泡沫水泥固井施工参数优化设计

泡沫水泥具有密度低、强度大、渗透率低、无游离液和防气窜能力强等特点,在国内外油田长封固井段或低压易漏地层固井施工中得到了广泛应用.现场通常采用"穿鞋戴帽"的固井方式,在关键封固井段使用泡沫水泥浆,其余井段使用常规水泥浆进行封固.当前泡沫水泥固井施工设计,主要是在忽略泡沫水泥浆流动摩阻的基础上,利用环空候凝状态压力平衡关系进行计算,使施工参数设计缺乏一定的合理性.为此,笔者在分析泡沫水泥浆多相流动摩阻损耗后,建立了泡沫水泥浆流动压降计算模型;同时引入了固井施工中存在的U形管效应,基于平衡压力固井施工原则,建立了泡沫水泥固井施工参数优化设计方法.并通过现场试验验证了该施工参数优化设计方法的实用性.     

泡沫水泥固井技术研究

吐玉克油田和巴喀油田均属典型的裂缝-孔隙型油藏,具有地层压力低、封固段长、地层裂缝发育、浅层气活跃等特点,这些都给固井作业带来了很大困难[1,2].根据泡沫水泥的基本组分和性能特点,提出了泡沫水泥浆密度设计要求和灰量计算公式,筛选出了泡沫水泥浆配方.室内研究和现场试验表明,泡沫水泥浆性能优良,施工方便,成本低廉,能提高低压易漏长封固段复杂的固井质量.     

杭锦旗区块漂珠-氮气超低密度泡沫水泥固井技术

为解决杭锦旗区块固井井漏难题,实现水泥浆一次安全上返形成完整水泥环,提高固井质量和保证井筒的完整性,开展了漂珠-氮气超低密度泡沫水泥固井技术研究。在漂珠低密度水泥浆体系中充入氮气,并加入发泡剂和稳泡剂,形成了高压充氮气发泡工艺,设计了密度为1.15~1.20 kg/L的漂珠-氮气超低密度泡沫水泥浆;自主设计研发了机械注氮设备,配套了现场节流加回压装置,形成了超低密度泡沫水泥浆控压防漏固井技术。该固井技术在杭锦旗区块5口井技术套管固井中进行了应用,水泥浆均一次性安全上返。其中,JPH351井井下泡沫水泥浆平均密度为1.15 kg/L,封固段长2 800.00 m,固井质量优良。研究与应用结果表明,漂珠-氮气超低密度泡沫水泥固井技术可以解决杭锦旗及类似区块低压井固井漏失难题。      

固井水泥发泡车的开发

在常规低压易漏井固井作业中,通常要求使用低密度水泥浆。泡沫水泥是技术、经济优势比较明显的一种低密度水泥。为现场配制泡沫水泥,中油特种车辆有限公司开发了固井水泥发泡车。阐述了这种专用车的工作原理、整机布局方案、发泡系统和流量控制系统,介绍了其试验试用情况,指出该车具有水泥浆体密度连续可调、工作效率高、成本低等特点。     

泡沫水泥压力计算分析研究

泡沫水泥具有密度低、强度大、渗透率低、无游离液和防气窜等特点，主要用于长封固井段或低压易漏地层的固井施工。由于在泡沫水泥中含有气体，其中气体参数又是温度和压力的函数，因此在固井施工设计中不能采用常规固井理论进行相关计算。为此，根据实际固井施工模型，利用水力学知识与热力学原理建立了相应的计算模型，在对泡沫水泥密度和压力变化分析基础上，形成了适用于固井现场的泡沫水泥修正压力计算方法。详细阐述了施工模型的建模思路和求解过程，并通过修正压力计算值与采用数值方法求解的压力值对比，说明了该计算方法在误差范围内的正确性和可行性，能够为现场固井压力计算提供参考。     

泡沫水泥浆固井技术在吐哈油田的研究与应用

新型泡沫水泥浆的泡沫细小均匀，结构稳定，具有密度低、渗透率低、强度高、导热低的特点。吐哈油田的现场试验表明，泡沫水泥浆对于解决吐哈油田低压易漏层、气层和盐层等复杂地层的固井问题，将是极其有效的方法之一。     

泡沫水泥固井技术在青海油田的应用

针对青海花土沟油田、油砂山等油田低压油气井地层承压能力低。固井时易发生叠失的特点。固井时采用在漂珠水泥浆中加入FC或TW系列发气剂配制成的化学泡沫超低密度水泥浆．试验结果表明，化学泡沫超低密度水泥浆强度高、稠化时间易于控制。并具有低污染和一定的堵漏性能，能使水泥浆井下密度降低至l-30-1．35g／cm3，井口密度降低至0．90～0．95g／cm2，提高低压易漏地层的封固质量。降低对产层的污染．在青海油田2000～2002年的现场应用结果表明，泡沫固井技术在青海油田的应用已经成熟。从应用范围、应用数量和泡沫固井质量都有明显的提高．固井质量达到原先的预想，表明该泡沫水泥浆较好地解决了青海油田浅、中层低压易漏失井的固井问题．化学泡沫超低密度水泥浆避免了固井补救措施造成的费用。而且节约了大量的机械设备购置资金和维修费用。具有较好的经济效益．     

