提高复杂井固井质量技术.ppt

硕士2003级现代完井工程,固井新技术(二),第二部分,提高复杂井固井质量技术,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,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）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。,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。,（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,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；,（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。,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。,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；,（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。,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,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,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,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,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,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。,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,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,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,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,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,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,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,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。,摩阻压降计算差别对小间隙固井可能产生严重后果,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；,（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。,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。,2、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。,二、复杂井科学注水泥要求,现场及室内研究表明：提高油气井固井质量涉及问题诸如：井眼轨迹、井身结构、井身质量、流道尺寸、岩性特征、产层性状、井壁稳定、泥饼质量、井眼净化、套管居中、压力平衡、泥浆、水泥浆流变性能匹配、水泥浆设计温度条件、综合工程特性要求等方面。上述因素作为一项系统工程有机地结合起来，是当前提高固井质量的主要方向。现场归纳为压稳、居中、替净、密封八字方针,提高封固质量必须达到的基本要求：,(1)水泥浆注替和凝结过程，必须保证浆柱当量压力与地层压力的平衡关系，作到水泥浆不漏，油气水不因水泥浆失重而造成窜流问题；(2)清除和替净环空泥浆，提高水泥浆的顶替效率和水泥环的胶结质量；(3)提高水泥石的密封质量，无局部水槽、横向水带和窜槽现象，满足后继工程的要求；(4)水泥环耐久性保证油气井的正常生产寿命期。,科学化固井技术,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,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,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。,安四井固井采取的主要技术措施：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；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；专门研制粘滞型高密度隔离液；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；,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；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；地面与井下模拟试验检验各项设计可靠性；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。,177.8mm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/6570MPa抗压强度：20MPa/600.1MPa24h,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/6570MPa抗压强度：25MPa/600.1MPa24h,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/6570MPa抗压强度：25MPa/600.1MPa24h,177.8mm技术套管固井施工结果水泥塞面2807.74m水泥返高2160mCBL测井优良环空压力,关井72小时无显示,127mm油层套管固井,127mm油层套管固井设计泵压与施工实际泵压对比,趋势吻合平均误差6.31%,三、科学注水泥应研究的问题,1、研究如何准确掌握井下温度注水泥作业设计基础科学依据外加剂、作业时间、材料成本不明原因作业失败潜在影响井漏、低返、憋泵、井口与层间窜流井底静止与循环温度的准确测量工程随钻测量、开发数据统计、测温工具与工艺变温工程流体、地层岩石热物理特性参数测定模型精度基础计算机资料整合与温度模拟器开发设计手段,2、研究准确掌握入井流体流变特性,高温高压变温升梯度下入井流体流变特性测定流变模式本构方程与计算模式选定含温流变模型的建立、求解及拟合变井径、分温度梯度井段校正管内、环空、小间隙摩阻与排量标定工程当量循环密度科学计算的仿真设计建立,3、研究如何合理确定安全压力窗口,利用三条压力预测线利用随钻工作液参数记录和泵压记录利用漏失实验数据利用憋泵压力和循环启动泵压数据仿真模拟,4、研究如何进行科学水泥体系设计,体系组分评价与合理选定外加剂、外掺料、基本水泥、纯度、细度、级配体系工程特性与后续作业工况要求协调低与超低、高与超高、淡水与盐水、岩层蠕变、高温稳定、酸溶与抗酸溶、增塑性、抗腐蚀体系组分设计与配方设计配套前置液体系设计特种处理剂提高地层承压能力特种流体,5、研究掌握关键性固井工艺机理,水泥浆与水泥石防窜能力评价技术防止固井后环空窜流的量化设计方法流变性匹配与顶替流态、环空浆柱结构确定冷浆入井对高温井