新型油井水泥触变剂的研究与应用

常规油井水泥触变剂常存在触变性不够强、影响施工安全、综合性能欠佳等问题。为此,通过将合成聚合物和超细无机材料以2∶3的比例复配,开发出一种新型油井水泥触变剂BCJ-200S,研究了其应用性能。结果表明,该触变剂可显著提高水泥浆触变性,且温度影响小,90℃加入1.5% BCJ-200S后水泥静浆静置10 min的胶凝强度从2.3 Pa增加到61.0 Pa,静置前后的φ₃₀₀读数分别为206和210,再静置10 min胶凝强度为61.3 Pa,其触变结构可逆性良好,对水泥浆稠化、失水、强度等性能没有产生不良影响;其还可改善水泥石的力学性能,增强水泥石抗破坏能力;另外,配伍性研究结果表明,该触变剂具有良好的现场适应性。其在大港油田官38-22油井进行了首次应用,该井采用12 m3触变水泥浆封堵Ng2出水井段,一次封堵成功,最高挤注压力达16 MPa,钻塞后对封堵层试压8 MPa合格,解决了该井出水难题。      

长庆陕224区块储气库井大尺寸套管固井技术

长庆陕224区块地层不稳定,本溪组泥岩段及煤层易出现坍塌,钻井液密度高,接近1.60 g/cm3,技术套管均采用φ244.5 mm大尺寸尾管固井,环空间隙大,冲洗顶替困难,影响水泥石胶结质量。同时储气库井单井注采气量大,工作压力高,长期的注采交变应力作用于水泥环,水泥环的密封完整性不易保证,易出现环空窜流、带压等问题。为此,开发优化了高密度高效冲洗隔离液体系以及韧性水泥浆体系。并在陕224区块靖平22-4-2井φ244.5 mm尾管固井中得到成功应用,固井质量合格率为95.46%,优质率为79.05%,后期注采施工顺利。     

高温深井环境下水泥环完整性模拟评价及改进措施

研究水泥环最重要的一环就是要建立评价水泥环完整性的实验装置和方法。通过应力等效方式将实际井筒水泥环承受的工况载荷等效到模拟井筒水泥环上，以通气验窜方式检验水泥环失效情况，利用CT扫描技术探测水泥环内部结构，揭示其失效机理，建立一套水泥环完整性的实验装置及评价方法。对西部某油田深井高温高应力环境下水泥环受载进行模拟实验，当地层压力一定时，套管内压力从12 MPa升至57 MPa后再下降过程中，未见气泡；保持套管内压不变，降低地层压力，当压力降低到一定值时，检测有气泡冒出，观察发现水泥环上、下端面及侧表面未见明显裂纹，但与水泥环胶结紧密的套管能自由脱出，揭示了水泥环失效机理为水泥石韧性不足导致套管水泥环胶结面失效，产生了微环隙。根据CT扫描分析可得，水泥环试样界面孔隙体积减少67.97%，同时水泥环界面出现的环隙体积约为3 061 mm3，占界面总体积的9.51%，水泥环界面体积减少2.21%，证实出现了微环隙。从材料改性角度入手提高水泥石韧性，最终优选出加量为0.2%碳纤维水泥浆配方。该方法可为油田水泥环的评价及水泥环材料改性研究提供有力的支撑手段。      

工作液密度降低对水泥环界面胶结的影响

固井后工作液密度的降低会造成水泥环与套管和地层脱离胶结,从而形成微环隙,导致水泥环的层间封隔失效。根据厚壁圆筒理论,建立了更符合水泥环受力状况的套管-水泥环-地层力学模型,给出了工作液密度降低对水泥环与套管及地层间所受到的应力位移计算式。模拟计算结果表明,在相同井深处,工作液密度降低值越大,水泥环受到的应力值越大,界面处越容易产生微环隙。对于相同密度降低值,水泥环受到的应力值和产生微环隙的可能性随井深的减小而减小。结合模拟计算值和试验,测试不同水泥浆体系的水泥石与模拟套管的胶结强度值,选择和设计不同的水泥浆体系或降低合理的工作液密度值以防止微环隙产生的新途径。     

新型触变性水泥浆触变剂的研制

对改善水泥浆触变性机理进行调研分析的基础上,建立了一种新型水泥浆触变剂体系。考察了矿化度与高pH值对该新型触变剂体系成胶性能的影响,对水泥浆添加剂对新型触变剂体系性能影响进行实验,并结合正交实验方法得到了触变剂体系的配方。利用滞后环法以及固井水泥浆API标准对强触变性水泥浆的触变性和常规性能进行了评价实验,认为水泥浆降失水剂对触变剂体系的成胶性能影响不大,水泥浆分散剂抑制触变剂体系成胶,但可以通过调整新型触变剂体系引发剂的加量改善触变剂体系的成胶性能;触变剂体系加入水泥浆中,水泥浆具有较强的触变性能,流动性较好,稠化时间比常规水泥浆延长,75℃、30min失水量为81ml,24h抗压强度为119．4MPa,均满足固井质量要求。
     

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.     

