雁翎油田注入氮气沿微环隙窜流的可能性分析

氮气沿微环隙窜流的可能性是雁翎油田注氮气前需要研究的一系列潜在的渗漏因素之一。加压水泥胶结测井资料和微环间隙宽度计算表明，雁翎油田注入的氮气沿雁３４０井微环隙窜流的可能性最大，其次为雁斜１井，而雁２２井和雁４５井可能性不大。从４口井加压水泥胶结测井资料可以看出，雁２２井和雁４５井只有部分井段存在微环隙，雁３４０和雁斜１井在雾迷山组油藏主要盖层是下第三系沙二、三泥岩段，此泥岩段存在连续的微环隙，本文为此建立了计算模型．在无加压测井声波响应特征难以区别微环隙和部分胶结时．需要进行加压测井。加压测井的压力可通过井史套管受力分析事先估计出来，现场测井时再选取最佳测井压力。方法是将测井仪器停在可能存在微环隙的深度，逐步加大井口压力，直至声幅值不再下降，此时的压力为最佳测井压力。     

体积压裂过程中固井界面微环隙扩展的数值模拟

射孔完井作业中射孔会对水泥环完整性造成破坏,尤其是固井界面微环隙的产生,导致后续压裂过程中出现环空带压与环空窜流的问题。针对此问题,建立压裂过程中水泥环界面微环隙扩展三维模型,通过Cohesive单元损伤模型模拟固井界面在体积压裂过程中微环隙的扩展,对界面微环隙的扩展长度进行分析计算,研究不同参数对压裂过程中固井界面失封长度的影响。结果表明:适当降低水泥环弹性模量,提高水泥石与套管、地层的胶结强度有利于减小水泥环界面微环隙扩展长度,保证水泥环有效封固;研究结果能够对体积压裂条件下的水泥环封固性能进行评价和预测。     

固井界面微环隙产生机制及计算方法

针对油气井生产过程中固井界面微环隙的产生和发展规律进行仿真试验研究,并对套管-水泥环界面的黏结力进行测量,基于以上研究建立固井界面微环隙的理论计算方法。结果表明:套管内压过大导致水泥环产生塑性变形,套管内压减小时固井界面将受拉,实测固井界面存在数量级为0.1 MPa的黏结力,当界面拉力足以克服界面黏结力时,固井界面将会脱离产生微环隙;套管内压值越大,压力卸载后产生微环隙的机率越大,且微环隙尺寸越大;相同胶结质量下固井一界面比二界面更容易产生微环隙;理论计算结果与仿真试验结果具有较好的一致性。     

乌石17-2油田压裂井水泥环完整性评价

为了准确评价压裂井固井水泥环完整性,针对乌石17-2油田压裂井开展了交变载荷条件下的水泥环完整性失效评价实验,并基于交变压力疲劳累积损伤原理及失效准则分析了压裂井水泥环完整性失效原因,并得到了围压30MPa及交变载荷条件下水泥环完整性的失效规律。结果表明：①交变压力使水泥石内部组织受到损伤,其力学性能指标（如抗压强度等）随着交变压力循环次数的增加而降低;②套管-水泥石界面粘结强度较小,压裂加压过程中水泥环塑性累积导致卸压时套管与水泥环界面应变不一致,当界面拉应力超过界面粘结强度时,界面分离形成微环隙;③围压30MPa及交变载荷条件下水泥环完整性失效首先以微环隙为主,增大水泥石弹性及变形能力有助于保障其完整性。该结论可为乌石17-2油田压裂井水泥浆体系完善及压裂施工作业提供技术参考,有助于保证压裂井水泥环完整性。     

注汽井氮气隔热效果数学物理模拟研究

为评价注汽井油套环空充填氮气的隔热效果和确定环空注氮气隔热工艺的技术条件，建立了隔热油管、油套环空充氮气隔热井筒传热物理模型和数学模型，通过物理模拟现场不同注汽参数，监测井筒模型不同半径处径向温度场分布，结合井筒传热数值模拟计算，从不同侧面评价现场注蒸汽井油套环空充氮气的隔热效果、影响因素和适用范围。研究结果表明，在油套环空不发生窜流的前提下，环空注氮气会导致井筒径向总传热系数增加，不利于井筒隔热。当油套环空发生窜流时，只要保证注氮气压力不低于注汽压力，注汽井油套环空注氮气隔热技术就是有效和值得推广的。     

