下载文档原格式
摘要固井后水泥浆环空发生气窜是当前固井工艺技术存在的三大技术问题之一。
至今仍是国内外固井界未能很好解决的问题。
据估计，大约25%的完井过程中存在着气窜。
固井后环空发生气窜将损坏储层，影响油井自然产能，对油气田开发后续作业造成不利影响，即使采用挤水泥等补救工艺也很难奏效，严重时将导致油气井报废，浪费资源。
自上世纪60年代以来，国内外对固井后环空气窜机理、预测方法及防气窜技术方法进行了大量的系统研究，设想客观、准确评价水泥浆的防气窜能力，但还未能从根本上解决固井后环空气窜技术问题，因此气窜的有关成因及防窜措施值得进一步研究和探索。
本文试图分析油井水泥浆发生气窜的原因，进一步主要了解国内外固井水泥浆防气窜性能评价方法以及它的计算式，深入了解美国千德乐公司开发的5265型静胶凝强度分析仪的工作原理，通过此仪器的一个常规水泥浆试验案例来了解一般水泥浆体系的静胶凝强度发展规律，结果表明，温度、压力、稠化时间在水泥浆静胶凝强度的发展过程中的影响比较明显，而水泥浆的失水量和密度对于水泥浆静胶凝强度的发展的影响作用并不是非常的明显。
之后在实例数据的基础之上，利用数理统计的方法，建立了水泥浆静胶凝强度的计算模型，为了方便计算水泥浆静胶凝强度，并将其应用于气窜的预测，最后本文结合了水泥浆有效液柱压力计算方法和水泥浆气侵阻力计算方法，从决定气窜发生与否的压力平衡关系出发，设计了水泥浆静胶凝强度预测以及防气窜评价程序，为以后油气井防气窜工作提供科学的依据，从而提高油气田开发的经济效益。
关键词：气窜，静胶凝强度，水泥浆失重，评价方法，固井质量AbstractAfter cementing cement annulus gas channeling is one of the three major technical problems of current cementing technology,and this problem is still not well resolved at home and abroad .According to estimates, there are gas channeling in the completion process of about 25%. The annular gas channeling after cementing will damage the reservoir, influence natural productivity of oil wells; and adverse impact on oil and gas field development and subsequent operations; even if the use of cement squeeze, remedial process is also very difficult, which will lead to waste of resources ,even if abandon of oil well.Since 60's n last century, domestic and foreign do a lot of system study to the annular channeling of cementing mechanism, forecasting and preventing gas channeling techniques , How to evaluate the gas-channeling prevention performance of cement slurry objectively and accurately,it is still a question can not resolved perfectly for the cement industry at home and abroad , therefore the causes and channeling prevention measures is worthy of further study and exploration.This paper tries to analyze the reason of oil well cement slurry gas channeling, To further understand the cement slurry anti-gas channeling performance evaluation methods and its calculation method.Mainly from the conventional cement slurry static analysis method of gel experiment，The results show that the influence of temperature, pressure, the development process, the thickening time of static gel strength in cement