水泥环完整性研究进展(孙富全)
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多元共聚外加剂 功能性泡沫水泥浆 工具附件
强化研究方向
大位移钻井
欠平衡钻井······
一、水泥环完整性概念
影响水泥环完整性的因素
地质、油藏因素
漏失：界面胶结不良 高温高压：强度衰退、应力损伤 高孔高渗及裂缝性地层：漏失引起胶结不 良 酸性气体 井眼几何条件和钻井液性能差：顶替效率 低、胶结质量差 水泥浆失水、稳定性等性能不良：短期气 窜 水泥浆密度不均匀、混合能不足：水泥石 强度发展不良、水泥石应力损伤 温度、压力变化引起环空水力密封失效
InstanSeal pill：单一流体，通过钻头 喷嘴的剪切，井下快速形成高粘胶体， 成胶时间通过添加剂浓度和优化泵速进 行控制。
钻井液漏失对比
可精确控制凝结时间
二、水泥环完整性研究进展
Fiber Cement Additive: 固井防 漏、保证返高
CemNET cement:纤维惰性，具 有优化尺寸，在水泥浆形成网状 结构，防止漏失
有利于油气田安全、高效开发，有利于提高单井产量， 延长油气井寿命，提高勘探开发效益 水泥环完整性包括：
水泥石基体完整性 界面胶结完整性
水泥环完整性和管柱完整性相结合，构成油气井寿命
分析技术。
一、水泥环完整性概念
前置液 水泥浆 后置液 水泥石 完整充填 一界面胶结 管柱完整 井眼规则 套管扶正 长封固段 小间隙 大环空 有效顶替
注水泥工艺：施工保证 工具附件：辅助水泥环完整性
二、水泥环完整性研究进展
完整性技术--哈里伯顿
WellLife® III Cementing Service
Diagnostics modeling and design tools（诊断模拟和设计工具） Engineered cement systems（工 程化水泥体系） Back up device for reinforcing
LifeCem cement 接触碳氢 化合物流体前 接触流体后膨胀的 LifeCem cement 水泥石
二、水泥环完整性研究进展
辅助工具
Cement Assurance®tool：关键部位关键辅助阻隔
The Cement Assurance® 封隔器（固井保障工具）
二、水泥环完整性研究进展
件的水泥浆体系。
二、水泥环完整性研究进展
工程化水泥体系 ElastiCem®cement：包括特殊 的弹性材料和纤维降低脆性， 提高弹性和韧性。 ElastiSeal™：含泡沫。
普通水泥 载荷严重破坏 ElastiCem® 水泥 弹性承受载荷
LifeCem™ 增加自愈合功能。 LifeSeal™ 含泡沫。
28MPa，90℃
二、水泥环完整性研究进展
防漏技术---斯伦贝谢
Lost Circulation Treatment： 钻井期间降低漏失风险
Losseal pill：特殊加工的纤维和
固相混合物，通过裂缝桥接和形
成非渗透网结构阻止泥浆漏失， 提高承压能力
二、水泥环完整性研究进展
Lost Circulation Treatment Fluid 漏失区域精确堵漏
固井 液体
井筒 管柱
完整性
二界面胶结 井眼条件
高温、高压 低压、易漏 盐岩层、盐膏层等
复杂地层
多压力层系 腐蚀性流体
一、水泥环完整性概念
工程地质特征识别 试验技术 评价方法 地质、油藏因素 复杂深井 复杂天然气井 非常规油气 酸性油气藏 储气库 …… 射孔 酸化、压裂 注水、注气 采气、采油 热采 ……
二、水泥环完整性研究进展
防气窜技术---斯伦贝谢
Gas Migration Control Engineering Suite
用GasMigrationAdvisor软件评
价气窜风险。
根据气窜风险和井眼温度，推荐 解决方案。
二、水泥环完整性研究进展
二、水泥环完整性研究进展
防腐蚀技术---哈里伯顿
zonal isolation（辅助工具）
二、水泥环完整性研究进展
诊断模型和设计工具
•Displace 3D®software：三维
水泥浆顶替模拟，提高顶替效
率和水泥浆充填。 •WellLife® Analysis：有限元 分析井眼条件和工程作业对水 泥环的影响，提出满足井下条
Displace 3D®simulator 基于计算流体动力学，在一次 注水泥作业中分析多种流体体系
浆顶替和固井过程中井眼流体
的顶替现象
流体界面 全井深流体随时间顶替情况 确定隔离液的用量以防止水 泥浆污染
来自百度文库
二、水泥环完整性研究进展
二、水泥环完整性研究进展
顶替技术---斯伦贝谢
WELLCLEAN II engineering solution 产品
MUDPUSH* II 隔离液 化学冲洗液
钻井因素
