仿真技术在固井施工中的应用

目 录 一、目前固井施工中存在的问题 二、 声幅变密度测井 仿真试验及结论 三、对有争议问题的认识 四、下步的工作 一、目前固井施工中存在的问题 2002年上半年新钻井 239口，优良率 固井质量合格率为 优良率 同比，新钻井数减少 3口，井身质量合格率下降 固井质量合格率提高 井质量不合格井 11口，同比减少 8口，下降了 主要问题是油顶未封好，目的层封固较差，盐层封固优良率低，且有多套油层、气层、水层不封隔，影响投产措施的实施。 固井施工目的 增强套管的抗挤强度，防止套管外腐蚀，延长油气水井的寿命。 分隔油气水层，便于分层开采。 实施增产增注措施，水泥环不被破坏。 固井质量的好坏，直接影响油田的开发效果和井的寿命。 问题一 固井施工正常，为什么出现 窜 槽？ 管，井径扩径严重（ 260扩大率 20声幅值 25个界面胶结差。 濮 2 问题二 固井施工正常，为什么出现气、水和钻井液段塞？ 2825计 声幅值高达 28淹层对应井段两个界面胶结中、差。 新卫 11庆 25问题三 微硅低密度水泥返至地面，测井为什么显示不凝固？水泥混浆对固井质量有何影响？ 1870米为高低密度水泥分界点。低密度声幅值20个界面胶结差，高密度胶结良好。 低密度 高 密 度 A B A： 2848力系数为 计 6套气层固井质量均差，声幅值 40 B： 2981力系数为 8套气层和 68、 69号水层固井质量均差。声幅值 4050 问题四 为什么高压气层和高压水层固井质量差？ 问题五 为什么 6厚壁套管用传统的解释标准评价，固井质量不合格？ 二、声幅变密度测井仿真实验及结论 通过人为制作物模，进行声幅变密度测井解剖对照。利用仿真试验结果，完善解释方法，获取各种固井质量理论图板。对高密度水泥浆、混浆、微硅低密度水泥浆、 度、声幅随时间变化关系，有了新的认识，使固井质量解释理论得到完善。此方法在国内首次使用。 仿真物模 外为钻井液 段 段 管外为高密度水泥浆（密度 = 外为气塞 外为 度 = 外为微硅低密度水泥浆（密度 = 外为混浆（高密度水泥浆混入 10%井液） 外为清水 固 井 质 量 仿 真 物 模 仿真物模声幅曲线叠合图 求取四种固井介质声幅测井曲线的幅度趋于稳定的时间和胶结强度 高密（ 20h, 混浆 (60h, 微硅 (70h， 16h, 试验表明，高密度、混浆、微硅低密度、 介质胶结强度和时间相差很大；同等条件下，高密度 50h、混浆 150h、微硅160h，强度才能满足 14 高 密 度 水 泥 浆01 02 03 04 05 06 00 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0时 间 （ h ）声幅（51 01 52 02 53 0强度（ 幅 （ m v )强 度 （ M P a )( 4 0 , 4 . 5 )( 4 0 , 1 2 . 5 )混 浆01 02 03 04 05 06 07 08 00 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0时 间 （ h ）声幅（3691 21 51 82 12 4强度（ 幅 （ m v )强 度 （ M P a )( 7 2 , 3 . 5 )( 7 2 , 1 3 . 5 )M T 2 03 04 05 06 07 08 00 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0时 间 （ h )声幅（0 . 511 . 522 . 533 . 54强度（ 幅 （ m v )强 度 （ M P a )（ 2 1 6 ， 8 )（ 2 1 6 , 3 . 2 3 )d 种固井介质强度变化趋势 启示一：新井投产不能过快 ，否则影响固井质量。 固井质量解释理论图版 高密度水泥浆固井，一界均好 毛毡隔离： 第二界面 胶结差。 沥青隔离： 第二界胶结中等。 固井质量解释理论图版 高密度水泥浆固井，一界均好 幅值趋于稳定的时间 比高密度水泥浆慢 196小时，声幅值高 6 微硅低密度水泥浆固井声幅值趋于稳定的时间比高密度水泥浆慢 50小时，声幅值高 4 混浆声幅值趋于稳定的时间比高密度水泥浆慢 40小时，声幅值高 4 管外为气塞，完全不胶结。 