水平鉆井固井技術(shù)重難點(diǎn)詳解

水平鉆井固井技術(shù)重難點(diǎn)詳解、水平井固井主要存在以下難點(diǎn)1、中原油田屬于復(fù)雜的斷塊油氣田，地層復(fù)雜，壓力系統(tǒng)差異大，所鉆井眼軌跡變化異常。2、 水平井鉆井作業(yè)對(duì)固井質(zhì)量影響大，為穩(wěn)定井壁需要用高密度的鉆井液，這會(huì)使水泥漿頂替鉆井液更加困難，在大斜度井段和水平井段常用油基鉆井液，這就需要足夠的化學(xué)沖洗液來(lái)恢復(fù)水潤(rùn)性，以便提高水泥和井壁的膠結(jié)強(qiáng)度，在大斜度和水平井段鉆井中需提高粘度鉆井液來(lái)有效清洗井眼，從而降低了水泥漿頂替效率，由于高密度、高粘度和高切力鉆井液在大排量循環(huán)下容易引起井漏，給固井作業(yè)帶來(lái)困難，在水平井鉆井過(guò)程中常常會(huì)形成鍵槽和橢圓形井眼，造成不規(guī)則井眼并使井徑擴(kuò)大，從而大大降低了注水泥時(shí)頂替效率。3、 井斜度對(duì)水平井固井質(zhì)量的影響室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)證明，處于大斜度井段和水平井段的套管和管外環(huán)形空間，在注水泥作業(yè)中，管柱下部都存在泥漿竄槽問(wèn)題，這是因?yàn)槟酀{中重品石顆粒和其他固相物體沉降而影響水泥漿頂替效率的結(jié)果。4、套管下入困難在大斜度井段和水平井段對(duì)井壁的側(cè)壓力很大，從而大大增加了下套管摩擦阻力，使套管很難順利下至預(yù)定位置，尤其是較淺的水平井更為突出。5、 套管偏心對(duì)固井質(zhì)量的影響套管在井筒內(nèi)的偏心會(huì)直接影響注水泥作業(yè)的質(zhì)量，因?yàn)橐氚烟坠芸拷谔幍哪酀{頂替干凈幾乎是不可能的，因此，提高套管在大斜度井段和水平井段的居中度十分重要。6、 水泥漿性能影響水泥漿的沉降穩(wěn)定性和水泥漿自由水易在井眼高邊一側(cè)形成水帶，造成連通溝槽7、 篩套頂部注水泥某些水平井需要使用篩管頂部注水泥完井工藝，要使用特殊的工具和工藝，防止在注水泥作業(yè)過(guò)程中水泥漿從套管內(nèi)或環(huán)形空間進(jìn)入篩管或油管而堵塞出油通道和污染油層。8、 水平井套管強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法水平井套管柱的受力情況和直井有較大區(qū)別，它不能用直井的套管強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，特別是對(duì)于那些實(shí)際井眼軌跡發(fā)生無(wú)規(guī)律變化的情況，其套管柱的受力分析和公式的推導(dǎo)比直井困難得多。9、 套管附件要求高套管附件中如果采用直井得浮力裝置，注水泥后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉困難，容易造成套管內(nèi)留水泥塞和蹩壓候凝，影響套管與水泥環(huán)間的膠結(jié)質(zhì)量。10、 水泥漿置換易造成頂部封固不好大斜度、水平井段、注水泥后，一般水泥漿密度均大于鉆井液密度，在靜止候凝條件下，密度差使水泥漿在頂?shù)撞堪l(fā)生置換，造成封固不好。二、 中原油田水平井的特點(diǎn)中原油田屬于典型的斷塊油氣田，儲(chǔ)層斷塊發(fā)育面積小，油藏埋藏深，構(gòu)造類(lèi)型多，油層薄而散，這些決定了中原油田水平井有如下特點(diǎn)1、 水平段長(zhǎng)，一般在500米以上。2、 造斜點(diǎn)深，一般在井深2000米以下開(kāi)始造斜。3、 在鉆井過(guò)程中由于攜砂需要，鉆井液往往是高粘度、高切力、流變性差、下套管后（固井前）鉆井液性能調(diào)整困難。4、 軌跡和排量限制，水平井段井眼下部的砂床（河床砂舟）不易被清除，從而影響水泥石的膠結(jié)質(zhì)量。5、 由于水泥漿中顆粒的沉降和自由水的析出，易在井眼的高邊形成水帶而影響封隔，造成竄槽。6、 斷層多，地質(zhì)復(fù)雜，易形成“大肚子”井眼。其中鉆屑不易被攜帶干凈，影響固井質(zhì)量。7、 地層壓力系統(tǒng)差異大，有高壓層，也有低壓層，所以套管柱設(shè)計(jì)復(fù)雜；8、 中原油田的水平井均為中、長(zhǎng)半徑水平井。