顶替效率对固井质量影响研究_白哲.pdf

2020年第11期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-05-15 作者简介 白哲 （1975-） ， 男 （满族） ， 黑龙江双城人， 工程师， 现从事油田固井技术工作。 顶替效率对固井质量影响研究 白哲* （大庆油田钻探工程公司钻技一公司GJ12003队， 黑龙江 大庆 163000） 摘要 顶替效率是环空下水泥浆顶替钻井液水平的定量分析指标， 是固井过程中， 技术较为复杂、 变量因素多、 质量可控性较差的影响因素， 提升固井过程中水泥浆顶替效率对于强化固井质量意义 重大。首先从流态、 套管居中度、 钻井液、 井身质量、 水泥浆、 前置液、 封固段长度、 固井施工探究影响 顶替效率的因素， 之后就如何加强顶替效率， 确保固井质量进行策略探究。 关键词 顶替效率； 因素； 固井质量 中图分类号 TE2 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202011-0086-02 1概述 固井质量对井身耐用性及施工进度、 施工质量、 事 故发生率等都存在一定程度的影响， 为更好的确保固 井工作， 研究固井质量影响因素是必然趋向， 本文基于 顶替效率不佳， 造成固井质量偏差下， 探究影响顶替效 率的因素， 随后就确保顶替效率、 提高固井质量展开策 略探究。 2影响顶替效率质量的因素 影响顶替效率质量的因素主要是包括流态、 套管 居中度、 钻井液、 井身质量、 水泥浆、 前置液、 封固段长 度、 固井施工。从流态来看， 层流、 紊流、 塞流等不同流 态对顶替效率有不同影响， 紊流的径向分速可以较好 地带走井内钻井液， 防止钻井液对井壁侵蚀， 其次是塞 流、 层流， 效率逐一降低， 从套管居中度来看， 套管偏心 导致井内水泥浆流速不一， 局部顶替效率不佳， 从钻井 液来看， 钻井液固相含量高， 密度越大， 水泥浆施加外 力无法超过钻井液粘滞应力， 顶替效率较低， 从井身质 量来看， 井径扩大率过大或过小， 都会对固井质量产生 负面影响， 过大则顶替效率降低， 过小则水泥环强度不 足， 另外大小井径形成的壁阶， 斜井形成的特殊环形空 间也都会对顶替效率产生负面影响， 从水泥浆来看， 水 泥浆稠度、 流性指数、 塑性粘度、 动切力、 密度等对顶替 效率都存在影响， 其中正面影响因素包括水泥浆稠度、 塑性粘度、 动切力、 密度， 负面影响因素为流行指数， 另 外， 稠度、 流性指数、 动切力进入临界值后顶替效率恒 定， 从前置液来看， 前置液是在水泥浆顶替钻井液之 前， 用于降低钻井液粘滞应力， 冲洗套管壁、 井壁， 降低 水泥浆稠度、 悬浮固态碎屑等， 包括隔离液、 冲洗液两 种， 对顶替效率及固井质量存在较大影响， 从封固段长 度来看， 封固段长度越长， 所需要展开的工程量较高， 受复杂井身、 前置液性能、 井内施工压力等的影响越 大， 顶替效率越差， 从固井施工来看， 工程施工极易因 为客观、 人为原因遭遇突发事故， 施工时， 初步地质勘 探、 操作规范性、 仪器设备钻井液性能、 风险预控及处 理等都会对顶替效率产生影响。 3基于顶替效率确保固井质量的策略 3.1重视水泥浆顶替流态 一般情况下， 需要较高顶替效率时， 紊流流态强于 塞流流态， 塞流流态强于层流流态， 具体施工时， 可以 根据现场施工环境及技术能力选择适宜的顶替流态， 紊流流态需要较大的排量， 同时与钻井液、 水泥浆的粘 滞性存在关联， 施工时， 可以根据需要增排降粘， 以此 达到紊流流态[1]。 例如， 施工现场具有施加大排量的设备、 操作人 员， 同时钻井液粘滞性相对较低， 可以通过增加水泥浆 粘滞性， 并促使其形成紊流流态下展开顶替作业， 一般 能得到较好的施工效果。 3.2扶正及活动套管 套管扶正并活动可以确保井内水泥浆流动时， 各 处间隙相等。即便运用旋流扶正器， 在大角度斜井及 复杂岩层结构下， 仍旧会导致局部套管偏心， 可以运用 活动套管方式， 处理大间隙顶替效率低下问题， 标准施 86 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 工时居中度高于67。 