水平钻井固井技术重难点详解_第1页
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文档简介

水平钻井固井技术重难点详解、水平井固井主要存在以下难点1、中原油田属于复杂的断块油气田,地层复杂,压力系统差异大,所钻井眼轨迹变化异常。2、 水平井钻井作业对固井质量影响大,为稳定井壁需要用高密度的钻井液,这会使水泥浆顶替钻井液更加困难,在大斜度井段和水平井段常用油基钻井液,这就需要足够的化学冲洗液来恢复水润性,以便提高水泥和井壁的胶结强度,在大斜度和水平井段钻井中需提高粘度钻井液来有效清洗井眼,从而降低了水泥浆顶替效率,由于高密度、高粘度和高切力钻井液在大排量循环下容易引起井漏,给固井作业带来困难,在水平井钻井过程中常常会形成键槽和椭圆形井眼,造成不规则井眼并使井径扩大,从而大大降低了注水泥时顶替效率。3、 井斜度对水平井固井质量的影响室内试验和现场经验证明,处于大斜度井段和水平井段的套管和管外环形空间,在注水泥作业中,管柱下部都存在泥浆窜槽问题,这是因为泥浆中重品石颗粒和其他固相物体沉降而影响水泥浆顶替效率的结果。4、套管下入困难在大斜度井段和水平井段对井壁的侧压力很大,从而大大增加了下套管摩擦阻力,使套管很难顺利下至预定位置,尤其是较浅的水平井更为突出。5、 套管偏心对固井质量的影响套管在井筒内的偏心会直接影响注水泥作业的质量,因为要想把套管靠近井壁处的泥浆顶替干净几乎是不可能的,因此,提高套管在大斜度井段和水平井段的居中度十分重要。6、 水泥浆性能影响水泥浆的沉降稳定性和水泥浆自由水易在井眼高边一侧形成水带,造成连通沟槽7、 筛套顶部注水泥某些水平井需要使用筛管顶部注水泥完井工艺,要使用特殊的工具和工艺,防止在注水泥作业过程中水泥浆从套管内或环形空间进入筛管或油管而堵塞出油通道和污染油层。8、 水平井套管强度设计方法水平井套管柱的受力情况和直井有较大区别,它不能用直井的套管强度设计方法来进行设计,特别是对于那些实际井眼轨迹发生无规律变化的情况,其套管柱的受力分析和公式的推导比直井困难得多。9、 套管附件要求高套管附件中如果采用直井得浮力装置,注水泥后实现自动关闭困难,容易造成套管内留水泥塞和蹩压候凝,影响套管与水泥环间的胶结质量。10、 水泥浆置换易造成顶部封固不好大斜度、水平井段、注水泥后,一般水泥浆密度均大于钻井液密度,在静止候凝条件下,密度差使水泥浆在顶底部发生置换,造成封固不好。二、 中原油田水平井的特点中原油田属于典型的断块油气田,储层断块发育面积小,油藏埋藏深,构造类型多,油层薄而散,这些决定了中原油田水平井有如下特点1、 水平段长,一般在500米以上。2、 造斜点深,一般在井深2000米以下开始造斜。3、 在钻井过程中由于携砂需要,钻井液往往是高粘度、高切力、流变性差、下套管后(固井前)钻井液性能调整困难。4、 轨迹和排量限制,水平井段井眼下部的砂床(河床砂舟)不易被清除,从而影响水泥石的胶结质量。5、 由于水泥浆中颗粒的沉降和自由水的析出,易在井眼的高边形成水带而影响封隔,造成窜槽。6、 断层多,地质复杂,易形成“大肚子”井眼。其中钻屑不易被携带干净,影响固井质量。7、 地层压力系统差异大,有高压层,也有低压层,所以套管柱设计复杂;8、 中原油田的水平井均为中、长半径水平井。三、 水泥浆选择对于水平井固井,水泥浆在稠化时间和硬化过程中必须保持稳定,不能析水和离水,流变性能符合设计要求,产生低的静胶凝强度,以便在倾斜井段水泥浆前面的钻井液产生的静水压力能够通过水泥浆沿着油藏长度方向传播,避免造成油藏负压。为了保证固井成功,必须严格控制失水,理想的应该是50ml/7MpaX30min以下,固井水泥浆在凝固后形成的水泥石不能有收缩现象。因此对于水平井的水泥浆应该严格达到以下几条标准:(1) 、水泥浆自由水较小,甚至为0;(2) 、有较好的沉降稳定性;(3) 、较短稠化过渡时间;(4) 、流变性好,易实现紊流顶替;(5) 、凝固后的水泥石无收缩现象产生。3.1水泥浆降滤失水量的研究当油井水泥浆流过一个有渗透钻井泥浆滤饼的渗透层时,对地层有一个压差存在,那么就存在着水泥浆向地层滤失水的危害,如果这一个情况发生,水泥浆的水灰比就会减少,这将引起水泥浆的固相含量增加,其结果是水泥浆自身变得较稠。如果向地层失去足够的滤液,就不可能完成水泥浆对钻井液的顶替,给注水泥施工带来明显的消极结果,国内外大量的研究表明,水泥浆对油气层的污染主要是水泥浆向油层失水引起的。在水平井中,由于油气层裸眼段长,水泥浆与油层接触面积大,因此,更应严格控制水泥浆滤失量,另一方面,水泥浆的滤失量与水泥浆自由水及稳定性有密切关系,一般而言,水泥浆滤失水愈小,其自由水析出量也减少,水泥浆愈稳定,因此,在水平井中,一般要求水泥浆API失水量小于50ml/30minX6.9Mpa,根据这一要求,对水泥浆进行滤失量的实验。见下表表水泥浆滤失水量

