提高调整井固井质量技术(5)

3、DZF水泥石力学性能评价

为了评价纤维水泥石的增韧效果，在实验室条件下对A级纤维韧性水泥石与A级原浆水泥石进行了抗折强度等对比试验。试验静浆水泥为哈尔滨A级油井水泥和A级增韧水泥浆(4.5%DZF)，水灰比：0.44，密度：1.90g/cm3。

不同养护时间，纤维增韧防漏剂的水泥石的抗压强度均大于20 MPa；抗折强度平均提高22.50%；抗冲击功比原浆水泥石提高20%～34%；静态弹性模量平均降低21.82%。纤维水泥石各项韧性指标均高于原浆水泥石。

（4）射孔模拟试验

在大庆射孔器材检测中心进行了射孔模拟试验，实验的基本条件为：

套管尺寸：139.7mm；套管长3m，两段；水泥环厚度：25mm； 养护温度：60℃；养护压力：20MPa；养护时间：16d。 水泥浆配方：原浆水泥：哈尔滨A级+0.44水，密度：1.90 g/cm3。 纤维水泥：哈尔滨A级+5.6%DZF-1+0.44水，密度：1.90 g/cm3。 射孔器型号：102DP38；射孔弹型：DP41RDX52-127

原浆水泥环

图6-12 一界面孔眼形态对比

纤维水泥环 原浆水泥环射孔后一界面观察，孔径30mm，边缘不规则有裂痕；

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纤维水泥水泥环孔径20 mm，孔径规则无破损现象（图6-12）。

图6-13 二界面孔眼形态对比

原浆水泥环 纤维水泥环

原浆水泥环射孔后二界面破损边缘直径50mm，边缘破损较严重有明显裂痕（图6-13）；纤维水泥水泥环射孔后二界面边缘直径30mm，孔径规则，与纤维水泥环相比原浆水泥环孔径扩大66.67%。从射孔结果可以看出纤维水泥具有较强的抗射孔冲击能力。

（5）DZF纤维韧性水泥浆防漏试验

纤维材料在水泥石中乱向分布，不同尺寸的纤维具有搭桥防漏特性，可提高易漏地层的承压能力。在实验室分别模拟裂缝地层和渗漏地层在压差0.7MPa条件下进行10min 承压实验。结果表明，纤维防漏增韧剂对裂缝地层和渗漏地层堵漏效果十分明显（表6-9、6-10）。

表6-9 纤维增韧剂对裂缝的堵漏效果试验(25℃) 0.7MPa 10min承压 配 方 漏失时间s 漏失量ml MPa 原浆 55 2000 0 A+降失水剂 75 1800 0.1 A+ 4.0%DZF 30 150 7.2 表6-10 在渗漏状态下的堵漏堵漏效果试验 (25℃) 0.7MPa 10min承压 配 方 漏失时间 漏失量 MPa s ml 原浆 60 2500 0 A+降失水剂 80 2500 0.1 A+ 4.0%DZF +降失水剂 10 20 7.2 堵塞情况 完全漏失 基本漏失 完全堵住 堵塞情况 完全漏失 完全漏失 完全堵住 注： 配浆水温度：13℃； 现场环境温度：3℃。

第二节 环空压力补偿固井技术

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大庆油田调整井区块部分低渗薄差油层异常高压，地层压力系数达1.60~1.80。为平衡地层压力完井时被迫使用高密度的钻井液（大于1.80g/cm3），固井施工时易发生井漏，顶替效率低，固井质量难以保证，钻井完井面临着压稳与防井漏的双重矛盾。环空压力补偿固井技术是使用压力补偿工具与套管外封隔器相配合，在高压层水泥浆凝固之前利用工具从井底对封固段环空施加一个压力，使之等于或大于地层压力、小于地层破裂压力，达到防止油气水窜提高固井质量的目的。