slurry are obviously.The effect of cement slurry filtration rate and density effects on the development of static gel strength of cement slurry is not very obvious,Then on the basis of the experimental data, using the methods of mathematical statistics, established the calculation model of static gel strength of cement paste.In order to facilitate the calculation of cement slurry gel strength, it was applied to predict the gas channeling.This paper combines the cement slurry effective fluid column pressure calculation method and cement slurry gas cutting resistance, from the gas migration balance relationship of cement slurry, the static gel strength prediction and gas channeling evaluation procedure for oil and gas wells, gaschanneling prevention work provided scientific basis, so as to improve the development of oil and gas fields economic benefit.Key words：Gas channeling，Slurry Weight Loss，Static gel strength，Evaluation method，Cementing quality目录1 前言 (1)1.1 研究气窜的目的及意义 (1)1.2 气窜研究历程以及国内外研究进展 (1)1.3 国内固井水泥浆防气窜技术与国外的差距 (3)1.4 本文的主要工作 (4)1.5 本文的主要思想 (5)2 水泥浆防气窜性能评价方法 (6)2.1 气窜的途径 (6)2.2 气窜的机理分析 (6)2.3 防气窜性能评价方法 (9)2.3.1 平衡压力法 (9)2.3.2 气窜潜力系数法(GFP) (10)2.3.3 水泥浆性能系数法（SPN） (11)2.3.4 修正的水泥浆性能系数法(SPNx) (12)2.3.5 水泥浆性能响应系数法（SRN） (13)2.3.6 胶凝失水系数法（GELFL） (14)2.3.7 综合因子法(CCGM) (14)2.3.8 阻力系数法 (16)2.4 防气窜评价方法存在的问题 (17)2.5 本章小结 (18)3 水泥浆防气窜性能评价实验模型 (19)3.1 水泥浆静胶凝强度的概念 (19)3.2 水泥浆静胶凝强度理论 (20)3.3 静胶凝强度测量装置及原理 (20)3.3.1 静凝胶强度测量装置 (20)3.3.2 静凝胶强度测量装置工作原理 (22)3.4 实验模型案例 (22)3.4.1 常规水泥浆的配方 (23)3.4.2 温度对常规水泥浆体系静胶凝强度的影响 (23)3.4.3 压力对常规水泥浆体系静胶凝强度的影响 (24)3.4.4 稠化时间对常规水泥浆体系静胶凝强度的影响 (26)3.4.5 失水量对常规水泥浆体系静胶凝强度的影响 (27)3.4.6 密度对常规水泥浆体系静胶凝强度的影响 (29)3.5 本章小结 (31)4 水泥浆防气窜性能评价数值模型 (32)4.1 多元线性回归模型 (32)4.2 影响因素相关性评判方法 (33)4.3 影响因素综合分析案例 (35)4.3.1 常规水泥浆直线段的数据回归 (35)4.3.2 常规水泥浆曲线段的数据回归 (37)4.3.3 建立的静凝胶强度的的数值模型 (40)4.4 数值模型的验证 (41)4.5 本章小结 (42)5 设计气窜评价软件模型 (43)5.1 设计模型的功能简介 (43)5.2 设计模型的数值计算式 (43)5.2.1 评价气窜的力学平衡方程式及其导出式 (43)5.2.2 常规水泥浆静胶凝强度的数学模型 (45)5.3 设计模型的思路 (46)5.4 设计模型的使用说明 (46)5.4.1 输出结果分析 (46)5.4.2 气窜评价模型流程图 (47)5.4.3 界面设计 (48)5.5 本章小结 (50)6 结论及建议 (51)参考文献 (54)1前言1.1研究气窜的目的及意义固井后环空气窜是指在注水泥结束后,在水泥浆由液态转化为固态过程中,水泥浆难以保持对气层的压力或由于水泥浆窜槽等原因造成胶结质量不好,气层气体窜入水泥石基体,或进入水泥与套管或水泥与井壁之间的间隙中造成层间互窜甚至窜入井口。
