提高调整井固井质量技术
第一章 前言
调整井良好的固井质量是实现分层开采、改善开发效果的根本保证。然而目前调整井，特别是复杂区块的三次加密调整井固井质量还不能很好地满足开发要求，固井后套管外冒油气水以及隔层窜槽情况还比较突出。影响调整井固井质量的主要有以下因素：
一是受调整井钻井区块复杂地质条件的影响。大庆地区调整井区块经过多年的注、采，使得地下压力体系变得极为复杂。高压层、欠压层、易漏层、坍塌层等有时两者并存，有时多种同时出现，给固井带来了极大的困难。大庆长垣南部油田（四厂、五厂）地区以及外围（七、八、九、十厂）地区加密调整井区块，地层异常高层绝对压力高、层间压差大。最高地层压力系数一般在1.75~1.85之间，最高可达到2.0以上；而同一口井最低地层压力系数只有0.80，层间压差高达10MPa ~11MPa。三次井钻井期间仅仅依靠钻关降压效果不好，施工中油气水显示时有发生，固井质量难以保证。长垣北部（一、二、三、六厂）地区主力油层高渗低压矛盾突出，地层压力系数一般在0.70~0.80之间，最低达到0.60以下，也对固井质量产生较大影响。
二是完钻后地层压力准确检测问题。完钻后地层压力的准确检测对制定保证固井质量工艺技术措施是至关重要的，但在检测数量上受到技术和经济条件的限制，影响了对地质情况的分析认识。
三是在固井工艺技术上，还不能很好地满足异常复杂地质条件下保证固井质量的要求。
163
第二章 调整井平衡压力固井工艺技术基础理论
平衡压力固井产生于上个世纪五十年代，随着钻井技术的发展，它的含义更加具体和明确。固井施工中从开始注水泥浆到水泥浆被置替到预计环空井段的过程中，应始终维持注替的动态液柱压力与地层压力的整体平衡，并获得良好的顶替效率，以实现优质固井。
第一节 平衡压力固井的概念
通过众多的固井实践，人们已认识到破坏固井过程中压力平衡的两个主要因素是：
1、在采用紊流顶替以提高顶替效率的同时，亦产生过大的环空流动阻力，从而产生过高的环空流动液柱压力，致使地层被压裂，或液柱压力远大于具有很好渗透性地层的地层孔隙压力，水泥浆漏失，固井失败。
2、进入环空的固井流体不能平衡油、气、水层的压力，造成油、气、水侵窜槽，从而影响固井质量。
平衡压力固井是在高效顶替和尽量减少对产层污染的前提下，将规定数量的水泥将成功地躯替到设计的封固环空井段，在整个注、替水泥浆过程中，井下不同深度固井流体所形成的环空总的动液柱压力小于相应深度地层的破裂压力。而且当水泥浆初凝“失重”条件下，仍能保持环空静液柱压力大于地层压力，不发生油、气、水窜。
第二节 提高调整井固井质量的技术关键
针对调整井多压力系统油、气、水活跃的特点， 钻井系统在“八
164
五”期间总结了调整井薄层固井“压稳、居中、替净、密封”的八字方针。
1、压稳
“压稳”是指固井水泥浆候凝过程中，环空液柱压力压住高压油 气水层，不发生油气水窜。
固井施工注、替过程中水泥浆处于流动状态，初始静液柱压力大于地层孔隙压力。碰压后水泥浆停止流动，随着水泥浆胶凝的不
压力变化（静液柱压力变化） 胶溶期 水解 液体 溶胶
水解水化
凝结期
水化凝聚
固化期 结晶发展及期互搭接
固态
凝胶 气层危险区
气层压力 静液柱压力变化线
胶结强度发展
?W?S断发展其传递压力的能力逐渐下图6-1 水泥浆“失重”与胶凝强度发展 降，水泥浆进入“失重”阶段，环空液柱压力开始下降。当液柱压力由高于地层孔隙压力变为低于孔隙压力时，具有气窜的可能。与此同时，水泥浆胶凝强度的发展对高压流体的侵入具有抵抗作用，作用的大小与胶凝强度发展的速度有关，如图6-1所示。
（1）压稳系数
为了能够定量描述固井后环空液柱压力、地层孔隙压力以及水泥浆胶凝强度与“压稳”的关系,引入压稳系数作为固井设计及分析的依据。根据水泥浆候凝时“失重”和胶凝强度变化的室内试验，得出水泥浆“失重”和胶凝强度变化规律（表6-1、图6-2）。