1、压力补偿工具结构及工艺流程

环空压力补偿工具是由壳体连接机构、内滑套、外脱套、剪销和密封机构组成。具体结构见图6-14所示。 API51/2套管长圆扣上接头密封圈外脱套剪销内滑套下接头API51/2套管长圆扣图6-14 环空压力补偿工具结构示意图 工艺流程为：根据钻井地质设计或完钻后利用电测资料计算的地层孔隙压力和破裂压力，将环空压力补偿固井工具和封隔器作为套管串的组成部分下至井内预定位置。固井施工替泥浆过程中，当胶塞到达本工具的内滑套时，出现第一次碰压现象，然后用泵车进行憋压，当压力达到套管外封隔器的施工剪销压力时，封隔器打开，胶筒膨胀，当确认封隔器已处于锁紧状态后，继续憋压，剪断地层压力平衡固井工具的剪销，推动内滑套下行，给套管外封隔器以下井段的环空施加一个压力使之大于地层压力2MPa~4MPa，最终使替泥浆胶塞座封于回压凡尔上，同时由于外脱套的瓣状结构，在管内流体的作用下也随之落入井内的胶塞之上，由于管内工具到浮箍之间的液体被压入环空

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（此时封隔器处于涨开状态，关闭了循环通道），使环空压力升高，平衡了地层压力，达到在水泥浆候凝期防止油、气、水窜的目的。

2、环空补偿压力值的确定

（1）水泥浆候凝时环空合理压差的确定

1998年对喇萨杏油田部分调整井的声幅幅度与水泥浆候凝期间的环空压差之间关系分析，水泥浆柱压力和地层压力之压差在1MPa~8MPa之间，固井声幅检测其幅值小于10%。当环空压差大于9MPa时，声幅值明显增大（大于10%）。低压差和负压差(相当于高压层，当环空压差小于1MPa)时，声幅值升高。2001年部分调整井的声变质量（BI指数）与水泥浆候凝期间的环空压差之间关系分析结果，结论与声幅质量统计情况基本一致，即当压差小于1MPa时，BI指数明显降低，当压差大于8.5MPa时，BI指数也出现降低趋势。

按照油气水窜的机理及固井质量与环空压差关系的统计结果，环空液柱压力与地层压力之间的环空压差△P小于1MPa时，水泥浆在凝固过程中将不能阻止地层流体的侵入，引起声幅值升高或二界面窜槽；△P保持在1MPa~7MPa之间水泥环的胶结质量较好，当△P在1.5MPa~5.5MPa时固井质量优质井比例最大，因此环空加压值的合理范围应控制△P在1.5MPa~5.5MPa之间。

（2）流体压缩量与环空补偿压力关系

在确定环空需要补偿的压力之后，如何根据环空补偿的压力确定液体压缩量（或胶塞下行行程）是应用环空压力补偿固井工艺技术的又一关键环节。根据流体力学中液体可压缩理论，建立液体压缩量与环空补偿压力的数学关系，然后根据液体压缩量计算出工具与浮箍之间所需加放的短套管长度。

假定井壁为刚性的，不考虑液体被挤压后向地层的渗透作用，则液体的压入量与环空压力的关系可以利用水力学液体压缩性和膨胀性

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的计算公式进行推导。

根据液体压缩计算公式：

?P?dp??dvv（8）

由（8）式积分得：

?p?p??lnV?c（9）

式中：

?p

－体积压缩系数，1/atm，在水力学中取值为47.5×10-6 1/atm；

3

VP－环空流体体积，m； －平衡压力，atm。

固井后，当碰压结束，封隔器未胀开时，环空液柱压力为纯水泥浆柱的压力（Pl），此时对应的流体体积为未压缩的流体体积（V1）,且

V1 =V环空+V水泥塞+V短套管

当封隔器胀开，胶塞下行到浮箍处，环空液柱的压力达到补偿后的最高值P2（P2=P1+P补），此时流体体积变为（V2），且有

V2= V环空+V水泥塞 已知给定P补，即P2一定时，则

?p?p2??lnV1?c（10） （11）

所以：

c?lnV2??p?P2代入（11）式得：

整理得：

?V?V1?V2?V2[e?p(?p?P1??lnV1?lnV2??p?P2（12）

P2?P1)?1]（13）

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