深井小间隙尾管固井水泥浆体系研究与应用

针对塔河油田深井尾管固井由于环空间隙小，导致固井时漏失和顶替效率低、水泥环薄耐冲击能力弱且易破碎的问题，优选出了高强低密度度水泥浆和非渗透抗高温常规密度水泥浆，并优选出一种化学冲洗液和加重隔离液组成的复合前置液。塔河油田深井Ф177．8mm尾管固井采用高强低密度水泥浆和复合前置液、Ф127．0mm尾管固井采用非渗透抗高温常规密度水泥浆和复合前置液，固井合格率达到100％，重叠段封固质量优。这表明深井小间隙尾管固井采用高强低密度水泥浆、非渗透抗高温常规密度水泥浆和复合前置液能提高重叠段的固井质量。     

长庆陕224区块储气库井大尺寸套管固井技术

长庆陕224区块地层不稳定,本溪组泥岩段及煤层易出现坍塌,钻井液密度高,接近1.60 g/cm3,技术套管均采用φ244.5 mm大尺寸尾管固井,环空间隙大,冲洗顶替困难,影响水泥石胶结质量。同时储气库井单井注采气量大,工作压力高,长期的注采交变应力作用于水泥环,水泥环的密封完整性不易保证,易出现环空窜流、带压等问题。为此,开发优化了高密度高效冲洗隔离液体系以及韧性水泥浆体系。并在陕224区块靖平22-4-2井φ244.5 mm尾管固井中得到成功应用,固井质量合格率为95.46%,优质率为79.05%,后期注采施工顺利。     

元坝气田大尺寸非标准尾管固井技术

为解决元坝气田开发井三开技术尾管安全下入和提高封固质量的技术难点,在分析总结元坝气田陆相地层固井技术难点的基础上,根据套管悬重与悬挂器坐挂后的过流面积选择合理的非标准尾管悬挂器,确定了尾管悬挂器的性能参数;根据固井防气窜与提高固井质量的要求,选择了合适的水泥浆与前置液体系;为保证套管安全下入和提高水泥环胶结质量,制定了针对性的通井、承压及循环洗井等井眼准备措施;为提高水泥浆顶替效率,设计了合理的入井管串结构与固井工艺措施,形成了可以提高陆相复杂地层固井质量的综合固井技术。该技术在元坝气田现场应用后,固井质量合格率达100%,优质率达54.5%。研究结果表明,大尺寸非标准尾管固井技术可以解决元坝气田陆相地层的固井技术难点。      

深部开窗侧钻井元坝1–侧1井固井技术

元坝1–侧1井是在元坝1井的基础上进行开窗侧钻的一口重点探井,目的是为了进一步揭示元坝地区礁滩相储层气藏情况。完钻斜深7427.23 m,?146.1 mm无接箍尾管下深7425.81 m,是目前川东北地区完钻和套管下深最深的一口井。具有井深、温度高、压力高、钻井液密度高、环空间隙小、井斜、位移大、裸眼段长、小间隙、无接箍套管不能加装扶正器、套管在井眼中居中困难、地层破裂压力梯度不详、面临井漏等技术难题。通过采取优选抗高温水泥浆体系、加重隔离液体系,合理设计入井管柱结构,采用平衡压力固井技术,改进配浆方式等一系列技术措施固井。保证了套管顺利下入,解决了井漏、顶替效率低、施工泵压高、气体窜槽等问题。固井施工顺利,测井解释固井质量优,为超深井、小间隙井固井提供了可借鉴的依据。     

TAMBOCOCHA43区块尾管固井难点及对策

厄瓜多尔TAMBOCOCHA区块单井日产量300~1100 t。因开采需求导致井身结构特殊,φ244.5 mm技术套管下深距产层小于30 m,随钻井径数据失真严重,水泥浆用量难以确定,φ177.8 mm尾管固井施工风险高。下尾管前不通井、窄间隙顶替效率低、产层油水活跃等问题导致固井质量难以保证。通过对复合前置液体系设计,微膨胀胶乳水泥浆体系研究及窄间隙旋转尾管固井施工工艺研究,形成了TAMBOCOCHA区块底水油藏旋转尾管固井技术,该技术有助于尾管下入到位,准确估算裸眼段环空容积,有效提高套管居中度;前置液冲洗效率为93%,水泥浆12 h抗压强度为36.4MPa。现场应用15口井,固井质量优质率达95%,为强底水油藏大斜度小间隙井固井提供技术支撑,解决了厄瓜多尔TAMBOCOCHA区块特殊井身结构的固井难题。      

