水泥环完整性研究进展孙富全

水泥环完整性研究进展天津中油渤星工程科技有限公司TianjinBo-XingEngineeringSci-TechCo.,LtdofCNPC2011年9月一、水泥环完整性概念二、水泥环完整性研究进展三、水泥环完整性技术展望汇报内容采用有效的技术、管理手段降低环空水泥环密封失效风险，保持水泥环结构、功能、时效和管理完整，保证油气井在开采期间和废弃后的安全。结构：无泄露、无材料性能退化、无破坏功能：适应开采或井下作业的压力、温度变化及腐蚀环境时效：水泥环始终处于可控状态，极限载荷和极限服役环境可预测管理：建立一体化的技术档案，完整性管理和设计依据失效分析和风险分析一、水泥环完整性概念有利于油气田安全、高效开发，有利于提高单井产量，延长油气井寿命，提高勘探开发效益水泥环完整性包括：水泥石基体完整性界面胶结完整性水泥环完整性和管柱完整性相结合，构成油气井寿命分析技术。一、水泥环完整性概念二界面胶结井眼条件高温、高压低压、易漏盐岩层、盐膏层等多压力层系腐蚀性流体一界面胶结井筒管柱固井液体复杂地层前置液水泥浆后置液水泥石管柱完整井眼规则套管扶正长封固段小间隙大环空有效顶替一、水泥环完整性概念完整充填完整性一、水泥环完整性概念地质力学和油藏工程分析水泥环完整性分析和模拟水泥浆体系设计注水泥工艺工具附件完整性评价技术及软件开发防腐蚀评价技术及防腐蚀材料自愈合水泥技术改善水泥石力学性能技术多元共聚外加剂功能性泡沫水泥浆工具附件水平井钻井大位移钻井欠平衡钻井······复杂深井射孔复杂天然气井酸化、压裂非常规油气注水、注气酸性油气藏采气、采油储气库热采…………地质、油藏因素钻井因素固井因素开发因素工程地质特征识别试验技术评价方法水泥环完整性技术水泥环完整性影响因素完整性评价和预测提高完整性方法钻井工程技术需求勘探开发需求强化研究方向影响水泥环完整性的因素地质、油藏因素漏失：界面胶结不良高温高压：强度衰退、应力损伤高孔高渗及裂缝性地层：漏失引起胶结不良酸性气体钻井因素井眼几何条件和钻井液性能差：顶替效率低、胶结质量差固井因素水泥浆失水、稳定性等性能不良：短期气窜水泥浆密度不均匀、混合能不足：水泥石强度发展不良、水泥石应力损伤开发因素温度、压力变化引起环空水力密封失效一、水泥环完整性概念提高水泥环完整性方法地质力学和油藏工程分析：固井设计依据水泥环完整性分析和模拟：地层、套管、水泥石力学性能指标水泥浆体系设计水泥浆体系紧密堆积设计:基体完整性的基础防窜:完整性重要途径外加剂和特种水泥:完整性重要保障注水泥工艺：施工保证工具附件：辅助水泥环完整性一、水泥环完整性概念二、水泥环完整性研究进展完整性技术--哈里伯顿WellLife®IIICementingServiceDiagnosticsmodelinganddesigntools（诊断模拟和设计工具）Engineeredcementsystems（工程化水泥体系）Backupdeviceforreinforcingzonalisolation（辅助工具）二、水泥环完整性研究进展诊断模型和设计工具•Displace3D®software：三维水泥浆顶替模拟，提高顶替效率和水泥浆充填。•WellLife®Analysis：有限元分析井眼条件和工程作业对水泥环的影响，提出满足井下条件的水泥浆体系。Displace3D®simulator基于计算流体动力学，在一次注水泥作业中分析多种流体体系二、水泥环完整性研究进展工程化水泥体系LifeCem™增加自愈合功能。LifeSeal™含泡沫。ElastiCem®cement：包括特殊的弹性材料和纤维降低脆性，提高弹性和韧性。ElastiSeal™：含泡沫。普通水泥载荷严重破坏ElastiCem®水泥弹性承受载荷LifeCemcement接触碳氢化合物流体前接触流体后膨胀的LifeCemcement水泥石二、水泥环完整性研究进展辅助工具CementAssurance®tool：关键部位关键辅助阻隔TheCementAssurance®封隔器（固井保障工具）二、水泥环完整性研究进展完整性技术--哈里伯顿Pre-jobEvaluation（作业前评价）用OptiCem™CementJobDesignandSimulationSystem软件，结合实验测试，提供解决方案，满足长期开发要求FieldOperations（现场作业）自动控制混合、泵送和注射过程，泡沫稳定Post-jobFollowUp（作业后跟踪）ZoneSeal®IsolationProcess—针对泡沫低密度4500PSI9000PSI常规水泥I泡沫水泥I二、水泥环完整性研究进展完整性技术--哈里伯顿iCemSMService—完整性功能最强大的工程设计软件OptiCem™Software固井作业模拟有限元分析Displace3D®Simulator计算流体动力学三位顶替模拟WellLife®ExpressService水泥环应力有限元分析DataAcquisition现场数据采集与监控二、水泥环完整性研究进展完整性技术---斯伦贝谢CementSheathIntegritySuiteSystemselection（体系选择）CemSTRESSsoftware分析确定常规或特殊水泥浆体系。Engineereddesign（工程化设计）针对井况，通过CemSTRESS分析，设计水泥体系。