江苏油田H区固井质量影响因素分析及对策.doc

江苏油田H区固井质量影响因素分析及对策赵进1 施智玲2 吴钊3 姚文强4（1 中国石化江苏油田石油工程技术研究院，江苏，扬州 225000；2 江苏石油工程有限公司固井技术服务公司，江苏，江都 225264 ）摘要：为了解决江苏油田H区固井质量优质率偏低的问题，通过统计2013年上半年35口井固井质量、固井前钻井液性能、前置液性能、水泥浆性能以及其他影响因数，分析各单因素对水泥浆封固质量的影响，得到了影响固井质量的主要因素和优化值。但无法判断影响因数影响力大小，通过引入灰色系统理论，编写关联度计算程序，得到各影响因素对水泥浆封固质量的关联度。现场应用表明，根据影响因数关联度排序，控制关键影响因数，可有效提高固井质量。关键词：固井质量 影响因数 概率统计 灰色系统理论 Analysis of Influential Factor of Cementing Quality and Solution in H Area of Jiangsu OilfieldZhao Jin1 Shi Zhiling1 Wu Zhao2 Yao Wenqiang2(1 Petroleum Engineering Research Institute of Jiangsu Oilfield, Sinopec, Jiangsu, Yangzhou, 225000, China；2 Cementing Technical Service Center ,Sinopec Oilfield Service Jiangsu Corporation , Jiangsu, Jiangdou, 225264, China)Abstract: To resolve the problem of low high quality rate of cementing quality H area of Jiangsu oilfield, analysis different factors of cementing quality, obtain dominant influential factor and optimize value, by counting cementing quality、mud property、prepad fluid property、cement slurry property and other influential factor of 35 wells in the first half year of 2013.But we can not decide influence quantity of dominant influential factor, by means of the theory of grey system, compose calculator program of degree of association ,calculate and obtain the value of relational grade of influencing factors. Field application shows that, according to the relevancy influence factor, control the key influence factor, which can effectively improve the cementing quality.Key words: cementing quality; influential factor; probability statistics; theory of grey system1 问题的提出根据江苏油田监督中心20102013年上半年固井质量监督报告的数据（见表1），发现江苏油田H区块钻井固井质量合格率与优质率都低于S区块固井质量的合格率与优质率，尤其是优质率。S区块钻井固井质量优质率平均值达到90%，而H区块不到70%。而且，S区块钻井固井优质率常年在90%以上，而H区块钻井近几年一直下降，从2010年的81.82%降到2013年上半年的62.86%。