（石油与天然气工程专业论文）吉林油田双坨子气井固井技术研究.pdf

吉林油田双坨子气井固井技术研究 王顺利( 石油与天然气工程) 指导教师：步玉环副教授 f f , g - ) h 南教授级高工 摘要 随着油田公司增产要求的不断加大和勘探程度的不断加深，吉 林油田气田资源显得越来越重要，而吉林油田的气资源由于受固井 技术限制一直没有大面积开发利用。 本文从以往的气井固井质量差的原因分析入手，对影响固井质量 的因素进行了系统分析，对防窜机理研究，特别是对气窜原因及影 响因素、气窜途径、气窜危害进行了系统分析，从而对外加剂进行 优选研究，并进行了防窜性能评价。防窜水泥浆体系g 3 0 2 + f 1 7 d 和 v j 1 0 0 体系失水量低( 失水小于5 0 m l ) ，失重时基质内部渗透性低， 内部阻力大，浆体稳定性好；防窜外加剂g 3 0 2 的加量为o 虬1 0 。 早强剂f 1 7 d 加量为4 ，分散剂u s z 加量为o 3 0 8 ，缓凝剂g h 1 加量为0 2 。g 3 0 2 + f 1 7 d 微膨胀防窜双凝水泥浆体系不但能有效 防止气窜，而且能有效保证第一界面、第二界面的封固质量。单泵 替浆排量控制在1 5 1 8m 3 m i n ，最后5 8 m 3 采用水泥车缓慢碰压， 排量控制在0 6 0 9 m 3 m i n ，不但能保证顶替效率，而且能有效防止 漏失。 关键词：吉林油田，双坨子气井，固井，防窜水泥浆 g a sw e l lc e m e n t i n g t e c h n o l o g ys t u d yo f j i l i no i lf i e l ds h u a n g t u oa r e a w a n gs h u n l i ( o i l & g a se n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f e s s o rb uy u h u a n a n dp r o f e s s o r - e n g i n e e rz h a n gj i n a n a b s t r a c t w i t l lt h ed e e pe x p l o r a t i o n t h eg a sr e s o u r c ew a sm o r ei m p o r t a n ti n j i l i no i lf i e l d b u tt h i sr e s o u r c ew a sn o te x p l o i t a t e db yl a r g es c a l ef o r l i m i t e dc e m e n t i n gt e c h n o l o g y b yt h i sp a p e r ss t u d yw ea t t e m p tt o r e s o l v et h ep r o b l e mo fc e m e n t i n gt e c h n o l o g y , a n dp r o v i d eas e to f c e m e n t i n gt e c h n o l o g y b a s e do nt h er e a s o n sf o rt h ei n a d e q u a t ec e m e n t i n gq u a l i t yf o r p r e v i o u sg a sw e l l s ，t h ea f f e c t i n g f a c t o r so nc e m e n t i n gq u a l i t ya r e s y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e d ，t h ea n t i - c h a n n e l i n gm e c h a n i s m ，e s p e c i a l l yt h e g a sc h a n n e l i n gr e s o u r c e ，a f f e c t i n gf a c t o r s ，g a sc h a n n e l sa n dd a n g e r s a r e s y s t e m a t i c a l l yi n v e s t i g a t e d t h e n ，t h ea d d i t i v e sa r eo p t i m i z e d ，a n dt h e a n t i c h a n n e l i n gp e r f o r m a n c ei se v a l u a t e d t h ea n t i c h a n n e l i n gs y s t e m g 3 0 2 + f 1 7 da n dv j - 1 0 0h a sl o w e rf l u i dl o s s ( 1 e s st h a n5 0 m 1 ) ，l o w p e r m e a b i l i t yi nm a t r i xu n d e rw e i g h tl o s s ，g r e a tr e s i s t a n c ei n s i d ea n d g o o ds t a b i l i t yf o rt h er e l a t e ds l u r r ys y s t e m t h ec o n c e n t r a t i o n s o f a n t i c h a n n e l i n ga d d i t i v eg 3 0 2 ，e a r t h - s t r e n g t hf 1 7 d ，d i s p e r s a n tu s z a n d r e t a r d e ra l e r e s p e c t i v e l yo 9 1 。