江汉油田盐膏层固井技术浅谈

江汉油田盐膏层发育，且大都与储层共存，给钻井、固井施工带来很大困难。由于可塑性岩类埋藏达到一定深度时，其上覆地层的重力载荷压力会使地层产生塑性流动，导致套管损坏。十年来，江汉固井工作者根据江汉油田的地质特征，以江汉盐湖盆地的平均上覆地层栽荷压力为依据设计套管强度，以盐治盐，用饱和盐水水泥浆固井。     

江汉油田盐膏层固井技术

膏盐地层固井质量不易保证已早有共识,江汉油田油气田井在生产过程中套管损坏也多与固井质量有关。这里膏盐层发育,且大都与储层共存,经钻井、固井施工带来很大困难,可塑性岩类埋藏达到一定深度后,在其上覆岩层的压力下不会产生塑性流动,导致套管损坏。文章全面总结了过去固井失败的原因,机理,多年来积累的解决这一问题的办法,经验,根据江汉油田的地质特征,以江汉盐湖盆地的平均上覆地层地层压力为依据设计套管强度,提出了以盐治盐,用半饱和盐水水泥浆固井等9个方面提高固井质量的措施,收到很好效果。     

三层组合套管强度分析与计算

我国大部分油田套管损坏的原因主要是岩盐层、膏岩层、泥岩层等由于蠕变产生的塑性流动而挤坏套管的.这些地层产生较大的非均匀载荷,目前主要是采用双层组合套管的设计思想来提高套管的强度,虽然取得了一定的效果,但是对于蠕变率很高、局部异常高压地层或稠油油井,采用双层组合套管仍不能保证套管安全.本文采用3层组合套管来进一步提高套管强度,以满足特殊岩层套管强度的需求.     

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我国各油田套管损坏日趋势严重，江汉，中原及华北油田等套损坏原因主要是盐，膏，泥，页岩等的塑性流动而挤坏套管。这些地层由于将产生较大的非均匀载荷，通过增加套管的强度来抵抗极限条件下的非均匀载荷是办不到的（１），若采用增加套管壁厚，这使得套管尺寸非标准化，且其得量可能超过外事机负荷。文章对这些非均匀载荷作用的地层采用双层组合套管，根据油田具体情况，套管货源以及套管标准系列进行了优化设计，提供了按压力传     

深井岩盐层套管外载的三维有限元分析

深埋于地下的岩盐在一定地应力和温度作用下发生蠕变,对井中的套管产生随时间而变化的外载,致使套管变形甚至挤毁,为此,针对塔里木油田羊塔地区岩盐层的温度、应力状态及其蠕变特性,建立了岩盐层、水泥环和套管耦合的三维有限元力学模型,研究了地应力状态及其大小、井内液体支撑压力对岩盐层套管受力的影响规律。研究表明,非均匀地应力作用下,盐岩蠕变产生的套管外载是非均匀的,在最小地应力方向的套管外载最大,此时若按上覆地层压力计算套管外挤载荷局限性较大。应用新模型对深井、超深井封固岩盐层的?250.83 mm套管、?177.8 mm套管和?206.38 mm 3种技术套管的强度进行了分析,计算结果与该油田技术套管挤毁的情况吻合,可见新建模型是合理的,可为深井岩盐层套管强度设计提供理论依据。     

油层套管损坏原因分析及预防措施

通过大庆、扶余、玉门、胜利、大港、新疆、青海、河南、辽河、长庆等油田对油层套管损坏的调查表明,套管损坏的主要原因是:套管强度设计及计算、井身结构设计不合理,固井质量不好、井口固定不合理、油层套管封固高度过低,不合理注水开发,盐岩层“塑性流动”、疏松砂岩油层出砂挤坏套管,浅水层腐蚀及套管质量不好等.油层套管损坏是发生在油田建井开始到开发全过程中,减缓油井损坏速度和延长使用寿命的措施是:改进开发方法与采油工艺,改进新井井身结构,套管强度计算,固井封固及究井方法,保证封固质量;建立油田建井与开发两大环节之间的钻井及采油必须共同遵守的技术规程.     

