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偏心機(jī)械式振動固井技術(shù)在長慶油田的應(yīng)用

文檔作者：梅明佳1 江維2 魏周勝1 文檔來源： 1．川慶鉆探工程有限公司長慶固井公司 2．德州大陸架石油工程技術(shù)有限公司，		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年02月26日
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第33卷第4期
2016年7月
鉆井液與完井液
DRILLING FLUID&amp;amp;COMPLETION FLUID
、，01．33 No．4
July 2016
doi：1 0．3696／j．issn．1 00 1—5620．20 1 6．04．020
偏心機(jī)械式振動固井技術(shù)在長慶油田的應(yīng)用
梅明佳1， 江維2， 魏周勝1
(1．川慶鉆探工程有限公司長慶固井公司．西安710018；2．德州大陸架石油工程技術(shù)有限公司，山東德州253034)
梅明佳等．偏心機(jī)械式振動固井技術(shù)在長慶油田的應(yīng)用[J]．鉆井液與完井液，2016，33(4)：97．100．
摘要為提高長慶油田注水調(diào)整更新井固井質(zhì)量，試驗(yàn)應(yīng)用了一種偏心機(jī)械式振動固井技術(shù)。在室內(nèi)采用ZD．34電動
振動器評價(jià)裝置對振動器進(jìn)行室內(nèi)模擬，對水泥漿振動后的抗壓強(qiáng)度、膠結(jié)強(qiáng)度、稠化時(shí)間、初終凝過渡時(shí)間和滲透率進(jìn)
行評價(jià)，結(jié)果表明，振動后水泥漿稠化時(shí)間縮短25％～30％，初終凝過渡時(shí)間縮短30％～50％，水泥石24 h抗壓強(qiáng)度提高
10％～14％，膠結(jié)強(qiáng)度提高ll％～16％，滲透率降低33_3％～43．9％。該技術(shù)在長慶油田吳堡區(qū)塊應(yīng)用5口井，試驗(yàn)井油水
層封隔良好，總體固井優(yōu)質(zhì)率提升20％以上。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用表明，偏心機(jī)械式振動固井技術(shù)可以有效提高固井質(zhì)量，
具有較好的推廣應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞固井；固井質(zhì)量；偏心機(jī)械式；調(diào)整更新井；長慶油田
中圖分類號：TE256．6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001．5620(2016)04。0097．04
The Application of Eccentric Mechanical Vibration Cementing Technique in Changqing
MEI Mingjial，JIANG Wei2，WEl Zhoushen91
(1．CCDC Changqing Cementing Company，Xi'an，Shaanxi 7 1 00 1 8；
2．Shelfoil Petroleum Equipment＆Services Co．，Ltd．，Dezhou，Shandong 253034)
Abstract An eccentric mechanical vibration cementing technique was used in Changqing oiifieid in an effort to improve the cementing
job quality ofthe injector wells．Cementing slurry was evaluated after vibration on a ZD-34 model electric vibrator as to its compressive
strength，bond strength，thickening time，initial setting transition time，final setting transition time，and permeability．The evaluated
cement slurry was then used in filed operations．The laboratory study showed that the thickening time of the cement slurry after
vibration was reduced by 25％一30％，the initial and the final setting transition time reduced by 30％一50％，the 24 h strength of the
set cement increased by 10％-14％，the bond strength increased by 1 l％·16％，and the permeability reduced by 33．3％-43．9％．This
