小眼井层流注水泥顶替机理分析

用宾汉流体建立了水泥浆层漉顶替钻井液的理论模型。机理分析表明，小眼井中套管偏心对层流注水泥宽窄间隙顶替速度差异影响显著，而顶替压力梯度影响较小。在层流条件下．增加水泥浆动切力和水泥浆与钻井液密度差并减小钻井液动切力，有利于使整个环空钻井液顶替。但由于套管偏心是小眼井环空的显著特征，在实际注水泥中，尽量避免采用层流顶替模式。     

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水泥浆滤失受到井壁内外泥饼及不同渗透率岩心的阻挡作用，其失水量比ＡＰＩ标准所测数值小很多，当水泥浆ＡＰＩ失水量为２５０ｍＬ／３０ｍｉｎ×７ＭＰａ时，模拟井下的实际失水量约为７～１２ｍＬ／３０ｍｉｎ×７ＭＰａ。因此，在注水泥时，较大的水泥浆失水不会造成系压的急剧增高；也不会在水泥浆凝结过程中形成桥堵，引起油、气、水窜及损害油、气层等问题。水泥浆失水的主要作用，在于保持一个良好、稳定、自由水少的水泥浆体系，使水泥石均匀地分布在环形空间内，既提高了水泥环质量，对防止气窜也有好处。     

注水泥顶替环空钻井液滞留角度优化计算

在油气井固井注水泥过程中,由于套管偏心,井眼环空各间隙处钻井液被水泥浆顶替的情况不同,窄间隙处的钻井液受到较大的阻力而容易滞留。为了保证固井质量,从流体受力分析出发,研究了水泥浆与钻井液密度差以及流体流变性能等因素对注水泥顶替效率的影响规律,建立了偏心环空内的钻井液滞留角度范围模型。采用"高斯数值积分结合弦割法"对该模型进行了数值求解,结合现场实际情况,计算了不同固井工况下的截面顶替效率,进而定量求得钻井液零滞留时的驱动压力梯度。对于直井和大斜度井,通过增大水泥浆与钻井液的密度差、降低钻井液静切力以及提高水泥浆动切力均有利于改善大斜度井和水平井内的注水泥顶替效率。     

大斜度井偏心环空注水泥顶替数值模拟研究

为了进一步了解大斜度井注水泥顶替机理,提高注水泥顶替效率,借助计算流体力学软件Fluent,建立了大斜度井环空三维模型,采用流体体积法进行了水泥浆顶替钻井液的数值模拟研究。分析了井斜角、偏心度以及水泥浆与钻井液的密度差对顶替效率和顶替界面稳定性的影响规律:增大井斜角会降低注水泥顶替效率;在大斜度井偏心环空中,随着水泥浆与钻井液密度差的增大,顶替效率先增大后降低;在大斜度井中,套管偏心并不完全是降低顶替效率,当套管具有一定偏心(建议偏心度取为0.1~0.2)时,可在一定程度上阻止由于正密度差造成的水泥浆在环空低侧窄间隙突进,从而提高顶替效率。通过数值模拟,总结了大斜度井与直井注水泥顶替机理的区别,为大斜度井注水泥顶替参数设计提供了一定的参考和理论依据。      

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提高小井眼水泥浆的顶替效率，是保证小间隙水泥环密封质量的重要因素之一。章根据液体在小井眼、小间隙中的流动特点，采用理论和实验相结合的方法，对提高小间隙水泥浆顶替效率的几项基本因素，进行了深入的研究，研究突破了紊流和塞流的顶替概念，提出了如何控制水泥浆和钻井液的压力梯度及动切力的比值α和b，来提高小间隙顶替效率的具体方法。中还对提高小间隙水泥浆顶替效率的套管偏心度、紊流接触时间、钻井液触变性等指标提出了具体要求。     

