4-3提高复杂井固井质量技术

1硕士2003级现代完井工程固井新技术(二)2第二部分提高复杂井固井质量技术3提高复杂井固井质量技术影响复杂井固井质量因素浅析复杂井科学注水泥要求科学注水泥应研究的问题4一、影响复杂井固井质量因素浅析1、固井系统工程涉及的硬件子系统(1)保证注入水泥浆密度的水泥车和批量混合装备；(2)保证实现工艺目的的各种套管附件与井口装备；(3)保证水泥浆混配质量的干混合与液体混合系统；(4)保证水泥浆性能设计的规范化实验室测试装备；5（5）保证调配出各种工程性能要求的水泥、外加剂；（6）保证监控作业质量的注水泥参数实时采集系统；（7）可靠评价水泥环充填与封隔质量的测井装备；（8）满足不同外载和工况要求的规范化套管材质。6一、影响复杂井固井质量因素浅析2、固井系统工程涉及的软件子系统（1）固井技术设计理论：固体、流体、固井液。（2）固井质量控制机理：顶替、防窜、胶结、稳定、防腐。（3）固井质量的技术保证体系：材料性能要求、管材工具、工艺规程、设计方法、测试评价系列技术标准。7（4）固井科学设计评价分析方法：理论、仿真、监测手段。（5）固井技术服务人员素质：学识、经历、经验、能力。（6）固井服务公司技术积累：服务区域与自身软硬技术成套化。（7）硬件更新、软件升级与人才素质提高的继续教育体系8一、影响复杂井固井质量因素浅析3、导致固井质量不良的客观原因（1）井深轨迹复杂套管居中度受扶正器数量限制难于保证；（2）裸眼井段地层岩性复杂、井壁稳定性差限制泥浆调整；（3）裸眼井段多压力层系安全密度窗口窄限制注替排量；9（4）缺乏季节温差、地温梯度、井眼几何条件、循环排量变化等对水泥浆影响的必要数据，限制了水泥浆设计；（5）钻井液性能转换或调整不及时、造壁差和井眼净化程度低；（6）完钻电测、下套管与注水泥对钻井液性能要求相互矛盾；（7）管材、附件、材料、作业装备配套程度限制作业措施。10一、影响复杂井固井质量因素浅析（1）钻井与提高顶替效率对钻井液性能的矛盾要求钻进对钻井液性能要求：密度适当过平衡、低失水、强抑制能力；较高粘度、切力，高悬浮、高携屑能力；优质泥饼、优良流变性、粗分散（絮凝）。固井对钻井液性能要求：密度适当过平衡、低失水、强抑制能力；低粘度、切力，高悬浮、高携屑能力；优质泥饼、优良流变性、细分散（反絮凝）。根据岩性转换体系和形成优质泥饼便于调整泥浆。11一、影响复杂井固井质量因素浅析（2）泥饼性能关系井壁稳定且严重影响界面胶结能力（1）聚合物钻井液泥饼质量差是致命弱点；（2）强水敏和高渗透地层未注意泥饼造壁保护作用；（3）未能在进行体系转换过程中及时形成优质泥饼；（4）井壁不稳定被迫提高黏度切力保证电测、下套管安全；12（5）电测、下套管后不敢降低钻井液粘度、切力、触变性；（6）不重视使用泥饼刷清除渗透性产层处的井壁附着泥饼；（7）劣质泥饼混入水泥浆影响水泥胶结和声幅测井的质量；（8）不良胶结质量导致投产后层间分隔失效影响强化改造。必须重视钻井液应用技术与井壁稳定、泥饼清除要求。13一、影响复杂井固井质量因素浅析A、模拟套管、泥浆、水泥浆与渗透井壁图示14一、影响复杂井固井质量因素浅析B、渗透性井壁处聚合物虚泥饼失水后状态图示15一、影响复杂井固井质量因素浅析C、渗透性井筒、泥饼与凝固水泥石图示16一、影响复杂井固井质量因素浅析D、被井壁泥饼包围的水泥石图示17一、影响复杂井固井质量因素浅析E、终凝后通过水泥基体边壁处发生气侵图示18一、影响复杂井固井质量因素浅析（3）水泥浆体系性能设计低劣达不到使用要求（1）低与超低密度、高与超高密度等特种水泥设计困难；（2）低与超低温度、高与超高温度等特种水泥设计困难；（3）低与超低密度水泥浆体系稳定和密度恒定难于保证；（4）高与超高密度水泥浆体系稳定和混配均匀难于保证；（5）低与超低温度对水泥浆体系早强性能提出极高要求；（6）高与超高温度对水泥浆安全可泵、大温差强度一致和长期热稳定性有极高要求；（7）产层水泥浆必须具备防窜能力、防腐能力、抗裂能力。