高压调整井防水窜固井技术

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1、高压调整井防水窜固井技术荣伟（渤海固井科研所）摘要：本文以高压调整井防水窜固井技术难点入手，主要对水窜发生机理和防水窜配套固井进行研究。通过研究，在原有水泥浆体系的基础上，采用紧密堆积理论研究配制成功了具有优良性价比的防水窜水泥浆体系，各项性能指标满足了井下作业的需要；针对高压调整井固井中存在的问题，利用了套管外封隔器，解决了实际的问题；针对高压调整井复杂地质条件进行了高压调整井固井配套措施的研究，形成了2项独特的技术措施，解决了施工难题，以优质的服务和施工质量完成了该类型井的固井施工任务，对高压调整井固井提供一

2、条新的思路。关键词：高压调整井管外封隔器多凝水泥浆压稳系数环空憋压1、概述随着胜利油田的勘探开发进入中后期，部分油区由于长期且数量巨大的注水及采液，改变了地层的原始压力，区块异常高压大面积出现，有的压力系数甚至上升到1.8以上。虽然固井前采取了300米以内注水井停注泄压的措施，但由于整个区块长期注水开发，造成异常高压区连通性非常好，要解除高压，即使停注与泄压也不可能在短期内得到缓解，固井水泥浆就位后仍然受到地下动态干扰，水泥浆被稀释和冲蚀。同时，长期注水和生产会使地层原始状态发生改变，形成某一区块的多压力层层系，

3、而且压力差异很大，一次注水泥同时封固多层压力层层系时，注水泥具有漏喷矛盾的条件。因此，采用常规的固井技术已无法解决固井水窜问题。2、水窜机理2.1水窜过程中的压力变化第11页共11页为了详细了解固井后水窜过程中的压力变化，我们进行固井水窜模拟实验。实验发现，当水泥浆刚处于静止状态下，由于水泥浆仍处于液体状态，环空压力不变；而当水泥浆初凝前后，由于水泥浆胶凝强度的发展，在水化的水泥颗粒之间及它们与井壁与套管之间，相互搭接起来形成一种空间网架结构，随着环空水泥浆柱的内部结构力的不断增长即胶凝强度的增强，使水泥柱的部分

4、重量悬挂在套管和井壁上，水泥浆具有了支撑自身重量，承拖托上覆压力的能力，因而也逐步消失传递压力的能力，形成“失重”，环空压力下降。下图为普通水泥浆在候凝过程中的压力变化曲线。图1：为普通水泥浆在候凝过程中的压力变化曲线。因此由于环空压力的缺失，当液柱压力小于地层水压力的时候，水窜开始发生，环空压力也开始回升。取一定的上覆压力作出的水窜压力变化图如下：第11页共11页P1：水泥浆压力P2：地层水压力P3：初试上覆压力2.2水窜流量的变化在实验中进行水窜流量测试，实验发现当水泥浆压力降到与地层水压力相等时，并为发生水

5、窜，而是低于地层水压力一定值时才发生水窜，并且到达一定时间后，水窜流量开始逐渐减少。这说明水泥浆自身有一定的抗窜能力，虽然水侵开始，但是水泥浆内部的水化仍在进行，仍不断的封闭着水运移的通道，而水侵严重的时间正发生在水泥浆胶凝水化的过程中。下表是水泥浆在不同时间的水侵速率的数据表。表1水泥浆在不同时间的水侵速率数据水侵时间（min）104070100130160水侵速率(ml/min)0.81.23.30.90.220.112.3、水泥浆水化过程中自由水的析出水泥浆在深入水化过程，过多的配浆水的析出，分布于环状水泥

6、柱体（在两个交界面上），聚集成无数细小水流，因重力差，水流会沿轴向方向向上流动，不断聚集成更大的水流即水带，这水流的槽缝和水带为水窜创造了先期条件，使它们降低了对地层的压力，从而引发地层水流窜。2.4、水泥浆固结后的体积变化实验完成后，打开实验模具，发现内侧有极少量的水存在，测量对比水泥浆与水泥石的体积，有4.48%的差值，第11页共11页这是因为水泥浆在凝结硬化过程中,虽然固相体积在不断增多,但由于失水和自由水的析出,失去的液相体积比增加的固相还要多,因而,总体积的绝对体积是减少的。水泥浆这种固结后体积收缩的特

7、性也为地层水窜提供了一定的通道。2.5、水泥浆顶替效率因素固井施工过程中如果水泥浆顶替效率低将会形成水泥浆夹带的窜槽，因而造成环空水泥与套管或地层胶结面质量差，产生环隙空间，这些环缝隙会导致环空地层水窜的发生。3、防水窜条件由水泥浆水窜实验及水窜原因分析得出防水窜条件为：1）、水泥浆液柱压力与水泥浆抗窜阻力之和要大于地层水压力；2）、环空不能有地层水窜流的通道。3.1、压稳系数计算及应用为确保环空压稳，设计进行压稳系数计算。压稳防水窜条件的条件是水泥浆液柱压力与水泥浆抗窜阻力之和要大于地层水压力。水泥浆在凝结过程

8、中，由于失重，其压力（以pc表示）是不断下降的，随着水泥浆强度的增长，抗窜阻力（以pf表示）又不断增加，因此，水泥浆的防窜性能是随着时间而变的。实验测试水泥浆的压力下降规律和水泥浆的胶凝强度发展规律如图所示：第11页共11页kK´曲线1反映了水泥浆的压力下降规律，K´点为水泥浆失重曲线开始急剧下降段与变化缓慢段刚开始的临界点，曲线2反映了水泥浆胶凝强度的发展规律，有一个K