川西地区防气窜固井技术作者：洪少青(中石化石油工程西南有限公司固井分公司 )摘要：四川川西地区地下富含丰富的天然气资源，但该地区具有复杂的地质条件：气层多且活跃，地层压力体系复杂，存在裂缝发育等，固井工程防窜难度相当的大，文章分别针对浅层气井及深井固井防窜进行阐述，包括技术难点、技术措施及固井工艺采用水泥浆体系，以利于川西提高固井质量，消除气窜现象。
关键词：川西防窜固井工艺序言四川盆地是一个四面群山环抱，受强烈挤压的构造盆地。
盆地内同等发育着海、陆两大沉积构造，沉积面积总厚度大6000—1200m.地貌上以北东向伸展的龙泉山、华蓥山为界，大体可分为盆西的成都平原、盆中红色丘陵、盆东平行谷岭。
盆地西部是一个大型的坳陷区.在川西坳陷及其东坡面积近6×104km2范围内,发育有巨厚的上三叠系和侏罗系陆相碎屑岩地层。
侏罗系蓬莱镇组气藏及沙溪庙气藏是目前主力开发的气藏，上三叠统须家河组气藏是目前深层天然气的主要勘探、评价层系。
根据多年来的实钻情况来看川西地区油气藏具有以下复杂的地质条件。
1) 多气层，异常高压系统川西地区钻井工程中钻遇的压力体系十分复杂，具有超高压、多压力系统等地层压力特点。
在蓬莱镇组中下部井深约800m以后，压力系统就逐步进入了高压过渡带，到须四、须三段压力达到了超高压压力段，最高地压梯度大于 2.0MPa/100m，之后在须二段又出现了低压段，地层压力梯度普遍在1.55—1.58MPa/100m。
川西地区钻井过程中钻遇的气层多，气层纵向跨度大。
目前探明的气层从300m 到5300m均有发育。
由浅至深，从蓬莱镇组到须家河二段的地层已经探明具有工业开采价值的气藏有8层组（即蓬莱镇、遂宁组、上沙溪庙、下沙溪庙、千佛崖、白田坝、须家河四段、须家河二段），含气层砂体多达数十组。
2) 地质特性复杂川西钻井过程中钻遇多套地层，地质特性复杂，钻遇岩性差异较大，由岩性引起的硬、塌、缩径等复杂情况。
2 王珍应,徐铭陶.用传递矩阵法计算钻柱固有频率.石油钻探技术,1988;(3)3 陈朝达.钻铤长度及减振器位置对JZ45钻机钻柱振动的影响.西安石油学院学报,1989;(4)4 谢竹庄.钻柱中的弹性波.石油学报,1992;(3)5 克拉夫R W,彭津J 著,王光运等译.结构动力学.北京:科学出版社,1981审稿人 教授级高级工程师 李鹭光收稿日期 1996-12-26 编辑 钟水清ra*作者简介见本刊1996年第6期。
地址:(637001)四川省南充市石油东路。
电话:(0817)2224433)2913。
利用解析法直接预测气井注水泥后环空防止气窜的能力徐璧华*(西南石油学院)曾 东(四川石油管理局川西南矿区钻井公司)徐璧华等.利用解析法直接预测气井注水泥后环空防止气窜的能力.天然气工业,1997;17(5):48~51摘 要 如何准确预测环空气窜,一直是国内外的一个研究目标。
Dowll Schlumberger 公司提出的预测固井后是否会发生气窜的方法,通过综合分析几个可能影响气窜的参数,从总体上评价出固井后环空防气窜的能力,在预测气窜上取得了一定的效果。
但该方法是根据国外有关油气田的大量气井资料通过统计分析后得出的,并且以计算尺的方式提供给现场使用,这给我国气井开发中应用和改进该项技术带来了一定难度。
文中主要介绍了对这一方法所进行的解析分析,并提出了应用这项技术的解析公式,指出了进一步完善该项技术的方法。
主题词 固井 注水泥 水泥环窜槽 防窜 水泥浆 预测固井后环空发生气窜将会造成严重后果,甚至造成全井报费。
因此如何准确预测环空气窜,并为固井施工设计提出防止气窜的方法,已成为国内外多年来主要研究的一项技术,目前主要有几种预测气窜的方法,其中在国外应用较多的是Sutton 提出的/气窜潜力系数(GFP )0法、水泥浆性能系数(SRN )法和1989年Rea 提出CCGM 法(Chances of Controlling Gas M ig ration)等。
水泥浆防气窜性能评价新方法朱海金;屈建省;刘爱萍;邹建龙;许加星【期刊名称】《天然气工业》【年(卷),期】2010(030)008【摘要】目前固井行业缺乏可结合实际情况进行水泥浆防气窜性能的评价方法,导致在单井设计中水泥浆的防气窜性能难以把握.通过规范水泥浆静胶凝强度的试验分析,提出将环空水泥浆柱视为由多段长度为30.48 m的水泥浆柱组成,考察最接近气层水泥浆柱能否抵抗气侵从而延绅至井口的整个水泥浆柱的环空水泥浆防气窜性能的评价新方法.使用该方法对固井水泥浆配方进行了研究,并结合气田的现场尾管固井实例对所选水泥浆配方进行了评价.结果表明,在水泥浆的防气窜设计中仅强调控制水泥浆失水或缩短水泥浆候凝期间的过渡时间是不够的,必须提高水泥浆在候凝期间的内部结构阻力或降低水泥浆在候凝期间的渗透率,才能确保气井的固井质量.该方法可指导入井水泥浆的防气窜性能设计及评价.【总页数】4页(P55-58)【作者】朱海金;屈建省;刘爱萍;邹建龙;许加星【作者单位】天津中油渤星工程科技有限公司;天津中油渤星工程科技有限公司;天津中油渤星工程科技有限公司;天津中油渤星工程科技有限公司;天津中油渤星工程科技有限公司【正文语种】中文【相关文献】1.胶乳水泥浆的防气窜性能评价及应用 [J], 许加星;邹建龙;朱海金;赵宝辉2.胶乳水泥浆的防气窜性能评价及应用 [J], 许加星;邹建龙;朱海金;赵宝辉3.韧性防气窜水泥浆体系在水平井中的研究与应用 [J], 马骏;彭松;钟新新;刘景丽;王绮;李立华;刘泸萍;姜鹏4.南海超高温耐腐蚀防气窜固井水泥浆体系研究 [J], 武治强;岳家平;谢仁军;幸雪松;范白涛5.水泥浆防气窜关键性能及防气窜能力评价方法 [J], 任秋璇;胡倩;蒋中晟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
