“分段逐级憋压”固井工艺技术研究与应用

固井水泥浆凝结成水泥石过程中的体积收缩会导致水泥石与套管和井壁之间耦合力降低，甚至产生微间隙从而影响固井质量，严重时会导致环空带压。憋压候凝不仅能提高固井质量，而且解决了水泥浆失重引起的压稳问题。在地层承压能力不能满足一次性憋压的情况下，可根据水泥浆在凝结过程中具有塑性体的特征，分时段逐渐提高憋压值以实现环空憋压。分段逐级憋压通过井口把压力分时段传递到正处于凝结区域的水泥浆，正处于凝结区域上部的浆体的凝结时间、高度、密度对传压能力影响较大。上部浆柱凝结时间越长，压力传递能力越低；上部浆柱高度越大，压力传递能力减小；相同的凝结时间和浆柱高度，压力传递能力随上部浆柱密度增加而降低。PX2井?177.8 mm+?193.68 mm尾管固井作业中采用了分段逐级憋压技术，固井质量合格率达到98.1%,环空无气窜现象，该技术不增加成本，具有较大的推广价值。     

水泥石初始压力特征分析

固井水泥浆注入井内后,在水泥石形成之前会出现失重现象,从而使水泥浆浆柱压力逐渐降低,如果没有引起其压力升高的因素,水泥浆柱压力会降为水柱压力.但事实上,在水泥浆失重期间,水泥浆柱压力下降会引起套管扩张变形和地层收缩变形,这两种变形都将挤压失重的水泥浆.这种挤压失重水泥浆的过程会持续到水泥石形成.水泥石形成时,重新建立起套管、水泥石、地层之间的压力平衡,此时水泥石承受的压力就是水泥石的初始压力.水泥石初始压力对水泥石、套管、地层体系以后的受力变形极为重要.     

水泥浆防气窜能力评价仪的研制与应用

在固井过程中 ,为了防止水泥浆发生气窜 ,需要对水泥浆防气窜能力进行评价。通过对固井水泥浆凝固特性的研究 ,研制出了可模拟井下条件的室内“水泥浆防气窜能力评价仪”。该仪器是根据水泥浆柱的有效压力因失重降至气层压力以下时 ,气体窜入单位长度浆柱所需的压差与上窜距离或上窜速度的对应关系来确定水泥浆防气窜能力 ,对防气窜固井水泥浆的配方设计及防气窜水泥添加剂的开发可起到关键性作用。该仪器的结构、工作原理 ,以及水泥浆防气窜能力评价方法已申请国家专利。     

水泥浆失重压力评价技术研究与应用

固井后水泥浆“失重”将导致作用于气层的液柱压力下降,可能引发欠平衡,发生早期气窜。进行准确的失重压力评价是制定固井憋压候凝技术、实现压稳防窜的关键。而目前国内外采用的失重压力经验公式和水泥浆失重测量装置并不能很好地反映井下条件水泥浆失重规律。基于此,采用等比例缩小尺寸方法,研发了一套高温高压水泥浆失重压力评价实验装置,开展了直井和斜井中典型水泥浆失重压力实验。结果表明,初凝时刻,稳定性差的水泥浆液柱压力可能低于等高清水柱,而稳定性好的水泥浆液柱压力可能高于等高清水柱。按照经验法设计环空憋压值,可能憋压不足引发气窜,也可能憋压值偏高压漏地层。因此,提出了一种分段计算水泥浆失重压力的方法,在四川盆地磨溪—高石梯区块高压气井得到检验,指导了环空憋压候凝。固井质量合格,固井后未发生环空气窜。      

水泥浆失重压力评价技术研究与应用

固井后水泥浆“失重”将导致作用于气层的液柱压力下降,可能引发欠平衡,发生早期气窜。进行准确的失重压力评价是制定固井憋压候凝技术、实现压稳防窜的关键。而目前国内外采用的失重压力经验公式和水泥浆失重测量装置并不能很好地反映井下条件水泥浆失重规律。基于此,采用等比例缩小尺寸方法,研发了一套高温高压水泥浆失重压力评价实验装置,开展了直井和斜井中典型水泥浆失重压力实验。结果表明,初凝时刻,稳定性差的水泥浆液柱压力可能低于等高清水柱,而稳定性好的水泥浆液柱压力可能高于等高清水柱。按照经验法设计环空憋压值,可能憋压不足引发气窜,也可能憋压值偏高压漏地层。因此,提出了一种分段计算水泥浆失重压力的方法,在四川盆地磨溪—高石梯区块高压气井得到检验,指导了环空憋压候凝。固井质量合格,固井后未发生环空气窜。     

