大庆调整井固井技术研究与应用.doc

大庆调整井固井技术研究与应用———————————————————————————————— 作者：———————————————————————————————— 日期： 大庆调整井固井技术研究与应用杨智光 程艳 和传键 陈晓楼 莫继春 徐明〔大庆石油管理局钻井工程技术研究院〕摘 要：通过钻井地质、室内根底理论模拟实验、应用技术三个方面的研究，建立了地层压力预测的数学模型，解决了薄差层地层连通性判断问题；解决了水渗流模拟试验中临界条件和评价参数确实定、水泥石动态力学性能和水气窜规律研究的评价手段和方法，建立了压稳程度的计算公式，解决了压稳程度的定量评价指标，为现场的施工设计提供了理论依据并研制出DRK抗冲击韧性及高封窜水泥体系，提出了高密度冲洗隔离液配套技术，从而提高了调整井的固井质量主题词：调整井 地层压力 泄压 预测 水渗流 评价装置 压稳系数 力学性能 水泥石 抗冲击韧性 隔离液 悬浮稳定前言大庆油田属非均质的多层砂岩油藏，其调整井特点是：油层多，油层厚度差异大，油层渗透率差异大，隔层薄，且纵向上砂泥岩、高渗低渗层交织分布，再加之长期注水开发中的注采不平衡，形成了多压力层系大庆油田为了实现长期稳产，提高采收率，提出了开发表外储层、薄差油层的开发方案。

在实际开发中开发的层位越来越薄，再由于复杂地下动态环境的影响，增加了油井的封固难度而调整井薄层固井质量是直接关系到薄层开发方案能否顺利实施的关键技术环节为此，大庆油田在地质、室内根底理论模拟实验研究、应用技术研究等方面开展了调整井薄层固井技术研究 经过多年的科研攻关和技术应用，较有效地解决和改善了大庆油田调整井高压水气窜问题1 地层压力预测及降压泄压技术研究应用不同的开发时期，由于开发的层位不同，影响地层压力的因素也不尽一样因此，分别进展了二次、三次加密调整井地层压力预测和降压泄压技术研究，形成了一套适合大庆油田调整井的开采层孔隙压力和套损层位压力预测技术，以及以待钻井周围注水井降压为主，所钻井原井眼泄压为辅的降压泄压技术1.1 二次加密调整井的地层压力预测及降压泄压技术1.1.1 二次加密调整井的地层压力预测1〕开采层孔隙压力预测正常注采层位地层孔隙压力与降压注水井的井口恢复压力有关，可以直接反映开采层最高压力大小，其预测方法为：P=〔102P+H〕/102+a式中：P—预测压力系数；P—井口恢复压力，MPa；H—S2顶深度，m； A—综合压力与单层最高压力差，MPa，由完井压力检测结果确定，一般为1～2.0 MPa。

2〕 套损层位压力预测利用无限大等厚油藏的条件对弹性不稳定渗流微分方程进展求解，得到无限大等厚地层压力分布公式：其中: h = FmCi/rEi(-X)称为幂积分函数.定义为: 式中x为积分变量.在压力预测的根底上，为保证钻井平安和油井的封固质量，针对一些地层压力较高的地层和地区，与开发部门协作，实施了钻关、停注泄压技术措施，降低高压层地层压力，减少层间压差主要采取以下措施：1〕钻关降压同钻机运行相结合，注水井同时整体降压，实现区块的整体降压，保证地下压力场的稳定2〕高压层位注水井提前10-15天关井〔或放溢〕降压，开钻前井口剩余压力小于2.0MPa 3〕欠压层位注水井提前2-3天关井降压，开钻前井口剩余压力控制在4.0-4.5 MPa 4〕同井场主力采油井在开钻前至测完声变后停采，增加欠压层的地层孔隙压力1.2 三次加密调整井地层压力预测技术随着油田内加密井网的完善，地下压力系统虽然变化较大，但是地下流体仍然遵循渗流力学原理，因此，采用渗流力学的稳定渗流原理建立根底模型是完全可以反映地下流体流动状态的，即：式中：—距井点r处任一点A的压力；—边缘地层压力，MPa；Pw—井筒处地层压力,MPa；Re—供应边缘半径,m；Rw—井筒半径,m。

1.2.2 长垣北部套损区套损层位地层压力预测技术1)嫩二段底套损后地层压力计算方法2)套损层位为油层非开采层位或萨零组地层压力的计算方法1.3 三次加密调整井降压泄压技术MPa；根据降压随时间变化规律确定，根底井网注水井应在待钻井开钻前7-10天关井降压，一次加密井网注水井在待钻井开钻前12-14天关井降压，二次加密注水井在待钻井开钻前15-17天关井降压；根据注水井关井距离与压降关系确定:〔1〕根底井网注水井关井范围约为300米；〔2〕一次加密井网注水井关井范围约为400米；〔3〕二次加密井网注水井关井范围约为400米对于无法在有限时间内将井口压力降至5.5MPa以内的井，采用以下措施：针对高压层的物性不同，采用不同的泄压方法非目的层及高渗高压异常蹩压层采用油井补孔泄压；低渗高压层采用原井眼泄压技术1〕钻前预测套损层位地层压力系数误差≤0.07的符合率为96.6%2〕由于地层压力预测技术，钻关泄压效果好，平均地层压力降低了0.97MPa，降低了钻井液密度，固井质量大幅提高，长垣内平均固井优质率到达88.5％，合格率到达100％3 332000年，套损区的最高洗井液密度为1.85g/cm3 ,2001年和2002年，套损区的最高完钻泥浆密度为g/cm3和1.65g/cm3,由于降低了井筒内的静液柱压力，降低了岩屑的压实效应，提高了机械钻速，缩短了钻井周期，平均单井提高机械钻速0.56m/h，缩短钻井周期0.5天。

