算模型,分析了套管–井眼间隙等不同因素对下套管和注水泥过程中环空压力的影响,对套管–井眼间隙进行了优化。该方法在LD10–2–x井进行了应用,该井五开井段的套管–井眼间隙进优化结果为15.00～19.55 mm,其实际的套管–井眼间隙为17.45 mm,在设计的合理间隙范围内,该井套管下入安全,注水泥过程中未发生井漏、溢流等井下故障。这说明可以根据下套管过程中井筒内波动压力和下套管及注水泥过程中的环空压力优化套管–井眼间隙,为南海莺–琼盆地井身结构设计提供依据。      

川渝地区窄安全密度窗口天然气深井固井新技术

川渝地区钻探作业中,长裸眼井段、多压力层系并存、安全密度窗口窄、井漏和溢流共存现象较为普遍,因而固井面临漏失低返、顶替效率低下以及固井后环空带压影响固井质量和井完整性等问题.通过应用精细控压固井新技术,准确掌握地层压力和漏失压力、精确计算固井下套管与泵注期间环空动当量密度,量化作业窗口区间值,使井筒静液柱压力与井口动态...     

水力尖劈裂缝堵漏固井技术研究及应用

高温高压、非常规套管结构井环空间隙小、安全压力窗口窄,固井时易发生水力尖劈裂缝漏失。传统裂缝堵漏评价仪不能真实模拟井下的堵漏效果,所选取的水泥浆堵漏材料对于水力尖劈裂缝的堵漏效果差。研制了新型动态裂缝堵漏评价仪,依托该评价仪优选出新型水力尖劈堵漏材料,并制定了配套固井工艺,成功解决了中国南海莺琼盆地高温高压、非常规套管结构井固井水泥浆漏失的问题。本文研究成果已成功应用于南海高温高压井、深水井、东海超深井等10多口窄压力窗口井的固井作业,有效解决了窄安全压力窗口固井的水力尖劈漏失难题,具有较好的推广应用价值。     

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。     

固井瞬时开泵引发的井筒波动压力研究

随着页岩气、煤层气、致密砂岩气等非常规气藏开发规模的日益扩大,长水平段水平井越来越多,固
井施工过程中发生井漏将直接影响固井质量。固井实践表明,瞬时开泵引起的井筒压力波动容易诱发井下漏失,
考虑固井流体的压缩性和套管弹性,建立了瞬时开泵条件下的井筒波动压力计算模型,并确定了初始条件和边界
条件,运用特征线法对连续方程和运动方程进行数值求解。结合一口井的实际数据进行了编程计算,结果表明,瞬
时开泵对固井井筒压力的影响不容忽视,尤其是在瞬时开泵或流量突然增大的条件下产生的波动压力较大,开泵
时间越长,流量增加幅度越平缓,引发的井筒波动压力越小,该结论对于优化开泵施工操作具有一定的指导意义。     

窄安全密度窗口地层钻井起下钻井底压力瞬态波动规律

窄安全密度窗口地层压力敏感,钻井起下钻作业引起井底压力波动,易诱发溢流、井漏等井下复杂。
文章以一维瞬态流动模型,考虑井筒液－固两相介质,建立了起下钻井底压力瞬态波动理论模型,并通过数值模拟
研究了影响钻井起下钻井底压力瞬态波动的主要因素。研究表明,起下钻速度、井深、钻井液密度、起下钻深度是
影响井底压力波动的主要因素。起下钻速度、钻井液密度越大,井深越深,起下钻深度越深,起下钻作业引起的井
底压力波动越剧烈,压力波峰值滞后越严重。起下钻作业时,尤其在起钻的早期和下钻后期,应尽量降低起下钻速
度,以降低井底压力波动,保障井底压力处在安全密度窗口之内。     

