摘要：页岩气井开发过程面临钻压同步的情况,常伴有套变现象发生,影响后期压裂改造。为此,油田采取保压候凝措施预防套变。通过跟踪页岩气井保压候凝后续固井质量情况,发现采取该措施的页岩气井存在质量分界现象,即保压候凝后,在某一井深范围会出现质量反转,固井质量差异明显。通过统计数据与测井曲线图特征分析,探索总结其影响规律,并结合弹性力学厚壁筒理论对其进行了机理分析。对于抗外挤强度高的套管,在满足抗外挤条件下,不建议候凝期间采取管内保压措施。如果必须采取保压措施,建议采用弹性水泥浆、树脂水泥浆等体系进行浆体设计,并合理控制保压值以减小微间隙的产生。另外,还可在重叠段关键位置使用遇烃遇水自膨胀管外封隔器封堵气窜通道,降低后期环空带压机率。

摘要：川东北元坝地区生产套管固井具有井深、温度高、气层压力高等特点,固井防气窜难度大。针对该地区的固井技术难点,设计研究了纳米硅乳液水泥浆体系。该水泥浆体系具有流动性好、API失水量小、零自由液、稠化过渡时间短、防窜效果好等特点,其形成的水泥石具有更低的渗透率,更高的抗压强度、抗冲击韧性、界面胶结强度和抗酸性气体腐蚀能力。研究结果表明,与常规水泥石相比,10%纳米硅乳液加量可以使水泥石抗折强度提高24.2%、抗压强度提高32.0%、弹性模量降低40.4%、渗透率降低81.8%、腐蚀后渗透率降低57.4%,并显著提高界面胶结强度和水泥环防气窜能力。此外,将纳米硅乳液与常规硅粉复配还可以提高水泥石的高温稳定性能。纳米硅乳液水泥浆体系在川东北元坝地区多口井成功应用,固井优良率100%,且井口不带压,较好地解决了元坝地区超深高温高压气井固井技术难题。

摘要：针对页岩气水平井多级压裂过程中出现的环空带压问题,考虑页岩地层各相异性以及压裂过程中的热-流-固耦合作用,运用数值模拟分析方法,计算了压裂过程中水泥环径向和切向应力瞬态变化,并利用Mohr-Coulomb准则对于水泥环密封失效进行了判定。研究结果表明:压裂过程中的热-流-固耦合作用提升了水泥环切向应力,易导致水泥环出现拉伸破坏;多级压裂的加卸载作用容易导致套管-水泥环界面出现累积塑性变形,导致微环隙出现形成气体上窜的通道。降低井筒内压、降低水泥环弹性模量、提高泊松比有助于降低水泥环切向应力,可以降低微环隙产生的风险。研究成果可为压裂过程中水泥环密封完整性设计及控制提供参考,具有重要理论和工程意义。

摘要：深井、超深井多采用尾管注水泥固井,水泥浆性能受温度影响较大,准确掌握循环温度是确保施工作业成功以及封隔质量的基本前提。循环温度对水泥浆性能影响较大,温度变化5℃,稠化时间可能相差1h以上。循环温度二维预测模型过于复杂,为此,建立了符合现场施工流程及井下实际情况的一维瞬态模型来预测尾管注水泥环空循环温度,并以一口5750m深井尾管固井作业为实例,预测出口温度与实测值平均误差为3℃。证明了所建立的预测模型具有较高的准确性,可为现场深井尾管固井水泥浆体系的设计提供依据。

摘要：作为西北油田的重要勘探开发区块之一,塔河油田托普台区块大部分井存在二叠系,井深4 500~5 200m,厚度50~300m,在钻遇二叠系时漏失严重,塔河10区及12区部分无二叠系井也漏失严重,增加了正常钻进难度,耽误钻井时效,可能诱发井下复杂事故,对油井后期固井等作业影响很大。设计优选粉煤灰低密度水泥浆体系对二叠系进行堵漏。该水泥浆体系密度1.60g/cm^3左右,抗压强度6~8 MPa,漏失严重时可在水泥浆中添加5mm、10mm纤维进行复合堵漏,纤维在裂缝中架桥,形成空间网状结构,提高堵漏效果。该水泥浆体系在现场多口井的堵漏作业表明,能有效地提高地层承压能力,大大缩短了钻井周期,为后期钻井及固井施工创造了有利条件。

