盐穴储能库固井工艺

压缩空气储能技术(CAES)利用压缩空气储能,是一种规模大、灵活、低碳的储能技术。云应储能库注采井普遍具有地层温度低、井眼尺寸大、漏失风险未知、注采周期频繁、井筒长期封隔要求高等固井难点,固井难度大。故开展了湖北应城压缩空气储能固井工艺研究,结合紧密堆积设计理论、晶相结构诱导设计,研发了1套适用于盐穴储能库注采井固井的低温抗盐韧性水泥浆,并形成了相关配套固井工艺。水泥浆密度范围为1.88~1.93 g/cm^(3),稠化时间易调,沉降密度差为0,游离液为0,API失水量不大于50 mL,抗盐达半饱和,7 d弹性模量小于6.13 GPa,低温30℃下起强度时间小于10 h,24 h抗压强度大于14 MPa。该项技术成功应用于湖北云应盆地压缩空气储能项目注采井表层套管及生产套管固井,固井质量合格率为100%,优质率大于95%,同时对盐穴储能库固井提供技术支持和借鉴。

固井设备自动混浆和远程控制系统技术研究

本文深入研究了石油和天然气行业中的自动混浆技术与远程控制系统技术,并探讨了它们在固井工程中的应用。自动混浆技术旨在优化水泥浆料的混合过程,确保井筒的稳固性和安全性,以及提高生产效率。远程控制系统技术允许操作员在远距离监控和控制设备,减少了操作风险,提高了操作效率。本文还介绍了自动混浆和远程控制系统的融合,以及它们在数据共享、协同作业和故障诊断方面的应用。这种集成技术为石油和天然气行业的固井工程带来了巨大的好处,包括降低操作成本、提高生产效率和操作员的安全性。

苏里格气田水平井固井技术研究与应用

基于提高单井产量、提高气田采收率为重要手段的水平井开发方式在苏里格气田得到规模推广和应用,但水平井固井时套管往往偏向下井壁,居中度差,固井后形成的水泥环薄厚不均,导致水平井固井质量差,严重制约了水平井优势的发挥。针对水平井固井的技术难点,优选了一套适合水平井固井的水泥浆体系,并对套管居中度、钻井液性能等方面进行了优化,形成配套固井工艺,有效克服苏里格气田水平井固井的难点,通过现场应用证明,该体系及其配套措施实现了层间有效封隔,环空水泥环形成了良好的胶结强度,为后续作业提供了有效保障。

提高固井第二界面质量的技术研究与应用

为了提高水泥环的层间封隔能力,利用ESEM、Zeta电位仪、FTIR及钻井液滤饼模拟等方法,研究了钻井液及其滤饼对固井第二界面质量的影响,并提出了一种滤饼清除技术。研究结果表明:钻井过程的钻井液性能不满足提高固井第二界面胶结质量的要求,该钻井液容易在井壁上形成虚厚的滤饼,将严重恶化水泥石与地层间的界面胶结,降低固井第二界面质量,室内模拟水泥石与岩心间界面的7 d胶结强度仅为0.12 MPa。在固井前调整钻井液的p H值≈11、流性指数n>0.75、动切力YP≈5 Pa,通过提高钻井液的pH值和流变性以破坏钻井液中聚合物的化学结构、增加钻井液中高分子处理剂的亲水性,并提高钻井液中黏土颗粒表面的ζ电位、增加黏土颗粒间的分散作用,可提高对滤饼的清除程度及水泥浆的顶替效率,水泥石与岩心界面间7 d的胶结强度由0.12 MPa提高到了1.18 MPa。同时,固井前调整钻井液性能并结合配套浆柱结构技术,已在大港油田连续应用14井次,固井第二界面优质率从23.1%提高至71.6%。

