1、環空氣竄及其預測 班級：油氣井工程07-1 姓名：曹成章 學號：S07020200 目的意義 竄流的成因分析 氣竄的方式和條件 環空氣竄的預測 研究方向一、目的意義固井后環空氣竄是所有氣井固井過程中都要面臨的一個潛在固井技術難題， 也是相當一段時間來國內外固井界面臨的一個最為棘手的技術難題。發生環空氣竄的主要危害是:直接影響水泥石膠結強度；導致層間竄流，直接影響油氣層的測試評價，污染油氣層，降低油氣采收率；對油田開發后續作業如注水、酸化壓裂和分層開采等造成不利影響；嚴重時可在井口冒油、冒氣，甚至造成固井后井噴事故，即使采用擠水泥等補救工藝也很難奏效。如何準確預測環空氣竄，并為固井施工設計提出防

2、止氣竄的方法，已成為國內外多年來主要研究的一項技術。對固井后發生氣竄可能性進行預測， 目的是以氣竄可能性大小為依據進行經濟有效地解決氣竄問題的設計。二、竄流的成因分析 1、界面膠結論 這一理論認為竄流是由于界面膠結不良造成的。主要原因是由于泥餅的存在，導致界面與地層膠結不良，從而引起竄流。這一理論使人們對頂替機理及工藝做了大量的研究工作，并提出了紊流頂替，套管居中，使用刮泥器、沖洗液等工藝措施，在固井外加劑方面使得減阻劑、膨脹劑得到了廣泛應用。0 二、竄流的成因分析 2、失重理論 失重理論認為竄流發生是由于水泥水化過程中的“失重”引起的，它包括三方面： （1）水泥漿被泵入環空后，作為一種真實流

3、體對地層產生靜液柱壓力。當水泥漿在滲透地層失水引起橋堵時，液柱壓力傳遞受阻，導致環空壓不住地層而發生竄流稱為“橋堵失重”。 （2）隨著水泥水化的進一步進行，水泥漿進入初凝狀態，并產生抵消自重的膠凝強度，降低了液柱對地層的靜壓，稱為“膠凝失重”。 （3）當水泥漿進入過度狀態時，水泥中孔隙水進一步被消耗，而使水泥石空隙壓力進一步降低，甚至在終凝后產生負壓，稱為“空隙壓力降低說。二、竄流的成因分析 3 、微裂縫微環隙理論 20世紀90年代由Talabani等提出。微環隙是由于水泥環不能很好的與套管膠結造成的，而微裂縫則是在水泥環與地層之間或水泥環內產生的微小通道。該理論認為界面膠結不良的本質是由于水

4、泥水化產生的微裂縫及微環隙。微環隙微裂縫主要有一下幾個主要原因造成。 （1）水泥柱的體積收縮。 （2）泥餅的存在。 （3）毛細管作用。 （4）水泥漿的初凝階段。 （5）井下熱應力及靜液壓力引起的微環隙微裂縫。三、氣竄的方式和條件 根據國內外研究的結果，氣體竄流的方式有以下三種： 1. 水泥漿竄槽和泥餅干裂引起的油、氣、水竄 由于水泥漿頂替效率差，滯留鉆井液 在環形空間形成竄槽的薄弱環節；另外， 水泥漿凝固時可能吸收滯留泥餅的水分， 造成泥餅干裂，這些都可能造成油、氣、 水竄的通道。三、氣竄的方式和條件 2、界面微間隙引起的油、氣、水竄 當水泥憋壓候凝釋放套管內的壓力時套管產生徑向收縮，使水泥環

5、與套管和井壁的連接力減小或產生微間隙。另外，如果減小套管內鉆井液密度也可能出現微間隙問題，油、氣、水就可能沿此界面竄流。現場證實，微間隙在20um以內，不會產生氣竄問題，而微間隙增至200um時，出現了氣竄問題。三、氣竄的方式和條件 3、水泥漿失重引起的油、氣、水竄 這種油、氣、水竄流發生在水泥基體內部。其原因是因為水泥的膠凝和體積收縮。 既然水泥漿凝固過程的傳壓方式是通過毛細孔隙進行的，氣體侵入孔隙就必須克服水泥孔隙中靜壓力pp和液體（包括油氣和孔隙中的水）在孔隙流動時的阻力pRf。水泥漿的孔隙壓力pp和孔隙阻力pRf隨水泥漿的凝固過程而逐漸減小和增大。當pp降至地層壓力pf時，由于pRf有

