卡里曼区块油层套管固井技术

卡里曼区块具有井深、井底温度高、油气显示活跃的特点,甲方要求各层次套管水泥均返至地面,固井作业难度大。通过采用平衡压力固井技术,优选抗高温水泥浆体系,合理设计水泥浆柱结构,强化井眼准备等一系列措施,解决了油层套管固井大温差下上部水泥浆易超缓凝,目的层段封固质量不易保证的问题,为该地区后续固井作业提供了一定的借鉴和指导意义。     

LG地区超深井固井工艺技术

LG地区气井的井筒条件复杂,大尺寸套管固井、多套压力体系的长封固段固井、高压气层的油层套管固井难度极大。为解决以上难题,通过优化固井施工程序,进而从水泥浆的体系、套管的安全下入、附件的优选与应用、现场施工技术措施等方面进行了研究,摸索出339.7 mm技术套管采用插入法或双胶塞法固井;244.5 mm单级长封固段固井,用合理的浆柱、两凝防漏早强水泥浆达到了封隔地层、防止气窜的目的;177.8 mm尾管固井,其须家河组气〖JP2〗层显示相当活跃,采用两凝或三凝的抗硫、早强、直角稠化、防气窜、防漏失的双密度水泥浆体系保证了油气层的封固质量;127.0 mm尾管段含高压气层,采用抗高温早强、复合多功能纤维的加砂抗硫水泥浆成功地实现了高压气层的封隔;177.8 mm套管回接固井,采用低失水、早强、微膨胀的水泥浆保证了回接固井质量。     

中短半径水平井弯曲井段套管受力分析

套管柱在高井眼曲率的水平井弯曲井段将产生较大弯曲应力和较大的径向变形，有可能导致强度破坏和变形失稳。为了研究套管在弯曲载荷作用下的应力分布及变形情况，采用三维实体单元，运用有限元方法建立了中短半径水平井弯曲井段套管的计算模型，分析了三种不同外径尺寸的套管在一定围压和不同弯曲载荷作用下的最大径向变形量和最大等效应力值，并分析其随井眼曲率的变化规律。计算表明，井眼曲率增大，弯曲井段套管的径向变形和应力也随之增大；同一井眼曲率下，外径较大的套管，径向变形和应力也较大。通过研究，对高井眼曲率下中短半径水平井弯曲井段套管柱强度设计提供了理论依据。     

TK122H井复合尾管固井技术

由于塔河油田开发需要,要求对三叠系水平井的水平井段进行封固。水平井下套管摩阻大,大斜度井段易形成岩屑床,加之要求D177．8mm套管下至A点附近和井眼轨迹复杂,将尾管下到位的难度大;水平井段蹩压坐桂、碰压困难。大斜度井段井径不规则,套管在水平井段和大斜度井段的居中度低,顶替效率差;水泥浆在水平井段,自由水极易聚集在井壁上侧形成连续的水槽或水带或低边水泥颗粒的沉降窜槽,不能有效封固;钻井液中混油的比例高,影响水泥浆的胶结质量。通过TK122H井的复合尾管封固水平井段的固井施工术难点分析,从井眼准备、管串结构、固井液设计等方面提出该井复合尾管固井技术措施。现场实践取得了较好效果,为复合尾管水平井段封固提供有益的参考。     

提高苏丹6区固井质量的柔性水泥浆固井技术

苏丹6区位于苏丹共和国西南部,该区244.5 mm套管固井水泥封固井段包括主力产层,采用常规水泥浆体系固井后,电测水泥环胶结质量均不理想。完钻后,套管试压过程中产生的套管变形,以及继续钻井过程中钻柱和钻头对套管的撞击作用对井壁与套管间水泥环的破坏加大了对固井界面胶结的不良影响,甚至造成水泥环层间封隔失效。为此,在244.5 mm套管固井中引入了一套新的柔性水泥浆体系。该水泥浆体系中混有2%的膨胀剂和2%~3%的增韧剂。膨胀剂中的有效组分在水泥水化过程中促进水泥晶体的晶型变化和体积增加,以补偿水泥水合硬化时产生的体积内收缩,从而有效地消除了水泥石固结过程中产生的微间隙,增韧剂显著提高了水泥石的韧性和抗冲击性,实现了苏丹6区244.5 mm中间套管环空的良好封固,提高了界面的胶结质量。     