江汉油田油水井套管损坏原因探讨

由于江汉油区复杂的地质条件和工程技术诸因素的影响，导致套管损坏日趋严重，部分油田老井套管成片损坏，而受资金短缺的制约，套损井的更新难以全面及时的实现，因此井下技术状况的恶化给油田后期的正常开发带来了严重的不利影响。从江汉油田套管损坏井的基础资料统计入手，弄清了套管损坏在平面上及纵向上的分布规律，着重分析了引起套管损坏的主要原因，认为地面水、地层水的腐蚀，地应力的变化及外力的作用是引起套管损坏的主要因素，其中套管漏失主要是由腐蚀引起，而套管变形及错断主要是由地应力的变化及外力的作用引起，并提出了相应的套管保护技术对策，对延长江汉油田油水井套管使用寿命，提高油田开发整体经济效益具有一定指导意义。     

深部倾斜盐岩地层套管应力及变形研究

针对川东北盐岩地层套管挤毁变形问题,建立了深部倾斜盐岩地层-水泥环-套管组合体三维有限差分模型,研究了非均匀地应力作用下地层倾角、井斜角、盐岩地层厚度及盐岩力学参数对套管等效应力和变形量的影响。研究结果表明:蠕变1 a时,套管内壁最大等效应力和套管内径最大变形量随着地层倾角和井斜角的增大而同时增大,且地层倾角的影响程度明显大于井斜角,随着盐岩地层岩石力学性质的增强而同时降低,即层间岩石力学性质差异越小,套管安全系数越高;当地层倾角和井斜角较大时,套管的最大变形量随着盐岩地层厚度的增大呈线性增加;利用建立的三维数值模型可以对一定地质条件下的深部倾斜盐岩地层套管的变形趋势进行重现和预测。研究结果对于预防和解决川东北油气田盐岩地层套管损坏问题、优化盐岩地层钻井设计及套管强度设计具有较高的理论参考价值。     

TP130TT高抗挤套管的研制与应用

针对中原油田受盐层“塑性流动”和高地应力诸多因素影响造成套管损坏十分严重的事实，开发研制了TP130TT高抗挤套管。测试表明，该套管抗外挤强度应大于许用抗外挤强度167MPa，现场应用245口井，未发现任何套变等套管质量问题，井况较好。     

出砂因素对采油井套管损坏力学分析

以东濮凹陷WZ油田井况调查套管损坏资料为依据,分析说明地层出砂是引起套管损坏的主要原因。在对出砂油井套管损坏形态、层位与射孔状况、岩石性质等因素进行综合分析基础上,对疏松砂岩出砂、上覆岩层坍塌等主要方面导致的套管受力变形进行研究,为探讨疏松砂岩地层套管的损坏机理及防治措施提供依据。     

海陆过渡相不同页岩岩相的岩石力学特性及能量演化特征

针对海陆过渡相不同页岩岩相岩石力学特性及能量演化特征认识不足的问题,以鄂尔多斯盆地东缘二叠系山西组山₂³亚段井下岩样为研究对象,开展了系列实验研究。结果表明:不同页岩岩相的力学特性差异较大,在单轴压缩实验下,硅质页岩相、黏土质页岩相抗压强度平均值分别为58.5、17.9 MPa;在单轴压缩条件下不同页岩岩相均有较强的脆性且为劈裂破坏,随围压增大,塑性增强且转变为剪切破坏,硅质页岩相破坏最严重;不同页岩岩相在峰值强度点处的能量参数有较大差异且受围压的影响程度不同,单轴压缩条件下硅质页岩相、黏土质页岩相、混合质页岩相的平均总能量分别为0.071、0.016、0.044 J/cm³。研究成果对海陆过渡相页岩储层井壁稳定和压裂优化研究具有一定的参考意义。     

