固井現(xiàn)場提高頂替效率措施分析及應(yīng)用

方超（中石化華北石油工程有限公司井下作業(yè)分公司，河南 鄭州 450000）

固井現(xiàn)場提高頂替效率措施分析及應(yīng)用

方超（中石化華北石油工程有限公司井下作業(yè)分公司，河南 鄭州 450000）

在固井作業(yè)中，由于受井眼條件、鉆井液和水泥漿的化學(xué)兼容性、水泥漿性能、施工工藝、前置液的選取和使用、液體的流態(tài)等多種條件因素的存在，影響到注水泥的頂替效率。基于頂替效率對于固井質(zhì)量的重要影響，有必要對注水泥頂替機(jī)理進(jìn)行深入研究以確保現(xiàn)場作業(yè)中能夠有效提高頂替效率。本文針對現(xiàn)場的影響因素進(jìn)行了分析探討，在實(shí)際應(yīng)用中獲得良好的效果。

固井；水泥漿；鉆井液；頂替

固井作業(yè)中，如果未能有效驅(qū)替水泥、注水泥頂替效率低下，往往無法有效防止鉆井液竄槽，從而影響到水泥膠結(jié)質(zhì)量和水泥封固效果。固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率高，較高的頂替效率是重要因素之一。

頂替效率是固井施工過程中較難控制的因素，它受到現(xiàn)場多種復(fù)雜因素的影響，如井眼條件、鉆井液和水泥漿化學(xué)兼容性、水泥漿性能、施工工藝，前置液的選取和使用等。為了提高頂替效率，目前常用的方法是加入套管扶正器、在套管上使用泥餅刷、活動套管等措施，普遍共識紊流頂替最佳。

1 影響水泥漿頂替效率因素分析

為了保證環(huán)形空間的固封質(zhì)量，首先要保證水泥漿與鉆井液的頂替質(zhì)量。為了保證頂替質(zhì)量，必須滿足如下要求：

·采取適當(dāng)?shù)拇胧┖褪┕すに?，確保注水泥漿的環(huán)形空間中水泥漿對鉆井液充分頂替；

·水泥漿返高和套管內(nèi)水泥塞的高度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

1.1 影響頂替效率的幾種因素

在固井作業(yè)中，受井眼地質(zhì)條件或壁面剪應(yīng)力等都會對水泥漿頂替效率產(chǎn)生影響。研究表明，影響水泥漿頂替效率的因素主要為如下八個：·井身?xiàng)l件；·反速（流態(tài)）；·套管偏心；·鉆井液性能；·前置液設(shè)計(jì)；·水泥漿性能；·封固段長度；·固井施工。

在頂替過程中，尤其重要的是要研究鉆井液與水泥漿之間的相互作用，不僅僅是雙方的物理特性，也要注意鉆井液與水泥漿是否會產(chǎn)生化學(xué)不匹配的現(xiàn)象?；瘜W(xué)反應(yīng)：通常是由鉆井液中的處理劑和水泥漿中的外加劑之間產(chǎn)生的不匹配反應(yīng)，從而引發(fā)凝膠效應(yīng)，從而導(dǎo)致漿體快速凝結(jié)，不僅僅影響頂替效果，甚至?xí)斐晒I(yè)事故。物理特性造成的影響：物理特性發(fā)面，主要是鉆井液的阻力和水泥漿的動力。只有增大水泥漿的動力，減少鉆井液的阻力，才能保證水泥漿對鉆井液的均勻頂替，從而保證良好的頂替效果。

2 現(xiàn)場影響因素分析

2.1 套管偏心

在現(xiàn)場作業(yè)中，套管偏心常常會造成環(huán)形空間得不對稱，由于不對稱的存在，對于鉆井液的分布，流體產(chǎn)生影響，尤其是窄間隙中的流體，由于水泥漿極難在其中形成紊流，而以層流流動，無法進(jìn)行充分頂替，從而影響固井質(zhì)量：

·在水泥漿對泥漿進(jìn)行頂替時(shí)，由于寬間隙空間易形成紊流而窄間隙往往以層流流動，造成頂替效率不同，在寬間隙已頂替完畢的情況下，窄間隙沒有充分頂替，從而造成泥漿竄槽，對固井質(zhì)量造成影響；

·寬間隙內(nèi)的頂替效果好，而窄間隙內(nèi)的頂替效果差，水泥漿處于較低的位置，會影響環(huán)形空間的密封質(zhì)量，甚至造成事故。

在現(xiàn)場，一般用扶正器來減少套管的偏心程度，提高頂替效率。

2.2 水泥漿與泥漿對頂替效率的影響

在水泥漿對泥漿進(jìn)行頂替時(shí)，需要依靠水泥漿的剪應(yīng)力來清除附著在井壁上的膠凝泥漿。因此，必須增大的水泥漿的剪應(yīng)力，剪應(yīng)力明顯大于泥漿膠凝強(qiáng)度，才能在有效時(shí)間內(nèi)高效清除膠凝泥漿；如果剪應(yīng)力與泥漿凝膠強(qiáng)度相當(dāng)，需要適當(dāng)提高清除時(shí)間；在實(shí)際施工中，往往利用前置液在稀釋泥漿來提高清除效率，提高頂替效果。

2.3 水泥漿的流態(tài)

液體的紊流狀態(tài)和均勻的流速剖面，能實(shí)現(xiàn)水泥漿均勻頂替鉆井液的效果。水泥漿的紊流程度越高，這種作用越明顯。

紊流頂替計(jì)算步驟，現(xiàn)場為簡化計(jì)算，常用以下經(jīng)驗(yàn)公式：

②確定臨界雷諾數(shù)：Re=2300

③確定環(huán)空臨界返速，現(xiàn)場常用的雷諾數(shù)表達(dá)式：

n——流性指數(shù)

K——稠度系數(shù)

D——井徑mm

④確定臨界排量：

3.1 某井資料:直井，完鉆井深2941米，井徑:221.9mm，套管外徑:139.7mm。

水泥漿性能：低密度水泥漿比重1.33，六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)數(shù)據(jù)如下:

3 應(yīng)用

?600 67 ?300 37 ?200 22 ?100 19 ?6 7 ?3 6

②確定臨界雷諾數(shù) Re=2300

③確定環(huán)空臨界返速

所以:

④確定臨界排量L S，為現(xiàn)場施工排量做重要參考。所以，該井驅(qū)替水泥漿時(shí)，紊流頂替臨界排量為31

4 結(jié)語

固井現(xiàn)場提高水泥漿頂替效率措施總結(jié)如下：

①加套管扶正器提高套管居中度，對提高頂替效率有益，這是提高頂替效率的一般因素。

②注一定量的前置液不僅能隔離泥漿和水泥漿，還能稀釋泥漿，對提高頂替效率有益，這是提高頂替效率的一般因素。

③驅(qū)替水泥漿時(shí)采用紊流替漿，在地層條件允許的情況下，替漿排量可以大于紊流替漿的臨界排量，盡量保證窄間隙的水泥漿也能達(dá)到紊流狀態(tài)，這是提高頂替效率的重要因素。

[1]劉崇建，黃柏宗.徐同臺，劉孝良等.油氣井注水泥理論與應(yīng)用.北京:石油工業(yè)出版社，2001.

[2]李早元，郭小陽，楊遠(yuǎn)光.固井前鉆井液性能調(diào)整及前置液紊流低返速頂替固井技術(shù).鉆井液與完井液，2004;(4).

[3]楊旭，前置液的紊流臨界返速和使用量的推導(dǎo).鉆采工藝，1995;(4):76-79.

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