渝东地区常压页岩气水平井充氮泡沫水泥浆固井技术

为了解决渝东地区常压页岩气水平井用生产套管固井时易漏及分段压裂后环空带压的技术难点,研究了机械充氮泡沫水泥浆固井技术。通过优选发泡剂、稳泡剂,设计了泡沫低密度水泥浆;基于高压气体状态方程,进行了泡沫水泥浆全过程平衡压力及浆柱结构设计,建立了井筒压力条件下的泡沫水泥浆密度计算模型,形成了机械充氮泡沫水泥浆固井技术。泡沫低密度水泥浆的密度调整范围为0.80～1.55 kg/L,水泥浆中泡沫的半衰周期为33.8 h,泡沫水泥石的弹性模量为4.6 GPa。泡沫水泥石在循环载荷测试条件下的残余应变为0.21%,具有良好的力学性能;采用全过程平衡压力固井技术和分段注气泡沫低密度水泥浆注结构设计方法,能满足固井防漏要求。渝东地区20口常压页岩气水平井应用了机械充氮泡沫水泥浆固井技术,固井过程中未发生漏失,固井质量优良率100%,且压裂后未出现环空带压现象。研究和现场应用表明,采用机械充氮泡沫水泥浆固井技术可以解决渝东地区常压页岩气水平井生产套管固井时的漏失问题,且泡沫水泥石具有良好的弹性变形性能,能够防止压裂后环空带压。      

固井质量对套管柱强度安全的影响

为了深入了解固井质量对套管柱强度安全的影响，考虑固井质量较差井段环空内水泥浆在温度、压力变化时由于膨胀或压缩对套管柱产生的附加载荷，建立了固井质量影响套管柱强度安全的数学模型。实例计算表明，固井质量较差井段的套管柱所受载荷发生了明显变化。因此，在对固井后的套管柱进行强度安全分析和力学计算时，应考虑固井质量的影响。     

高强度超轻水泥浆攻克固井难题

大港钻井公司成功研制出海水(淡水)高强度超轻低密度水泥浆体系，从而解决了陆地和海上固井施工中的系列难题。大港海上固井工程，主要存在水泥封固段长，环空顶替动态液柱压力大，固井顶替过程中易发生井漏；水泥浆顶底部温差较大，对确保全井封固段质量难度较大，水泥浆在凝固过程中所产生的失重、挂壁和体积收缩现象严重，     

注采井长封固段固井技术的研究与应用

油田区域的长期开采造成了地层下部压力明显低于上部,给注采井固井,特别是长封固段注采井固井带来许多困难.试验研究表明,适应于长封固段的梯度多凝水泥浆是由不同比例的水泥、降失水剂、分散剂、缓凝剂、膨胀剂和消泡剂组成.该水泥浆性能、水泥石强度、封固质量、油层保护方面均远远优于常规固井水泥浆,采用该水泥浆固井技术,提高了固井质量,减少了施工压力.现场应用表明,双级梯度多凝水泥浆固井技术能减少施工压力,防止压漏地层;在长封固段,双级梯度多凝水泥浆可以有效地防止水泥浆在凝结过程中因失重造成的油气窜槽,有效地压稳地层,保证固结质量;可以减少对地层的污染,快速封固好易漏、易塌等复杂地层,实现水泥浆在长封固段的紊流顶替,提高了封固质量.     

东海X7开发井长裸眼油气层井段全封固井技术

根据行业标准规范要求,为防止油套管生产环空带压或高产井生产时井口抬升剧烈,开发井生产套管固井宜采用单级全封方式。东海西湖花港组下段、平湖组油气藏埋深较深,X7井长裸眼井段固井全封固作业技术难度较大,工具材料组织、现场施工程序繁琐,且还受以下因素影响:油基钻井液油膜、泥饼难以彻底清除,对冲洗液、前置液性能要求高;裸眼井段压力体系复杂,对水泥浆体系和水泥浆柱压稳防窜要求高,候凝期间水泥胶凝失重导致浆柱静液压力下降更易发生气窜;防漏要求高,上部龙井组或平湖组煤层等薄弱层位易发生井漏复杂情况。受井身结构、套管偏心等诸多因素影响,固井顶替效率难以提高。因此,该井采取水泥浆体系优选、冲洗设计、环空静态及动态压力计算、顶替流变参数模拟及套管居中度模拟六项施工控制核心技术。生产运行方面精心组织筹备、制定标准化固井作业程序及应急管控措施,最终取得优良的固井质量。     

新的固井防窜理论及措施

环空窜流是固井质量的难点,它损害储层,影响产能。介绍了一种新的防窜理论——微裂缝-微环隙理论。该理论对窜流的形成原因和过程进行了分析,指出窜流的发生主要取决于P_环与P_阻叠加之和与P_地的大小,如P_环与P_阻之和大于P_地就不会发生窜流。提出消除微裂缝-微环隙的防窜措施,是在固井水泥浆中添加海绵铁及合成橡胶粉。     

联合使用SEP膨胀剂和KQ防气窜剂提高固井质量

深井、超深井固井作业中,水泥浆失重和徽环隙的出现严重影响固井质量。联合使用SEP油井水泥膨胀剂和KQ防气窜剂,配制出用于深井、超深井及开发井的水泥浆体系。现场应用表明,加有这两种外加剂的低滤失量膨胀防窜水泥浆体系流变性能好、水泥石抗压强度高,固井质量优良。SEP膨胀剂和KQ防气窜剂均为惰性外加剂,与其它外加剂有良好的配伍性。     

