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油气井固井质量评价

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油气 井固井 质量 评价
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2010年8月30日油气井固井质量评价主要内容2. 固井质量备受关注固井质量备受关注3. 固井施工质量评价固井施工质量评价4. 水泥胶结测井固井质量综合评价水泥胶结测井固井质量综合评价1. 油气井固井油气井固井9. 伽马密度测井伽马密度测井8. 反射回波成像测井反射回波成像测井5. 油气井固井全世界每年钻井和完井数以万计,有的是油气井,有的是干井,有的是注水井。几乎每口井都固井。固井又称油气井注水泥。从同一井段同一尺寸套管注水泥的时间顺序来说,油气井注水泥又可分为正常注水泥(或称 “初次注水泥 ”、 “一次注水泥 ”)和补注水泥(或称 “二次注水泥 ”)两类。史回顾1824年,英国工程师 志着水泥发明成功。他研制的波特兰水泥是把粘土和生石灰混合起来再经过焙烧而成的人造材料。 因为它凝固后类似于英国近海波特兰岛( 的石头。二十世纪初,波特兰水泥开始用于油井。到 1917年,油井水泥被普遍使用,大部分水泥的基本成分仍是波特兰水泥。美国石油学会( 称定了严格的油井水泥生产工艺规范。油井水泥的主要成分是二氧化硅,因而油井水泥生产又称为 “硅酸盐工业 ”。石油天然气钻井可以追溯到久远的古代。一千九百多年以前的东汉章帝时期(公元 76年至 88年),在现今中国的自贡市,古人便开始了井盐生产。明朝钻井已经程序化,形成包括下竹(下套管)在内的完整工艺。1835年,中国人用顿钻在四川自贡钻成世界上第一口超过 1000般认为,美国石油工业开始于 1859年钻探的 井在美国首次发现油气。 1920年,美国将 2000000609m~ 914m)的井视为深井。直到二十世纪二十年代后期,才有几口井深度超过 60001826m)。1903年首次将水泥用于油井固井中。联合石油公司( o.)的 F. F. 50袋纯硅酸盐水泥混合好后,用倾卸筒(捞砂筒)送入井中,以封堵油层上部的水层。候凝 28天后,把井内的水泥塞钻掉,再钻穿油层后完井,水层已被有效封隔,证明采用水泥固井是切实可行的。不久之后,这种方法就在加利福尼亚的油田推广开来。1910年, A. A. 此,开始在 600m~ 900初把用铸铁和皮板制成的塞子投入井中,以清除粘附在套管上的钻井液。在注水泥过程中,蒸汽压力将上塞向下顶。当塞子到达井底时,压力增加而关闭蒸汽泵。目前注水泥的关键工艺正起源于此。1920年, E. P. 里巴顿)在俄克拉何马州海威特油田开始在油井注水泥。但是在其后的 20年中,注水泥作业中都只使用单一品种的纯水泥且不使用外加剂。 1940年,由于哈里巴顿油井注水泥公司和道维尔有限公司的竞争,出现了两种水泥和三种外加剂。现在,水泥品种繁多,仅 级水泥,还开发并使用许多特种水泥。水泥外加剂已经发展到数百种,可以应付各种复杂和特殊的井下条件和技术要求。它们规定了根据所需水泥性质向购物者保证的最低要求。此外, 发商与使用者之间的联系。是,使用、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H、 级。我国油井水泥主要为 井质量评价的重要性一、形成足够的剪切胶结力,支撑套管;二、形成足够的水力胶结力,封隔油、气、水层。因此,如果固井质量评价结论不符合实际,就向固井公司发出错误信号。原本固井质量合格的作业被评价为 “不合格 ”,固井服务承包商必然修改固井设计,结果一方面可能将在本井造成对试油资料和生产动态资料的错误分析,从而耽误油气层发现或造成不必要的验窜和补注水泥等作业。另一方面,原本固井质量不合格的作业将被评价为 “合格 ”,固井服务承包商必然认为目前的固井设计和施工工艺是可行的,结果同样将在邻井造成固井问题。眼、套管和水泥浆理想的井眼状况适合于固井的理想井眼状况是:①井径比套管外径至少大 小环空间隙为 19[43];②井眼尽可能接近钻头尺寸(无扩径);③尽可能直(无严重 “狗腿 ”);④井壁稳定且钻井液经过适当调整(无崩落、无溢流或循环漏失、无虚泥饼)。