MTA防窜固井技术原理及现场应用分析

泥饼仿地成凝饼(MTA)法防窜固井,是针对MTC固井技术的不足、为更好地提高固井二界面胶结质量而提出的新技术。该方法是钻开封固段前50～200m,在钻井液中加入0.5%～3.0%的泥饼改性剂并维持该比例至完井,固井时以凝饼形成剂为基础配置3～4m3前置液,注入该前置液后随之注入水泥浆,不改变油井水泥浆体系,但对钻井液泥饼进行了处理。其整体固化胶结机理是,用凝饼形成剂对泥饼界面进行修饰、处理并使其与泥饼改性剂初步反应生成凝饼胶结物,再逐渐形成致密凝饼。为了验证MTA方法的实际固井效果,在大庆油田、胜利油田和河南油田的23口老区调整井(常规油井16口,稠油井7口)中进行了现场应用。应用结果表明,固井一、二界面质量合格率100%,其中大庆油田应用井固井质量优质率和合格率分别提高13.01百分点和1.15百分点,胜利油田应用井固井二界面质量合格率提高约30百分点,河南油田应用井平均总井段优质率达到90.48%。

MTA方法防气窜固井技术在涩北气田的应用

柴达木盆地涩北气田为第四系疏松砂岩气藏,气层分布段较长,浅层气窜问题突出,尤其是固井二界面的胶结质量难以保证.为此,拟采用在油井中成功应用的泥饼仿地成凝饼（mud cake to agglomerated cake,简称MTA）方法来解决气层段固井防气窜难题.该方法分为3个步骤：①分别对GM-Ⅱ型泥饼改性剂与钻井液流变性、GA-Ⅲ型凝饼形成剂与水泥浆稠化时间进行了室内评价,观察其对钻井液流变性、固井水泥浆稠化时间的影响;②钻开气层前在钻井液中缓慢加入一定量GM-Ⅱ型泥饼改性剂,并维持此比例至完井;③以GA-Ⅲ型凝饼形成剂为基础配制3 m3前置液,确保它与井壁泥饼的接触时间达到1.5～2 min.开展了6口井施工作业,生产现场固井施工一次成功率达100％,固井质量一次合格率达100％,固井一、二界面胶结质量优质率分别为95.16％～100％,80.01％～98.11％.采用MTA方法防气窜固井技术,可使固井二界面胶结强度大幅度提高6.53～23.21倍,为解决浅层气井固井质量问题提供了新的技术手段.

MTA方法固井二界面整体固化胶结实验

基于泥饼仿地成凝饼的科学构想,采用力学性能评价（如胶结强度）、微观结构分析（如X射线粉末衍射分析、热失重分析、环境扫描电子显微镜分析）和流体溶蚀实验等方法对MTA方法固井二界面整体固化胶结进行了实验研究。研究结果表明：随着养护时间的延长,用MTA方法得到的固井二界面胶结强度较目前提高了37.81%-1 606.31%;泥饼与水泥浆发生了局部的同步水化硬化反应,且生成了少量的团状水化硅酸钙（CSH（Ⅰ））凝胶和片沸石类凝胶,显示固井二界面整体固化胶结;流体溶蚀实验表明,采用目前方法,养护成型的样品浸泡28 d后,泥饼还原成了浑浊的稀钻井液,而用MTA方法得到的凝饼与水泥硬化体已胶结为一体,且凝饼未被溶蚀,表现为杯内流体仍清澈。这印证了两个事实：一是泥饼仿地成了凝饼,二是固井二界面已整体固化胶结。

一种新型的固井二界面胶结质量评价方法

为了更真实地模拟并定量评价固井二界面胶结质量,建立一种新型固井二界面评价方法,此种评价方式以二界面胶结强度和等效渗透率为评价手段。研究结果表明,该评价方法简单适用、数据重复性好、对比性强,能够较为真实地模拟二界面与水泥浆的胶结情况。此评价方法一方面可以量化二界面胶结强度;另一方面可以间接的表征出界面的渗透率,为固井二界面胶结质量提供定性定量的数据参考。