technique has been used in 5 wells in the block Wupu in Changqing oilfield，and the oil zones and water zones in these wells are
well separated，with the rate of excellent well cement jobs increased by more than 20％．The laboratory experiments and the field
applications all demonstrate that the eccentric mechanical vibration cementing technique can effectively enhance the quality of well
cementing，and is prospective in future cementing operations．
Key words Well cementing；Quality ofwell cementingjob；Eccentric mechanical；Adjustment well；Changqing oilfield
長慶油田為提高超低滲透油藏采收率及單井產(chǎn)
量，普遍采用超前高壓注水等增產(chǎn)措施。長期注水
開采，地層壓力復(fù)雜，形成多壓力體系，固井防漏
壓穩(wěn)難度大，固井施工結(jié)束水泥頂替到位及候凝期
間出現(xiàn)水泥漿稀釋及竄槽，固井質(zhì)量較差，部分井
固井后出現(xiàn)井口出水[1-3]。偏心機(jī)械式振動器連接
電纜后可在套管內(nèi)調(diào)節(jié)位置，振動能量能有效傳遞
到預(yù)設(shè)層位，在水泥候凝期間起作用，促進(jìn)水泥水
化，提高水泥早期強(qiáng)度，可解決水泥候凝期間的油
水竄問題。該技術(shù)近2年在江蘇、勝利等油田成功
基金項(xiàng)目：中石油工程技術(shù)分公司統(tǒng)籌項(xiàng)目“新技術(shù)新工藝攻關(guān)與現(xiàn)場試驗(yàn)”子課題“隨行振動波提高固井質(zhì)量技術(shù)
試驗(yàn)與應(yīng)用”(2015T-003．001 o
第一作者簡介：梅明佳，工程師，1986年生，2009畢業(yè)于長江大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)主要從事固井工藝、水泥漿體
系方面的研究工作。電話(029)86598948／18792939829；E-mail：cqgimmj@cnpc．com．cn。
萬方數(shù)據(jù)
98 鉆井液與完井液2016年7月
應(yīng)用，2015年在長慶油田應(yīng)用該技術(shù)，在吳堡區(qū)
塊應(yīng)用5口井，注水層位固井質(zhì)量改善較明顯，試
驗(yàn)井總體固井優(yōu)質(zhì)率提升20％以上。
偏心機(jī)械式振動固井技術(shù)
早在20世紀(jì)60年代，以美國和前蘇聯(lián)為代表，
國外就開始了振動固井相應(yīng)技術(shù)的研究工作。振動
固井技術(shù)的研究在國內(nèi)起步較晚，目前尚處于研究
認(rèn)識和初步開發(fā)階段。在中國應(yīng)用的振動固井技術(shù)
有井下水力脈沖振動發(fā)生器、井口脈沖振動固井裝
置、渦輪式井下徑向振動固井裝置，在遼河、松南、
勝利、鄂爾多斯、江蘇等油田進(jìn)行了多口井現(xiàn)場應(yīng)
用，均取得較好的固井效果[4-6]o偏心機(jī)械式振動
固井技術(shù)與其他振動固井技術(shù)相比，具有操作簡單、
在水泥漿候凝期間作用、振動能量可有效傳遞到預(yù)
設(shè)層位的特點(diǎn)，更適合在注水調(diào)整井中應(yīng)用。長慶
油田引入該技術(shù)并在現(xiàn)場進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用。
1．1 EC—M偏心振動裝置結(jié)構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)
通過對國內(nèi)外同類產(chǎn)品進(jìn)行對比，選用了
EC—M偏心機(jī)械式振動裝置。該裝置儀器可靠性良
好，可連續(xù)工作4 h以上；適應(yīng)井斜范圍廣，可以
在50。內(nèi)的定向井中使用；具有良好的耐溫耐壓性；
地面控制系統(tǒng)直觀，易于調(diào)節(jié)。
EC．M振動器主要由馬籠頭、電機(jī)、偏心結(jié)構(gòu)、
振動短節(jié)組成，結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。設(shè)計(jì)電機(jī)頻率
為50 Hz，偏心塊為1／4圓弧，理論計(jì)算偏心塊產(chǎn)
生的最大激振力為8 077．99 N，室內(nèi)模擬測試振動
器對套管的激振力為300～800 N。
馬龍頭過電接頭電機(jī)短節(jié)偏心結(jié)構(gòu)振動短節(jié)
圖1振動器結(jié)構(gòu)圖
EC．M振動器直徑為102 m／ll，長度為1 000
