提高复杂井固井质量技术

硕士2003级

现代完井工程固井新技术(二)1第二部分提高复杂井固井质量技术2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3一、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；4（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。5一、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。6（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7一、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；8（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。9一、影响复杂杂井固井质量量因素浅析（1）钻井与与提高顶替效效率对钻井液液性能的矛盾盾要求钻进对钻井液液性能要求：：密度适当过平平衡、低失水水、强抑制能能力；较高粘度、切切力，高悬浮、高高携屑能力；；优质泥饼、优优良流变性、、粗分散（絮凝凝）。固井对钻井液液性能要求：：密度适当过平平衡、低失水水、强抑制能能力；低粘度、切力力，高悬浮、高高携屑能力；；优质泥饼、优优良流变性、、细分散（反絮絮凝）。根据岩性转换换体系和形成成优质泥饼便便于调整泥浆浆。10一、影响复杂杂井固井质量量因素浅析（2）泥饼性能关系系井壁稳定且且严重影响界界面胶结能力力（1）聚合物物钻井液泥饼饼质量差是致致命弱点；（2）强水敏敏和高渗透地地层未注意泥泥饼造壁保护护作用；（3）未能在在进行体系转转换过程中及及时形成优质质泥饼；（4）井壁不不稳定被迫提提高黏度切力力保证电测、、下套管安全全；11（5）电测、、下套管后不不敢降低钻井井液粘度、切切力、触变性性；（6）不重视视使用泥饼刷刷清除渗透性性产层处的井井壁附着泥饼饼；（7）劣质泥泥饼混入水泥泥浆影响水泥泥胶结和声幅幅测井的质量量；（8）不良胶胶结质量导致致投产后层间间分隔失效影影响强化改造造。必须重视钻井井液应用技术术与井壁稳定定、泥饼清除除要求。12一、影响复杂杂井固井质量量因素浅析A、模拟套管、泥泥浆、水泥浆浆与渗透井壁壁图示13一、影响复杂杂井固井质量量因素浅析B、渗透性井壁处处聚合物虚泥饼失水后状态图图示14一、影响复杂杂井固井质量量因素浅析C、渗透性井筒、、泥饼与凝固固水泥石图示示15一、影响复杂杂井固井质量量因素浅析D、被井壁泥饼包包围的水泥石石图示16一、影响复杂杂井固井质量量因素浅析E、终凝后通过水水泥基体边壁壁处发生气侵侵图示17一、影响复杂杂井固井质量量因素浅析（3）水泥浆浆体系性能设设计低劣达不不到使用要求求（1）低与超超低密度、高高与超高密度度等特种水泥泥设计困难；；（2）低与超超低温度、高高与超高温度度等特种水泥泥设计困难；；（3）低与超超低密度水泥泥浆体系稳定定和密度恒定定难于保证；；（4）高与超超高密度水泥泥浆体系稳定定和混配均匀匀难于保证；；（5）低与超超低温度对水水泥浆体系早早强性能提出出极高要求；；（6）高与超超高温度对水水泥浆安全可可泵、大温差差强度一致和和长期热稳定定性有极高要要求；（7）产层水水泥浆必须具具备防窜能力力、防腐能力力、抗裂能力力。重视油井水泥泥、外加剂、、外掺料及特特殊功能机理理研究。18一、影响复杂杂井固井质量量因素浅析F、、水泥泥浆浆发发生生的的相相态态分分离离图图示示候凝凝过过程程中中水水泥泥浆浆体体系系相相分分离离低密密度度外外掺掺料料因因有有密密度度差差上上浮浮高密密度度外外掺掺料料因因有有密密度度差差下下沉沉19一、、影影响响复复杂杂井井固固井井质质量量因因素素浅浅析析G、、体系系不不稳稳定定造造成成固固态态水水泥泥石石分分层层图图示示20一、、影影响响复复杂杂井井固固井井质质量量因因素素浅浅析析H、、设计计低低劣劣的的低低密密度度水水泥泥浆浆凝凝结结水水泥泥石石图图示示21一、、影影响响复复杂杂井井固固井井质质量量因因素素浅浅析析I、、不同同膨膨润润土土含含量量水水泥泥石石体体积积收收缩缩图图示示22一、、影影响响复复杂杂井井固固井井质质量量因因素素浅浅析析4、、实实际际井井眼眼工工况况参参数数对对水水泥泥浆浆受受热热有有显显著著影影响响23一、、影影响响复复杂杂井井固固井井质质量量因因素素浅浅析析不掌掌握握水水泥泥浆浆实实际际受受热热，，严严重重影影响响水水泥泥体体系系科科学学设设计计24一、、影影响响复复杂杂井井固固井井质质量量因因素素浅浅析析5、、高高温温高高压压下下水水泥泥浆浆流流变变性性变变化化，，明明显显影影响响流流动动计计算算25一、影响响复杂井井固井质质量因素素浅析某水泥浆浆体系不不同温度度、压力力下流变变参数、、临界排排量、摩摩阻梯度度变化的的实验结结果。