井眼条件好并不一定要增加钻井天数和钻井液成本。固井质量不好,对固井作业进行修补的成本远远超过钻井成本的节省。另一方面,如果固井质量存在问题,很可能导致油气产量降低和储量损失,而这种潜在的经济损失更大。套管1. 导管(一般小于 100m,也有下入深度达到 450. 表层套管( 100m~ 1000m )3. 技术套管4. 生产套管5. 尾管套管与井眼之间的间隙在设计下入套管尺寸的时候可根据钻头尺寸与套管外径来估计两者之间的间隙。前已述及,从固井角度考虑,理想的环空间隙至少为 19果这个间隙太大,将降低水泥浆的顶替效率。如果间隙过小,不能满足水泥石的最低强度要求,也不利于固井质量测井。除了钻头尺寸小于 外的环空间隙通常都符合或十分接近这一要求。水泥浆由油井水泥、水和外加剂配制而成。在这三种材料中,每一种对水泥浆性能及固结后的水泥环特性都有着十分重要的影响。当管外环空充满抗压强度足够大的低渗透物质时,就可起到隔离流体的作用。水泥就是这样一种具有低渗透率、高抗压强度而且价格低廉的理想物质。原料主要有石灰质材料和粘土质材料两类。石灰质材料主要为生石灰。粘土质材料主要为 石和氧化铁。另外选用一些辅助材料以调整 满足油井水泥标准的严格要求。把选择的各种原料分别研磨成细粉末,按比例混拌,使混合物具有期望的化学组分。这种未经煅烧的混合物即生料被送入窑内,经过高温煅烧变成熟料。在冷却的熟料中加入 3~ 5%的石膏,再次研磨就成了油井水泥。常规密度水泥 密度水泥 密度水泥 水泥工艺要求固井设计原则根据作业目的及条件选择注水泥方式。以钻井、地质目的、邻井资料、实钻井眼资料及中完电测资料作为设计依据。固井的设计原则是,在满足钻井和地质目的,符合质量标准的前提下,固井技术服务经济效益最好。超声波强度仪对水泥浆体系的要求注水泥的主要目的是实现管外环空有效封隔以确保长期、经济而安全地开采油气。为此水泥浆体系应满足 ——短期要求:环保,易混配,在静态和动态条件下沉降稳定性好,自由水、密度、稠化时间、失水量、强度增长符合要求,环空顶替效率尽可能接近 100%并能抵抗地层流体侵入。长期要求:在井内温度、压力条件下性能稳定,抗井内化学腐蚀,合适的机械性能以抵抗各种井内作业所产生的应力,并在整个油井寿命内保持层间良好封隔。对水泥强度的要求( 1)一般地,水泥强度必须足以支撑套管,实现层间封隔,承受钻头、射孔和压裂的冲击。支撑套管所需的抗压强度很小,一般认为只要不低于500是,这并不是说,在以后油气井寿命中,不需要更高的水泥强度。对于大多数表层套管和技术套管,通常在鞋管周围用高强度水泥胶结,而在套管串上部则用较低强度、较低成本的水泥固结。水泥强度的要求( 2)一般情况下,要求封固段顶部水泥石的24481000产层段水泥石 24 482 1750在压裂和后续油气生产期间,水泥环阻止管外流体窜通的能力主要取决于其水泥强度。在井下静态温度条件下 2400果待实施增产措施的目的层的层间间隔较小,应使用高强水泥。当使用可膨胀射流射孔器时,所需最小抗压强度为 2000水泥准备1. 套管准备2. 下套管3. 套管居中4. 井眼准备5. 水泥试验斜井的固井质量和洗井2. 注前置液(通常包括冲洗液和隔离液)3. 注水泥浆4. 钻井液顶替5. 固井施工过程监测、9:0012:03:4712:10:4212:16:3012:23:2512:30:1912:37:1412:44:0812:51:0212:57:5713:04:5113:10:5913:17:5213:24:2713:31:2213:38:1713:45:0913:52:0413:58:5814:05:49时间密度05101520253011:59:0012:03:4712:10:4212:16:3012:23:2512:30:1912:37:1412:44:0812:51:0212:57:5713:04:5113:10:5913:17:5213:24:2713:31:2213:38:1713:45:0913:52:0413:58:5814:05:9:0012:03:4712:10:4212:16:3012:23:2512:30:1912:37:1412:44:0812:51:0212:57:5713:04:5113:10:5913:17:5213:24:2713:31:2213:38:1713:45:0913:52:0413:58:5814:05:49时间流量候凝1. 