固井因素
开发因素
一、水泥环完整性概念
提高水泥环完整性方法
地质力学和油藏工程分析：固井设计依据 水泥环完整性分析和模拟：地层、套管、水泥石力学性能指标 水泥浆体系设计
水泥浆体系紧密堆积设计:基体完整性的基础 防窜:完整性重要途径 外加剂和特种水泥:完整性重要保障
二、水泥环完整性研究进展
装备与工具—TAM公司遇油/水膨胀封隔器
使用寿命为18~19年
井下温度变化、干气和伴生气不影响其封隔 性能
二、水泥环完整性研究进展
渤 星 公 司 水 泥 环 完 整 性 技 术
二、水泥环完整性研究进展
渤星公司水泥环完整性技术进展
理论应用 评价与分析技术 外加剂与特种水泥
CemCade
二、水泥环完整性研究进展
WELLCLEAN II simulator
--模拟泥浆顶替效率 --可视化顶替过程
二、水泥环完整性研究进展
WELLCLEAN II simulator
二、水泥环完整性研究进展
装备与工具—斯伦贝谢
机械除泡器 --不使用化学消泡剂 --适用于环保敏感区域 --提高混配效率
二、水泥环完整性研究进展
理论应用
水泥浆体系紧密堆积设计 有效层流顶替和壁面剪应力固井技术
二、水泥环完整性研究进展
水泥浆体系紧密堆积设计
高压和低压地层，解决水泥浆施工性
能（密度、流变性等）和水泥浆封固 综合性能（强度、渗透率等）之间的 矛盾，保证水泥石本身的完整性。
利用合理的物料颗粒级配，提高干混
二、水泥环完整性研究进展
防漏技术---哈里伯顿
FracSeal™ cement：低密度泡沫水泥，较高的粘度 和膨胀力，有助于清洁井眼和顶替，结合防漏材料，桥 接防漏
FracCem cements：非泡沫体系
二、水泥环完整性研究进展
顶替技术---哈里伯顿
iCemSM Service – Three-Dimensional Displacement Simulator 全三维顶替模拟，动态模拟泥
固井作业模拟有限元分析
Displace 3D® Simulator
计算流体动力学三位顶替模拟
WellLife® Express Service
水泥环应力有限元分析
Data Acquisition
现场数据采集与监控
二、水泥环完整性研究进展
完整性技术---斯伦贝谢
Cement Sheath Integrity Suite System selection（体系选择） CemSTRESS software 分析确定常规或特殊水泥浆体系。
保持水泥环结构、功能、时效和管理完整，保证油气井在
开采期间和废弃后的安全。
结构：无泄露、无材料性能退化、无破坏
功能：适应开采或井下作业的压力、温度变化及腐蚀环境
时效：水泥环始终处于可控状态，极限载荷和极限服役环 境可预测 管理：建立一体化的技术档案，完整性管理和设计依据失 效分析和风险分析
一、水泥环完整性概念
水泥环完整性研究进展
天津中油渤星工程科技有限公司
Tianjin Bo-Xing Engineering Sci-Tech Co., Ltd of CNPC
2011年9月
汇报内容 一、水泥环完整性概念 二、水泥环完整性研究进展
三、水泥环完整性技术展望
一、水泥环完整性概念
采用有效的技术、管理手段降低环空水泥环密封失效风险，
常规水泥I
Field Operations（现场作业）
自动控制混合、泵送和注射过程，泡沫稳定
>9000PSI
Post-job Follow Up（作业后跟踪）
泡沫水泥I
二、水泥环完整性研究进展
完整性技术--哈里伯顿
iCemSM Service—完整性功能最强大的工程设计软件 OptiCem™ Software
完整性技术--哈里伯顿
ZoneSeal® Isolation Process—针对泡沫低密度
4500PSI
Pre-job Evaluation（作业前评价）
用OptiCem™ Cement Job Design and Simulation System软件，结合实验测试，提供解 决方案，满足长期开发要求
--改善水泥浆质量和流变性
二、水泥环完整性研究进展
装备与工具—斯伦贝谢
SFM-C 过程控制系统 通过确定和控制体系固/液 比来实时控制水泥浆的密 度，尤其适用低密度/超低 密度水泥浆体系。
二、水泥环完整性研究进展
装备与工具—哈里伯顿
Cement Assurance® Tool系统
Cement Assurance® Tool 系统遇油气或水，吸收 液体自身体积膨胀，对环空进行密封。
钻井因素 固井因素
开发因素
地质力学和油藏工程分析
水泥环完整性分析和模拟 水泥浆体系设计 注水泥工艺
水泥环完整性 影响因素 完整性评价和预测
工具附件
完整性评价技术及软件开发 防腐蚀评价技术及防腐蚀材料 自愈合水泥技术
水泥环 完整性 技术
