小井眼固井技术

《小井眼固井技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

小井眼固井技术黄柏宗吕光明刘平中国石油天然气集团公司工程技术研究院天津摘要发展中。国的小井眼钻井技术及其配套技术已成完井作业中最基本的作业是固井设计合适的,。,为当务之急固井技术是小井眼钻井成功的关键对小井眼钻井液体系和注水泥顶替技术以及质量控制对小固井施工中存在的问题,施工要点及措施水泥桨体系研究,,井眼固井成功与否有着很大的影响必须引以重视小间隙固井模拟研究反循环注水泥在小间隙及漏失井中的加大力度开展这些方面的研究。应用延迟凝固注水泥多功能钻井液、和钻井液转化为水泥浆全方位结合的钻固一体化技术剪切速率对油施工中存在的问题井水泥稠化时间的影响水泥浆游离水的控制和沉降稳定性问题等几方面的技术进行了综述。这里有几个问题必须深入探讨。①剪切速率与关键词小眼井固井固井质量综述混配能力对水泥浆性能的影响,即环空高返速产生。中国的老油,、的高剪切速率对水泥浆性能及顶替效率的影响②田己进入开发后期老井改造加。。深、侧钻的任务卜分繁重由于地下地层情况日益复小容积内水泥浆的处理③钻井液的充分顶替④薄。杂化,造成完井井段尺寸变小。在中国大部分油田,水泥环⑤工具的成龙配套问题低压、低渗透、低产油藏居多,适宜于小井眼开发。在顶替效率的提高、,如何提高小井眼窄环空中水泥浆的顶替效率边远油气田进行地震勘探困难大费用高而小井眼。奋连续取心为尽快掌握地层情况提供了”便利节约了呢可采取如下措施‘,。在不影响钻井液固相携带能力的前提下将费用因此发展中国的小井眼钻汗」支长及幼配卖技、术已成为当务之急。固井质量问题和完井技术是小拈升液的塑性粘度屈服值和静切力降至允许范围。。的最低值井眼钻井的两种关键技术注水泥前检测钻井液性能,浮充分循环井内钻井液。固井在小井眼技术中的作用。将套管扶正器放到最佳位置采用伞式括泥器钢丝刷或其它没备,清除钻固井作业不仅是保证一口井能否钻达目的层的。井液时旋转或上下活动套管,、关键也是保证一口油气井能否在儿年甚至几卜年。咬使用分散剂或减阻剂。·’内安全生产的关键而完井作业则是直接影响钻井八,算隔离液用量使其在紊流状态卜的接触,工程的最后一个重要环节完井质量直接影响着油。时间为讯一气井的生产能力和寿命甚至影响整个油气井的合应特别注意小井眼的堵漏作业。使用大直径。理开发的堵漏材料会阻塞环空流动导致固井作业作废,甚随着油、气界对作业效率与降低成术的日益重至引发更严重的事故。选择合适的堵漏材料,可以减,。,、视小井眼应运而生小井眼钻井技术在今后能否成轻这种不良影响可使用细颗粒水泥纤维增强水,、、。功并大范围推广就在于完井系统能否长期经济地泥填充胶质水泥触变水泥管理油藏。众所周知,钻井的最终目的是迅速有效地环空高返速产生的影响,,开发石油天然气资源小井眼固井技术是小井眼钻研究结果表明在同样的排量下常规井眼的环,井成功的关键。空甲井眼又尹套管返速仅为···钻井液与完井液年第表第期 ,丫中,而小井眼的环空仲井眼虑混合对稠化时间的影响还需要在实验室进行模,。套管返速为这样高的返速对拟试验水泥浆的性能、稠化时间以及顶替效率的影响都和需要有足够弹性的水泥常规井眼大不相同。水泥浆性能的主要影响因素是中等抗压强度一的水泥石高剪切速率,在高剪切速率下如何保持水泥浆具有就能提供足够的环空密封。固井水泥应有足够的弹,。,,,良好的流变性应当通过实验研究和实践来解决性在套管受压时能收缩卸压时能膨胀以保障界。