提高顶替效率技术.ppt

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1、吴波提高水泥浆顶替效率技术二○一四年十二月概述影响水泥环封固质量的首要因素是提高顶替效率，没有良好的顶替效率，其他任何措施都不会对固井质量起到很好作用（如防止窜槽、降低水泥石渗透率、提高水泥石强度和韧性等）。顶替效率是固井施工过程中最难控制的因素，受到井眼条件、套管居中度、水泥浆性能、钻井液性能、浆体结构设计、施工参数、接触时间等多方面因素的影响。其提高顶替效率的措施除了加入扶正器、活动套管、使用泥饼刷等实用技术外，还进行了利用壁面剪应力提高水泥浆顶替效率方面的理论研究。目录一、顶替效率基本知识二、影响水泥浆顶替效率主要因素三、提高

2、水泥浆顶替效率技术措施一、顶替效率基本知识（一）顶替效率：水泥浆在环形空间顶替钻井液的程度。1、体积顶替效率：环形空间封固段水泥浆体积与环形空间体积之比。2、截面顶替效率：环空截面水泥浆面积与环空截面面积之比。（体积顶替效率不能反映截面窜槽情况）一、顶替效率基本知识（二）流态：流体在管内流动的形态。管内的流态可按照雷诺数的大小划分为层流、塞流、紊流还有两个过度流态。1、塞流：在流体力学中，塞流是管道中流体流动速度分布的一个简单的模型。在塞流中，流体的速度在与管道轴线垂直的任何截面上被假定为一常数，在管道内壁附近处没有边界层。一、顶替

3、效率基本知识（二）流态：流体在管内流动的形态2、层流：层流是流体的一种流动状态。流体分层流动，互不混杂,液体质点的运动轨迹是直线或是有规则的平滑曲线。流体的流速在管中心处最大，其近壁处最小。塞流过渡层流过渡紊流一、顶替效率基本知识（二）流态：流体在管内流动的形态3、紊流：液体质点作不规则运动、互相混掺、轨迹曲折混乱的形态叫做紊流。（当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，称为紊流）。区别：层流时流体无纵向运动；紊流时流体有纵向运动。一般判定用雷诺数。小于2000为层流;2000~4000过渡流;大于4000紊流。一

4、、顶替效率基本知识（二）流态：流体在管内流动的形态。4、过渡流：增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；一、顶替效率基本知识（三）雷诺数：雷诺数是流体惯性力与黏性力比值的量度，它是一个无量纲量。记作Re。雷诺数的定义式为：式中ρ、μ、υ分别为液体的密度、动力粘滞系数、运动粘滞系数；υ、L为流动的特征速度和特征长度。雷诺数小时,粘性效应在整个流场中起主要作用,流动为层流。雷诺数大时，紊动混掺起决定作用，流动为紊流。：一、顶替效率基本知识（三）雷诺数：雷诺数小，意味着流体流动时各

5、质点间的粘性力占主要地位，流体各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流状态。雷诺数大，意味着惯性力占主要地位，流体呈紊流状态。在不同的流动状态下，流体的运动规律．流速的分布等都是不同的，因而管道内流体的平均流速υ与最大流速υmax的比值也是不同的。因此雷诺数的大小决定了粘性流体的流动特性。：目录二、影响水泥浆顶替效率主要因素1、返速（流态）2、井身质量3、套管偏心4、钻井液性能5、前置液设计6、水泥浆性能7、封固段长度8、固井施工一、影响顶替效率主要因素（一）返速（流态）对固井质量影响顶替的最佳流态是紊流，其次是塞流。由于井眼和施工

6、条件的限制，现场不得不采用层流顶替。采用雷诺数来判断流体流态，临界雷诺数是随流体的流变性能而变化的。根据流变模式确定临界流速，常用宾汉模式和幂律模式。1、顶替钻井液流态要求塞流要求：V≤Vcpg(平均流速小于等于塞流临界流速）紊流要求：V≥Vc(平均流速大于临界流速）或NRe≥NRec(雷诺数大于临界雷诺数）一、影响顶替效率主要因素（一）返速（流态）对固井质量影响2、顶替水泥浆流态要求水泥浆也和钻井液一样是非牛顿流体（流变性复杂、含有固体颗粒），适用宾汉和幂律模式。在井内条件许可的情况下，降低钻井液和水泥浆的粘度，以便在中等排量下就

7、能达到紊流。3、紊流比塞流的优点：紊流具有径向分速，能产生阻力和牵引力，从而加大了从井内替走滞留钻井液的可能性，减少了钻井液对水泥浆的污染，也提高了水泥浆与地层的胶结性能。一、影响顶替效率主要因素（二）井身质量对顶替效率的影响主要：1、井径扩大率；2、井径变化率；3、井眼轨迹。二、影响顶替效率主要因素1、井径扩大率是提高顶替效率的关键井径扩大率越大，替速就难以达到紊流，井径扩大率越小，环空间隙就越小，水泥环越薄，强度就越差。统计：井径扩大率在8%~15%之间的井，固井优质率较高；井径扩大率超过15%时，井径扩大率越大，优质率越低。当

8、井径扩大率小于8%时，固井优质率仍然较低。井眼对顶替效率的影响二、影响顶替效率主要因素2、井径变化率：指相邻井段内井径变化程度大小的物理量井径变化率越大，井壁存有大肚子井眼（或糖葫芦井眼），顶替过程中大井眼滞留的钻井液或泥饼很难替净，