勘探开发需求
钻井工程技术需求
提高完整性方法
水平井钻井
改善水泥石力学性能技术
BHST:104°C (220°F)；围压:2,000 psi；初始流速: ~3.4 std. ccN2/min；最终流速: 没检测到； 停止流动时间:~6 min
二、水泥环完整性研究进展
防腐蚀技术---斯伦贝谢
EverCRETE CO2-resistant cement：基于紧密堆积设计，很强 的抗CO2腐蚀能力，用于CO2的捕集、储存和含CO2油气藏开发
Engineered design（工程化设计）
针对井况，通过CemSTRESS分析，设计水泥体系。
FUTUR Self-Healing Cement System
FlexSTONE advanced flexible cement
CemNET Fiber Cement
Slurry optimization(水泥浆优化)
--适用于水基泥浆：CW7， CW100 --适用于油基泥浆：CW8 --环境友好型： CW8-ES
软件
CemCADE WELLCLEAN II simulator
二、水泥环完整性研究进展
CemCade
--顶替参数计算 --扶正器计算 --泥浆循环/下套管 --预测CBL测井结果
二、水泥环完整性研究进展
CO2 Cementing Systems
CorrosaCemCO2 cement CorrosaSeal™ CO2 cement
ElastiCem® CO2 cement ElastiSeal™ CO2 cement
LifeCem™ CO2 cement LifeSeal™ CO2 cement CorrosaCemNP cement CorrosaSeal cement
二、水泥环完整性研究进展
防气窜技术---哈里伯顿
气窜风险预测 用气窜因子Flow Potential Factor (FPF)预测气窜趋势，对症防窜 气窜严重性三种水平及对策水泥浆
轻度气窜
Halad® family of fluid loss additives Densified Cement slurries
中度气窜
Latex 2000™ cement additive Latex 3000™ cement additive GasStop™ cement additive Thixotropic cements
重度气窜
Super CBL® cement additive Foam cement
强化研究方向
大位移钻井
欠平衡钻井······
一、水泥环完整性概念
影响水泥环完整性的因素
地质、油藏因素
漏失：界面胶结不良 高温高压：强度衰退、应力损伤 高孔高渗及裂缝性地层：漏失引起胶结不 良 酸性气体 井眼几何条件和钻井液性能差：顶替效率 低、胶结质量差 水泥浆失水、稳定性等性能不良：短期气 窜 水泥浆密度不均匀、混合能不足：水泥石 强度发展不良、水泥石应力损伤 温度、压力变化引起环空水力密封失效
InstanSeal pill：单一流体，通过钻头 喷嘴的剪切，井下快速形成高粘胶体， 成胶时间通过添加剂浓度和优化泵速进 行控制。
钻井液漏失对比
可精确控制凝结时间
二、水泥环完整性研究进展
Fiber Cement Additive: 固井防 漏、保证返高
CemNET cement:纤维惰性，具 有优化尺寸，在水泥浆形成网状 结构，防止漏失
有利于油气田安全、高效开发，有利于提高单井产量， 延长油气井寿命，提高勘探开发效益 水泥环完整性包括：
水泥石基体完整性 界面胶结完整性
水泥环完整性和管柱完整性相结合，构成油气井寿命
分析技术。
一、水泥环完整性概念
前置液 水泥浆 后置液 水泥石 完整充填 一界面胶结 管柱完整 井眼规则 套管扶正 长封固段 小间隙 大环空 有效顶替
注水泥工艺：施工保证 工具附件：辅助水泥环完整性
二、水泥环完整性研究进展
完整性技术--哈里伯顿
WellLife® III Cementing Service
Diagnostics modeling and design tools（诊断模拟和设计工具） Engineered cement systems（工 程化水泥体系） Back up device for reinforcing
LifeCem cement 接触碳氢 化合物流体前 接触流体后膨胀的 LifeCem cement 水泥石
二、水泥环完整性研究进展
辅助工具
Cement Assurance®tool：关键部位关键辅助阻隔
The Cement Assurance® 封隔器（固井保障工具）
二、水泥环完整性研究进展
件的水泥浆体系。
二、水泥环完整性研究进展
工程化水泥体系 ElastiCem®cement：包括特殊 的弹性材料和纤维降低脆性， 提高弹性和韧性。 ElastiSeal™：含泡沫。