基于相场法的偏心环空注水泥顶替过程数值模拟

采用实验或理论方法研究偏心环空注水泥过程较困难,大多采用数值模拟方法,为了解决偏心环空注水泥顶替时存在的窄间隙和顶替界面追踪问题,考虑相界面间的表面张力并将其作为耦合变量,用NavierStokes方程描述流体流动,用Cahn-Hilliard方程表征相界面变化,建立了基于相场法的注水泥顶替模型,通过数值方法研究了偏心环空注水泥时的流场及顶替界面演变过程。结果表明:偏心环空注水泥存在宽边顶替液指进、窄边被顶替液滞流现象,容易使水泥浆混浆而降低固井质量;当偏心度、水泥浆、前置液或钻井液性能一定时,采用低排量顶替,有助于降低偏心效应对顶替效率的影响。该方法考虑了表面张力的影响,对于微通道多相顶替问题也适用,可以用于小井眼或裂缝性漏失地层等复杂工况下的注水泥顶替过程模拟;该方法能够观测到被顶替液的"滞流"现象,完善两相顶替控制方程,以更真实地模拟被顶替液"滞留"现象,是下一步数值模拟的研究方向之一。     

大斜度井和水平井的尾管固井工艺

大斜度井和水平井的尾管固井的难点：一是斜井段注水泥顶替效率差；二是尾管悬挂工具在斜井段座挂困难，三是水泥浆析水控制难度大，通过两年多的尾管固并实践，认为有效的办法是围绕优化水泥浆体系，加强失水及密度的控制；要求钻井液要有一定屈服值，要求采用不找中和点悬挂器，在注水泥施工中严格控制工艺措施。     

大套变井连续油管带压注水泥塞技术

华北油田留70-85井具有井筒严重套变、井口带压、地层存在漏失等特点,采用常规的60.3 mm油管难以下入到井筒的设计深度进行泵注暂堵水泥塞施工作业。鉴于此,利用连续油管(CT)刚度小、柔性好、可带压作业的特点,采用50.8 mm连续油管下入到套变井筒中进行泵注暂堵水泥塞施工作业。该井在施工过程中严格控制排量和泵压,解决了地层漏失、水泥浆高压失水闪凝等难题。结果表明,在此类井筒中采用连续油管注水泥塞具有作业精度高、施工作业安全可靠等特点,水泥塞质量合格,为今后套损套变井带压修井中的泵注水泥浆暂堵施工提供了重要的参考。     

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水泥浆胶凝引起的失重和气侵，国内外都进行了较深入的研究，证明了它的存在和严重程度。而水泥浆桥堵失重研究甚少。为此，在模拟实验的基础上，研究了水泥浆在有无泥饼情况下的桥堵失重和气侵规律。研究表明，泥浆形成的内、外泥饼，对水泥浆自由水渗入模拟地层和桥堵的形成起到了限制作用。不同井壁状况下，影响水泥浆桥堵失重的温度、失水量、压差等因素，其交互作用是不相同的。文中还对水泥浆胶凝失重气侵与桥堵失重气侵的特点和气侵压差值进行了对比和分析，并提出了防止失重和气侵的有关依据     

活动套管提高注水泥顶替效率的理论分析

文章在假设偏心环空为楔形区域的情况下，利用流体力学理论及幂律流体在楔形区域中的流动方程，分析了旋转套管及上下活动套管时水泥浆及泥浆在偏心环空中形成的流场，并研究了旋转套管及上下活动套管对顶替效率的影响。结论认为注水泥旋转套管及上下活动套管都能使环空泥浆及水泥浆处于剪切状态，并且旋转套管还能在环空宽间隙外侧形成回流。正是由于这种剪切与回流作用破坏了泥浆的胶凝结构，消除了环空窄间隙处的泥浆滞流，因而提高了注水泥顶替效率。文章通过对旋转套管及上下活动套管在偏心环空中产生的流场计算与分析得知，增大环空流体的流性指数、旋转套管的转速及上下活动套管速度，可增大其剪切及回流作用，因而有利于破坏泥浆的胶凝结构，消除泥浆滞流，提高注水泥顶替效率。     

