庆深气田深层气井防气窜固井配套技术.doc

庆深气田深层气井防气窜固井配套技术 天然气工业2009年2月 庆深气田深层气井防气窜固井配套技术* 韩福彬 大庆油田有限责任公司勘探分公司 韩福彬.庆深气田深层气井防气窜固井配套技术.天然气工业,2009,29(2):70—72. 摘要针对庆深气田深层天然气井固井后,出现井口环空压力高,气窜气量小等微间隙气窜难点,提出了以 消除微问隙为核心的防气窜固井配套技术思路.研制的环空气窜阻断器循环阻力小,强度高,抗温能力达到200 ℃;微间隙封堵液与水泥浆相容性好,凝结时间可根据要求在7～29d之间调整,具有良好的微间隙封堵效果;抗温 180℃的微膨胀防气窜水泥浆体系具有抑制水泥石收缩,抗压强度高,滤失量和渗透率低等特点;同时还在井眼准 备,提高虚滤饼冲洗效果,压力补偿,优化固井施工设计和钻分级箍等方面进行了配套技术研究.由此形成了庆深 气田深层气井防气窜固井配套技术. 关键词气井阻断器深井固井配套技术庆深气田 D0l:1O.3787/j.issn2009.02.018 固井后水泥浆环空发生气窜是当前固井工艺技 术存在的难题之一.自20世纪6o年代以来,国内 外对固井后环空气窜机理,预测方法及防气窜技术 方法进行了大量的系统研究,但还未能从根本上解 决固井后环空气窜问题l1].2005年,庆深气田有3 口井在试气前发生244.5mm×139.7mm套管 间环空窜气问题.根据气窜井口气量小,压力高的 特点分析认为:环空气窜的根源是存在着界面微间 隙.微间隙产生的主要原因是水泥石体积收缩,套 管内作业时压力变化引起套管收缩,顶替效率低,虚 滤饼厚等].因此,按照气窜阻断,气窜封堵,提高 水泥浆性能的思路开展了"深层气井防气窜固井配 套技术研究"工作,同时也在井眼准备,提高虚滤饼 冲洗效果,压力补偿,优化固井施工设计等方面进行 了固井技术配套研究. 1环空气窜阻断器的研制 1.1工作原理 环空气窜阻断器采用螺旋结构,有助于提高水 泥浆的顶替效率.采用具有一定弹性,耐温达到200 ℃的橡胶,使得气窜阻断器在高温下具有足够的强 度和韧性,避免了下套管过程中的损坏,水泥浆收缩 及后期作业碰撞而造成微间隙. 1.2压力损失计算 流人阻断器时:h一~ 2 2 2 ( A A2— 1)(1) 式中:h为压力水头损失,m;为流体收缩前的速 率,m/s;A.为流体收缩时的流道横截面积,m2;A 为流体收缩前的流道横截面积,m2;g为重力加速度. 流出阻断器时:h一(1一)(2) Ap=pghi 式中:Ap为流过阻断器时的压力损失,MPa;P为水 泥浆密度,1.90g/cm.. 计算结果表明:加入阻断器后的局部压力损失 为2.56×10～MPa,而通过浮鞋浮箍的压力损失为 0.12MPa,加入阻断器的局部压力损失远远小于流 体通过浮鞋浮箍的压力损失. 2微间隙封堵液的研制 2.1微间隙尺寸理论计算 微间隙尺寸理论计算,见表1.假设套管,水泥 环及井壁围岩三者紧密连接,无滑动.套管变形属 *本文受到大庆石油管理局重大科研攻关项目(编号:D/ZJ06—4)的资助. 作者简介:韩福彬,1970年生,高级工程师,硕士;1992年毕业于大庆石油学院石油工程专业;从事钻井工程技术研究与管 理工作.地址:(163453)黑龙江省大庆市让胡路区昆仑大街甲27号.电话:(0459)5992259E-mail:hanfubin @petrochina.corn.cn ? 70? 第29卷第2期天然气工业 于弹性范围,水泥环和地层围岩产生不可恢复的塑 性变形,其交界处满足径向位移连续和径向应力连 续的条件.由此可建立位移连续方程及力平衡方 程.由于套管截面属于圆环,应力分布当然是轴对 称的,筒体只产生沿半径方向的均匀膨胀或收缩,即 只产生径向位移.经过推导,可得到径向位移公式: 1F-1 "一告l(1一)—-—(r1.Pl—r2.P2)r—Lr2一,1 (1+)一1(户 2一P1)I(3)},2一,1j 式中:E为杨氏弹性模量;为泊松比;r.为套管内 径,m.r2为水泥环内径,m;P为套管内压力,MPa; P为水泥环对套管压力,MPa. 表l不同内压下套管(P110,9.17mm)与 水泥环微间隙计算结果表 2.2封堵液配方优选 封堵液材料选择原则是不改变固井工艺,且与 固井水泥浆有很好的相溶性.其颗粒级配符合架桥 和单粒封堵原理.表2是利用激光粒度仪进行水泥 粒度分布及微级配分析结果,其颗粒级配与微间隙 尺寸理论计算结果相符.因此,选定油井水泥作为 封堵液的基本材料. 表2水泥试样激光粒度测试结果表 试验过程中,测试了胶乳,降失水剂,缓凝剂,稳 定剂,分散剂不同加量时的封堵液性能,最终确定封 堵液的最佳配方,且可以根据封堵液使用深