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水泥浆失重所造成的油、气、水窜问题,是提高固井质量、保护油气层急待解决的重要课题。现有的预测和防止水泥浆气窜的方法虽然很多,但应用于现场却有一定困难。主要表现在高温、高压下,水泥浆的胶凝特性及滤失规律难以测定,牵涉的因素也较多,从而限制了水泥浆性能系数法及综合因子法的实际使用。在分析国内外预测和防止气窜方法的基础上,重点剖析和简化了综合因子法。根据现场资料统计和水泥浆稠化与凝结过程阻力变化的同步概念,提出了水泥浆稠度阻力系数 Ａ 值预测和防止环空气窜的方法。     

油井水泥及其外加剂的进展

对国内外特种油井水泥及油井水泥外加剂的最新发展进行了综述。介绍了抗高温水泥、防窜水泥、TUF水泥、聚合物固井液、泥浆转化为水泥浆等技术的发展动向;对减阻剂、缓凝剂及降滤失剂等三大外加剂的组分、作用机理及发展动态进行了较全面、系统的论述。对国内油井水泥及其外加剂的研究有一定的指导作用。     

海上增韧防窜固井水泥浆体系研究及应用

针对海上高压低孔渗油气田固井注水泥候凝时气窜、储层压裂后水泥环破裂等问题,经数值模拟分析压裂作业所需水泥石的性能参数,通过加入胶乳、纤维和膨胀剂等材料,降低弹性模量,增加抗拉强度,达到防收缩防产生间隙的目的,研制了海上增韧防窜固井水泥浆体系。室内评价结果表明,该水泥浆体系的密度为1.65~1.85 g/cm3,API失水量小于50 m L;稠化时间在3~6 h可调;游离液为0,具有良好的施工性能,满足作业要求。水泥石24 h抗压强度大于14 MPa;杨氏模量为3~5 GPa;泊松比为0.13~0.20,满足了压裂对水泥石韧性的要求。该体系弹性模量较常规水泥石降低了约50%,抗拉强度提高了10%左右,增韧防窜性能优良。该体系在东海多口井现场应用,固井质量优良,满足了防气窜和压裂作业的需要。     

云南陆良盆地浅高压气层固井技术

云南陆良盆地蕴藏着十分丰富且活跃的浅高压气层,解决好浅高压气层固井技术问题,对于保护陆良盆地天然气资源及解决其它地区的类似问题都是十分重要的。文中首先对浅气层产生气窜的原因和浅高压气层的防气窜机理进行了分析。根据室内实验研究的防窜剂、早强剂、膨胀剂、温度、水灰比对水泥浆和水泥石性能强度的影响,研制了J—1新型防气窜体系,并论述了与此相对应的浅高压气层固井配套工艺技术。经现场使用该体系有效地封住了浅高压气层,成功地解决了浅气层或浅高压气层的固井问题,经CBL测井解释,固井质量优质。该体系在加缓凝剂的情况下,温度适用范围很好调节,现场施工混配方便,溶解性能良好,易于推广。     

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如何客观、准确评价水泥浆的防窜能力,至今仍是国内外固井界未能很好解决的难题。文章通过室内实验,研究了水泥浆有效浆柱压力、气侵阻力与其影响因素的定量关系,并建立了二者在水泥浆凝结过程中的计算模型,使环空窜流发生条件得以量化而用以预测、评价水泥浆在凝结过程中的防窜能力,从而为固井防窜设计提供了一种新的参考方法。     

新型固井用防水窜材料的研究与性能评价

固井水窜问题是各油田普遍存在的技术难题,目前缺乏有效的解决办法。针对以上问题,从水泥浆体系出发,首先进行了防水窜材料的结构设计,然后根据结构设计,筛选出相应的防水窜原材料,并通过对其合理的复配研究,制备出了一种新型固井用防水窜材料。实验根据固井不同阶段的水窜机理,采用相应的方式对该材料的防水窜效果进行了评价,结果显示开发的防水窜材料可增加水泥浆内部结构,缩短静胶凝过渡时间,避免水泥石收缩,从而避免水泥浆在不同阶段发生水窜。另外,综合评价结果表明,新型固井防水窜材料可缩短稠化时间、增加水泥石强度,改善水泥浆稳定性,且对水泥浆稠化、流变、失水等性能无不良影响,综合性能良好。      

适用于小眼井的低摩阻水泥外加剂

DSH低摩阻水泥外加剂由减阻剂、降滤失剂、稳定剂及促凝剂复配而成。对加入DSH的水泥浆的流变性能、沉降稳定性、抗压强度、减阻性能、抗窜性能及水泥石的动态性能进行了试验。结果表明,DSH低摩阻水泥外加剂有较强的控制水泥浆滤失能力和减阻作用;DSH水泥浆具有良好的流变性和较低的临界排量,用于小眼井施工可以实现紊流顶替;DSH使水泥石具有良好的动态性能,提高小眼井采油寿命。