注水泥顶替环空钻井液滞留角度优化计算

在油气井固井注水泥过程中,由于套管偏心,井眼环空各间隙处钻井液被水泥浆顶替的情况不同,窄间隙处的钻井液受到较大的阻力而容易滞留。为了保证固井质量,从流体受力分析出发,研究了水泥浆与钻井液密度差以及流体流变性能等因素对注水泥顶替效率的影响规律,建立了偏心环空内的钻井液滞留角度范围模型。采用"高斯数值积分结合弦割法"对该模型进行了数值求解,结合现场实际情况,计算了不同固井工况下的截面顶替效率,进而定量求得钻井液零滞留时的驱动压力梯度。对于直井和大斜度井,通过增大水泥浆与钻井液的密度差、降低钻井液静切力以及提高水泥浆动切力均有利于改善大斜度井和水平井内的注水泥顶替效率。

影响固井注水泥顶替效率的主要问题及其研究进展

理论研究与现场实践表明,注水泥顶替效率低主要是由套管偏心度过大、环空壁面上钻井液滞留层形成和注水泥顶替界面失稳造成的。针对上述三方面问题,调研了目前固井注水泥顶替机理的研究方法与成果,分析了研究中存在的不足,提出了注水泥顶替机理后续研究的相关目标:建立套管极限偏心度与井斜角、流体流变性能等参数的定量模型,进而指导下套管时扶正器安放设计(尤其是在大斜度井和水平井中);针对环空壁面上钻井液滞留层问题,理论分析其形成条件,确定无滞留层形成时流体性能参数之间满足的定量关系;为保证注水泥顶替界面的稳态,需研究适用于在不同井斜角的偏心环空中两相流体(非牛顿流体)之间顶替界面的理论模型,从而推导实现界面稳态的定量条件。通过对注水泥顶替机理开展系统的理论研究,可为提高顶替效果、改善固井质量提供一定的参考和依据。

小间隙偏心环空注水泥顶替效率研究

在小间隙环空注水泥固井过程中,当套管偏心严重时,除了在环空两壁面上有钻井液滞留外,在环空窄间隙处可能会出现钻井液的整体滞留现象。为了改善固井质量,从钻井液发生整体滞留条件出发,通过分析流体受力特性,建立了小间隙偏心环空钻井液滞留模型。基于该钻井液滞留模型并结合长庆某区块实例井作业工况,分析套管偏心度、水泥浆与钻井液密度差、钻井液屈服值等因素对小间隙偏心环空内顶替效率的影响规律。分析结果表明:随着套管偏心度的增加,注水泥顶替效率逐渐降低,当套管偏心度大于0.5后,环空窄间隙处发生钻井液的整体滞留现象,顶替效率急剧降低且套管偏心越严重,通过增加顶替压差来改善钻井液整体滞留角的效果越不明显;提高套管的居中度,增大顶替压差和钻井液与水泥浆的密度差,降低钻井液的屈服值均有利于提高小间隙偏心环空内注水泥顶替效率。研究结果可为准确便捷预测小间隙偏心环空内顶替效率提供理论依据。