26摩阻压降降计算差差别对小小间隙固固井可能能产生严严重后果果27一、影响响复杂井井固井质质量因素素浅析4、导致固井井质量不不良的主主观原因因（1）未能根据据油藏开开发及采采油工程程生产要要求进行行完井设设计；（2）油油公司制制定技术术规定与与造价要要求将所所有矛盾盾交给固固井；（3）钻井部门门强调成成本忽视视钻井液液性能对对顶替效效率的要要求；（4）不了解井井壁泥饼饼影响胶胶结和水水泥浆体体系性能能设计低低劣；28（5）不掌握实实际井眼眼条件下下工况参参数对水水泥浆受受热的影影响；（6）不掌握温温度对入入井流体体流变性性、流态态判别、、摩阻影影响；（7）不掌握水水泥浆凝凝结失重重压降规规律及防防窜能力力与作业业设计的的关系；（8）不不掌握管管材、水水泥石、、地层组组合变形形对水泥泥设计影影响；（9）不不掌握后后期生产产条件与与环境对对水泥石石耐久及及腐蚀影影响。29二、复杂杂井固井井科学注注水泥要要求1、复杂杂深井固固井作业业环境（1）井井深、套套管层次次多、封封固段长长、尾管管间隙小小、井底底温度与与地层流流体压力力高、盖盖层岩性性与产层层流体性性状多变变；（2）井井眼轨迹迹变化大大、裸眼眼井段长长、岩性性复杂、、井径不不规则、、井壁稳稳定性差差、钻井井液性能能要求矛矛盾、泥泥饼质量量差；（3）多多套压力力系统共共存、安安全密度度窗口窄窄、漏喷喷塌跨现现象频繁繁出现。302、复杂杂深井固固井技术术难点（1）套套管荷重重、下入入困难、、居中低低、环隙隙条件差差、提高高顶替效效率困难难；（2）水水泥量大大、封固固段长、、温差大大、水泥泥浆体系系、工程程性能设设计困难难；（3）安安全窗口口窄、流流体压力力高、流流摩阻大大、漏喷喷垮窜、、平衡固固井困难难。31二、复杂杂井科学学注水泥泥要求现场及室室内研究究表明：：提高油气气井固井井质量涉涉及问题题诸如：：井眼轨轨迹、井井身结构构、井身身质量、、流道尺尺寸、岩岩性特征征、产层层性状、、井壁稳稳定、泥泥饼质量量、井眼眼净化、、套管居居中、压压力平衡衡、泥浆浆、水泥泥浆流变变性能匹匹配、水水泥浆设设计温度度条件、、综合工工程特性性要求等等方面。。上述因素素作为一一项系统统工程有有机地结结合起来来，是当当前提高固固井质量量的主要要方向。。现场归纳纳为压稳、居居中、替替净、密密封八字方针针32提高封固固质量必必须达到到的基本本要求：：(1)水水泥浆浆注替和和凝结过过程，必必须保证证浆柱当量压力力与地层压压力的平平衡关系系，作到到水泥浆浆不漏，，油气水不因水水泥浆失失重而造造成窜流流问题；；(2)清清除和和替净环环空泥浆浆，提高高水泥浆浆的顶替替效率和和水泥环的的胶结质质量；(3)提提高水水泥石的的密封质质量，无无局部水水槽、横横向水带带和窜槽现现象，满满足后继继工程的的要求；；(4)水泥环耐耐久性保保证油气气井的正正常生产产寿命期期。33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、复杂杂井科学学注水泥泥要求3、科学学注水泥泥的基本本要素34采用温度度模拟器器预测合合理设计计井温考虑井温温影响合合理进行行流变性性设计按井温分分段方法法对流变参参数的计计算方法法注水泥设设计软件件进行静静平衡设设计注水泥动动平衡仿仿真模拟拟分析固井数据据采集与与实时时监测评评价系统统认真进行行水泥浆浆体系防防窜特性性实验典型超高高压复杂杂井现场场作业实实例安四井固固井的主主要特点点及难点点环空间隙隙小：177.8mm技套：：最小环环空间隙隙19mm；；127mm油油套：：最小环环空间隙隙11.11mm。地层的压压力安全全窗口窄窄：177.8mm技套：：压力安安全窗口口0.37g/cm3；127mm套管管：压力力安全窗窗口0.29g/cm3。钻井液密密度高：：2.55g/cm3。水泥浆密密度高：：>2.60g/cm3。混配、、泵注困困难。上述条件件的限制制，使得得很多提提高顶替替效率的的措施（（活动管柱、紊紊流顶替替、增加加浆体密密度差等等）均无无法采取取。