o ，4 ，0 3 0 8 a n d o 2 t h e m i c r o - s w e l l i n ga n t i c h a n n e l i n gd o u b l es o l i d i f i c a t i o nc e m e n ts y s t e m g 3 0 2 + f 1 7 dc a nn o to n l yp r e v e n tg a sc h a n n e l i n g ，b u ta l s oe f f e c t i v e l y e n s u r et h ec e m e n t i n gq u a l i t yi nt h ef i r s ta n ds e c o n di n t e r f a c e s i n g l e p u m p i n g r a t es h o u l db el i m i t e dw i t h i n1 5 - 1 8m 3 m i n ，t h el a s t5 - 8 m 3o f w h i c hi s s l o w l yp r e s s u r e db yc e m e n tc a r , a n dt h ed e l i v e r yr a t e i n c o n t r o l l e dw i t h i n0 6 - 0 9 m 3 m i n m e a n w h i l e ，t h el o s te i r c u l a t i o nc a l lb e e f f e c t i v e l yi n h i b i t e d ， k e y w o r d s ：j i l i no i lf i e l d ，g a sw e l l ，c e m e n t i n g ，d e f e n dg a si n v o s i o n s l u r r y 独创性声明 本人声明所麓交的论文是我个人在导师指导下进彳亍的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方处，论文孛不键食其毽人已经发表或撰写避豹磅究成暴，邀不包 含为获得中国= 爵油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已谯论文中作 了弱疆戆说弱势袭暴了落意。 签名： 丕盟塾翌2 口口6 年r 月拐日 关于论文使用授权的说明 零人完全7 解中国石涵大举宥关保鏊、佼耀学位论文靛爝定，霹： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被奁阅和借阅； 学授可以公布论文的全部或部分内容，可以添用影印、缩印或其纯 复制手段僳存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 孟尘蔓亟1 导师签名： 塞霉曼丛： 冽6 馨j 月参日 w 年r 月讶日 中期嚣油大学( 华窳) 工程硕士学位论文第1 章翦言 第1 章前言 。1 疆究懿磊麓及意义 固井工程是油井建设过稷中个承上扁下的环节，固拌的成败 或袋建熬努嚣慰予涟疆豹整髂建设牙发具鸯重要懿意义。褥囊是随 着油区逐渐进入中后期开发阶段，地层情况日益恶化，诸多开发措 施被广泛采用，新型钻井技术也不断涌现出来，如开窗侧钻井技术、 多藏势、分支势镑势鼓拳等，磐舞提毫孛爱麓淫气势懿黧势度量是 目前固并工程所丽临的突出问题，也是提商油井寿命、稳产高产的 重豢措施。 挺褰嚣势震爨的蠢效途经，涂完善援哭z 艺燕憨、泼避芏具斑 件外，其根本途径还在于优化水泥浆体系。但是水泥本身的物化机 理决定了水泥石存在以下问题；由于水泥浆固化过程中的收缩，使 窳淀嚣孛存在大爨瓣数映黧 。 中鞠石油大学( 华东) t 程硕士学位论文第l 奄前言 1 2 4 发生环空气窜的主要危害 气窜的危害有很多。总络起来，主要商以下几点： ( i ) 赢接影响水泥石胶结强度。 ( 动鼯致层润窜流，壹按影嫡i 蠡气层豹溅试湃份，污染洼气瑟， 降低油气条收率。 ( 3 ) 对油田汗发后续作业如注水、酸化压裂和分层开采造成不利 影璃。 ( 4 ) 严重时可在井口冒油、冒气，甚至造成嘲井后井喷事故，即 使采用挤水泥等补救工艺也很难奏效。 1 2 5 防气窜剂的类型及作用机理 防气窜常用的方法有：控制水泥返高，环空憋加回压，多凝水 泥浆，掺加防气窜剂。 嚣躅熬茨气率蘩主要有弦下足秘类型；发气裁、苓渗透翔、膨 胀剂和凝胶强度滞后制。 ( i ) 发气剂作用机理 发气麓豹圭要成分是亿学往囊缀活泼靛金属铝，它在承溅浆孛 主要发生如下反应 2 越十c a ( o n ) 2 + 2 i - 2 0 龄c a ( a 1 0 2 ) 2 + 3 h 2 个 焉释敖密氢气。 掺搬发气荆蜓水泥浆注入搀内鼹逐渐产生微小的氢气泡，水泥 浆体积膨胀，抵消了水泥浆失水和水泥水化引起的体积收缩，使水 混浆在水纯和凝商过程中内部压力太于遗屡压力，凝西后静承泥石 与套管、磐壁之阙胶缝良好，因恧可避免澳、气、水露的发生。 孛国嚣油大学( 华东) 工程硕士学位论文第l 章前言 ( 2 ) 不渗透剂的作用机理 不渗透剂依靠搿分子物在水泥浆中的可控“聚集”、“交联” 反应，在瘩泥浆承织强度苓薮发矮戆嚣露，在耀空客泥控产生嚣| 热 阻力，使水泥浆总聪力始终大予水泥浆不断失踅引起的地朦与环空 压力麓。 3 ) 瓣袋裁终搦媛理 “刚性”膨胀剂，通过加入c a o m g o 、c a o c a s 0 4 等碱金属氧 化物，参与水泥水化反应，生成膨胀性晶体钙钒石、氢氧化钙、氢 氧耗镁等，枣 偿7 承泥承证嚣鹣馋积牧缭，劳整使本泥蠢产生辍膨 胀。 “发气”膨胀荆以铝粉为童，与稳泡剂等材料复合而成，在井 下与承淀拳证产物c a ( o h h 反痰，生残氢气，产生檄彩涨，睾 接了 水泥水化后的体积收缩。 ( 4 ) 凝胶强度滞后剂作用机瑰 筏失承秘拳纯孳| 起豹主要液镄发生损失麓粒，壹裂静凝疑强凌 达到0 0 2 5 m p a ，胶凝强度滞后水泥浆均保持液体特性，具有传递静 压力的能力。 l 。3 环空气窜预测与水泥浆防气窜性琵评价 。3 。1 潜气窜因予法( g f r ) 大量室内实验和研究表明，水泥浆液柱聪力损失( 失熬) 是由水 泥浆静胶凝强度发腱引起的，其关系为1 4 】： m 豫；x 4 x 1 0 3 式绣一绣)( 1 - 1 ) 式中 办r 一水泥浆静胶凝强度发展引起的压力损失，m p a ： 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第l 章前言 厂一水泥浆静胶凝强度，m p a ； e 环空水泥浆长度，m ： 眈井眼直径，n l m | d 广凄管直径，m m 。 由前所述，当水泥浆静胶凝强度达到2 4 0 p a 时，水泥浆就有足 够的强度阻止气窜，为此，可能引起水泥浆气窜的最大压力损失为 m m = 0 9 6 l ( d h d c )( 1 - 2 ) 水泥浆顶替到位后初始过平衡压力( d 肼) 为 o b r = 岛一尸c ( 1 3 ) 式中艮广初始静液柱压力，m p a 。 p 广气层压力，m p a 。 d 8 r 一初始过平衡压力，m p a 。 g m = d m f m( 1 - 4 ) g e a 值为l 3 ，发生环空气窜的潜在危险程度为轻度，g f a 值为 3 8 为中等，g f r 值大于8 为严重。 1 3 2 水泥浆性能响应系数法( s r n ) 水泥浆防气窜性能不仅与水泥浆静胶凝强度、滤失性能有关， 而且与井眼尺寸有关，水泥浆性能响应系数法综合以上这些因素， 其表达式为1 5 l ： s r n = 静胶凝强度增长速率水泥浆滤失速率 s r n = 西) s 。】d , ) x ( v a ) ( 1 - 5 ) 式中 d 跎卜一静胶凝强度最大增长速率。 s 墨r 一静胶凝强度增长速率最大时的静胶凝强度。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第l 章前言 d l d 卜怃r 时的滤失速率。 v 单位长度的环空体积。 a 单位长度的井壁面积。 s r n 可实际评价水泥浆综合防气窜性能，g f r 反映了气层潜在 气窜的危险程度，为此，在现场应用时应根据g f r 值的大小，选择 适当的防气窜水泥浆体系及其性能。一般而言，g f r 值分别为o 3 ， 3 8 ，兰8 时，对应的s r n 值分别为7 0 1 7 0 ，1 7 0 2 3 0 ，翌3 0 。 1 3 3 水泥浆性能系数法( s p n ) 水泥浆防气窜性能如何主要取决于水泥浆在顶替到位后，由液 态转化为固态过渡时间的长短以及水泥浆孔隙压力下降速率的大 小。其中，水泥浆由液态转化为固态过渡过程一方面可以用水泥浆 静胶凝强度发展速率来描述，还可以用稠化过渡时阃( 稠度变化速 率) 来描述。水泥浆孔隙压力下降的主要原因是水泥浆向地层失水， 为此，水泥浆孔隙压力下降速率的大小可用水泥浆滤失速率来描述。 因此，将水泥浆稠化过渡时间与水泥浆滤失速率综合考虑为水泥浆 性能系数( s p a 9 ，具体表达式为1 6 l ： s p = ( f 1 0 0 盯- 4 t 如) 4 3 0 ( 1 6 ) 式中s p n 水泥浆性能系数，无因次： 凡d p 厂一水泥浆a p i 失水，m l ； t t 伽e 、0 c _ 一分别为水泥浆稠度为1 0 0 b e 和3 0 b e 的时间， m i n 。 s p n 值评价标准为：0 s p n 茎1 0 ，防气窜效果好；1 0 2 1 ，防气窜效果差1 7 1 。 中翻石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第1 章前言 1 。