例如， 利用套管活动， 就可以在上下活动、 旋转、 刮 泥器作用下， 清除粘滞钻井液， 促进井下水泥浆、 钻井 液流动， 改善井下间隙差异大地方的水泥浆顶替效率。 3.3选择适宜的钻井液及水泥浆 钻井液、 水泥浆的性能对顶替效率存在较大程度 的影响。整体来看， 影响双方顶替效率的参数主要是 稠度、 流性指数、 塑性粘度、 动切力、 密度， 顶替效率与 水泥浆稠度正相关， 与钻井液负相关， 超出临界值， 与 水泥浆流性指数负相关， 超出临界值恒定， 与钻井液正 相关， 与水泥浆、 动切力、 密度均为正相关。由此可见， 在采购钻井液及调配水泥浆时， 应当事先进行实验， 考 虑现场施工方环、 流态、 泵送排量等， 选择最佳性能的 钻井液及水泥浆[2]。 例如， 运用稠度更大的水泥浆， 便可以在井下压力 作用下， 破坏钻井液粘滞性， 同时顶替钻井液与井壁粘 结， 顶替效率较高。 3.4把握井身构造 复杂井身会在大角度斜井、 缩径、 遇卡事故、 页岩 膨胀等因素下， 造成井内井径差异较大， 在施工时， 应 当注重井径扩大率、 变化率， 避免顶替效率不佳， 同时， 遭遇缩径、 遇卡事故后， 应对缩径位、 遇卡位进行疏通， 确保井壁顺滑， 避免井径变化， 导致顶替效降低， 对于 大斜度斜井的运用， 应在实际需要的前提下钻探， 斜井 对井下施工工作影响较大， 应尽量保证井身竖直， 降低 顶替效率提升难度， 确保固井质量。 例如， 减少斜井使用，“狗腿角” 出现的概率会大幅 度降低， 井下施工作业时， 环空空间构造更具一致性及 竖直性， 顶替效率自然可以得到保证， 水泥浆顶替效果 好， 固井强度可以得到保证。 3.5选择适宜的前置液 前置液包括隔离液、 冲洗液， 是在施加水泥浆顶替 钻井液之前， 用于降低钻井液粘滞性， 悬浮固相颗粒 物， 避免发生沉积， 分开水泥浆和钻井液， 避免发生掺 混现象， 导致固井质量下降等， 抉择前置液时， 可以根 据相容性、 基浆密度、 粘度等选择冲洗液， 其中与相容 性正相关， 基浆密度正相关， 粘度负相关， 根据密度、 悬 浮性、 失水量等确定隔离液， 一般需要密度可调、 悬浮 性好、 失水量小[3]。 例如， 隔离液的运用， 可以有效避免水泥浆与钻井 液掺混， 钻井液被有效顶替下， 水泥浆可以凭借自身粘 滞性粘结在井壁上， 在强度方面可以得到有效保证。 3.6最优规划封固段长 封固段越长， 施工难度越高， 井下顶替效率会逐渐 下降， 造成固井质量不佳下， 容易埋下安全隐患， 因而， 应当根据实际需要， 规划最优封固段路径， 降低封固段 长度， 降低顶替效率保障难度， 确保固井质量。 例如， 封固段越低， 井下泵送水泥浆的难度越小， 质量可控性越高， 所遭受地层压力差变化、 井底压差变 化等负面影响越小， 固井质量自然可以得到很好的保 证。 3.7重视固井施工质量 设备、 制度、 人员、 井下环境对施工质量影响较大， 应在施工前， 审查设备质量， 做好人员培训工作， 同时 拟定责任制度、 奖惩制度， 约束及指导员工行为， 还需 对井下环境具备初步了解的前提下展开施工。 例如， 施工前， 将安全手册、 技术规程等发放给员 工， 可以提高员工设备操作规范性， 对顶替效率提升、 固井质量等均存在积极影响。 4总结 顶替效率是固井质量的重要影响因素， 在流态、 套 管居中度、 钻井液、 井身质量、 水泥浆、 前置液、 封固段 长度、 固井施工影响到顶替效率下， 可能会在水泥浆掺 混强度不足、 粘结效力低等情况下导致固井质量较差， 为提升顶替效率， 可以采取紊流、 封固段规划优化、 井 身质量强化、 套管扶正及活动措施， 并运用适宜的钻井 液、 水泥浆、 前置液， 提升顶替效率， 增强固井质量。 参考文献 [1]田庄.顶替效率对固井质量影响的分析研究[J].工业, 2016 610. [2]方超.固井现场提高顶替效率措施分析及应用[J].化工管理, 2017884. [3]尹江琼, 朱明, 刘勇,等.大跨度易窜井固井技术及现场应用 [J].承德石油高等专科学校学报, 20183. 87 ChaoXing