固井水泥浆防气窜性能评价方法研究的开题报告1. 研究背景固井水泥浆是油气井固井施工中的关键材料之一，其重要作用是固定套管和保护地层。
固井水泥浆在固井过程中会受到各种力学、化学和环境因素的影响，其中之一就是气窜现象。
气窜是指固井水泥浆在充填套管过程中，由于压力和密度不足以抵抗地层内高压气体的作用，导致固井水泥浆中出现气体通道，从而影响固井效果。
因此，固井水泥浆的防气窜性能是评价固井质量的重要指标之一。
2. 研究目的本文旨在研究固井水泥浆防气窜性能评价方法，包括实验室模拟和场地试验两种方法，从而提高固井水泥浆的施工质量和效果。
3. 研究内容本研究的主要内容包括：（1）固井水泥浆防气窜性能的定义和测量指标：分析气窜现象的原因和影响因素，确定固井水泥浆的防气窜性能测量指标和方法。
（2）实验室模拟方法：建立固井水泥浆防气窜性能测试的实验方法和条件，并进行实验数据处理和分析。
（3）场地试验方法：根据实际固井施工需要，设计相应场地试验方案，并进行数据采集和分析。
（4）结果分析与讨论：综合实验室模拟和场地试验数据，分析固井水泥浆防气窜性能的影响因素，提出优化措施和建议，提高固井质量和效果。
4. 研究意义本研究将为固井水泥浆防气窜性能的评价方法提供新思路和理论基础，为固井施工质量的提高和保障地层环境的安全提供技术支持和指导，具有重要的应用和推广价值。
5. 研究方法本研究采用实验室模拟和场地试验相结合的方法，对固井水泥浆的防气窜性能进行评价。
实验室模拟方法主要包括密度、压力、温度等因素的控制和气窜现象的模拟；场地试验方法则针对实际固井施工情况，通过固井水泥浆的注入和现场观察等手段，评估其防气窜性能。
最后，综合实验室模拟和场地试验结果，进行数据分析和讨论。
6. 预期成果预期成果包括固井水泥浆防气窜性能评价方法的建立和完善，以及在实验室和场地试验中所得到的数据和结果，为固井施工质量的提高和环境保护提供技术支持和指导。
川西水平井水泥浆防气窜评价方法
朱礼平;廖忠会;刁素;严焱诚
【摘要】In order to solve the poor quality of cementing production casing of horizontal wells, the gas channeling control property design of the cement slurry was taken as the break point, and the influence of different cement slurry to gas channeling was analyzed through lab experiments. And the adaptability of evaluation methods for gas channeling control was evaluated. Then the multi-factor evaluation method was put forward for gas channeling control performance of cement slurry on horizontal wells, considering the horizontal well trajectory features. It was the evaluation method for modified A value or SPN value under none free water and filter loss less than 50 rtiL. The successful application of the new method on cementing the middle-shallow horizontal wells in West Sichuan area provided a theoretical direction for the horizontal well cementing in West Sichuan.%为解决水平井开发中油层套管固井质量差的实际难题,从水泥浆防气窜性能设计入手,通过室内实验分析了不同体系水泥浆性能对气窜的影响,评价了各种常用防气窜评价方法的适应性；结合水平井井眼轨迹特点,形成了水平井水泥浆防气窜性能多因素评价方法,即在自由水为0和滤失量小于50 mL条件下修正了水泥浆性能系数(SPNx值)和阻力系数(Ax值)评价方法,并成功应用于川西某口中浅层水平井固井中,为以后川西水平井固井水泥浆防气窜性能设计提供了理论指导.
