现代固井技术讲座四.ppt

1、现代固井技术研讨会张(中国海洋石油总公司)，现代固井技术的理论基础和现场经验，第一部分是现代固井技术发展的理论基础，第二部分是现代固井基础理论的综合应用经验，第三部分是现代固井技术现场应用的基本保证，(1)现代固井技术特殊计算在固井中的意义，(2)现代固井技术特殊计算的理论基础，(3)现代固井技术的主要计算模式，(1)现代固井技术特殊计算在固井中的意义。高温高压井固井作业需要特殊的计算模式，重点解决井漏、气窜等问题；解决固井事故需要特殊计算；现代固井技术离不开严格的施工措施和准确的数据，因此需要特殊的计算。为了解决固井事故，迫切需要一个准确的答案。高温高压深井下套管突然井漏。为什么会这样，答案

2、在哪里？高压气井固井后，气体从井喷中跳出来。为什么，它能被预测吗？答案在哪里？套管下入后漏失，在某井循环；固井期间泥浆继续泄漏；泥浆置换过程中的泄漏更加严重。这就是为什么，答案在哪里？原因并不复杂，但答案是否有准确的数据？这是现代固井设计中特殊计算模型需要解决的问题，也是特殊固井计算在现场固井中应用的意义所在。根据特殊固井计算模型的理论基础，“固井技术是一门科学”，“固井作业是整个井施工中最重要的部分”。固井技术是一门由许多学科组成的科学，包括化学、地质学、物理学、石油机械和电工学。每一个专业对于层间封隔的固井目的都非常重要。1、特殊固井计算模式的主要项目。套管增产压力对地层2的影响。套管下入

3、速度在允许增产压力范围3内。通过破坏泥浆凝胶结构4来增加压力。哈里伯顿井底循环温度计算模式。Amoco BHCT计算模式6。新原料药标准BHCT 7的计算模式。基于测井数据的井底压力计算模式。固井特殊计算模式的主要项目，8。利用气窜势系数预测气窜。利用水泥浆10的性能系数预测气窜。两级固井防窜设计11。水泥浆循环凝固法计算模式12。API水泥浆流动计算模式，(1)套管活化压力对地层的影响，1。套管下端封闭，套管下入井内，所有流体在环空中流动。2.根据钻井水力学和钻杆垂直运动引起压力波动的原理，当底部封闭的钻杆向下运动时，管段内的摩擦压力变化会增加管段内的压力，即激振压力，从而对地层造成损害(相

4、反方向称为吸入压力)。应用公式和计算方法，1。在预定的套管下入速度下，计算环空中流体的平均速度：Va=DP2*Vp/(D2h-D2p) (ft/s) 2。计算激励压力梯度DPF/dl=(va 1/2vp)/(1000(DH-DP)2)* Cp3。计算弱层4的压力等效密度(PPG)。安全检查5。符号描述：Va环空平均速度(ft/s)DPDH-管径和井眼直径(in) Vp套管设计下入速度(ft/s) cp泥浆塑性粘度厘泊cp(与mPa.s相同)1 cp=1 mPa.s dPf/DL激发压力梯度psi泥浆密度为16ppg，塑性粘度为40cp，弱层为8842ft(2695m)，破裂压力当量密度为18.

5、78ppg(2.25g/cm3)，内径为13-3/8”2.确定30s/pice的下降速度(即30 s/12m)。3.计算结果：设计下降速度为1.31英尺/秒，平均下降速度为9.47英尺/秒，弱层当量为29.6518.78 ppg。(2)套管下放速度允许在激振压力范围内计算。1.激励压力是当下端封闭的管道向下移动时管段中的摩擦力。激发压力范围是指压裂压力和泥浆静液柱压力之间的差值。2.激发压力的计算与钻孔、管径和塑性粘度有关。在某些井筒条件下，塑性粘度越大，激发压力越大，下放速度越慢。套管下入速度计算，公式如下：pw=0.052 * L * wpd pw/dl=(pw-Phy)/LV=(dpw/