FUTURSelf-HealingCementSystemFlexSTONEadvancedflexiblecementCemNETFiberCementSlurryoptimization(水泥浆优化)二、水泥环完整性研究进展气窜风险预测用气窜因子FlowPotentialFactor(FPF)预测气窜趋势，对症防窜气窜严重性三种水平及对策水泥浆轻度气窜Halad®familyoffluidlossadditivesDensifiedCementslurries中度气窜Latex2000™cementadditiveLatex3000™cementadditiveGasStop™cementadditiveThixotropiccements重度气窜SuperCBL®cementadditiveFoamcement防气窜技术---哈里伯顿二、水泥环完整性研究进展GasMigrationControlEngineeringSuite用GasMigrationAdvisor软件评价气窜风险。根据气窜风险和井眼温度，推荐解决方案。防气窜技术---斯伦贝谢二、水泥环完整性研究进展二、水泥环完整性研究进展CO2CementingSystemsCorrosaCemNPcementCorrosaSealcement防腐蚀技术---哈里伯顿CorrosaCemCO2cementCorrosaSeal™CO2cementElastiCem®CO2cementElastiSeal™CO2cementLifeCem™CO2cementLifeSeal™CO2cementBHST:104°C(220°F)；围压:2,000psi；初始流速:~3.4std.ccN2/min；最终流速:没检测到；停止流动时间:~6min二、水泥环完整性研究进展EverCRETECO2-resistantcement：基于紧密堆积设计，很强的抗CO2腐蚀能力，用于CO2的捕集、储存和含CO2油气藏开发防腐蚀技术---斯伦贝谢28MPa，90℃二、水泥环完整性研究进展LostCirculationTreatment：钻井期间降低漏失风险Lossealpill：特殊加工的纤维和固相混合物，通过裂缝桥接和形成非渗透网结构阻止泥浆漏失，提高承压能力防漏技术---斯伦贝谢二、水泥环完整性研究进展LostCirculationTreatmentFluid漏失区域精确堵漏InstanSealpill：单一流体，通过钻头喷嘴的剪切，井下快速形成高粘胶体，成胶时间通过添加剂浓度和优化泵速进行控制。可精确控制凝结时间钻井液漏失对比二、水泥环完整性研究进展FiberCementAdditive:固井防漏、保证返高CemNETcement:纤维惰性，具有优化尺寸，在水泥浆形成网状结构，防止漏失二、水泥环完整性研究进展FracSeal™cement：低密度泡沫水泥，较高的粘度和膨胀力，有助于清洁井眼和顶替，结合防漏材料，桥接防漏FracCemcements：非泡沫体系防漏技术---哈里伯顿二、水泥环完整性研究进展iCemSMService–Three-DimensionalDisplacementSimulator顶替技术---哈里伯顿全三维顶替模拟，动态模拟泥浆顶替和固井过程中井眼流体的顶替现象流体界面全井深流体随时间顶替情况确定隔离液的用量以防止水泥浆污染二、水泥环完整性研究进展二、水泥环完整性研究进展WELLCLEANIIengineeringsolution产品MUDPUSH*II隔离液化学冲洗液--适用于水基泥浆：CW7，CW100--适用于油基泥浆：CW8--环境友好型：CW8-ES软件CemCADEWELLCLEANIIsimulator顶替技术---斯伦贝谢--扶正器计算--顶替参数计算--泥浆循环/下套管CemCade二、水泥环完整性研究进展--预测CBL测井结果二、水泥环完整性研究进展CemCadeWELLCLEANIIsimulator--模拟泥浆顶替效率--可视化顶替过程二、水泥环完整性研究进展WELLCLEANIIsimulator二、水泥环完整性研究进展二、水泥环完整性研究进展装备与工具—斯伦贝谢机械除泡器--不使用化学消泡剂--适用于环保敏感区域--提高混配效率--改善水泥浆质量和流变性二、水泥环完整性研究进展装备与工具—斯伦贝谢SFM-C过程控制系统通过确定和控制体系固/液比来实时控制水泥浆的密度，尤其适用低密度/超低密度水泥浆体系。二、水泥环完整性研究进展装备与工具—哈里伯顿CementAssurance®Tool系统CementAssurance®Tool系统遇油气或水，吸收液体自身体积膨胀，对环空进行密封。二、水泥环完整性研究进展装备与工具—TAM公司遇油/水膨胀封隔器使用寿命为18~19年井下温度变化、干气和伴生气不影响其封隔性能二、水泥环完整性研究进展渤星公司水泥环完整性技术二、水泥环完整性研究进展渤星公司水泥环完整性技术进展理论应用评价与分析技术外加剂与特种水泥二、水泥环完整性研究进展理论应用水泥浆体系紧密堆积设计有效层流顶替和壁面剪应力固井技术水泥浆体系紧密堆积设计高压和低压地层，解决水泥浆施工性能（密度、流变性等）和水泥浆封固综合性能（强度、渗透率等）之间的矛盾，保证水泥石本身的完整性。利用合理的物料颗粒级配，提高干混材料堆积体积（PVF），考虑矿物材料之间的物理化学作用；形成更加致密的水泥石。二、水泥环完整性研究进展吴中伟院士的分类法，水泥石中孔结构按照有害程度分为无害孔级(＜20nm)，少害孔级(20~50nm)，有害孔级（50~200nm），多害孔级(＞200nm)，紧密堆积设计的高强混凝土中有害孔的量大幅度下降，水泥石综合性能提高。水泥石孔径分布图（养护3d）水泥石孔径分布图（养护28d）水泥浆体系紧密堆积设计二、水泥环完整性研究进展0:001:002:003:004:005:00Time(HH:MM)0102030405060708090100Temperature(癈)05101520253035404550Pressure(MPa)0102030405060708090100Consistency(Bc)高性能低密度水泥浆0.9g/cm3，80℃应用新型