候凝时间候凝时间是指碰压以后至开井进行测井或其它井下作业的时间间隔。以实验模拟水泥浆在井下温度条件下获得足够强度(例如,至少 1000需要的时间为依据,确定候凝时间。不同配方的水泥浆,候凝时间差异很大。不同作业者可能面临完全不同的时效要求,例如,中国海上油气井要求固井 24中国陆地油气井则要求 48了满足不同的时间要求,可在水泥浆中加入适当的外加剂调节候凝时间。2. 响固井质量的主要因素1. 地层的影响因素( 1)岩性( 2)地层流体性质( 3)地层压力2. 井眼的影响因素( 1)井斜角和井眼狗腿度( 2)钻井液性能及其转换存在问题( 3)井径不规则3. 套管的影响因素( 1)套管偏心( 2)套管外壁物理状况( 3)套管强度( 4)套管下深( 5)在外力作用下套管串尺寸变化4. 水泥浆性能的影响因素( 1)密度( 2)游离液( 3)失水( 4)水泥强度( 5)水泥渗透性( 6)水泥浆沉降稳定性( 7)水泥浆流动性( 8)水泥浆壁面剪切力( 9)水泥浆胶凝强度发展5. 固井施工工艺和候凝方式的影响因素( 1)钻井液污染( 2)顶替过程( 3)候凝方式第一界面 二界面 外层套管)之间的胶结面。微环隙 称 “微环空 ”或 “微间隙 ”等。快速地层 :钢质套管的声波时差为 187μs/m( 57μs/2. 固井质量备受关注(一)勘探开发部门的主要关注点(一)勘探开发部门的主要关注点1. 封隔油气水层,以便分层测试,分层改造封隔油气水层,以便分层测试,分层改造作业,及时发现油气层;以便作业,及时发现油气层;以便分层开采、分层分层开采、分层注水注水;;2. 保护油气层,使之免遭进一步污染;保护油气层,使之免遭进一步污染;3. 在套管和地层之间形成良好的封隔,防止在套管和地层之间形成良好的封隔,防止套管腐蚀破坏。套管腐蚀破坏。(二)钻井服务承包商的主要关注点(二)钻井服务承包商的主要关注点1. 保护井壁,封隔复杂地层以利继续钻进;保护井壁,封隔复杂地层以利继续钻进;2. 安装井控装置,便于实施二次井控乃至于三安装井控装置,便于实施二次井控乃至于三次井控;次井控;3. 悬挂套管;悬挂套管;4. 安全优质快速完成钻井作业。安全优质快速完成钻井作业。(三)固井服务承包商的主要关注点(三)固井服务承包商的主要关注点固井公司关心固井作业质量是否设计要求,以及能否固井公司关心固井作业质量是否设计要求,以及能否向油公司交井。向油公司交井。过去,根据测井资料评价固井质量为过去,根据测井资料评价固井质量为“合格合格”或或“不合不合格格”,主要基于这个目的。如果固井质量,主要基于这个目的。如果固井质量“合格合格”,则该井,则该井包括水泥浆配方和施工工艺的固井设计符合要求,在邻井包括水泥浆配方和施工工艺的固井设计符合要求,在邻井中仍可采用。否则,则要修改固井设计。中仍可采用。否则,则要修改固井设计。因此,如果固井因此,如果固井质量误评价,可能将在邻井造成固井问题。质量误评价,可能将在邻井造成固井问题。3. 固井施工质量评价根据施工记录评价根据固井施工记录,按相应的技术要求打分,并完成 “固井施工质量评价表”。如果得分大于 14,则施工质量应评估为 “合格 ”;否则,应通过其它方法检测固井质量。注:固井施工质量评价的使用条件(1)固井设备配备压力、排量和密度实时监控、采集和记录系统;(2)施工设计合格。20总分数1符合设计要求候凝方式水泥浆密度波动范围1符合设计要求试压1符合设计要求注替浆量1符合设计要求水泥浆滤失量2符合设计要求水泥浆稠化时间1>10± ± 循环周钻井液循环活动套管,则奖励 2分;未活动套管不扣分。