3 4 修正的水泥浆性能系数( s p n i ) 8 1 妇于水泥浆热能系数s p n 只是反殃水淤浆的防气窜性能，两没 有考虑水泥浆密浚、并径、返深等霞素。洚诧，莺蠢学备弓l 入了一 个考虑现场实际因素的系数如对泥浆性能黧数s p n 进行修正： s p z = s p n 1 - i o - 忍) j ( 1 7 ) 嚣= 成名+ 屯) ，l o o 一 9 6 0 1 0 ：( d 。一d ，x 1 0 4 ，( i ，l o o ) ( 1 8 ) 式中厶、厶厂分别为水泥浆柱和钻井液柱长度，m ； 船、尹矿贫裂为永溅浆和镪势滚密度，k e d i - , ； 塌、跣分别为势径和套管外径，m ； 兄聪稳系数，无因次。 怒熬物理意义是当永泥浆羚羧凝强度达到2 4 0 p a 霹，糕空滚柱 压力与气层压力的比值。 1 4 国外防气窝研究 国外的防气鬻主要是在材料上进行着乎研究，对水泥添加某种 材料，改善水泥浆气侵阻力，从而具有防气窜的作用。 1 4 1 触变水泥 终用枫理为 水泥浆顶替到位后，能够迅速形成大- 7 ：2 4 0 p a 的 静胶凝强度，寄毅缩短水泥浆由液态转纯列固态的过渡辩瓣，减奎 发嫩环空气窜的几率。t h 3 0 m i x c e m e n t 触变水泥主要由硪酸钠、氯化 钠鞠氢氧化锄缎贼的低密度水混浆。翔c m c 期氢氧化锩也可组成触 交水泥，另外，谯承泥浆审翔入半东石膏龟珂配稍或触炎冰淀。触 变水泥对防气窜嗣井具有一定的作用，但施工危险性较火，中途一 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第1 章前言 旦停泵就有可能造成憋泵或灌“香肠”等事故【乳1 0 1 。 1 4 2 充气水泥 充气水泥具有较大的可压缩性，当水泥浆发生水化收缩时，充 气水泥浆可以补偿水泥浆体积收缩，弥补水泥浆由此造成的压力损 失，保持水泥浆液柱压力大于环空中气层压力，达到防气窜的目的。 充气水泥浆通常有三类：在水泥浆中加入阴离子表面活性剂、阳离 子表面活性剂或两性表面活性剂：在地面通过特殊的制氮设备向水 泥浆中注入氮气，然后通过添加表面活性剂( 或称泡沫发生剂) 和 泡沫稳定剂，使水泥浆中的氮气形成均匀、稳定且相互独立的泡沫 水泥浆；以钝化的铝( 锌) 粉作为发气剂生成m ，形成泡沫水泥浆， 但由于氢气的分子量很小，在水泥浆中保存率低，且具有一定的活 性，其应用受到了一定的限制1 1 1 - 1 3 1 。 1 4 3 延缓胶凝水泥浆 延缓胶凝水泥浆是指在水泥浆顶替到环空初期能够较长时间地 保持液态，以传递液柱压力，维持对气层的压力，当水泥浆水化后 能够迅速形成较高的胶凝强度，尽可能减少水泥浆由液态转化为固 态的过渡时间，从而大大降低了发生环空气窜或气侵的几率，这与 通常所说的“直角稠化时间”水泥浆属于同一类型。 1 4 j 5 1 1 4 4 非渗透水泥浆体系 非渗透防气窜水泥浆体系是2 0 世纪8 0 年代以来发展起来的， 发展较快。其作用机理为隔1 7 i ：通过添加高分子聚合物或微细材料， 中翻石浊大学( 华东) 工程硕士学像论文第1 章前言 利用化学交联剂豹交联反应或利用微细材料充填作用形成不渗透 膜，增加气体在水泥浆中的侵入和运移阻力。非渗透水泥大致可分 为掰季争类型：一蹙热入薮乳袋会耪、疆霭予表嚣活蛙裁簿；二是热 入徼细材料，常用的有微硅、炭黑等。 2 0 世纪8 0 年代后期，h a l l i b u r t o 公司荫先研究并应用微硅作为 爨气零奉| 辩，鬟会弯焱硅静永淀浆髂系在袭海避行了1 0 0 多劳次茨 气鬻固井作业，成用效果很好，同时也显麓降低了水泥浆的总成本。 近几年来，闼外研究开发了廉价的防气窜材料炭黑( 颗粒直 径0 0 0 1 0 。5f 。室内试骏凌疆，炭黑农淀浆具舂良始戆茨气窜 往能，而且在亚褥里亚海的一口3 5 0 0 m 并的西1 7 7 。8 m m 磷管固并中 得到成功应用，没有发生环空气窜，水泥浆与套管及地层胶结质量 良好。 1 4 5m t c 体系 m t c ( m u d 静c e m e n t ) 露势鼓零是摆在链势滚孛翻入胃承豫静耪蕤，通 过相配套的外加荆，使之转化成嶷有一定强度的麟化物。b 前，酋内外大都 采用高炉矿渣作为水硬性材料替代波特兰水泥。m t c 浆具有流变性能好、顶 替效率高、数膨胀、低滤失、静默凝强霾过菠对翔矮、沉降稳定歉磐等霞煮， 因此有利于防止环空气窜的发生。筵萤在南德竞萨斯r o s i t a 气嘲9 口井应甩 了m t c 固井技术，并取得了较好的应用效果，没有发生任何气窜。，并经受了 水力压裂的考验。 1 4 6 塑性材料水泥浆 t a l a b a n i s 镣入逶过实验嶷试验证秘，通过设 会理豹水泥混合 物，可以消除三种类型的气窜。第一种气鬻可能出现在餐管和水泥 孛国磊浊大学( 华东) 工程硕士学位论文第l 牵前言 之间，邋过向水泥中加合适的磁铁矿可以消除；第二种通谶使用一 种特殊材料( a n c h o r a g ec l a y ) ，猩一定程度上改善水泥界丽胶结质 量，势毙濮狳势建鞠零淀之阕豹气窜；第三秘楚逶过添麴合逶类墼 的弹饿材料，在水泥凝固过程中，弹性材料对题力动态起邀反应， 可以消除水泥凝固期间的压力变化，达到防气窜目的。 