2 根底理论模拟实验研究2.1 高含水后期调整井水渗流对固井质量影响的模拟实验研究图2-1 水渗流模拟装置 通过现场地质调查，确定渗透性地层的井下环境，以及地层流体压力状态和渗流速度范围，建立模拟试验装置，研究压差对固井质量的影响和研究水渗流对固井质量的影响；在精细地质研究的根底上，利用渗流力学原理，在室内模拟试验的指导下，完善了调整井小层孔隙流体压力预测及控制技术，建立了小层孔隙流体流速的预测及控制技术，并在大庆油田调整井钻井固井中推广应用2．1．1水渗流模拟装置: 〔图2-1〕1) 模拟装置主体;2) 模拟装置加压系统； 3) 测量采集系统；4) 辅助设备2.图2-2 压差与声幅质量的关系曲线试验数据做出了压差与声幅关系曲线,见图2-2可以把压差对固井质量的影响分成三个区间加以讨论说明:-1MPa～1MPa,1MPa～8MPa,8MPa～10MPa 压差在-1MPa～1MPa之间,即欠压稳和刚刚压稳由于地层孔隙压力接近环空静液柱压力,并且由于水泥浆的失重,环空液柱压力很快到达地层孔隙压力,这时,水泥环内部的胶凝强度还未开展足够大,不能阻止地层中水侵入水泥环在现场固井中,由于注重压稳措施的落实,刚刚压稳和欠压稳层段较少,因此,对于这种情况只做了的压差试验。

压差在1MPa～8MPa之间,压差对固井质量影响不大,24:00声幅值2%～4.5%现场调整井固井中大局部井段都是处于这一压差段由于水泥浆柱完全压稳地层，当环空静液柱压力低于地层孔隙压力时，胶凝的水泥浆已具备阻止水侵入水泥环的能力，又由于在此压差范围内不会造成水泥浆的过量失水,因此声幅值较低 压差大于8MPa时,声幅值开场升高,压差到达9MPa时,24:00声幅值到达8%压差达10MPa时,24:00声幅值为18%随着压差增大，声幅值提高，这主要是由于压差增大，水泥浆失水加大所造成的为了进一步说明失水对固井质量的影响,利用API387-71型小失水仪,做了A级原浆在不同压差条件下,失水后的水泥试件在空气中养护24小时,测量试件强度试验数据见表2-1从表2-1数据可以看出,随着压差增大,失水后在空气中养护的水泥石强度减小失水压差到达8MPa后,水泥石的强度比1MPa条件下的水泥石强度低一半多在现场固井中大压差层段声幅起幅度,影响因素很多,但我们认为失水是一个重要因素为确保固井质量,我们取9MPa作为临界压差,压差应控制在1MPa～9MPa表2-1 同压差条件下失水后的水泥石强度表序号135678924h抗压强度(MPa)128.6(1)不同渗流流量试验试验数据见表2-2。

做出了流量与声幅关系曲线见图2-3表2-2 地层渗透率为350～45010-3mm2带泥饼渗流试验数据表 工程 序号流量(ml/h)声幅值(%)19803～42120083160015～1742000365320042试验1渗流流量为980ml/h，声幅值3～4%在现场取声幅10%作为优质井因此在模拟试验中,我们也以10%作为确定临界流量的标准从图2-3可知,在人造模拟岩心渗透率为350～45010-3mm2、带泥饼的模拟条件下,水渗流影响固井质量的临界流量为1300ml/h2)水渗流临界流速计算在水渗流试验中，水渗流的大小是以渗流流量来衡量的，为了同现场的渗流速度相比拟，在模拟试验中，我们利用示踪剂的方法确定模拟试验中的过水断面，从而将流量转换成流速 式中:A—过流面积,cm2 ； h—模拟岩心长度,cm ； —孔隙度； D—模拟岩心外径，cm图2-3 流量与声幅关系曲线在矿场区块试验中,利用示踪剂的方法做过注水井注入的水在地层中推进速度试验注水井和采油井相距300米,从注水井注入的示踪剂2个月后从采油井见到示踪剂。

注入水在地层中的推进速度为5m/d各聚合物驱中心井示踪剂推进速度最小为0.97m/d，最大的为9.8 m/d水渗流试验中得出的临界渗流速度为49.76mm/h即1.19m/d，与现场实际是比拟吻合的，这为现场控制小层流体流速提供依据2.2 压稳程度预测技术研究在大庆油田调整井固井中，高压层的固井质量很难保证，主要是在固井或候凝期不易压稳高压层，造成水、气窜因此，压稳是关系到高压层固井质量的关键因素 水气窜模拟实验装置的构造图2-4 水〔气〕窜模拟装置水〔气〕窜模拟装置主要是由四局部组成：①釜体局部主要包括釜体、井壁、加热器、上覆活塞、下端盖等②动力局部主要包括液压泵、油缸、气瓶等③测控局部主要包括有关压力、温度、位移、流量传感器以及恒温控制仪表④数据采集及处理局部主要包括数据采集系统、计算机、打印机等构造示意图如图2-4所示为了研究水泥浆失重及胶凝强度开展规律,在10米高的模拟井筒内灌注水泥浆,进展了压力测量实验,并同时进展了水泥浆胶凝强度实验数据见表2-3,曲线见图2-5表2-3 水泥浆压力降与胶凝强度数据表时间 min020406080100120140160180200220240实测压力Pc KPa175175175168152128103908175655845实测压降 KPa22292549748796102112119132胶凝强度 t Pa57104590160250350550930135019502400胶凝计算压力降KPa。