准噶尔盆地深井固井难点分析与技术对策

准噶尔盆地深井由于地质条件复杂和井身结构的限制,固井作业存在井眼不规则、高压流体窜、封固段长、环空间隙小、存在不同压力体系、水泥浆抗盐侵性能要求高等技术难点,在技术攻关和现场实践的基础上,初步形成了适应不同区块的深井固井技术,例如:高压防窜固井、长裸眼长封固段固井及盐膏层固井技术等,全面提高了该区深井固井质量.     

LN油气田深井单级全封固井技术

LN油气田二次开发井简化为二开结构,油层套管采用低密度水泥浆单级全封固井方式,完成了9口井深为5 000 m左右的深井下入Φ200.03 mm套管的固井施工.固井作业依据多级颗粒级配的紧密堆积原理,合理级配水泥浆的固相成分,应用高强度超低密度与常规密度相结合的防漏、防窜水泥浆体系;根据地层漏失压力,通过模拟计算施工不同阶段产生的动液柱压力,控制不同的施工排量,实现施工全过程的压力平衡,避免了固井过程中的地层漏失,解决了老油田后期开发低压油气层长封固段防漏、防窜问题,固井质量满足了开发和油气层保护要求.对长封固段上下大温差、顶部水泥浆低温缓凝、水泥石强度发展慢现象有了新的认识和了解.     

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。     

中短半径水平井弯曲段套管剩余抗挤强度分析

为得到套管柱剩余抗挤强度与水平井弯曲段造斜率间的定量关系,采用理论推导和三维有限元模拟的方法,分析了3种不同外径尺寸的套管在弯曲荷载和外挤压力作用下的剩余抗挤强度。计算结果表明,弯曲作用产生的套管截面不圆度对套管剩余抗挤强度影响不大;套管柱剩余抗挤强度与水平井弯曲段造斜率问较好地符合二次反比例关系;在造井眼斜率相同时,套管柱剩余抗挤强度与套管柱的径厚比服从指数反比例分布关系。研究结果为中短半径水平井弯曲井段套管柱抗挤强度的设计提供参考依据。     

费尔甘纳盆地长封固段大温差固井技术研究与应用

吉达3井、吉达4井是中石油海外项目在乌兹别克斯坦内的费尔甘纳盆地上所钻的2口探井,这2口探井φ244.5mm技术套管固井面临长封固段、大温差等技术问题,针对这些固井难点,通过室内研究与现场试验,解决了φ244.5 mm套管固井施工风险大、固井质量难以保证的问题,并且形成了费尔甘纳盆地长封固段、大温差技术套管固井的配套技术,为该地区的油气勘探提供工程技术保障.     

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许多热采井套管热应力计算模型忽略了地层影响，属于单轴热应力分析。文章首先将套管、水泥环、地层组成的井筒作为不同物质的组合体，兼顾高温条件下套管材料的弹性模量、屈服应力和热膨胀系数的变化，建立了套管三维弹性热应力计算模型。模型以全量和增量两种方式，计算常用套管的三轴热应力和单轴热应力。对比计算结果得到如下结论：三轴情况下套管出现较大环向应力，套管屈服与否不由某一轴向应力决定，而由3个主应力决定；按增量计算时，温度应力高于按全量计算的结果，因而套管承温极限低；按单轴计算时套管承温极限高于按三轴计算，随着钢级升高，单轴与三轴承温极限差别缩小；高钢级套管在抗高温方面并不具有绝对优势，要看材料的高温性能变化；如果同时考虑材料热膨胀系数随温度变化，则计算出的热应力更高，承温极限大幅度降低。     