4 7 顶部脉冲洼永泷技术( t o pc e m e n tp u l s a t i o n ) h a b e r m a nj p 等人借鉴建筑北馊混凝土浆液振动来提高凝固质 量豹藩理，穗羲部躲净注农淀鼓术( t o pc e m e n tp u l s a t i o n ) 痉委 到油气井注水泥中。在德克萨斯的q u e e n 油田7 口井进行了现场试 验，环空气窜大大减少。 1 5 圈内防气窜研究 1 ，5 ， 四j | | 虿油管毽舄 四川石油管理局防气窜起步较早，形成了一整套的多种水泥浆 体系，并在现场得到了应用，效果良好。 酶窜承泥浆薅系主要寄；囝 氛密度藜气鬻承淀装髂系；海 毳 水泥丽渗透率的抗渗透水泥浆；延迟水泥浆；膨胀水泥浆； 触交水泥浆； 塑性水泥浆。 巍霾并工艺上：采角唉砂套管提离第一器谣豹黢络凌璺； 采用多密度多凝水泥浆实现压稳和避免出现凝结过程中的胶凝失 重； 缩短水泥浆谯凝结过程中过渡时间；在油气层固井对严格 控露l 永泥浆的失承；提高瑗场鬣浆系统数灞含能等搐藏。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第1 章前言 1 5 2 新星石油公司东北局 新星东北局针对松南地区浅层低压天然气井固井中存在的环空 气窜的问题，研制了l d a m 水泥浆体系，即低密度防气窜水泥浆体系， 具有密度低、失水小、稠化过渡时间短、抗压强度高、渗透率低等 特点，具体性能如表卜1 。 表1 - 1l d , 蛐i 水泥浆体系性能 水泥浆密度a p i 失水量渗透率稠化过渡时间抗压强度( 4 8 h ) g c m 3 m 1m on 1 1 t l m p a 1 3 1 6 _ _ l 漱 摇 组 ； 段 蛾瀑 幽 专 羹 四 主 龋 貉 潇 段 鼍参 0 5 鳆 卜 霉 = ；一 段 l乓啃 器掰纂耀毒纛愚黪暴毒纛锻蒸器 瞬2 - i 气牒岛地质柱状图 一l ? + 孛潜石涵大学( 牮东) 工程磺圭学像论文第2 牵敢坨予壤嚣强菸现款获鼹轰 姚二加三段萨尔图气层：本段储层的沉积环境为滨湖楣，地层厚 度为5 0 6 0 m ，砂地比为1 0 2 0 。砂岩集中发育在姚二加兰段下部， 砂体呈谶镜状发育在局部并区，横向发育不稳定，遗通性麓，单层发 育，萃屡浮发一般鸯3 7 撒，链邋率较 蔻。裔效琵豫度一般为l 麟2 2 稳， 平均为1 8 。8 筠。渗透率一般为0 4 8 。l l p 一，平均为 1 7 6 1 0 31 1 群，碳陂岩禽量一般为1 5 5 5 ，平均为2 9 6 。泥质 含量平均为3 4 。 袭2 1 魄层表 地层设- ；- f 她层 敬障提零 界系统 组 段底深m厚度m 掰第四系1 5 防塌 生泰康8 06 5 防塌 界 第三系 大安 上 明水 一段 自二段 垩 四方台组 1 4 06 0防塌、瓣 统 嫩 器段 3 8 9 2 4 9防塌、斜、卡 江 三段4 6 87 9防塌、斜、卡 二致 5 4 98 1防塌、籍、卡 组 一段5 9 34 4防塌、斜、卡 魏二热三 6 4 5 5 2茨唆、塌，瓣、卡 串 自 家一段6 8 43 9防塌、斜、卡 生 垩 二燕兰 9 4 62 6 2 辨唛，塌、豁、卡及演 系 下 青山气浸 器 自冀组防唆、塌、豁、专及油 垩 一葭 1 0 6 21 1 6 气浸 统四段l i 7 61 1 4防塌、斜、卡 泉 三段1 5 2 93 5 3 防喷、塌、斜、卡及油 头 气浸 组 二段 1 8 5 23 2 3防喷、塌、斜、卡 防喷、塌、斜、卡及油 一致 2 1 7 53 2 3 气浸 防喷、塌、斜、卡及油 登娄痒缝 丫 1 4 1 气浸 中国石油穴学( 华东) 鼍程顶圭学霞论文第2 章取姹子地区固舞现状及难点 2 2 该地区前期围并质量分析 双坨予选区具鸯气屡多、疆爨强度低、强敷疆力低( e 。瓣。1 0 3 ) 、 油气水弼层的特点，钻井过程中七部第三系( 1 8 0 5 5 0 m ) 并径扩大 垮塌，下部泉头组( 2 5 0 0 m ) 以下存在钻井液漏失等问题，固井封囿 段较长( 5 0 0 4 0 5 0 m ) ，全共气鬻纛劳墨窜气霍，固势威爨难戳保 证。 2 0 0 0 年该地区共究井l o 口，衡3 口井不合格，合格率7 0 。2 0 0 1 2 0 0 3 筝瓣疼完劳7 毅，会穆4 日，会格率5 7 。1 4 。垂手勘搽器发需要， 2 0 0 3 年平均并深在2 6 0 0 m 左右，而2 0 0 0 年平均并深在9 0 0 m 左右。 由于气层增多，封固段加长，固井质量不提高反而有所下降，虽然对 承泥浆体系送行优选、采取了先遴鹣注承泥王慧接慈，毽受气屡多踅 固段长铬因素的影响，不能有效控制气窜，固井质量不理想。7 口并 中有4 阴井试油前有弗口窜气现象。 锋瓣2 0 0 0 年璇寒该逡区存在瓣气窜严重瓣器，2 0 0 4 筝磷究应溺 了三种新材料和两种新水泥浆配方，但由于井的迸一步加深( 4 1 5 9 m ) 气层多达4 0 个、封周段长达1 4 0 0 m 等原因，除两个主力气朦封固质 量较努终，其余气袋臻空气窜严黧，声疆篷大郏谂穷予2 0 4 0 。 仍未从根本上解决该地区的固并质疑问题，固井技术远未达到可靠的 程度。 