川南页岩气钻井井漏特征及堵漏技术研究与应用

川南页岩气井区地质地貌复杂,缝洞发育明显,各层段恶性漏失频发,堵漏工作难度大,复杂处理周期长,钻井提速受到严重制约。针对上述工程地质难题,开展了川南地区页岩气钻井井漏特征分析和井漏防治技术现状评价,系统阐述了桥塞堵漏、水泥堵漏、多相混输堵漏、遇水快速凝固堵漏、油基钻井液堵漏等技术工艺的封堵效果。川南页岩气井区以裂缝性漏失为主,纵向上呈明显的“三段式”特征。表层地层井漏治理难度大,尚未得到很好解决;中部地层采用随钻、桥堵、水泥堵漏和清水强钻工艺,井漏防治效果较好;下部地层存在承压堵漏无效、龙马溪组溢漏同存的难题。研究形成了复合桥塞堵漏、桥塞+高滤失堵漏、桥塞+水泥浆堵漏、凝胶+水泥浆堵漏等综合堵漏工艺技术,通过集成应用,整体堵漏成功率提高至56%,治漏成效显著。针对当前仍存在的表层漏失处理工艺受限、井漏治理时间长、缺乏精确的漏层诊断技术等问题,建议开展漏失层诊断等技术攻关,研发漏失通道适应能力强的堵漏新材料、新工具及配套工艺。     

临盘油田临2-平5井水平段注灰封层工艺实践

以临2-平5井注灰封层为例,对机械防砂水平井水平段封堵工艺的选择进行了适应性比较,分析了影响水平段注水泥塞封堵效果的主要因素,有针对性地提出了提高封堵效果的具体措施,即提高水泥浆悬浮稳定性,防止水泥浆因重力分异而造成灰塞密封强度降低;加入防膨剂,减少水泥石的收缩量;用稠化浆作为水泥塞的前置液和顶替液,解决水泥浆因与顶替液密度、粘度差异过大而产生"平躺"问题等。现场应用结果表明:试验井施工一次成功,水泥塞密封效果良好,满足了水平段封堵工艺要求。该工艺的成功实施,对各油田水平井封堵工艺的选择与应用具有一定的参考价值。     

LXC-005井胶质复合堵漏材料水泥浆堵漏技术

LXC-005井在钻井、固井过程中陆续发生井漏,主要漏层为处于断裂带的煤层和漏失压力很低的砂层,先后用复合堵漏材料配成的复合堵漏钻井液和水泥堵漏11次无效。针对砂层、煤层裂缝的严重漏失情况采用了混合法堵漏技术,先用复合堵漏钻井液堵漏架桥,然后应用复合堵漏钻井液与水泥混配而成的水泥浆即胶质复合堵漏材料水泥浆堵漏。该井应用胶质复合堵漏材料水泥浆堵漏技术堵漏2次,取得了堵漏作业成功,为下套管、固井提供了一个稳定的井眼。下套管固井过程中未发生任何复杂情况,固井质量全优。实践证明,胶质复合堵漏材料(大颗粒)水泥浆适合于孔隙大的砂层和裂缝性煤层的堵漏作业。     

应用改性水泥浆封堵馆陶组超稠油油藏油井底水

曙光油田馆陶组超稠油油藏,由于底水上窜,致使东边部的油井第一轮注汽便高含水,严重影响了油井的正常生产.直接采用普通油井水泥浆进行封堵,效果不理想;采用常规有机类堵剂及特种耐高温堵剂,因其耐温性差、成本高,难以大面积推广应用.通过在油井水泥中加入缓凝、降滤失、消泡等添加剂后改变了水泥浆的流变性,不仅使现场施工安全可靠,而且可加大水泥浆用量,从而增大封堵半径,提高措施效果.     

