油气水井井筒完整性研究综述

在油田开发过程中,井筒完整性对于油田钻井和后期增产措施实施大规模压裂起着至关重要的作用。本文结合试验数据,探讨井筒完整性的失效机制,分析了地质环境、井眼曲率、水泥环性能密封以及油套管腐蚀速率等多方面影响因素。结果表明,地层泥岩吸水蠕变和膨胀、产层出砂、岩层滑动、断层活动、盐岩蠕变、坍塌及地震都会造成套管损坏;井眼曲率越大套管强度也越大,对套损的损坏就越严重;利用水泥环力学性能分析,探讨密封完整性对井筒完整性的影响;同时分析油套管腐蚀的影响因素,这些因素都对保证井筒完整性起着至关重要的作用。     

深水气井井口抬升计算分析

深水气井在测试、生产过程中,由于气体将井底热量携带至井口,容易出现井口抬升现象,并导致井口装置密封失效,对井筒完整性和作业生产安全带来较大安全隐患。针对深水气井井口抬升风险,考虑套管热应力、环空带压、水泥环摩擦阻力等因素,建立了井口抬升计算模型,实现对井筒温度分布模型预估及井口抬升高度预测。     

水泥环完整性研究进展

水泥环位于套管和地层之间,可以支撑保护套管并且封隔地层,水泥环完整性失效会造成套管环空带压,地层流体窜流等一系列后果。通过总结国内外理论模型研究与整体密封性失效和具体失效形态及水泥环强度变化等物理实验模拟研究的进展,目前的主要面临物理实验难以模拟而理论模拟研究可信度不高的局面,最后展望了未来的发展趋势:改进实验环境更加贴近现场实际与更新监测手段是突破目前研究瓶颈的重要途径,建立完善的水泥环破坏机理模型和完整性评价体系是未来的主要方向。     

变内压条件下膨胀水泥与地层机械性能的匹配

以膨胀水泥和地层作为研究对象,以维持井筒完整性为目的,利用弹性力学理论,借助有限元方法模拟分析了套管内压变化条件下膨胀水泥和地层机械性能对井筒完整性的影响,研究了两者机械性能的匹配关系。研究表明:膨胀水泥弹性模量越大,水泥环内最大米塞斯(Mises)应力越大;膨胀水泥泊松比越大,水泥环内最大Mises越小,水泥环内最大周向应力越小。地层弹性模量越大(地层越硬),水泥环内最大Mises应力越大,水泥环内最大周向应力越小;地层泊松比对水泥环内最大Mises应力和最大周向应力的影响较小。建议硬地层(弹性模量大)匹配弹性模量较小、泊松比较大的膨胀水泥,重点预防水泥环的挤压破坏;软地层且内压较小时匹配弹性模量较大、泊松比较大的膨胀水泥,重点预防水泥环的周向拉伸破坏。     

土质环境对固井水泥环胶结强度与密封性的影响

在固井作业过程中,水泥环胶结质量的好坏将直接影响井口的环空带压,从而对井筒安全性产生影响,破坏井筒完整性。为探究固井水泥环在不同的土质条件下胶结强度和密封性的变化,本文进行了模拟实验,探究土质环境与固井水泥环胶结强度、密封性的关系。结果表明:土质条件相同的情况下,套管尺寸增大会使在胶结面处发生气窜需要的气压增加;套管尺寸相同时,气密性最好的黏土,互层土次之,砂土的气密性最差,胶结强度也有类似的规律。     

地层水条件下水泥CO2腐蚀机理研究

对于海上一些高含CO2酸性油气田来说,在井下适宜的湿度及压力环境条件下,二氧化碳对碱性水泥会产生严重的腐蚀,降低固井水泥的强度和胶结性能,使得水泥环完整性和长期耐久性得到破坏,水泥环与套管形成的密封作用将减弱甚至失效,产生井口带压等复杂工况事故。论文通过分析水泥在CO2酸性介质中的腐蚀机理,探讨井下温度、CO2分压对水泥性能的影响情况,研究结果表明：温度和CO2分压增大,水泥强度降低,渗透率增大,均质性遭到破坏。     

新型套管处理器的研究与应用

针对文中-文东油田老区块套变、腐蚀、结垢及水泥坏等并存,造成套管内壁出现不规则腔体,使封隔器坐封后产生非均匀变形,导致封隔器使用寿命缩短、密封效果变差及座封成功率低的问题,特根据现有工艺研究改进新型套管处理器,达到通井刮削一趟管柱,同时可以有效处理井筒结垢和水泥环。     

