CN105257242B - 偏心环空注水泥附加量确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是偏心环空注水泥附加量确定方法，这种偏心环空注水泥附加量确定方法：一、计算各点的套管偏心度，并确定全井的平均套管偏心度；二、计算环空封固段容积；三、建立长度为100米的有限元物理模型并进行网格划分，输入顶替流体性能和顶替排量进行偏心环空注水泥两相流体顶替数值模拟；四、实时追踪数值模拟过程中顶替界面后缘钻井液的位置，记录顶替界面后缘钻井液的位置与其对应的顶替时间，通过回归拟合的方法得到顶替界面后缘钻井液的位置与顶替时间之间的函数关系；五、计算顶替界面后缘的钻井液到达封固段顶部时所需的顶替时间以及所需的注水泥附加量。注水泥附加量的计算公式为

Description

偏心环空注水泥附加量确定方法

技术领域

本发明涉及固井顶替技术，具体涉及偏心环空注水泥附加量确定方法。

背景技术

目前全世界约有25%的油气井都不同程度的存在环空窜流和管外冒现象，增加了油气井安全生产的风险性和补救工作的作业成本，同时也限制了后期增产措施的实施效果。环空水泥封隔能力较差是造成油气井环空窜流和管外冒的主要原因，有效的驱替钻井液、保证环空周向钻井液完全返出封固段是获取良好环空封隔能力的关键与前提。

注水泥顶替过程中，由于套管偏心、井斜角以及顶替流体性能的综合作用，顶替流体在环空周向不同位置处的顶替流速存在较大差别，水泥浆顶替界面并非平齐推进，环空周向局部位置钻井液流动速度较慢，存在顶替结束时顶替界面后缘的钻井液未能返出封固段的可能，导致水泥浆被污染环空封隔能力变差甚至是形成局部钻井液窜槽完全丧失环空封隔能力。

因此要想获得良好的环空水泥封隔效果，必须保证环空周向不同位置处的钻井液（即顶替界面后缘）都能够返出封固段。为了实现这一目标，油气井注水泥固井时，需要向井眼内注入超过环空封固段容积的水泥浆，即存在一个注水泥附加量，从而保证流动速度较慢的顶替界面后缘的钻井液也能返出封固段。但是对于注水泥附加量设计为多少合适，并没有一个科学的依据和统一的规定。例如，《钻井手册》中规定，水泥浆附加量一般取理论环空容积的40%~100%，当以电测井径所获得的水泥浆量为基数时，附加量一般按5%~10%考虑；而《钻井工程设计》一书中规定，对于表层套管，附加量一般为环空容积与管内水泥塞容积之和的50%~100%，对于技术套管和油层套管一般为20%~40%；张水源、于祥智根据数理统计和现场经验给出了注水泥附加量的计算公式，但应用起来具有较大的局限性。由此可见，现有注水泥附加量的设计存在以下三个主要问题：

1）行业内各个油田没有统一的规定，只有一个大致的取值范围，而这个取值范围相当宽泛，不同的技术人员所选用的附加量相差较大，具有一定的盲目性和随机性；

2）注水泥附加量的取值太主观，主要依靠地区和技术人员的经验，但是目前发表的文献并没有对注水泥附加量的取值与环空封隔能力之间的关系进行统计分析，无从得知不同的地区不同的井型注水泥附加量取值为多少最好，即依靠地区和技术人员经验确定的附加量取值没有科学依据；

3）部分地区和技术人员根据多年来的现场经验给出了注水泥附加量的确定值，但其是以水泥返高达到要求的角度作为确定的标准，而水泥返高符合要求并不一定代表环空封隔能力就一定好，因此其注水泥附加量的确定标准不太合理，而且其注水泥附加量的确定只能适应于该地区特定井眼条件，具有较大的局限性。

实际注水泥顶替过程中，由于井眼条件、套管偏心、井斜角以及顶替流体性能参数的差异，各井环空周向各点的顶替流速会有较大的差异，导致各井顶替界面的长度相差较大，保证顶替界面后缘的钻井液返出封固段的水泥浆附加量也存在较大差别，因此必须根据各井的实际情况确定不同的注水泥附加量。按照目前注水泥附加量的取值会带来如下不利的影响：

1）部分井的顶替效果较好，顶替界面后缘的钻井液返出封固段所需的水泥浆附加量较小，若附加量设计较多会造成严重的浪费，增加注水泥作业成本，同时对导致井底动液柱压力较高，容易压漏地层；

2）部分井顶替效果较差，顶替界面后缘的钻井液返出封固段所需的水泥浆附加量较大，若附加量设计较小会导致封固段存在钻井液降低层间封隔能力甚至造成钻井液窜槽。

由此可见，必须根据每口井的实际情况设计合理的注水泥附加量，而目前的注水泥附加量设计都是根据现场经验选取，没有理论指导依据和确定标准，具有一定的盲目性和随机性。因此必须提出更为科学合理的注水泥附加量设计方法和设计标准，从而在保证顶替界面后缘的钻井液返出封固段获得良好固井质量的同时减少水泥浆注入量降低注水泥作业成本。