表面活性剂提高页岩气井固井水泥浆的抗污染性能评价

采取水平井开发页岩气储层时,由于套管偏心以及井径不规则等原因,通常会导致油基钻井液的顶替效率较低,部分油基钻井液掺入固井水泥浆中,影响水泥浆的性能。为了提高页岩气固井水泥浆的抗污染能力,室内将非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂复配制得表面活性剂(AFSG-1),然后以现场油基钻井液和固井水泥浆为研究对象,开展了AFSG-1提高页岩气井固井水泥浆抗污染性能的研究。结果表明,现场油基钻井液的掺入会严重影响固井水泥浆的流动度、稠化时间以及混浆水泥石性能;油基钻井液的掺入比例越大,污染越严重。随着固井水泥浆中AFSG-1加量的不断增大,水泥浆自身的抗污染能力逐渐增强;当固井水泥浆中AFSG-1的质量分数为2%时,再掺入20%的油基钻井液,混浆的流动度、稠化时间以及水泥石性能与未加表面活性剂时相比均有明显改善。另外,AFSG-1对固井水泥浆抗油基钻井液污染性能的改善效果明显优于其他常用表面活性剂。AFSG-1能有效提高页岩气固井水泥浆抗油基钻井液污染的能力,可提高固井质量,保障固井安全。

基于二维螺旋周向涡流的破碎性油气层固井新技术

固井质量直接影响油气产量,优良的顶替效率是保证固井质量的先决条件。针对破碎性窄密度窗口地层固井存在大排量顶替易漏、小排量顶替效率低的技术难题,提出了螺旋顶替提高破碎性窄密度窗口固井质量的理念,用水平集法构建了水泥浆顶替前置液的追踪顶替界面数学模型,以典型固井工况参数为例,通过数值模拟方法研究了周向速度对顶替界面、顶替效率和接触时间的影响,形成了裸眼段二维螺旋(螺旋刚性扶正器)顶替固井技术。研究结果表明:①二维螺旋顶替时,顶替界面受周向速度的影响,“凸进”现象减缓,顶替界面较稳定,水泥浆接触地层时间延长,顶替效率提高;②相对于一维轴向顶替,二维螺旋顶替在原轴向波及范围内,增加了水泥浆周向波及,有助于将不规则井段内的被顶替液“旋出”,缩小滞留区,提高水泥浆胶结环境,驱净效果明显。结论认为,该技术在伊拉克米桑油气田现场应用,固井质量优质率从40%提升到60%,二维螺旋顶替固井技术稳定顶替界面和提高井壁驱净效果,二维螺旋周向波及顶替机理为解决破碎性窄密度窗口地层固井顶替的技术难题及研发螺旋注水泥工具提供理论支撑。

固井用高温缓凝剂的研究与应用

针对油井水泥常用的AMPS/IA共聚物类缓凝剂在130~150℃区间易出现稠化时间“倒挂”现象,影响固井施工安全和固井质量的问题。通过AMPS和IA单体进行自由基溶液共聚,在共聚过程中与乙二胺四乙酸二钠EDTA-2Na、十六烷基三甲基氯化铵CTAC复配,研制了一种可防止高温稠化时间倒挂的缓凝剂BH-R103L,并对其综合性能进行了评价。评价结果表明:BH-R103L具有可靠的抗温及调凝效果,加有BH-R103L的水泥浆体系在120~150℃范围内稠化时间可调,150℃下加量为2%(BWOC)时,水泥浆的稠化时间大于300 min,稠化时间与加量呈线性关系,稠化时间倒挂现象消除、初始稠度低、温度和加量敏感性小、稠化线形正常、与AMPS类高温降失水剂配伍性良好,能抑制高温浆体“包心”现象,在60℃下养护的水泥石抗压强度发展快,其他综合性能均满足固井施工要求。BH-R103L在四川泸州区块泸203H153平台深井页岩层进行了现场应用,声幅测井检测封固段固井质量合格。