,稠化时间的测定是在水泥浆杯中在面之间的密封抗压强度低的水泥射孔后没有足够的模拟转速下进行的。实验表明,在井的强度支撑套管,而抗压强度高的水泥虽有足够高,,眼下入甲套管的环空中当模拟转速为的强度支撑套管并能提供足够的环空密封但缺乏,’,。,时相应环空的剪切速率为排量足够的弹性来满足套管变形后的要求试验表明小。,为。这样高的排量对环空井壁无疑是井眼水泥环受的压缩应力比常规井眼大原因是水,泥。、很危险的也就是说实际的剪切速率应当低于稠化环太薄解决的办法为在水泥中加入增强增韧及仪拟的剪切速率,而在实际作业中如果排量控制镜增弹的微膨胀材料来防止水泥环在高压下的损坏不理想,则难以掌握好稠化时间,有时会发生急剧稠在产层段扩眼增加水泥环厚度。,“”。,化的现象各油田普遍称之为豆腐脑化现象理想为了获得满意的小井眼固井质量可以考虑使、、、的顶替一般是紊流,窄环空的高返速容易满足这一用性能优良的级水泥级水泥微细水泥有机。,一。点在小井眼中环空宽度为甚至更小环空矿物水泥即碱性硅酸盐环氧异氰酸盐树脂应压力的动态分力比常规钻井重要得多。尽量考虑使用性能稳定的高抗硫酸盐级水泥、级水泥,并调整水泥浆性能使其具有良好的当循环密度高,·,小井眼与常规井眼的根本不同点是小井眼当量流变性即塑性粘度为一屈服值接近,。、,滤失量不大于小井眼固井需循环密度简称、,,,要低密度低滤失量的水泥浆而且水泥浆早期强高高是特别窄的环空造成的它常常、。超过地层的破裂压力。由于受到不良扶正的限制有度沉降稳定性也要好超细水泥浆在小井眼中一般。,作挤水泥用有机矿物水泥一般在使用防砂套管时时根本不可能扶正及非常低的顶替速率的影响小,。井眼的水泥封隔难以达到良好。对小井眼直用在小井眼固井中使用得很少,固井前的准备工作径以及井眼是否冲洗非常敏感摩擦力也能使,、增加很多。对小井眼钻井,最好在流体力学的在小井眼固井前应将套管附件特别是浮箍、,基础上,考虑钻井液流变性、钻柱旋转和钻柱在井眼浮鞋胶塞及扶正器准备好以保证它们能完全适,。,中的居中程度,优化小井眼钻井水力学。在小井眼固合小井眼固井仔细检查混拌和泵送设备此外还,,如应仔细调整好钻井液性能保证能以一定速度成功并前循环钻井液特别重要果钻井液能循环起来而且被清除掉,就能使用常规的级、级水泥固地下入套管使用低粘隔离液顶替排量在地层能承,,受的情况下应尽可能的高有条件时应慢慢地旋转井因为即使水泥颗粒粒径远远小于环空宽度如果。,,或上提下放套管钻井液不能循环起来由于产生激动压力往往也不能有效地将套管下放到位。密度难以达到要求值施工要点及措施在井眼下入尹套管的环空,,甲中固井时每井段约需要袋水泥而在施工要点井眼下入甲套管的环空中固井将水,泥浆密度控制在最小使用中等容量的只。,。需袋水泥如下入套管水泥需要量循环混配器或批混设备,,会更少因此节约了成本但如何混合到要求的水泥流变性能调至最小,维持低自由水含量,并。,浆密度就成了难题对小井眼来说水泥浆密度的均减少水泥浆密度的变化。。目前,匀尤为重要解决的办法是批量混合或整体混利用现代化工具和手段优化水泥浆流变性。,合搅拌这需要合适的撬装或车装混合装置并要考和排量。钻井液与完井液·年第森第期· 在油层段通过扩眼建立具有一定厚度和强水泥石应具有很好的弹性和韧性。度的水泥环。美国的研究成果,滤失量应控制在以下自由水含水泥浆性能要求这一课题在美国是根据,、。量控制在以下斜井水平井自由水含量要求勘探开发盆地油藏而提出来的美国为。盆地位于西俄克拉荷马州和得克萨斯州,、。