井口脉冲压力在环空中传播规律分析

井口脉冲加压是注完水泥后给密闭的环空施加水力脉冲压力，利用流体的微可压缩性使环空水泥浆处于上下往复活动状态来改善水泥浆凝固特性，达到提高水泥胶结质量的目的。以流体力学为基础，建立了井口脉冲压力在环空中的衰减规律及环空流体在脉冲压力作用下运动幅度的理论模型，研究了脉冲压力幅度、水泥浆初切力和环空流体压缩系数与环空中脉冲压力衰减程度和流体运动幅度的关系。分析表明，Φ216 mm的井眼内下入Φ139.7 mm的套管，采用常规水泥浆体系，2 MPa的脉冲压力可传播距离达4100 m，通过施加较小的压力脉冲可使环空水泥浆往复运动，破坏水泥浆的胶凝结构，消除水泥浆因体积和化学收缩形成的微孔隙和胶结面中微环隙,对提高固井质量具有重要作用，该项研究可为脉冲加压装置的设计与参数优化提供理论依据。     

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。     

利用预应力固井方法预防水泥环微环隙研究

深层页岩气水平井环空带压问题较为普遍,套管-水泥环界面处微环隙是导致环空带压的主要原因。针对该问题,运用力学实验手段和数值模拟方法,分析了预应力固井条件下微环隙的产生与发展,明确了不同预应力条件下水泥环耐受压裂段数。结果表明:套管内压越小,水泥环保证密封完整性时可承受的循环载荷次数越多;循环载荷作用下微环隙宽度为30.89μm是发生气窜的临界值。预应力固井显著降低了初次塑性变形量,增大了塑性变形增量;考虑预应力作用下套管产生的径向预应变,预应力固井技术显著降低了微环隙的宽度,增加了多级压裂过程中水泥环密封完整性的耐受压裂段数。预应力值越高,微环隙出现前的耐受压裂段数越多;压裂段数相同的情况下,预应力越大水泥环微环隙越小。现场应用结果表明,采用预应力固井技术及低弹性模量水泥浆,可以有效缓解深层页岩气水平井套管环空带压现象。研究结果可为页岩气水平井固井提供技术支持。     

页岩气井水泥环完整性研究

四川盆地内的几个国家级页岩气示范区气井环空带压、套管变形等问题较为突出。为此,通过分析页岩气钻完井过程井筒内压力变化的条件,建立了计算井筒压力变化全过程的应力—应变状态下的套管—水泥环—围岩体系弹塑性力学模型,应用该模型分析了变内压下第一界面、第二界面微环隙的产生和发展,进而结合实际现场数据进行计算。结果表明:(1)加载过程不会产生微环隙,但加载内压的大小决定了水泥环塑性变形的程度;(2)卸载时内压的降低将导致界面受拉,从而产生微环隙,破坏水泥环的完整性;(3)可以通过优选水泥浆配方,提高水泥环力学性能,结合施工工艺措施优化来保障页岩气井水泥环完整性。13口井的现场试验应用结果表明,水平段固井质量平均优质率达92.67%,其中已投产的11口井均未出现环空带压,有效地改善了页岩气示范区的气井环空带压问题。该项研究成果可为同类区块固井水泥环完整性管理提供帮助。     

开窗侧钻井小井眼小间隙固井技术

油层套管开窗侧钻是老油田盘活报废井、提高采收率的重要手段。然而侧钻井固井时由于环空间隙小,固井过程中水泥浆上返摩阻大,环空当量密度大大增加,经常压漏地层,导致水泥浆漏失低返;另外受井眼尺寸的限制,套管居中度差,水泥浆易窜槽,其固井质量严重制约了侧钻井技术的应用前景。从水泥浆密度和性能上考虑,研制了低密度低摩阻水泥浆,通过降低水泥浆密度来减小固井时的液柱压力,同时配套采用综合技术措施,在现场多口井进行应用,固井质量显著提高。探索出一套适合华北油田特点的提高侧钻井固井质量技术,实践证明该技术是切实可行的。     

超低密度早强水泥浆在天然气井固井中的应用

在天然气井固井中,上部固井质量一直存在问题。为了提高固井质量,达到保护套管的目的,研制了新型水泥浆体系。经室内研究,选择了减轻剂的种类与粒级配比;根据低密度水泥浆的性能要求,确定了配方,并对该配方进行了触变防漏特性及稳定性分析,形成了具有体系稳定、水泥浆密度波动对水泥浆体系产生影响较小、抗漏失能力强、早期强度发展快等特点的超低密度水泥浆体系。经现场试验,获得了较好的效果。     