基于有限元分析的固井胶塞变形规律研究

固井过程中胶塞在套管中的变形状态对其刮拭效果和隔离能力至关重要,直接决定了固井质量的好坏。为了探究胶塞橡胶碗在固井作业过程中的变形状态与规律,使用有限元分析方法,建立Mooney-Rivlin模型分析了径差(橡胶腕外径与套管内径之差)与橡胶碗角度两个因素对胶塞变形的影响。分别分析了当径差为5~30 mm、橡胶腕角度为25°~80°时,橡胶腕与套管壁之间的接触作用力以及接触状态。当径差为20~25 mm时,橡胶碗与管壁之间接触作用力较稳定,呈宽面接触,此时胶塞橡胶碗刮拭效果和隔离能力最佳。同时分析了当径差处于最佳区间时,橡胶腕角度为45°~65°时,胶塞刮拭效果和隔离能力最佳。并通过橡胶腕与套管接触性能试验验证了有限元分析结果的正确性,为胶塞橡胶碗的设计与选型提供的理论支撑。

固井水泥浆用高温稳定剂BH-HS004S的研制与应用

针对水泥浆在高温条件下稳定性差的难题,将通过聚合反应制得的生物聚合物A(改性定优胶)与天然矿物B以2∶3配比进行复配,得到一种性能优异的固井水泥浆用高温稳定剂BH-HS004S,抗温达240℃,在40~50℃开始发生热增稠现象。该高温稳定剂适用于常规密度水泥浆、低密度水泥浆和高密度水泥浆三种水泥浆体系,通过实验表明,常规密度水泥浆推荐加量0.2%~0.4%,适用最高温度为210℃,低密度水泥浆推荐加量0.8%~1.0%,适用最高温度为180℃,高密度水泥浆推荐加量1.0%~1.2%,适用最高温度为160℃。该高温稳定剂具有低温条件不明显增稠,高温条件抑制水泥浆变稀,与其他外加剂配伍性好,对水泥浆其他综合性能无不良影响等优点,能有效解决三种水泥浆体系高温沉降稳定性差的难题,并且现场应用5井次,效果良好,固井质量优质。

LFC四胶塞在WQ2-353井筛管顶部固井工艺的应用

WQ2-353井采用筛管上部加碰压座、管外封隔器和PAC阀,液压尾管悬挂器的筛管顶部固井工艺。FLC四胶塞配合PAC阀可以实现分级注水泥功能,施工工艺上需要先进行悬挂器坐挂丢手憋球座,然后胀封封隔器,再憋压打开PAC阀建立循环,固井作业结束后关闭PAC阀,再胀封悬挂器顶部封隔器,然后起出悬挂器送入工具循环出多余的水泥浆。该井入井工具、附件多,各工具之间工作压力设置较多,给固井作业带来了很大的挑战,通过对WQ2-353井固井过程梳理,总结经验认识。

深水表层固井硅酸盐水泥浆体系研究

针对海洋深水表层套管固井作业,介绍了一种密度可调(1.20～1.80 kg/L)的低温低密度G级硅酸盐水泥浆体系。对低温低密度G级硅酸盐水泥浆体系的设计原理与水泥浆组分以及不同密度水泥浆配方进行了详细的论述,并对该水泥浆体系在深水环境下的性能进行了评价。结果表明,低温低密度G级硅酸盐水泥浆体系在低温环境下具有较高早期强度、低失水量以及良好的流变性和稠化性能,其中密度为1.20 kg/L的水泥浆在3℃温度下的稠化时间≤560 min,稠化过渡时间≤60 min,API失水≤70 mL,水泥石在5℃温度下养护24 h后的抗压强度≥3.5 MPa。这表明低密度G级硅酸盐水泥浆体系具有良好的低温性能,能够满足海洋深水表层套管固井作业要求。

