易漏层注水泥塞技术

随着石油勘探开发向深部地层延伸,井漏问题日益突出。易漏层注水泥塞技术是解决这一问题的关键环节。然而,目前国内外在这一领域仍存在一定的技术难题。为了提高易漏层注水泥塞的成功率,降低钻井事故风险,缩短复杂处理周期,本文对易漏层注水泥塞技术进行了研究。

二级固井中分级注水泥器受力分析及施工安全提升

石油勘探开发逐渐向深层、超深层领域发展,深井、超深井及各种复杂井大量使用双级固井技术,分级固井能够有效降低环空液柱压力,减少水泥一次性注替量,保证施工安全,提高固井质量。但在二级固井施工过程中,分级注水泥器受力超过承压极限时存在提前关孔的风险。通过对施工过程中分级注水泥器进行受力分析,借鉴“U”型管效应研究基础,建立了泵压、分级注水泥器位置压力、挡块机构受力、环空实际流量、真空段长度等动态参数的计算方程,用VB语言编写开发了模拟程序。该程序能够在固井施工前,模拟分级注水泥器施工各阶段受力状态,防止提前关孔情况发生。经过多轮次的现场验证,计算结果满足工程要求。该研究成果能够有效规避分级固井施工风险,同时也可以根据模拟结果判断环空实际顶替情况,根据各阶段受力情况优化施工参数,提高二级施工的安全性。

基于压力平衡条件下“戴帽”固井注水泥技术探讨

在地热井漏失地层进行“戴帽”固井注水泥难度大,往往因挤入的水泥浆偏离设计位置而导致固井失败。本文提出了漏失层“戴帽”固井的技术思路,即利用井内液柱压力与地层裂隙压力保持平衡以有效控制固井水泥浆柱移动位置,通过控制挤注排量以防止水泥浆被稀释。在具体实施中,可以采用开放固井和封闭固井两种方式。前者在注替浆过程中,井筒与外界大气、上下井筒之间始终相通。当上下套管级差较大时,水泥浆柱在平衡过程中下移距离较长,位置不易控制,且易稀释,但是所需工具简单,适合应用于上下套管级差较小的条件,尤其是在同级套管内。对于后者而言,需采用特殊密封工具封闭下部套管,在注替浆过程中,上下井筒始终是不通的。可以避免水泥浆柱下移距离长、位置不易控制、易稀释等缺点,适合各种套管级配条件下固井注水泥作业,在套管级差较大时更显其精确封固优势。

基于热流固耦合的分级注水泥器失效分析

针对分级注水泥器在实际固井使用过程中出现的循环孔打不开、关不上等失效问题,基于热流固耦合分析理论和CFD数值模拟方法,结合某油井的实际固井数据,建立从井口到分级注水泥器位置处的完整三维有限元模型.运用流体计算软件得到不同流体在不同井深位置处产生的压力与温度,将流体域求得的压力与温度传递到固体域,对分级注水泥器变形进行分析.结果表明,固井过程中注入不同流体产生的压力不同,压力对分级注水泥器的变形量有较大影响,本体与滑套的变形是导致循环孔无法正常打开或关闭的主要原因.

考虑U型管效应的注水泥套管变形问题研究

注水泥过程中的套管变形问题给固井作业带来了巨大挑战。基于U型管效应产生的机理,给出了真空段长度和返出排量的描述方程。考虑温度场对套管变形的影响,推导了传热学方程,用于预测井筒温度场。通过分析注水泥时套管受力情况,建立了相应的套管变形程度计算模型。以新疆油田Z井为例,进行了泵压、真空段长度、注入返出排量等参数的计算。结果表明,当井筒内出现U型管效应时,返出排量不等于注入排量;最佳的注入排量为12~14 L/s,此时套管变形量较小,且不会发生疲劳破坏。当在井口观测到泵压为0时,井筒内就会产生真空段,此时应重视U型管效应可能引发井下复杂。根据敏感性分析,注入排量对套管变形程度的影响最大。在设计注入排量时,可考虑变排量注水泥的设计方法,以便更好地解决该类问题。

提升偏心环空注水泥顶替效率的浆柱结构优化分析

套管偏心是决定注水泥环空流速与流态演化的关键因素,进而制约了顶替效率的提升;优化浆柱结构是改善顶替效率的重要途径,而关于相关的理论机理未见报道。借助于计算流体力学Fluent软件,建立了不同套管偏心下水平环空3D模型,探讨了不同套管偏心下的顶替效率变化特性,结合套管偏心0.4时顶替效率差的案例,通过探究不同浆柱结构下的环空流体滞留体积分数,以推荐最佳注水泥浆柱结构。研究表明:①套管偏心0.1时,偏心效应与浮力作用下顶替效率优于居中工况;偏心度大于0.1后,在套管偏心与质量扩散效应耦合作用下,顶替效率逐渐降低;②先注入隔离液后注入冲洗液有利于充分发挥隔离液在正密度差下的顶替效果,再利用低密度冲洗液的冲刷作用,进而提高了顶替效率;③套管偏心时,宽边流速高于窄边,引起水泥浆从宽边提前返出,而窄边滞留大量钻井液的问题。模拟成果为偏心环空下浆柱结构设计与优化提供了重要理论依据。