表1 近几年江苏油田固井质量统计表序号时间S区块H区块江苏油田井数合格率%优质率%井数合格率%优质率%井数合格率%优质率%1201011710094.877798.7081.8219499.4889.692201113810092.037698.6876.3119499.5386.453201216910093.498998.8864.0425899.6183.3342013.57210090.283597.1462.8610799.0781.31注：2013.5表示2013年上半年。由于固井质量的好坏关系着后期工况能否顺利进行，同时也关系着整口油气井寿命的长短和安全性能的好坏1。因此，为提高江苏油田H区块钻井固井质量，必须找出其固井质量偏低的原因。概率统计的优点是对大量数据的统计优越性，数据量大能避免个别数据的变异性而对整体趋势的干扰3。固井质量影响因素众多，并且各个因素的数据量大，所以用概率统计的方法能较好的反映各个单因素与固井质量之间的关系。2 固井质量影响因素概率统计分析本文对2013年上半年安徽钻井35口井固井质量影响因数的进行了详细的统计分析。固井质量影响因素包括：固井前钻井液性能、前置液性能、水泥浆性能、候凝方式、井径扩大率、井斜和扶正器类型等4。2.1 固井前钻井液性能对固井质量的影响固井前统计的钻井液性能包括钻井液密度、漏斗粘度、失水量、泥饼厚度、含砂量、初切、终切、触变性、n值和K值。由表2数据可得，钻井液密度小于1.30 g/cm3时，固井质量优质率明显高于密度大于1.30 g/cm3时的固井质量。所以，在保证井下安全的前提下，钻井液密度应尽可能低。表2 钻井液密度密度 / g/cm3优质率/ %合格率/ %不合格率/ %1.3071.5032.912.451.3054.7540.964.29钻井液密度高于1.30 g/cm3时，固井质量低的原因：一是统计资料中密度高于1.30 g/cm3的井，如闵29-9、闵28-11和高6-111等都发生了复杂情况；二是固井一般采用常规密度水泥浆固井，钻井液密度越高，即水泥浆与钻井液密度差越低，从而导致顶替效率降低。同理，统计所得，为提高固井质量，固井前钻井液密度应该控制在1.30 g/cm3，漏斗粘度4045s，初切力3cP，其他泥浆性能：失水5ml、泥饼厚度1mm、含沙量0.2%、终切、触变性、以及n、K值对固井质量影响不明显。2.2前置液性能对固井质量的影响前置液性能包括体系、用量（占环空高度）、环空返速和接触时间。前置液由冲洗液和隔离液组成，其中，冲洗液一般由2m3浓度2.5%XY-28和2m3浓度10%SNC组成，隔离液一般由2m3清水组成。表3 前置液环空高度环空高度/ m优质率/ %合格率/ %不合格率/ %15020056.9941.251.7620030070.8426.622.5430035385.7914.160.06 由表3可得，前置液占环空高度越高，固井质量越高。在同一环空返速下，前置液增多，便增加了冲洗时间，提高了顶替效率。所以在保证井下安全前提下，适当增加前置液使用量。同理，统计所得，为提高固井质量，前置液占环空高度应达到300m,环空流速大于1.20m/s，前置液接触时间大于3min。2.3水泥浆性能对固井质量的影响江苏油田域内固井，一般采用单一常规密度水泥浆固井，当封固层中存在漏失地层时，需要降低水泥浆液柱压力，有时也采用常规密度加低密度水泥浆体系。表4 水泥浆结构结构优质率/ %合格率/ %不合格率/ %常规71.7426.861.39常规+低密39.6950.809.51由表4数据可得，采用常规密度水泥浆固井的优质率比采用常规密度加低密度水泥浆的优质率高出30%。所以，对于封固层中存在漏失井的固井需要加强分析研究。固井前应该按照要求对漏层需要进行堵漏及承压试验。同理，统计所得，为提高固井质量，水泥浆浆体采用单一结构，密度达到1.90 g/cm3，水泥浆密度波动控制在0.20g/cm3以内，水泥浆初始稠度控制在1020BC，水泥浆密度与钻井液密度差大于0.6g/cm3，固井封固段长不宜大于1500m。其中，统计水泥浆的失水都控制在3040ml，水泥浆游离液为0，所以，本文没有统计失水和游离液对固井质量的影响。2.4其他因素对固井质量的影响固井侯凝方式一般采用敞压侯凝，当浮鞋浮箍失效，套管内钻井液会往外溢流时，需要采用憋压方式侯凝。表5 侯凝方式侯凝方式优质率/ %合格率/ %不合格率/ %憋压25.0075.000.00敞压73.1624.522.32统计数据表明(如表5)，憋压方式侯凝的固井质量优质率只有25%，而采取敞压方式侯凝的达到73%。