重视油井水泥、外加剂、外掺料及特殊功能机理研究。19一、影响复杂井固井质量因素浅析F、水泥浆发生的相态分离图示候凝过程中水泥浆体系相分离低密度外掺料因有密度差上浮高密度外掺料因有密度差下沉20一、影响复杂井固井质量因素浅析G、体系不稳定造成固态水泥石分层图示21一、影响复杂井固井质量因素浅析H、设计低劣的低密度水泥浆凝结水泥石图示22一、影响复杂井固井质量因素浅析I、不同膨润土含量水泥石体积收缩图示23一、影响复杂井固井质量因素浅析4、实际井眼工况参数对水泥浆受热有显著影响24一、影响复杂井固井质量因素浅析不掌握水泥浆实际受热，严重影响水泥体系科学设计25一、影响复杂井固井质量因素浅析5、高温高压下水泥浆流变性变化，明显影响流动计算040801201602005.1110.22102.2170.3340.6511剪切速率（l/s）剪切应力（Pa）常温60℃90℃105℃　　　120℃26一、影响复杂井固井质量因素浅析某水泥浆体系不同温度、压力下流变参数、临界排量、摩阻梯度变化的实验结果。表5RC2在不同温度压力条件下环空摩阻计算结果计算条件nK（Pasn）QC（l/s）Pf/100m（MPa）30℃常压0.35695.198122.88860.877760℃常压0.18577.755214.56540.216490℃常压0.21364.537512.00270.163630℃45MPa0.35216.166124.87581.026260℃45MPa0.27916.771719.41170.524590℃45MPa0.17616.771413.04090.1665注：计算时的井眼直径为152.4mm，套管直径为127mm。27摩阻压降计算差别对小间隙固井可能产生严重后果表4塔里木典型井身结构下固井流动压力理论计算井号套管下深(m)钻头直径(in)套管尺寸(in)顶替排量(l/s)小间隙段长（m）顶替结束时井口压力（Mpa）理论计算压力（Mpa）YH23-1-h2658228-1/25-1/22611721616.4YN-245798-1/27189061314.9TC-169638-1/27-5/81816511867.0TC-171986-1/25152352047.7YN-2553965109601940.8KL-241305-7/8595911837.428一、影响复杂井固井质量因素浅析4、导致固井质量不良的主观原因（1）未能根据油藏开发及采油工程生产要求进行完井设计；（2）油公司制定技术规定与造价要求将所有矛盾交给固井；（3）钻井部门强调成本忽视钻井液性能对顶替效率的要求；（4）不了解井壁泥饼影响胶结和水泥浆体系性能设计低劣；29（5）不掌握实际井眼条件下工况参数对水泥浆受热的影响；（6）不掌握温度对入井流体流变性、流态判别、摩阻影响；（7）不掌握水泥浆凝结失重压降规律及防窜能力与作业设计的关系；（8）不掌握管材、水泥石、地层组合变形对水泥设计影响；（9）不掌握后期生产条件与环境对水泥石耐久及腐蚀影响。30二、复杂井固井科学注水泥要求1、复杂深井固井作业环境（1）井深、套管层次多、封固段长、尾管间隙小、井底温度与地层流体压力高、盖层岩性与产层流体性状多变；（2）井眼轨迹变化大、裸眼井段长、岩性复杂、井径不规则、井壁稳定性差、钻井液性能要求矛盾、泥饼质量差；（3）多套压力系统共存、安全密度窗口窄、漏喷塌跨现象频繁出现。312、复杂深井固井技术难点（1）套管荷重、下入困难、居中低、环隙条件差、提高顶替效率困难；（2）水泥量大、封固段长、温差大、水泥浆体系、工程性能设计困难；（3）安全窗口窄、流体压力高、流摩阻大、漏喷垮窜、平衡固井困难。