固井质量解释标准 评价项目 声幅评价标准 变密度评价标准 备注 优 中 差 优 中 差 声幅值（ A） 管波信号很弱、且首波缺失。地层波信号强弱明显，且套管接箍处无“人”字形波纹。 套管波信号衰减明显，强度较弱、且首波缺失。地层波信号强度有所衰减，但仍可见。 套管波信号很强、并且首波信号未能缺失掉。地层波信号难以反应处来或信号强度极弱。 幅基准值 厚壁套管取值为： 64 69声幅值（ A） 硅低密度水泥浆固井段声幅变密度测井解释标准 声幅值（ A） 声幅值（ A） 密度水泥浆固井声幅变密度测井解释标准 声幅值（ A） 、对有争议问题的认识 目的层段井径扩大率应小于或等于 15，部分井井径扩大率严重超标，特别是盐岩段，导致固井不合格。 1、井身质量不合格影响固井质量 井径扩大率超标，井眼不规则，固井施工时，在压力、排量一定的情况下，井径扩大率超标井段顶替效率低，混浆严重。固井质量会出现下列情况： 井径扩大率超标井段，顶替效率达 85左右时，仿真试验证明在同等条件下混浆比高密度水泥浆凝固时间延长 40小时，声幅测井值比高密度水泥高 4结中等。 井径与固井质量情况统计表 序号 井号 井段 （ m） 井径 （ 固井质量 1 新文 212 2350 2455 460 差 2 文侧 90 39 2972 3447 240 优 3 文 95 91 2240 2342 250 中、优 4 文 213 15 2270 2470 380 差 5 文 213 5 2320 2460 420 差 6 文 200 1 3553 3632 380 差 7 文 184 23 2751 2902 380 差 8 文 213 12 2305 2429 500以上 差 9 新文 13 26 2880 3250 300 差 10 濮 92 4 2380 2500 480 差 濮 22220径扩径严重（ 260扩大率 20声幅值 25个界面胶结差。 3185径不扩径，个界面胶结良好。 濮 6启示二： 钻井液质量不合格是导致井径扩大率超标，井眼不规则的重要原因。 主要表现在饱和盐水钻井液体系方面： 一、在钻至设计盐层前 100米未及时转换钻井液体系； 二、进入盐层后，不及时用合格的饱和盐水钻井液维护， 2、完井液不合格影响固井质量 完井液不能等同于钻井液。其性能满足油气层保护、电测、下套管、大排量洗井、固井施工的顺利进行。完井液性能做到“三低”，即低粘度，低切力，低失水。密度保证井下不喷不漏。若井漏必须采取堵漏措施，满足固井施工时抗破能力要求，配伍性好。 （ 1）完井液不合格造成顶替效率低，主要表现为钻井液粘度高、泵压高，导致层流顶替，造成一界、二界胶结差或不胶结。 （ 2）完井液不合格，套管外壁形成泥膜，影响水泥胶结质量，一界胶结差。 （ 3）井壁不干净，有堵漏剂，二界胶结差或不胶结。 完井液不合格表现为失水量大，粘度大，磨阻系数大，抗高温性能差，造成电测遇阻。 2001年，共进行各类测井 2371井次，测井一次成功 1691井次，占 2002年，共进行各类测井 2511井次，测井一次成功 1689井次，占 水泥返至地面工艺技术 （ 1） 水泥返至地面的方案要求 技术套管的封固要求：技术套管固井封固水泥均返至地面，根据地层压力情况，合理确定水泥浆密度大小。 油层套管封固要求：下技术套管的井，高密度水泥返至技术套管内不低于 200米，特别井段可以适当上返，保证盐层段固井封固质量。 下技套井 未下技术套管的井 水泥返至地面。下部用高度密度水泥浆，上部用微硅低密度水泥浆 未下技术套管的井 （ 2）水泥返至地面的作用与意义 水泥返至地面工艺技术有利于提高固井质量，由于低密度水泥浆的应用，加大了顶替量，相当于多打了前置液，可以把井内泥浆残留降低最低程度，有利于提高固井质量； 水泥返至地面，由于套管外形成良好的水泥环，水泥环与套管的固结，提高了套管的抗挤能力，延长了套管使用寿命，减少了套损事故井发生； 水泥返至地面，有利于套管防腐保护，减少了地层水对套管的腐蚀影响，解决套管外防腐问题，有助于提高井的使用寿命； 水泥返至地面工艺技术的推广应用，是油田开发的要求，是满足油气水井使用寿命实现 12年以上的基本条件 。 （ 3）水泥返至地面固井设计理论依据 由于微硅低密度水泥的推广应用，满足了水泥返至地面的设计施工要求。根据现在施工情况，微硅低密度水泥浆体系的密度值，最低可以控制在 且可以满足固井对水泥环的要求；微硅低密水泥浆体系具有很好配伍性，可以与高密度水泥浆同时使用，两种体系界面固井质量不受影响； 压力平衡理论： P 地层，保证环空综合压力不超过地层压力，防止井漏；微硅低密度水泥的密度可以降低到很低值，可以小于钻井液密度也解决了固井防漏问题。所以利用微硅低密度水泥浆固井、有助于提高固井质量，同时不会造成固井复杂（井漏发生）。 微硅低密度水泥48小时测井 1870米为高低密度水泥分界点。低密度声幅值 20个界面胶结差，高密度胶结良好 。 根据仿真试验 196 低密度 高密度 庆 25 启示三： 微硅低密水泥浆体系的应用，不会导致压漏地层，也不影响高密度水泥浆的凝固。 2001年技套 128口井，油套 185口井（ 12002年技套 93口井，油套 178口井（ 1 从 363口井的固井质量情况分析，技套固井质量合格率 100%，油套固井质量合格率 97%，优良率达到 比 提高了 广微硅低密水泥浆体系返至地面技术，使固井质量总体水平有了提高。（ 1 3、在开发区打调整井，井网密度加大，注水井关井卸压不及时影响固井质量 注水井关井不及时，对应水层异常高压，层间出水，稀释或顶替水泥浆，影响固井质量。 如：濮 6 143、濮5 159井水淹层固井质量差。 新卫 112825井 8259（设计 声幅值高达 28淹层对应井段两个界面胶结中、差。 启示四： 搞好老区动态压力监测。按要求及时开关注水井，否则影响固井质量。 高压气层在未压稳的情况下，发生气侵，成为气段，固井质量差。 经查 料 ：2 8 4 8 - 2 9 0 8 米 异 常高 压 ， 压 力 系 数 为1 . 3 2 - 1 . 3 7 ， （ 设计 6 套气层固 井 质 量 均 差 。 声幅值 40 右 。A ： 经查 料 ：2 8 4 8 - 2 9 0 8 米 异 常高 压 ， 压 力 系 数 为1 . 3 2 - 1 . 3 7 ， （ 设计 6 套气层固 井 质 量 均 差 。 声幅值 40 右 。新文 1 0 6 井 声 幅 变密 度 测 井 图新文 1 0 6 井 声 幅 变密 度 测 井 图B ； 2981 - 3 0 4 3 米异常 高 压 ， 压 力 系 数为 8 套气层和 68 、 69 号 水 层 固井 质 量 均 差 。 声 幅值 40 5 0 m v 。4、固井水泥浆体系不配伍影响固井质量 不同区块应使用不同的水泥浆体系。水泥浆密度、初凝、终凝、失水、粘度等性能符合标准。不同的水泥浆体系，添加剂比例不当，影响胶结质量，通过固井仿真试验发现， 要进一步改进研究。 5、部分井施工管理不到位，影响固井质量 水泥添加剂比例、质量和水泥浆配方监督不到位，制度不健全，影响固井质量。 新老设备混用 ,混拌不均，计量不准，胶塞密封不好，造成替空，影响固井质量。如：刘 28井、前 8井下部替空无水泥。 阻流环密封不严，造成水泥浆回流套管。文 92 126留塞 51米，文 10 88留塞 30米。 固井施工现场 提高固井质量的途径： 优化钻井液体系，加大井眼轨迹监测力度，严格控制井径、全角变化率超标，防止套管与地层接触，影响水泥环均匀性。 钻井液五项关键技术 ： 钻井液的储层保护； 钻井液的润滑性； 钻井液的携岩净化性能； 钻井液的防漏和堵漏技术； 钻井液的井壁稳定技术等 。 搞好钻井液要把好 “ 五关 ” ： 把好钻井液的设计关。要根据不同油田区块和岩性搞好钻井液配方设计； 把好钻井液原材料和各种药品的质量关； 把好钻井液配制关； 把好钻井液的化验关； 把好钻井液的监督关。严格控制井径扩大率不超标。 抓好 完井施工 钻井液不能替代完井液，要搞好完井液的设计与性能指标达标，提高顶替效率。优选完井液体系，在流变性、护壁性、配伍性等方面，为固井施工创造良好的外部条件。 正确处理漏层漏失问题，对易漏层位要采