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。     

克深Y井盐层固井难点分析与技术对策

克深Y井四开钻遇多段盐层、漏失层和高压水层。盐层蠕变较强,下套管中途遇阻的风险高;高压水层和漏失层共存,固井安全密度窗口窄,仅为0.03 g/cm3,漏失和溢流的风险高;低漏失压力且套管偏心条件下,顶替差,难以封隔高压水层。该盐层固井难题的应对对于该井的钻探至关重要。通过分析地质工程条件,制定了盐层扩眼+模拟管柱通井技术措施;以漏失及溢流压力评估为基础,对固井工艺进行了论证并确立了正注反挤+及时憋压的固井方案;结合软件模拟技术,优化了扶正器方案和隔离液流变性能,并采用大排量顶替和多倍置换等系列措施提高顶替效率。制定的技术措施均在现场应用,结果显示,套管顺利到位,下放过程无阻卡;正注固井未漏失未溢流,反挤固井排量较大塞面可控;喇叭口负压验窜合格,实现了封隔水层的核心目标,为本区块应对盐层固井难题提供了参考。      

库车山前固井环空钻井液低剪切流变特性研究

针对塔里木盆地库车山前构造带超深天然气井四开、五开固井下套管时频繁漏失的问题,分析了下套管过程中环空钻井液的实际剪切速率,根据赫–巴流变模式,用全剪切速率（1.70～1 021.40 s–1）和低剪切速率（1.70～340.50 s–1）下的测试数据,分别拟合了油基钻井液的全剪切和低剪切流变参数,分析了全剪切和低剪切速率下激动压力的差异。研究发现:库车山前固井下套管时的实际钻井液剪切速率远小于常规全剪切速率的最高值1021.40 s–1;全剪切和低剪切速率下,流变参数随温度、压力变化的差异较大;全剪切速率下的套管激动压力小于低剪切速率,井深越大,全剪切和低剪切速率下的套管激动压力相差越大。研究结果表明,对于安全密度窗口窄的天然气井,应根据实际的钻井液低剪切速率范围,选择测试数据拟合对应的流变参数,并在此基础上根据允许的下套管激动压力,合理设计套管下入速度,从而降低下套管时的漏失量。      

顺北鹰1井?444.5 mm长裸眼固井技术

顺北鹰1井二开采用?444.5 mm钻头钻至井深5 395.00 m中完,需下入?339.7 mm技术套管固井。固井施工存在套管悬重大、裸眼段长、二叠系火成岩易漏失层发育和超深大尺寸分级注水泥器下入难度大等技术难题,造成下套管过程中易发生阻卡和注水泥时易发生返性漏失等井下故障。因此,针对顺北鹰1井的特殊工况,通过校核载荷配套下套管工具、优化通井措施、设计套管下放速度和调整钻井液性能,确保套管顺利下入;通过设计适用于超深井的大尺寸分级注水泥器和固井施工流体排量、采用非连续式分级注水泥工艺和复合低密度防漏水泥浆,防止注水泥过程发生漏失,保证固井质量。顺北鹰1井二开固井采取上述技术措施,?339.7 mm套管顺利下至设计井深,注水泥过程中只出现轻微漏失,易漏失层位固井质量中等,实现了有效封固。顺北鹰1井?444.5 mm长裸眼段顺利封固,为顺北油气田大尺寸长裸眼固井积累了成功经验,其固井技术措施可为国内深井超深井大尺寸长裸眼固井提供借鉴。      

四川盆地窄密度窗口超深井控压固井工艺

四川盆地地质构造复杂,以川西地区为例,井深7000 m以上,安全密度窗口仅0.05~0.08 g/cm3,固井漏失风险高,通常被迫反挤水泥浆补救,固井质量段长合格率仅39.6%。基于此,开展控压固井工艺研究,以川西地区为例,分析了井筒工作液密度、钻井液流变性、顶替排量、环空控压值对固井防漏和顶替效率的影响。研究表明,控压固井前钻井液等井筒工作液密度下调范围宜在0.05~0.08 g/cm3;钻井液动切力宜低于6 Pa;固井顶替排量应不低于22 L/s,即环空返速为0.9m/s,同时顶替后期应根据薄弱层位压力当量密度,采取变排量顶替技术;采用控压下套管工艺和分段憋压候凝技术解决常规下套管工艺和候凝工艺的不足。控压固井技术在四川盆地窄密度窗口超深井应用26井次,创造了多项应用指标记录,最大井深7793 m,最小密度窗口0.05 g/cm3,一次上返率为100%,固井合格率为100%,复杂易漏失井固井质量段长优质率由21.45%提高到44.58%,较好地解决了固井漏失低返问题。     

