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1、固 井郭小阳西南石油大学石油工程学院2007年7月主要内容l 保证固井质量的重要意义l 注水泥设计基本概念及系统要素l 影响水泥环层间封隔能力的因素及措施l 固井前钻钻井液性能调调整l 固井前井眼净化清洗l 多功能高效隔离液研究及现场应用l 水泥环长期耐久性设计保证固井质量的重要意义l 完井工程和井底完成结构是实现开发效果的基本保证，固井工 程是关键环节；l 水泥环层间封隔是后期作业、开采的保证；l 水泥环严密的层间分隔是实现分层开采作业的前提；l 潜在的固井质量问题引发的工程事故：套管腐蚀、井漏等；l 后期开采诸如射孔、压裂、酸化、高温蒸汽吞吐多次循环及井 下复杂工况变化等都影响水泥环密封性
2、能可靠程度，直接影响 油气井开采寿命。注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念F层间隔绝，密封，无窜流F返高符合设计 保护套管、满足开采、延长寿命F足够的强度与耐腐蚀能力质量要求质量要求注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念传统矿场生产关系: 钻井眼 评价测井 下套管用户控制（独立）注水泥 质量评价 后续作业服务公司 测井、试油、井下公司（独立） （独立） 提高固井质量技术要求提高固井质量技术要求水泥浆设计的系统工程概念独立控 制方式 很难保 证固井 质量固井系统工程管理与技术集成 注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念问 题：出现机率补救费用修补作业成本 返高不足： 35% 5600 1960 管鞋
3、出水： 25% 26100 6525 顶替窜槽： 5% 3000 150 气 窜： 5% 25900 1295 单井修补费用： 9930水泥浆设计的系统工程概念举例水泥浆设计的系统工程概念举例例A：与表层套管注水泥质量有关的补救费用（美.海洋）注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念作业类型：基本作业费 补救作业费 补救/基本费用 表层固井： 18100 993055% 技套固井： 52200 760015% 尾管固井： 22200 26600120% 产层固井： 23800 1990084%水泥浆设计的系统工程概念举例水泥浆设计的系统工程概念举例例B：补救作业成本与基本注水泥作业费用关系（同上）
4、影响水泥环层间封隔性能的因素（1）井眼状况对水泥环长期层间密 封性能的影响（2）水泥浆密度设计不合理，压不 稳地层流体造成层间封隔失效（3）水泥环与二界面的胶结质量差 ，层间流体易沿界面运移（4）水泥浆失重，地层流体窜入环 空，层间封隔失效（5）水泥浆的浆态性能差，设计不 合理，难以保证层间封隔性能影响水泥环层间封隔性能的因素（6）水泥石自身体积收缩，水泥环易 出现裂缝，为层间流体互窜提供窜 流通道（7）凝固后的水泥石渗透率较大，地 层流体在压力差作用下层间运移（8）水泥环抗地层水腐蚀及抗酸液腐 蚀能力低，水泥环易失去层间封隔 特性（9）后期作业对水泥环层间密封性能 的影响提高层间封隔能力的三
5、大措施（1）固井前钻钻井液性能调调整（2）固井前井眼净化清洗措施（3）水泥环环力学耐久性能设计设计（1）固井前钻井液性能调整F钻井液抗钙调整抗钙钙稀释释，一方面可使钻钻井液趋趋于牛顿顿流体，相当 于人为为地增加了冲洗液的长长度，对对虚泥饼饼有很好的冲洗 作用，降低钻钻井液粘切，也可提高除砂效率，有效降低固 含量。另一方面，在顶顶替过过程中不可避免地会出现钻现钻 井 液、前置液和水泥浆浆三者掺掺混段，抗钙调钙调 整后可增强钻钻 井液的钙钙侵抗污污染能力，降低顶顶替过过程中单单位摩阻，有 效降低泵压泵压 ，避免顶顶替过过程中的“假碰压压”现现象。（1）固井前钻井液性能调整F钻钻井液流变变性调调整固
6、井前钻钻井液流变变性能调调整，主要目的是为为了优优化钻钻 井液性能，降低钻钻井液屈服值值、塑性粘度、初终终切， 通 过过流变变性能调调整可降低钻钻井液顶顶替过过程中的流动动摩阻压压 力，防止顶顶替过过程中泵压过泵压过 高，压压漏薄弱地层层；钻钻井液 流变变性能调调整后，还还有利于清除钻钻井液中所含的钻钻屑， 可预预防电测电测 遇阻下小钻钻杆；此外，钻钻井液流变变性调调整还还 有利于改善泥饼质饼质 量，有利于提高第二界面胶结质结质 量。（1）固井前钻井液性能调整F钻钻井液多周循环调环调 整钻钻井液循环时环时 建议议遵循以下作业业原则则：（a）以低泵泵排量 和低泵压泵压 开始循环环；如果克服静切力
7、所需的初始泵压泵压 和泵泵排量 过过高，就可能压压裂地层层，环环形间间隙较较小时时更容易发发生这这种情 况。（b）慢慢增大泵泵排量，并记录泵压记录泵压 和泵泵排量；（c）逐渐渐 接近顶顶替过过程中预计预计 的最大泵泵排量；（d）注意检查检查 回流，并 观观察是否有大块块的泥饼饼或钻钻屑返出；（e）循环环3周以上。调调整 方法：一般调调整钻钻井液时时，循环环2周以上，如考虑时间虑时间 的因素 或井下安全等原因，可对顶对顶 替钻钻井液进进行分段处处理，调调整 2030m3钻钻井液用于隔离液之前，也能起到较较好的作用。 （2）固井前井眼净化F冲洗液紊流冲洗界面研究表明，冲洗液有效冲洗界面，改善井壁状
