水平鉆井固井技術重難點詳解

水平鉆井固井技術重難點詳解、水平井固井主要存在以下難點1、中原油田屬于復雜的斷塊油氣田，地層復雜，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)對固井質量影響大，為穩(wěn)定井壁需要用高密度的鉆井液，這會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沖洗液來恢復水潤性，以便提高水泥和井壁的膠結強度，在大斜度和水平井段鉆井中需提高粘度鉆井液來有效清洗井眼，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)帶來困難，在水平井鉆井過程中常常會形成鍵槽和橢圓形井眼，造成不規(guī)則井眼并使井徑擴大，從而大大降低了注水泥時頂替效率。3、 井斜度對水平井固井質量的影響室內試驗和現場經驗證明，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題，這是因為泥漿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果。4、套管下入困難在大斜度井段和水平井段對井壁的側壓力很大，從而大大增加了下套管摩擦阻力，使套管很難順利下至預定位置，尤其是較淺的水平井更為突出。5、 套管偏心對固井質量的影響套管在井筒內的偏心會直接影響注水泥作業(yè)的質量，因為要想把套管靠近井壁處的泥漿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)過程中水泥漿從套管內或環(huán)形空間進入篩管或油管而堵塞出油通道和污染油層。8、 水平井套管強度設計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度設計方法來進行設計，特別是對于那些實際井眼軌跡發(fā)生無規(guī)律變化的情況，其套管柱的受力分析和公式的推導比直井困難得多。9、 套管附件要求高套管附件中如果采用直井得浮力裝置，注水泥后實現自動關閉困難，容易造成套管內留水泥塞和蹩壓候凝，影響套管與水泥環(huán)間的膠結質量。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底部發(fā)生置換，造成封固不好。二、 中原油田水平井的特點中原油田屬于典型的斷塊油氣田，儲層斷塊發(fā)育面積小，油藏埋藏深，構造類型多，油層薄而散，這些決定了中原油田水平井有如下特點1、 水平段長，一般在500米以上。2、 造斜點深，一般在井深2000米以下開始造斜。3、 在鉆井過程中由于攜砂需要，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質量。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，地質復雜，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，所以套管柱設計復雜；8、 中原油田的水平井均為中、長半徑水平井。三、 水泥漿選擇對于水平井固井，水泥漿在稠化時間和硬化過程中必須保持穩(wěn)定，不能析水和離水，流變性能符合設計要求，產生低的靜膠凝強度，以便在傾斜井段水泥漿前面的鉆井液產生的靜水壓力能夠通過水泥漿沿著油藏長度方向傳播，避免造成油藏負壓。為了保證固井成功，必須嚴格控制失水，理想的應該是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象。因此對于水平井的水泥漿應該嚴格達到以下幾條標準：（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） 、較短稠化過渡時間；（4） 、流變性好，易實現紊流頂替；（5） 、凝固后的水泥石無收縮現象產生。3.1水泥漿降濾失水量的研究當油井水泥漿流過一個有滲透鉆井泥漿濾餅的滲透層時，對地層有一個壓差存在，那么就存在著水泥漿向地層濾失水的危害，如果這一個情況發(fā)生，水泥漿的水灰比就會減少，這將引起水泥漿的固相含量增加，其結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鉆井液的頂替，給注水泥施工帶來明顯的消極結果，國內外大量的研究表明，水泥漿對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，水泥漿與油層接觸面積大，因此，更應嚴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，根據這一要求，對水泥漿進行濾失量的實驗。見下表表水泥漿濾失水量

序號水泥品種水灰比％外加劑名稱及摻量％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以內，而且這種漿失水劑是一種高分子材料，在低溫下不反應，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聚結沉淀，水泥漿性能受到破壞，自由水析出，API標準10規(guī)定G級水泥析水率為1.4%，這是在垂直的形式下獲得的，對于水平井顯然不合格，必須模擬井斜角變化來進行評價，實驗采用量杯在不同的傾角下，按API10的要求進行實驗獲取數據。見下表水泥漿析水試驗結果序號水泥品種水灰比(%)外加劑名稱及摻量(％)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，水泥漿析水主要產生在井斜角45r的情況下較大，可以達到7.3%,隨著井斜角的進一步增加，自由水增長率很小，因此外加劑僅對45r傾斜角實驗即可。實驗結果表明，添加外加劑后水泥漿析水變得更低，幾乎達到零析水，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，能很好約束自由水，同時G502膨脹劑的發(fā)氣充填作用進一步減少了自由水的形成，因而該配方完全滿足水平井對析水的要求。四、提高水平井注水泥質量的技術要求對水泥封固質量的要求，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界面具有很好的膠結力，二是水泥石要有足夠的抗壓強度。與直井相比較，有以下幾方面的關鍵技術問題：、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。根據本文的研究，并結合國內外研究成果和實踐經驗，成功的進行水平井固井應做好以下幾項重點工作：1、 優(yōu)化鉆井設計水平井井深結構設計，應考慮完井注水泥問題，從井深設計為完井注水泥提供保障條件，井眼與套管間隙應不小于38毫米，同時要選擇合適的套管/井眼的尺寸比，即比值應在0.65?0.7范圍內，有條件時應盡可能增大曲率半徑，同時，對鉆井設計的實施中亦要求：、保持井徑規(guī)則；、井眼軌跡規(guī)則，不應有不符合設計要求的全角變化率井段；、避免形成鍵槽；、凡鉆進循環(huán)漏失，均應進行堵漏與認真做好漏失處理；2、 井眼凈化一個清潔、無固相顆粒沉淀的井眼是減少水泥竄槽的重要條件，實踐證明，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)空底部產生堆積，而形成“巖屑床”隨井斜角增大越趨嚴重，到水平井段最為嚴重，在鉆井過程中，應采用各種措施防止形成“巖屑床”，因此在下套管前后都應該有效地清除“巖屑石”3、 降低摩阻，實現套管柱地順利下入現場要采取一系列強化措施：、優(yōu)選鉆井液。在鉆井液中加入潤滑劑如玻璃小球，增加其潤滑性。（2） 、采取高強度地鋼質引鞋并使之起到居中導向作用，以克服井壁泥餅地沖擊不致于損壞。（3） 、采用倒置