固井二界面定量评价新方法研究

本文针对套管井中第二界面定量评价的问题,首先开展了套管井中地层波的影响因素的研究,为定量评价第二界面的胶结质量奠定了基础;接着,通过有效确定地层波到达时间,以及地层波信号提取及能量计算,并在充分考虑地层岩性影响的基础上修订了传统的第二界面胶结指数公式,建立了一套完整的定量评价固井二界面胶结质量的新方法;最后通过实际资料处理与评价,证明所提出的定量评价固井二界面胶结质量方法取得了满意的效果。

固井二界面问题与泥饼仿地成凝饼科学构想

研究了固井二界面封隔失效机理,给出了相应的实验证据。实验研究表明,固井二界面问题的根源是镶嵌于水泥浆与地层岩石之间的泥饼。据此提出了泥饼仿地成凝饼(MTA)解决固井二界面问题的科学构想,并阐述了MTA的研究方法和技术关键。结论认为,实现基于MTA的油井水泥浆-泥饼-地层岩石的整体固化胶结,才能从源头上解决固井二界面问题,满足油气开采的需要。

MTA固井方法提高煤层气井压裂成功率的研究

针对煤层气直井水力压裂时常发生窜流导致压裂改造失败这一工程难题,引入泥饼仿地成凝饼(MTA)固井方法。通过室内模拟试验,研究了MTA固井方法应用于煤层气井的实用性和有效性,分析了该方法对提高煤层气井压裂成功率的意义。试验结果表明,MTA固井方法与煤层气井钻井液的配伍性好,能够满足煤层气井安全钻井对钻井液的要求;与原有固井方法相比,MTA固井方法可使煤层气井隔层界面抗剪切强度提高400%以上。原有固井方法的隔层界面窜流系数均大于1,窜流风险高,压裂成功率低;而MTA固井方法的隔层界面窜流系数均小于1,窜流风险低,压裂成功率高。该研究为提高煤层气井压裂成功率提供了一条新途径。

综合防窜固井技术在孟加拉Titas气田的应用

固井施工过程及水泥浆胶凝期,环空气窜一直是气井固井工艺需应对的技术难题。环空气窜直接影响水泥环强度的形成,造成主力气层封固质量差、层间漏封、地层流体互窜、产能低等后果。Titas气田是孟加拉的主要气田之一,调查显示,40%的井由于固井气窜问题,导致投产后产量低于预期。为解决该区块地层活跃流体,特别是气体影响固井质量的难题,结合孟加拉Titas气田气层的实际情况,通过水泥浆体系优选、固井工具优选、现场工艺优化形成了综合防窜固井技术。现场应用固井质量一界面和二界面分别由53.5%和39.5%提高到85.8%和76.3%,效果较明显,具有参考借鉴价值。

套管-水泥界面微间隙的检测方法及应用

声幅及变密度测井检测油、水固井质量中 ,套管 -水泥界面微间隙与窜槽两种胶结状态在测井资料上表现出相似的特征 ,即套管波具有中等幅度。为了找出两种胶结状态在套管波幅度上的特征和差别 ,进而将其区分开 ,在套管与水泥环间存在不同厚度的流体环的情况下 ,对井孔声场及套管波幅度进行了理论研究 ,提出了利用声波测井资料、伽马密度测井资料对套管 -水泥界面微间隙进行综合评价的解释方法 ;编写了相应的解释软件。实验结果表明 ,套管 -水泥界面存在的流体环随着其厚度的增加 ,套管波幅度逐渐升高 ;水泥缺失和窜槽将导致伽马密度测井探测到的套管外介质密度值降低 ,而套管 -水泥环间存在微间隙的情况下 ,其测量的密度值仍然是正常的水泥密度。在水泥胶结模拟井中进行了室内实验 ,在大庆油田的 4口井中进行了现场实验 。

低温防窜水泥浆体系的现场应用

针对低温固井技术难点以及大庆油田日益复杂的地质情况,根据界面增强、防窜等机理,开发研制适用循环温度为10-60℃的低温防窜水泥浆体系。该体系适用于A级水泥、G级水泥、高强低密度水泥,界面胶结强度大于原浆2倍,抗窜压差大于5.0MPa。应用井与同区块常规井相比,优质率提高15个百分点、管外冒发生率降低到2.0%以下(常规井管外冒发生率为15%以上)。