自通径液压分级注水泥器

在 177 8mm、 139 7mm或 12 7mm油层套管使用普通分级注水泥器进行作业时 ,需换小钻具钻掉分级注水泥器内部结构 ,这不仅延长建井周期 ,而且影响固井质量。根据现场实际情况 ,研制了自通径液压分级注水泥器。室内及现场试验表明 ,这种注水泥器的试验数据与设计理论计算值基本吻合 ,清水密封试压 30MPa ,30min不渗不漏。在 3口井的试验中 ,最大下入深度 2 86 4 32m ,最大井斜 2 8° ,均电测顺利到底。每口井节约钻井成本 2

基于响应面法的分级注水泥器结构优化

分级注水泥器在实际使用过程中结构刚度不能完全达到固井需求,经常由于结构变形造成循环孔打开或关闭失败。为此,采用响应面优化方法对分级注水泥器本体和滑套的5个关键尺寸参数进行改进,以达到提高结构刚度的目的。优化结果表明:采用拉丁超立方试验设计法的计算结果拟合出滑套最大变形量与质量,本体总变形、径向变形及质量的响应曲面;根据拟合的响应面,通过多目标遗传算法预测出滑套和本体设计变量的最优参数组合,并进一步构建了相应的优化模型;通过对滑套及本体进行热流固耦合分析可得,优化后滑套最大变形量减少了47.3%,本体最大总变形量减少了32.0%,本体最大径向变形量减少了62.7%。所得结论可为分级注水泥器设计提供理论参考。

封隔式分级注水泥器在普光气田的应用

针对普光气田海相井气层保护固井—打“悬空塞”固井工艺,工序多,施工成本高,井控风险隐患大,生产过程存在环空带压风险等问题,笔者团队研发了177.8 mm封隔式分级注水泥器,实现环空封隔与分级注水泥联作控制,注水泥孔打得开、关得上,密封严;环空裸眼封隔压力高,可应用于普光深层顶部注水泥工艺。该工具在中国石化“示范井工程”普光某井首次试验成功,又在大湾某井应用成功,封隔环空、实现对下部气层的有效保护和顶部的注水泥作业,保证固井质量,节省钻井周期,提高施工安全性。封隔式分级注水泥器在普光深层的成功应用表明,该工具不仅可用于深层、超深层漏失井分级固井工艺,也可应用于产层顶部注水泥工艺。

压力平衡法注水泥堵漏工艺在风南4井区的应用探讨

风南4井区垂直裂缝发育,钻井过程中井漏频繁,现场注水泥堵漏成功率低,效率低下。以FNHW4083井为例分析了现场注水泥堵漏工艺由于不考虑压力平衡,存在不能定量控制井筒内留水泥塞长度的弊端;同时,详细介绍了压力平衡法注水泥堵漏工艺的原理与计算方法,并在风南4井区开展应用试验。结果表明,平衡法注水泥堵漏工艺通过压力平衡能够定量控制井筒内水泥塞长度,堵漏成功率高,且耗费水泥量少、作业安全,可在风南4井区全面推广应用。

小井眼免钻塞注水泥装置的研制与应用

需要钻塞的分级箍固井工艺是注水泥完成后,要将留井工具钻掉,钻除过程中存在落物、钻偏、钻漏套管等风险,直接影响后期的施工和油气井的寿命。免钻塞固井工艺是固井完成后把装置内部的构件全部提出井筒外即可,省去了钻塞过程,缩短了完井时间,减少了井下事故发生的概率。但是这种免钻塞装置的尺寸较大,仅适用于7in或51/2in井眼中,在目前以经济效益为导向的经济开发方式下,老油田的挖潜增效,常常为减少投资成本利用废旧老井,如侧钻井,这种井的井眼尺寸小,已有的免钻塞注水泥装置在小井眼的井筒中无法排布。为此,研制了一种小井眼免钻塞注水泥装置。

自通径分级注水泥器研究及应用

自通径分级注水泥技术克服了常规分级注水泥技术作业后 ,必须下小钻杆钻水泥塞的技术难题 ,并提高了固井质量。介绍了自通径分级注水泥器的基本结构、性能参数及其工作原理 ,室内研究和 3口井的现场应用表明 ,该工具结构新颖 ,性能可靠 ,使用方便 ,缩短了建井周期 ,降低了钻井成本 。