基于拉伸胶结强度的水泥环一界面完整性评价

油气井工作液密度降低或油气开采必将导致井筒内压降低,使水泥环一界面受到拉伸作用,造成水泥环与套管发生剥离,从而产生微环隙。过去由于没有拉伸胶结强度测量装置和方法,在进行水泥环封隔完整性研究和设计时,均采用水泥环一界面的剪切胶结强度或者水力胶结强度,导致在水泥浆体系优选和封隔完整性设计时存在不足。为此,根据水泥环工作时的受力过程,研制了水泥环一界面拉伸胶结强度测试装置并提出了相应的测量方法,基于该装置进行了水泥浆体系优选及一界面封隔完整性评价。通过对比水泥环一界面拉伸胶结强度和剪切胶结强度,发现前者约是后者的0.37～0.45,采用剪切胶结强度进行水泥浆体系优选或封隔完整性评价可能导致水泥环一界面封隔失效。实验发现,在高压养护条件下胶乳水泥浆体系一界面拉伸胶结强度大于膨胀增韧水泥浆体系和自愈合水泥浆体系一界面拉伸胶结强度。将水泥环一界面拉伸胶结强度作为油气井固井水泥浆实验设计、评价水泥环封隔完整性的重要依据之一,更能保证油气井安全生产运行。     

稠油热采井补贴管管柱界面粘脱分析与防治

稠油井注汽热采过程中,热应力易使补贴管与水泥环之间出现微裂缝、微环隙,致使界面出现粘脱现象,进而导致补贴失效。为延长补贴管使用周期,首先基于井下管柱三轴热应力理论与界面破坏准则,运用ABAQUS有限元软件建立热采井补贴管热力耦合三维有限元模型,模拟实际注蒸汽热采过程,得出补贴管-水泥-旧套管-水泥-地层系统的温度场、应力场分布规律及补贴管界面粘脱情况,并研究不同注汽温度、注汽压力、胶结强度等因素对补贴管界面黏结状态的影响;随后将预应力技术应用于补贴管二次固井过程中,并在不同工况下将施加预应力技术前后补贴管界面粘脱状态进行对比,界面粘脱长度显著降低;最后确定了不同温升条件下的预应力施加值,为二次固井与套损治理提供指导意义。     

斜井水力压裂三维裂缝动态扩展数值模拟

斜井的近井筒效应较为复杂,若存在射孔相位误差,极易在地层和水泥环交界面处产生微环隙,引起较高的近井压降,甚至在微环隙内产生砂堵,造成压裂施工失败。对于斜井水力压裂裂缝三维几何形态的预测,一直是水力压裂领域的难题。本文采用黏弹性损伤cohesive孔压单元,考虑套管、水泥环、地层、射孔孔眼和微环隙对水力压裂的影响,建立了斜井的水力压裂三维裂缝形态的有限元模型。同时,考虑水力压裂过程中储层岩石渗透率和孔隙度的动态演变,对渤海湾地区20°井斜角的C5井开展了水力压裂裂缝动态扩展的数值模拟研究,计算得到的井底压力曲线与现场施工曲线一致。研究了斜井水力裂缝和微环隙的起裂和扩展机理。微环隙在水力压裂的初始阶段沿井眼周向和轴向同时起裂并扩展,随着水力裂缝的扩展而逐渐闭合,对于具有较复杂近井筒效应的硬地层大斜度井而言,微环隙的起裂和多条裂缝的产生,极易导致压裂失败。斜井水力裂缝近似两翼对称,易向地应力较小的盖层扩展,缝高较难控制。数值模拟结果为现场水力压裂的设计提供理论指导。     

斜井水力压裂三维裂缝动态扩展数值模拟

 斜井的近井筒效应较为复杂,若存在射孔相位误差,极易在地层和水泥环交界面处产生微环隙,引起较高的近井压降,甚至在微环隙内产生砂堵,造成压裂施工失败。对于斜井水力压裂裂缝三维几何形态的预测,一直是水力压裂领域的难题。本文采用黏弹性损伤cohesive孔压单元,考虑套管、水泥环、地层、射孔孔眼和微环隙对水力压裂的影响,建立了斜井的水力压裂三维裂缝形态的有限元模型。同时,考虑水力压裂过程中储层岩石渗透率和孔隙度的动态演变,对渤海湾地区20°井斜角的C5井开展了水力压裂裂缝动态扩展的数值模拟研究,计算得到的井底压力曲线与现场施工曲线一致。研究了斜井水力裂缝和微环隙的起裂和扩展机理。微环隙在水力压裂的初始阶段沿井眼周向和轴向同时起裂并扩展,随着水力裂缝的扩展而逐渐闭合,对于具有较复杂近井筒效应的硬地层大斜度井而言,微环隙的起裂和多条裂缝的产生,极易导致压裂失败。斜井水力裂缝近似两翼对称,易向地应力较小的盖层扩展,缝高较难控制。数值模拟结果为现场水力压裂的设计提供理论指导。     