34科学化固井技术平衡注水泥设计注水泥施工水泥浆体系隔离液体系平衡压力固井提高顶替效率防止环空窜流井下温度的准确预测固井工程设计计算机软件注水泥施工监测系统二、复杂井科学注水泥要求3、科学注水泥的基本要素采用温度模拟器预测合理设计井温考虑井温影响合理进行流变性设计)(0BATe])1([)()1(11TmBHCTfTfHTmBHCTTTTBHCTnmmmTOC按井温分段方法对流变参数的计算方法注水泥设计软件进行静平衡设计注水泥动平衡仿真模拟分析固井数据采集与实时监测评价系统认真进行水泥浆体系防窜特性实验不同水泥浆在不同时间的失重值00.0050.010.0150.020.02560min150min210min时间(min)失重值(MPa/m)H1S1H2S2H3S3不同水泥浆在不同时刻的阻力值00.050.10.1560min150min210min时间(min)阻力(MPa/m)H1S1H2S2H3S3不同水泥浆在不同时刻的气侵压力00.10.20.360min150min210min时间(min)气侵压力(MPa/m)H1S1H2S2H3S3不同水泥浆在不同时刻气侵后平衡压力00.050.10.150.260min150min210min时间(min)气侵平衡压力(MPa/m)H1S1H2S2H3S341典型超高压复杂井现场作业实例安四井固井的主要特点及难点环空间隙小：177.8mm技套：最小环空间隙19mm；127mm油套：最小环空间隙11.11mm。地层的压力安全窗口窄：177.8mm技套：压力安全窗口0.37g/cm3；127mm套管：压力安全窗口0.29g/cm3。钻井液密度高：2.55g/cm3。水泥浆密度高：2.60g/cm3。混配、泵注困难。上述条件的限制，使得很多提高顶替效率的措施（活动管柱、紊流顶替、增加浆体密度差等）均无法采取。因此，这两次固井都是难度非常大的小间隙、超高密度、窄压力安全窗口的固井施工。42安四井固井采取的主要技术措施：①采用高品位铁矿粉及优化设计粒度分布设计超高密度水泥浆；②使用具有二次混配能力和专利的循环喷射搅拌式批混合器；③专门研制粘滞型高密度隔离液；④综合各种钻井施工数据信息准确估计地层漏失压力当量密度；43⑤严格按照波动压力预测控制下套管速度，防止压力激动井漏；⑥根据水泥浆高温高压流变性和防窜特性进行平衡注水泥设计；⑦地面与井下模拟试验检验各项设计可靠性；⑧根据完全塞流注替要求调整全部入井流体性能并进行作业。44177.8mm技术套管固井：一级领浆配方H+70%325目铁矿粉+2%WG+1.5%ST200S+0.26%ST200R+0.7%SXY2+0.1%HS2A+0.1%消泡剂+42%水水泥浆性能密度：2.40g/cm3造浆率：90%水灰比：43%液固比：24.6%自由水：0.5%API失水：25ml稠化时间：442min/65℃×70MPa抗压强度：20MPa/60℃×0.1MPa×24h45一级尾浆配方H+70%325目铁矿粉+2%WG+12.5%D600+0.9%D135+3.2%D604+0.1%D144+24.6%水水泥浆性能密度：2.40g/cm3造浆率：90%水灰比：43%液固比：25%自由水：0.5%API失水：10ml稠化时间：280min/65℃×70MPa抗压强度：25MPa/60℃×0.1MPa×24h46二级浆配方H+70%325目铁矿粉+40%200目铁矿粉+2%WG+10%D600+0.8%D135+3.2%D604+0.1%D144+34%水+15%200目铁矿粉水泥浆性能密度：2.56g/cm3造浆率：104%水灰比：48%液固比：22%自由水：0.5%API失水：20ml稠化时间：208min/65℃×70MPa抗压强度：25MPa/60℃×0.1MPa×24h47177.8mm技术套管固井施工结果水泥塞面2807.74m水泥返高2160mCBL测井优良环空压力,关井72小时无显示48127mm油层套管固井127mm套管固井设计顶替排量计划序号注入液类型注入量(m3)排量(m3/min)注入时间(min)累计时间(min)