因此，这这两次固固井都是是难度非非常大的的小间隙隙、超高高密度、、窄压力力安全窗窗口的固固井施工工。41安四井固固井采取取的主要要技术措措施：①采用用高品位位铁矿粉粉及优化化设计粒粒度分布布设计超超高密度度水泥浆浆；②使用用具有二二次混配配能力和和专利的的循环喷喷射搅拌拌式批混混合器；；③专门门研制粘粘滞型高高密度隔隔离液；；④综合合各种钻钻井施工工数据信信息准确确估计地地层漏失失压力当当量密度度；42⑤严格格按照波波动压力力预测控控制下套套管速度度，防止止压力激激动井漏漏；⑥根据据水泥浆浆高温高高压流变变性和防防窜特性性进行平平衡注水水泥设计计；⑦地面面与井下下模拟试试验检验验各项设设计可靠靠性；⑧根据完完全塞流注注替要求调调整全部入入井流体性性能并进行行作业。43177.8mm技技术套管固井：一级领浆配配方H+70%325目铁矿矿粉+2%WG+1.5%ST200S+0.26%ST200R+0.7%SXY2+0.1%HS2A+0.1%消泡剂剂+42%水水泥浆性能能密度度：2.40g/cm3造浆率：90%水灰比比：43%液液固比：24.6%自由水水：<0.5%API失水水：25ml稠化时间：：442min/65℃×70MPa抗压强度：：20MPa/60℃×0.1MPa×24h44一级尾浆配配方H+70%325目目铁矿粉+2%WG+12.5%D600+0.9%D135+3.2%D604+0.1%D144+24.6%水水水泥浆性能能密度度：2.40g/cm3造浆率：90%水灰比比：43%液液固比比：25%自由水水：<0.5%API失失水：10ml稠化时间：：280min/65℃×70MPa抗压强度：：25MPa/60℃×0.1MPa×24h45二级浆配方方H+70%325目铁矿矿粉+40%200目铁铁矿粉+2%WG+10%D600+0.8%D135+3.2%D604+0.1%D144+34%水+15%200目铁矿粉粉水泥浆性能能密度度：2.56g/cm3造浆率：104%水灰比比：48%液液固比比：22%自由水水：<0.5%API失失水：20ml稠化时间：：208min/65℃×70MPa抗压强度：：25MPa/60℃×0.1MPa×24h46177.8mm技技术套管固固井施工结结果水泥塞面2807.74m水泥返高2160mCBL测井井优良环空压力,关井72小时无无显示47127mm油层套套管固井4849127mm油层套套管固井设设计泵压与与施工实际际泵压对比比①趋势吻吻合②②平平均误差差6.31%50三、科学注注水泥应研研究的问题题1、研究如如何准确掌掌握井下温温度注水泥作业业设计基础础科学依据据外加剂、作作业时间、、材料成本本不明原因作作业失败潜潜在影响井漏、低返返、憋泵、、井口与层层间窜流井底静止与与循环温度度的准确测测量工程随钻测测量、开发发数据统计计、测温工工具与工艺艺变温工程流流体、地层层岩石热物物理特性参参数测定模型精度基基础计算机资料料整合与温温度模拟器器开发设计手段512、研究准准确掌握入入井流体流流变特性高温高压变变温升梯度度下入井流流体流变特特性测定流变模式本本构方程与与计算模式式选定含温流变模模型的建立立、求解及及拟合变井径、分分温度梯度度井段校正正管内、环空空、小间隙隙摩阻与排排量标定工程当量循循环密度科科学计算的的仿真设计计建立523、、研究究如如何何合合理理确确定定安安全全压压力力窗窗口口利用用三三条条压压力力预预测测线线利用用随随钻钻工工作作液液参参数数记记录录和和泵泵压压记记录录利用用漏漏失失实实验验数数据据利用用憋憋泵泵压压力力和和循循环环启启动动泵泵压压数数据据仿真真模模拟拟534、、研究究如如何何进进行行科科学学水水泥泥体体系系设设计计体系系组组分分评评价价与与合合理理选选定定外加加剂剂、、外外掺掺料料、、基基本本水水泥泥、、纯纯度度、、细细度度、、级级配配体系系工工程程特特性性与与后后续续作作业业工工况况要要求求协协调调低与与超超低低、、高高与与超超高高、、淡淡水水与与盐盐水水、、岩岩层层蠕蠕变变、、高高温温稳稳定定、、酸酸溶溶与与抗抗酸酸溶溶、、增增塑塑性性、、抗抗腐腐蚀蚀体系系组组分分设设计计与与配配方方设设计计配套套前前置置液液体体系系设设计计特种种处处理理剂剂提高高地地层层承承压压能能力力特特种种流流体体545、、研究究掌掌握握关关键键性性固固井井工工艺艺机机理理水泥泥浆浆与与水水泥泥石石防防窜窜能能力力评评价价技技术术防止止固固井井后后环环空空窜窜流流的的量量化化设设计计方方