套管水泥环组合应力计算边界条件分析

合理的套管应力计算是套管柱强度设计和套管损坏判别的依据。目前常用计算套管应力的方法是将非均匀地应力作用于已经形成的套管水泥环组合体之上,再根据计算结果进行套管应力及变形分析,而实际上非均匀地应力所引起的应力集中效应在固井之前已经在井壁岩石处释放,并不能作用到套管水泥环组合体之上。在非均匀地应力作用下一般形成椭圆形井眼,水泥凝固之前井壁岩石在非均匀地应力和井内液柱压力的作用下已经达到平衡,套管与水泥环组合不需要承担由非均匀地应力所产生的载荷,短期内套管水泥环组合承受均匀的液柱压力;油田长期开发过程中由于地层岩石具有流变性,逐渐将部分甚至全部垂向地应力转嫁到套管水泥环组合体之上,使其承受均匀地应力的作用,从而造成套管被挤扁和缩径。非均匀地应力形成的椭圆形水泥环改变了套管柱周向应力分布,但并不能将非均匀地应力作为套管水泥环应力计算的边界条件。      

循环应力作用下水泥环密封性实验研究

利用自主研发的水泥环密封性实验装置研究了套管内加卸压循环作用下水泥环的密封性,根据实验结果得出了循环应力作用下水泥环密封性失效的机理。实验结果显示,在较低套管内压循环作用下,水泥环保持密封性所能承受的应力循环次数较多;在较高循环应力作用下,水泥环密封性失效时循环次数较少。表明在套管内较低压力作用下,水泥环所受的应力较低,应力水平处于弹性状态,在加卸载的循环作用下,水泥环可随之弹性变形和弹性恢复;在较高应力作用下,水泥环内部固有的微裂纹和缺陷逐渐扩展和连通,除了发生弹性变形还产生了塑性变形;随着应力循环次数的增加,塑性变形也不断地累积。循环压力卸载时,套管弹性回缩而水泥环塑性变形不可完全恢复,2者在界面处的变形不协调而引起拉应力。当拉应力超过界面处的胶结强度时出现微环隙,导致水泥环密封性失效,水泥环发生循环应力作用的低周期密封性疲劳破坏。套管内压力越大,水泥环中产生的应力水平越高,产生的塑性变形越大,每次卸载时产生的残余应变和界面处拉应力也越大,因此引起密封性失效的应力循环次数越少。      

页岩气井压裂过程中套管损坏的机理

页岩气井大排量压裂过后,在近井筒地带会形成局部圈闭,由于温差较大局部圈闭热膨胀产生轴向力,对套管产生附加应力,有可能引起套管屈曲或变形,甚至诱发套管损坏。为了研究该类套管损伤,以热力学原理、能量守恒定律及流体瞬态传热机理为理论指导,建立局部圈闭附加压力模型,研究了压裂排量和总的注液量对井筒温度场的影响,并通过计算压裂导致的产层段局部圈闭附加压力,开展了油层套管抗挤安全状态评价。研究结果表明:①在大排量压裂条件下,井筒的温度随注液量和排量的变化而改变,排量越大井筒的温度降低的幅度越大;②排量一定时,注液量越大、注入时间越长,井筒温度会逐渐降低,但是变化量逐渐减小;③随着压裂液的注入,在0.5 h内井底温度快速降低,其后井底温度稳定在某一值附近;④流体的热膨胀系数和等温压缩系数也是影响热膨胀压力大小的重要因素。结论认为,对于特定材料套管,如果压裂作业时温差达到某一阈值,会导致考虑局部圈闭的外挤载荷大于套管的抗外挤强度,产生安全隐患,建议提高套管钢级或增加套管壁厚。     

套管压裂管柱安全性计算方法与准确性研究

通过对新疆油田公司5井次套管压裂事故的套管柱进行安全性计算,发现基于静态受力分析的管柱安全性计算方法在直井中有着较高的准确性,能够保证套管柱的安全。对于水平井,该方法的计算结果与实际不符,不能指导压裂作业。分析理论极限泵压与油层套管实际破坏泵压的误差,该误差值与水平段长度呈正比关系。在水平井中采用该方法计算压裂管柱的安全压力时,应当根据水平段长度设定安全系数。根据统计结果,在水平段长度为1 600 m时,油层套管的三轴应力安全系数应当增加16.27%。     