动态冲击下纤维素固井水泥石力学性能及增韧机理研究

为研究动载荷下纤维素固井水泥石抗冲击性能及内部纤维素增韧机理,采用杆径50mm的霍普金森杆(SHPB)对不同纤维素加量的油井水泥石进行动态加载,并利用高速摄影仪记录破裂形貌。通过动载荷下的应力-应变、韧性及总能量吸收图等研究纤维素固井水泥石的力学性能。利于扫描电镜SEM研究纤维素的微观增韧机理及纤维素对水泥基材料的增韧作用。结果表明,动载荷下,纤维素水泥石的强度、韧性及能量吸收能力在加量0.3%时最高。纤维素水泥石表面裂纹量少且曲折度并不明显,破裂程度较轻。纤维素的增韧机理为拔出机制、裂纹偏转,弯曲机制由于冲击速度太快,基体变硬而被抑制。

大港油田调整井固井技术的研究与应用

针对大港油田调整井存在的地层压力系统复杂、高压低渗、水侵严重、钻井液触变性强、虚泥饼厚、顶替效率差等难题,通过采用井眼准备、冲洗隔离液技术、两凝防窜韧性水泥浆技术、平衡压力固井技术等措施,形成了适合大港油田调整井固井的工艺及方法。现场应用10余口井,其中以大斜度井小5-23-1L井139.7mm油层套管固井为例,有针对性地优化固井工作液体系及工艺技术,确保了固井施工安全,保障了固井质量,扭转了固井质量差的局面,为提高大港油田调整井固井质量奠定了基础。

考虑温度压力耦合效应的控压固井全过程水力参数计算方法

综合考虑固井井筒流体瞬态流动特征、温压流变性以及水泥浆水化反应,建立考虑温度压力耦合效应的固井全过程水力参数计算方法。利用新模型开展数值模拟与场地试验,揭示控压固井全过程瞬态温度压力演化规律。结果表明新模型能精确预测固井全过程温度、压力,很好地满足工程需求;受循环变密度、变排量等影响,固井循环过程井筒压力呈现出明显的非稳态特征;固井循环阶段各流体流变性受温度压力影响明显,温压流变性的影响对精确预测固井井筒压力不可忽略;固井侯凝期间,受水泥浆水化反应的影响,水泥浆压力逐渐降低,温度呈现先增加后降低的趋势,该阶段需要在井口施加一定回压来避免固井气窜的发生;控压固井技术能够有效避免窄安全密度窗口地层井漏、气窜等事故的发生,构建的固井全过程水力参数计算模型可为成功实施控压固井技术提供理论支持。

大港板南储气库白6库1井尾管固井技术

储气库井白6库1井尾管固井存在地层承压能力低、封固段长、井径不规则及井筒承载着交变应力及温度变化等难题。设计通过采取承压堵漏、优化浆柱结构实现平衡压力固井,并引入DRE膨胀韧性水泥浆体系。优化浆柱结构措施有,降低冲洗隔离液密度(低于钻井液密度),增加冲洗隔离液用量(占环空高度800 m);采用双凝水泥浆体系。高效冲洗隔离液使用开发出的兼有疏水性官能团和亲水性官能团的油基钻井液冲洗液DRY-100L作主剂,并使用棱形加重材料DRW-2S,加强了对二界面的冲击力。DRE水泥浆具有良好的综合性能,2 d、7 d抗压强度分别大于16、28 MPa,弹性模量小于6.0 GPa/7 d,韧性改造使其具有"高强度低弹性模量"特性,为该配套技术的推广应用奠定基础,为固井质量的提高提供技术保障。现场固井结果表明,通过采用该膨胀韧性水泥浆进行平衡压力固井,施工顺利,固井质量优质。