表6-1 水泥浆压力降与胶凝强度数据表 时间 min 实测压力kPa 实测压降 kPa 胶凝强度 ? Pa 胶凝计算压力降KPa 0 20 40 175 175 175 2 2 2 5 7 10 1.5 2.1 3.0 60 80 100 120 140 160 180 200 220 168 152 128 103 90 81 75 65 58 9 25 49 74 87 96 102 112 119 45 90 160 250 350 550 930 1350 1950 13.5 27 48 75 105 165 280 405 585 240 45 132 2400 720
首先求水泥浆胶凝强度发展的临界点K，在K点之前，水泥浆胶凝
165
强度发展曲线可用以e为底的指数函数来表示。在K点以后,可用直线方程来表示。K点可用两个方程的交点来求得。 目的层水泥浆达到临界点时，在目的层以上至水泥
有效压力KPa 250 200 150
25 20 15
面,因温度较低,水泥浆胶凝强度值将低于目的层的临界胶凝强度?k。如果水泥面距目的层较远,应进行修正。比较简便的方法是用?k值与水泥面胶凝强度?A值的平均值计算。压稳系数（PSF）推导如下:
PSF?? PfPcmkPcm?PlkPfK
100 50 0
20
60
100
140
10
5
180 220
时间（min）
图6-2 水泥浆压降和胶凝强度曲线
（1）
Pcm?0.01(?cLc??sLs??mLm)凝胶强度Pa×100 （2）
式中：
PcmPLk?0.02Lc(?'k??\k)(Dh?dP)（3）
－原始浆柱段的压力，MPa；
Plkk－水泥浆在临界点的失重值，MPa；
k ?'、?\－水泥段顶、底部在k点的胶凝强度，Pa；
Pcmk－水泥浆在临界点失重时的浆柱压力，MPa； －地层压力，MPa；
、?―分别为水泥浆、隔离液、钻井液的密度，g/cm3；
mmPf?c、?sLcs、L、L－分别为水泥浆、隔离液、钻井液段长度，m；
Dh－井眼的直径，cm；
dP－套管的外径，cm。
166
根据水泥浆凝结过程中“失重”及“胶凝强度发展”的实验规律,建立防止油气水窜临界条件为压稳系数PSF≥1。
（2）压稳系数与地层压力、固井液密度的关系
根据杏南油田调整井的井况数据，将压稳系数计算公式中部分参数设为已知条件，设定PSF＝1时，地层压力当量钻井液
洗井液密度g/cm3 2.52.42.32.22.12.01.91.81.71.61.51.41.31.21.11.01.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.02.1密度与固井洗井液密度的关系，见图6-3。
由图6-3可以看出，地层压力当量钻井液密度越大，所需固井洗井液密度附加值也就越大。
根据固井油气水窜机理，
地层孔隙压力当量钻井液密度g/cm3
图6-3 地层孔隙压力当量钻井液密度与洗井液密度关系图
在压稳防窜固井技术上，一是加重钻井液，使水泥浆候凝期间环空液柱压力大于地层压力；二是通过外加剂改善水泥浆的性能，使其具有速凝、早强特性，阻止水泥浆候凝过程中油气水侵入；三是通过特殊工具封隔异常高压层。
（3）平衡压力固井合理层间压差的确定 1）高渗低压层地层破裂压力
地层破裂压力受地层孔隙压力的影响很大，根据伊顿破裂压力预测方法：
式中:
GfGf?Gp??1??(G0?Gp)（4）
?破裂压力梯度，MPa/m；MPa/m；MPa/m；
Gp－地层孔隙压力梯度，G0?上覆岩层压力梯度，?－泊松比。167
百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库提高调整井固井质量技术在线全文阅读。
相关推荐：