厄瓜多尔Parahuacu油田固井技术

厄瓜多尔Parahuacu油田固井时,二界面易发生边底水窜,水泥浆滤液及固相易侵入储层孔喉,采用常规密度水泥浆易发生漏失。针对这些问题,通过模拟冲洗试验,研制了酸性冲洗液、暂堵型隔离液和界面胶结增强剂,配成了多效固井前置液;通过选用空心玻璃微珠、确定液固比设计窗口、控制滤失量和增强防水窜性能,研制出一种防水窜胶乳低密度水泥浆。室内试验结果表明,多效固井前置液能清除井壁95.0%的结构性滤饼,使储层渗透率恢复率超过90.0%,水泥界面胶结强度提高5倍以上;防水窜胶乳水泥浆密度1.74 kg/L,浆体性能稳定,API滤失量不大于20 mL,静胶凝强度过渡时间短于10 min。由上述前置液、水泥浆和相关配套技术措施（如扶正器加放措施、注替方案设计）形成的固井技术,在Parahuacu油田5口井进行了应用,套管居中度达到85.8%,水泥浆环空顶替效率超过95.0%,储层区域未发生水泥浆漏失和边底水窜,固井质量优良。研究结果表明,Parahuacu油田固井技术现场应用效果显著,能解决该油田油层固井中存在的问题。      

井漏失返条件下水泥浆堵漏工艺参数计算

水泥浆堵漏仍是目前对付大中型漏失应用最多和有效的堵漏方法，但对如何提高水泥浆堵漏效果却讨论甚少。通过对水泥浆堵漏物理过程的分析和大量的堵漏实践表明，影响水泥浆堵漏效果的关键因素是堵漏钻柱的下入深度、顶替量及顶替排量。本文采用压力平衡原理对堵漏钻柱的下入深度、顶替量及顶替排量进行了分析和推导，给出了在失返条件下水泥浆堵漏工艺参数的计算公式。采用本方法确定水泥浆堵漏工艺参数，可提高水泥浆堵漏效果和成功率。     

MTC复合堵漏技术在塔里木和田河气田MA4-H1井中的应用

井漏是钻井工程中的一个复杂问题，针对塔里木和田河气田严重井漏问题，提出了采用钻井液转化水泥浆堵漏新方法，并对该方法的堵漏机理进行了分析，通过实验研究形成了适合该区块的MTC桥浆堵漏实验配方，在MA4—H1井现场应用，取得了很好的应用效果。     

聚合物胶囊增稠堵漏技术实验研究

针对裂缝、洞穴地层和粗孔隙渗透性地层中发生的严重进井漏最难处理的状况,提高堵漏效果的重要途径之一是应用具有高堵塞性能的堵漏剂和工艺技术。文中提出了一种将聚合物溶胶胶囊混入水泥浆进行堵漏作业的新方法。室内实验结果表明该堵剂具有3个主要特性：直角稠化特性;桥塞特性;初终凝时间间隔短。这些特性大大提高了水泥浆类堵剂的封堵能力,文中还从堵漏剂要适合漏失层特征的角度探讨了水泥浆类堵漏剂的堵漏机理。     

改性矿渣MTC堵水技术的应用

普通水泥颗粒表面静电荷具有很大的表面相互作用,再加上失水增粘的影响,形成的颗粒有效尺寸远大于颗粒桥堵所需尺寸,影响注入深度.矿渣细度比标准普通水泥小,在水化前相互之间无作用力,能够进入到较小的孔道中,是一种比较好的挤水泥材料.根据紧密堆积理论,在矿渣MTC浆中加入微细材料PZW等进行改性.对改性矿渣MTC浆静胶凝强度、抗压强度、渗透率、失水、流变性、触交性及注入能力评价及现场应用表明,改性矿渣MTC浆具有良好的流变性,注替压力容易控制,静止时易形成胶凝状态,可快速封堵水层;性能易调节,初终凝时间可根据设计和施工要求任意调整;过渡时间短,强度发展快,可避免水蚀;渗透率小,堵水效果好;堵水工艺简单,成本低,成功率高.     

一种新型裸眼可钻桥塞的研制与应用

乍得潜山油藏封层上返试油通常采用打悬空水泥塞工艺。因潜山裸眼段裂缝发育,打水泥塞时会出现水泥浆漏失、水泥塞面位置难以控制等现象,致使注水泥塞一次成功率低及深度不准。针对这一问题,研制开发出一种新型工具——裸眼可钻桥塞,并联合注灰进行封层作业,从而简化潜山裸眼封层工艺,提高封层施工成功率,实现裸眼段准确定位封堵。经过现场实验,该工具达到了预期封层目的,满足现场施工需要。