三、 水泥漿選擇對(duì)于水平井固井，水泥漿在稠化時(shí)間和硬化過(guò)程中必須保持穩(wěn)定，不能析水和離水，流變性能符合設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)生低的靜膠凝強(qiáng)度，以便在傾斜井段水泥漿前面的鉆井液產(chǎn)生的靜水壓力能夠通過(guò)水泥漿沿著油藏長(zhǎng)度方向傳播，避免造成油藏負(fù)壓。為了保證固井成功，必須嚴(yán)格控制失水，理想的應(yīng)該是50ml/7MpaX30min以下，固井水泥漿在凝固后形成的水泥石不能有收縮現(xiàn)象。因此對(duì)于水平井的水泥漿應(yīng)該嚴(yán)格達(dá)到以下幾條標(biāo)準(zhǔn)：（1） 、水泥漿自由水較小，甚至為0；（2） 、有較好的沉降穩(wěn)定性；（3） 、較短稠化過(guò)渡時(shí)間；（4） 、流變性好，易實(shí)現(xiàn)紊流頂替；（5） 、凝固后的水泥石無(wú)收縮現(xiàn)象產(chǎn)生。3.1水泥漿降濾失水量的研究當(dāng)油井水泥漿流過(guò)一個(gè)有滲透鉆井泥漿濾餅的滲透層時(shí)，對(duì)地層有一個(gè)壓差存在，那么就存在著水泥漿向地層濾失水的危害，如果這一個(gè)情況發(fā)生，水泥漿的水灰比就會(huì)減少，這將引起水泥漿的固相含量增加，其結(jié)果是水泥漿自身變得較稠。如果向地層失去足夠的濾液，就不可能完成水泥漿對(duì)鉆井液的頂替，給注水泥施工帶來(lái)明顯的消極結(jié)果，國(guó)內(nèi)外大量的研究表明，水泥漿對(duì)油氣層的污染主要是水泥漿向油層失水引起的。在水平井中，由于油氣層裸眼段長(zhǎng)，水泥漿與油層接觸面積大，因此，更應(yīng)嚴(yán)格控制水泥漿濾失量，另一方面，水泥漿的濾失量與水泥漿自由水及穩(wěn)定性有密切關(guān)系，一般而言，水泥漿濾失水愈小，其自由水析出量也減少，水泥漿愈穩(wěn)定，因此，在水平井中，一般要求水泥漿API失水量小于50ml/30minX6.9Mpa，根據(jù)這一要求，對(duì)水泥漿進(jìn)行濾失量的實(shí)驗(yàn)。見(jiàn)下表表水泥漿濾失水量

序號(hào)水泥品種水灰比％外加劑名稱(chēng)及摻量％濾失水量(7MPaX30minX80°C(ml)1JH.G44/28852JH.G44TW200S0.5%5303JH.G44TW200S0.8%474JH.G44TW200S1.0%295JH.G44TW200S0.8%+USZ0.5%+G5020.5%496JH.G44TW200S1.0%+USZ0.5%+G5020.5%377JH.D38/32108JH.D38TW200S0.5%6209JH.D38TW200S0.8%4910JH.D38TW200S1.0%3211JH.D38TW200S0.8%+USZ0.5%+G5020.5%+M53S1.0%4812JH.D38TW200S1.0%+USZ0.5%+G5020.5%+M53S1.0%4013JH.G44G3060.8%+USZ0.5%4814JH.G44G3060.8%+USZ0.5%+G5020.5%5215JH.G44G3061.0%+USZ0.5%+G5020.5%4316JH.D38G3060.8%+USZ0.5%+G5020.5%+M53S1.0%4717JH.D38G3060.8%+USZ0.5%4518JH.D38G3061.0%+USZ0.5%+G5020.5%+M53S1.0%48從上表可以看出，加有降濾失水的外加劑均可以將濾失水量控制在50ml以?xún)?nèi)，而且這種漿失水劑是一種高分子材料，在低溫下不反應(yīng)，而在高溫條件下形成一層薄膜，形同一種濾餅，可以有效的阻止水泥漿中的自由水向地層中流失。3.2水泥漿自由水研究在水平井段，水泥漿注入井后，由于重力作用難以保持原有的穩(wěn)定性，水泥顆粒易在套管的下側(cè)聚結(jié)沉淀，水泥漿性能受到破壞，自由水析出，API標(biāo)準(zhǔn)10規(guī)定G級(jí)水泥析水率為1.4%，這是在垂直的形式下獲得的，對(duì)于水平井顯然不合格，必須模擬井斜角變化來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)采用量杯在不同的傾角下，按API10的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)。