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固井技术介绍

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02014概述• 基本的固井技术• 油井水泥 (水泥特性及其外加剂 )• 提高注水泥顶替效率的措施• 固井质量检测井工程的概念为了加固井壁 , 保证继续钻进 , 封隔油 、 气和水层 , 保证勘探期间的分层试油及在整个开采中合理的油气生产 , 为此下入优质钢管 , 并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业 , 称为 固井工程 。向井内下入套管 , 并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业称之为 固井 。 包括 下套管和注水泥 。固井的目的封隔疏松 、 易塌 、 易漏等复杂地层;封隔油气 、 水层 , 防止相互串通 ;形成油气通道;安装井口装置 , 控制油气流 。 以利于安全钻进和保证油井的长期生产 。3、 井身结构每口井都要根据钻探目的和地质情况制定合理的井身结构 。 它包括下入井内的套管层次 、 各层套管的 尺寸 和 下入深度一次注水泥技术一次把水泥浆从套管内注入并从环形空间返出的注水泥作业 。 目前大多数固井施工都采用一次注水泥技术 。管串结构:浮鞋 +套管 +浮箍 +套管串 +联顶节管注水泥技术用钻杆通过尾管悬挂器把套管串悬挂在技术套管或上层套管上,然后进行注水泥施工。是一项风险高、技术复杂、施工难度大、质量要求高的固井作业。由于可以节约大量的套管和水泥等材料,具有巨大的经济效益。双级注水泥在井内套管柱某一设定位置安装一个 分级接箍 , 固井时 , 通过特殊工艺对分级接箍上 、 下部井段套管外环状空间分别进行固井 。分为常规双级固井和连续双级固井两类 。 常用于深井井下地层不能承受长井段水泥柱所造成的过大静压力的情况 , 以防止压漏地层 , 造成漏失 。另外 , 两个目的层之间有井段不需要封固时 , 也可以采用双级固井 。 有时 , 水泥量太多时 , 亦用双级固井 。酸盐 对水泥石的腐蚀 , 有多种级别和类型的油井水泥可供选用 。美国石油学会 ( 规定了 8中级别的油井水泥 , 我国也参照 抗硫酸盐型 高中抗硫酸盐型A √ - - 普通水泥B - √ √ 抗硫水泥C √ √ √ 具有高早期强度D - √ √ 适于中温条件E - √ √ 适于高温条件F - √ √ 适于超高温条件G - √ √ 基本油井水泥H - √ √ 基本油井水泥泥浆密度作用: 满足平衡压力要求、保证获得最好的水泥性能基本要求: 注水泥期间既不井漏又不井喷影响因素: 水灰比;外掺料(指密度调节剂)用量2、水泥浆的稠化时间定义: 在井下温度压力条件下,从给水泥浆加温加热时起至水泥浆稠度达100用: 保证施工安全要求: 整个注水泥施工作业能够在稠化时间以内完成。并包含一定的安全系数。一般:施工时间 +1小时 <稠化时间。影响因素: 水灰比;温度与压力;外加剂泥浆失水概念: 水泥浆中自由水通过井壁向地层渗入的现象作用: 保证水泥浆的稳定性;保证施工安全、防止桥堵;有利于 防气窜。危害: ①水泥浆大量失水将造成水泥浆急剧变稠,大大影响其流动性,从而不利于水泥浆对钻井液的顶替。②水泥浆大量失水进入油气层也将对油气层产生损害。影响因素: 水灰比;压差;地层的渗透性;外加剂;泥浆和泥饼4、水泥浆流变性概念: 水泥浆在外加剪切应力作用下流动变形的特性作用: 防止井压漏,保证施工安全;实现紊流或塞流顶替,提高顶替效率影响因素: 水灰比;温度与压力;外加剂泥浆稳定性①水泥浆的稳定性测试包括 自由水含量测试 和 沉降稳定性测试 ,目前现场常测试的是自由水含量。②在静止过程中,水泥浆中的自由水自水泥浆中析出而形成连续水相的现象称为析水。③沉降稳定性指的是在静止状态下,由于颗粒沉降而导致水泥浆上下密度不一致的现象。水泥浆有析水实际上就有沉降稳定性问题,但水泥浆无析水不一定沉降稳定性就好。要求:原则上析水 越小越好、沉降稳定性中水泥浆上下密度的差别越小越好 。泥石抗压强度概念: 水泥石在压力作用下达到破坏前单位面积上所能承受的力称为水泥石的抗压强度。要求: 能支撑住井内的套管;能承受住钻进时的冲击载荷;能承受酸化压裂注水泥井段在承受酸化压裂时的压力的最薄弱环节不是水泥石本身,而应是水泥环与井壁胶结处(或水泥环与套管胶结处),水泥石强度远大于水泥环与井壁的胶结强度。影响因素: 水灰比;温度与压力;外加剂泥石渗透率概念: 水泥石的渗透率指的是在一定压差下,水泥石允许流体通过的能力。要求: 尽可能的低影响因素: 水灰比;温度与压力;外加剂注意: 为了实现封隔,水泥石的渗透率越低越好 。水泥时在水泥浆中一般均加有外加剂来调节水泥的性能常规的水泥外加剂有缓凝剂、速凝剂、减阻剂、降失水剂、减轻剂、加重剂。①缓凝剂和速凝剂用来调节水泥浆的稠化时间,有的速凝剂还能提高水泥石的早期强度。