论固井二界面封固系统及其重要性

固井二界面问题是一个亟待解决的工程难题.阐述了固井二界面封固系统的概念,分析了各系统组分对固井二界面封固系统的作用或影响,建立了系统的状态变化模型和动态破坏模型;并且从油田开采和防止气窜两个角度,剖析了固井二界面封固系统失效的危害性,阐释了解决固井二界面问题的重要性.固井二界面封固系统是指由水泥浆、死泥浆、滤饼和地层壁面四部分构成的一个固化胶结整体;通常地层流体只有破坏了滤饼才能产生水泥石(环)被破坏的情况,导致环空封固不良而引发诸多质量问题.其重要性主要表现在:一口井的产能主要取决于层间封隔程度,而层间封隔程度又主要取决于固井界面的密封程度和水泥环本体的密实程度;此外,固井二界面封固系统的胶结质量问题是环空气窜的根本原因,因为尽管环空静液压力大于地层孔隙压力,但因井筒热力变化或压力波动形成的界面微裂隙和滤饼或死泥浆形成的旁通渠道或微窜槽,仍会给被圈闭于地层的气体创造窜流路径.提出,固井二界面问题的研究和解决必须要从系统的角度出发,采用类似储层保护的技术和方法,才能实现固井二界面封固系统的整体固化胶结.否则,这一难题还将会长期伴随固井界.     

滤饼转化凝饼技术在胜利油田首次应用

随着固井技术的发展,第1界面的固井质量基本满足勘探和采油生产的要求,但第2界面的固井质量由于各种条件的限制,一直未有突破性的提高。影响固井质量第2界面问题的根源是水泥—滤饼—地层三者之间的界面软弱组合层,因此,实现水泥—滤饼—地层三位一体的整体固化胶结是解决胜利油田固井第2界面问题的根本途径。基于滤饼转化凝饼理论分析了影响第2界面固井质量的主要原因,研究开发了提高第2界面固井质量的水泥浆体系和主要技术措施。介绍了滤饼转化凝饼理论的主要?理、研究过程以及在胜利油田的首次现场应用,为从根本上解决第2界面固井质量问题开辟了一条新的途径。     

“死泥浆”影响界面胶结力学性能的实验研究

针对目前油田常用来改善界面胶结强度的水泥浆体系,以窝存的“死泥浆”为基础,系统评价了四种界面组成条件下的胶结力学性能。实验结果表明,若固井二界面没有窝存的“死泥浆”,早强型水泥浆可使界面胶结强度提高97．62％,但当有窝存的“死泥浆”存在时,它对固井二界面胶结强度的改善效果就十分有限甚至起反作用;窝存的“死泥浆”对增强型水泥浆与模拟岩心之间的胶结强度则影响相对较小,且在各种钻井液混入比例条件下,其固井二界面胶结强度均明显高于纯水泥浆和早强型水泥浆。探讨了早强型水泥浆和增强型水泥浆的胶结强度强化机理,提出了从根源上解决层间窜问题的有效途径。     

新型钻固一体化技术的界面特性与现场应用研究

固井第二界面的胶结强度与水泥浆本身的性能、水泥浆与泥饼胶结面的强度、泥饼本身的强度、泥饼与地层之间胶结面的强度都有关。在系统分析井筒二界面特性和影响因素基础上,通过在常规钻井液中添加活性材料、界面增强剂等转化而成的钻固一体化工作液,有效地克服了传统固井水泥浆与钻井液及泥饼不相容的难题,通过物理和化学激活,提高了地层-泥饼-水泥环的胶结亲合力,最终将钻井液滤饼由水泥环胶结质量薄弱层转化为增强层,实现了提高二界面封隔质量的目的。该技术在热采生产井、生产井、定向井斜井段进行了多次应用,与邻井的现场应用效果对比,一体化工作液技术可以有效解决层间窜流问题,满足油田改造和增产措施的需要。     

固井微环空成因研究进展及解决方法

现场实践表明,固井后初期封固系统层间封隔性能良好,随后也会出现封固失效问题,分析其原因之一是固井微环空问题。文章就固井微环空问题,给出了固井微环空的广泛定义 认为微环空主要出现在固井一、二界面,水泥石体积收缩、温度变化、压力变化、工程因素等导致一界面微环空出现,滤饼存在和水泥石体积收缩等因素是导致二界面微环空出现的原因 并回顾了前人对微环空理论的研究及国内外微环空解决技术 提出通过加强对微环空形成机理研究、水泥浆体系优化、微环空自封堵水泥技术开发、相关配套工具和措施的应用来防止微环空出现或封堵微环空,为微环空问题研究及其解决指明了方向。     