水泥环对磨损套管抗内压强度的影响研究

用弹性有限元方法,建立套管一水泥环的有限元力学模型.对套管--水泥环内壁不同磨损量时的杭内压强度进行了计算,分析了在不同磨损量时,在内压作用下,套管管体达到屈服时,VonMise应力随套管最小壁厚和圆周方向的变化情况,并比较了在相同磨损量下,套管和套管一水泥环之间Von Mise以及抗内压强度之间的大小关系,最后得出了在相同磨损情况下,水泥环对磨损套管抗内压强度的影响效果.     

基于有限元仿真的套管损坏原理分析

套管损坏影响油井生产,增加后期维护成本。造成套管损坏的主要原因包括地层岩性变化、断层活动、地应力的变化等。本文利用某区块油井井身结构资料和地质测井资料,通过有限元仿真软件建立了套管-水泥环-围岩有限元模型,直观有效地模拟了套管、水泥环在不同地质参数下的应力应变状态,通过分析研究确定了水泥环力学性能、地层岩性、地应力、套管内压变化对套管和水泥环应力状态的影响规律,从而在理论上为降低套管损坏提供指导。     

膨胀管加固同时修复水泥环技术的开发与应用

声波变密度资料显示,套损井段内的管外水泥环存在不同程度的损坏,而大修措施会进一步加重水泥环的损坏,油层顶部或射孔井段内套损的井,采用单一的密封加固工艺可以实现套管内的密封及加固,但套管外的水泥环损坏造成的套管外窜槽未得到治理,存在套损隐患,也影响正常生产。先期进行的水泥环修复技术研究,用超细水泥浆作为堵剂进行封堵,解决了因套损水泥环损坏导致的管外窜槽问题,但由于工期长,工序复杂,且修复水泥环失败后会导致井的报废,操作性不强。在原有工艺的基础上,开展了膨胀管加固同时修复水泥环技术研究,研制了注水泥封隔器等工具,研究并简化了施工工艺,缩短了施工周期,提高了修复的成功率。     

水平井带压穿心打捞连续油管技术的应用

为解决水平井连续油管钻磨桥塞卡钻打捞困难的问题,借鉴电缆穿心打捞的方法和带压作业的优点,研究带压穿心打捞连续油管施工工艺,利用带压作业防喷器密封穿心管和套管环空,研究制作旋转密封装置,实现穿心管和连续油管环空封闭。通过带压穿心打捞连续油管实践应用,在井筒内连续油管完整的情况下成功解卡,避免了连续油管拉断打捞工作复杂化,同时又保护了高产井原始地层压力,确保投产后产能不受影响。     

非均匀地应力下套管应力的敏感性分析

套损是影响地下储气库井筒完整性的关键问题,制约着储气库长期的安全生产。为此,基于弹性力学理论,运用有限元分析方法,建立了理想固井状态下的套管-水泥环-地层组合分析模型,对受非均匀地应力时组合体各层Mises应力的分布规律进行了研究,讨论了套管应力对水泥环与地层的弹性参数变化的敏感程度。结果表明：套管内壁的应力明显高于水泥环和地层内壁的应力且沿井周呈非均匀分布;地层弹性模量对套管内壁应力的影响最为显著,套管应力随地层弹性模量的增加急剧减小;其次为水泥石弹性模量,当其与地层弹性模量相同时,套管应力达到最大。该研究成果可为优化套管完井设计和预防套管损坏提供理论参考。     

新疆油田玛湖地区水泥浆体系弹塑性加量优选

体积压裂是新疆油田玛湖地区提高油气产量的主要技术手段,由于水力压裂施工过程中套管内压力循环变化,使得水泥环防应力破坏面临着巨大挑战。针对体积压裂过程中水泥环的应力破坏问题,利用全尺寸水泥环密封完整性评价装置,开展了弹性水泥浆体系不同弹塑剂JTS-1加量对水泥环完整性的影响试验,综合考虑弹塑剂JTS-1加量对水泥浆流变学影响,形成了适合新疆油田玛湖地区水力压裂工况的弹性水泥浆体系。结果表明:随着弹塑剂JTS-1加量的增大,水泥浆弹性模量降低,水泥环防应力破坏能力增大,但水泥浆黏度增大,降低了水泥浆流变性,经实验优选,推荐弹塑剂JTS-1加量为6%～8%。     

