水泥环完整性失效原因分析及应对技术措施.ppt

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1、水泥环完整性失效原因分析及应对技术措施水泥环完整性概念水泥环完整性失效原因分析应对技术措施结论与建议汇报提纲水泥环完整性概念1、水泥环完整性定义参考API.RP.90和挪威NORSOK标准D—010《钻井和作业的油气井完整性》将水泥环完整性定义为：通过科学设计水泥浆体系并采取有效的技术措施，防止水泥环力学完整性和水力密封性失效，减少地层流体在井眼整个寿命期间无控制流动的风险，保证油气井安全钻进与开采。组成：水泥环本体完整性、固井一二界面胶结质量水泥环完整性简介2、水泥环完整性研究的迫切性墨西哥湾OCS地区不同套管层次带压塔木里部分气田生产套管带压国内川渝地

2、区、西气东输源头塔里木油田山前构造环空带压问题严重，美国墨西哥湾，加拿大油田环空带压问题同样严重，每年花费大量修井费用水泥环失效，导致气体泄漏，增加井口放压成本、危害环境、影响安全生产作业、油气资源浪费、补救费用高、可能造成整口井报废水泥环完整性简介2、水泥环完整性研究的迫切性井筒完整性简介水泥环完整性失效原因分析应对技术措施结论与建议汇报提纲水泥环完整性失效分析1、高渗透水泥浆基体成为窜流通道水泥密度g/cm3失水mLSgs=96渗透率mdSgs240渗透率md凝固12h低密度1.381700200~100030010纯水泥1.9430002009510

3、.2%气锁剂1.87177140200测不到0.6%气锁剂1.8727.91006测不到乳胶水泥浆1.9327.37550水泥浆候凝过程中气体可能通过高渗透水泥浆基体窜流，并形成难以修复的气窜通道水泥环完整性失效分析1、高渗透水泥浆基体成为窜流通道气窜是一个破坏性渗流的物理过程气体侵入后留下难以修复气窜通道常规密度水泥浆气窜试验气侵危险时间气窜流量10.6mL/min气窜压差9.8kPa水泥浆渗透率173mD高密度水泥浆气窜试验气侵危险时间气窜流量5.3mL/min,气窜压差2.2kPa水泥浆渗透率498mD气孔气孔水泥环完整性失效分析2、井内压力变化造成

4、水泥环完整性破坏井内钻井液密度变化、试压、酸压、采气引起井内压力变化，水泥环在高应力作用下可能发生塑性变形当井内压力降低时，水泥石与套管壁、变形不协调，形成微环隙当井内持续高压时，水泥石塑性变形超过极限变形，水泥石力学完整性破坏水泥环完整性失效分析2、井内压力变化造成水泥环完整性破坏储层岩石为灰岩，弹性模量29.086GPa，泊松比0.29，屈服强度60.32MPa产层固井用90SS套管弹性模量206.9GPa，泊松比0.3，屈服强度620.7MPa水平地应力80MPa水泥石弹性模量10.1GPa，屈服强度49.6MPa，泊松比0.26水泥石三轴应力应变测

5、试水泥环完整性失效分析2、井内压力变化造成水泥环完整性破坏对一口4000m井，井内全部置换为清水时，内压为40MPa一界面处水泥环VonMises应力达到了最大值49.6MPa，发生塑性变形一界面处水泥环发生塑性变形，最大应变0.0278%，对水泥环密封性能有一定影响水泥环完整性失效分析2、井内压力变化造成水泥环完整性破坏对一口4000m井，试压时，内压为70MPa大部分水泥环VonMises应力都达到了最大值49.6MPa，发生塑性变形一界面处塑性应变达到了0.131%，影响界面胶结质量水泥环完整性失效分析2、井内压力变化造成水泥环完整性破坏对一口400

6、0m井，生产时，内压为100MPa在高内压力作用下，整个水泥环VonMises应力都达到了最大值49.6MPa整个水泥环发生塑性变形，最大塑性应变0.254%，破坏水泥环力学完整性和水力密封性水泥环完整性失效分析3、射孔造成水泥环完整性破坏射孔所产生的冲击作用导致水泥环震裂破坏，形成扩散微裂纹非增韧水泥射孔段裂缝1非增韧水泥射孔段裂缝2水泥环完整性失效分析4、高温下水泥石强度衰退常规加砂水泥浆体系在一个轮次蒸汽吞吐后，强度下降80%以上，渗透率也急剧上升，1个轮次后强度和渗透率基本趋于恒定从养护后水泥石微观形貌可以看出，高温作用后水泥石基质的完整性、均质性

7、遭到破坏常规加砂水泥浆体系模拟多轮次蒸汽吞吐后性能图加砂水泥石经模拟高温蒸汽吞吐后SEM形貌图水泥环完整性失效分析5、酸性流体腐蚀水泥环水泥石CO2、H2S混合气腐蚀后/前CO2和H2S在湿环境下与碱性水泥环发生酸碱反应腐蚀后的水泥石强度严重下降，渗透率急剧升高水泥环腐蚀破坏后，井内管柱失去保护屏障腐蚀形成窜流通道，造成气体泄漏水泥石腐蚀水泥环完整性失效分析5、酸性流体腐蚀水泥环试验编号P腐蚀前/MPaP腐蚀后/MPa强度衰减率/%1MPaCO215.214.273MPaCO216.311.6293MPaH2S15.510.2346MPaH2S16.18.

8、7453MpaH2S/1MPaCO217.18.3513MpaH2