水平井完井方案

水平井完井方案一、高压气层水平井完井固井存在的主要问题（一）高压气井完井固井存在的主要问题1、高压气井注水泥后，地层流体层间互窜是固井过程中经常存在的一个难点问题；形成原因：水泥浆失重。

即水泥浆凝固时，作用与地层流体的水泥浆柱压力不断降低，当地与地层流体压力时，地层流体就会侵入到环形空间形成窜槽，破坏水泥石的密闭作用。

2、高温高压气井生产套管的选择也是完井过程的一个难点；主要包括以下几方面：1、螺纹连接。

资料表明，能承受20 兆帕水试压的套管螺纹，却不能保证10 兆帕压力下的气体密封；2、在高温高压气井条件下，套管的屈服强度和弹性模数降低，实验表明：在温度达到100－200 摄氏度之间，套管的安全系数降低7－12％；3、高压气井队套管的抗内压也有较高的要求；4、高温高压气井生产套管的选择原则。

由于超高强度套管不可避免的要增加硬度，所以超高强度套管对表面缺陷和应力腐蚀非常敏感。

（二）水平井完井固井的主要问题1、套管弯曲。

在弯曲井段，套管除承受轴向拉力以外，还要承受弯曲引起的附加轴向拉力，需要更高的抗拉强度，更好的螺纹密封性能。

2、钻井液窜槽。

固井实验结果证明，几乎每口水平井沿着环空下部的水泥环都存在有钻井液窜槽。

一般认为，钻井液中，重晶石和岩屑的沉淀是引起钻井液窜槽的主要原因，很显然，较高的颗粒浓度时的钻井液的粘度增加，在固井顶替过程中很难被顶替出来。

此外，钻井液的流变性和井眼倾角也有一定的影响。

3、自由水运移。

减少泥浆的自由水以及阻止自由水运移，一直是提高注水泥质量的重要因素。

在水平井中，由于斜向或横向运移的路程短，自由水容易聚集在井壁上侧形成连续的水槽或水带，最终成为油气窜流的通道。

4、套管偏斜。

在斜井眼内，套管不能居中而影响岩屑携带及注水泥的顶替效率，通常以最小间隙比表式套管在环空的偏斜程度。

为了保证固井质量，最小间隙比应该在0.66以上，而在水平井中，往往达不到这个标准。

5、井眼弯曲。

套管柱由于井眼弯曲，套管柱将受到附加轴向力，这也是影响大斜度水平井注水泥质量的一个因素。

二、高压气层水平井完井固井中应采取的主要措施（一）高压气井完井固井中应采取的主要措施1、使用改性水泥来弥补水泥浆失重，避免地层流体层间互窜。

（1）膨胀水泥：膨胀水泥是通过水泥凝固时体积膨胀来封闭微环空。

膨胀水泥在普通硅酸盐水泥中加入无水磺化铝酸钙、硫酸钙和石灰即可，这些膨胀水泥分为K 、S 和M 三级，据观察，它们的膨胀能力比硅酸盐水泥大10多倍。

其膨胀性的来源被认为是由于形成了一种铝矾石晶体。

铝矾石晶体是在硫酸盐和硅酸盐水泥中的铝酸三钙反应是形成的。

这个铝矾石晶体比铝酸钙大得多，它代替了水泥的晶格结构，产生了一个内部应力而使水泥大量膨胀。

这种水泥的体积膨胀可达0.05％至0.2%。

另一种膨胀水泥的膨胀性比前一种的更大，且成本合算。

实验室实验表明，使膨胀反应物（硫酸盐）与铝酸三钙的比值保持在2：1 的比例，可使膨胀水泥具有抗硫酸盐侵蚀的能力。

虽然膨胀水泥有助于控制气窜，但单靠它本身还不是绝对有效，必须辅以其它措施。

AMOCO 公司在美国新墨西哥州的14口井中使用了新的注水泥方法、膨胀水泥和管外封隔器联合使用，完全制止了气窜。

（2）不渗透水泥：不渗透水泥是在初凝到终凝之间的过渡时期内，通过水泥结构的物理和化学变化形成一个不渗透的阻挡层来防气窜。

在普通水泥中加入发泡活性剂，利用地层进入的气体形成泡沫水泥，对另外的气体形成一层不渗透的阻挡层。

实验发现，水泥浆中加入活性气体运移阻力提高5 倍。

2、在长封固段内，采用不同稠化时间的水泥浆固井；3、环形空间憋压；4、利用管外封隔器辅助固井：在高压气层的顶部，加以管外封隔器，在固井碰压后座封，一是可以有效地防止水泥浆初凝失重条件下的气窜；二是膨胀的封隔器对上下环空的水泥环形成挤压、补偿由于水泥浆凝固而带来的体积收缩，提高水泥环第二界面的固井质量。

5、利用多级注水泥工艺。

（二）水平井固井应采取的措施1、针对自由水运移聚集的问题采取以下解决办法：加入降失水剂，使水泥浆的自由水最好为零。

值得注意的是，在常温垂直量筒中按API 标准测量的自由水为1％的水泥浆，再加温及倾斜条件下，自由水可高达7％，因此，建议在大斜度水平井中，测量自由水之前，应先把水泥浆预热到井底的循环温度再放到至少倾斜45 度的量筒中去测量自由水；增加水泥浆内液相粘度，以增加自由水的运移阻力；在水泥混拌过程中加入很细的微硅粉。