发明内容

本发明的目的是偏心环空注水泥附加量确定方法，这种偏心环空注水泥附加量确定方法用于解决目前油气井注水泥附加量根据现场经验选取，存在盲目性和随机性的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种偏心环空注水泥附加量确定方法：

步骤一、根据井斜角以及扶正器的类型和下入位置计算各点的套管偏心度，并采用数理统计的方法确定全井的平均套管偏心度；

步骤二、根据电测曲线计算平均井眼直径，结合套管尺寸以及封固段高度计算环空封固段容积；

步骤三、根据平均井眼直径、套管尺寸、井斜角以及平均套管偏心度在FLUENT软件中建立长度为100米的有限元物理模型并进行网格划分，输入顶替流体性能和顶替排量进行偏心环空注水泥两相流体顶替数值模拟；

步骤四、实时追踪数值模拟过程中顶替界面后缘钻井液的位置，记录顶替界面后缘钻井液的位置与其对应的顶替时间，通过回归拟合的方法得到顶替界面后缘钻井液的位置与顶替时间之间的函数关系；

步骤五、根据顶替界面后缘钻井液的位置与顶替时间之间的函数关系，计算顶替界面后缘的钻井液到达封固段顶部时所需的顶替时间以及所需的注水泥附加量。

注水泥附加量的计算公式为

式中：为注水泥附加量，；为顶替排量，；为所需的顶替时间，；为封固段环空容积，。

本发明具有以下有益效果：

1、通过本发明提供的偏心环空注水泥附加量确定方法，为偏心环空不同井眼条件下油气井注水泥附加量的确定提供了科学依据；

2、通过本发明提供的偏心环空注水泥附加量确定方法，能够保证顶替界面后缘的钻井液完全返出封固段，防止钻井液对水泥浆的污染造成的封固段内环空水泥封隔能力降低甚至是钻井液窜槽；

3、通过本发明提供的偏心环空注水泥附加量确定方法，能够在保证固井质量的同时避免水泥浆的浪费，降低油气井注水泥作业成本，并可有效的防止压漏地层发生的现象；

4、通过本发明提供的偏心环空注水泥附加量确定方法，能够根据一口井的计算结果给出该地区类似井眼条件、套管偏心情况、顶替流体性能、封固段高度以及顶替排量条件下的合理的注水泥附加量的数值，在此基础上给出不同条件下注水泥附加量设计的标准图版，便于现场应用，同时避免了技术人员设计注水泥附加量的随机性和盲目性。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明：

这种偏心环空注水泥附加量确定方法：

步骤一、根据井斜角以及扶正器的类型和下入位置计算各点的套管偏心度，并采用数理统计的方法确定全井的平均套管偏心度；

步骤二、根据电测曲线计算平均井眼直径，结合套管尺寸以及封固段高度计算环空封固段容积；

步骤三、根据平均井眼直径、套管尺寸、井斜角以及平均套管偏心度在FLUENT软件中建立长度为100米的有限元物理模型并进行网格划分，输入顶替流体性能和顶替排量进行偏心环空注水泥两相流体顶替数值模拟；

步骤四、实时追踪数值模拟过程中顶替界面后缘钻井液的位置，记录顶替界面后缘钻井液的位置与其对应的顶替时间，通过回归拟合的方法得到顶替界面后缘钻井液的位置与顶替时间之间的函数关系；

步骤五、根据顶替界面后缘钻井液的位置与顶替时间之间的函数关系，计算顶替界面后缘的钻井液到达封固段顶部时所需的顶替时间以及所需的注水泥附加量。

注水泥附加量的计算公式为

式中：为注水泥附加量，；为顶替排量，；为所需的顶替时间，；为封固段环空容积，。

Claims (1)

1.一种偏心环空注水泥附加量确定方法，其特征在于：这种偏心环空注水泥附加量确定方法：

步骤一、根据井斜角以及扶正器的类型和下入位置计算各点的套管偏心度，并采用数理统计的方法确定全井的平均套管偏心度；

步骤二、根据电测曲线计算平均井眼直径，结合套管尺寸以及封固段高度计算封固段环空容积；

步骤三、根据平均井眼直径、套管尺寸、井斜角以及平均套管偏心度在FLUENT软件中建立长度为100米的有限元物理模型并进行网格划分，输入顶替流体性能和顶替排量进行偏心环空注水泥顶替数值模拟；

步骤四、实时追踪数值模拟过程中顶替界面后缘钻井液的位置，记录顶替界面后缘钻井液的位置与其对应的顶替时间，通过回归拟合的方法得到顶替界面后缘钻井液的位置与顶替时间之间的函数关系；

步骤五、根据顶替界面后缘钻井液的位置与顶替时间之间的函数关系，计算顶替界面后缘的钻井液到达封固段顶部时所需的顶替时间以及所需的注水泥附加量；

注水泥附加量的计算公式为

式中：为注水泥附加量，；为顶替排量，；为所需的顶替时间，；为封固段环空容积，。