油田固井水泥自修复技术研究进展

摘要：水泥环受井下各因素的影响,其完整性易遭到破坏,形成微孔隙通道,造成气水窜、套管持续带压等现象,对油井产能及寿命产生不利影响。将水泥微裂缝自修复技术应用于固井水泥环中,使其具备对微孔隙的自修复能力,对维持水泥环耐久性,适应井下复杂条件具有重要意义。本文综述分析了目前自修复技术在油田固井上的研究应用状况,以期为固井水泥环自修复技术研究及材料开发有所借鉴。     

水泥密度与变密度测井技术在固井质量检测中的试验

目前国内外主要使用声波测井方法检测油、气、水井固井质量,声波变密度测井属于声波测井方法的一种,它只对套管与水泥环的胶界面、水泥环与地层的胶结面敏感,但是对水泥环自身的固结状况不敏感,不能准确地检测水泥环的固结质量,造成对固井质量检测的不全面.水泥密度测井可以检测水泥环的密度和套管的技术状况,它可以对声波变密度测井进行补...     

深水油气井环空带压套管设计研究

本文针对某地区高温高压深水井的测试阶段,套管在井筒的环空带压作用下出现的破坏、损毁状况进行分析,利用预测井筒的环空压力建模,设计深水井环空带压套管,结合地层、套管、油管、海水传热效应等因素,进行预测井筒环空压力建模,继而设计套管强度。对生产作业中促进环空带压影响因素缓解及减少的有效措施和特点进行综合分析,通过在某深水井套管的设计中实际应用,发现环空压力的计算结果均存在10%以内的相对误差,为该区域内的深水油气勘探开发提供参考资料。     

海上高压气井井口抬升分析

由于地层高温流体的影响,管柱以及管柱间流体的膨胀导致套管伸长,采油树以及附属装备升高;井口的抬升给采油树以及生产管线带来结构风险,井筒内套管的膨胀影响到井筒的完整性。本文以套管热膨胀力、环空圈闭压力及套管上覆载荷三种力平衡为基础,根据实际井的基本数据建立数学模型,提出求解该数学模型的算法,通过数学模型求解出的数据与井实际数据误差在5%内,计算方法适应性较好,模型建立准确。     

压裂水泥塞合理长度计算

在压裂载荷作用下,套管和井筒周围岩石会产生径向变形,使水泥塞与套管发生部分脱离,而导致胶结力减小,甚至造成水泥塞滑脱使压裂作业失败。目前,对合理水泥塞长度的计算,主要依靠现场施工经验设计,仍没有完善的理论模型作为依据。本文在假设地层岩石和套管都是均质材料及套管与地层岩石变形量相等条件下,运用拉梅厚壁圆筒理论,建立套管变形及套管外应力分布计算模型,计算出套管变形波及长度和水泥塞失效长度,最终确定水泥塞合理长度。本文模型为压裂水泥塞合理长度计算提供了理论指导,是对现有计算方法的补充和完善。     

套管水泥环在高压注水条件下的受力分析

在弹塑性力学理论的基础上,对套管和水泥环组合力学模型进行有限元三维建模,在高压注水条件下,分析套管和水泥环所受应力与注水压力之间的关系。在理论分析的基础之上,结合计算机数值计算手段,并通过ANSYS有限元软件模拟分析,得到套管和水泥环在内、外压作用下的应力应变云图,以及它们的应力随注水压力变化的多项式函数。     

海上CCS井固井关键技术探讨

碳捕集与封存(CCS)技术是减少温室气体排放、延缓气候变暖的有力手段。通过注入井将CO₂注入至地下储层是海上CCS项目的重要环节。固井水泥环作为井筒与CO₂储层间的第一级屏障，在注入井的井筒完整性中发挥着重要作用。因此，良好固井作业及水泥体系设计是CCS项目可持续运行的重要保障。从固井水泥体系性能及固井工艺方面论述了海上CCS项目中注入井固井工程关键技术；分析了硅酸盐水泥及非硅酸盐水泥在CCS井环空密封中的适用性；指出了在典型CCS井工况下，水泥石力学性能的设计要求及改进思路；最后针对海上CCS井提出了相关的固井工艺措施。研究成果有助于指导海上CCS井固井工作、提高固井质量，从而有效保障碳封存井的井筒完整性。