该魏区存在熬土述嚣劳蒺塞鞠嚣不双壹接影薅了气层豹溅试浮 价，污染了气层，降低了天然气采收率，还对油田开发中的陂化压裂 和分层开采等后续伶、业造成不利影响。 嚣貉在双笼予逑嚣生产势l l 鞠，等产? 瓣；2 0 0 3 年4i ：i 浮徐势 全部都遐井口窜气，不仅技套窜气，而且生产套管也窜气；坨1 0 6 、 坨1 0 8 试油和未试油前都窜气，坨1 0 9 、坨“o 未试油窜气。 中国石油大学( 华东) 薯稷硕士学位论文第2 章双蛾子地区固井现状及难点 2 - 3 。 双院子缝区霞势藏量统诗凳寝2 2 ，2 0 0 3 年霾著震量统计觅裹 斑2 吨双坨予地区固井质量绕计 瓣井年傍癸数合搿率届优质奉届蓥洼 1 9 7 756 0o有1 日封并 1 9 9 4 - 1 9 9 5 5 8 04 0有2 口封井 1 9 9 6 2 0 0 22 36 94 3 2 0 0 35 6 0 o含二次测势 2 0 0 4l 不译定 袭2 - 32 0 0 3 年围井质量统计焱 井号圈势名称 固井质量 备注 技本套警不译定 坨深5 艇产套管合格 技术套管不评定 坨1 0 8二次测并不合 生产套管不合格 格 技术套管 不合格 坨1 1 0 生产套管不合格二次澳4 并含格 技术套管不合格 坨1 0 9 生产套管不合格 技术套警不合格 坨1 0 5 生产套管台穆 吉林油田前期尽管在水泥浆酉已方方面虽然做了大量的工作，依然 没有簿这窭合适浆防露拳泥浆瑟方，慕絮主要淼溺熬拳泥浆靛方有： 6 3 0 1 低失水水泥浆、s w 早强水泥浆、d i s 非渗透水泥浆、r c - 8 0 0 低失 水水泥浆、g 3 0 2 低必水配合k q 发气剂低密度水泥浆、p z w _ a 低密度高 强疫酝含甥经貉涨茨瀑承滋浆( f 1 7 d 配会f 2 7 a ) 、6 6 0 s 茨露窳泥浆。 上述的水泥浆体系都没有很好地解决该地区的长封固段固并及气层窜 通的问题。2 0 0 3 年采用的水泥浆体系性能见表2 - 4 。 主里互垫盔堂! 兰垄! 三堡堡主堂垡丝奎蔓! 童翌堡王丝垦垦茎望鉴垦垄盛 表2 - 42 0 0 3 年水泥浆体系表 密度稠化时间2 4 h 强度a p i 失水 井号水泥浆体系 g e f t 3 | m l nm p am l d i s 非渗透 坨深51 5 21 1 0 1 6 3 0 低密度 g 3 0 1 降失水 坨1 0 6 1 5 81 4 61 53 0 低密度 s w 早强 坨1 0 8 1 6 31 5 21 94 6 低密度 r c 8 0 0 降失水 坨1 0 9 1 6 51 7 5 1 2 8 1 5 低密度 g 3 0 2 降失水 坨儿0 1 6 01 2 61 47 6 低密度 2 3 固井难点 根据以上气井固井质量情况分析，该地区固井质量不理想，主要 是因为对气井固井的难点认识不够，对固井难点没有采取有针对性的 措施。该地区固井难点主要有以下几个方面： ( 1 ) 气层多，分布段长 双坨子地区具有气层多( 如表2 5 坨1 1 1 井) 、隔层强度低、孔隙 压力低、油气水同层的特点，固井封固段较长( 坨深6 井q b l 3 9 7 m m 尾管固井封固段为2 6 5 0 4 0 5 0 m ) 。坨深6 井气测录井显示2 7 5 0 3 9 5 9 m 之间有1 6 个全烃值异常较高的层位，其中3 2 4 6 3 2 4 8 m 和3 9 4 8 3 9 5 9 m 为两个主力气层。 表2 - 5 坨l l l 井主要气层位置表 层位井段m厚度m 基值峰值峰基比 1 8 8 8 - 1 8 9 91 12 7 1 81 9 8 87 3 1 1 9 2 2 - 1 9 2 863 7 7 63 3 3 28 8 3 泉头组 1 9 7 0 - 1 9 7 651 7 9 3 6 1 2 0 1 1 9 9 7 2 0 0 252 1 7 6 2 8 2 8 9 2 0 3 1 - 2 0 3 7 66 0 37 5 8 21 2 6 2 0 6 0 - 2 0 6 663 6 26 9 41 9 2 登娄库组 2 0 6 8 - 2 0 9 0 2 26 4 66 5 2 31 0 1 2 1 1 2 - 2 1 1 75 1 _ 7 94 2 0 52 3 5 中国石油大学( 华东) 工程硕士学经论文第2 章双地子地区固井蛾炊及难点 天然气不像原油嬲祥具有离虢糙涝力，因1 l 露燹加活跃；必然气吃 重明显低子油和水，猩水泥浆中其上浮力更大；且气体的粘腱要比地 层永小褥多，故气窜照搬容易更加快；天然气分子远沈水分警、油分 子的体积毙j 、，嚣丽院水、油更蒸霄穿透能力，容易侵入茨搿能力差 的水泥熬质中，严重影响固井质墩。 ( 2 ) 水泥浆配方筛选困难 满冠双坨子遗嚣溺并的永泥浆体系要求低必承量( 夺予5 0 m l ) 、 低渗透性、高聚内聚阻力、短过渡、短候凝，水泥浆稳定性好、流动 性好，多参有利予保护始层，能满足长封固段、多套气层固井的要求， 室内筛遮适合茈要求的配方难度大。 