8、态，辅助提高固井界面胶结质量；同时改善钻井液流动能力，降低钻井 液粘度和切力；建议在注水泥前泵入一定量具有冲洗和稀释作用的冲洗液 ，冲洗和稀释粘在套管和井壁上的钻井液，有效提高井眼净化 率，提高水泥与第一界面和第二界面的胶结质量。（2）固井前井眼净化F环空流体流变学梯级匹配设计流体流速剖面图环空中流速分布图（2）固井前井眼净化F多功能高效隔离液解除界面接触污污染西南石油大学固井室研发一种新型多功能高效前置液体系。目的：不增加现场作业设备、环节及不调整钻井液的基础上， 通过高效隔离液消除界面接触污染，提高二界面胶结质量；特点：具有宽广的密度调节范围、可靠的悬浮稳定性、良好的 滤失与灵活的流变性调
9、控能力、优良的润湿反转特性、冲刷稀 释能力和化学兼容性，并可选择性固化；效能：能够有效解决接触污染问题和界面滞留物，有助于提高 层间封隔质量。现场应用实例 多功能高效隔离液在川中磨溪气田的成功应用（1）磨溪气井固井特点和难点多为斜井，井眼净化和井壁清洗困难。全井不深30003500m，但压力梯度变化大，需要四开完井，采用尾管固井，环空间隙小，固井施工困难。四开嘉二地层压力系数高达2.12.2，需要高密度水泥浆体系，水泥浆强度低，固井质量难于保证。固井过程中，钻井液与水泥浆不可避免相互污染，常常造成环 空无水泥显示或者环空气窜，甚者井口漏气无法开采。（2）鉴于磨溪构造特点，隔离液性能要求如下：与
10、前后流体相容性好，抗水泥污染能力强。有灵活的流变调节特性，易于在紊流和层流间调节。有宽广的密度调节范围，可在1.602.40密度范围内调节，保证体系的悬浮稳定性和流变特性。对井壁泥饼有一定的冲刷刮削和携带作用，减少井壁虚泥饼， 改善井壁质量，辅助提高固井质量。现场应用实例 多功能高效隔离液在川中磨溪气田的成功应用（3）隔离液现场应用工艺前冲洗液0.44m3 抗污染隔离液1218m3后冲洗液水泥浆改善井壁质量，清除虚泥饼。有效隔离钻井液和水泥浆，隔离液体积是尾管环空体 积34个体积替换量，有助于处理井壁。固井作业队的配浆水，体积量固井队控制。钻井液现场应用实例 多功能高效隔离液在川中磨溪气田的成
11、功应用（4）实验井基本情况及结果井号井型井段钻头钻头 mm套管 mm套管下深 m固井方式水泥返深 m使用情况 冲洗液隔离液 磨154四开斜井技套215.9177.83341单级单级0未使用使用 尾管149.21273480单级单级3091使用使用 磨158四开斜井技套215.9177.83224单级单级0使用使用 尾管149.21273381单级单级2974使用使用 磨160四开直井技套215.9177.83058单级单级0使用使用 尾管149.21273188单级单级2788使用使用 磨005-2四开直井技套215.9177.83068单级单级0使用使用 尾管149.21273198单级单级
12、2788使用使用现场应用实例 多功能高效隔离液在川中磨溪气田的成功应用（4）实验井基本情况及结果井 号井段碰压压 情况井漏电测电测 遇阻固井 质质量环环空 气窜窜 磨154技套正常无无合格无 尾管正常无无合格无 磨158技套正常无无合格无 尾管正常无无合格无 磨160技套未碰上无无合格无 尾管正常无无合格无 磨005-2技套未碰上无无合格无 尾管正常无无合格无现场应用实例 多功能高效隔离液在川中磨溪气田的成功应用磨154尾管隔离液从井内返出情况现场配制隔离液返出钻井液返出前冲洗液返出隔离液返出水泥浆返出各流体界面清晰 ；冲洗液能有效改善 钻井液流动性能；隔 离液入井前后有明显 色差，说明隔离液
13、对 井壁泥饼有清洗和携 带作用。现场配制隔离液返出钻井液返出冲洗液返出隔离液返出水泥浆磨158尾管隔离液从井内返出情况返出各流体界面清晰 ；冲洗液能有效改善 钻井液流动性能；隔 离液入井前后有明显 色差，说明隔离液对 井壁泥饼有清洗和携 带作用。现场配制隔离液液返出钻井液返出前冲洗液返出隔离液返出后冲洗液返出水泥浆磨160技套隔离液从井内返出情况（3）水泥环力学耐久性设计l 套管与地层通过水泥环胶结在一起，它们成为一 个整体； l 相互间力学形变能力不协调，界面产生微环隙， 影响水泥环层间封隔特性；l 目前相关研究主要考虑地层蠕动产生的外压对套管挤毁的耦合分析，没有考虑后期作业产生内压对水 泥环的影响；（3）水泥环力学耐久性设计l 研究目的：改善环空充填体水泥环的力学形变能力 ，确保套 管、水泥环、地层三者间形变协调，提高水泥环抗冲击振动破坏能力；l解决问题：有效解决油气在生产后期因水泥环破碎及力学形变 失效引起的层间封隔失效问题，有效杜绝固井后“二次窜流” 现象；l现场应用意义：获得优质的水泥环并在整个生产过程中保证水 泥环长期有效的层间封隔能力，延长油气井生产寿命。 油井水泥石井下环境力学行为 三轴抗压力学破坏油井水泥石井下环境力学行为 三轴加温抗压力学破坏油井水泥石力学行为改性研究（三轴）谢 谢！