早强低密度水泥浆体系提高低压易漏井固井质量

川西南部地区储层段地层压力系数低,采用常规密度水泥浆固井作业时易产生漏失,造成储层伤害,降低油气井产能,且固井质量难以保证,影响后期井筒完整性。为此,采用颗粒级配技术,利用不同密度不同粒径微硅（2.16 g/cm³、0.1 μm）、漂珠（0.7 g/cm³、45～300 μm）等外掺剂与水泥进行复配,研制了一套密度介于1.25～1.40 g/cm³的早强低密度漂珠水泥浆体系。该水泥浆体沉降稳定性良好,上、下密度差小于0.03 g/cm³,稠化时间可调,稠化过渡时间最长15 min,最短5 min,失水小于50 mL,48 h抗压强度大于10 MPa,有效地保障了低压气井的平衡压力固井作业,加入复合纤维的早强低密度漂珠水泥浆增加了水泥石的塑性,从而提高了低压易漏失产层段的固井质量。     

黔北地区下寒武统页岩孔隙结构特征及其含气性能

通过对黔北地区下寒武统牛蹄塘组和杷榔组页岩岩心样品的有机碳含量、矿物组成、孔隙结构及甲烷等温吸附容量等分析,探讨了页岩孔隙结构的发育特征、影响因素以及有机质对页岩甲烷吸附容量的影响。研究表明,下寒武统页岩具有低孔低渗的特征,页岩比表面积介于5.64~28.29cm²/g之间,NLDFT微孔及中孔体积分别为0.02~0.54cm³/100g及0.53~3.38cm³/100g。孔隙度、BET比表面积以及微孔体积与TOC含量均呈正相关,显示了页岩有机质对孔隙的控制作用;而过高的TOC含量对页岩有机质孔隙可能有一定的抑制作用。此外,黏土矿物对孔隙也有一定贡献。下寒武统页岩吸附量为0.30~3.71cm³/g(12MPa),Langmuir最大吸附量介于0.41~4.22cm³/g之间,吸附量与有机碳含量之间大体呈正相关,但高有机碳含量的页岩样品由于具有低的微孔体积及比表面积而表现出相对低的甲烷吸附量。     

修武盆地下寒武统荷塘组海相页岩孔隙特征

通过孔隙度实验、低温N₂吸附法和CO₂吸附法,对修武盆地RDZ01井下寒武统荷塘组页岩孔隙发育特征进行定量表征,结合总有机碳含量、矿物组成及有机质的热演化程度,讨论孔隙发育特征主控因素。结果表明：孔隙形态以楔形孔为主,并发育墨水瓶形孔及狭缝形孔。页岩孔隙度为1.24%~2.91%,具低孔隙度特征;微孔、中孔和大孔3类孔隙分别占总孔体积的35.45%、44.54%和20.01%。页岩总孔体积为5.33×10^-3 ~20.10×10^-3 cm³/g,其中低温N₂吸附法和CO₂吸附法平均孔体积分别为7.40×10^-3 cm³/g和2.24×10^-3 cm³/g;总比表面积为7.62~17.84 m²/g,其中低温N₂吸附法和CO₂吸附法平均比表面积分别为5.23 m²/g和7.41 m²/g。孔径分布的主峰值小于10.00 nm,微孔的结构复杂,0.30~0.70 nm的孔隙较为发育,大的比表面积为页岩气提供更多的吸附位。总有机碳含量是微孔发育的主控因素,同时促进中孔发育,对大孔的影响较弱;黏土矿物增多会降低页岩的孔隙度;高石英含量为总孔体积和总比表面积增大的有利因素。修武盆地下寒武统荷塘组海相页岩和鄂西地区下侏罗统自流井组页岩储集层特征相似,呈现良好的储集能力。     

蠕变性地层中套管有效外挤压力的计算方法探讨

在套管柱设计中,套管外挤压力的计算十分重要。在《钻井手册（甲方）》中,蠕变性地层段的套管外挤压力取为上覆岩层压力,而SY/T 5724—2008《套管柱结构与强度设计》中却将蠕变性地层段套管的外挤压力与岩石的泊松比联系起来,二者不相容。结合钻井施工过程的岩石力学理论,对蠕变性地层段的套管有效外挤压力进行分析。结果表明,SY/T 5724—2008《套管柱结构与强度设计》中关于蠕变性地层段的套管有效外挤压力的计算公式是错误的。建议采用《钻井手册（甲方）》中的蠕变性地层段的套管有效外挤压力计算公式进行套管柱结构设计。      