热采井套管三轴预应力设计分析

传统热采井套管预应力设计的基本原则是根据虎克定律，将施加于套管的预应力与套管升温后的轴向热应力叠加，使其控制在相应温度下套管许用的最小屈服极限以下。由于固井水泥环和围岩的作用．套管升温后存在三向热应力，利用对套管施加轴向预应力来降低套管的轴向热应力，使得套管的热有效应力控制在相应温度下套管许用的最小屈服极限为原则，得到热采套管三轴预应力设计方法，采用2种设计方法对NSO、P110钢级套管进行预拉力设计，得到2种钢级套管不同井深位置预应力的临界温度。     

稠油热采井套管的预应力分析

以暴露于热蒸汽中的目的层套管为研究对象,根据弹性力学理论,首先给出了套管在热应力和非均匀地应力作用下的三轴应力表达式,然后利用对套管施加预应力来降低套管的轴向热应力,使得套管的有效应力控制在相应温度下套管的最小屈服极限内为原则,得到了热采井套管三轴预应力设计方法,并对辽河油田常用的N80钢级套管进行了预应力设计分析,给出了该套管在不同注汽温度和井深条件下所应使用的径厚比及相应的预应力值。研究表明,拉预应力在一定范围内有利于提高套管的安全性,传统的单轴预应力设计方法具有明显的缺陷,建议以后稠油热采井在进行预应力设计时应考虑热应力和实际非均匀地应力的共同作用,以及油层出砂对套管产生的影响。     

Casing cementing with half warm-up for thermal recovery wells

Thermal recovery is a very common and effective method for producing heavy oil. Casing failure is a very serious problem in thermal recovery wells. In some oilfields, more than 95% of thermal recovery well's casing was failed due to thermal stresses. In the steam injection process, the casing is heated by steam. Change of casing temperature produces thermal stresses in the casing. The casing deforms when stresses exceed yield point of its material. If using conventional cementing technology for thermal recovery wells, the casing deforms due to thermal stresses in steam injection process. Technologies conventional used to protect the casing from failure for thermal recovery wells are ineffective theoretically. Casing cementing with half warm-up for thermal recovery wells refers to heat payzone production casing to a certain temperature and makes it expand in cement slurry solidifying period. Calculations show that casing cementing with half warm-up performs greater safety coefficient during the whole production cycle and no plastic deformation. This technology will be an important method to prolong thermal recovery well's casing life.     

长井段脉冲爆燃压裂技术在N2-4-D48井的应用

油气井长井段（大于10 m）的爆燃压裂一直是高能气体压裂领域亟待解决的难题。PFGun长井段脉冲爆燃压裂技术能一次性处理180 m以上长井段,满足井筒周围解堵改造、增产增注作业要求。介绍了长井段爆燃压裂技术工作原理、系统结构、技术参数以及在N2-4-D48井的现场应用过程和增产效果。采用井下P-T仪、40臂井径测井和八扇区声波变密度测井分别对措施过程中井下压力—时间变化关系、施工前后套管内径和水泥环胶结系数进行了测试。测试结果表明,施工后油井初期产能由措施前9.6 t/d增至22 t/d,施工前后套管内径变化最大不超过5 mm,水泥环胶结系数最大下降0.03,能满足安全使用要求。现场应用表明,PFGun长井段脉冲爆燃压裂技术增产效果显著,工艺安全性好,可进一步推广应用。     

注蒸汽井套管热应力分析及管柱强度设计

介绍了适合注蒸汽井温度场、套管三维热应力分析的有限元计算理论和方法。经过大量的计算，得出了注汽井四种工况下的温度场、套管三维热应力分布规律。考虑套管的受热、受力特点，研制出了相应的套管柱设计软件。现场实践证明，该理论和方法符合注汽井实际。结论认为，隔热管要居中且接箍处要隔热；水泥需近到井口；Ｎ８０套管需提拉预应力；油层部位套管应采取高钢级耐热套管。