序号水泥品种水灰比%外加剂名称及掺量%滤失水量(7MPaX30minX80°C(ml)1JH.G44/28852JH.G44TW200S0.5%5303JH.G44TW200S0.8%474JH.G44TW200S1.0%295JH.G44TW200S0.8%+USZ0.5%+G5020.5%496JH.G44TW200S1.0%+USZ0.5%+G5020.5%377JH.D38/32108JH.D38TW200S0.5%6209JH.D38TW200S0.8%4910JH.D38TW200S1.0%3211JH.D38TW200S0.8%+USZ0.5%+G5020.5%+M53S1.0%4812JH.D38TW200S1.0%+USZ0.5%+G5020.5%+M53S1.0%4013JH.G44G3060.8%+USZ0.5%4814JH.G44G3060.8%+USZ0.5%+G5020.5%5215JH.G44G3061.0%+USZ0.5%+G5020.5%4316JH.D38G3060.8%+USZ0.5%+G5020.5%+M53S1.0%4717JH.D38G3060.8%+USZ0.5%4518JH.D38G3061.0%+USZ0.5%+G5020.5%+M53S1.0%48从上表可以看出,加有降滤失水的外加剂均可以将滤失水量控制在50ml以内,而且这种浆失水剂是一种高分子材料,在低温下不反应,而在高温条件下形成一层薄膜,形同一种滤饼,可以有效的阻止水泥浆中的自由水向地层中流失。3.2水泥浆自由水研究在水平井段,水泥浆注入井后,由于重力作用难以保持原有的稳定性,水泥颗粒易在套管的下侧聚结沉淀,水泥浆性能受到破坏,自由水析出,API标准10规定G级水泥析水率为1.4%,这是在垂直的形式下获得的,对于水平井显然不合格,必须模拟井斜角变化来进行评价,实验采用量杯在不同的倾角下,按API10的要求进行实验获取数据。见下表水泥浆析水试验结果序号水泥品种水灰比(%)外加剂名称及掺量(%)量杯倾角(°C)析水率(%)1JH.G44/01.42JH.G44/102.03JH.G44/202.84JH.G44/305.25JH.G44/405.86JH.G44/457.37JH.G38/507.68JH.G38/608.09JH.G38/708.210JH.G38/808.511JH.G38/908.212JH.G44TW200S0.8%+USZ0.5%+G5020.5%450.813JH.G44TW200S1.0%+USZ0.5%+G5020.5%450.314JH.D38TW200S0.8%+USZ0.5%+G5020.5%+M53S1.0%450.615JH.D38TW200S1.0%+USZ0.5%+G5020.5%+M53S1.0%450.2研究表明,水泥浆析水主要产生在井斜角45r的情况下较大,可以达到7.3%,随着井斜角的进一步增加,自由水增长率很小,因此外加剂仅对45r倾斜角实验即可。实验结果表明,添加外加剂后水泥浆析水变得更低,几乎达到零析水,原因分析是,TW200S是一种高分子聚合物,在高温下,发生铰链反应,能很好约束自由水,同时G502膨胀剂的发气充填作用进一步减少了自由水的形成,因而该配方完全满足水平井对析水的要求。四、提高水平井注水泥质量的技术要求对水泥封固质量的要求,一是要有尽可能的水泥浆顶替效率,使水泥石与套管外臂与井壁这两个界面具有很好的胶结力,二是水泥石要有足够的抗压强度。与直井相比较,有以下几方面的关键技术问题:、下套管摩阻大;、井眼几何形状与直井不同;、水泥浆凝固工程中,高边易形成自由水带;、套管不易集中;因此,把成熟的直井固井方法直接用于水平井固井是不能把井固好的。根据本文的研究,并结合国内外研究成果和实践经验,成功的进行水平井固井应做好以下几项重点工作:1、 优化钻井设计水平井井深结构设计,应考虑完井注水泥问题,从井深设计为完井注水泥提供保障条件,井眼与套管间隙应不小于38毫米,同时要选择合适的套管/井眼的尺寸比,即比值应在0.65〜0.7范围内,有条件时应尽可能增大曲率半径,同时,对钻井设计的实施中亦要求:、保持井径规则;、井眼轨迹规则,不应有不符合设计要求的全角变化率井段;、避免形成键槽;、凡钻进循环漏失,均应进行堵漏与认真做好漏失处理;2、 井眼净化一个清洁、无固相颗粒沉淀的井眼是减少水泥窜槽的重要条件,实践证明,在井斜角大于30度的井眼中,泥浆中的固相颗粒在其重力作用下发生下滑,容易在环空底部产生堆积,而形成“岩屑床”随井斜角增大越趋严重,到水平井段最为严重,在钻井过程中,应采用各种措施防止形成“岩屑床”,因此在下套管前后都应该有效地清除“岩屑石”3、 降低摩阻,实现套管柱地顺利下入现场要采取一系列强化措施:、优选钻井液。在钻井液中加入润滑剂如玻璃小球,增加其润滑性。(2) 、采取高强度地钢质引鞋并使之起到居中导向作用,以克服井壁泥饼地冲击不致于损坏。(3) 、采用倒置

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