小間隙定向井固井技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著鉆井技術(shù)的不斷進(jìn)步，小間隙井的發(fā)展越來(lái)越受到重視，具有大斜度的小間隙井的應(yīng)用也越來(lái)越多，而套管難以下入、頂替效率低、固井過(guò)程中易發(fā)生井漏等問(wèn)題也顯得尤為突出。本文從理論和現(xiàn)場(chǎng)工藝的角度出發(fā)，對(duì)小間隙定向井套管柱力學(xué)，小間隙井固井頂替效率進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并基于顆粒級(jí)配理論開(kāi)發(fā)了低密高強(qiáng)水泥體系。 從理論和工藝方面分析了小間隙定向井套管柱力學(xué)完整性和水力完整性的機(jī)理，對(duì)小間隙定向井套管的可下入性進(jìn)行了分析，指出了小間隙定向井井

2、套管下入過(guò)程中存在的問(wèn)題，提出了運(yùn)用總摩阻、彎曲應(yīng)力等條件進(jìn)行套管可下入性的判斷方法。應(yīng)用間隙接觸單元法對(duì)管柱力學(xué)特征進(jìn)行了研究，提出了通過(guò)綜合分析套管抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度確定最大井眼曲率的方法。 系統(tǒng)分析和模擬研究了小間隙井頂替效率的影響因素，利用平板流模型和流體單元受力分析法，建立了小間隙井偏心環(huán)空一維層流賓漢流體頂替的數(shù)學(xué)模型；FLUNT數(shù)值模擬結(jié)果表明，在賓漢模式條件下，水泥漿塑性粘度和動(dòng)切力對(duì)于頂替效率影響不大，而鉆井液

3、的塑性粘度小于0.03Pa·s、動(dòng)切力在6Pa左右時(shí)有利于水泥漿的頂替。在冪律模式條件下，水泥漿的稠度系數(shù)和流性指數(shù)分別保持在0.5～0.6Pa·s<,n>和0.4～0.5之間，這既有利于提高頂替效率，又能夠降低流動(dòng)摩阻；鉆井液的稠度系數(shù)和流性指數(shù)分別保持在低于0.3Pa·s<'11>和0.4時(shí)有利于提高頂替效率。小間隙井的井壁越不規(guī)則頂替效率越低，采用較小的流速(小于0.5m/s)有利于頂替效率的提高，注水泥頂替效率隨套管偏心程度的增

4、加基本呈現(xiàn)出線性降低的趨勢(shì)。 旋流的產(chǎn)生使得固井過(guò)程中的紊流特性增加，而合理的旋流扶正器結(jié)構(gòu)既可以保證旋流的產(chǎn)生，又不至于形成過(guò)多的流動(dòng)壓降。本文通過(guò)ANSYS數(shù)值模擬研究建立了旋流扶正器旋流衰減壓降方程，得出了肋片截面面積、肋片長(zhǎng)度、肋片高度及偏心距的變化、肋片升角對(duì)頂替效率影響的規(guī)律，優(yōu)化了旋流扶正器的結(jié)構(gòu)。并且考慮到雷諾數(shù)表達(dá)式與流體性能參數(shù)、流體密度ρ以及固井工作參數(shù)的環(huán)空返速u(mài)<,0>有關(guān)，把流體性能參數(shù)與固井工作參數(shù)

5、對(duì)旋流長(zhǎng)度的影響歸結(jié)為雷諾數(shù)對(duì)旋流長(zhǎng)度的影響，建立了旋流扶正器的最佳安放間距模型。 基于優(yōu)化顆粒級(jí)配模型和外摻料粒徑分析結(jié)果確定了漂珠、微硅及水泥等外摻料的加量配比，實(shí)驗(yàn)確定了降失水劑及分散劑的最佳加量范圍，從而得到最終低密水泥基本配方：針對(duì)低密水泥基本配方進(jìn)行了水泥石高溫抗壓強(qiáng)度和長(zhǎng)期力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，對(duì)低密水泥石的抗高溫機(jī)理進(jìn)行了探討。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多口井的試驗(yàn)，候凝24小時(shí)后經(jīng)CBL聲幅和VDL檢測(cè)，界面膠結(jié)良好，固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)率