小井眼及高温高压井的固井设计与施工特点

射孔前后CBL/VDL/SBT测井结果
射孔前
射孔后
射孔段
CBL
小井眼固井难点: 顶替效率差
小间隙井的间隙小于12.7mm(1/2″)； 套管偏心，小间隙井比正常井严重得多；
小间隙环空中的居中扶正问题很重要。
泥浆更不易被顶替干净.
A、常规井眼的顶替机理已不能完全适宜于小井眼 固井。
E、提高水泥浆的顶替效率和防止注替过程中的堵憋 漏问题。
主要内容
小井眼固井设计与施工介绍 高温高压井固井设计与施工介绍
概述
小井眼概念
Amorco,BP : 全井长度大于90%的井段小于7”的井 JPT杂志文章: 小于6”井眼定义为小井眼。 小井眼完井的定义: 生产套管小于4”。
概述
发展情况
小井眼出现在30年代。 美国Stekoll公司在30年代在德克萨斯州Panhandle油田打了310口 127mm(5”)套管井，平均井深1000m, 1958年该公司在加拿大以及北达科他州 打小井眼105口，1959年- 1960年在俄克拉何马等地打了73.03mm(2.87”).平均 井深2743m. 前苏联于1936-1937年间在阿塞拜疆开始打小井眼，于1942年钻了一批 114mm套管井，1943年在Majitoeek油田钻了11口114mm套管油井。 据统计到1961年底，世界范围内131家公司钻了3216口，平均井深1876 米，井眼尺寸为161.93(63/8”)或更小的小井眼。
对注水泥顶替的影响
由于下部套管主要为尾管挂尾管的结构，使本 身的固井技术难度增加；
压力层系多，泥浆密度高，井壁清洁难；
下部地层压力变化较大，其使用的尾管层次较 多，每层尾管的长度并没有多长，限制了通过 设计复杂有效的前置液或水泥浆结构来提高顶 替效率的施工措施的应用；
非常规井身结构小间隙影响
为500000 弹性模量高：103 ~ 104MPa；抗压强度16 ~ 35MPa
聚能射孔弹可产生3000~ 30000MPa的冲击 力，造成水泥环破裂！
射孔对井ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ水泥环的影响
水泥环脆裂的工程实例
大庆油田分公司 华东石油局 吉林油田
➢ 射孔前后进行CBL测井 证实：射孔前声幅优， 射孔后声幅不合格
大庆在七十年代钻了4口井深1200米，114mm套管的井。
吉林油田曾钻了1711口，套管直径为127mm、120.7mm, 114mm,101.6mm,76.2mm,73mm的井。
“75”期间新星公司在四川新场气田、松南地区开始实施小井眼技术， 用120mm和104.8mm套管完井 .现在松南地区2000m左右的井用4”套管或 31/2油管固井完井。
扩眼环空间隙(mm) 46.03 28.58 33.34 17.45
非常规井身结构的特点
–下部井身结构主要为尾管挂，如16”下挂133/8”尾管，11-3/4”下挂9-5/8”尾管，9-5/8” 下挂7”尾管；
– 非常规井段需要使用扩眼钻头将裸眼环空段井 径扩大，由于上面重合段间隙小，其环空的套 管居中将成为较大的问题；
现在国外小井眼技术已普及，预计2005年达到总钻井量的50%以上。我 国在大庆、胜利、长庆、江苏、南阳、新星等地都在开展小井眼实验工作。
概述
小井眼技术的应用范围
目前小井眼技术已成功地应用于： ① 开发用常规井眼开发低产、浅层、经济效益差的油藏 ② 老井侧钻 ③ 老井加深 ④ 探井
小井眼固井难点
小眼井的井眼较常规井眼小，环空间隙也小 （在8.0mm～20.65mm之间），给小井眼固井带来许 多困难。 难度体现在以下几方面：
– WSS >15Pa，保证CBL/VDL/SBT 三项胶结测井结果合格
– WSS >30Pa，保证CBL/VDL/SBT 三项胶结测井结果优质
导致油井水泥石力学性能失效的原因主要有：
水泥石形变能力不足； 脆性水泥石易碎裂； 硬化水泥石内部存在缺陷。
小井眼水泥浆难点
水泥（环）石的脆性
水泥石系有先天微观缺陷的脆性材料
抗拉强度低：为抗压强度的1/7~1/12 抗破裂性差：极限延伸率为0.02~0.06% 抗冲击强度低（按断裂功比较）：水泥石为20~80，结构钢则
非常规井身结构的特点
典型非常规井身结构下套管重合段间隙 与扩眼后环空可能达到的间隙
上层套管外径(in) 16”
13-3/8” 11-3/4” 9-5/8”
壁厚(mm) 14.097 12.19 12.42 13.84
尾管外径(in) 13-3/8” 11-3/4” 9-5/8” 7”
重合段间隙(mm) 19.24 8.45 14.57 19.5
概述
进入90年代，小井眼技术在钻井、固井、测井、测试和采油等方面取得了 很大进展。理论和技术日趋成熟。最近Texaco在巴拉圭钻了一口深3000m的 76.2mm(3”)的探井。又在坦桑尼亚钻了一口1940m深井，井经3”的小井眼。
新疆管理局在1961-1974年用191mm 钻头钻了几千口井深500m，下 114mm套管的井。
– 水泥浆体系与水泥石性能要求 – 顶替效率的提高 – 施工难度与风险
小井眼水泥浆面临的问题
• 环空间隙小、水泥环薄、水泥环抗后续作业冲击载荷 能力低；
• 高压气井，水泥浆凝结过程防气窜问题 • 水泥环薄，与地层和套管的胶结强度较低 剪切速率/混配能力对水泥浆性能的影响； 小容积内水泥浆的处理。
套管偏心的影响
间隙小，平均速度比增大
小间隙的居中度应比一般要求严格，推荐为80~85%以上， 使宽窄间隙速度比在1.3左右。
顶替差造成的水泥环二界面质量问题
减少井壁泥饼是保证固井质量 的基本条件
– 2mm滤饼，产生0.1mm的微间隙， 渗透0.1~1.4µm2，引发环空窜流。
环空流动壁面剪应力（WSS） 技术的核心就是清除井壁虚泥 饼
华北油田
➢ 射孔前后进行验窜试压 证实：射孔前不窜，射 孔后窜
大庆油田
➢ 772口套损井共990个 套损点，射孔井段附近 有554个套损点，占 56%
中原油田
➢ 764口套损井，有258 口在射孔段，占61.4%
➢ 73%的套损点附近水泥 环胶结不良
射孔前后CBL/VDL测井结果
射孔前
射孔后