mln，重量為50蠔，耐溫達(dá)200℃，耐壓達(dá)100
MPa，振動頻率為30～50 Hz，振動功率為0．8～1．5
kW，工作電壓為380 V交流電，額定功率為3 kW，
適用套管尺寸為西l 39．7 mnl。
1．2振動裝置的工作原理
振動裝置通過電纜下入套管中，到達(dá)預(yù)設(shè)位置
后，啟動振動器，電機(jī)帶動偏心塊旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生有規(guī)
律的徑向振動，振動波通過鉆井液、套管傳至套管
與井壁之間的環(huán)空，可以使水泥充分水化，有利于
在環(huán)空形成完整的水泥環(huán)，提高水泥的抗壓強(qiáng)度和
界面膠結(jié)強(qiáng)度；縮短水泥漿過渡時(shí)間，提高水泥漿
防氣竄性能；減小或消除水泥漿的靜切力，減小水
泥漿失重效應(yīng)，有效阻止地層流體竄人門】。
2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)
采用一種ZD一34電動振動器對水泥漿的各項(xiàng)
性能進(jìn)行評價(jià)，圖2為實(shí)驗(yàn)裝置圖。該電動振動器
的直徑為34 mlTl，工作電壓為380 V，振動頻率為
30"～60 Hz，振動功率為1．5 kW，激振力為500 N。
乜纜
∽i 簍：：：．朗_ 。。聳+’
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動器＼
移
·mm
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i井液
＼
套管
西46．6m“
／——一
圖2 ZD．34電動振動器示意圖
如圖2所示，ZD一34電動振動器為一種小型插
入式振動棒，振動器放入模擬井筒中，模擬現(xiàn)場振
動作業(yè)。評價(jià)裝置振動頻率與振動器井下作業(yè)的工
作頻率接近，工作功率與現(xiàn)場作業(yè)相當(dāng)。因此，利
用該評價(jià)裝置可以較好地評價(jià)振動器的振動效果。
室內(nèi)按照GB／T 1913卜2012，對長慶油田區(qū)
域所用的G級水泥凈漿、早強(qiáng)水泥漿、降失水水
泥漿和膨脹水泥漿進(jìn)行性能測定，然后用室內(nèi)評價(jià)
裝置對水泥漿體系進(jìn)行振動，振動器振動頻率為
50 Hz，振動3 min后測定水泥漿性能變化。水泥
漿振動前后的性能變化見表l。水泥漿配方如下。
早強(qiáng)水泥漿九連山G級水泥+1．8％早強(qiáng)劑GJ-F
降失水水泥漿九連山G級水泥+2．5％降失
水劑G307A+0．2％減阻劑USZ
膨脹水泥漿九連山G級水泥+2．5％G307A+
2％膨脹劑GJ．Z+0．3％USZ
由表l可知，振動后水泥石24 h抗壓強(qiáng)度提高，
膠結(jié)強(qiáng)度提高，滲透率降低，稠化時(shí)間縮短，水泥
漿初終凝過渡時(shí)間縮短。
萬方數(shù)據(jù)
第33卷第4期梅明佳等：偏心機(jī)械式振動固井技術(shù)在長慶油田的應(yīng)用99
表1振動前后水泥漿性能變化
水泥漿
類型
抗壓強(qiáng)度膠結(jié)強(qiáng)度稠化時(shí)間初終凝過渡時(shí)間
振動前／振動后／增加幅振動前／振動后／增加幅振動前／振動后／減少幅振動前／振動后／減少幅
滲透率
振動前／振動后／減少幅
MPa MPa度／％ MPa MPa度／％ min min 度／％ min min 度／％10。3岫2 10。p．m2度／％
注：抗壓強(qiáng)度、膠結(jié)強(qiáng)度、滲透率實(shí)驗(yàn)條件為60℃、常壓養(yǎng)護(hù)24 h，稠化實(shí)驗(yàn)條件為60℃、30 MPa。
表1中實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對于不同水泥漿，振動
均能增加水泥石的均勻性和密實(shí)性。在水泥水化的
誘導(dǎo)期，油井水泥中的主要礦物c，S會快速發(fā)生化
學(xué)反應(yīng)，Ca(OH)，和C—S—H核開始形成，此時(shí)
振動能量傳遞到漿體，促進(jìn)C，S發(fā)生水化反應(yīng)，縮
短水泥的誘導(dǎo)期，促進(jìn)c—S—H的水化反應(yīng)，達(dá)到
增加水泥石早期強(qiáng)度和增加水泥石密實(shí)性的作用哆】。
對低密度水泥漿體系而言，過長的振動時(shí)間會
使體系游離液增加，影響體系的穩(wěn)定性。為避免過
長的振動時(shí)間對體系的不利影響，現(xiàn)場振動低密度
體系，應(yīng)避免對水泥漿穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。水泥
漿游離液含量在振動前后的變化見表2。由表2可
知，低密度水泥漿在振動前后游離液增加不明顯。
表2不同水泥漿游離液在振動前后的變化情況
不同常規(guī)密度水泥
處。。，舫。一。式麗雨漿的裂游離并液胍愛蒜
泥凈漿泥漿水泥漿泥漿
低密度水泥漿
的游離液胍
粉煤灰珍珠巖
水泥漿水泥漿
振動前2．1 0 0 0 0．7 0．4
振動后2．6 0 0 0 1．0 O．8