磴探1井疏松砂岩油层?139.7 mm尾管固井技术

磴探1井尾管固井一次封固段长2 235 m,地层承压能力低,漏失风险大,井眼大且不规则,顶替效率难以保证;裸眼段下部油层段长、上部水层多、层间间断短,压稳难度大;疏松砂岩地层井壁与水泥浆胶结质量差,层间封隔易失效。通过提高地层承压能力、清洁井眼、降低固井施工漏失风险,优化浆柱结构、合理加放扶正器提高固井顶替效率;采用双密三凝水泥浆体系和环空加压工艺压稳油气水层;采用界面增强型冲洗隔离液和微膨胀韧性水泥浆体系提高二界面胶结质量。微膨胀韧性水泥浆体系浆体流动度22 cm,稠化时间在设计范围内且可调,滤失量小于50 mL,游离液为0,沉降稳定性0.01 g/cm3,膨胀率大于0.4%,弹性模量小于6.0 GPa,水泥石抗压强度发展迅速,24 h 抗压强度达30 MPa以上,满足深探井油层尾管固井技术要求,确保了磴探1井?139.7 mm尾管固井质量,为后续该区块深探井固井提供了技术借鉴。     

塔里木山前区块超深井尾管塞流固井技术

克深905井是克深气田克深9井区中部的一口开发评价井,四开完钻需进行尾管固井,井深为7368.2m,井底静置温度为164℃,压力为180MPa,在钻进过程中易发生溢流、井漏等复杂情况,且环空间隙小,安全密度窗口窄,为保证固井质量,防止井漏发生,全程采用塞流注替。根据现场水泥浆情况进行了水泥浆流变学设计和塞流顶替计算;优选了抗高温、抗盐高密度水泥浆体系及与钻井液相容性好的冲洗型隔离液;设计了能够压稳地层密度为2.58g/cm3的抗高温水泥浆;对现场泵压与返出量进行了实施监控。现场固井过程中未发生漏失,施工顺利,所封固井段的固井质量合格率为99.2%,该井尾管塞流顶替为中国首次在井深7368.2m的井段使用。      

涠洲K油田复杂工况旋转尾管固井技术

南海西部的北部湾盆地涠洲K油田X1井是一口工况较为复杂的定向井,存在井斜大、裸眼段长、高温、储层压力衰竭带来的异常低压,同时具有较高的气油比等因素共同作用,给固井作业带来极大的挑战。由于φ177.8 mm尾管与φ215.9 mm井眼环空间隙较小,如果采用常规静态尾管固井技术固井顶替效率偏低,将会导致井下漏失和无法压稳地层,引起气窜,造成压力衰竭和高温目的层位的固井质量难以满足后期射孔开采的要求。为了保证复杂工况下油气水层间良好封隔,该井选择使用旋转尾管下入固井技术和抗高温早强防气窜水泥浆体系,同时优选新型油基钻井液冲洗液和隔离液,有效清洁滤饼,并且实现胶结面的润湿反转;使用软件对尾管旋转扭矩进行精确模拟和提高尾管下入居中度,完成了压力衰竭和高温目的层φ177.8 mm尾管固井作业。采用高清扇区水泥胶结测井仪器进行SBT扇区水泥胶结测井结果表明:油气水层实现了良好的层间封隔,全井段固井质量优,较邻近区块的K2井有了明显的改善,满足了后续射孔开采的要求。      

伊拉克米桑AGCS-41井φ168.275mm小间隙尾管固井技术

米桑油田Abu区块地层压力异常,钻井过程中常发生漏失,井径不规则;环空间隙小,尤其悬挂器座挂后最小间隙2.13 mm,环空流动阻力大;地层压力紊乱,水泥浆候凝期间难以压稳地层流体,影响固井质量;针对区块固井难点,为有效解决尾管固井前复杂井下情况难题,该井从优化环空流体结构、优化水泥浆体系、设计高性能隔离液体系、相容性实验、顶替流态、钻井液性能调整、相应技术措施等多方面入手,该井SBT显示95%以上井段为优质。经现场应用表明,该井采用的综合配套技术措施,有效解决了该区块固井质量差难题,对该油田固井质量提升具有重要意义和对于类似井况固井具有重要的借鉴意义。     

偏心度和密度差耦合条件下水平井顶替界面特征研究

为了解水平井水平段偏心环空固井时的顶替界面特征,提高水平井水平段偏心环空固井的顶替效率,建立了考虑流态耦合与质量扩散的水平井水平段三维动态顶替数学模型,对水泥浆顶替隔离液过程中,偏心度和密度差耦合条件下的顶替界面形态进行了数值模拟。数值模拟结果表明:偏心度增大,偏心效应增强,顶替界面高边指进趋势增强;正密度差增大,浮力效应增强,顶替界面低边指进趋势增强;偏心度和密度差合适的耦合可使偏心效应和浮力效应达到临界平衡状态,此时顶替界面形态相对稳定且界面长度无明显增长,顶替效率最高。模拟结果为水平井水平段偏心环空固井提高顶替效率提供了理论依据。      

