大斜度及水平井中水泥浆的失重和气侵研究.docxVIP

大斜度及水平井中水泥浆的失重①和气侵研究郭小阳刘崇建谢应权(西南石油学院)许树谦王军苏洪生(新疆石油管理局)摘要大斜度及水平井中,水泥浆的失重和气侵规律与直井不完全相同,主要表现在水泥浆的析水量、井斜角、井径及井身结构等因素的影响。零析水水泥浆的失重与气侵主要是胶凝悬挂引起的,而非零析水水泥浆的失重与气侵,除了胶凝悬挂外,井壁上侧形成的自由水槽却是另一个重要因素。研究还表明,在倾斜井筒中,按API常规方法测量的析水是不合理的,而必须将水泥浆装入测量筒,倾斜45°进行测量。主题词固井;水泥浆;水泥浆胶凝;气侵;低滤失量中图法分类号TE256.5概述1在大斜度及水平井中,防止水泥浆“失重”和气侵仍然是提高注水泥质量的关键技术之一。不同倾斜的井眼,水泥浆的“失重”和气侵是不完全相同的。研究有关影响因素,优选水泥浆性能、配方和制定合理的工艺技术措施是急需解决的问题。国外从70年代末已经开始研究大斜度及水平井内水泥浆的“失重”和气侵1～4,其主要结果有:(1)在水泥浆凝结过程中,大斜度及水平井的上侧,易形成连续的油、气、水窜通道;(2)油、气、水窜通道是水泥浆稳定性能差和自由水析出的结果;(3)零析水水泥浆的使用,有效地防止了大斜度及水平井中水泥浆凝结时油、气、水窜问题的发生。这些研究还不够完善。对大斜度及水平井的“失重”和气侵,缺乏系统性和规律性的研究,特别对大斜度井中水泥浆的评价方法研究甚少。自1992年以来,我们承担了“八五”国家重点科技攻关项目“新疆克拉玛依油田石炭、二叠系火山裂缝性油藏水平井完井技术”中的子课题“零析水水泥浆技术研究”,对大斜度及水平井中水泥浆的“失重”和气侵进行了研究,取得了一些结果。2大斜度及水平井中水泥浆的“失重”和气侵①1996—04—01修改稿26西南石油学院学报1996年2.1实验装置及测量根据实验研究的目的,本实验研究中所使用的模拟装置主要由三部分组成,结构见图1。模拟井筒2.1.1实验过程中用以作为模拟井筒的材料是非渗透性有机玻璃管,圆管内径有两种规格,分别为30mm和50mm。为了得到比较全面的实验结果,根据拟定的实验方案,我们采用了以下几种类型的实验井筒进行研究:(1)使用内径分别为30mm,50mm的有机玻璃井筒,组成倾斜角分别为10°,45°和75°的实验装置,研究井斜角变化与有关因素对水泥浆失重和气侵的影响。(2)使用内径分别为30mm和50mm的图1实验模拟装置图有机玻璃井筒,组成直井段加斜井段的形式,以模拟斜井段加直井段的井身结构。其倾斜部分的倾斜角分别为45°,75°,90°模拟地层气气源2.1.2现代钻井中,要求地层与井眼系统保持着相对的压力平衡。一般要求钻井时泥浆液柱压力比地层压力大0.5～3MPa。但是在固井作业中水泥浆的密度远远大于泥浆的密度,地层与液柱间的压力差就相应增大。实验中水泥浆对井筒底部产生的最大压力约为0.014MPa(浆柱垂直高为0.84～1m)。因此,实验中模拟地层气压力确定为0.006MPa。井筒内水泥浆与气源接触处装放一层325目的筛网。2.1.3测量部分测量是获取实验数据的重要手段,正确的测量原理和使用标准的测量仪器,才能取得第一手资料,为后期数据处理和分析奠定基础。本实验中所要测量的参数有:模拟井筒底部水泥浆柱压力、模拟地层气压力、水泥浆析水、水泥浆静胶凝强度等参数。为了正确获得这些参数,首先必须检验使用的仪器。实验过程中使用的仪器有量筒、压力表、密度计、旋转粘度计等。粘度计最小剪切速率为1.25S-1,用于测量水泥浆静止时的胶凝强度。测量析水采用可变化倾角的量筒装置。实验结果的分析和讨论2.22.2.1大斜度井中水泥浆的失重规律与影响因素(1)井筒倾斜角对水泥浆失重的影响为了分析井筒倾角的变化对水泥浆失重的影响,本实验采用了自由水含量为零的浆体(在井筒内析水也为零),以及API析水量为2.5mL的浆体,在倾角分别为10°,45°,和75°的井筒内进行对比实验。水泥浆“失重”曲线如图2,图3所示。表1为不同倾斜角下水泥浆压降速度值。第2期郭小阳等:大斜度及水平井中水泥浆的失重和气侵研究27图2井筒倾角对失重的影响(零析水浆)图3井筒倾角对失重的影响(非零析水浆)表1不同浆体在不同倾角的压降速度(MPa/min)压降速度API析水量(mL)浆体75°45°10°1202.50.0000350.00008700000940.0000340.000045分析图2,图3可以得到以下几个结论:①井筒倾角不同,压降过程不同,倾斜角为10°的井筒,压降速度最慢,明显小于井斜角为45°和75°的井筒。②井斜角为45°和75°的井筒,在压降初期(AB段)压降规律基本一致,而以后75°的井筒内水泥浆对井筒底部的压力就趋于平稳,不再下降。45°井筒的