保护油气层的固井技术.ppt

1、固井新技术培训班 西南石油学院 固井研究室 二三年二月,保护油气层的固井技术,2,固井质量和保护油气层之间的关系,固井的主要目的 是在套管与井壁之间形成均匀完整封隔良好的水泥环。油气层套管固井是为了封隔各油气水层及夹层，防止油气水上窜，为各层组油气层分别投产或进行各项井下作业创造条件。 固井是钻井工程各项作业之中最为重要的作业之一，此项作业中的各项技术措施与油气层是否受到损害及损害严重程度紧密相关。 固井作业对油气层的损害主要反映在固井质量和水泥浆对油气层损害程度两个方面。,3,固井质量与油层损害的关系,固井质量的主要技术指标是环空封固质量。而环空的封固质量直接影响油气层在今后各项作业中是否会

2、受到损害，其原因有以下几点。 （1）环空封固质量不好，不同压力系统的油气水层相互干扰和窜流，易诱发油气层中潜在损害因素，如形成有机垢、无机垢、发生水锁作用，乳化堵塞、细菌堵塞、微粒运移、相渗透率变化等，从而对投产的油气层产生损害，影响产量。,4,（2）环空封固质量不好，当油井进行增产作业、注水、热采等作业时，各种工作液就会在井下各层中窜流，对油气层产生损害。 （3）环空封固质量不好，会使油气上窜至非产层，引起油气资源损失。 （4）固井质量不好易发生套管损坏和腐蚀，引起油气水互窜，造成对油气层的损害。,5,水泥浆对油气层损害原因分析,固井作业中，在钻井液和水泥浆有效液柱压力与油气层孔隙压力之间产

3、生的压差作用下，水泥浆通过井壁被破坏的泥饼而进入油气层，对油气层产生损害。水泥浆对油气层产生损害的原因可归纳为以下三个方面。,6,1、水泥浆中固相颗粒堵塞油气层,水泥浆中固相颗粒直径较大，但粒径530m的仍占15%左右，多数砂岩孔喉直径大于此值，因此在压差作用下，这些颗粒仍能进入油气层孔喉中，堵塞油气孔道。由于井壁有泥饼的存在（即使固井中采用冲洗液、泥饼刷、活动套管等措施消除外泥饼，但仍不能消除其在井壁中的内泥饼），根据资料报导，水泥浆固相颗粒侵入深度约为2cm。但如果固井中发生井漏，则水泥浆中固相颗粒就有可能进入油气层深部，造成严重损害。,7,2、水泥浆滤液与油气层岩石和流体作用而引起的损害

4、 水泥浆失水量通常均高于钻井液滤失量，没有加入降失水剂的水泥浆API失水量可高达1500ml以上。尽管在实际渗透性地层中，水泥浆失水量比按APl标准测得的失水量小1/601/150，见表1，但室内试验结果表明，水泥浆滤液仍对油气层产生损害，见表2。因为水泥与水发生反应在滤液中形成大量Ca2+、Fe2+、Mg2+、OH-和SO42-等多种离子，OH-离子会诱发碱敏矿物分散运移，上述离子还可能与地层流体作用形成无机垢，滤液还会发生水锁作用与乳化堵塞，滤液中所含表面活性物质可能使岩石发生润湿反转等，上述这些作用都会使油气层受到损害。,8,表1 水泥浆API标准滤失量与实际岩心测得滤失量,9,表2 某

5、油田沙河街油层受钻井液与水泥浆的损害情况,10,注1：试验压差与剪切速率，钻井液3.5MPa，64 s-1；水泥浆7.0MPa，79 s-1。 注2：双重a为有泥饼，双重b为无泥饼。 注3：钻井液、水泥浆的API标准滤失量分别为2.5ml、79ml。 注4：Km、KT、KC、分别为钻井液、钻井液与水泥浆、水泥浆引起的渗透率下降率，Kmd为钻井液损害后的渗透率，KT为钻井液与水泥浆共同损害后的渗透率。,11,3、水泥浆中无机盐结晶沉淀对油气层的损害,水泥浆在水化过程中游离和溶解出大量无机离子，在静止状态下，由于水泥浆液相pH值高，这些离子以过饱和状态存在于液相中。但在固井过程中，液相中无机离子随