固井二界面问题与泥饼仿地成凝饼科学构想

研究了固井二界面封隔失效机理。给出了相应的实验证据。实验研究表明,固井二界面问题的根源是镶嵌干水泥浆与地层岩石之间的泥饼。据此提出了泥饼仿地成凝饼（MTA）解决固井二界面问题的科学构想,并阐述了MTA的研究方法和技术关键。结论认为．实现基于MTA的油井水泥浆一泥饼一地层岩石的整体固化胶结．才能从源头上解决固井二界面问题．满足油气开采的需要。     

河南油田稠油井一体化固井技术研究

针对河南油田稠油井第二界面汽窜问题,开展了油井水泥-泥饼-地层整体胶结一体化固井技术研究。该技术是在不改变现有钻井液、水泥浆体系及性能的基础上,采用化学方法实现水泥环-泥饼-地层的整体胶结,达到大幅度提高固井第二界面胶结强度的目的。通过室内配伍性实验及胶结强度测试,证实了泥饼改性剂(GM-Ⅰ)、凝饼形成剂(GA-Ⅱ)与钻井液、水泥浆配伍良好,水泥环-泥饼-地层的整体胶结作用使固井第二界面胶结强度提高到200%以上。6口井的现场应用表明,固井第二界面胶结质量较邻井显著提高,解决了稠油井第二界面汽窜问题。     

硫铝酸盐固井水泥石-套管界面胶结强度增强机理

硫铝酸盐水泥是一种潜在固井材料，其固井界面胶结强度及微观结构尚不明确，为此进行硫铝酸盐水泥浆胶结界面胶结强度增强机理实验研究。采用X射线衍射仪研究硫铝酸盐水泥浆的水化机理，利用胶结强度测试装置测定硫铝酸盐水泥浆固井界面胶结强度，利用扫描电子显微镜和X射线能谱分析表征固井界面的微观结构及化学组分。研究结果表明:龄期为1 d、3 d、7 d时，硫铝酸盐水泥与套管的胶结强度比同龄期G级水泥分别提高了24.3%、20.1%和25.3%；微观分析结果表明，套管表面聚集着大量Al元素(AH₃凝胶)，其高聚合度可以降低界面处的孔隙率，从而提高硫铝酸盐水泥石的界面封固性能。     

多功能完井液和高密度矿渣固井液技术研究

针对泥饼对固井质量的影响和调整更新井固井的技术难点,结合泥浆转化水泥浆技术,配制了多功能完井液,配合高密度矿渣固井液代替纯水泥在调整更新井封固油层,多功能完井液形成的泥饼厚度在小于1.5 mm时能完全固化,可提高第一、二界面的胶结质量,多功能完井液和矿渣固井液相容性好,能提高顶替效率,有效地防止窜槽,经长庆马岭地区中78-5井和南174-5井现场应用结果表明,两口井固井质量均为优质井,而且能大幅度降低固井成本,但高密度矿渣固井液在施工中平均密度低于设计密度,还有待于进一步完善。     

矿渣MTC固化滤饼能力实验研究

固井液与钻井液滤饼实现整体固化胶结一直是石油工程界期待解决的重大技术难题。由于钻井液滤饼的存在，水泥浆与井壁不能牢固胶结，固井后常常出现油气水窜等严重问题，从而造成固井失败。为此，系统地比较了矿渣MTC水泥浆与油井水泥浆在没有滤饼、普通钻井液滤饼、多功能钻井液滤饼3种情况下的界面胶结性能。实验结果表明，没有滤饼存在时，油井水泥浆的胶结性能明显优于矿渣MTC；普通滤饼存在时，水泥浆和MTC均不能得到令人满意的胶结性能；油井水泥浆不能使多功能钻井液滤饼固化胶结，而矿渣MTC能够实现多功能钻井液滤饼的固化胶结。多功能钻井液钻井技术与矿渣MTC固井技术联合使用可以适当淡化顶替技术，充分发挥矿渣MTC技术的经济、技术优势，提高固井质量。     