所以，为保证固井质量，需要控制下套管结束后空闲循环时间和采用质量有保证的浮箍浮鞋，其浮箍浮鞋应要求厂家对浮箍浮鞋进行反向试压并提供反向试压检验证书。同理得，使用刚性扶正器的固井质量优质率比使用弹性扶正器的提高近50%，而且实际使用情况表明，弹性扶正器容易损坏。所以，一般情况下，应该使用刚性扶正器。综上所述，通过固井质量单因数统计分析，得到影响固井质量主要因素，但不知道主要影响因素之间对固井质量影响的大小，没有具体的量化指标。于是，本文引入灰色关联度理论来解决不同因素对固井质量的影响程度问题。3 灰色关联分析在固井中的应用1982年，中国学者邓聚龙教授创立灰色系统理论。灰色系统理论以“部分信息已知，部分信息未知的“小样本”、“贫信息”不确定性系统为研究对象，主要通过对部分已知信息的生成、开发，提取有价值的信息，实现对系统运行行为、演化规律的正确描述和有效监控5。3.1 灰色关联度模型经过对影响固井质量因素的分析，得到固井质量主要影响因素。但这些主要影响因素对固井质量影响的大小却只停留在感官层面，由此，引入灰色关联度来判断影响因素对固井质量影响大小的排序。灰色关联度的基本思想是根据序列曲线几何形状的相似程度来判断其联系是否紧密。曲线越接近，相应序列之间关联度就越大，反之越小。关联度的计算步骤如下5：第一步，求各序列的均值像， 。第二步，求差序列，。第三步，求两极最大差与最小差，两极最大差为：，两极最小差为：。第四步，求关联系数， ，式中表示对在k点处的关联系数。 第五步，计算关联度，i=1， 2，m， k=1，2，n。其中R0i表示对的关联度。3.2 灰色关联度在固井中的应用以江苏油田H区块35口井的固井质量第一界面为系统特征序列，以钻井液性能、前置液性能，水泥浆性能和其他因素共4类为系统相关因素序列。从固井一界面的固井优质率、合格率、总合格率3个角度分析各个因素与固井质量的关联度。其中，水泥浆结构、侯凝方式和扶正器类型，以统计评价结果的好与差分别取值为100和50。如图1所示，从固井一界面优质率和总合格率两个方面的关联度排序看，虽然关联度数值不同，但影响固井质量因素关联度的排序趋势基本一致，而合格率关联度趋势与其不同，且关联度较小，这从正反两方面说明关联度理论适用于固井质量影响因素评价。图1 影响因素关联度曲线图为了得到影响固井质量因素对固井质量影响的关联度，从优质率和总合格率2个角度分析得到的关联度的平均值，作为综合关联度判断影响的主次，综合排名数值越小，代表影响越大。结果如表6所示。表6 影响因素关联度排序影响因素均值排序水泥浆体系0.925301水泥浆密度0.922912侯凝方式0.920343扶正器0.920204钻井液密度0.915895密度差0.895486接触时间0.894827漏斗粘度0.892178环空返速0.852589水泥浆初始稠度0.8477810泥浆初切0.8362011环空高度0.8285612封固段长0.8108613井斜0.7936214井径扩大率0.7733715水泥浆密度波动0.7403116由表6可得影响固井质量的影响因素由强到弱分别为水泥浆体系、水泥浆密度、侯凝方式、扶正器、钻井液密度、密度差、接触时间、漏斗粘度、环空返速、水泥浆初始稠度、泥浆初切、环空高度、封固段长、井斜、井径扩大率和水泥浆密度波动。4 现场应用根据固井质量影响因数分析和影响因数关联度排序，为提高固井质量，主要采取了以下优化措施控制主要影响因数：1、保证水泥浆密度不低于1.90 g/cm3，对于有漏失的井，第一时间要做好承压堵漏工作；2、统一使用刚性扶正器；3、固井公司与钻井队协调好下套管时间和固井公司上井时间，避免长时间循环损坏浮箍；4、下完套管后，循环钻井液时，一定要有效使用固相设备，大排量循环第二周，要打开除泥器。表7 江苏油田H区块固井质量统计时间井数/口合格率/%优质率/%2013年上半年3597.1462.862013年三季度2910093.102013年四季度2510088.002013年8898.8679.55表7表明，通过针对影响固井质量关键因数施加有效措施， 2013年下半年固井质量比2013年上半年有了明显的提高。2013年上半年固井质量优质率为62.86%， 而通过有效措施后，2013年全年固井质量优质率达到79.55%。5 结论1、通过对江苏油田H区，固井前钻井液性能、前置液性能、水泥浆性能和其他性能的