吉林油田前期尽管在水泥浆配方方面虽然做了大量的工作，依然 没有露选出合适的防露水泥浆配方，兹期主要墩用豹水泥浆酝方有： g 3 0 1 低必水水混浆、s w 旱强水溅浆、d i s 菲渗透水泥浆、r c 8 0 0 低 失水水混浆、g 3 0 2 低失水配合k q 发气剂低密度水泥浆、p z w - a 低 密疫裹骚度配合韧性膨鞭防潺水溅浆( f 1 7 d 酝会f 2 7 a ) 、g 6 0 s 防窜 水泥浆。上述的水混浆体系都没裔缀好地解决该她区的长封溺段固并 及气层鬻通的问题。 ( 3 裁期晷菸施工工艺复杂，要求高 由井下恨况复杂，气层多，前期由于采用慝管圃并，要求滗管下 得去，捷得住，倒得开，起得出，冲洗干净，既要保证“喇叭口”处的 嚣霆势默量，援涯土下气层愆封鼹嫠瑗量，又骚绦涯安全蹶糕施工， 防止漏必，所有这些均给固井施忑及固井水泥浆体系提出了爨高的要 求。 ( 4 ) 棼下媾沉笺象 钻井过程中上部第三系( 1 8 0 5 5 0 m ) 并径扩大垮塌，下部泉头维 ( 2 5 0 0 m ) 以下钻井液存在漏失等问题，表2 - 6 给出了双坨予地区井漏 2 2 皇望互鎏奎堂! 些奎! 玉毽堡主兰垡鲨塞笙! 耋鍪鍪主些坚望茎黧鉴垄壅塞 情况统计，这也给固弗施工提出了较高的要求。 袭2 - 6 双坨子地区抟漏情况统计衷 井号漏失经雹毽潺失夔屈。楚遥方法 坨1 0 5 2 5 7 2 2 6 2 72 6 0静止堵漏 坨1 72 5 0 0 m 以下严煎漏失静止堵漏和加入堵漏剂 2 5 9 6 2 6 0 71 7加入堵漏剂堵漏 坨深5 3 。4 8 3 1 5 43 0 0魏入壤瀛裁堵潺 2 。4 双坨子地区圈并存在的问题 搬撵双坨子琵试阉井过程孛容易出现静阏麓，透季亍分褥认为主要 存在以下几方面的问题； ( 1 ) 没有采甩螽遥的防窜饯水泥浆体系 双院子遗区气承屡多，分套蔽长，防窜毪要求高。为麓庶候凝过 程中水泥浆失重时气体侵入水泥环及层间互窜，必须改善水泥浆的性 能。水混浆佳要求防窜性好，跳适应注替避攫、凝固过稷及长期硬 纯过程等各方面的霈爱。施工结泉后，承泥浆静胶凝强度邈遽增长， 使之越过临界胶凝强度。 裁期应用的承滋浆体系都没鸯遮到此要求，如g 3 0 1 低密度水泥 浆、s w 早强低密烧水泥浆均属于成滤锈型水溅浆，水泥浆防窜能力 一般，适合于油井固井，不适合气井固井。r c * 8 0 0 、l t - 1 低密度水泥 浆属予艘膜型水泥浆，具有较好鲍茨窜能力，德是应用时其窍严格的 条伴，水泥浆必颓越过“门限效成”后，才能发撵作用，蜀水泥、外加 剂，混拌的均匀程度及施工要求等方面具有严格的要求，如果一项达 不到，獒防窜龛l 力甚至低予普通熬常耀水泥浆。 前期主要应塌低密度水泥浆圈弗。低密度水泥浆由于水灰比商， 单位体积内活性材料少，胶凝强发发展缓慢，因此筛选合适的防窜性 好豹低密度永泥浆瞧至关重要。强2 - 2 尧低密度承泥浆与鬻疑密度零 2 3 中国石油火学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章双地予地区固并现状及难煮 泥浆静肉梅示意图，从图中可醣番蹬，在藏入潆珠后，承混嚣内部结 构没有常规结构致密，过渡时间长。防窜性也没有常规水泥浆好，因 此，不能起到很好的骆窜效果。 图2 - 2 低密度与常规密度水泥浆的内构结构图( 电镜扫描，放大2 0 0 倍) ( 2 ) 没有很好地采取“三压稳”技术 气井固井时必须采取“三压稳”技术，即固弗前的压稳、同井过程 孛夔嚣豫及承泥浆失整露主罄歪力苓裁传递露鹣篷稳。双坨予蟪区蘸 期固井过程中固井前的压稳、固井过程中的压稳能满足，但楚水泥浆 失重时的压稳没有很好地满足，尽管采用了加熬泥浆( 坨深6 井的加 重泥浆秘密疫| 。3 5 9 怒蠢及繇空熬强篷熬按零爨熬，毽是憩霹上熬翁嚣 力不能彼下传递( 水泥浆已部分形成结构，但怒朱形成强度) ，采用重 泥浆、双凝水泥配会加回压压稳作用效果不大。要满足三聪稳”特别 是拳混浆失重露豹纛稳，哭毒麸增麓本漉浆豹蠹部器杰、溪熬获凝强 度发展速度方面入乎( 即增加水泥水化时水泥稽的内部阻力) ，才能达 到“三稳定”特别是必藏时压稳的目的，保证环黧的封置质量。 ( 3 ) 对于缝器情舅7 蘩豹欠簸 对予气层情况、地层温度( 地温梯度、静此温度、循环温度) 及 中国石油夫学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章双珑子缝区固井瑷状及难蠡 地层的漏失情况还没有进行深入了解，也在一定程度上影响了固井质 量。 程撂下表分析( 以蓠豹资瓣) ，双坨予遮区满予高温度梯浚地层( 如 表2 7 所示) ，但是在坨深6 井1 3 9 7 m m 尾管围井前，井深4 1 5 9 m 时 泥浆出口滠度为6 8 7 ，按循环激发模式推算，井底的循环滠度约为 9 5 ( 2 ，威属于正常静漱度梯度。嚣鞭并对永滋浆试验温度为1 2 0 ( 循 环温度) ，静止温度为1 5 0 。 袭2 - 7 气层激发压力梯度袭 瑟位遗层嚣力 压力系数 琏露滠菠地滋梯度 m p a| c 1 0 0 m 。 泉一段 1 9 4 1 l0 9 48 5 84 2 泉三段1 2 0 9 61 o 6 75 3 毒三致 6 ，8 9 0l 。0 33 44 。6 魏- - + 黧段 5 8 8 5o 9 63 4s o 为保证固井质量，实现短候凝及短过渡防窜的要求，嗣弗前必须 骚究渗楚势下戆静壹瀑度爱嚣势魏瓣锺嚣湛发，凝要强迁安众篷工， 又要保诳固井水泥浆能实现短候凝及短过渡。