一种不钻塞完井分级注水泥器的研制及应用

无内管免钻塞完井技术可以避免钻塞施工,注水泥结束后及时下入打捞管柱,将胶塞及管内装置捞出。但是盲板以上为死腔,不能解决关闭套下行困难的问题,另外盲板总成捞出后,会留下内径较小的内圆台阶,为后期施工带来诸多不便。为此,研制了新的不钻塞完井分级注水泥器。该注水泥器包括上接头、外筒和注入总成,在具备注入功能的同时能起到盲板的作用,注入总成底部装有泄压阀,避免形成死腔,有效地解决了关闭套关闭时下行困难的问题,注水泥器下部可直接与配套裸眼封隔器连接,简化了完井管柱。90余口水平井的现场应用结果表明,该装置平均完井周期比原来缩短1 d,打捞总成解封力100～150 kN,完全符合现场施工安全要求,施工成功率100%。

水力激荡对筛管顶部分级注水泥器的影响分析与对策

随着石油探勘开发向深井、高压井和复杂井的不断延伸,筛管顶部注水泥工艺得到广泛应用,但压差式分级注水泥器在现场作业过程中出现提前开孔的问题越来越多,严重影响了施工周期和质量。针对筛管顶部分级注水泥器提前开孔原因进行分析,结合现场实例进行了理论计算,得出水击压力和抽汲压力产生的水力激荡是导致分级注水泥器提前开孔的根本原因,在此基础上设计研制了水力激荡释放短节,并分别进行了室内测试和多井次的现场应用,结果表明所提出的方案效果显著,解决了筛管顶部注水泥工艺中分级注水泥器提前开启的问题。

灌注桩成孔前注水泥浆法在处理溶洞中的应用分析

灌注桩成孔前注水泥浆法是一种处理溶洞的高效技术,本文通过对灌注桩、溶洞及注水泥浆法的基本知识和原理进行介绍,详细探讨了注水泥浆法在工程中的应用,并重点研究了灌注桩成孔前注水泥浆法处理溶洞的方法和效果。首先,介绍了灌注桩的定义、特性和施工原理以及不同成孔方法的比较。接着,分析了溶洞的形成机理、对工程基础的影响以及传统处理方法和其局限性。然后,深入探讨了注水泥浆法的基本原理、施工过程和在工程中的应用案例。最后,详细介绍了灌注桩成孔前注水泥浆法处理溶洞的操作流程、施工方法和具体应用实例。通过对灌注桩成孔前注水泥浆法的效果评估,发现该方法具有良好的治理效果,并与传统处理方法进行了对比分析。研究结果表明,灌注桩成孔前注水泥浆法具有明显的优势和潜力,可作为处理溶洞的有效手段。本文的研究成果为灌注桩成孔前注水泥浆法在工程中的应用提供了理论依据和实践指导。

不钻胶塞双级注水泥工具的研制及应用

在油田勘探开发过程中，双级注水泥工艺作为一项重要技术，解决了长封井及复杂井固井作业中的一系列难题。但目前所使用的双级注水泥工具固井后均需用小钻杆钻除胶塞和水泥塞，费用高、时间长。文中介绍了一种不钻胶塞的双级注水泥工具及其施工工艺，它具有固井后不留胶塞的优点，特别适合于中深井使用。该工具在现场已成功地在３口井中使用，是一种有很大使用潜力的工具。

TN─Ⅲ型内管注水泥器的研制及应用

针对原有井底密封式内管注水泥器存在的问题，为防止密封失效，提高施工安全可靠性及国井质量，研制了TN－Ⅲ型内管注水泥器。该工具将密封部位由井底移至井口，适用于各种规格的大直径套管固井。TN－Ⅲ型内管注水泥器获得国家专利（专利号95213958．8），并应用于现场实施3口井，均取得了较好的效果。

低压易漏长裸眼井注水泥工艺研究

论述了长庆石油勘探局在油气井固井过程中存在的主要生产难题———水泥返高不足和注水泥井段胶结质量不理想；分析了影响固井质量的主要因素———水泥浆体系质量较差、井漏、长裸眼井段顶替效率不高、水泥浆凝结过程中油气水侵；提出了提高全井封固质量的技术对策、提高天然气井注水泥质量的主要工艺技术以及套管防腐技术。这套技术大幅度提高了低压易漏井段和油气水活跃产层的注水泥质量，油气层合格率由攻关前的８０％提高到９９％；油气井优质率分别达到７８．１％和７７．７％以上。不但为简化井身结构开发方案提供了技术保障，而且为低压易漏长封固井段提高注水泥质量提供了宝贵经验。

水平井免钻塞筛管顶部注水泥完井技术

采用筛管顶部注水泥完井的水平井占到胜利油田水平井总量的60%以上。该技术的主要缺点在于钻塞过程中易造成套管磨损,钻塞后内壁留有毛刺,影响后期作业效果。为解决钻塞对完井管串的伤害,设计出集管外封隔器、分级箍、盲板功能于一身的免钻塞完井工具,开展了室内性能试验和施工工艺试验。在筛管顶部注水泥作业结束后采用下打捞矛打捞内套的方式有效避免了钻塞带来的不利影响,减少了完井作业时间及成本。该技术在胜利油田累计施工40余口井,保障了后期酸洗及填砂作业效果,推动了水平井筛管完井技术的进一步发展。