水泥浆流变性对水平井固井顶替界面的影响——基于天河一号大规模集群计算平台的数值模拟

水平封固段的固井顶替效果是影响水平井固井质量的关键问题,套管居中度与水泥浆流变性是影响水平段固井顶替效果的重要参数。基于国家超级计算中心天河一号大规模集群计算平台,采用Fluent软件对300 m长水平段偏心环空进行1 000 s的固井顶替数值模拟,研究水泥浆流变性对固井顶替界面的影响规律。研究结果表明:在低居中度（居中度≤50.0%）条件下,水泥浆流性指数n对顶替的影响可以忽略;在中等居中度（50.0% < 居中度 < 85.0%）条件下,提高水泥浆n值可以大幅改善环空宽边隔离液滞留,降低水泥浆n值可以改善环空窄边隔离液滞留,设计时需要综合考虑水泥浆n值;在高居中度（85.0%≤居中度 < 100%）与理想居中度（居中度100%）条件下,设计水泥浆n值时要避免出现其值过小的情况,从而避免在环空出现水泥浆分层窜流现象。研究结果对固井顶替施工设计具有重要指导作用。     

隔离液流性指数对水平段顶替界面影响规律研究

水平段的固井顶替效率是水平井固井质量的关键,隔离液流变性是影响水平段固井顶替效率的重要参数。为此,基于国家超级计算中心天河一号计算平台,采用FLUENT软件进行1 000 s的长水平段偏心环空固井顶替数值模拟,研究隔离液流变性对固井顶替界面的影响规律。研究结果表明:低居中度时,减小隔离液流性指数,可以大幅减少环空宽边与窄边隔离液滞留,减小顶替界面长度,提高顶替效率;中等居中度时,减小隔离液流性指数,可以大幅减少环空宽边隔离液滞留,有效减小顶替界面长度,提高顶替效率;高居中度时,减小隔离液流性指数,有利于减少环空宽边隔离液滞留,减小顶替界面长度,提高顶替效果;理想居中度条件下,隔离液流性指数一定不能大,否则出现严重的水泥浆窜流。研究表明,固井设计施工时需考虑隔离液流变性与套管居中度,以降低环空高边窜流的概率,提高固井质量。      

歧深1井高温深层小间隙尾管固井技术

歧深1井尾管裸眼封固段油气活跃、温度高、环空间隙小,在固井过程中易出现层间互窜、顶部水泥石超缓凝等复杂情况。针对以上难题开展了技术攻关,提出综合采用套管居中、井眼清洁及界面清洗、隔离液、防窜水泥浆及动态压力平衡固井技术。该套技术的运用,确保了该井Φ177.8 mm和Φ127 mm尾管固井环空水泥环分布均匀,且现场施工作业安全顺利,有效地解决了歧深1井尾管固井过程中易出现层间互窜、施工泵压过高（易压漏地层）、顶替效率差、水泥环薄且分布不均匀、顶部水泥石易超缓凝等问题。施工结束后候凝24 h测井固井质量合格。     

塔里木库车山前深井窄间隙小尾管固井技术

库车山前是塔里木油田增储上产的重点区域,井深通常在6000~7000 m左右,地质条件复杂,已钻遇井最高温度近180℃,最高气藏压力为150 MPa。钻井采用五开井身结构,目的层巴什基奇克组专打,厚度较薄,约为200 m,采用尾管固井工艺。井深、温度高（120~180℃）、窄间隙（11~18 mm）、小尾管约200 m,对水泥浆抗温性能、流变性能及力学性能均提出了挑战,同时部分井采用水基钻井液,滤饼厚、清除困难,保证固井施工安全及胶结质量困难。针对以上难点,优选抗高温高强度水泥浆体系、抗高温冲洗隔离液体系,同时配套固井工艺,形成适合库车山前固井的深井窄间隙小尾管固井技术,可大幅度提升环空的冲洗顶替效率,同时水泥浆强度发展快,有利于提高水泥石胶结质量,确保后期负压验窜顺利实施。该技术在大北1101井φ127 mm尾管固井中应用,固井合格率为97.2%,优质率为79.4%,负压差33 MPa验窜合格,创山前水基钻井液固井质量最高记录。      

