辽河油田天然气井固井防气窜技术研究

【摘要】：天然气的粘度远低于油和水，通过水泥环和环空界面向井口运移的速度也更快，因此在天然气井中更容易出现环空气窜问题。辽河油田沈阳采油厂大明屯凹陷、茨榆坨采油厂牛居构造等含气构造天然气井固井质量调查结果表明固井优质率刚刚达到50%。导致优质率低的主要原因是环空气窜，为此本文进行了辽河油田天然气井固井防气窜技术研究。 本文开展了尾管扶正器的安放设计，并优化冲洗液和隔离液性能以及水泥浆柱设计，提高注水泥顶替效率；研究了不同套管偏心度、不同尺寸套管和不同表面状况条件下水泥胶结界面强度、渗透率，保证了水泥石的密封性能；分析了水泥浆静态特性与动态特性关系，基于此对水泥浆防气窜性能进行预测，并对动态参数测量方法进行了优化，完善了预测防气窜性能的方法；研究了添加剂对水泥浆性能的影响，开发了防气窜固井水泥浆基础配方；分析了现有井径扩大工具存在的缺点并进行改进优化，并对开发的防气窜水泥浆体系及改进后的工具进行了现场试验，最终形成一套辽河油田天然气井固井技术。 研究表明，根据纵横弯曲、均布载荷绞支梁的挠度变形关系，可计算套管扶正器的间距；清洗5min后，胶结强度已接近未附泥糊管壁的胶结强度，管壁粘结20目的砂粒的套管与水泥环的胶结强度最高，套管偏心度在30%以下，水泥环的密封性能较好；采用稠化时间差可以较准确的评价水泥浆的防气窜能力，水泥浆稠化时间随转速的增加而缩短，按照高于或低于API标准规定的150rpm的转速所测得的稠化时间，其最大可缩短100min或延长60min，检测水泥浆稠化时间的模拟转速应根据水泥浆在环空的注替速度及流变性能进行确定；QA增塑剂的加入可以显著改善水泥石的韧性，LT-1降失水剂、SW-3早强剂和SXY分散剂与QA增塑剂具有很好的配伍性，开发的防气窜水泥浆基础配方可以用于天然气固井；采用聚晶金刚石材料提高扩孔刀片的强度和耐磨性，采用了加长工具提高整体稳定性，设计具有燕尾槽形的安全防脱结构提高了扩孔工具的安全性；防气窜水泥浆体系及改进后的工具现场试验效果显著。 【关键词】：天然气井 环空气窜 密封质量 气窜预测 防气窜水泥浆体系 井径扩大工具 现场试验
【学位授予单位】：中国石油大学（华东）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE256
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 研究目的及意义9
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势9-14
• 1.2.1 辽河油田天然气井固井环空气窜现状9-11
• 1.2.2 气窜途径11-12
• 1.2.3 防窜泥浆体系12-13
• 1.2.4 防气窜工艺13-14
• 1.3 主要研究内容14-16
• 第二章 提高天然气井环空密封质量研究16-31
• 2.1 提高天然气井注水泥顶替效率研究16-23
• 2.1.1 天然气井注水泥顶替效率影响因素分析16-17
• 2.1.2 保证尾管居中的扶正器间距设计17-20
• 2.1.3 提高顶替效率的注水泥浆柱设计20-23
• 2.2 水泥石密封性能实验研究23-30
• 2.2.1 实验装置及方法23-25
• 2.2.2 实验配方25-26
• 2.2.3 水泥石密封性能及强度实验结果分析26-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章 水泥浆气窜定量预测方法研究31-49
• 3.1 静态参数与动态参数概述31-33
• 3.2 水泥浆静态特性与动态特性关系研究33-35
• 3.3 实际防气窜与预测防气窜能力比较35-37
• 3.4 动态参数测量方法优化研究37-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第四章 防气窜固井水泥浆基础配方研究49-54
• 4.1 QA 增塑剂对不同温度水泥浆性能的影响49-50
• 4.2 降失水剂对水泥浆失水性能的影响50-51
• 4.3 早强剂对水泥浆强度性能的影响51-52
• 4.4 基础配方性能52-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第五章 小井眼均匀井径扩大工具改进54-61
• 5.1 井径因素分析54-55
• 5.2 环空间隙现场要求55
• 5.3 小井眼均匀井径扩大工具改进与实验55-59
• 5.3.1 原工具设计方案和存在主要问题55-56
• 5.3.2 小井眼均匀井径扩大工具改进56-59
• 5.4 扩孔施工工艺59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第六章 现场试验61-64
• 6.1 沈 46C 井现场试验61
• 6.2 前 17-35C 井现场试验61-63
• 6.3 改进后扩孔工具完成实验井简况63-64
• 第七章 结论64-65
• 参考文献65-68
• 致谢68

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