pH值和稀释剂对固井前甲酸盐钻井液性能的影响

固井前甲酸盐钻井液的流变性和失水造壁性差是导致固井质量不理想的关键问题之一。为提高环空钻井液顶替效率和井壁泥饼冲洗效率,研究了pH值和稀释剂磺化丹宁对油田现场某井区甲酸盐钻井液流变性和失水造壁性的影响,通过比较甲酸盐钻井液调节前后形成泥饼的微观结构,分析了钻井液性能改变的机理。结果表明,pH值和稀释剂对甲酸盐钻井液的流变性和失水造壁性的影响较大。随pH值和稀释剂加量的增大,甲酸盐钻井液的塑性黏度、动切力、高温高压滤失量和泥饼厚度先降低后增加,泥饼冲洗效率和界面胶结强度先增加后降低。在90℃下,现场甲酸盐钻井液适宜的pH值为11.5、稀释剂最佳加量为0.3%。甲酸盐钻井液经NaOH溶液和稀释剂调节后,改善了黏土颗粒的分散性,优化了钻井液性能,并提高了形成泥饼的致密性,有利于环空钻井液的顶替和井壁泥饼的冲洗清除,改善固井胶结质量。

大港油田页岩油储层固井技术研究与应用

针对大港油田页岩油储层固井过程中地层压力系统复杂、油气活跃、钾盐钻井液与水泥浆相容性差、钻井液混油驱替困难、水泥石力学性能要求高等难题,开展了固井工作液及配套固井技术措施研究。采用具有洗油作用的功能型前置液,对含油钾盐钻井液的冲洗效率超过90%;针对大港油田页岩油储层固井“四低一高”要求,采用具有静胶凝过渡时间为5 min、抗压强度大、弹性模量低等特点的防窜性能优良、水泥石力学性能突出的高强度韧性防窜水泥浆体系。落实“双扶”、“三扶”通井措施,采用纤维+稠钻井液裹砂携砂井眼清洁技术、虚泥饼清除技术,做好井眼准备工作,优化页岩油储层配套固井技术措施,形成了适用于大港油田页岩油储层的固井工艺技术,该成果在现场获得成功应用。

南堡3-81井高温尾管固井技术

南堡3-81井位于黄骅坳陷南堡凹陷南堡3号构造南堡3-81断背斜高部位,该井斜深为5 939 m,井底静止温度达202℃。在四开钻井过程中发生溢流、井漏等复杂情况,下完尾管后环空间隙小,环空液柱流动阻力大。为了保证固井质量,对该井的难点进行分析,并针对固井难点,优选了抗高温恒低密度水泥浆体系、抗高温常规密度水泥浆体系。通过对现场井浆的优化,配制出了与水泥浆、钻井液相容性好的冲洗隔离液,完善该井的固井配套技术措施。并在南堡3-81井现场应用,固井施工顺利,固井质量为优质。该固井技术为油田深井固井提供了技术支撑。

大港枣园油田高含水储层固井技术与应用

针对大港枣园油田储层高含水这一特性以及现面临的固井技术难点,在完钻前循环洗井、提高井筒承压能力、钻井液性能调整、研发低温早强短候凝防窜水泥浆体系、倒浆柱结构设计等方面展开了技术研究:根据不同漏失岩性,选择不同堵漏措施;采用固井前钻井液调整技术,提高钻井液的pH,利用强碱性拆解井壁上钻井液化学结构;加入化学稀释剂,提高钻井液流变性(流型指数大于0.72),清除井壁虚泥饼;采用防窜性能好(静胶凝过渡时间12min)、失水量低(小于40mL)、候凝时间短(直角稠化)的低温早强短候凝防窜水泥浆体系;设计合理的浆柱结构,确保尾浆失重时井底当量密度高于钻井液密度0.05~0.1 g/cm^3;优化扶正器下入方式、采用复合排量顶替等配套施工措施。该固井工艺技术应用于枣园油田7口油井中,固井质量均为优质。

固井水泥车液压系统使用操作与故障排除方法

为保证固井水泥车液压系统的正常运行,需要对其正确使用操作与排除故障。液压系统的正确使用操作的关键是使用前要做好相关各项检查并按规范操作。液压系统的常见故障主要发生在液压油箱、液压油泵、溢流阀、吸油滤清器和回油滤清器,分析了故障可能产生的原因,提出了对应的排除方法。