NC5340TGJ型双机双泵固井水泥车研制

针对山区、沙漠和丘陵地区油气田的开发要求,为解决高压力、持续固井和泥浆密度控制精度等问题,开展NC5340TGJ型双机双泵固井水泥车的研制工作,攻克了电控系统集成、自动混配算法、行驶稳定性校核等关键技术。该型号固井水泥车采用2套驱动和泵送装置,可实现同时或单独施工作业,其输出最高压力为100 MPa,最大排量3 m³/min,且具备手动、自动、半自动3种混浆模式。整车布局合理,结构紧凑,运行稳定性和可靠性满足当前油气田固井作业要求。NC5340TGJ型固井水泥车已完成表层套管固井、技术套管固井等多口井施工作业,水泥浆密度波动值为±0.02 g/cm³。     

我国东部油田水化学成分的基本特征

我国东部油田水的含盐量相差700余倍,有淡水、咸水和盐水。离子分异纯化现象比较明显,富集Cl^-和Na⁺。矿化度增高时,SO₄增高;矿化度变低时,HCO₃^-增加。据含盐量,主要化合物,离子组合特征及其它组分,松辽盆地油田水属淡化类Cl·HCO₃-Na型水,济阳拗陷属成化类Cl-Na型水,江汉盆地属盐化类Cl·SO₄-Na型水。     

识别气层的测井新方法

识别气层的普通方法是以中子测井孔隙度与密度测井孔隙度比较为基础。在低孔隙度、变化的骨架地层中,识别气层常常是困难的。本文提出的测井识别气层新方法,首先是用声波测井、密度测井和中子测井信息计算岩石等效弹性模量差比值(EDR)、,然后用它评价天然气层。计算岩石等效弹性模壕差比泣的公式如下:EDR=E_CW-E_C/E_C式中EDR-岩石等效弹性模量差比值,无量纲;EDR——岩石等效弹性模量,达因/cm²;E_CW—完全含水岩石等效弹性模量,达因/cm².在一般情况下,当岩石等效弹性模量小于完全含水岩石等效弹性模敛时,岩石等效弹性模量差比值大于零,指示是气层,反之,当岩石等效弹性模量等于完全含水岩石等效弹性模量时,岩石等效弹性模量差比值等于零,指示是非气层。、该方法用于评价砂岩气层与碳酸盐岩气层,提高了测井直观识别气层的分辨率于解释精度。     

含多组弱面的页岩水平井坍塌失稳预测模型

目前,水平井穿越长段硬脆性页岩储层过程中的井壁坍塌失稳问题很突出。为此,结合页岩露头、岩心、SEM和FMI资料分析了弱面的产状特征,基于弱面强度理论,建立了含多组弱面页岩的强度分析方法,对均匀分布多组弱面页岩的强度特征进行分析,再综合考虑各组弱面产状、井壁应力状态、井眼方位、原地应力方位等因素,最终建立起了含多组弱面页岩水平井坍塌失稳预测模型,并以川南地区某页岩气水平井开展了实例分析。结果表明,页岩中层理和构造缝之间的交角较大(接近正交);随着页岩岩体中弱面数量的增加,岩体强度大幅度下降,强度受弱面控制作用越显著,当含有4组以上弱面时,强度趋于各向同性,且整体强度大大削弱,使井壁坍塌失稳风险显著增加;随着弱面数量的增加,维持水平井井眼稳定所需的钻井液密度(坍塌压力当量密度)也逐渐增加,不含弱面时坍塌压力当量密度为1.04g/cm3,含1组弱面时坍塌压力当量密度为1.55g/cm3,含2组弱面时坍塌压力当量密度为1.84g/cm3。实例水平井计算结果与实际情况吻合较好,较之传统模型更加准确、实用,有效提高了页岩水平井井壁坍塌压力预测的精度。