注：振動器振動頻率為50 Hz，振動時(shí)間為3 rain。
3現(xiàn)場試驗(yàn)
3．1試驗(yàn)井基本情況
午317．X1井為一口定向井，位于陜西省吳起
縣境內(nèi)，完鉆井深為2 164 m，油層1 660～2 127 m，
使用的鉆井液密度為1．12 g／cm3，采用一次上返固
井工藝。該區(qū)塊主要固井技術(shù)難點(diǎn)為長期高壓注水，
造成地下原始壓力系統(tǒng)發(fā)生很大改變，縱向剖面上
形成多壓力層系，層間壓力各異，層內(nèi)壓力不平衡，
水泥漿很難滿足各層壓力需求，極易發(fā)生油氣水竄。
主力油層都不同程度地存在著油水同層、底水活躍、
底水推進(jìn)、水淹、油氣水竄、地層壓力異常等嚴(yán)重
影響油田生產(chǎn)的不利因素。目前該區(qū)塊主要采用膨
脹水泥漿體系，控制水泥漿稠化時(shí)間來保障固井質(zhì)
量，但仍存在水泥漿候凝期間的油、水竄。因此，
在該區(qū)塊引入偏心機(jī)械式振動固井技術(shù)，解決水泥
漿候凝期間的竄槽問題。
試驗(yàn)井水泥漿為膨脹水泥漿體系，配方為九連
山G級水泥+2．5％G307A+2％GJ．Z+0-3％USZ，稠
化時(shí)間為90 min(45 oC、20 MPa)，初終凝時(shí)間
為120、150 min，水泥石24 h抗壓強(qiáng)度為28．69
MPa，24 h膠結(jié)強(qiáng)度為2．62 MPa。在室內(nèi)應(yīng)用
ZD一34電動振動器模擬評價(jià)振動對水泥漿l生能的影
響，測得振動后水泥漿稠化時(shí)間縮短為64 min，初
終凝時(shí)間為100、120 min，水泥石24 h抗壓強(qiáng)度
達(dá)到32．42 MPa，24 h膠結(jié)強(qiáng)度為2．96 MPa。
3．2施工概況
1)施工前準(zhǔn)備。套管下到位后建立循環(huán)，調(diào)
整鉆井液性能以滿足固井要求，并循環(huán)2周；嚴(yán)
格按照設(shè)計(jì)執(zhí)行固井施工，依次注人8 m3密度為
1．5～1．6 g／cm3前置液(200 kg CXY+清水)、39
m3低密度水泥漿(G級水泥：粉煤灰=1：1)、16
m3密度為1．88～1．92 edcm3尾漿(G級水泥+2．5％
G307A+2％GJ—Z+0．3％USZ)，替量27．7 m3碰壓，
穩(wěn)壓8 min，泄壓后觀察斷流。
2)振動作業(yè)。將馬龍頭提升至鉆臺，迅速完
成馬龍頭與振動器的對接，振動器在井口試運(yùn)轉(zhuǎn)正
常后，下放振動器至第一個振點(diǎn)井深1 800 m，下放
速度為80～120 m／min，振動器到達(dá)預(yù)定位置開始振
動作業(yè)。該井在1 800～1 620 ITI井段實(shí)衍點(diǎn)振，振
動頻率為50 Hz，間隔6 ITI，每個點(diǎn)振動3～5 min；
萬方數(shù)據(jù)
100 鉆井液與完井液2016年7月
在l 620～1 000 m井段實(shí)行連續(xù)振動，在實(shí)施振動
作業(yè)的同時(shí)上提電纜，電纜上提速度為3 m／min。
3)振動結(jié)束。在水泥漿終凝前完成全部振動
作業(yè)，關(guān)閉振動器，上提電纜取出振動器，結(jié)束施工。
3．3應(yīng)用效果
候凝48 h后，CBL／VDL測井顯示，該井整體
固井質(zhì)量良好，油層封固段固井優(yōu)質(zhì)率達(dá)到98％，
有效封隔了油、水層，固井質(zhì)量明顯優(yōu)于未振動井。
該技術(shù)在吳堡區(qū)塊推廣應(yīng)用5口井，與同井場的鄰
井相比，試驗(yàn)井固井質(zhì)量提升較明顯，試驗(yàn)井段總
體固井優(yōu)質(zhì)率提升20％以上。5口井固井質(zhì)量及
對比情況見表3。
表3試驗(yàn)井與鄰井固井質(zhì)量對比表
科鬻粉試驗(yàn)井篇囂
山06井組75 山06．X2井94
午317井組80 午314．X1井98
山07井組82 山07．X2井99
山04井組69 山07．X8井93
山011井組74 午011-X4井97
4結(jié)論與建議
1．應(yīng)用偏心機(jī)械式振動裝置提高固井質(zhì)量，不
改變現(xiàn)有固井設(shè)備和固井工藝，操作簡單，是提高
固井質(zhì)量的一種有效技術(shù)手段。
2．室內(nèi)實(shí)驗(yàn)使用電動振動器模擬評價(jià)，結(jié)果表
明，振動可以縮短水泥漿稠化時(shí)間及初終凝過渡時(shí)
間。振動后分析，水泥石的密實(shí)性、早期強(qiáng)度及膠
結(jié)強(qiáng)度得到提高。
3．該技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用5口井，取得較好的效果，
表明振動可以促進(jìn)水泥水化反應(yīng)，增加水泥漿的均
勻性，提高一、二界面膠結(jié)強(qiáng)度，防止固井后油氣
水竄槽，從而提高固井質(zhì)量。
4．振動波的影響范圍尚有待深入研究。
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