摘要：元坝气田是我国最深的生物礁海相大气田,具有超深、高温、高压、高含硫等特点,开发的主要目的层为二叠系长兴组,随着勘探的深入,近年来如川深1井已探至更深的灯影组,井深达到了8420 m,井身结构复杂、套管层次多。为解决最后一层小尾管固井时所面临的小井眼、窄间隙及“一超、三高”技术难题,开展了元坝气田超深探井小尾管固井技术研究。优选了抗高温胶乳和纳米硅乳液作为防气窜剂,配套防腐蚀剂,基于颗粒级配原理设计了高密度水泥浆,建立了防止水泥石高温下强度衰退技术和防酸性气体腐蚀技术,开发了抗高温增强型防气窜防腐蚀水泥浆体系,适应温度达180℃,密度1.88~2.25 g/cm3,SPN值<1,水泥石180℃下48 h抗压强度大于14 MPa,弹性模量小于8 GPa,且长期强度不衰退,耐H2S、CO2腐蚀。在元坝7侧1井、川深1井Ø139.7 mm超深小尾管固井进行了应用,固井质量优良率100%,并应用到元坝204-1H井、河嘉202H井、川深1井等3口井的Ø193.7 mm生产套(尾)管固井,固井质量综合评定优良率67%。研究与应用结果表明,高温高压防气窜防腐蚀固井技术可以有效解决元坝地区超深探井及类似高酸性气田固井技术难题。

摘要：川东元坝地区主要为超深水平井气井,超深井井底高温、高压下,近井壁天然气的密度、黏度和压缩系数随压力的变化而变化,是一个复杂的流场问题,很难用解析解研究射孔完井近井壁的渗流场问题,用COMSOL Multiphysics多物理场软件建立了元坝气井射孔完井近井壁渗流场分析的三维有限元模型,模型中包含了井眼尺寸、孔深、孔径、孔密、相位角、钻井污染程度、渗透率、流体密度、黏度以及压缩系数等,可以方便地调整任意参数,得到相应的近井筒渗流场的分布规律。根据建立的渗流场有限元模型,详细分析了不同相位角、不同孔密时,近井筒渗流场的相互干扰情况,为水平井气井射孔完井参数优化设计提供了理论依据。

摘要：目前,深井、超深井的固井作业普遍存在高温高压的挑战,通常使用硅砂和耐温外加剂来提高水泥浆的耐温性。在现有颗粒级配模型的基础上,基于分形理论建立了油井水泥外掺料颗粒连续分布的堆积模型。利用激光粒度分析仪测试了外掺料的粒径分布情况,并依据颗粒百分含量统计数据,得到实现紧密堆积的分形维数范围。结合工程性能评价,加砂量为35%时,选择D值为2.61;加砂量为45%时,选择D值为2.64。形成了高温水泥浆制备方法,并对水泥浆耐温性能进行评价。结果表明,该水泥浆体系最高耐温200℃,加砂量为45%时,可以较好地缓解高温强度衰退情况,粗砂、细砂搭配使用效果较好。高温水泥浆工程性能良好,验证了分形堆积模型设计高温水泥浆体系的合理性。

摘要：排砂管线是气体钻井中不可缺少的地面设备之一,在高压高产气井的钻井中存在安全隐患,常规情况下通常被人们忽略。排砂管线失效主要由高速气流中的固体颗粒冲蚀破坏,通常发生在弯接头部分。针对排砂管线弯接头的冲蚀失效情况,开展冲蚀破坏机理的理论研究和数学模型研究,对弯接头的冲蚀攻角、冲蚀函数、冲蚀颗粒形状系数以及固体颗粒的受力状况进行探讨。建立排砂管线弯接头的CFD有限元模型,可以任意改变弯接头的角度,定量地模拟不同工况下含有固相颗粒的多相流对弯接头的冲蚀速率和冲蚀机理,对排砂管线在气体极限流量100×104m3/d和50×104m3/d的工况下,对不同含砂量进行一系列的CFD仿真模拟,得出冲蚀速率随弯接头角度变化定量的关系曲线,为弯接头的结构优化设计提供理论依据。

摘要：针对页岩气井多级压裂过程中出现的环空带压问题,运用力学实验手段以及数值分析方法,明确了导致B环空带压的主控因素,分析了循环载荷作用下直井段、斜井段、水平段Ⅰ,Ⅱ界面微环隙产生和演变的过程。实验结果表明:循环载荷作用下水泥石产生了累积塑性应变,初始塑性应变最大(0.28%),后续呈近似线性增长,20次循环后达0.65%。全尺寸水泥环密封能力评价实验表明,B环空Ⅰ界面在14个循环加卸载后监测到气体。数值模拟结果与实验结果具有较好的一致性。降低套管内压、降低弹性模量至2~4 GPa、提高泊松比至0.27以上,有利于保持水泥环密封完整性。研究成果可为压裂过程中水泥环密封完整性设计及控制提供参考,并具有重要的理论和工程意义。