見(jiàn)下表水泥漿析水試驗(yàn)結(jié)果序號(hào)水泥品種水灰比(%)外加劑名稱(chēng)及摻量(％)量杯傾角(°C)析水率(%)1JH.G44/01.42JH.G44/102.03JH.G44/202.84JH.G44/305.25JH.G44/405.86JH.G44/457.37JH.G38/507.68JH.G38/608.09JH.G38/708.210JH.G38/808.511JH.G38/908.212JH.G44TW200S0.8%+USZ0.5%+G5020.5%450.813JH.G44TW200S1.0%+USZ0.5%+G5020.5%450.314JH.D38TW200S0.8%+USZ0.5%+G5020.5%+M53S1.0%450.615JH.D38TW200S1.0%+USZ0.5%+G5020.5%+M53S1.0%450.2研究表明，水泥漿析水主要產(chǎn)生在井斜角45r的情況下較大，可以達(dá)到7.3%,隨著井斜角的進(jìn)一步增加，自由水增長(zhǎng)率很小，因此外加劑僅對(duì)45r傾斜角實(shí)驗(yàn)即可。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加外加劑后水泥漿析水變得更低，幾乎達(dá)到零析水，原因分析是，TW200S是一種高分子聚合物，在高溫下，發(fā)生鉸鏈反應(yīng)，能很好約束自由水，同時(shí)G502膨脹劑的發(fā)氣充填作用進(jìn)一步減少了自由水的形成，因而該配方完全滿(mǎn)足水平井對(duì)析水的要求。四、提高水平井注水泥質(zhì)量的技術(shù)要求對(duì)水泥封固質(zhì)量的要求，一是要有盡可能的水泥漿頂替效率，使水泥石與套管外臂與井壁這兩個(gè)界面具有很好的膠結(jié)力，二是水泥石要有足夠的抗壓強(qiáng)度。與直井相比較，有以下幾方面的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：、下套管摩阻大；、井眼幾何形狀與直井不同；、水泥漿凝固工程中，高邊易形成自由水帶；、套管不易集中；因此，把成熟的直井固井方法直接用于水平井固井是不能把井固好的。根據(jù)本文的研究，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，成功的進(jìn)行水平井固井應(yīng)做好以下幾項(xiàng)重點(diǎn)工作：1、 優(yōu)化鉆井設(shè)計(jì)水平井井深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮完井注水泥問(wèn)題，從井深設(shè)計(jì)為完井注水泥提供保障條件，井眼與套管間隙應(yīng)不小于38毫米，同時(shí)要選擇合適的套管/井眼的尺寸比，即比值應(yīng)在0.65?0.7范圍內(nèi)，有條件時(shí)應(yīng)盡可能增大曲率半徑，同時(shí)，對(duì)鉆井設(shè)計(jì)的實(shí)施中亦要求：、保持井徑規(guī)則；、井眼軌跡規(guī)則，不應(yīng)有不符合設(shè)計(jì)要求的全角變化率井段；、避免形成鍵槽；、凡鉆進(jìn)循環(huán)漏失，均應(yīng)進(jìn)行堵漏與認(rèn)真做好漏失處理；2、 井眼凈化一個(gè)清潔、無(wú)固相顆粒沉淀的井眼是減少水泥竄槽的重要條件，實(shí)踐證明，在井斜角大于30度的井眼中，泥漿中的固相顆粒在其重力作用下發(fā)生下滑，容易在環(huán)空底部產(chǎn)生堆積，而形成“巖屑床”隨井斜角增大越趨嚴(yán)重，到水平井段最為嚴(yán)重，在鉆井過(guò)程中，應(yīng)采用各種措施防止形成“巖屑床”，因此在下套管前后都應(yīng)該有效地清除“巖屑石”3、 降低摩阻，實(shí)現(xiàn)套管柱地順利下入現(xiàn)場(chǎng)要采取一系列強(qiáng)化措施：、優(yōu)選鉆井液。在鉆井液中加入潤(rùn)滑劑如玻璃小球，增加其潤(rùn)滑性。（2） 、采取高強(qiáng)度地鋼質(zhì)引鞋并使之起到居中導(dǎo)向作用，以克服井壁泥餅地沖擊不致于損壞。（3） 、采用倒置