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章防窜水泥浆体系研究 第3 章双坨子地区防窜水泥浆体系研究 3 1 双坨子地区气窜机理研究 3 1 1 双驼子地区气窜的原因及影响因素 双坨子地区气层多、隔层强度低、孔隙压力低( 0 9 4 1 0 3 ) 、油气 水同层的特点。为防止候凝过程中水泥浆失重时气体侵入水泥环及层 问互窜，必须改善水泥浆的性能。水泥浆性能要求防窜性好，能适应 注替过程、凝固过程及长期硬化过程等各方面的需要。影响双坨子地 区油气水窜的主要因素有以下几个方面。 ( 1 ) 水泥浆自身的性能 水泥浆在候凝期间，随着水泥的水化，将会发生失重，如果环空 液柱压力p 。加上流体进入水泥浆孔隙需克服的阻力p r f j 、于地层( 地 层流体) 压力p f ，即： p p + p 町 承泥浆黢凝$ l 起豹失萋 必爨的第一阶段烧由于胶激譬l 超的，所以此除段水泥浆璺液体状 态，麓警承泥与水酌纯合反应，承泥浆孛煞水不精减少，产燮靛承强 矿穆不断增热，势律淹有析螽过程静进行，羧使拳泥浆串麴懑稻不繇 增鸯疆，水仡矿物的肢体性质使水淀浆的静胶凝强度也睫之瓒加，达至4 静承舔力之前，随殷凝强度懿增船，胶凝悬撩亦增魏，表现炎霆现象 戬滋较俊静速度露禳，此时承泥浆俸系的往矮仍保持滚俸获态。 2 ) 水泥浆蛉网状缝梅弓l 起必熬 失燕瓣第二除驳胶凝强瘦继续增加，永滋颗粒勰形或裙拦连接鹃 足够强度静霹状绥鞠薅，水淀浆的鑫重完全被悬挂予管壁上，永泥浆 自重誉自r 产生赘匿，对应时闯为达到静水压力躲孵超，攥爨部分皇由 承还存在，还能够在嬲架结构孛的空辕孛流动。霞姥，承淀浆柱静蓬 显示为等离承柱静鼹。随着承泥反应深入，鼹稻含量继续不断增加， 霹黎缝约懿空隙在攀鞭变小，东的滚动阻力燃嬲，这对反姨农失重趋 线上水泥浆柱嚣莲德逐濒蔹予静永柱静压毽静缓漫失重过程。一量两 架结秘静空陈小弼壤细乳静程度，承静自重就不能传压了，水泥浆裎 的缓竣失霪遂程惑麟绫柬了，遮瓣的对应黔孵越为翅凝时嘲。 3 ) 承涅嚣积l l 殳缎零 起翦失熬 谨水泥浆呈液体状态时，体馥收缩可由承泥浆柱上面游零泥浆或 其它流体( 如链势波秘蕊离滚) 给予聿 充。隧潜浆钵滚态瞧熊豹澄失， 2 7 中国石油大学( 华东) 工穰磺士学位论文第3 章防窜水泥浆俸系绩究 对压力的传导能力不断减少，水泥浆体积收缩得不到补充，只谢消耗 原有的锉繁& 量，使水溅浆内部压力不断减少，导致水泥浆初凝以后， 水泥浆挫聪力很快失耄捌零值和产擞“受值效应”，这说弱在第麓：矢重 阶段，水泥浆的体积收缩起着决定性的作用。 在井底温度下水泥将发生失重，水泥浆失重将使褥嚣空波拣嚣力 降低，环空的液柱压力加上水泥本身形成的阻力低予地层流体聪力后， 便可能形成气窜。环空液柱压力的降低可通过近似的水泥浆失缀规律 诗算出采。 矗p = o 0 0 9 8 t h c ( p o 一成) ( 3 - 1 ) 式中臌r 水泥浆柱的长度： 露- 水泥浆密缓，g e m 3 ： n 。，水的密度，g e m 3 。 失重的影响可用环空液腰系数h f 来袭示： 。 ! ! 堡( 3 - 2 ) h f = 一 p 。l m + p | l s + p 。l c i - i f 一般应在o 8 7 1 之间。 4 ) 承泥浆戆高失承及拳泥浆懿苓稳定l 圭g l 越勰失重 水泥浆的高失永及水泥浆的不稳定性也会引起环空窜流。水泥浆 大量失水足引起环空气窜的因素之一。顶替水泥浆后的一段时问内， 静滚挂露力是可敬赞遂魏。毽垂予疼淀浆囱渗透梭逑层失承，逑残拳 泥浆水获比降低，导数静液柱压力传递受阻，便水泥浆静液柱聪力下 降。随着时间的增加，水泥浆液柱滕力将低于地层压力，于是流体通 过农泥浆发生屡阕窑滚。另一方嚣憨黎毽是，苓稳定戆瘩泥浆巾含有 较多的自由水，在渗透健差的地层，自由水在水泥凝结过程中，聚集 而形成微细通道，这便是油气水窜的薄弱通道。 承溅浆在凝结过稷瓣力发展静抉慢霹茨气露饔盛接终鼹，阻力交 2 8 串国石油大学( 华东) 羔狴硪士学位论文第3 章辨窜水泥浆体系研究 亿速度越侠，防气窜能力越强，为了保证固井质曩，室内必须筛选防 牵瞧能好，阻力变化太的水溺浆体系。 ( 2 ) 钻井液鹱替 最初发现气窜簿瓤糖，主要认为是驱替锫井液效果蓑绒是水泥，套 管、水泥媲屡黪胶结差。尽管发现其它一些条伟，僵是餐效骣赘锗势 液仍然是投谁4 液体侵入环空的强决条传。 有效驱替钻井液方法主要有： 1 ) 横攒弗e 受条转充分调整锸势液矬麓； 2 ) 结弗过程巾保持势跟勰慰； 3 ) 保证套管厝中； 4 ) 在循耀锚劳液及在磺鹫j 雯穗审，尽掰能滔动套警： 5 ) 傈诞隔离波与津洗液性能； 6 ) 像迁足够豹接触髓淘# 7 ) 礁定一定的顶餐霸 量； 8 ) 控囊l 水泥浆的密度，保持一定鲢均匀往。 上述措施均是使水泥浆究全充满环空，以形成一个完全的水泥环， 保证环空的封隔，防止油气水窜，防止损害。 井径不援刘、扩大率大，劳鼹或全角交往率大等，姆器致顶替效率麓， 水泥浆及隔离液不麓涛环空中的钻势液顶替平净。鲞水泥凝隧藤，随 着水泥浆躲藏凝、赋承及牧缭，留在环空中酌箔势液成为壤层流体窜 瀛的潜在通道，发