低密度高强度水泥浆固井技术在吐哈油田的应用

吐哈油田属于低压低渗油藏,井下漏失问题一直是钻井和固井过程中的最大难题,为解决长封固井段固井、低压易漏井固井、全井封固的气井固井和使用微泡沫钻井液钻井后的固井的难题,采用低密度高强度水泥浆体系固井.经现场应用表明,低密度高强度水泥浆通过合理调整外加剂的加量,水泥浆的稠化时间和其它性能可任意调节,在温度为40～90 ℃下,密度为1.3～1.6 g/cm3时,该水泥浆体系稳定,流变性能良好,抗压强度高,失水量低,游离液低,凝结成水泥石后体积不收缩,结构致密,渗透率低并有一定的防窜能力.该水泥浆有效地解决了长封固段低压易漏层油气井固井过程中的难点,保证了固井施工质量,固井合格率为100%,优质率为70.8%.     

吐哈油田葡北3-12井超长封固段固井技术

葡北3-12注气井位于吐哈盆地葡北构造带中断葡北1号构造．井深为3610m。针对该区块地层承压能力低，易漏失，油气水窜严重，常规固井方法无法满足固井要求的问题，该井采用三段三凝制、常规水泥浆和泡沫水泥浆体系固井，并采用重钻井液顶替技术．降低施工压力。该技术能保证固井候凝过程中井底压力平衡，施工安全。现场应用表明，采用常规水泥浆和泡沫水泥浆固井技术．提高了低压易漏井、长封固井段的固井质量，解决了水泥返高不足的问题；并通过一次常规固井工艺实现了全井封固，简化了施工工艺，节约了成本，经济效益和社会效益十分显著。该井封固优质段累计达2600m，优质率达85％，固井结果良好。     

顺北油气田低压易漏层泡沫水泥浆固井技术

顺北油气田二叠系裂缝发育,地层承压能力低,固井漏失风险大。针对该问题,优选了抗高温抗盐的蛋白质发泡剂和高聚物稳泡剂,二者加量分别为2%～4%和0.4%～0.8%时,泡沫可在120℃下保持稳定;研制了密度1.10～1.30 kg/L可调的防漏泡沫水泥浆体系,其流动性好,120℃下API滤失量小于50 mL,泡沫水泥石密度差小于0.03 kg/L,密度1.10 kg/L泡沫水泥浆形成的水泥石在低温常压下养护72 h的抗压强度可达7.2 MPa,泡沫水泥浆综合性能优良;研究形成了基于井深、温度和压力的环空分段充气设计方法,充气量根据井深、水泥浆密度和注水泥浆排量实时调整,以保证环空泡沫水泥浆密度上下均匀。基于上述研究成果,形成了顺北油气田低压易漏层泡沫水泥浆固井技术,并在该油气田2口井封固存在低压易漏层的二叠系时进行了应用,泡沫水泥浆均成功返至地面,固井质量优良。该技术为顺北油气田低压易漏层安全高质量固井提供了技术途径,也可为其他区块裂缝性地层防漏固井提供了借鉴。     

高性能、低成本化学泡沫水泥浆在青海油田低压易漏井的应用

针对青海花土沟油田、油砂山油田低压油气井地层承压能力低，固井时易发生漏失的特点，固井时采用在漂珠水泥浆中加入FC系列发气剂配制成的化学泡沫超低密度水泥浆。试验结果表明，化学泡沫超低密度水泥浆强度高、稠化时间易于控制，并具有低污染和一定的堵漏性能，能使水泥浆井下密度降低至1.30-1.35g/cm^3，井口密度降低至0.90-0.95g/cm^3,提高低压易漏地层的封固质量，降低对产层的污染。在青海油田6口中、浅层低压易漏失油气井进行了应用，这6口井的漏失非常严重，但是固井质量为3口优质、3口合格，固井质量达到了原先的预想，表明该泡沫水泥浆较好地解决了青海油田浅、中层低易漏失井的固井问题。化学泡沫超低密度水泥浆避免了固井补救措施造成的费用，而且节约了大量的机构设备购置资金和维修费用，具有较好的经济效益。     