6、dl * 1000(DH-DP)2/(dp2/(d2h-d2p)1/2)* CP)L-弱层深度ft WP_破裂压力当量密度ppg_ Phy泥浆液柱压力psi Dh-Dp中的井眼直径-套管外径中的塑性粘度CP(与mPa.s相同，1 cp=1 mPa.s， 塑性粘度薄弱层为8842英尺(2695米)，等效破裂压力密度为18.78 ppg(2.25克/立方厘米)，13-3/8英寸套管内径为12.515英寸。 设计要求：计算各柱的运行速度和运行时间：钻井液密度、塑性粘度、运行速度，1柱，27m时间，ppg cp ft/s min 16 40 0.2665 5.5，(3)打破泥浆凝胶结构增加的压力，1。

7、泥浆的凝胶结构是静态剪切力，下套管是一个“长”过程。井底泥浆形成凝胶，当泵开始循环时，凝胶必须首先被破坏，因此井壁压力增加。2.泥浆的凝胶结构是什么？泥浆的静态剪切力！y使用单位：lb/100ft2 lb/100ft2=0.48Pa，计算受损泥浆凝胶结构的公式为：DPF/dL=y/(300(DH-DP)Pj=DPF/dL * lwf=(0.052 * l * wpd pf/dL * l)/lwf与被emwlk破坏的泥浆结构增加的压力梯度dPf/dL(psi/ft)，计算薄弱层的激发压力Pj (psi)薄弱层的等效密度wf和安全检查模拟井况：如果泵在16英寸套管下入13-3/8英寸套管后启动，是

8、否会发生泄漏？泥浆密度为15.244ppg(1.83g/cm3)，泥浆的静态剪切力为19Pa，井漏为15.8ppg(1.90) 16英寸，套管直径为14.875英寸，深度为2000米2。计算结果：在薄弱层的当量密度为2.03克/立方厘米时出现漏失。回首寻找答案，高温高压深井中的套管突然失去了循环。为什么会这样，答案在哪里？答：下套管速度失控。在高压气井中固井后，气体从井中跳出来。为什么，它能被预测吗？答案在哪里？答：可以预测，但尚未进行气窜预测计算；待凝后不计算水泥浆的失重效率。某井下套管完井、开泵时循环泥浆漏失，固井过程中泥浆继续漏失，换浆过程中漏失更严重。这就是为什么，答案在哪里？答：破坏

9、泥浆的凝胶结构，增加激发压力；水泥注入速度过快；替换泥浆泵压力过大。由于该井为渗透性地层，因此没有造成严重的井漏。(4)哈里伯顿井底循环温度计算模型，计算公式为井底循环温度=800.00053 *玻璃化转变温度1.04027 *玻璃化转变温度1.27452，其中井底循环温度-玻璃化转变温度-水泥注入温度梯度/100英尺玻璃化转变温度-。(5) Amoco BHCT计算模式，计算公式BHCT=80(-8.49686 0.663574 *(BHST-80)(1-0.000011162 * TD)，其中：BHCT -井底循环温度BHST-井底静态温度TD。(六)新美国石油学会标准井底循环温度的计算模

10、式：井底循环温度=80(0.006061 * TD * TG-10.0915)(1-0.1505 * 10-4 * TD)，其中井底循环温度：井底循环温度： ft TG: ft，(七)T/(t)由测井温度与泥浆静态循环的关系计算，先绘制测井图计算BHST，然后井底循环温度用如下图所示，井底车场91的注水泥温度梯度为2.73/100米，井底车场的计算结果为67.1，与实际测量结果一致。根据测井资料计算井底循环温度。测井前记录钻井液循环时间：2.5h (t)。第一次测井：停循环7.5h后井温76 (t)，第二次测井：停循环12.5h后井温80 (t)，第三次测井：停循环16.25h后井温84 (t