6、滤液进入油气层，由于条件的变化，这些无机离子将以结晶析出或沉淀出Ca(OH)2、CaSO4、CaCO3等堵塞孔喉，降低油气层渗透率。,12,水泥浆对油气层损害程度与水泥浆组分、失水量大小、钻井液泥饼质量及外泥饼消除情况、压差大小和固井过程在油气层是否发生过漏失等因素有关。西南石油学院所进行的室内试验结果表明，在有泥饼存在的情况下，水泥浆可能使油气层渗透率下降1020%。水泥浆对油气层的损害程度随钻井液泥饼质量变差而加剧，随井漏的发生而趋于恶化。,13,固井中的油气层保护,1、采用屏蔽暂堵钻井液技术 钻开油气层时采用屏蔽暂堵钻井液技术，在井壁附近形成屏蔽环，此环带亦可在固井作业中阻止水泥浆固相颗

7、粒和滤液进入油气层。,14,2、改善水泥浆性能,（1）推广使用API标准水泥和各种优质外加剂 根据产层特性和施工井况，采用减阻、降失水、调凝、增强、抗腐蚀、防止强度衰退等外加剂，合理调配水泥浆各项性能指标，以满足安全泵注、替净、早强、防损害、耐腐蚀及稳定性的要求。,15,（2）降低水泥浆失水量 为了减少水泥浆固相颗粒及滤液对油气层的损害，需在水泥浆中加入降失水剂，控制失水量小于250ml（尾管固井时，控制失水量小于50ml）。控制水泥浆失水量不仅有利于保护油气层，而且是保证安全固井，提高环空层间封隔质量及顶替效率的关键因素。,16,3、提高固井质量,提高固井质量是固井作业中保护油气层主要措施

8、。 固井作业施工时间短、工序内容多、材料消耗大、技术性强、未知影响因素复杂。因此要优质地固好一口井，必须精心设计、精心施工、严密组织、严格质量控制，在施工后形成一个完整的水泥环，使水泥与套管，水泥与井壁固结好，水泥胶结强度高，油气水层封隔好，不窜、不漏。为满足上述要求，确保固井质量，可采取以下主要技术措施。,17,（1）防止环空窜流 水泥浆候凝过程中地层油气水窜入环空，是水泥浆失重引起浆柱有效压力与地层压力不平衡的结果。如果高压盐水窜入水泥柱，还可导致水泥浆长时间不凝。防止环空窜流，除确保良好顶替效率外，主要措施是采用特殊外加剂通过改变水泥浆自身物理化学特性以弥补失重造成的压力降低。最有效的方

9、法是采用可压缩水泥、不渗透水泥、触变性水泥、直角稠化水泥及多凝水泥等。此外还可采用分级注水泥，缩短封固段长度及井口加回压等工艺措施。,18,（2）提高顶替效率 注水泥前，必须处理好泥浆性能，使泥浆具备流动性好，触变性合理，失水造壁性好的特点。并采用优质冲洗液和隔离液、合理安放旋流扶正器位置，主封固段紊流接触时间不低于710 min等方法，计滞留在井壁处的“死钻井液区”尽量顶替干净 。,19,（3）合理压差固井 严格按照地层压力和破裂压力设计水泥浆密度及浆柱结构，并采用密度调节材料满足设计要求。保证注水泥过程中不发生水泥浆漏失。漏失严重的井，必须先堵漏，再固井。,20,（4）应用科学化注水泥设计 主要包括：水泥浆体系和性能设计；平衡压力注水泥设计；注水泥流变学设