【期刊名称】《石油钻采工艺》
【年(卷),期】2012(034)001
【总页数】3页(P60-62)
【关键词】水平井;固井;水泥浆性能;防气窜;评价方法;川西地区
【作者】朱礼平;廖忠会;刁素;严焱诚
【作者单位】中国石化西南油气分公司工程技术研究院,四川德阳618000;中国石
化西南油气分公司工程技术研究院,四川德阳618000;中国石化西南油气分公司工
程技术研究院,四川德阳618000;中国石化西南油气分公司工程技术研究院,四川德
阳618000
【正文语种】中文
【中图分类】TE256
与常规直井相比，水平井由于造斜段和水平段井眼轨迹影响，存在套管居中度不高、水泥浆顶替效率不好等难题，大多数水平井油层套管固井质量都不理想，很难保证水平井长效封固质量，影响着油气井长期安全生产［1］。
总体上，水平井固井质量影响因素可概括为固井工艺水平和水泥浆体系2个方面，前者可依靠水平井固
井工具或技术进步得以解决，但后者只能依靠水泥浆设计方法及评价方法创新来解决。
对川西高压低渗气藏水平井而言，水泥浆体系设计中除了进行常规性能设计外，主要需要考虑水泥浆防气窜能力。
当前，水泥浆防气窜性能评价方法主要适用于直井，主要有气窜潜力系数法（GFP）、水泥浆性能系数法（SPN值）、水泥浆阻力系
数法（A值）、抗气窜系数法（Emig值）等［2-5］，这些方法均具有一定局限性。
目前对于水平井水泥浆防气窜性能评价尚无统一标准，还没有全面满足水平井水泥浆防气窜设计要求的评价方法。
为此，笔者利用实验方法分析了不同体系水泥浆性能对气窜的影响，评价了各种常用防气窜评价方法的适应性，并结合水平井井
眼轨迹特点，形成了水平井水泥浆防气窜性能多因素评价方法，并成功应用于川西某口中浅层水平井固井中。
（1）实验水泥浆体系。
选用了非渗透水泥浆、胶乳水泥浆和常规降滤失水泥浆3
种体系，油井水泥为嘉华G级高抗硫水泥。
（2）实验仪器。
OWC-2250常压稠化仪，OWC-9710高温高压失水仪，8-25-10增压稠化仪，水泥浆失重气窜测试仪等。
（3）实验方法。
水泥浆制备及常规性能测试均按GB 10238—2005［6］进行评价，水泥浆防气窜性能按直井水泥浆防气窜性能评价方法（SPN值、A值和Emig 值）进行评价。
按照GB 10238—2005《油井水泥》对非渗透、胶乳和常规降滤失水泥浆15个配方进行了滤失量、自由水、候凝时间等性能测试，并用直井水泥浆防气窜性能评价方法进行了防气窜性能评价，其结果见表1～表3。
分析表1～表3可得出以下认识。
（1）对同一水泥浆体系而言，采用不同评价方法的结果有一定差异，具体表现为：①非渗透水泥浆，从SPN值看，1#水泥浆SPN值13.39，为弱防气窜浆体，
2#～5#水泥浆SPN值均小于3，为强防气窜浆体；从A值看，1#～5#水泥浆均
低于0.110，为强防气窜浆体；②胶乳水泥浆，对于API滤失量较高的6#水泥浆，采用SPN值评价为弱防气窜浆体，而其抗气窜系数Emig值大于32，属于强抗气窜浆体；③常规降滤失水泥浆，抗气窜能力不强，采用不同评价方法得到不同的评价结果。
（2）自由水对不同水泥浆的防气窜能力影响具有共性，随着水泥浆自由水含量降低，水泥浆抗气窜能力增强。
以1#～5#水泥浆为例，自由水含量从1.60%降至0，SPN值从13.39降至0.24，A值从0.037降至0.012，Emig值从20.31增至29.74，其防气窜能力逐渐增强。