固井水泥浆环空顶替效率研究

为了在固井施工中,保障水泥浆胶结质量和提高水泥环密封效果,针对采用环空水泥浆顶替钻井液固井时,可能出现的钻井液滞留、顶替效率和顶替界面稳定性的问题,利用CFD流体仿真软件Fluent,针对竖直井建立了长度为100 m,外径为215.9 mm,内径为139.7 mm的环空顶替物理模型,开展偏心度、顶替速度、密度差对环空顶替界面稳定性及顶替效率的影响研究。仿真结果表明,顶替速度是影响顶替界面稳定性及顶替效率的一个因素,当低速度顶替时,顶替界面比较稳定,顶替效率较高;偏心度也会影响顶替界面稳定性及顶替效率,随着偏心度的增加,顶替界面越来越不稳定,界面出现倾斜,顶替效率也随之降低;密度差主要影响顶替界面的形态,在正密度差下,密度差越大,顶替界面越稳定,顶替效率也越高。降低套管偏心度、增大水泥浆的密度及进行低速下的层流顶替可提高界面稳定性,提升顶替效率。以上成果认识,对提升固井效率和固井质量具有一定指导意义。     

元坝地区超深探井复杂地层固井难点及对策

四川元坝地区固井面临井深、高温、盐膏层蠕变、固井安全密度窗口窄、防漏防窜矛盾突出等诸多技术难题,给固井作业带来了很多挑战。针对元坝地区已经完成的11口探井存在的固井工艺技术不够完善、固井质量不稳定的现状,分析了该地区固井存在的主要技术难题,并对不同地层固井的水泥浆体系进行了针对性选型,强化了通井技术措施,综合应用了提高顶替效率的技术措施等。在元坝12井等井固井中应用,已经初步取得了成效。      

元坝地区固井技术难点与对策探讨

川东北元坝地区面临井深、高温、高压、固井安全密度窗口窄、防漏防窜矛盾突出等诸多技术固井难题。针对元坝地区已完成井固井质量不稳定、环空窜气的现状,创新性地在元坝15口井固井作业中使用了泥饼固化防气窜固井技术,该技术有效提高了固井质量,对下步该地区提高固井质量、减少环空窜气有一定的借鉴意义。     

井径不规则性对固井顶替效率影响规律研究

固井环空水泥浆顶替效率的高低对防止钻井液窜槽、保证水泥胶结质量和提高水泥环密封效果具有重要影响,而井径不规则性则是影响顶替效率的主要因素。根据物质输运方程、扩散方程及κ-ε紊流方程,建立了固井环空水泥浆-隔离液顶替流动数学模型,利用计算流体力学方法对水泥浆顶替过程进行了数值模拟研究,得到了井径变化率、排量对环空速度分布和顶替效率的影响规律。研究结果表明:随着顶替排量的增加,顶替效率增大;井径不规则性越强,水泥浆顶替效率越低。研究结果可为复杂井筒的固井作业提供理论依据和指导。     

顺南井区高温高压防气窜尾管固井技术

顺南井区井温超高,地层压力系统复杂,气层异常活跃,防气窜固井难度大,导致固井质量不合格。为解决气体窜通和水泥石高温强度衰退的难题,开展高温高压防气窜固井优化研究。通过优化外加剂,得到了新型胶乳液硅防气窜水泥浆体系。研究结果表明,用粒径为0.18、0.125或0.09 mm的硅砂复配,能够克服178℃下水泥石高温强度衰退的难题;胶乳水泥浆体系加入液硅后,防气窜能力增大;加入纤维可以使水泥石弹性模量降低48%,抗冲击性好;水泥浆呈直角稠化,具有较好的防气窜能力。优化前置液结构,使用加重隔离液技术实现低速紊流顶替。为防止水泥浆失重导致气层不稳,替浆后反循环洗井并尽快进行环空憋压,实现以快治窜。同时,配套抗高温气密封固井工具与附件,以保证防气窜固井质量。顺南井区φ177.8 mm尾管防气窜固井质量得到良好改善,为该工区高温高压防气窜固井提供重要的技术支撑。      

苏里格小井眼一次上返固井技术研究

苏里格气田小井眼开发试验井152.4mm井眼下88.9mm油管完井,固井采用一次上返,水泥浆返至地面。固井施工时管内外静液柱压差大、套管内间隙小流动磨阻大导致施工压力高影响顶替效率,并且刘家沟地层承压能力低,顶替过程中易发生漏失,影响水泥浆返高。为解决该问题,研发了高强微珠低密高强水泥浆体系,该体系密度低、强度高、性能稳定,在解决漏失问题的同时还能对地层进行有效封固,满足长期注采需要;并通过前置液后置液技术,提高顶替效率,解决了高泵压低环空返速情况下的顶替效率问题。目前已在苏里格气田使用该工艺完成现场实验3口井,固井质量一次合格率100%,井底未留水泥塞,水泥浆成功返出地面,实现了全井段封固。