屈服值 10%:很可能发生窜槽;√√√√√√√√√√√√√√固井质量评价研究√固井设计书套管扶正器加放√√√√候凝方式√√碰压√施工过程中复杂情况√固井作业中间间断时间√活动套管√√√水泥浆滤失量√√实验的水泥抗压强度√√设计水泥浆上返高度√√固井时间固井记录√√候凝期间替换钻井液√√水泥浆密度 /波动范围√钻井液循环固井质量评价现场固井质量测井数据采集资料收集固井资料收集固井资料收集固井资料( 带黄色的项为现场操作 工 程师必须收集并记录的 )有关数据√√√√√√√√√√√√√√√固井质量评价研究√√测量源距裸眼井声波时差生产测井验证结论 /井段√√井斜角 /井斜方位角曲线双井径曲线裸眼井 裸眼井井径√√刮管情况√油气解释成果表√√井底温度√√扶正器类型 /个数固井质量评价现场固井质量测井数据采集资料收集测井资料收集测井资料收集测井资料(带黄色的项为现场操作工程师必须收集并记录的)有关数据√√√√√√√√√√√固井质量评价研究√√套管鞋试压压力和结论油气生产含水异常 /井段射孔井段 /试油压差固井质量评价现场固井质量测井数据采集资料收集本井或邻井固井质量评价验证情况收集本井或邻井固井质量评价验证情况收集本井或邻井固井质量评价验证情况测井采集中的问题1. 没有刻度;2. 没有 . 胶结良好井段的 . 位于自由套管井段的 1485米附近 10%;. 图头上给出的信息不全,备注栏里 没有关于井斜角、固井、候凝方式以及候凝期间井下作业或替换钻井液等重要信息;测井采集中的问题7. 英尺源距(应当为 3英尺源距);8. . 0. 主要目的层段 器偏心;11. 噪比低;12. ~ 69dB/为 0~ 20dB/快速地层井段的 ″管外环空用密度 储层井段水泥胶结似乎很差。9 水泥浆固井的水泥浆固井。。测测井资料反映井资料反映泥岩井段水泥胶结良好,好储层井段水泥胶泥岩井段水泥胶结良好,好储层井段水泥胶结似乎很差。结似乎很差。0501001502002503003504000 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50时间 (d)日产量(m3/d)水油验证情况验证情况射开 50天后,仍然没有地层水产出。由此可见,水泥环层间封隔性能良好。射开 ~ 投入原油生产。 天后,仍然没有地层水产出。由此可见,水泥环层间封隔性能良好。8. 反射回波成像测井反射系数1212=透过系数1222介质 1介质 2垂直入射声波在两层介质之间垂直入射声波在两层介质之间无限大平界面上的反射与透射无限大平界面上的反射与透射4、只有一个反射界面(对应于裸眼井,或检查套管内壁腐蚀状况)时的波动方程解:反射系数透过系数 011 0 0=−+α ρ α ραρ αρ 02=+α ραρ αρ泥浆地层4、有多个柱状反射界面(对应于固井质量检测和套管壁厚检查)时的波动方程解的递推公式:反射系数∗−∗=++111透过系数−∗=+1111泥浆套管水泥∗−−∗−=+⋅121215、考虑声波传播对相位的影响,则有:6、当声波发射频率为 整倍数时,声波在套管内发生共振回响,具有最大的穿透能力,最不易受到微环空的影响。由上式可反演套管壁厚。7、套管壁厚内的多次反射波呈指数衰减,且衰减的速度与水泥胶结关系密切。由此可反演管外水泥胶结状况。衰减的速度与套管外表面胶结的水泥的声阻抗此可反演管外水泥胶结状况。自由自由套管套管胶结胶结良好良好套管中的回波第一套管回波第二套管回波和第二地层回波第一地层回波第一套管回波到达时间套管和水泥环厚度由第二套管回波产生的第一地层回波,第三套管回波地层反射幅度50 60 70 80 90 100 110 120 130 140000 度, 密度水泥02468Z ( /液识别门槛最大声阻抗+/- /液识别门槛处理标志 , 偏心 , 优点:( 1)纵向和环向分辨率高;( 2)受微环隙影响比 . 缺点:( 1)没有反映第二界面胶结状况的信息;( 2)测量效果明显受仪器偏心和钻井液密度影响。+ I I . 伽马密度测井测井主要目的:探测水泥环的密度A、度探头C、厚度探头1、条水泥密度计数曲线23、水泥平均密度计数曲线管壁厚计数曲线H(1) 一个250毫居里的铯137伽马放射性源((2) 3)六个同一平面360方位均匀分布,4)B 界面完全胶结波 界面不确定在相应井段存在接触类型的胶结问题(即水泥环与套管之间有微间隙存在)★声波 利用伽马密度识别微间隙。◢ 利用套管偏心率可以识别水泥沟槽。◢ 利用平均填充介质密度资料,并结合声波变密度测井,能够评价第二界面的水泥胶结状况。伽马密度测井的优点伽马密度测井的优点◢ 第二界面胶结质量评价存在多解性。缺点缺点
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