四川盆地窄密度窗口超深井控压固井工艺

四川盆地地质构造复杂,以川西地区为例,井深7000 m以上,安全密度窗口仅0.05~0.08 g/cm3,固井漏失风险高,通常被迫反挤水泥浆补救,固井质量段长合格率仅39.6%。基于此,开展控压固井工艺研究,以川西地区为例,分析了井筒工作液密度、钻井液流变性、顶替排量、环空控压值对固井防漏和顶替效率的影响。研究表明,控压固井前钻井液等井筒工作液密度下调范围宜在0.05~0.08 g/cm3;钻井液动切力宜低于6 Pa;固井顶替排量应不低于22 L/s,即环空返速为0.9m/s,同时顶替后期应根据薄弱层位压力当量密度,采取变排量顶替技术;采用控压下套管工艺和分段憋压候凝技术解决常规下套管工艺和候凝工艺的不足。控压固井技术在四川盆地窄密度窗口超深井应用26井次,创造了多项应用指标记录,最大井深7793 m,最小密度窗口0.05 g/cm3,一次上返率为100%,固井合格率为100%,复杂易漏失井固井质量段长优质率由21.45%提高到44.58%,较好地解决了固井漏失低返问题。      

复杂井眼条件下旋转套管速度对固井质量的影响

针对改善旋转套管周围流体的流动形态从而有效地避免钻井液的滞留问题,根据赫巴模型的本构方程和非牛顿流体力学的有关理论,建立了赫巴模型下的套管与井壁间水泥浆旋转流动模型。采用数值计算方法,得到了便于计算的套管最小转速与环空间隙因子的关系,以及环空中水泥浆旋转速度径向分布规律。针对实际施工中存在的井眼扩径情况,计算并分析了井径扩大率对套管最小转速的影响。结果表明：环空间隙越小,环空中的水泥浆完全旋转所需的套管旋转速度越小;环空间隙越小,水泥浆的旋转速度沿径向下降得越平缓,效果越好;井径扩大率的增加明显增加了套管最小转速。采用旋转套管去除井壁泥饼,从而在保证下套管安全的前提下,提高了二界面的固井质量。     

大牛地气田下套管作业中环空波动压力分析

大牛地气田刘家沟组为低破裂压力带，套管下入过程中产生波动压力，易引起漏失。针对此问题，以稳态波动压力理论为依据，考虑扶正器的局部阻力效应，建立下套管波动压力计算模型，根据建立模型分析钻井液性能、套管下入速度、环空间隙等因素对波动压力的影响，结果表明，随着钻井液密度、稠度系数、静切力、套管下入速度、扶正器的增加，环空间隙的减小，波动压力增加。针对波动压力影响因素，提出现场安全下套管技术对策，对下套管过程中避免因波动压力引起刘家沟组漏失具有重要的参考意义。     

固井碰压预报装置的研制与应用

针对固井碰压常常由于计量误差及剪销精度或冻结等多种因素影响,不能及时剪销分流泄压,加之停泵不及时以及停泵后的惯性流量使泵压升至很高,给套管及设备造成极大损害,严重影响固井质量等问题。研制了固井碰压预报装置。固井时,该装置安装在预先计算好的套管串中的某个位置,可安装 1个或几个。注水泥压胶塞时,胶塞到达预报装置后,产生一个波动压力,这一压力值被地面的压力传感器检测出来,并给以显示。地面人员根据这一显示采取适当措施,保证正常注水泥。该装置还能识别胶塞是否真正碰压,从而避免假碰压,提高固井质量。现场应用表明该装置结构简单,使用方便,性能可靠。