小井眼固井质量差的原因及应对探讨

小井眼固井质量差的原因及应对探讨

周光源

中石化胜利石油工程有限公司固井技术服务中心  山东东营257000

摘要:中海油致密气进入大开发阶段,小井眼井身结构的降本增效优势得到广泛应用,为解决在钻井过程中出现固井井漏､固井质量不合格等问题而严重影响后续完井作业的正常进行,本文利用有限元模拟计算方法并且通过物理模型仿真实验针对小井眼固井质量差的因素进行分析,从而提出针对性的应对措施,对于小井眼固井质量的提升具有积极的现实意义｡

关键词:小井眼;固井质量;套管;水泥浆

1小井眼固井质量差的原因

1.1水泥环缺少或者损坏和套管位置不正

通过ANSYS进行有限元模型的构建,经过科学的计算能够看出,水泥环在出现缺少或者损坏时,会造成套管有效应力显著增加,影响其所具有的承载能力｡在固井质量较为理想的情况下,套管截面上所具有的应力较为均匀,通过计算数值为389MPa,在水泥环发生30°的缺损时,套管壁的有效应力猛烈提升至672MPa｡在水泥环缺损角度持续变化的过程中,套管位置的有效应力也在不断增加,当水泥环缺损角度达到150~180°时,套管位置所具有的应力为最高,数值是760MPa｡在这一情况下,套管所具有的承载能力最大值为正常情况下的50%｡同时还能看出,套管位置不处于中间的情况下,会造成套管的有效应力出现幅度较大的增加,套管对抗外部挤压力的能力下降,使得套管使用年限缩短｡

1.2水泥环的弹性模量

水泥环的弹性模量对于套管抗均匀外部承载具有较大的影响｡在水泥环弹性模量持续变大的过程中,套管水泥环抵抗外部均匀承载的能力也在持续提高｡因此,可以采取调整水泥配方的方法,促进水泥环所具有的弹性模量提升,进而使套管水泥环抵抗外部承载能力得到有效的提高｡

1.3水泥黏结力

本次实验选择使用频率较高的四种密度存在差异的固井水泥作为研究对象,也就是两种混合泥浆､微硅以及MTC,采用双层组合套管针对套管跟固井水泥环之间黏结力进行测试｡通过试验可以得到各个水泥配方情况下所具有的单位面积黏结力,结果显示,微硅､MTC､密度较低混合泥浆以及高密度混合泥浆的单位面积黏结力分别是0.806MPa､0.8MPa､1.844MPa以及2.34MPa,所以,在条件相同的情况下,密度较高的水泥混合泥浆在黏结力方面的表现最好｡

1.4水泥环中具有气塞或者段塞

因为水泥环当中所具有的空隙较小,而且固井使用的水泥浆在均匀性方面不够理想,为了对固井质量进行深入研究,采用声幅-变密度井下测试仿真试验｡这一试验的各个尺寸采用的是油田实际的科学试验井数据,上层套管为Φ139.7mm技术套管,油层的套管选择Φ101.6mm的套管,通过各类固井液模拟出气塞和段塞,并且制造出固井质量优、良、差三种情况,从而开展声幅-变密度井下测试,对物理模型开展解剖､比对和分析,构建出对固井质量进行评估的规范化解释图版｡结果可以发现,因为环空间之间的空隙较小,水泥环中存在气塞或者段塞等状况,造成水泥环的黏结强度持续下降,无法有效的实现对套管的保护,造成井下流体在不同的层间进行流窜,对油水井的生产效率和规范化流程的落实造成严重的影响｡

2促进小井眼固井质量提高的策略

2.1使用套管扶正器

沿着Φ101.6mm套管周边进行六个扶正器的焊接,使他们均匀的分布在同一圆周上,通过一根套管可以进行1到2组的焊接｡在具有较大斜度的井段可以提高扶正器的密度｡间隙比的最小值应当超过API标准中提出的66.7%,这一工艺能够有效的保证套管位置处于中间,并且使水泥能够分布均匀,并且工艺所需的成本较低｡

