水泥浆失重建模以及实验研究

从水泥浆失重现象的力学本质出发,对环空中的水泥浆进行了受力分析,建立了水泥浆失重的力学模型,得出水泥浆的失重速率主要与水泥浆接触的环空壁面面积以及水泥浆胶凝速度有关。建立了水泥浆失重模拟实验装置,进行了多种间隙、井斜角以及偏心度条件下水泥浆的失重实验,得到的环空间隙、井斜角以及偏心度对水泥浆失重速率的影响规律与模型中得到的规律相同,即当水泥浆完全充满环空时,水泥浆的失重速率随着环空壁面接触面积的增大而增大,随着偏心度的增大而增大,随着井斜角的增大,先增大后减小,在井斜角为45°时失重速率最大。

水泥浆失重的影响因素实验研究

水泥浆失重是导致环空窜流的主要原因之一。利用自行研制的水泥浆失重模拟装置研究了井斜角、套管偏心度、环空间隙和水泥浆失水量等因素对水泥浆失重的影响。结果表明,水泥浆失重速度随井斜角的增大、偏心度的增大和环空间隙的减小而加快,随着失水量的减小而减慢。因此,在井身结构设计时要保证足够的环空间隙,减小水泥浆与环空壁面的接触面积,降低水泥浆的失重速度;在钻井过程中,特别是在钻小井眼及斜井时,一定要做好套管居中工作,尽量减小套管偏心度,以防止环空窜流现象的发生;在固井中,应尽量提高水泥浆的稳定性,降低其失水,以提高水泥浆自身的压稳防窜能力。

水泥浆失重对高压油气井固井质量的影响分析及工艺对策

高压油气井由于存在高压地层,在整个钻井工程中都引起了高度重视。有些高压油气井可能还存在低压易漏层。在固井候凝过程中,水泥浆会产生失重,进而降低了井筒内的液柱压力,如果液柱压力低于失重井段的地层压力,地层流体将会向环空侵入,造成窜槽,甚至会引发井控事故;如果液柱压力高于地层(破裂)压力将引起地层漏失,进而污染油气层,造成水泥浆低返。因此,处理好固井过程中井筒内动态压力和地层压力的关系以及制定相关的应急措施是高压油气井固井成败的关键。分析了水泥浆失重对高压油气井固井质量的影响因素,提出了高压油气井油气水侵的预防措施和固井中相关风险的应急措施和机制。

水泥石初始压力特征分析

固井水泥浆注入井内后,在水泥石形成之前会出现失重现象,从而使水泥浆浆柱压力逐渐降低,如果没有引起其压力升高的因素,水泥浆柱压力会降为水柱压力。但事实上,在水泥浆失重期间,水泥浆柱压力下降会引起套管扩张变形和地层收缩变形,这两种变形都将挤压失重的水泥浆。这种挤压失重水泥浆的过程会持续到水泥石形成。水泥石形成时,重新建立起套管、水泥石、地层之间的压力平衡,此时水泥石承受的压力就是水泥石的初始压力。水泥石初始压力对水泥石、套管、地层体系以后的受力变形极为重要。

控压固井候凝阶段井口回压控制方法研究与应用

控压固井可以降低窄安全压力窗口井固井漏失的风险,同时还能在一定程度上提高顶替效率。但是目前控压固井在候凝期间还是基于经验来施加井口回压,井口回压控制不够精确,容易导致井漏或气窜。为此,根据水泥水化、失水以及胶凝作用建立了井口回压计算模型,并形成了候凝压力控制方法,用于指导井口回压控制。通过与目前的控制方法相比表明该方法能够精确指导井口回压控制,保证井筒安全。

页岩气体积压裂固井界面微环隙产生机理研究

页岩气体积压裂施工过程中地层性质以及固井质量的变化,可能会导致固井界面微环隙的产生,从而威胁油气井的正常生产。为了准确了解页岩气井施工过程中固井界面微环隙的产生规律,基于分步有限元方法,采用场变量以及生死单元技术构建了考虑固井界面存在微环隙的井筒组合体变形数值模型,分析了水泥浆失重、压裂过程中地应力、地层弹性模量变化以及水泥环性质对固井界面微环隙的影响。研究结果表明:压裂过程中地应力的亏空以及水泥浆的失重提高了微环隙产生的概率。微环隙尺寸随着压裂过程中地层弹性模量的降低有所减小;根据施工环境,适当降低水泥环弹性模量有助于降低固井界面微环隙产生的概率。建立的有限元模型以及研究结果能够为压裂施工作业中油气井环空带压的产生提供理论依据。

体积压裂过程套管力学行为研究

页岩气体积压裂时,关于固井质量对套管应力的影响分析主要基于传统建模方法,计算时无法考虑水泥浆失重及地层性质变化对套管的影响。鉴于此,基于分步有限元方法,考虑井筒组合体的初始应力应变,建立了温度和压力耦合条件下水泥环含多重工程缺陷的井筒组合体开挖扰动力学模型,对压裂过程中极端工况下的套管力学行为进行了分析。研究结果表明:当水泥环存在结构缺陷时,套管偏心和水泥环缺失单独存在时对套管应力的影响较大,而井筒内温度变化则削弱了水泥环结构缺陷对套管应力的影响;压裂过程中储层性质的降低以及水泥环缺失的综合作用极易导致套管发生变形破坏;极端工况下,水泥环弹性模量对套管应力的改善作用较小,而套管壁厚的增加能明显改善该情况下套管的应力状态。研究结果可为页岩气开发提供理论指导。

环空底部加压固井技术的研究与应用

江苏油田老区由于多年的注水开采,地层压力紊乱,钻井施工中易引发油气侵、溢流,同时固井候凝期间的水泥浆失重也会诱导油气侵和溢流的发生,对固井质量影响较大。研究应用了环空底部加压固井技术,固井碰压后,首先坐封封隔器封闭下部环空,再通过套管内加压对环空注入一定量的水泥浆,保持套管外环空憋压候凝。该项技术共完成7口井现场试验,后5口井连续获得成功,固井质量优质。

多压力层系固井液密度的一种计算方法

大庆油田经过多年的注水开发，已进入高含水开发后期阶段，油层压力系统和储层状况均发生了很大变化，三次加密调整井固井时存在的压稳与防漏的矛盾更加突出，固井难度越来越大。固井液密度过高易导致井漏发生，污染油层，增加了施工难度。针对调整井常规计算固井液密度存在的问题，在分析现场数据的基础上，应用最小二乘法，推导出现场计算固井液密度经验式，并进行举例计算。