要有足够的扶正器计算设计并优化扶正的一个狭长区域在俄克拉荷马州的,,器位置还要采用机械措施提高水泥浆对钻井液的和县从井深的顶替效率。砂岩层到井深为的白云岩层有着丰,、。尽管小井眼有降低成本的潜力但必须优先富的低渗透中压到高压的气藏这个地区的井大多。。考虑设计和质量保证数钻至红砂岩层井深一由具体措施,,于上履岩层应力小可能产生循环漏失为解决这一,开发一个能精确计算搅拌能量的工具以正,沪,问题把套管下至小应力层的最低处。。确计算搅拌能量对水泥浆性能和稠化时间的影响然后下入,尾管至红砂岩层。研究薄水。泥环在合适应力条件下的本质盆地窄环空注水泥要求使用摩阻小、。研究小井眼钻井液固井工艺及添加剂,且更分散的水泥浆体系是完全必要的因为过高的,优化钻井液顶替技术如考虑旋转和上下活摩擦阻力可导致地层破裂、循环漏失和潜在的井控。动套管,间题而较低的摩擦阻力在窄环空中可达到较高的,。使用井下工具工具尺寸小至,,泵排量从而改善顶替效率而且窄环空注水泥必须应用分散性水泥浆。水泥浆体系必须具有适宜的滤失性能,水泥浆体系研究和固体悬浮性能水泥浆的这些参数在窄环,空注水泥中非常关键因为高滤失量或沉降问题在窄环空中更有可能造成环空桥堵。般水泥浆在窄环空固井中出现的问题一,一些水泥浆在常规环空注水泥中使用得非常成如常规井要求的窄环空注水泥最好使用一种,,,凝固快而且过渡时间可预测的水泥浆体系这可防功而在窄环空固井施工中却不令人满意一般分析,认为原因有以下两点。止水泥石强度发展过于迟缓减少地层流体流入井。钻井液清除不好。眼,一,在窄环空中钻井液的顶替及清除是关键因为水泥浆过渡时间长如在℃。条件,少量的污染液体就会在环空中占去一长段但正是下做稠化时间试验水泥浆在时开始,。,。,由于环空窄选择适当的排量就可实现紊流顶替变稠最终在时稠度才达到过渡时,、,为了解决这些问题美国道威尔施伦贝斯谢公间为因为在这内水泥浆还是可渗透。,,司和从下列三方面进行研究的长时间处于失重状态所以油藏流体侵入环空的。,,可能性仍然存在①通过计算机模拟优化钻井液顶替技术确定。在水泥浆中必须加入降滤失剂控制滤失量。如所需要的隔离液及水泥浆性能。,,②在实验室研制合适的隔离液和水泥浆体系果不控制滤失水泥浆就会发生先期脱水使水泥浆,,。、的稠化时间缩短稠度增加形成桥堵降滤失剂的③在现场应用新研制的隔离液固井液及设计。,另一优点是它对游离水及沉降稳定性的影响既然的顶替技术把顶替压力的增加视作小井眼注水泥,,,加入了降滤失剂还需要加入有效的分散剂使体系成功与否的最初标识最后通过测井评价层间,。。易于混拌以达到合适的密度封隔的程度小井眼固井水泥浆的要求紊流顶替的设计原则以前曾用常规的水,。一降低水泥浆粘度但以不产生沉降为限泥浆加砂和常规添加剂体系添加剂为。,。缩短过渡时间并保持良好的滤失性能等纤维素基本上没有成功最后研究出用加有胶。,,借助紊流或有效的层流来优化顶替技术乳类产品和有效分散剂的体系该体系不粘稠又不。,,,保持低滤失量和低游离水含量会产生沉降具有良好的滤失性能游离水含量低··钻井液与完井液·年弟森革期 过渡时间短,可产生耐久的水泥环还兼有防窜性力大。,。,能显著地改善了水泥浆性能通过计算机模拟确③在偏心井眼中环空窄边的流动速率必须保定最优的钻井液清除和水泥浆顶替的仿真技术,评持克服钻井液屈服值的最小压力梯度。价井眼尺寸、套管尺寸及居中度、流体性能和顶替方④偏心井眼宽边的流速必须与窄边的流速相法,确定成功注水泥需作的改变。