普通水泥 载荷严重破坏 ElastiCem® 水泥 弹性承受载荷
LifeCem™ 增加自愈合功能。 LifeSeal™ 含泡沫。
28MPa，90℃
二、水泥环完整性研究进展
防漏技术---斯伦贝谢
Lost Circulation Treatment： 钻井期间降低漏失风险
Losseal pill：特殊加工的纤维和
固相混合物，通过裂缝桥接和形
成非渗透网结构阻止泥浆漏失， 提高承压能力
二、水泥环完整性研究进展
Lost Circulation Treatment Fluid 漏失区域精确堵漏
固井 液体
井筒 管柱
完整性
二界面胶结 井眼条件
高温、高压 低压、易漏 盐岩层、盐膏层等
复杂地层
多压力层系 腐蚀性流体
一、水泥环完整性概念
工程地质特征识别 试验技术 评价方法 地质、油藏因素 复杂深井 复杂天然气井 非常规油气 酸性油气藏 储气库 …… 射孔 酸化、压裂 注水、注气 采气、采油 热采 ……
二、水泥环完整性研究进展
防气窜技术---斯伦贝谢
Gas Migration Control Engineering Suite
用GasMigrationAdvisor软件评
价气窜风险。
根据气窜风险和井眼温度，推荐 解决方案。
二、水泥环完整性研究进展
二、水泥环完整性研究进展
防腐蚀技术---哈里伯顿
zonal isolation（辅助工具）
二、水泥环完整性研究进展
诊断模型和设计工具
•Displace 3D®software：三维
水泥浆顶替模拟，提高顶替效
率和水泥浆充填。 •WellLife® Analysis：有限元 分析井眼条件和工程作业对水 泥环的影响，提出满足井下条
Displace 3D®simulator 基于计算流体动力学，在一次 注水泥作业中分析多种流体体系
浆顶替和固井过程中井眼流体
的顶替现象
流体界面 全井深流体随时间顶替情况 确定隔离液的用量以防止水 泥浆污染
来自百度文库
二、水泥环完整性研究进展
二、水泥环完整性研究进展
顶替技术---斯伦贝谢
WELLCLEAN II engineering solution 产品
MUDPUSH* II 隔离液 化学冲洗液
钻井因素
固井因素
开发因素
一、水泥环完整性概念
提高水泥环完整性方法
地质力学和油藏工程分析：固井设计依据 水泥环完整性分析和模拟：地层、套管、水泥石力学性能指标 水泥浆体系设计
水泥浆体系紧密堆积设计:基体完整性的基础 防窜:完整性重要途径 外加剂和特种水泥:完整性重要保障
二、水泥环完整性研究进展
装备与工具—TAM公司遇油/水膨胀封隔器
使用寿命为18~19年
井下温度变化、干气和伴生气不影响其封隔 性能
二、水泥环完整性研究进展
渤 星 公 司 水 泥 环 完 整 性 技 术
二、水泥环完整性研究进展
渤星公司水泥环完整性技术进展
理论应用 评价与分析技术 外加剂与特种水泥
CemCade
二、水泥环完整性研究进展
WELLCLEAN II simulator
--模拟泥浆顶替效率 --可视化顶替过程
二、水泥环完整性研究进展
WELLCLEAN II simulator
二、水泥环完整性研究进展
装备与工具—斯伦贝谢
机械除泡器 --不使用化学消泡剂 --适用于环保敏感区域 --提高混配效率
二、水泥环完整性研究进展
理论应用
水泥浆体系紧密堆积设计 有效层流顶替和壁面剪应力固井技术
二、水泥环完整性研究进展
水泥浆体系紧密堆积设计
高压和低压地层，解决水泥浆施工性
能（密度、流变性等）和水泥浆封固 综合性能（强度、渗透率等）之间的 矛盾，保证水泥石本身的完整性。
利用合理的物料颗粒级配，提高干混
二、水泥环完整性研究进展
防漏技术---哈里伯顿
FracSeal™ cement：低密度泡沫水泥，较高的粘度 和膨胀力，有助于清洁井眼和顶替，结合防漏材料，桥 接防漏
FracCem cements：非泡沫体系
二、水泥环完整性研究进展
顶替技术---哈里伯顿
iCemSM Service – Three-Dimensional Displacement Simulator 全三维顶替模拟，动态模拟泥
固井作业模拟有限元分析
Displace 3D® Simulator
计算流体动力学三位顶替模拟
WellLife® Express Service
水泥环应力有限元分析
Data Acquisition
现场数据采集与监控
二、水泥环完整性研究进展
完整性技术---斯伦贝谢
Cement Sheath Integrity Suite System selection（体系选择） CemSTRESS software 分析确定常规或特殊水泥浆体系。