镇—泾油田防水窜固井工艺技术难点及对策

镇—泾油田存在油水同层、水层分布丰富、底水活跃、原油伴生气等特点,水泥浆在凝固期间容易受地层流体的侵蚀、冲刷、污染,从而影响水泥浆的水化反应和强度发展,导致水泥浆容易发生油气水窜,影响水泥环的胶结质量。通过分析,研究出适合本工区的水泥浆体系和固井工艺技术措施,解决了镇—泾油田油气水窜的问题。优质率由28%提高到88.23%,提高60.23%。合格率由76%提高到100%,提高24%。     

固井界面接触热阻对井筒温度场预测的影响

固体界面不完整接触会产生接触热阻。为研究固井界面微环隙对井筒温度场预测的影响,本文设计并制作了空气条件下测试固体界面接触热阻的实验设备,验证了所推导的接触热阻理论计算方法,研究了忽略固井界面接触热阻对井筒温度场预测精度的影响。结果表明：303~573K空气条件下实验设备测试结果的相对误差不超过9.28%;接触热阻理论计算方法与表面间距和温度有相关性;固井界面微环隙增大（5×10-5m~1×10-3m）、注蒸汽时间增加（2d~40d）、地层温度升高（305K~400K）等情况下,预测井筒温度场时不考虑固井界面充填气体的微环隙接触热阻,将使计算的水泥环外壁温度有较小的偏低（约3K）,而水泥环内壁温度和地层内壁温度有较大的偏高（约14K）。考虑固井界面微环隙的接触热阻可以提高井筒温度场预测的精度。     

高温高压气井预应力固井技术研究及现场实验评价

随着石油天然气资源开采规模的增加,油气资源开采难度越来越大,深井、超深井、复杂井、高难度井数量不断增加,固井难度也不断增加,固井质量和井筒完整性面临严峻考验。预应力固井技术作为一项与材料力学相结合的前沿技术,通过先期采用不同的方法对套管周向施加一定的预应力,保证套管刚性的条件下发生弹性变形,外作用力消失后可有效降低水泥环与套管之间微环隙的产生。本文开展了预应力固井技术的研究和现场应用试验,形成了一套适合高压气井的预应力固井工艺技术,总结出预应力固井技术现场施工方案、技术措施,形成了一套预应力固井技术和配套的地面施工工艺措施,用以提高固井第一界面的胶结质量,减少气窜的可能性。     

裸眼时差与变密度测井地层波能量相结合改进固井Ⅱ界面评价

固井Ⅱ界面胶结情况直接影响生产井中油、水层的窜通，是固井质量检测的重要环节。利用裸眼井声波时差资料计算出变密度波列中的地层波波至，结合现场变密度资料在频域内对地层波能量进行了准确求取，并对固井Ⅱ界面进行了评价。结果表明，固井Ⅰ、Ⅱ界面水泥完全胶结时，地层波能量和声波时差存在一定的指数关系。在此基础上考虑地层声速参数对地层波能量的影响，特别是快、慢地层对Ⅱ界面评价的影响，给出了一种新的主要反映水泥胶结质量的Ⅱ界面胶结指数的定义。评价结果表明，新的胶结指数曲线在固井Ⅱ界面胶结良好井段相对较平滑且数值接近于1，基本能够消除地层声速对Ⅱ界面胶结质量的影响，进而改进了固井Ⅱ界面的评价质量。     

高密度钻井液条件下的顶替效率

顶替效率是固井施工过程中最难控制的因素,提高注水泥的顶替效率能有效驱替钻井液、清除钻井液虚泥饼,从而提高水泥胶结质量和水泥环密封性能。是防止油、气、水窜的前提。随着开采工艺的发展,对固井顶替效率提出了更高的要求：影响顶替效率的因素复杂多变,本文针对影响顶替效率几大重点因素展开深入研究,结合大庆油田近几年来使用越来越多的高密度钻井液引起的固井顶替效率低的实际,通过对现场的实测数据进行综合分析,为大庆油田高密度钻井液井的固井施工设计及提高顶替效率措施提供依据。     

页岩气井套管内压周期变化对水泥环密封失效的实验研究

压裂、回注、储气库注采等作业将造成套管内压的循环变化,最终导致水泥环的密封失效.针对前人套管内压循环变化造成水泥环密封失效破坏的实验研究并结合最新的实验结果,分析了是否考虑地层岩石约束两种井眼系统工况条件下的水泥环失效破坏方式.分析结果显示:未考虑地层岩石约束的实验易导致水泥环的周向拉伸破坏而产生径向裂纹;套管-水泥环界面过渡区的存在能降低水泥环的径向压应力和周向拉应力,从而降低水泥环产生拉伸破坏的风险;考虑地层岩石的约束时,水泥环内外界面受到套管和地层岩石的径向和周向约束,阻止了已经达到拉伸强度极限的水泥环发生拉伸破坏而产生径向裂纹的趋势;套管内压增大时,井下工况中水泥环主要发生塑性屈服破坏产生微环隙,基本不会发生周向拉伸破坏.研究成果可为固井优化设计提供参考.     