美国研究者设计了近,以保持流体沿环空均匀运动和流体窜槽的可能一个适合环空紊流的加重隔离液泵送速率准则,并性很小。限定井径规则。研究结果如表所示。众所周知,套管在井眼中偏心的程度越大,环空,窄边钻井液保持静止的可能性越大为了使窄边的表隔离液紊流流动的设计准则钻井液流动,必须通过提高泵送速率、密度差来达到,,,泵送速率泵送速率居中度,一个最小的压力梯度确保窄边的剪切应力大于钻·甲甲甲价甲甲井液的屈服应力。偏心的程度只能根据现场得到的实际数据通过计算机模拟估算这些数据包括井眼勘测井径测‘井流体泵入和产生井漏的深度和压力、温度钻井〕、。液隔离液和水泥浆性能还必须通过模拟来优化扶正器的类型、数量、安放位置,以减小偏心程度。注沪一、沪、沪分别为裸,眼尺此外采用层流顶替还要求顶替流体在环空宽,,、,寸分别为尾管外径为的环空和套管外,边的速度不明显大于窄边的速度如果出现宽边流径为的环空的泵送速率速显著大于窄边的情况,就会发生窜槽,这可能破坏水泥的完整性。,由表可知对犷裸眼下入甲,综合上述个因素的影响就可进一步确定采,,尾管的环空使用合理设计的隔离液泵送速率用层流有效顶替井眼流体的最大、最小泵送速率,结。为就可达到紊流在窄环空中高泵送果列于表一。速率存在的主要间题是附加摩阻压力对裸眼的影对于尹裸眼和居中良好的尹。响此外还要作出在注水泥作业中所遇到的最大模,。尾管形成的环空泵送速率为一,拟环空压力以及在这一地区地层的孔隙丫就满足层流准则对,裸眼和居压力和闭合压力即破裂压力对地层深度的关系曲中良好的甲套管形成的环空,可接受的泵。,线环空压力是考虑流体的动摩擦压力在甲送速率范围为。一,随着井眼尺寸的裸眼中下入犷尾管的环空以。的增大,可接受的泵送速率范围变宽。但所采用的最。,排量流动的紊流隔离液进行计算得出来的大泵送速率受地层完整性的限制因此对犷,显然要在低于破裂压力时达到紊流只存在一尾管限制其最大泵送速率为对,。。个狭窄的工作范围这一点在甲井眼下入套管限制为丫沪尾管的环空中表现得特别明显,这种井表尾管的层流顶替设计准则眼在给定泵送条件下,将会有更大的摩擦压力,因为泵送速率,偏差的余地有限,故需要详细分析。居中度沪华沪层流顶替的设计原则由于冲刷而造成环空较大的井,难以实现紊流由于储能亏空而封闭压一一一力低的井,不能通过紊流来清除钻井液存在循环漏一心一一失的井,无法实现紊流注水泥。在紊流不能实现或难,。一一一以实现的情况下就应采用层流注水泥方法当达到下列条件时,用层流顶替也能有效地清除钻井液。一一一,①顶替液与被顶替液之间保持的密度差。注被顶替液为钻井液顶替液为层流隔离液②顶替液的摩擦压力至少比被顶替液的摩擦压书井液与完井液·年第森第期· 表甲尾管的层流顶替设计准则表环空摩擦压力泵送速率,居中度外甲甲卯液体名称,,,,,,一一一钻井液袄一︹︸广︸口匕工一一一层流隔离液一一一水泥浆一一一飞、,、,注被顶替液为层流隔离液,顶替液为水泥浆注分别为,,、泵送速率和分别为尾管外径为裸眼直、。径为的环空摩擦压力和套管外径为表华套管的层流顶替设计准则裸眼直径为的环空摩擦压力泵送速率,居中度甲沪甲替。为了达到要求的稠化时间,有的水泥浆要加入缓,一一一凝剂为控制滤失性能和减少游离水含量需要加入勺叮︺反匕降滤失剂最后还要用分散剂使降滤失剂效果达到一一一最佳。一一一在盆地对正常压力的砂一一一,一般钻,岩层井液的密度约为隔离液密注被顶替液为钻井液顶替液为层流隔离液度为,水泥浆密度为耐,顶替液和被顶替液之间始终保持的密度差,有助于层表甲套管的层流顶替设计准则。