保持水泥环结构、功能、时效和管理完整，保证油气井在
开采期间和废弃后的安全。
结构：无泄露、无材料性能退化、无破坏
功能：适应开采或井下作业的压力、温度变化及腐蚀环境
时效：水泥环始终处于可控状态，极限载荷和极限服役环 境可预测 管理：建立一体化的技术档案，完整性管理和设计依据失 效分析和风险分析
一、水泥环完整性概念
水泥环完整性研究进展
天津中油渤星工程科技有限公司
Tianjin Bo-Xing Engineering Sci-Tech Co., Ltd of CNPC
2011年9月
汇报内容 一、水泥环完整性概念 二、水泥环完整性研究进展
三、水泥环完整性技术展望
一、水泥环完整性概念
采用有效的技术、管理手段降低环空水泥环密封失效风险，
常规水泥I
Field Operations（现场作业）
自动控制混合、泵送和注射过程，泡沫稳定
>9000PSI
Post-job Follow Up（作业后跟踪）
泡沫水泥I
二、水泥环完整性研究进展
完整性技术--哈里伯顿
iCemSM Service—完整性功能最强大的工程设计软件 OptiCem™ Software
完整性技术--哈里伯顿
ZoneSeal® Isolation Process—针对泡沫低密度
4500PSI
Pre-job Evaluation（作业前评价）
用OptiCem™ Cement Job Design and Simulation System软件，结合实验测试，提供解 决方案，满足长期开发要求
--改善水泥浆质量和流变性
二、水泥环完整性研究进展
装备与工具—斯伦贝谢
SFM-C 过程控制系统 通过确定和控制体系固/液 比来实时控制水泥浆的密 度，尤其适用低密度/超低 密度水泥浆体系。
二、水泥环完整性研究进展
装备与工具—哈里伯顿
Cement Assurance® Tool系统
Cement Assurance® Tool 系统遇油气或水，吸收 液体自身体积膨胀，对环空进行密封。
钻井因素 固井因素
开发因素
地质力学和油藏工程分析
水泥环完整性分析和模拟 水泥浆体系设计 注水泥工艺
水泥环完整性 影响因素 完整性评价和预测
工具附件
完整性评价技术及软件开发 防腐蚀评价技术及防腐蚀材料 自愈合水泥技术
水泥环 完整性 技术
勘探开发需求
钻井工程技术需求
提高完整性方法
水平井钻井
改善水泥石力学性能技术
BHST:104°C (220°F)；围压:2,000 psi；初始流速: ~3.4 std. ccN2/min；最终流速: 没检测到； 停止流动时间:~6 min
二、水泥环完整性研究进展
防腐蚀技术---斯伦贝谢
EverCRETE CO2-resistant cement：基于紧密堆积设计，很强 的抗CO2腐蚀能力，用于CO2的捕集、储存和含CO2油气藏开发
Engineered design（工程化设计）
针对井况，通过CemSTRESS分析，设计水泥体系。
FUTUR Self-Healing Cement System
FlexSTONE advanced flexible cement
CemNET Fiber Cement
Slurry optimization(水泥浆优化)
--适用于水基泥浆：CW7， CW100 --适用于油基泥浆：CW8 --环境友好型： CW8-ES
软件
CemCADE WELLCLEAN II simulator
二、水泥环完整性研究进展
CemCade
--顶替参数计算 --扶正器计算 --泥浆循环/下套管 --预测CBL测井结果
二、水泥环完整性研究进展
CO2 Cementing Systems
CorrosaCemCO2 cement CorrosaSeal™ CO2 cement
ElastiCem® CO2 cement ElastiSeal™ CO2 cement
LifeCem™ CO2 cement LifeSeal™ CO2 cement CorrosaCemNP cement CorrosaSeal cement
二、水泥环完整性研究进展
防气窜技术---哈里伯顿
气窜风险预测 用气窜因子Flow Potential Factor (FPF)预测气窜趋势，对症防窜 气窜严重性三种水平及对策水泥浆
轻度气窜
Halad® family of fluid loss additives Densified Cement slurries
中度气窜
Latex 2000™ cement additive Latex 3000™ cement additive GasStop™ cement additive Thixotropic cements
重度气窜
Super CBL® cement additive Foam cement