（3）对同一水泥浆体系而言，随着过渡时间缩短，水泥浆抗气窜能力有所提高，但不同水泥浆体系（或不同实验条件），其过渡时间的长短对水泥浆抗气窜能力没有可比性。
3.1 实验测试设计
采用气窜潜力系数法（GFP）定性评价水泥浆体系气窜危险性，其值采用
τcgs=240 Pa时浆柱压力的最大降低值Δpmax与井内浆柱的平衡压力Δp之比来计算，然后在室内模拟条件下，还需评价测试水泥浆凝结过程中的失重和抵抗地层流体侵入环空的能力，即水泥浆抗气窜系数Emig实验评价测试，看其是否与GFP值匹配。
式中，Emig为静置t时刻测定的气侵压差，kPa；t为静置时间，min；tc为水泥浆初凝时间，tc＞t，min。
3.2 水平井防气窜评价方法
（1）修正的水泥浆阻力系数法（Ax值）。
适用条件：自由水为0，API失水＜50 mL。
计算公式为
评价标准：Ax值小于0.110为强防气窜能力，0.110～0.125为较强防气窜能力，0.125～0.150为中等防气窜能力，大于0.15为弱防气窜能力。
（2）修正的水泥浆性能系数（SPNx值）。
适用条件：自由水为0，API失水＜50 mL。
计算公式为
式中，Q30为水泥浆的API滤失量，mL/30 min；t100Bc为水泥高温高压稠度到100 Bc时间，min；t30Bc为水泥高温高压稠度到30 Bc的时间，min
评价标准：SPNx值小于3为强防气窜能力，3～6为中等防气窜能力，大于6为弱防气窜能力。
根据实验测得水泥浆性能，计算水泥浆凝结过程防气窜能力修正阻力系数Ax值或SPNx值，看其是否与GFP匹配，如不满足要求则调整水泥浆配方，或采取加强
防气窜工艺措施。
利用本文建立的修正水泥浆阻力系数法对川西某口中浅层水平井水泥浆体系进行防气窜评价。
领浆配方：嘉华G级高抗硫水泥+3%MSi+ 2%DZP-
2+2%DZZ+10%FASM+3%DZS+0.35%DZH-1 +30%H2O；尾浆配方：嘉华G 级高抗硫水泥+3%MSi +2%DZP-2+2%DZZ+10%FASM+3%DZS+0.25%DZH-1 +30%H2O。
水泥浆性能见表4。
配合采用前期水平井前置液性能优化、细化固井施工工艺等技术措施，明显提高了水平井固井质量，该井固井质量合格率达93.30%，优良率64.57%，评价为优秀。
（1）川西地区气藏具有高压低渗特点，常规水泥浆防气窜评价方法（SPN值和A 值法）不适合水平井固井水泥浆防气窜能力评价。
（2）根据实验结果分析，水平井水泥浆防气窜性能应采用多因素评价方法，即应在自由水为0和滤失量小于50 mL条件下进行修正的水泥浆性能系数（SPNx值）和阻力系数（Ax值）评价。
（3）水平井水泥浆防气窜评价方法成功应用于川西某口水平井，明显提高了固井质量，能为以后川西水平井固井水泥浆防气窜性能设计提供指导。
【相关文献】
［1］万仁溥.现代完井工程［M］. 3版.北京：石油工业出版社，2008.
［2］苏博勇，姜宏图，马淑梅，等.胶乳水泥浆体系在深井水平井的应用［J］.石油钻采工艺，2010，32（5）：53-55.
［3］方国伟.固井水泥浆防气窜性能评价方法研究［D］.东营：中国石油大学（华东），2009-05. ［4］丁士东，张卫东.国内外防气窜固井技术［J］.石油钻探技术，2002，30（2）：34～38. ［5］朱海金，屈建省，刘爱萍，等.水泥浆防气窜性能评价新方法［J］.天然气工业，2010，30（8）：55-58.
［6］ GB 10238-2005.油井水泥［S］.。