11、)，绘制测井曲线，(8)气水泥浆静压越低，气体侵入程度越大。因此，气窜潜在系数可定义如下：水泥浆最大压降与井下过平衡压力之比可衡量气体侵入程度。GFP=MPR/obpgfp-气窜电位系数MPR -水泥浆柱最大压降psi OBP -液柱静压与地层压力之差psi，如何计算水泥浆柱最大压降，MPR=1.67 * L/(DH-DP)-(PSI)1.67-单位换算系数LC GFP=MPR/OBP气窜可分为三个等级。(9)预测水泥浆防窜性能系数。1.根据水泥浆的水化机理，失水和水泥浆过量阶段与气窜有明显关系，失水与时间平方根的线性关系用于衡量控制气窜的能力。2.2越低。API失水和过渡期越短，水泥浆防窜的

12、可能性越大。水泥浆性能系数是对水泥浆防窜性能的评价。水泥浆从液态向固态转变初期失水的假设与时间的平方根成线性关系，用SPN表示。凝固过程中的理论失水可通过以下公式计算：SPN=API *(T100BC)1/2-(T30BC)1/2)/(30)1/2 API-水泥浆失水ml/30min T100BC-水泥浆稠度为100 BCmin T30BC时的时间-相反，防窜能力越强。水泥浆从初凝(表达式中稠度为30BC的时间)到固相转变初期(稠度为100BC的时间)的过渡阶段越短，水泥浆的阻力越大。0 . 6 . 5-抗窜能力差，计算抗窜评价水泥浆性能系数表明，水泥浆的API失水率为30，100 BC: 3

13、00 min，30 BC:3360 285min，(10)两段注水泥抗窜设计，1。防漏：改变液柱2的静压。防窜：当水泥浆密度增加到16.2磅/加仑，井口回压在10000英尺时，通过两级固井深压达到200磅/平方英寸时，减少气窜的可能性。计算结果见下表。(11)水泥浆循环等待法计算模式。1.水泥浆等待法计算是整个固井过程的最后一部分，属于特殊固井计算。2.根据水泥浆水化过程的静压随时间逐渐降低的特点，对环空施加背压，以补充水泥浆柱降低的静压。3.水泥浆从初始凝固开始重量减轻，通常，在水泥浆等待凝固1小时之前，开始环形加压。4.因此，固井后对环空加压是一种科学的方法。水泥浆失重效率计算，gp=(P

14、s-Pw)/60gp=(ws-1)h/6000 gp-水泥浆失重效率Ps水泥浆静压Pw水柱压力ws-水泥浆密度h-水泥浆柱，不同时刻环空压降值，(XII)美国石油学会水泥浆流动计算模型，幂律模型和宾汉姆模型幂律行为宾汉姆塑性行为(美国石油学会规范，1990年7月)，1970流变计算模型是石油工业标准化的新成果，美国石油学会规范10(1990年7月1日说：是目前工业标准化的一项成就，虽然其他方法不受限制，但它必须有一个共同的基础来实现这一目标。 “原文如下：这种方法是为了使行业程序标准化而提出的。其目的不在于排除其他方法，而是给出一个通用组，用于比较、流变理论计算模型的应用、塞流最大位移的计算、

15、湍流最小位移和压降的计算、流变场使用的六步法，1。用旋转粘度计测量每分钟300、200、100、6、3转的水泥浆读数；2.计算水泥浆的剪切速率=1.7023N水泥浆的剪切应力=0.01065 3。把它作为横坐标和纵坐标。在线性坐标图和双对数坐标图上画出每个点的-号。4.确定水泥浆属于何种模式。5.如果是幂律模式，计算n和k的值；如果是宾汉模式，计算Y和值。6.用相应的公式计算塞流、湍流和压降，计算流量曲线，水泥浆剪切速率=1.7023N水泥浆剪切应力=0.01065，N -粘度计转速R/min-粘度计读数-剪切速率S-1-剪切应力lbf/ft2，并判断模式。幂律模式-每个点在双对数坐标图上显示直线趋势。宾汉模式-每个点在线性坐标图上显示直线趋势，幂律模式，双对数坐标图：横坐标为纵坐标，宾汉模式，线性坐标图：横坐标为纵坐标，流变参数，1。幂律模式需要确定N，K值N-流态指数K-水泥浆稠度指数2。宾汉姆模型需要确定Y，值Y-水泥浆屈服剪应力-