欠平衡钻井泡沫水泥浆静液柱压力分析

泡沫水泥固井是欠平衡钻井配套应用的主要技术之一。要想保证全过程的欠平衡状态,在固井时推荐使用泡沫水泥,而且,泡沫水泥浆在气体钻井、易漏地层钻井中得到了广泛的运用。泡沫水泥的静液柱压力是使用该水泥的关键参数,文章讨论了泡沫质量以及温度、压力对泡沫水泥浆密度的影响,推导出了泡沫水泥浆静液柱压力计算公式,利用该式可以方便地估算泡沫水泥固井时的静液柱压力,最后对计算结果进行了简要的分析。     

建35-3井空井固井技术

建35-3井是建南南高点低压易漏地质构造上的一口开发井,该井在φ311.2 mm井眼采用空气钻井技术钻至井深2 690 m,然后下入φ244.5 mm技术套管.为了解决空气钻井达到设计井深后,替入钻井液再下套管、注水泥固井面临井壁水化失稳和井漏等问题,决定在该井直接进行空井固井作业.通过分析固井技术难点,并采取非插入武正注反灌注水泥固井作业,选用双凝双密度水泥浆体系,用增韧防漏水泥浆作尾浆,该井实现了低压易漏地层全井封固,而且施工顺利,固井质量合格,值得借鉴和推广.     

适用于长庆油田固井的超低密度泡沫水泥浆

长庆油田靖安、华池及镇源区块因地层承压能力低,固井作业中易发生井漏,影响固井质量。采用以漂珠水泥浆为基浆,加入FC系列发气剂配成超低密度泡沫水泥浆。对该水泥浆的配方、性能、密度变化及应用效果进行了评价。漂珠超低密度泡沫水泥浆抗污染能力强、防窜性能好、成本低,能使水泥浆密度降低为1.20～1.25g/cm~2,提高低压易漏长封固段的固井质量。     

充气泡沫水泥浆固井技术在焦页9井的应用

针对涪陵区块外围探井固井过程中普遍面临的水泥失返、固井胶结差等问题,对焦页9侧钻井准244.50 mm技术套管固井难点进行了分析。采用低密度泡沫水泥浆体系,利用高压气体混合发泡方法,在掺有发泡剂、稳泡剂的嘉华G级水泥浆中直接产生泡沫,通过合理设计注气量,形成了充气泡沫水泥浆固井工艺技术。该项技术在焦页9侧钻井固井中得以应用,一次性注水泥浆成功实现全井封固,泡沫水泥浆裸眼封固段长达1 200 m,井下平均密度1.55 g/cm3,固井胶结质量明显优于漂珠水泥体系。实践结果表明,充气泡沫水泥近平衡固井技术,对解决固井恶性漏失、防止浅层气窜和提高固井顶替效率等具有好的效果。     

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。      

低压易漏井固井技术

阐述了中原油田应用于低压易漏井的3项固井技术及其应用效果,即高强低密度水泥浆技术、前置低密度钻井液固井技术和双级注水泥技术。结果表明,这3项固井技术的应用,成功地解决了中原油田目前低压易漏井固井时出现的井漏和固井质量等问题。     

小间隙易漏定向井泡沫水泥浆固井技术研究

根据花土沟油田井身结构特征及地层压力系数较低,固井施工中易发生井漏,导致固井质量不合格的现状,调整了固井配套技术,并研究开发了泡沫水泥浆固井体系,使该区块的固井质量大大提高,解决了研究区低压小间隙易漏定向井的固井质量问题,减少不必要的后期作业,具有较大经济效益和社会效益.     

低密度水泥浆固井技术

针对延长油田股份有限公司西区采油厂的地层特性、储层特点和固井难点,研制出了适合西区采油厂的地层条件、一次上返低压易漏固井用水泥浆体系,以及与产层固井低失水水泥浆体系相配套的固井工艺技术.通过对室内研究与现场施工的总结分析,证明了现场固井设计的合理性,同时固井质量大幅度提高,达到了项目的研究目的,对今后其他地区和气井长裸眼固井具有一定的指导意义.     

低密度高炉矿渣水泥浆固井技术

针对长庆油田低压易漏地层团井水泥浆返高和固井质量存在的问题,用高炉矿渣、膨润土设计密度1.40～1.60g/cm³的矿渣膨润上水泥浆,用矿渣和钻井液设计密度1.40～1.60g/cm³的矿渣MTC浆,用矿渣和多功能钻井液设计密度互1.40～1.60g/cm³的矿渣UF浆。对三种低密度矿渣水泥浆的抗压强度、凝结时间、流变性和稳定性进行了试验研究。室内研究结果和现场试验结果表明,三种低密度矿渣水泥浆水泥石抗压强度高,水泥浆流变性好,体系稳定。低密度矿渣膨润土水泥浆现场施工方便,固井质量优质率平均约80%.低密度矿渣MTC浆和矿渣UF浆现场施工有局限性,但其对提高固井质量的技术优势必将引起固井界人士的关注和研究应用。