动态固井在水平井固井中的应用

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1、动态固井在水平井固井中的应用摘要：随着现代石油的发展，水平井已经成为石油增产的主要手段。而由于现今石油技术的限制，水平段套管偏心严重，固井质量不佳成为限制其发展的瓶颈，如何能够依靠现有的条件，提高水平井的固井质量成为水平井钻井的一个重要课题。在固井施工中来回的上下活动和旋转套管，实现动态固井，能有效的清除泥饼，减少压力损失，使环空中水泥分布均匀，能快速有效的提高固井质量。本文通过对动态固井技术的介绍，模拟了动态固井过程中环空中流体的变化情况，介绍了动态固井的工具，对提高水平井固井质量有借鉴意义。中国8/vie　　关键词：水平井动态固井套管偏心距动态固井设备　　在水平井固井过程中，在水平段，

2、套管与井壁接触面积大，导致套管严重偏心和贴壁，下入摩阻增大，易出现套管下不到位和卡套管事故，严重影响了泥浆驱替效率和封固质量。很多实验室研究和现场经验证明，诸如在前置液设计，提高水泥浆性能，使用套管扶正器等措施来提高固井质量，但是对水平段水泥固井质量提高依然不是很明显。如果能在固井施工过程中，在井下条件允许的情况下，来回的旋转和上下活动套管，能够增加钻井液柱压力的运移，同时提供一种机械的方法，使得套管偏心环空中窄边的虚泥饼能有效的清除，在水平段环空中窄边和宽边的水泥顶替达到一个动态的过程，就能从根本上提高固井质量，而在现有条件下单靠改变流体的流变性，泵速或者扶正器等都达不到这样的效果。　　

3、1动态固井中环空水泥变化情况　　套管下入井中时，套管往往是偏心的，在最坏的情况下，套管在窄边能完全的吸附在井壁上，这极大地影响了套管流体在窄边和宽边流体流动的效果，用套管偏心距来定量描述套管偏心程度。　　在静止条件下，套管完全居中，套管偏心距约等于1。当套管紧贴于井壁，套管偏心距等于0，这是在水平井中水平段套管完全贴在井壁上，套管居中程度最差。　　当在动态条件下，套管上下活动和旋转这项措施引进，传统定义的套管偏心距中将会随套管在井眼中心位置的改变而不同，它是一个变量。套管的运动将会引起井下压力的动态变化。一次性固井的目的就是将环空中的钻井液完全的用水泥浆替换，顶替效率用如下公式表示：　　顶

4、替效率=水泥占据的区域体积/整个环形空间区域体积　　整个环形区域体积=水泥所占的体积+未顶替的体积　　在套管运动的整过程，套管偏心距将会动态的变化，最大流速和最低流速也将会交替的变化，压力变化将会破坏泥饼的胶凝强度，最终将会允许水泥顶替残留，静止在井壁上的泥饼，当然这主要依靠套管运动的持续时间和排量大小。随着套管的旋转，流体将会进行从窄边到宽边的圆周运动，反之亦然。　　即使用最好的钻井方法，也不能达到100%的套管居中度，在静止条件下，套管偏心距是固定的，水泥在水平段的覆盖程度主要依靠流体的流变性能和套管的居中度。旋转和上下活动套管能够在井下创造一个动态的环境，能够分布不同的套管偏心距，用

5、同样的流体速度有效的驱除泥浆槽在环空中从宽边到窄变。当套管旋转时，流体就能产生一个圆周方向的力使流体从窄边道宽边，周而复始。同时，另外一种直接的好处，就是使水泥能够均匀的分布，同时同样的速度能够使在窄边和宽边的水泥高度一致。另外，在下套管过程中如果遇阻卡，可以通过转动套管串来增加克服阻力，使套管顺利下入到设计位置。在国外很多固井现场案例验证，旋转套管速度建议控制在15-25rpm/min，上下活动套管控制在6m/min。　　2动态水泥固井工具　　为了获得最佳的套管偏心距和顶替效率，开发适合套管上下活动和旋转的先进技术装备，运用于动态固井中全过程将十分重要。现将各工具做简要介绍。　　在国外以

6、套管钻井为基础，开发出了很多适合动态固井的工具。装置配备顶驱，自动下入套管工具和固井水龙头，能进行套管连接，循环，套管运动等一系列�B续工作。　　顶驱：这个整个动态固井必须配备，它在水平井和大斜度井钻进中中提供强有力的井眼清洁。相比于传统的传动钻杆系统，对于处理井下复杂情况中，顶驱将会更加容易的处理钻柱（包括套管）的旋转和上下活动，尤其是接单根，倒划眼和频繁的短起下将会变得相当容易。固井时，通过顶驱泵送水泥同时允许频繁地套管旋转，减少非生产时间。　　自动套管下入工具：该工具是从套管钻井直接改造而来，套管驱动系统（CDS），套管自动下入工具和顶驱紧密相连。更利于套管的下入，防止了套管卡钻，随

7、着套管的不断旋转，更有利于套管在循环钻井液时，有利于井眼清洁和固井。在最近几年，CRT已经被认作是固井施工中的关键工具。　　无线扭矩信号传输系统：动态固井的一个监测部分，能记录套管在旋转过程中的旋转圈数和扭矩。该系统能准确显示套管旋转过程中扭矩的变化，并在司钻控制板上用图形显示出来，合理的扭矩和监测，当异常发生时，在固井时可以采取相应的措施去保证套管纵向弯曲产生不超过其额定的屈服值，及时调整固井过程中的套管转数。　　固井