2.2延迟固井水泥浆技术

延迟固井技术是当前固井领域当中使用较多的特种技术,能够使得水泥浆到达预设的高度,从而促进顶替效率的提高,其主要原理是:在套管到达井的底部以前将提前配置好的水泥浆进行泵入,使其到达底部,随后使套管闭口插入水泥浆当中,因为套管到达井内会使水泥浆受到压迫上升到所需要的高度,最后等待凝结完成｡因为当前还没有在小井眼空隙中使用效果较为理想的扶正器,因此,小井眼贴壁､套管位置不正等问题没有得到有效的解决,但是可以通过延迟固井技术实现对套管下方速度的控制,从而有效的对水泥浆上返速度以及产生压力的把控,实现顶替率的提高,从而保证固井的质量｡

2.3回插式液压尾管悬挂器固井工艺

(1)工具达到既定的井下深度以后,将水泥浆正注,在水泥浆的注入量达到一定体积以后将小胶塞投入其中,将顶替液替入，实现对小胶塞的推动使水泥浆持续向下运动｡在小胶塞到达空心胶塞位置时,对水泥浆和空心胶塞进行推动使得他们共同向下移动到处于尾管底部的回压阀位置,固井施工结束｡

(2)在固井施工结束以后,将尾管向上提拉,使水泥浆回落,然后在将尾管重新插到井的底部,使环空内的水泥浆能够再次分布均匀,并将管柱正向旋转若干圈｡

(3)当环控内的水泥浆分布较为均匀以后,将悬挂器向上提拉使其到达坐挂位置憋压产生一定的压力,将液缸剪销剪短,活塞向上移动,实现对卡瓦的推动,使其坐挂在Φ139.7mm的套管内壁上｡

(4)坐挂完成以后,将其正向旋转若干圈,然后将中心管向上提拉使其与悬挂器脱离,完成丢手｡正向循环对井内进行清洗,将剩余的水泥浆全部洗出,结束以后将钻具向上提拉,将井关闭等待凝固｡

2.4其他优化措施

(1)提高水泥浆的稳定性,确保低滤失量､低游离水,以防止气窜的发生;增强固井前置液对套管壁上的滤饼和套管环空虚泥饼以及残余钻井液的冲洗效果,减少混浆,提高顶替效率｡同时在冲洗液中加入KCl抑制泥页岩水化膨胀,防止顶替期间井壁坍塌,保障固井作业顺利｡同时,为了解决冲洗液､钻井液和水泥浆密度､黏度相差大,注替过程中极易出现“窜槽”或混窜､气侵等情况,达不到有效封隔的效果,在冲洗液与水泥浆之间加入高密度隔离液｡

(2)为了保证固井结束浮箍以上套管内不留水泥塞,一般选用胶塞碰压方式,确保在回压凡尔不起作用的情况下,胶塞碰压后也能完全起到封隔水泥浆的效果｡橡胶密封元件回压装置采用耐高温(260℃)的弹簧驱动回压橡胶自封圈,采用P110钢级材质,承压密封性能好,套管管串结构最终设计组合为114.3mm浮鞋+114.3mm套管1根+114.3mm强制复位可钻式浮箍+114.3mm套管1根+114.3mm强制复位可钻式浮箍+11.4mm套管串｡

3现场应用及效果

现场应用采用的是开窗侧钻井,开窗的深度为1925m,裸眼段长度为487m,电测以后利用油管将焊接有扶正器的小套管以及回插式液压悬挂器送入其中,选择使用的延迟固井水泥浆密度为1.98g/cm3｡

具体步骤是:正替水泥浆,将小胶塞压入,正替顶替液实现对复合胶塞的推动使其向下移动到底部,将管柱向上提拉后将管柱回插使其到达井底,正向旋转若干圈以后,将管柱向上提拉到悬挂深度,憋压坐挂,正向旋转使中心管与悬挂器分离,正向循环对井内进行清洗,向上提拉钻具,将井关闭等待凝结,通过声幅-变密度方法对井内进行测试,发现质量较好｡通过对固井质量的评估,相较于常规的固井工艺,优良率提高了25%,具有非常可观的经济和社会效益｡

4结论

针对致密气小井眼井固井易漏失､固井质量不合格问题,所以本文重点论述了如何解决小井眼井固井的各类问题,并结合具体实例分析,希望可以为相关人员提供一定的借鉴｡

参考文献:

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