流顶替方式下的钻井液清除如果井控需要较高的泵送速率,居中度钻井液密度则相应的隔离液和水泥浆密度也要增。环甲甲甲力口根据水泥浆的粘度抗高温强度退化剂可以使月一一一。硅砂或硅粉硅粉会使水泥浆略微增稠但可避免产凸勺门甘︺才口力只︺︸一一一。生沉降而只有稠水泥浆才能消除硅砂的沉降故只·一一一有在水泥浆密度不小于’,而且水泥浆凋一一一度较大时,才考虑使用硅砂。,。注被顶替液为层流隔离液顶替液为水泥浆美国研究了适合各种水泥浆体系的降滤失剂对于常规的纤维素降滤失剂如果其加量不足,使水表描述一种现场钻井液、一种加重的层流泥浆稠度不能明显增加就很难达到要求的降滤失。,隔离液和一种水泥浆体系,在尹又中性能用防窜剂作降滤失剂在美国价格较贵中国甲已研究出降低防窜剂体系价格的技术。环空及丫沪环空的摩擦此外美国研。究了一种与纤维素降滤失剂费用相当的共聚物型降压力与泵送速率的关系从表可以看出每两种流体之间保持。的摩阻压力滤失剂这种新的降滤失剂和它的辅助分散剂以低飞。水泥浆技术在盆地钻井要求密度液体形式加入水泥浆中稠度增加不大但却能水泥浆体系的参数如下井底循环温度约为很好地控制滤失量并使白由水含量小尹井底静止温度约为水泥浆中加、。的硅砂和硅粉以防止级水泥高温强度退化这里需要严格评价和控制的一个性能是水泥浆滤失量小于。。游离水含量小于的稠化时间如果水泥浆在环空中保持液态的时间稠化时间为左右采用紊流或有效层流顶过长就会增加气侵的可能性为了减少这一可能··钻井液与完井液·年第球弟期 性,推荐稠化时间设计为只超出施工时间一钻井液的流变性能,,这就意味着水泥浆要完全去掉缓凝剂这与固小间隙井钻井液的流变性能应达到如下指标井界当前的常规做法相违背。屈服值小于塑性粘度小于·滤失,稠,。众所周知化时间是温度的函数所以收集准量小于和胶凝强度尽可能接近确的井底静止温度是非常必要的。由于测井温度是井斜情况,、在井眼循环后收集的所以许多测井温度估计偏低。,当井斜小于时可以不考虑钻井液中的固相,导致井底循环温度估计偏低因为在许多情况下推,而。沉降井斜大于时环空低边一定存在固相沉积,。荐去掉缓凝剂所以这就变成很重要的因素还有一。为此,应防止固相沉积,要求井斜为,更重要的因素是水泥浆从开始凝固至完全硬化的。时,屈服值大于井斜为少时屈服值大于。,时间如前所述普通水泥浆体系具有较长的过渡时。间,一般使用纤维素降滤失剂如一、固井前钻井液的循环时间。时经常发生这种情况当水泥柱开始凝固后,,在产层特别是高渗透地层靠近井壁的是滤饼,,作用于井眼的静水压力减小简言之水泥胶凝体开然后是部分脱水的稠钻井液,靠近套管的是正常的,,始支撑其自重当静水压力低于地层孔隙压力时油易于流动的钻并液。在此种情况下注水泥,往往只是。藏流体就侵入水泥浆破坏水泥密封为了解决这一,而,把易于流动的钻井液替走稠钻井液并未替净造问题美国研究了一种过渡时间非常短的水泥浆体,成水泥窜槽因此固井前必须把钻井液性能调整好,“”,飞,系即直角稠化水泥浆体系过渡时间为至,少把井内的所有钻井液都循环一遍即至少循环该体系还实现了的短稠化时间。,,周以上如果只循环那固好井的成功率只有最后的设计参数是水泥浆的顶替技术。美国研。究了紊流注水泥的可行性,并估算了达到紊流所需,。固井时允许的停泵时间要的泵送排量结果见表如果实现紊流受到限制,固井时由于压胶塞或其它事故将会造成停泵或即使用较稀的水泥浆也难以达到紊流而且过渡,一旦停泵钻井液的胶凝强度将会随时间的延长而,因的分散也是不可取的为这样做会带来沉降稳定增加,造成顶替效率下降,因此固井施工过程应尽可性问题,此时就应采用层流顶替。