泾河油田水平井固井难点与对策研究

泾河油田地层承压能力低,固井过程中易发生水泥浆漏失,导致水平井固井质量较差。在分析固井技术难点的基础上,通过室内和现场试验优化了GSJ水泥浆体系,基于地层压力与破裂压力确定了环空浆体结构,优选了扶正器类型并优化了其加放位置,采用了加长胶塞、树脂滚轮刚性旋流扶正器和关井阀等工具,并采用"紊流+塞流"复合顶替工艺,以降低漏失风险、提高固井质量。室内试验表明,GSJ水泥浆体系具有良好的性能,尾浆API滤失量小于20 mL,过渡时间15 min,水泥石12 h抗压强度达19.0 MPa,模拟套管居中度大于72.5%。该固井技术在泾河油田18口水平井进行了现场应用,水泥浆全部返至地面,固井优良率达100%。现场应用表明,该固井技术解决了泾河油田水平井固井难题,提高了固井质量,为后期分段压裂提供了良好的井筒条件。      

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。      

小间隙高压气井固井技术

毛坝1井是1口高压气井,要求全井封固,固井施工和候凝过程容易出现水泥浆稠化憋泵、水泥浆污染盐岩层、井漏、气窜或井涌等风险。经过对该井的认真研究,采用了尾管固井再回接的方法,优选了套管工具附件、水泥浆体系等配套技术,使该井固井成功,创造了该地区复杂井固井先例。文中详细介绍了毛坝1井的固井设计和施工技术,为今后小间隙高压气井固井提供了经验。     

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.     

柴达木盆地狮70井溢漏同层尾管固井实践

针对狮70井三开钻遇高压盐水层和漏失层,钻井液不能压稳高压水层,同时井底存在内循环,环空压力系统紊乱,固井期间易发生漏失,高压盐水层不易封固,固井质量难以保证的难题,通过水泥浆性能实验及固井工艺研究,设计了抗高温高密度堵漏水泥浆体系,该体系密度1.88~2.40 g/cm3,沉降稳定性小于0.03 g/cm3,SPN值小于3,稠化时间可调,24 h抗压强度大于18 MPa。现场采用正注反挤固井施工工艺,根据施工参数预测出施工需要的水泥浆稠化时间,通过缩短尾浆稠化时间,并在替浆后期降低施工排量的方法,使水泥浆在小排量顶替过程中逐渐稠化凝固,从而达到快速封固高压水层的目的,再通过反挤施工封固漏层以上井段,顺利完成了该井?273.05 mm尾管固井施工,套管鞋及漏层处固井质量优质,盐水层处固井质量合格,为该区块尾管固井积累了成功经验。     

塔里木山前区块超深井尾管塞流固井技术

克深905井是克深气田克深9井区中部的一口开发评价井,四开完钻需进行尾管固井,井深为7368.2m,井底静置温度为164℃,压力为180MPa,在钻进过程中易发生溢流、井漏等复杂情况,且环空间隙小,安全密度窗口窄,为保证固井质量,防止井漏发生,全程采用塞流注替。根据现场水泥浆情况进行了水泥浆流变学设计和塞流顶替计算;优选了抗高温、抗盐高密度水泥浆体系及与钻井液相容性好的冲洗型隔离液;设计了能够压稳地层密度为2.58g/cm3的抗高温水泥浆;对现场泵压与返出量进行了实施监控。现场固井过程中未发生漏失,施工顺利,所封固井段的固井质量合格率为99.2%,该井尾管塞流顶替为中国首次在井深7368.2m的井段使用。      

巴喀油田固井工艺技术研究与应用

吐哈巴喀油田地层压力低、易垮塌、井底温度低,固井时易诱发井漏,污染油气层;水泥凝固时间长,强度发展慢;候凝时加不上回压,固井后管外冒油冒气。经室内试验,优选出低密度导浆、缓凝水泥浆和速凝水泥浆的三凝水泥浆配方体系,并采取了相应的措施,经12井次试验,未发生井漏、憋泵、管外冒油气现象。技术套管固井优质率83.3%,油层套管固井优质率100%,分别比试验前提高了47.7和48.8个百分点,不仅提高了固井质量,更重要的是防止了产层的污染。     

延长油田西部地区低压易漏地层固井技术

延长油田西部地区存在漏失层,固井过程中水泥浆易发生漏失失返,导致固井质量较差。为此,在分析该地区水平井固井技术难点的基础上,优选复合粉煤灰低密度水泥浆、堵漏前置液配方和套管扶正器类型,优化套管扶正器安放位置,制定提高顶替效率的技术措施,形成了适用于延长油田西部地区的低压易漏地层固井技术。室内试验结果表明:复合粉煤灰低密度水泥浆综合性能良好,API滤失量小于50 mL,在低温下水泥石48 h抗压强度达到12 MPa以上,沉降稳定性好,上下密度差小于0.03 kg/L;前置液加入复合纤维封堵材料能封堵易漏层,提高其承压能力。低压易漏地层固井技术在延长油田西部地区已应用10余井次,固井成功率100%,固井质量合格率达90%,漏失率降至3%。研究表明,低压易漏地层固井技术能解决延长油田西部地区固井中存在的漏失问题,达到提高固井质量的目的。