惠民凹陷临盘油田沙二下亚段储层成岩演化

通过取心井的岩心观察和室内分析，结合沉积微相的研究，探讨了临盘油田沙二下亚段成岩作用特点，建立发滩坝沉积的埋藏成岩演化模式。通过研究认为，尽管沙二下亚段埋藏较浅，但成岩作用已达到晚成岩Ａ１期，储层总体上处际弱压实，弱胶结状态，次生孔隙较发育。     

裸眼时差与变密度测井地层波能量相结合改进固井Ⅱ界面评价

固井Ⅱ界面胶结情况直接影响生产井中油、水层的窜通,是固井质量检测的重要环节.利用裸眼井声波时差资料计算出变密度波列中的地层波波至,结合现场变密度资料在频域内对地层波能量进行了准确求取,并对固井Ⅱ界面进行了评价.结果表明,固井Ⅰ、Ⅱ界面水泥完全胶结时,地层波能量和声波时差存在一定的指数关系.在此基础上考虑地层声速参数对地层波能量的影响,特别是快、慢地层对Ⅱ界面评价的影响,给出了一种新的主要反映水泥胶结质量的Ⅱ界面胶结指数的定义.评价结果表明,新的胶结指数曲线在固井Ⅱ界面胶结良好井段相对较平滑且数值接近于1,基本能够消除地层声速对Ⅱ界面胶结质量的影响,进而改进了固井Ⅱ界面的评价质量.     

井楼油田注汽井调剖参数优化设计方法研究

通过分析蒸汽吞吐的汽窜动态和汽窜方式，考虑汽窜通道内为蒸汽凝析特征，建立了窜流通道内蒸汽驱的非活塞驱替模型，依据窜通井射孔段的油层物性差异，给出了井间平均连通程度和窜通角的计算方法，并计算出窜汽量，然后由非活塞式驱替模型和汽窜动态资料确定井间窜通孔隙体积。数值模拟结果表明，调剖段塞位置处于井间之半时，调剖效果较好，调剖段塞尺寸为10％～15％汽窜孔隙体积时蒸汽波及效率基本达到最大。对L1833井进行调剖参数设计，按照深部调剖原则选取颗粒堵剂粒径，调剖剂用量为32m^3，实施调剖后注汽，对应邻井的井口温度和含水率变化趋势正常，未出现汽窜现象，堵调效果较好。     

惠民凹陷临盘油田沙二下亚段储层成岩演化

通过取心井的岩心观察和室内分析，结合沉积微相的研究，探讨了临盘油田沙二下亚段成岩作用特点，建立了滩坝沉积的埋藏成岩演化模式．通过研究认为，尽管沙二下亚段埋藏较浅，但成岩作用已达到晚成岩Ａ１期，储层总体上处于弱压实、弱胶结状态，次生孔隙较发育．由于沉积和成岩作用的共同影响，处于原始高位的坝顶砂岩为较好的油气储层．     

模拟压裂作用对水泥环密封性破坏及改善研究

利用全尺寸水泥环密封性评价装置,研究了多段压裂作用下水泥环的密封完整性。分析了密封性破坏的机理;并提出了相应改善措施和评价标准。试验结果显示基浆水泥环在压裂交变应力作用下,加卸载次数较少时,水泥环密封完整性即遭到破坏;密封性失效发生在卸压阶段水泥环与套管之间的界面处。表明在套管内压高应力作用下,弹性模量较高的基浆水泥环中产生较大的应力,除了发生弹性变形还产生了塑性变形;卸载时套管弹性回缩,水泥环中塑性变形不可完全恢复而存在残余应变,导致二者在界面处的变形不协调一致而引起拉应力。随着压裂应力交变次数的增加,水泥环塑性变形不断累积,卸载后的残余变形和拉应力也随之增大。当拉应力超过界面处的胶结强度时出现微环隙,水泥环密封性破坏。采用掺入胶乳、弹性粒子等形成弹塑性水泥石,弹性模量降低并保持较高的抗压强度,压裂作用时水泥环中产生的应力相对其抗压强度较低,产生的塑性变形较小,因此提高了水泥环保持密封完整性时压裂应力交变的次数,改善了水泥环的密封性。