提高油气层固井水泥浆顶替效率的研究与应用

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1、提高油气层固井水泥浆顶替效率的研究与应用寇明富1孙梦慈1殷洋溢2于文华1段保平2朱敬祖1周芝琴2(1．玉门油田分公司勘探事业部2．吐哈石油会战指挥部钻采工艺研究院)摘要：水泥浆环空流动的壁面剪应力是影响顶替效率的关键因素。要实现最终提交合格的固井质量，需要从入井流体的整体设计考虑。通过玉门油田固井实践证实，确保水泥浆顶替效率的最低环空壁面剪应力是15Pa，只要保证环空水泥浆流动的壁面剪应力大于15Pa，就能够获得令人满意的顶替结果。主题词：壁面剪应力固井顶替效率深井一、引言影响水泥环封固质量的首要因素是提高

2、顶替效率，没有良好的顶替效率，其他任何措施都不会对固井质量起到很好作用(如防止窜槽)。顶替效率是固井施工过程中最难控制的因素，受到井眼条件、钻井液性能、水泥浆性能、浆体结构设计、施工参数、前置液接触时间等等的影响。在提高顶替效率的措施上，除了采取加入套管扶正器、在套管串上加泥饼刷、活动套管等实用技术外，技术措施的主要理论基础是保持两相流界面的平整。虽然普遍的共识是紊流顶替固井效果最好，但由于受井眼条件、固井设备等因素的制约，层流顶替在固井施工中最多，并且同样获得了很好的施工效果，说明除了公认的紊流顶替之外还

3、有更重要的因素影响顶替效率。二、提高水泥浆顶替效率的研究保证环形空间的密封质量，首先需要考虑的是如何使环空充满水泥浆，实际上充满的过程也就是水泥浆顶替钻井液的过程。水泥浆顶替钻井液的结果应满足以下基本要求：(1)注水泥井段的环形空间内，钻井液应全部被水泥浆顶替干净，无窜槽现象存在；(2)水泥浆返高和套管内水泥塞的高度等其他质量要求必须符合设计要求。1．影响顶替效率的因素有效地驱替钻井液以提高注水泥的顶替效率是清除钻井液窜槽、保证水泥胶结质量和水泥环密封效果的基本前提。通过国内外研究已证实影响注水泥顶替效率主

4、要因素有g作者简介：寇明富，高级主管，高级工程师，19跖年毕业于西南石油学院开发系钻井专业，现为玉仃油田分公司勘探部筒井监督。地址：(735200)甘肃玉门市。电话：0937—3924463。E—mail：KouI哟!63．com。i329·--—·2004年固井技术研讨会论文集施工井的地质和油藏条件、井眼几何尺寸、套管的居中度、各种流体的流变特性、各种流体在环空中的流动状况、各种流体的性质差异等。2．水泥浆流动的壁面剪应力1)环空中流动的水泥浆流态以紊流顶替为基础的顶替技术一般要求水泥浆的流变参数为：流性

5、指数在O．6—0．8之间，稠度系数在O．1—0．3之间。在不同顶替排量下，不同尺寸环空内的水泥浆流态见表1。表1不同注水泥排量下。水泥浆的流态钻头尺寸套管尺寸注水泥排量冠ePL，RepuR,ra水泥浆流态m．mmmm3／min241．3177．82．O3237—37732560—23303460一3230紊流241．3177．81．82793～33252560．23303460一3230过渡241．3177．81．52164～26722560．2330孓啪一3230层流241．3177．81．01642—1

6、2262560～2330姗一3230层流215．9139．72．02735—36192560。233034160～3230过渡215．9139．71．82360—31892560．23303460一3230过渡215．9139．71．51828—25622560～2330姗一3230层流215．9139．71．O1036—15752560—2330姗一3230层流215．9177．82．04732～47952560一23303460～3230紊流215．9177．81．84138—41702560—2330

7、3460一3230紊流215．9177．81．53250—33512560～2330姗一3230紊流215．9177．81．O2060—27252560一2330姗～3230过渡从表1中可以看出，在不考虑井眼扩大的情况下有：(1)4,241．3mm井眼下4,177．8mm套管和犯15．9ram井眼下4,139．7mm套管，水泥浆在环空中以层流或过渡状态存在，排量只有接近2．Om3／min时才能达到紊流状态；(2)4,15．9mm井眼下4,177．8ram套管，水泥浆在环空中以紊流状态或过渡状态存在，当替浆排

8、量降低至1．0m3／rain左右时，水泥浆的流动状态以层流和过渡状态出现。(3)犯15．9ram井眼下4,139．7mm套管，排量从1．0m3／rain升至2．Om3／nfin，水泥浆的流动状态是层流或过渡流态。2)水泥浆流动的壁面剪应力虽然紊流顶替技术已经比较成熟，但是在实际固井施工中，由于钻井目的层愈来愈深，定向井愈来愈多，受套管居中度、循环压耗和环空间隙等因素的影响，油气层固井中水泥浆在环空中的返速受到很大