使其在水泥浆内较均匀的分布并充填在水泥颗粒之间的孔道内，部分的堵塞这些孔道而阻止或减少自由水的流动。

为了使硅粉发挥作用，必须使它们在水泥浆中分散良好。

2、针对钻井液窜槽问题。

建议采用与水泥浆密度相当的隔离液，其流变性介于钻井液和水泥浆之间，至少充满200-250米的环空长度。

原因：研究表明在大斜度水平井中紊流的顶替效果最好。

低速顶替时如果密度差异过大，将发生“楔入” 现象。

即重流体在轻流体下面通过。

使用隔离液可以有效地避免水泥浆被污染或部分钻井液被水泥浆包围而残留下来。

3、针对套管不居中问题建议采用刚性扶正器与弹性扶正器结合的方式确保固井质量。

实验表明：一般的弹性扶正器，在井斜角达到70-72度以上时，弹簧片可能被压坏，注水泥过程窜槽严重。

刚性与弹性扶正器配合使用，时最小间隙比大于0.66，可以显著提高固井质量。

三、完井固井方案为了保证固井作业的安全及良好的固井结果，我们需要有针对性的选用适宜的油井水泥添加剂。

由于以下两个区块都要考虑气窜问题，因此必须使用防气窜体系，使用合理的配方，避免或减少失重，防止气窜，以保证其固井质量。

同时为保证施工顺利及固井质量，选用合适的冲洗液、隔离液也是十分必要的。

四、注意事项1. 做好管串设计，按设计准备注水泥设备及配套设施，并确保完好；2. 监督井队按设计要求准备井眼和下套管及加装套管扶正器；3. 对装灰的灰罐和立式罐必须先清空再装灰，并对所装灰的数量和品种有记录和标识；4. 现场核对水泥量；5. 水泥化验复检合格后方可施工；6. 在固井前对设备进行全面检查、保养，包括大小泵、柴油机、混浆系统、高低压管线和闸门，灰罐车的供气管线和压风机等进行检查，确保完好。

7. 要求精心施工，要保证注水泥排量，施工必须保持连续，并满足各项施工设计参数，其中：1) 注水泥排量不得大于正常钻进排量；2) 水泥浆密度及数量：水泥浆的施工密度控制在设计密度± 0.02g/cm 3。

8．倒水泥头闸门一定要正确，以防替空和没有压入胶塞等意外事故发生；9．固井施工应有专人负责钻台，水泥车上指挥及联系要明确，如遇特殊情况或意外，应由指挥人员果断采取措施；10．固井队应对可能出现的问题有应急措施，做到有备无患。

BXF-200L 油井水泥降失水剂的防窜机理目前，对于气侵的预测主要方法有“静胶凝过渡时间”，水泥浆性能系数SPN 水泥浆性能系数SPN 系数的测试水泥浆性能系数SPN 结合水泥浆失水量，反映了凝固过程阻力变化系数A值对气窜的影响，如公式( 1)、(2)：SPN=Q API X A ................................................ •⑴A=0.1826[ (t iooBc) 1/2- (t30Bc) 1/2] ............................... ⑵式中SPN：水泥浆性能系数Q：APi 失水mL(6.9MPa X 30min)t ioo:稠度达到100Bc的时间，min;t30 ：稠度达到30Bc 的时间，min；水泥浆失水量Q API越低，稠化时间t lOOBc与t30Bc的差值越小，即在水泥浆稠化时间内阻力变化越大， A 值越小，SPN 也越小，防气窜的能力越强。

0v SPN W 4.0防气窜效果极好4.0v SPN W 6.5防气窜效果中等6.5V SPN防气窜效果差由水泥浆性能系数公式可以看出，稠化过渡时间越短，失水量越小，SPN值越小，防气窜的能力越强。

水泥浆凝固过程是一个从液态过渡到塑态，最后到固态的过程。

水泥浆水化过程的自身失重特性是引起环空窜流的基本原因，随着水泥水化过程的进行，水泥浆胶凝强度不断增加，伴随着P环不断减少，P阻不断增加，“P地〉P阻+P 环”成为判定是否发生环空窜流的关键。

这一原理为固井水泥浆防气窜外加剂的研制和固井防气窜措施的采取指明了途径。

基于这一认识，在不影响水泥正常水化和水泥浆可泵性的前提下，给环空水泥浆柱增加一个附加阻力，得到P环+P阻+P附〉P地，就必然会防止气窜的发生，使固井作业获得成功。

水泥水化后，水泥颗粒由于水化反应而长大，互相搭接，逐步形成了“网架结构”，同时使水变为三种状态存在：参与水化的化合水，吸附于水泥颗粒表面的吸附水，其余为物理水(自由水) ，从这个意义上来讲，水泥水化过程也就是自由水不断减少的过程。

这个状态称之为“过渡状态” ，即水泥浆由液态变为固态的过程。

水泥水化过程的继续进行使水泥逐渐失去液态特征而呈现固态水泥石。

但水泥石中仍存在两种“孔隙”即封闭孔与连通孔的结构形态。

BXF-200L 油井水泥降失水剂，通过其中的高分子化合物在水泥浆中发生的可控“分散”、“交联”、“聚合”反应，伴随水泥水化的进行，在水泥颗粒水化形成的“网架结构”间形成高分子“网络结构” ，增加了自由水的流动阻力，使水泥浆增加一个附加阻力P附，使水泥浆防止流体侵入和运移阻力“ P阻+P附” 的增加始终大于环空静压力，即“ P阻+P附〉P地-P环”，从而防止气窜。