②加入减阻剂的目的是为了改善水泥浆的流动性能、降低流动摩阻。③降失水剂的作用是降低水泥浆的失水量,防止水泥浆脱水。在井下有低压易漏失层时,为了防止注水泥浆时发生井漏,经常加入本身密度低的减轻材料(如硅藻土)当地层压力高到一定值时,需要加入密度大的添加剂(如铁矿粉)提高水泥浆的密度以平衡地层压力。采取的主要措施有:→ 加扶正器降低套管在井眼中的偏心程度→ 注水泥时活动套管→ 采用紊流或塞流流态注水泥→ 采用前置液→ 注水泥前调整钻井液性能→ 增加紊流接触时间等扶正器降低套管在井眼中的偏心程度套管在井眼中不居中的现象称为套管偏心。注水泥顶替效率与套管在井眼中的偏心程度密切相关。套管剧中:流动阻力分布: 各间隙一样 ,套管居中时,顶替效率的高低主要取决于顶替时的流态。套管偏心:流动阻力分布: 各间隙不一样 ,在水泥浆顶替钻井液的过程中,水泥浆在宽间隙处顶替钻井液的速度快一些,而在窄间隙处的顶替速度则较慢,导致宽窄间隙水泥浆返高不一致。若套管偏心严重,则可能出现窄间隙的钻井液根本不能被顶走而滞留在原处的窜槽现象。因此要尽量降低管在井眼中的偏心程度。目前所采取的措施是在套管上安装套管扶正器 。水泥时活动套管在注水泥过程中,旋转或上下活动是提高顶替效率的有效措施。机理:当环空窄间隙处有滞留(或流动较慢)的钻井液时,旋转套管可依靠套管壁拖拽力将钻井液带进环空的较宽间隙处从而流动起来更加容易。结论:一般认为左右旋转效果较好;上下活动套管可能在上提套管后发生卡套管从而使套管不能下放到设计位置,给安装井口造成困难。a) (b) (c)(a) 套管不动 (b) 套管开始转动 (c)钻井液将被替完1-井眼 2-套管 3-流动的水泥浆 4-钻井液用紊流或塞流流态注水泥在层流流态,断面流速分布呈尖峰形态;在紊流和塞流流态,断面流速分布相对平缓,因而有利于水泥浆均匀推进顶替钻井液。在偏心环空中,当采用塞流流态时,虽然在本间隙内水泥浆可均匀推进,由于在井一周向上流速分布不均,可能存在一周向上严重推进不均的后果。结论:只要条件允许 (不会压漏地层 ),人们首选紊流顶替a) (b) (c)( a)塞流 (b) 层流 (c) 紊流流 紊流由于水泥浆与钻井液的化学成分不同,当用水泥浆直接顶替钻井液时,在二者交界面附近钻井液要与水泥浆混合。②水泥浆和钻井液混合后果一方面,钻井液与水泥浆混合后,可能使水泥浆增稠,导致环空流动摩阻增大,严重时造成井漏,或造成泵送不动而导致不能把水泥浆全部从套管内替出的严重后果。另一方面,钻井液与水泥浆相互混合形成的混合物很稠,不容易被随后的水泥浆所顶替,造成这种混合物窜槽,影响注水泥质量,不管那种情况,均称钻井液与水泥浆不相容。水泥浆前面通常要注入一段或几段与钻井液及水泥浆均不相容的特殊 配置的液体,这些液体被称为注水泥前置液。前置液分为两种:①冲洗液,冲洗液主要起稀释钻井液,冲洗井壁与套管壁的作用(也能隔开钻井液与水泥浆),主要用于紊流注水泥。当与隔离液同时使用时,位于隔离液之前。②隔离液,隔离液的主要作用是隔离钻井液与水泥浆。有两种类型的隔离液,一种是用于塞流注水泥的粘稠型隔离液,一种是用于紊流注水泥的紊流型隔离液。从提高注水泥顶替效率方面来看,这些性能往往是不合时宜的。一次在注水泥前一般都要对钻井液的性能进行调整。调整钻井液性能(密度,流变性)的原则是,在保证井下安全的前提下,尽量降低钻井液的密度,粘度和触变性。其中降低触变性尤为重要,因触变性太强,钻井液的内部结构力大,非常不利于顶替。动,携带作用,显然这些都需要一定的时间。目前认为需要 10分钟的接触时间才能达到有效的顶替,因此要合理设计前置液和水泥浆的用量。置液,水泥浆的密度应逐级增大(所谓正密度差)因正密度差将对钻井液产生浮力作用,有利于顶替。但对冲洗液气层固井,设计水泥层返高应超过油气层顶界 150米,实际封过油气层顶部不少于 50米。其中要求合格的水泥环段,对于浅于 2000米的井不少于 10米,深于 2000米的井不少于 20米。凝结过程中所放出的热量通过套管传给套管内流体,可使井内温度上升一定数值,而环空中没有水泥的井段,井内温度为正常温度。利用这一特性,可以测定水泥浆在环空中的返高位置井下,从测井仪发出声波,向四周以近似球形发散,通过不同的介质和路线传播到接收器。最先到达的是沿着套管传播的滑行波( 套管波 )所产生的折射波,其次是传到地层后又传播回来的地层薄,由于在钻井液中声速相对低所以钻井液 (泥浆波 )到达最迟,最先到达的是套管波的首波振幅。与套管胶结的水泥越多,所接收的声幅越小,当管外全为钻井液时所接收的声幅最大。套管波传播过程中要向套管内和环形空间散发能量,声幅要衰减。因为管内钻井液的分布及性质是不变的,因此向管内散失的能量为恒定。套管胶结的水泥越多,所接收的声幅越小。段 0%,为不合格井段1- 电缆 2- 发射器 声幅测井曲线示意图3- 接收器 4- 套管5- 水泥环 6- 地层rivate
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