固井技术原理-郭小阳-西南石油大学.ppt

研讨报告 主讲人：刘崇建 郭小阳 1）套管偏心情况 从图1 和表1 可知： 当窄间隙度小到7mmc以下时，其平均速度接近于零，形成了钻井液滞留区，降低了水泥浆的顶替效率。 对于小井眼来，套管更易偏心，形成钻井液滞留区的可能性比一般井眼大。因此，小井眼的居中中度应比一般要求严格，推荐为85%以上，此时宽窄间隙速度比约为1.3左右。 3）紊流接触时间 水泥浆和钻井液的压力梯度、动切力之比反映了环形空间各个位置x水泥浆驱动剪切力与钻井液剪切阻力的关系，即 （3）理论设计 1.冲洗液 冲洗液是一种含有表面活性剂和钻井液稀释剂的低粘度水基液体，有时用清水+0.3%的缓凝剂配成。其主要特点为： （1）较低的基浆密度，其流变性接近牛顿液体，一般小于0.015Pa·s并有侵蚀泥饼的作用； （2）在环空中的雷诺数大于3000； （3）提高顶替效率需要冲洗液的接触时间为3～7min。Re=2100～3500，接触时间为7min；Re=4000～8000，接触时间为5min；Re=28000，接触时间为3min。套管居中时，接触时间为3min；套管偏心度为15%时，接触时间为5min；套管偏心度为15%时，接触时间为7min。 2．先导稀水泥浆与尾随主体水泥浆 1）先导稀水泥浆 （1）先导稀水泥浆用量一般为当量于裸眼井段平均井径环空长度150～200m设计，与主体水泥浆的密度差Δρ≥0.3； （2）先导稀水泥浆浆尽可能使流变性能接近于牛顿液体，达到紊流顶替。如实际情况不能达到紊流，则需使主体水泥浆的流性指数n1小于稀水泥浆的流性指数n2，即n1＜n2或动塑比τ0c/ηscτ0m/ηsm。 3．推荐的环空浆柱组成 谢谢各位专家！ 小结 1．保证井身质量，使套管居中，是提注水泥顶替效率的主要因素，一般井套管偏心度要求在33%以下，而小井眼要求更为严格，应在15%以下； 2．钻井液的触变性对水泥效率有明显的影响，在固井时应尽量减小钻井液10min的静切力，在2Pa以下； 3．合理加入冲洗液和隔离液，增加紊流或塞流接触时间3～7min，对提高窄间隙水泥浆的顶替效率有明显作用，如能提高其紊程度，这种作用尤为明显； 4．为提高小井眼注水泥流变学的设计精度，在测量和计算水泥浆流变参数时，应采用剪切速率1000S和相关的数据进行计算，并要考虑液体流变性能对剪切速率的影响; 5．紊流顶替和塞流顶替不是提高水泥浆顶替效率的唯一因素，而合理地控制水泥浆和钻井液的压力梯度比和动切力比在2～3和1.3～2，对提高小井眼偏心环空的顶替效率，却具有明显的效果； 6．水泥浆与钻井液的压力梯度比和动切力比，随套管偏心度的减小而减小，不同情况的具体数值，应由实验和现场统计确定。 ? 高压油气井固井作业中，油、气、水窜问题虽然已经研究多年[ 1、3、4]，但至今仍未完全解决。解决这项问题的关键技术，是如何系统的设计出一套防气窜水泥浆体系及环空中合理的组成。浆体的组成及防气窜水泥浆体系，应满足以下基本要求： 1．? 水泥浆的浆体组成，不仅要满足良好的顶替效率外，还要保证水泥浆动态过程的压力平衡及水泥环的整体密封质量； 2．? 设计的水泥浆在凝结过程中，应能防止和补偿水泥浆失重而引起的浆柱压力降低问题。水泥浆柱凝结过程降至水柱的时间是危险的时刻，应特别注意控制该时刻的压力平衡问题。 三、水泥浆失重及其防气窜性能设计 (一)水泥浆体系及性能设计 这里所考虑的是水泥浆的特殊性质。一般工程施工性能，则按油井水泥API时规范的要求及现场实际需要进行设计。 1．防气窜性能设计 （1）根据地层孔隙压力梯度Gf和地层破裂压力梯度（或漏失压力）GL，确定水泥浆密度ρc, Gfρc GL。ρc可由多段不同水泥浆密度组成，其当量密度ρc=（ρc1H1+ρc2H2）/ L 。ρc1、ρc2分别为井段H1和H2的水泥浆密度；L=H1+H2。 （2）根据井况及水泥浆柱压力平衡关系，计算气窜潜力系数GFP[2、6、8]，估计气窜可能性。 GFP是由哈里伯顿公司（HS）在1984年提出的。他们应用水泥浆过渡时间的概念，采用水泥浆胶凝强度τcgs=240Pa(2.4g/cm2)时，浆柱压力的最大降低值Δpmax(Mpa)与井内浆柱的过平衡压力pOBP(Mpa)之比来描述气窜的危险性。即 很显然，pOBP愈大，Δpmax愈小，GFP愈小，气窜危险性愈小。pOBP=0，说明浆柱压力与地层孔隙压力平衡，气窜危险性增加；pOBP为负，井内将会发生气窜，设计时必须避免这种情况。 GFP大小与气窜的可能性及防止气窜的方法如表1。