提高定向井第二界面胶结质量的钻固一体化技术

定向井由于其井眼轨迹复杂、套管不易居中,导致固井顶替效率低、泥饼清除困难。而顶替不干净的钻井液和未清除的井壁泥饼与水泥浆不相溶是固井第二界面胶结质量差的主要原因。钻固一体化技术的实质是在钻井液中引入一种可固化的潜活性胶凝材料,在井壁形成可固化的泥饼,固井时通过补充潜活性材料和加入激活剂可将其转换做为固井液,有效解决了钻井液与固井液不相溶的难题。该技术在两口定向井成功应用,有效提高了油层段的第二界面胶结质量,有效防止了各种流体层间窜流的可能性。     

固井液与多功能钻井液泥饼整体固化胶结的可行性探讨

研究了MTC固井液和油井水泥浆固井液与多功能钻井液泥饼的胶结状况。试验结果表明，多功能钻井液泥饼的固化反应直接受到固井液水化反应机理和过程的控制。在MTC浆水化反应初期会产生大量发生水化反应必需的可溶性离子，这些可溶性离子渗透到多功能钻井液泥饼内部，为其提供了可激发水化反应的可溶性离子，从而实现了整体固化胶结；而在油井水泥浆与多功能钻井液泥饼的胶结试验中，能够渗透到泥饼内部的大多是Ca^2 ，而Ca^2 离子极易和泥饼中的膨润土颗粒和处理剂发生絮凝反应，形成不会固化而且破坏胶结强度的絮凝产物，剩下的少量Ca(OH）2难以激活多功能钻井液泥饼的水化反应，因此整体固化胶结难以实现。要实现油井水泥浆固化体与多功能钻井液泥饼的整体固化胶结，应该对固井液体系进行必要的改进，使其在水化反应过程中产生的水溶性离子的种类和数量能够满足泥饼固化的需要；同时应该注意研究新的能够激发和促进泥饼固化水化反应的钻井液添加剂，对钻井液进行必要的改进。     

水泥矿渣固井液在胜利乐安油田草4定向井固井中的应用

钻井液对水泥浆的污染及水泥浆与泥饼不相容性是影响顶替效率及固井质量提高的主要原因,为此,开发研制了水泥 矿渣体系.文中以草4-2-斜217井和草4-7-斜219井为例介绍了该技术在胜利油田乐安区块的现场应用情况.室内试验和现场应用证明:水泥 矿渣体系与钻井液相容性好,钻井液顶替效率高,二界面胶结质量好;失水性能易于控制,API失水量根据需要可调;体系早期强度高,满足射孔开采要求;体系流动性能好,流性指数和稠度系数满足现场施工要求;水泥石胶结强度较原浆水泥石明显提高.该体系目前已经在该地区应用6口井.     

MTA防窜固井技术原理及现场应用分析

泥饼仿地成凝饼(MTA)法防窜固井,是针对MTC固井技术的不足、为更好地提高固井二界面胶结质量而提出的新技术。该方法是钻开封固段前50~200 m,在钻井液中加入0.5%~3.0%的泥饼改性剂并维持该比例至完井,固井时以凝饼形成剂为基础配置3~4 m3前置液,注入该前置液后随之注入水泥浆,不改变油井水泥浆体系,但对钻井液泥饼进行了处理。其整体固化胶结机理是,用凝饼形成剂对泥饼界面进行修饰、处理并使其与泥饼改性剂初步反应生成凝饼胶结物,再逐渐形成致密凝饼。为了验证MTA方法的实际固井效果,在大庆油田、胜利油田和河南油田的23口老区调整井(常规油井16口,稠油井7口)中进行了现场应用。应用结果表明,固井一、二界面质量合格率100%,其中大庆油田应用井固井质量优质率和合格率分别提高13.01百分点和1.15百分点,胜利油田应用井固井二界面质量合格率提高约30百分点,河南油田应用井平均总井段优质率达到90.48%。      

矿渣MTC固化泥饼能力及其行为原因分析

矿渣MTC能不能实现泥饼的固化胶结,是否能提高第二界面胶结强度,对矿渣MTC的推广应用极其关键,为此系统比较了矿渣MTC水泥浆与油井水泥浆在没有泥饼、普通钻井液泥饼、多功能钻井液泥饼3种情况下的界面胶结性能,并对泥饼固化的原因进行了分析研究.实验结果表明,没有泥饼存在时,油井水泥浆的胶结性能明显优于矿渣MTC;普通泥饼存在时,水泥浆和MTC均不能得到令人满意的胶结性能;油井水泥浆不能使多功能钻井液泥饼固化胶结,而矿渣MTC能够实现多功能钻井液泥饼的固化胶结.结果还表明,泥饼固化的首要条件是泥饼中必须含有胶凝材料,由于普通泥饼中没有胶凝材料,所以不论是什么固井液都不能使其固化.而矿渣的活性是潜在的,只有被激活才能发挥胶凝性能,因此油井水泥浆无法与多功能钻井液泥饼发生同步的水化固化反应,只有矿渣MTC浆体与多功能钻井液泥饼相遇,才能既保证有胶凝组分的存在又具有足以激活矿渣水化的可溶性激活组分,从而有效实现泥饼的固化,提高固井质量.     