表一分别给出。,口、能连续表是井的试验数据该井停泵时问若了用层流隔离液顶替钻井液以及用层流水泥浆顶,。。超过即使挤水泥也难以补救替隔离液推荐的泵送速率表停泵时间对顶替效率的影响小间隙固井模拟研究钻井液密度〔静止时间,美国固井专家认为评价固井质量不但要,顶替效率看测井曲线而且要与固井施工过程中所采取的技术措施结合起来。因为在很多情况下,注排量为,,如测井难以反映井下的真实情况大斜度井虽,只,然已发生了环空低边窜槽要第一界面胶结良好,而通过活动套管和使用隔离液提高顶替效率测井就会显示良好实际固井质量却不合格。,用,表是井斜为时活动套管对提高顶替效率油基钻井液完钻的井眼如果不采取措施清除套。,,,的作用活动套管应碰压后再停止另外使用扶正器管壁上的油膜即使顶替效率为测井曲,。线也会显示很差。为此哈里伯顿的专家们进行了各使套管居中的同时也降低了活动套管的阻力要求,,以使用尽可能稀的隔离液并且有一的接触种小间隙井眼的全尺寸模拟试验确定适宜于小,,,间隙井眼注水泥的各种条件如钻井液的流变性能时间一环空高度也可用化学反应,,型,钻井液的滤失量固井前的循环时间固井后允许的隔离液通过反应降低钻井液粘度及改善胶凝强停泵时间,确定顶替排量的实验方法,以及精确测定度发展。日前市场供应的隔离液有和裸眼段平均井径的实验方法。。钻井液与完井液·年第森第期·· 表活动套管对顶替效率的影响目前国际上并不推荐用超细颗粒水泥固小井眼和小间隙井,超细颗粒水泥主要用于挤水泥作业、修顶替效率活动类型复套管微裂缝、钻井液窜槽的补救、选择性堵水。其环空高边环空低边—特点是无自由水,无沉降问题,滤失量容易控制,强无度发展良好。用超细水泥进行挤水泥作业时应根据无——正常的压,力变化情况判断作业效果因为水泥颗粒无,,很细在较小的压力下就能进入裂缝所以水泥量挤旋转够时就应停注。另外由于水泥密度低,所以钻水泥上下往返塞的钻压比正常情况低。美国专家认为,水泥环的厚薄不影响上提下放和旋转小间隙井的固井质量或封隔性,关键是要提高顶替效率,另外要求水泥浆粘度低,同时不能有沉降问通过现场实验精确计算裸眼段的平均井径题,对水泥浆的其它要求则与常规固井一样。在一文中介绍了一种哈里伯顿专、,利其原理是在套管附近接箍等位置放压力传感器作者简介黄,工程师,年生伯宗教授级高级精确记录循环钻井液流量、井口压力等数据,由此讨年毕业干吉林大学化学系物化专业长期从事油井水泥及其算钻井液裸眼段的压力损失,再由钻井液的流量参外加剂的科研及技术工作在国内外杂志发表论文余篇数反算出裸眼段的平均井径,并可得到准确的环空。及本著作地址天津塘沽津塘公路。号中国石油夭然气容积。。公司工程技术研究院,邮。。集团政编码通过模拟实验确定清除钻井液所需的最小压力或排量在中介绍了另一种专利方法,是关。于确定钻井液顶替干净所需的最小压力具体方法‘口厂,,是在一全尺寸模拟装置上用现场钻井液循环记,录稳定排量的压降然后在。压力下静置一飞一〔二再以同样的排量循环至压降稳定记录压降、有些压降值可以通过下式计算此时的剪切力。,、一,飞·二式中,为将滤饼冲洗掉所需的最小力。另外定义滤一飞饼的可冲洗能力为。一飞飞由此得知在实际井眼内将滤饼冲洗掉所需的最小压力为飞一二。·。。尸一。。飞一飞飞飞一一一。。,若计算得到的环空压降大于△尸则表明在此排量下可将钻井液顶替干净否则就应用隔离液来调整、。。·。使其大于。八若仍不行则应活动套管或加一收稿日期乞〕‘一一编辑王佳娟一入套管刮泥器。··钻井液与完井液‘年第春第期