6、一定數值，此時井內不會發生氣侵。如果在水泥凝固過程中，氣層壓力p始終小于pppRf，氣體竄流就不會發生，也是防止氣竄的基本條件。四、環空氣竄的預測FLsgsRNNNShxsgsxphxsgsRNDdtdlNDDdtdNS)()(41.)(22 國內外有許多評價和預測水泥漿防氣竄性能的模式與方法， 比較典型的Halliburton 公司的水泥漿性能系數法(SRN ) 以及Dowell 公司的綜合因子法(CCGM )。 1、 水泥漿性能系數法 水泥漿性能系數的計算公式為: Nsgs為水泥漿靜膠凝強度（從48Pa增加到240Pa），速率變化最大值(dNsgs/dt)x與水泥漿在該時刻靜膠凝強度Nsg

7、sx之比（min-1)；NFL 為x 時刻水泥漿在井內的濾失量與環空體積(V ) 之比(m in-1)。最后得出的表達式為: 四、環空氣竄的預測 由上式可知：水泥漿靜膠凝強度速率變化愈大， 靜膠凝強度及濾失速度愈小， SRN 值愈大，防氣竄效果愈好； 環空間隙愈大，水泥漿失重愈小，SRN 值愈大，防氣竄效果愈好。 這種方法雖然考慮了水泥漿靜膠凝強度與濾失特性對防止氣竄的影響， 但卻未考慮氣竄壓力平衡的有關關系， 特別是在高溫高壓下， 較長時間測定各時刻的水泥漿靜膠凝強度及濾失， 就目前的技術水平來說是較難以實現的。四、環空氣竄的預測)6(S 3 5) - (F43 6) - (F43 5) -

8、 (F 435.21 ) 6S -7F 3F - 7F (-5.2115 CCGMPNMHFPNMHF 2、綜合因子法(CCGM ) CCGM 法是Dowell 公司通過分析世界各地64 口氣井的資料, 統計出影響氣竄的四個因素, 并編成計算尺使用。四個因素分別是地層因素(FF )、液體靜壓系數(FH )、水泥漿性能系數(SPN ) 和動態的泥漿清除系數(FM )。CCGM 的定量表達式為:四、環空氣竄的預測 CCGM 法的評價標準: 0CCGM 10, 防氣竄效果很好;10 CCGM 15, 防氣竄效果中等; CCGM 15, 防氣竄效果差。CCGM 法使用起來比較困難, 有些因素很難量化,

9、 如水泥漿的頂替效率、油氣層的滲透率及厚度事先很難確定。國內比較普遍采用其中的水泥漿性能系數SPN 來預測氣竄, 因為(SPN )值更易于求得。SPN 值反映了水泥漿濾失量及水泥漿凝固過程阻力變化系數對防氣竄的影響。A.FL SI PA PN)tt6( 182 0.30BC100BCASPN 值評價標準: 0SPN 3, 防氣竄效果好; 3 6, 防氣竄效果差。四、環空氣竄的預測 水泥漿失水量的主要作用在于保持水泥漿體的穩定性,對防氣竄也有一定作用。上式過份強調了水泥漿失水量的作用,把其防氣竄能力與水泥漿阻力變化值的影響,視為同一級別。 合理的水泥漿失水量,對防氣竄有一定效果,但失水量 150 mL 范圍內的水泥漿,其防氣竄能力無明顯變化。 A 值反映了水泥漿在瞬時內阻力的增加速度,水泥漿阻力及其變化大小對氣侵的影響大于水泥漿失水量的影響。五、研究方向1、水泥漿阻力及其變化大小以及水泥漿的失水量對氣侵的影響仍需要進一步的研究。2、目前CCGM方法，是應用四個因素和現場統計編制的計算尺，使用起來有一定困難，有些因素也難以量化。鑒