百色油田调整井固井技术研究与应用

百色油田由于注采不平衡,纵向上形成多压力层系,给调整井固井带来很大的困难,通过分析百色油田调整井固井封固后环空油气水窜槽的原因,认为提高调整井固井质量必须改善水泥浆在井下的胶结环境和提高水泥浆的防窜性能。百色油田调整井采取的主要固井技术措施施为,使用双纠套管扶正器,使套管居中不偏心,采用快体冲洗液,并加以大量的低密度水泥浆前置液,尽量消除泥饼对水泥胶结的影响,提高界面胶结强度和质量,采用具有直角稠化,短侯凝,超短过滤,低失水,高早强,微膨胀性能的防窜双凝水泥浆体系和环空憋压候凝措施,达到压稳,防窜的目的,在水泥浆中引入膨胀剂和套管内敞压候凝技术,消除因内部压力和水泥浆固有的膨胀－收缩特性而造成的微缝－微孔隙,实现环空密封。经6口井现场应用表明,该固井工艺技术措施解决了百色油田薄油层,薄隔层的封固难题,提高了百色油田的固井质量。     

油井水泥浆与多功能钻井液泥饼界面离子扩散阻碍机理

对泥浆转化为水泥浆（MTC）固井液水化离子可扩散进入多功能钻井液泥饼的机理已有研究,但对油井水泥浆水化离子不能扩散运移进入多功能钻井液泥饼的机理尚未清楚。采用离子色谱仪、原子吸收分光光度计和X射线衍射仪,从油井水泥浆与MTC固井液离子组成的差异性入手,对油井水泥水化离子向多功能钻井液泥饼扩散运移的阻碍机理进行了研究。结果表明,油井水泥浆中Ca²⁺的质量分数远远大于MTC固井液中Ca²⁺的质量分数,在油井水泥与多功能钻井液泥饼界面生成了CaCO₃、CaSO₄和Ca(OH)₂,而MTC固井液中Na⁺的质量分数则大于油井水泥浆中Na⁺的质量分数;Na⁺可改变泥饼中活性颗粒表面的ζ电位和破坏钻井液有机处理剂表面形成的水膜是MTC固井液中水化离子能扩散运移进入多功能钻井液泥饼的主要原因,而在油井水泥与多功能钻井液泥饼界面生成的CaCO₃、CaSO₄和Ca(OH)₂沉淀堵塞孔道则是油井水泥浆水化离子不能扩散运移进入多功能钻井液泥饼的主要机理。     

固井、钻井液添加剂室内实验研究

替净是提高固井质量的一个重要前提。然而目前所具有的方法,还不能将钻井液,尤其是不能把滤饼清除干净,严重影响了水泥环的胶结强度。既然不能把它们清除干净,那是否可以利用它们,于是研究试验出了GSN添加剂。它的主要作用是随钻存在于井壁滤饼中,固井时可与水泥中的离子反应,提高滤饼与水泥环的胶结强度,从而提高水泥环界面强度。本文对这种新方法的作用机理进行了初步探讨,并在大量试验的基础上证明了它的实用性。     

克深243井盐膏层大尺寸套管固井技术

克深243井是部署在新疆拜城县的一口评价井,三开钻进至库姆格列木群盐岩段中途完钻,井深5532 m,井底静止温度127.6℃,钻井液密度2.43 g/cm3,地层压力为132 MPa,下入φ273.05 mm+φ293.45 mm复合大尺寸套管进行双级固井。固井存在地层承压能力低井段易漏、盐膏层蠕变、水泥浆压稳防窜性能要求高、长封固段顶部强度发展缓慢等难题,通过选用微锰与GM-1加重剂共同干混保证水泥浆密度,选用2种防窜剂提高水泥浆防窜性能,将高温降失水剂和低温降失水剂复配使用,降低缓凝剂的加量,避免大温差下顶部水泥浆出现超缓凝,加以配套的固井工艺措施,该井段固井施工顺利,固井质量合格。