振動固井技術

振動固井技術內容摘要：振動固井是在下套管、注灰、頂替和候凝的過程中，采用機械振動、液壓或空氣脈沖、水力沖擊等手段，產生振動波作用于套管、鉆井液和固井液來提高固井質量的一項新技術。實踐證明，振動可以提高水泥石強度，，提高頂替效率，消除水泥中的氣泡，形成完好的水泥環(huán)，還可以縮短候凝的時間，防止固井后的油、氣、水混竄，有利于提高一、二界面的膠結強度。關鍵詞：振動固井固井質量脈沖式諧振器_、概述國外在60年代就開始這方面的研究工作,主要以前蘇聯(lián)和美國為代表。前蘇聯(lián)已有5個油田近百口井成功地使用了這項技術有效地提高了固井質量，獲得明顯的經濟效益。國內在這一領域開始進行系統(tǒng)研究,1992年大慶鉆井研究所對振動固井技術進行探索性研究1994年大慶鉆井技術服務公司與大慶石油學院合作，研究并設計了一種水力脈沖振動套管鞋。從室內試驗和現場試驗結果看，它的振動作用是比較明顯的，但還沒有真正應用到現場。1998年遼河油田鉆井二公司和航天工業(yè)總公司606研究所電子儀器廠協(xié)作研制成功了井下水力脈沖振動發(fā)生器，并進行了17口井的現場試驗，合格率為100%,優(yōu)質率為94%,取得良好效果。動態(tài)振動固井是在常規(guī)振動固井技術的基礎上進行的改進，動態(tài)振動式相對于傳統(tǒng)固定位置條件下的振動而言的，是指振動器一邊在套管中自上而下運動，一邊在套管中振動，并在一定范圍內傳動振動波。固井施工過程中，在注水泥，頂替和候凝時，采用自發(fā)振動的激振器讓振動波對套管，鉆井液和水泥漿產生作用，提高固井質量。通過激振器在全井階段中的運動，實現整個套管柱的阻尼共振效應，全面激活界面、鉆井液和水泥漿，改善流體流動性，提高頂替效率、水泥石強度和界面膠結質量，防止活躍地層流體侵入環(huán)空，從而達到提高固井質量的目的。二、振動固井技術1、振動對固井質量的作用振動能提高水泥石強度：前蘇聯(lián)烏發(fā)石油研究院科技人員通過室內試驗證實了這樣一種結論，即對水泥漿建立振動場，不論振動場強或弱，均可提高水泥石的強度。振動能降低鉆井液粘度并提高固井頂替效率：試驗表明，在頻率為20?45Hz的振動場中,鉆井液的粘度將下降20%?30%,有利于清除套管外壁的鉆井液膜和井壁的濾餅。在此振動頻率范圍內，只需5?15s就可完全清除巖石試樣表面的濾餅。在頻率20?100Hz時,套管上未被替凈的鉆井液減少了二分之一。振動可以縮短水泥漿的候凝時間：試驗證明,當振動頻率在20?170Hz范圍內變化時，水泥漿的初凝時間縮短10%?15%,終凝時間縮短了30%?40%。振動能使水泥漿靜切力大大降低：在水泥漿候凝過程中，振動水泥漿有助于破壞其顆粒間的粘結，減小或消除靜切力，使水泥漿幾乎保持其總液柱壓力，防止地下流體進入環(huán)空，避免竄槽和破壞膠結質量。振動增加界面的膠結程度：實驗表明，當把水泥漿放入不同尺寸的同心管之間，一組振動一組不振動，待水泥漿固化后，分別在二組試驗裝置的上部用水加壓。在未振動的一組中，當壓力加至2107MPa時，水泥與管子的膠結面開始滲漏。在振動的一組中，當壓力加至1615MPa時，膠結面才產生滲漏，說明振動確實增加了界面的膠結強度。2、常用的固井振動裝置及作用原理聲頻振動固井裝置:水泥流動時，聲音振蕩器產生的聲能作用于套管柱上聲音順著管柱傳播，作用于套管底部，使水泥均勻地充滿套管外環(huán)空,同時對氣泡、鐵銹和套管表面上的其他臟物起著良好的釋放作用，從而使水泥和套管良好地膠結。環(huán)空脈沖式振動裝置：這種振動固井裝置，在地面把壓縮空氣或壓縮液體通過振蕩發(fā)生器后，直接作用于環(huán)空，使環(huán)空內液柱也發(fā)生振蕩，產生彈簧效應，作用于底部的水泥漿,提高固井質量。機械式振動固井裝置：活化水泥增強水泥石強度，調節(jié)候凝過程，增強一、二界面膠結強度，增加密封能力。水力脈沖式振動器：這種類型的振動器作為套管串一部分隨套管下入井內，通過液體的流動產生振動。它所起的作用主要體現在降低鉆井液的粘度和提高頂替效率同時對水泥漿充分混合,也起到一定的消除氣泡作用。對固井中清洗、注灰和頂替這些環(huán)節(jié)具有積極的作用。3、各種振動裝置的特點（1）機械式井口振動器和聲頻井口振動器安放位置均在井口，操作起來簡單可以隨機選擇振動時間，不受常規(guī)固井操作的限制，對于全部固井環(huán)節(jié)都有益處。聲頻振動器應用效果好,而且對于正常固井及其他設備不造成影響，所以其應用價值較大。（2）機械式管內振動器和振動棒以及磁致伸縮式振動器和壓電陶瓷式振動器都能在管內靈活使用,如果添加必要的輔助設備如:鉆桿、振動內管、電纜等，可重復利用，可減少成本投入。（3）環(huán)空脈沖振動裝置在水泥的候凝過程施加振動增加了一、二界面的膠結強度,對于提高固井質量具有重要意義,而且設備簡單，成本低廉，其應用價值較大。（4）水力脈沖式振動器振動效果很好，在國內外已有多項研究成果，機構的設計都已進入較成熟的階段?？傊?，各種振動方式的振動器各有優(yōu)點。如何開展振動固井技術的研究和應用還要根據生產實際中存在的固井問題，選擇適當的振動固井方式來加以研究以期達到最佳的應用效果。4、振動固井之動態(tài)固井技術注水開發(fā)的老油田，為了提高開發(fā)效果和最終采收率而對油田進行加密，鉆調整鉆井。由于長期的注水開采，使地層壓力變得非常復雜，地層中含水量增多，導致注水老油田新鉆調整井的固井質量非常差。注水區(qū)塊調整井的固井質量已經成為制約老油田開發(fā)的瓶頸，為此進行了適用于調整井固井的動態(tài)振動固井技術研究。動態(tài)振動固井是在常規(guī)振動固井技術的基礎上進行的改進，動態(tài)振動式相對于傳統(tǒng)固定位置條件下的振動而言的，是指振動器一邊在套管中自上而下運動，一邊在套管中振動，并在一定范圍內傳動振動波。固井施工過程中，在注水泥，頂替和候凝時，采用自發(fā)振動的激振器讓振動波對套管，鉆井液和水泥漿產生作用，提高固井質量。通過激振器在全井階段中的運動，實現整個套管柱的阻尼共振效應，全面激活界面、鉆井液和水泥漿，改善流體流動性，提高頂替效率、水泥石強度和界面膠結質量，防止活躍地層流體侵入環(huán)空，從而達到提高固井質量的目的。5、動態(tài)固井技術的優(yōu)點（1）不改變現有的固井設備和固井工